Distribución de intensidades macrosísmicas del terremoto de Limón del 22 de abril de 1991 (Mw 7,7)

Intensity distribution of the Limón earthquake of april 22, 1991 (Mw 7.7)

Wilfredo Rojas-Quesada y Walter Montero-Pohly*

Universidad de Costa Rica (UCR), Centro de Investigaciones en Ciencias Geológicas (CICG), San José, Costa Rica

*Autor para contacto: wmonteropo@gmail.com

(Recibido: 08/02/2021; aceptado: 16/03/2021)

Revista Geológica de América Central, 65, 2021, doi: 10.15517/rgac.v0i65.47010

ISSN: 0256-7024

abstract: The intensity distribution of the Limón earthquake of April 22, 1991 (Mw 7.7) was obtain using macroseismic information compiled from direct observations, personal and telephonic interviews and data recovered from different information sources. The earthquake was felt in a large region of Central America. The average perception radius estimated is ~ 620 km. The minimum intensity with which the earthquake was felt in Costa Rica was intensity IV at was determined in the northwestern part of the country. From this region the intensities increased until the mezoseismic region, located along the Caribbean side of the country, where the estimated intensities were between VIII and X degrees. In the mezoseismic zone occurred considerable landslides along the Caribbean spurs of the Talamanca Cordillera, sandy soil liquefaction in recent deposits located principally along the Caribbean coast and important damage over diverse civil works, standing out the damage to roads and bridges.

Keywords: Modified Mercalli Intensity; Macroseismic Information; Mezoseismic Zone; Geology of Costa Rica; Rupture Area.

Resumen: La distribución de intensidades del terremoto de Limón del 22 de abril de 1991 (Mw 7,7) se ha obtenido a partir de observaciones directas, entrevistas personales y telefónicas y datos de diferentes fuentes de información. El sismo fue sentido en gran parte de América Central. El radio promedio de percepción estimado es de ~ 620 km. La intensidad mínima con que fue sentido el terremoto en Costa Rica fue con intensidad IV y se observó en el noroeste del país. Al sureste de esta región la intensidad aumentó hasta alcanzarse la zona mesosísmica localizada en el Caribe costarricense, donde las intensidades fueron entre VIII y X grados. En la región mesosísmica ocurrieron considerables deslizamientos en el sector Caribe de la cordillera de Talamanca, licuefacción de suelos arenosos en depósitos recientes principalmente a lo largo del litoral Caribe e importantes daños en diversas obras civiles, destacando los daños en obras viales (carreteras y puentes).

Palabras clave: intensidad Mercalli Modificada; información macrosísmica; zona mesosísmica; geología de Costa Rica; área de ruptura.

INTRODUCCIÓN

El terremoto de Limón, ocurrido a las 21:56 GMT del 22 de abril de 1991 (Ms 7,6; Mw 7,7), se originó en una falla inversa del área trasarco de la cordillera de Talamanca (Fig. 1). Debido a su gran magnitud y fuente cortical, generó gran destrucción en el Caribe de Costa Rica, en diversas obras civiles, tales como casas de habitación, edificios industriales, vías de comunicación (carreteras y puentes) y obras portuarias (Sauter, 1994). Asimismo, generó diversos efectos geológicos como el levantamiento tectónico de la costa, licuefacción y deslizamientos, principalmente (Denyer, Personius y Arias, 1994). Para investigar los anteriores efectos, el primer autor Wilfredo Rojas con la colaboración de Eduardo Hernández se desplazaron al día siguiente del terremoto al área mesosísmica con el objetivo de obtener información sobre los daños y consecuencias generadas por el evento sísmico. Posteriormente, se recopiló información macrosísmica en otros lugares del país y fuera del mismo. Esta información fue luego interpretada por Rojas (1991), lo cual le permitió obtener la distribución de intensidades asociada con el terremoto de Limón. El anterior estudio fue desafortunadamente poco divulgado, dado que se incluyó en un informe interno con escasa distribución. La iniciativa para elaborar un volumen especial relacionado con el treinta aniversario del terremoto de Limón incorporando artículos relacionados con el mismo se visualizó como una oportunidad especial para publicar el mapa de intensidades realizado por Rojas (1991) y la información macrosísmica que lo sustenta (Cuadro 1). Por la anterior razón, el segundo autor Walter Montero le propuso al primer autor (Wilfredo Rojas) aprovechar la oportunidad del volumen especial para publicar un artículo que incluyera el mapa de intensidades y el Cuadro 1. Wilfredo Rojas aceptó la propuesta con el compromiso del segundo autor de escribir la publicación. Lo anterior fue puesto en su oportunidad en conocimiento del Dr. Percy Denyer, como uno de los Editores del Volumen Especial. En el proceso, el muy querido colega Geólogo Wilfredo Rojas sufrió un quebranto de salud, el cual desafortunadamente derivó en que físicamente nos abandonará el pasado 4 de enero del 2021. Sin embargo, el compromiso de elaborar esta publicación se fortaleció aún más sabiendo que la misma permite en parte traslucir el importante aporte de este geocientífico a la geología nacional y en especial a la sismología. Finalmente, debe indicarse que el segundo autor realizó un viaje en helicóptero a la zona mesosísmica unos pocos días después de ocurrido el terremoto y unos meses después un viaje por vía terrestre, lo cual le permitió documentar los efectos del sismo y obtener información fotográfica del terremoto. En este artículo se presenta el mapa de distribución de intensidades del terremoto de Limón elaborado por Rojas (1991) con ligeras modificaciones, las cuales en su oportunidad serán indicadas.

