Modelamiento e Inversión de datos Magnéticos en la costa

Sur de Alaska y Oeste de Canadá: Un análisis de la

subducción.

Daniel Andrés Aramburo Vélez

daaramburov@unal.edu.co

Universidad Nacional de Colombia. Bogotá. Colombia

RESUMEN

Mediante el análisis de los sismos en doce diferentes perfiles en la costa Oeste de Norteamérica,

hacia el Golfo de Alaska; se estimó la geometría de la subducción a lo largo de ellos. Datos de

Anomalías Magnéticas de la zona se modelaron en la herramienta Forward Modelling del

software MAG2DATA diseñado por Stefano Stocco (Stocco et al, 2009), los resultados arrojados

por el software no son en totalidad concordantes con los de la geometría de la subducción

estimada por la prevalencia que da el software a los prismas superficiales durante la

interpolación. Se observan rasgos de la expansión del suelo oceánico y las inversiones

Geomagnéticas como la constante alternancia de contrastes de susceptibilidad magnética entre

positivo y negativo para la gran mayoría de los perfiles.

ABSTRACT

By the analysis of earthquakes lengthwise twelve different profiles around the North American

West Coast, the subduction geometry was estimated. Magnetic data was modelled by Forward

Modelling tool in MAG2DATA software by Stefano Stocco (Stocco et al, 2009), results are not

concordant at all with those estimated of subduction geometry because of the prevalence of the

software to the superficial prisms during interpolation. Features of sea floor expansion and

Geomagnetic inversions are observable such as positive-negative Magnetic Susceptibility

contrast alternation in almost all profiles.

1. Introducción

La zona de estudio abarca la costa Oeste de

Norteamérica, en latitudes desde los 60° N

hasta los 57° N. El marco tectónico está

enmarcado por la subducción de la placa

Pacífica bajo la Placa Norteamericana y se

distingue por el cambio de rumbo del contacto

entre estas, por lo que al parecer se produce

subducción tanto Norte-Sur como Este-Oeste,

teniendo el último un mayor componente de

cizalla (Finzel et al, 2011). Mediante la

inversión de datos Magnéticos se pretende

modelar el comportamiento de la placa

Pacífica bajo la norteamericana, estimar el

ángulo de inclinación de la subducción para

algunos perfiles N-S y E-W, así como estimar

valores de susceptibilidad magnética para la

placa que subduce.

Se estimó conveniente la realización de seis

perfiles N-S y seis E-W, para cada uno de

estos se realizó un análisis de la sismicidad

referente a la profundidad de ocurrencia de

terremotos históricamente con el fin de

conocer la geometría de la subducción en la

zona para el posterior modelamiento.

Fig. 1. Orientación de algunos de los perfiles realizados con sus respectivos sismos. Adaptado de: USGS. (2013).

Earthquake List/Map/Search. http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/. Nótese la mayor profundidad de los

sismos hacia el Norte, sobre todo en los perfiles más occidentales.

1.1. Estimación de la Geometría en la

subducción

Para seis de los doce perfiles se realizó un

análisis de los sismos históricamente

registrados en la página web de la U.S.

Geological Survey con el fin de conocer un

poco la geometría en la subducción, sobre todo

lo que tiene que ver con el ángulo de

buzamiento de la placa que subduce y la

profundidad de la misma a lo largo del perfil,

con el fin de realizar el posterior

modelamiento de los datos magnéticos con el

software destinado para ello.

1.1.1. Perfiles Este-Oeste

A continuación se presenta el análisis de la

sismicidad en tres de los seis perfiles Este-

Oeste realizados:

Fig. 2. Sismos con Magnitudes mayores a 4 a lo largo

de un Perfil E-W de latitud 59° N.

Fig. 3. Sismos con Magnitudes mayores a 4 a lo largo

de un Perfil E-W de latitud 59° N.

Fig. 4. Sismos con Magnitudes mayores a 4 a lo largo

de un Perfil E-W de latitud 57° N, se evidencia grosso

modo la inclinación de la placa Pacífica bajo la

norteamericana.

En las figuras 2, 3 y 4 se evidencian algunos

patrones que tienen que ver con las

características de la subducción en cada una de

las zonas, lo que después será útil durante el

modelamiento de los datos magnéticos. En

general se observa profundidades de

ocurrencia de sismos que van hasta los 180 km

en la zona Oeste y sismicidad algo más

superficial hacia el Este (Fig. 1) que no

presenta el patrón inclinado de las anteriores

figuras (Figs 1 y 3).

