The Limón, Costa Rica earthquake of April 22, 1991: Back arc thrusting and collisional tectonics in a subduction environment

Abstract

On April 22, 1991, a large earthquake (M w = 7.7) occurred along the Caribbean coast of Costa Rica and western Panama. The rupture area of the fault mapped from the aftershocks is 45x85 km 2. The distribution of aftershocks and the local geological record suggest that faulting occurred on a blind thrust sheet that shallows toward the northeast. Uplift of the Caribbean coast ranging from 1.5 m near Puerto Lim6n and decreasing gradually toward the southeast was observed along the Caribbean. Northwest of Puerto Lim6n no significant coastal uplift was observed. This observation agrees with the aftershock data suggesting the rupture did not extend to the northwest of this location. The Lim6n earthquake also triggered aftershocks on secondary faults in the crust. These events are apparently associated with a family of imbricate thrust and strike-slip faults that lie in the eastern piedmont of the Talamanca Cordillera. The historical seismicity indicates that the Caribbean coast has been the site of several historical earthquakes with magnitudes greater than 7.0. On April 26, 1916, another earthquake (M s = 6.9) took place in the same region. Summing the scalar seismic moment release along the Caribbean coast, the average rate of slip is approximately 0.8 cm/yr, compared with a value of 0.4 to 0.8 cm/yr along the Pacific subduction zone, depending on the estimated width of the seismogenic zone. Therefore a large fraction of the relative plate motion between the Cocos and Caribbean plates (9.8 cm/yr) appears to be taken up by crustal deformation in the back arc. The tectonic regime in the area appears to be dominated by the collision of the buoyant Cocos ridge with the subduction zone. The absence of a Wadati-Benioff zone where the Cocos ridge collides with the trench suggests the slab does not subduct beneath the Osa Peninsula; this is supported by the Pliocene gap of volcanism present in Costa Rica. Thus the predicted relative motion between the Cocos and Caribbean plates appears to be absorbed by a low rate of seismic moment release in the forearc and by a broad zone of Paper number 94TC02546. 0278-7407/95/94TC-02546510.00 active crustal shortening and underthrusting in the back arc. This type of tectonic deformation resembles more a collisional regime than a typical subduction zone environment. 20-40-ß ß ß ß 24, Apr 22, Apr ß ß ß ß ß ß e ß ß A B gm , 0 20 40 60 80 Km 60, 1993. Bowland, C.L., Seismic stratigraphy and structure of the western Colombian basin, Caribbean Sea, M.S. thesis, 248 pp., Univ. of Tex., 1984. Brune, J., Seismic moment, seismicity, and rate of slip along major fault zones, J. Geophys. Res., 68, 777-784, 1968. Camacho, E., E1 tsunami del 22 de abril de 1991 en Bocas del Toro, Panamfi, Rev. Geol. Am. Cent., Spec. Vol., 61-64, 1994. Camacho, E. and V. Viquez, Historical and instrumental seismicity of the Caribbean region of Panama, U.S. Geol. Surv. Prof Pap., in press, 1994. Chinn, D.S., and B.L. Isacks, Accurate source depths and focal mechanisms of shallow earthquakes in western South America, Tec...

Neotectónica de la región central de Costa Rica: frontera oeste de la microplaca de Panamá

“…Además, la zona de Benioff bajo el centro del país es menos profunda (hasta 100 km). Bajo el sur de Costa Rica, la subducción del levantamiento oceánico del Coco, origina un proceso tectónico tipo colisión (Suárez et al, 1995). Montero (1994a), Kolarsky et al (1995) y López (1999) propusieron que esta interacción ha originado la indentación del área continental central-sur del país, generando sistemas de fallas entre el Pacífico y el Caribe cuyos desplazamientos son controlados por la geometría del indentador y de la zona indentada.…”

Distribución espacio-temporal de la sismicidad sentida en Costa Rica (1976-2013) en el marco histórico del 30 aniversario (1982-2012) de la Red Sismológica Nacional (RSN: UCR-ICE)

“…9). El evento más importante fue el terremoto de Limón del 22 de abril de 1991 (Goes et al, 1993;Suárez et al, 1995;Barquero & Rojas, 1994;Montero et al, 1994a, Ponce et al, 1994 que con una magnitud M w de 7,7 ha sido el sismo más grande del periodo analizado y corresponde con el 38,4% del total de la energía libertada por todos los sismos del periodo estudiado. El terremoto de Limón causó daños en un área de 8000 km2 que incluyen el 80% del territorio costarricense y el 20% del de Panamá (Morales, 1994).…”

Evaluacion del hipotetico sistema de falla transcurrente este-oeste de Costa Rica

“…Como la subducción es más intensa por la mayor velocidad de convergencia entre el Golfo de Nicoya y Quepos, la penetración es más vigorosa y por esto la alta sismicidad observada actualmente en el país. El indentor de Cocos (MONTERO, 1994) y su colisión con la placa Caribe (SUAREZ et al, 1995) deben estar transmitiendo esfuerzos no solamente hacia el noreste del país sino también hacia el centro, lo cual podría ser la causa de la alta sismicidad en la misma cresta de la Cordillera de Talamanca y en particular, en las fallas de orientación noroestesureste como aquellas de Pejibaye. FISHER et al (1993) indican que los sismos posteriores a los terremotos de Cóbano y Limón están restringidos a una difusa zona de fallamiento diverso y de orientación este-oeste a lo largo del Valle Central de Costa Rica y que la variedad de fallas pueden reflejar un estado temprano de una zona de cizalla en desarrollo.…”