EL TERREMOTO DE LIMÓN

El terremoto de Limón fue localizado por la Red Sismológica Nacional (RSN: UCR-ICE) cerca del eje de la cordillera de Talamanca, a una profundidad de 24,0 km (Figs. 1 y 2). El terremoto de Limón ocurrió en una falla inversa de bajo ángulo, con un valor estimado entre 15° y 25° de inclinación al suroeste (Montero, Pardo, Ponce, Rojas y Fernández, 1994; Dziewonski, Ekström y Salganik, 1992; Goes, Velazco, Schwartz y Lay, 1993; Tajima y Kikuchi, 1995).

Distribución de intensidades

La distribución de intensidades fue controlada en buena medida por la magnitud del sismo (Mw 7,7), el mecanismo de ruptura, la directividad asociada con la fuente, la geomorfología y por la geología local y regional. Las observaciones macrosísmicas en las diversas localidades y la distribución de intensidades del terremoto de Limón se muestran en el cuadro 1 y en las figuras 1, 2 y 3. Para asignar las intensidades se usó la escala Mercalli Modificada (MM). Debido a la alta magnitud del sismo de Limón (Mw 7,7), este fue percibido en gran parte de América Central y en islas del Caribe y del Pacífico (Fig. 1). Al noroeste de Costa Rica fue sentido con intensidad II, en forma leve en las capitales de Honduras (Tegucigalpa) a ~ 665 km y de El Salvador (San Salvador) a ~ 800 km. También, fue sentido en la capital de Nicaragua (Managua) a ~ 440 km. Por el lado sur fue percibido con intensidad II en la isla del Coco a una distancia epicentral de ~ 630 km y por el lado este fue sentido en la ciudad de Panamá (~ 400 km) y hasta en el Puerto Obaldía (~ 635 km) en la zona fronteriza entre Panamá y Colombia (Fig. 1). Por el lado norte fue sentido con intensidad III en la Isla San Andrés (Colombia) a una distancia epicentral de ~ 365 km. Es difícil estimar el área sentida para este terremoto, considerando el escaso número de sitios donde se estimó una intensidad II y porque tampoco se cuenta con información de sitios donde el sismo no fue sentido. Además, una gran parte de la zona entre intensidad I y II se localiza en el área marina. Se estima en forma grosera el radio promedio de percepción (r) con base en las diferentes distancias epicentrales máximas obtenidas en distintas direcciones. El valor obtenido es de ~ 620 km y si se usa la relación que Gutenberg y Richter (1956) obtuvieron para California:

M = -3,0 + 3,8 log r (1)

donde r es el radio promedio de percepción, entonces M es 7,6, valor que es ligeramente menor que la magnitud Mw obtenida para el terremoto de Limón. Lo anterior señala que el radio promedio de percepción obtenido para este terremoto está dentro de los valores esperados para un terremoto de esa magnitud.