1.1.2. Perfiles Norte-Sur

Para tres perfiles Norte-Sur se realizó el

mismo procedimiento, los resultados se anexan

a continuación:

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

-140 -139 -138 -137 -136

Pro

fun

did

ad

(k

m)

Longitud (°)

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-156 -155 -154 -153 -152 -151

Pro

fun

did

ad (

km)

Longitud (°)

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-159-158-157-156-155-154-153-152-151-150-149-148

Pro

fun

did

ad

(k

m) Longitud (°)

Fig. 5. Sismos con Magnitudes mayores a 4 a lo largo

de un Perfil N-S de longitud 164° W. Obsérvese la

discontinuidad de los sismos en latitudes entre los 54 °

y 55 ° N.

Fig. 6. Sismos con Magnitudes mayores a 4 a lo largo

de un Perfil N-S de longitud 149° W.

Fig. 7. Sismos con Magnitudes mayores a 4 a lo largo

de un Perfil N-S de longitud 141° W.

En general resulta más complicado el análisis

de los perfiles N-S debido a la gran

distribución de la sismicidad en todas las

profundidades, lo que se reflejará más adelante

en las inversiones magnéticas.

2. Investigaciones anteriores

Los resultados obtenidos pueden ser

comparados con investigaciones que tienen

que ver con la subducción en la zona de

estudio, en este caso una publicación de Earth

& Planetary Science Letters:

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

52 53 54 55 56

Pro

fun

did

ad

(k

m)

Latitud (°)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

59 60 61 62 63

Pro

fun

did

ad

(k

m)

Latitud (°)

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

58 58.5 59 59.5 60 60.5 61

Pro

fun

did

ad

(°)

Latitud (°)

Fig. 8. Mapa de Alaska del sur ilustrando sismicidad de profundidades mayores a 50 km. Tomado de Finzel, E.

Trop, J. Ridgway K. Enkelmann, E. (2011). Upper plate proxies for flat-slab subduction processes in southern

Alaska. Earth and Planetary Science Letters, 303, 350.

Fig. 9. Mapa de Alaska del sur ilustrando sismicidad de

profundidades mayores a 50 km. Tomado de Finzel, E.

Trop, J. Ridgway K. Enkelmann, E. (2011). Upper

plate proxies for flat-slab subduction processes in

southern Alaska. Earth and Planetary Science Letters,

303, 350.

En este trabajo se realizaron tres perfiles

con orientaciones perpendiculares a la

subducción (Fig 8.) con el fin de evaluar la

geometría de la placa que subduce dando

resultados muy similares a los obtenidos.

Se puede evidenciar que en el Perfil A

(Este) los sismos son bastante someros, lo que

concuerda bastante con lo concluido en la Fig.

7. (141° W) en el que se presentan sismos muy

poco profundos hacia el Sur, y algo más

profundos hacia los 62° N. Por su parte el

Perfil B (Central) muestra la gran distribución

de los sismos entre los 59° y 63° N, tal como

en la Fig. 6 pero brinda una idea más amplia

de lo que es la geometría de la subducción en

esta zona, lo que no se pudo evidenciar en el

corte central realizado en este trabajo. El Perfil

C (Oeste) muestra claramente la geometría de

la subducción, aclarando además que esta se

presenta mucho más al Norte que el perfil de

la Fig. 5, por lo cual la sismicidad observada

en esta es bastante somera.

3. Análisis de los datos magnéticos.

Los datos de anomalías magnéticas fueron

obtenidos del mapa magnético global (Maus et

al, 2007) y el tratamiento de dichos datos fue

realizado en Matlab con el fin de obtener las

variaciones en las anomalías para los perfiles

propuestos para después proceder al

modelamiento en MAG2D, un software

diseñado para realizar inversiones de datos

magnéticos y modelamiento a partir de los

mismos. Los resultados obtenidos del

procesamiento de los datos se presentan a

continuación:

3.1. Anomalías Regionales

En primer lugar se hizo una representación

tridimensional de todos los datos magnéticos

disponibles de la zona de interés.

Fig. 10. Mapa de Anomalías Magnéticas regionales en la zona de estudio. Nótese la similitud de las anomalías con

la batimetría de la fig.1.

En la Fig. 10 se presenta el mapa de

anomalías regionales de la zona de estudio, se

evidencia el contraste entre las dos placas

tectónicas en estudio. Hacia la zona Sur,

sobretodo en el Este se observan las bandas

que son el resultado de las inversiones

Geomagnéticas y la expansión del suelo

oceánico.

Fig. 11. Vista de Planta del mapa de Anomalías Magnéticas regionales en la zona de estudio.

En las Figs. 10 y 11, se observa una gran

anomalía positiva en longitudes desde los 152°

a 157° W y latitudes entre 56° y 58° N, esta

anomalía se estudiará en detalle mediante el

modelamiento de los datos en el Perfil No. 1.