La intensidad mínima con que se sintió el terremoto de Limón en Costa Rica fue de IV grados, la cual se realizó para gran parte de la península de Nicoya y el noroeste del país, incluyendo la localidad de La Cruz, cerca de la zona fronteriza con Nicaragua. La explicación del decaimiento de la intensidad al grado IV en esta región de Costa Rica se justifica porque es la que se ubica a mayor distancia epicentral y porque tiene un sustrato predominantemente rocoso, caracterizado por el Complejo de Nicoya en la península de Nicoya y depósitos de ignimbritas en el noroeste del país (Denyer y Alvarado, 2007). La zona de intensidad V incorpora las llanuras de San Carlos, la región entre las ciudades de Tilarán y de las Juntas, la región comprendida entre Puntarenas y Esparza y el sector este de la península de Nicoya, el promontorio de Herradura y las penínsulas de Osa y Burica, entre otros. La zona de intensidad VI incorpora las llanuras de Sarapiquí, la cordillera volcánica Central, el Valle Central Occidental, donde se ubican San Ramón al oeste y San José al este, la región de los Santos donde se localiza Santa María de Dota, la depresión de El General donde se localiza San Isidro y la Fila Costeña, donde se localiza San Vito. La región con intensidad VII incorpora las llanuras al noreste de Guápiles y Siquirres hasta Tortuguero, el Valle Central Oriental donde se ubican Cartago y Turrialba y el frente pacífico de la cordillera de Talamanca.

La zona mesosísmica incorpora la región donde se determinaron intensidades entre los grados VIII y X (Figs. 2 y 3). Esta incluye el sector Caribe de la cordillera de Talamanca y la región costera desde Parismina al noroeste hasta el sureste de Sixaola y el noroeste de Panamá (Figs. 2 y 3). La zona mesosísmica se caracterizó por los grandes deslizamientos que afectaron las estribaciones de la cordillera de Talamanca en su lado Caribe (Mora y Mora, 1994; Fig. 4A y 4B). También, por los importantes daños que hubo en la infraestructura vial, incluyendo carreteras y diversos puentes (Sauter, 1994; Fig. 4C y 4D) y los daños a las construcciones para uso humano tales como edificios de concreto armado (Sauter, 1994; Fig. 4E) y casas de habitación (Fig. 4F). Adicionalmente, hubo importantes efectos en los suelos, tales como licuefacción y desplazamientos laterales del terreno (Mora y Yasuda, 1994).

Factores que explican la distribución de intensidades en la zona mesosísmica

Las altas intensidades interpretadas en la zona mesosísmica pueden explicarse por varios factores. En alto número y el gran tamaño de los deslizamientos observados, se explicaría por los valores elevados del índice del relieve relativo que caracteriza a gran parte de las estribaciones del lado Caribe de la cordillera de Talamanca (Mora y Mora, 1994). Estos terrenos de pendientes fuertes con suelos regolíticos, tienen una alta susceptibilidad a los deslizamientos cuando son sometidos a aceleraciones altas. Otro factor que debe considerarse son las características geológicas del sustrato. Mora y Mora (1994) observaron que la mayoría de los deslizamientos se generaron en zonas con sustrato de rocas sedimentarias clásticas y en menor medida con sustrato de rocas intrusivas y volcánicas. Una de las áreas con los deslizamientos más espectaculares es la zona donde se localiza la falla Ayil (Fig. 3). En esta zona se puede interpretar que además de las altas aceleraciones generadas por el terremoto de Limón, también se originaron altas aceleraciones disparadas por varios sismos, con magnitudes entre 5,0 y 5,5, que reactivaron fallas de desplazamiento de rumbo dextral, como fue la falla Ayil (Montero, 2021). Estos sismos ocurrieron en las ocho horas posteriores al terremoto de Limón. Es decir, en esta zona se dio una suma de altas aceleraciones relacionadas con diferentes eventos sísmicos dentro de un área caracterizada porque entre el 15% y el 60% de la superficie fue destruida por deslizamientos (Mora y Mora, 1994). En la figura 3 la zona con más del 15% del área destruida por deslizamientos, donde se localiza la falla Ayil, se le asignó una intensidad IX y se ha modificado del mapa original de Rojas (1991), de acuerdo con los resultados obtenidos por Mora y Mora (1994).