La similitud de la curvatura en las Figs. 1 y 11

se produce a diferentes latitudes,

presentándose la característica magnética un

poco más al Norte que la batimétrica.

3.2. Perfiles

Se realizaron de seis perfiles N-S y seis E-

W con el fin de revisar las anomalías

Magnéticas a lo largo de cada uno de ellos, el

procesamiento de los datos se hizo con Matlab

y se generó para cada uno de ellos tanto el

perfil de anomalías regionales como el de

anomalías residuales. Los perfiles fueron

realizados a lo largo de la costa extendiéndose

2° costa adentro y 2° costa afuera excepto para

el perfil 3.2.2.1. que se extendió un poco más

costa afuera con el fin de analizar la gran

anomalía descrita en las Figs. 10 y 11.

Para obtener las anomalías residuales se

implementó un filtro Lowpass diseñado en

Matlab.

3.2.1. Perfiles N-S

3.2.1.1 Longitud 164° W, de 52.4° N a 56.4° N

La Fig. 12 muestra el resultado del

procesamiento de los datos Magnéticos en

Matlab en el perfil Magnético de la zona

descrita.

Fig. 12. Perfil 3.2.1.1. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

Fig. 13.Ubicación del perfil 3.2.1.1. el más Occidental de los perfiles N-S. Se observan los sismos presentados

históricamente a lo largo del perfil clasificados por su magnitud y profundidad.

3.2.1.2. Longitud 149° W, de 58° N a 62° N

La Fig. 14 muestra el perfil Magnético de la

zona descrita.

Fig. 14. Perfil 3.2.1.2. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

3.2.1.3. Longitud 141° W, de 57.8° N a 61.8°N

Fig. 15. Perfil 3.2.1.3. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

Fig. 16.Ubicación del perfil 3.2.1.2. Se observan los sismos presentados históricamente a lo largo del perfil

clasificados por su magnitud y profundidad.

Fig. 17.Ubicación del perfil 3.2.1.3. Se observan los sismos presentados históricamente a lo largo del perfil

clasificados por su magnitud y profundidad.

3.2.1.4. Longitud 160° W, de 56.7° N a

60.7°N

Fig. 18. Perfil 3.2.1.4. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

3.2.1.5. Longitud 147° W, de 58° N a 62° N

Fig. 19. Perfil 3.2.1.5. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

3.2.1.6. Longitud 139° W, de 57.3° N a

61.3°N

Fig. 20. Perfil 3.2.1.6. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo

3.2.2. Perfiles E-W

3.2.2.1. Latitud 57° N, de 159° W a 149° W

Fig. 21. Perfil 3.2.2.1. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

.

Fig. 22.Ubicación del perfil 3.2.2.1. Se observan los sismos presentados históricamente a lo largo del perfil

clasificados por su magnitud y profundidad.

3.2.2.2. Latitud 59° N, de 155.5° W a

151.5°W

Fig. 23. Perfil 3.2.2.2. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

3.2.2.3. Latitud 59° N, de 140.1° W a

136.1°W

Fig. 24. Perfil 3.2.2.3. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

Fig. 25.Ubicación del perfil 3.2.2.2. Se observan los sismos presentados históricamente a lo largo del perfil

clasificados por su magnitud y profundidad.

Fig. 26. Ubicación del perfil 3.2.2.3. Se observan los sismos presentados históricamente a lo largo del perfil

clasificados por su magnitud y profundidad.

3.2.2.4. Latitud 60° N, de 164° W a 160° W

Fig. 27. Perfil 3.2.2.4. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

3.2.2.5. Latitud 59° N, de 163.9° W a

159.9°W

Fig. 28. Perfil 3.2.2.5. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

3.2.2.6. Latitud 58° N, de 159.7° W a 155.7°

W

Fig. 29. Perfil 3.2.2.6. de Anomalías Magnéticas

regionales y residuales. Anomalías regionales en azul,

residuales en rojo.

4. Modelamiento de los datos magnéticos en

MAG2DATA

El modelamiento de los datos magnéticos

se hizo mediante el programa mencionado, a

partir de una de las herramientas con las que

este cuenta.

4.1. Forward Modelling

Esta herramienta consiste básicamente en el

método de prueba y error, mediante la división

del subsuelo en un número de prismas

determinado, y otorgando propiedades de

contraste de susceptibilidad magnética a los

prismas se puede ajustar un modelo

interpolado por el programa a el modelo real

que puede ser también cargado al programa

para compararlo, de tal forma que conociendo

algo de la geometría del subsuelo (razón por la

cual se llevó a cabo el análisis de la

sismicidad) y el perfil de anomalías

Magnéticas (calculado en la sección 3.2) se

podrían conocer algunas de las propiedades

magnéticas de los cuerpos en profundidad, a

continuación se muestra el procedimiento para

realizar la interpolación en MAG2DATA con

los datos del perfil 3.2.2.1.