Las zonas afectadas por el fenómeno de la licuefacción y por desplazamientos laterales del terreno se presentaron principalmente a lo largo del cordón litoral entre Boca de Matina y el noroeste de Puerto Limón y entre el sureste de Puerto Limón hasta cerca de Puerto Viejo (Mora y Yasuda, 1994). A ambas zonas se le asignaron intensidades entre IX y X grados (Fig. 3). También, se asignó intensidad IX a la zona ubicada al este de Sixaola, en territorio de Panamá, la cual también fue afectada por el fenómeno de la licuefacción (Fig. 3; Camacho y Víquez, 1994). En general se observa que las zonas afectadas por licuefacción y por los desplazamientos laterales del suelo, tienen un sustrato de origen aluvial o marino con capas arenosas medias a finas (Mora y Yasuda, 1994), con edades posiblemente del Holoceno. Estos sedimentos generalmente se encuentran poco consolidados y tienen poca consistencia. En la zona Caribe de Costa Rica, además de los depósitos de este tipo encontrados a lo largo del cordón litoral, destacan los depósitos aluviales que rellenan las cuencas de los valles la Estrella y de Talamanca (VEST y VTAL respectivamente en la figura 3; Denyer y Alvarado, 2007). También, deben incluirse las llanuras de Tortuguero entre las zonas con depósitos aluviales, palustres a marinos, en cuyo sector sureste se alcanzaron intensidades entre VIII y X grados (Fig. 3).

Área de ruptura del terremoto de Limón y su relación con la zona mesosísmica

En fallas con movimiento inverso es frecuente encontrar que la geometría del área de la ruptura y las zonas de mayor liberación del momento sísmico controlen parcialmente las características de la zona mesosísmica. Con respecto al terremoto de Limón existen varias estimaciones del área de ruptura y estas se encuentran contenidas dentro de la zona mesosísmica (Fig. 5). Montero et al. (1994) y Ponce et al. (1994) consideraron usando réplicas que el área sísmica de la ruptura fue alrededor de 85x45 km2 (mostrada con trazo azul en la Fig. 5). El área de ruptura sísmica encontrado por los anteriores autores se ubica dentro del área continental y tiene un eje mayor paralelo a la costa Caribe y se ubica dentro de la zona mesosísmica, siendo esta última mayor tanto por el lado noroeste como por el sector sureste. Por su parte, Goes et al. (1993) con base en el modelaje de las ondas de cuerpo obtenidas de sismogramas de banda ancha estiman que el área de ruptura no es mayor a 60x80 km2 (rectángulo a trazos rojos en la Fig. 5) y que la mayoría del momento sísmico se liberó en un área de 45x45 km2. Goes et al. (1993) consideran que esa zona de ruptura es bastante pequeña para un evento de magnitud Mw 7,7.

Para entender mejor las altas aceleraciones que se originaron dentro del área mesosísmica debe también considerarse el proceso de ruptura del terremoto y la liberación del momento sísmico. Montero et al. (1994) con base en el acelerograma de la estación de San Isidro, ubicada unos 68 km al suroeste del epicentro (Fig. 5) identificó 5 subeventos durante el proceso de ruptura. Estos subeventos se identificaron con base en la amplitud de la onda S especialmente claros en la componente N-S del acelerograma (ver Fig. 3 en Montero et al., 1994). Existen dos modelos de ruptura para el terremoto, que son los de Goes et al. (1993) y el de Tajima y Kikuchi (1995). En Montero (2021) se discuten varias características sismológicas de ambos. Para ver el control de la geometría y del proceso de la ruptura del terremoto de Limón sobre la distribución de las intensidades se escoge como ejemplo el modelo de Goes et al. (1993) (Fig. 5). El área de ruptura del terremoto obtenido (rectángulo a trazos rojos en figura 5) se localiza bajo gran parte de la zona mesosísmica, aunque esta última cubre un área mayor tanto al noroeste como al sureste. Asimismo, el modelo de la liberación de momento sísmico incluye dos zonas principales ubicadas tanto al sursuroeste como al nornordeste del hipocentro (estrella roja muestra el epicentro). Ambas zonas originarían altas aceleraciones en las zonas ubicadas directamente encima de ellas. Se puede observar que tres zonas de intensidades entre IX y X grados ubicadas un poco al sur de Puerto Limón se localizarían cerca o parcialmente por encima del subevento del nornordeste del epicentro, mientras que el otro subvento ubicado al sursuroeste del epicentro se localizaría al suroeste de una zona alargada en sentido noroeste de intensidad IX.