Fig. 30. Interfaz inicial del software MAG2DATA

La herramienta a utilizar en esta sección es

Forward Modelling:

Fig. 31. Interfaz del software MAG2DATA,

Herramienta Forward Modelling

En la opción “Load .txt file” se cargan los

datos magnéticos del perfil, con los cuales se

elaboró el perfil de anomalías magnéticas de

la sección 3.2, en este caso el Perfil 3.2.2.1.

Como el perfil a elaborar es de anomalías

residuales se utilizaron estos datos, pero en

este caso los datos residuales se obtuvieron no

por el filtro diseñado en Matlab sino mediante

la herramienta residuos del software Surfer 10.

La Inclinación magnética es tomada en el

centro del perfil, en este caso en 57° N, 154°

W.

Fig. 32. Declinación e Inclinación Magnética en el

centro del Perfil 3.2.2.1. Tomado de: British

Geological Survey. (2013). World Magnetic Model 2010

Calculator.

http://www.geomag.bgs.ac.uk/data_service/models_com

pass/wmm_calc.html.

Para todos los casos se tomó la inclinación

a la fecha de realización del trabajo dado que

no se cuenta con datos de fechas de toma de

los datos Magnéticos en el artículo de Maus et

al (2007).

Fig. 33. Interfaz del software MAG2DATA, Ajuste de

modelos

La interpolación se repite hasta que los

perfiles observado (Puntos azules) y calculado

(azul) coincidan; a partir de ahí se procede

con la interpolación en la siguiente interfaz. A

continuación se muestran los resultados para

los perfiles realizados:

4.1.1. Perfil 3.2.1.1.

Fig. 34. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.1.1.

4.1.2. Perfil 3.2.1.2.

Fig. 35. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.1.2.

4.1.3. Perfil 3.2.1.3.

Fig. 36. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.1.3.

4.1.4. Perfil 3.2.1.4.

Fig. 37. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.1.4.

4.1.5. Perfil 3.2.1.5.

Fig. 38. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.1.5.

4.1.6. Perfil 3.2.1.6.

Fig. 39. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.1.6.

4.1.7. Perfil 3.2.2.1.

Ver Fig. 33.

4.1.8. Perfil 3.2.2.2.

Fig. 40. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.2.2.

4.1.9. Perfil 3.2.2.3.

Fig. 41. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.2.3.

4.1.10. Perfil 3.2.2.4.

Fig. 42. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.2.4.

4.1.11. Perfil 3.2.2.5.

Fig. 43. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.2.5.

4.1.12. Perfil 3.2.2.6.

Fig. 44. Resultado de la interpolación mediante la

herramienta Forward Modelling para el perfil 3.2.2.6.

5. Conclusiones

- Se modelaron seis perfiles N-S y seis

E-W mediante el análisis de la geometría de la

subducción para reemplazarla en la

herramienta Forward Modelling del software

MAG2DATA, sin embargo el software afecta

mayoritariamente los perfiles por los datos

superficiales y no con los en profundidad, por

lo que los modelos obtenidos en la sección 4.

no son en su totalidad concordantes con los de

la sección 2.

- En los modelos obtenidos de la

herramienta Forward Modelling se observa la

constante alternancia de contrastes de

susceptibilidad magnética entre positivo y

negativo para la gran mayoría de los perfiles,

posiblemente esto se deba a las inversiones

Geomagnéticas y la expansión del suelo

oceánico (también observable en las Figs. 10 y

11), es posible que la mayor parte del área

escogida se encuentre sobre corteza oceánica.

REFERENCIAS

British Geological Survey. (2013). World

Magnetic Model 2010 Calculator.

Recuperado en Junio 8 de 2013, Página

web. Disponible en:

http://www.geomag.bgs.ac.uk/data_service/

models_compass/wmm_calc.html.

Finzel, E. Trop, J. Ridgway K. Enkelmann, E.,

2011. Upper plate proxies for flat-slab

subduction processes in southern Alaska.

Earth and Planetary Science Letters, 303,

348-360.

Maus, S. Sazonova, T. Hemant, K. Fairhead, J.

Ravat, D., 2007 National Geophysical Data

Center candidate for the World Digital

Magnetic Anomaly Map. Geochemistry,

Geophysics, Geosystems: an electronic

journal of the earth sciences, 8.

Stocco, S. Godio, A. Sambuelli, L.,

2009.Modelling and compact inversion of

magnetic data: A Matlab code. Computers

& Geosciences, 35, 2111-2118.

U.S Geological Survey. (2013). Earthquake

List/Map/Search. Recuperado en Junio 4 de

2013, Página web. Disponible en:

http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map

/.