DISCUSIÓN

Montero et al. (1991) elaboraron un mapa preliminar de intensidades para el terremoto de Limón, con base en información obtenida en el campo y con cerca de 250 entrevistas realizadas en Costa Rica. Estos autores asignan una intensidad máxima de IX grados, la cual cubre todo el litoral Caribe de Costa Rica, incluyendo al norte de la localidad de Tortuguero, y también extendiéndose en el noroeste de Panamá. Además, las isosistas que separan los diferentes niveles de intensidades mostrados en el mapa de Montero et al. (1991) tienen un patrón alargado en dirección nornoroeste hacia Nicaragua, sugiriendo intensidades de VIII y VII grados en el litoral Caribe de Nicaragua, lo cual entra en contradicción con el patrón de intensidades propuesto en este trabajo. Por lo anterior, se considera que en el mapa de intensidades de Montero et al. (1991) se asignaron valores de intensidad muy altos en el Caribe nicaragüense. En cambio, en la propuesta de este estudio, las isosistas de intensidad VIII y VII cierran dentro del territorio nacional en su región norte y las intensidades asignadas en las localidades del litoral Caribe nicaragüense de San Juan del Norte son de V a VI grados y de III a IV en Bluefields (ver Fig. 1). Asimismo, el patrón de intensidades de Montero et al. (1991) sugiere un decaimiento más rápido de las intensidades hacia el noroeste de Costa Rica, porque asigna intensidades de grado III en el sector oeste de la península de Nicoya y en el noroeste del país. Esta última diferencia es explicable considerando que entre diferentes autores pueden existir distintas valoraciones de los datos macrosísmicos.

Denyer et al. (1994) muestran las áreas afectadas por licuefacción al noroeste de Puerto Limón, en la zona de planicie aluvial y del cordón litoral y también al sureste Puerto Limón, a lo largo del litoral Caribe, incluyendo la región de Sixaola y el noroeste de Panamá. También incluyen dentro de la zona afectada por licuefacción a los valles la Estrella y de Talamanca. Mora y Yasuda (1994) detallan algunas zonas afectadas por licuefacción en la zona Caribe de Costa Rica. Por otro lado, Camacho y Víquez (1994) incluyen una zona de planicie aluvial y costera extensa afectada por licuefacción en el noroeste de Panamá y otra al sur afectada por deslizamientos. Las regiones anteriores mostradas por Denyer et al. (1994), Mora y Yasuda (1994) y por Camacho y Víquez (1994) son incorporadas dentro de la zona mesosísmica propuesta en este estudio con intensidades entre VIII y X grados.

CONCLUSIONES

El mapa de intensidades del terremoto de Limón del 22 de abril de 1991 (Mw 7,7) se realizó a partir de diversas fuentes de información. La zona mesosísmica del terremoto corresponde con la zona afectada con intensidades entre VIII y X grados y se asocia con diversos efectos geológicos, como son deslizamientos, licuefacción, desplazamientos laterales del suelo y daños a las obras civiles. A partir de la zona mesosísmica las intensidades decayeron con la distancia hasta una intensidad mínima de IV en el noroeste de Costa Rica. El terremoto se sintió en gran parte de América Central y en islas del Caribe y del Pacífico con un radio promedio de percepción de ~ 620 km.

AGRADECIMIENTOS

Un especial agradecimiento a Eduardo Hernández, quien colaboró tanto en el campo como en la realización de entrevistas telefónicas que permitieron obtener información macrosísmica del terremoto de Limón. Asimismo, se agradece a Lepolt Linkimer, Editor del Volumen Especial del 30 Aniversario del Terremoto de Limón sus importantes observaciones al presente artículo, los cuales ayudaron a mejorarlo. Esta publicación se realizó como parte de las actividades de investigación del proyecto 830-B6-808: “Promoción del desarrollo científico, académico y tecnológico en geología”, del Centro de Investigaciones Geológicas de la Universidad de Costa Rica.

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