Evolución temporal de la sismicidad para el lapso 1993-2024 y la amenaza sísmica del sistema de fallas de Algeciras (Colombia)
Temporal evolution of seismicity for the period 1993-2024 and seismic hazard of the Algeciras fault system (Colombia)
Germán Chicangana1,2, *
, Carlos Vargas2
1 Grupo Geoamenazas e Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Santo Tomás. 500003, Villavicencio, Colombia.
2 Grupo de Geofísica, Departamento de Geociencias, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia. Ed. 224 Manuel Ancízar, 111131, Bogotá, Colombia.
* Corresponding author: (G. Chicangana) This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Cómo citar este artículo:
Chicangana, G., & Vargas, C. (2026). Evolución temporal de la sismicidad para el lapso 1993- 2024 y la amenaza sísmica del sistema de fallas de Algeciras (Colombia): Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 78(2), A101025. https://doi.org/10.18268/BSGM2026v78n2A101025
Manuscrito recibido: 30 de junio, 2025. Manuscrito corregido: 19 de septiembre, 2025. Manuscrito aceptado: 6 de octubre, 2025.
RESUMEN
El Sistema de Fallas de Algeciras (SFA) se ubica en el suroccidente de Colombia y tiene una longitud total de 420 km. El SFA se divide en dos segmentos: uno al norte, de 160 km, y otro al sur, de 260 km. En este sistema se registraron terremotos históricos de gran magnitud, entre ellos el del 16 de noviembre de 1827 (Mw 7.1) y el del 9 de febrero de 1967 (Mw 7.2). Las variaciones de sismicidad se determinaron a partir de datos de la Red Sismológica Nacional de Colombia para el período comprendido entre junio de 1993 y marzo de 2024. El terremoto de Mesetas del 24 de diciembre de 2019 (Mw 6.0) ocurrió en el segmento norte. Los resultados indican que las variaciones de sismicidad señalaron la proximidad temporal de este evento en dicho segmento; mientras que en el segmento sur se observó un incremento en el número de sismos de baja magnitud a partir de 2009, atribuible principalmente a razones técnicas asociadas al crecimiento de la red sismológica. No obstante, se determinó que el SFA presenta una alta tasa de actividad sísmica: la Falla de Algeciras, su estructura principal, registró 20 terremotos con magnitudes entre 4.0 ≤ Mw ≤ 6.0 en un período de 31 años.
Palabras clave: Colombia, Cordillera Oriental, sismicidad, ley de Gutenberg-Richter, amenaza sísmica.
ABSTRACT
The Algeciras Fault System (AFS) is located in southwestern Colombia and has a total length of 420 km. The AFS is divided into two segments: a northern segment of 160 km and a southern segment of 260 km. The AFS has recorded major historical earthquakes, including the November 16, 1827 (Mw 7.1) and the February 9, 1967 (Mw 7.2) events. Seismicity variations were analyzed using data from the Colombian National Seismological Network for the period between June 1993 and March 2024. The December 24, 2019, Mw 6.0 Mesetas earthquake occurred in the northern segment. Results indicate that seismicity variations signaled the temporal proximity of this event in that segment, whereas in the southern segment, an increase in lowmagnitude earthquakes was observed from 2009 onward, attributable primarily to technical factors related to the expansion of the seismological network. Nevertheless, the AFS was found to exhibit a high rate of seismic activity; its main structure, the Algeciras Fault, produced 20 earthquakes with magnitudes ranging from 4.0 ≤ Mw ≤ 6.0 over a period of 31 years.
Keywords: Colombia, Eastern Cordillera, seismicity, GutenbergRichter law, seismic hazard.
1. Introducción
El Sistema de Fallas de Algeciras (SFA) (Figura 1) se localiza en el sector meridional de la Cordillera Oriental de Colombia (París et al., 2000), extendiéndose desde los 0.5° N hasta los 4° N (Velandia et al., 2005). Al SFA se le atribuyen algunos de los más grandes terremotos que ha sufrido Colombia, como los de 1827, 1917 y 1967 (Figura 2), afectando a ciudades como Bogotá, Neiva y Popayán (Espinosa, 2004; INGEOMINAS, 2005; IRIS, 2004; Ramírez, 1975; Sarabia et al., 2010). El SFA es un sistema de fallas de rumbo lateral derecho, en el que predominan fallas inversas y de rumbo deslizante (ChicanganaMontón et al., 2022; Diederix et al., 2020, 2021; Gómez-Hurtado et al., 2022; Poveda et al. 2022). El origen de su cinemática se relaciona con la convergencia entre la placa de Nazca y el margen noroccidental de Suramérica, que da lugar al desplazamiento de los Andes del norte hacia el noreste con respecto a la placa rígida suramericana. Se estima una velocidad de desplazamiento de 7.2 mm/año hacia el NE (Gómez-Hurtado et al., 2022; Jarrin et al., 2023; Mora-Páez y Audemard, 2021; Mora-Páez et al., 2019).
La Falla Algeciras (FA) es una falla de rumbo lateral derecha con rumbo predominante NE y es el eje principal de este sistema de fallas: Esta estructura comienza al sur en el valle alto del río Magdalena a una latitud de 1° 30’ N y se extiende hacia el norte hasta los 4° N con una longitud de 420 km. Entre los 3°06’ y los 3°09’ N, esta falla se trunca debido a un relevo estructural (Chicangana-Montón et al., 2022). El segmento sur de la falla tiene una longitud acumulada de 260 km, y el segmento norte de 160 km. El segmento norte define el piedemonte llanero entre el borde oriental de la cordillera y la cuenca de los llanos. Los sismos de 1827 y 1917 han sido analizados a partir de leyes de atenuación de sus intensidades. Al terremoto del 16 de noviembre de 1827 se le estableció su epicentro en el actual territorio del municipio de Timaná, en el sur del departamento del Huila (Espinosa, 2004), y el del 31 de agosto de 1917 en el municipio de Cubarral en el departamento de Meta (Sarabia et al., 2010). El sismo del 9 de febrero de 1967, tanto su magnitud Mw 7.2 como su epicentro, fueron obtenidos instrumentalmente por la Red Sismológica Mundial (IRIS, 2004), y el sismo del 24 de diciembre de 2019 con Mw 6.0, su epicentro fue localizado por la Red Sismológica Nacional de Colombia (RSNC) en el municipio de Mesetas, al sur del departamento de Meta (Chicangana-Montón et al., 2022; Noriega-Londoño et al., 2021; Poveda et al., 2022).
Aquí se analiza el régimen sísmico del SFA (Figura 3) utilizando el catálogo de la RSNC mediante el uso de la ley de Gutenberg-Richter para la sismicidad registrada entre el 1 de junio de 1993 y el 1 de abril de 2024. Con esto se busca evaluar su amenaza sísmica y estimar los intervalos de recurrencia de eventos significativos.
2. Marco geotectónico
La geología de la Cordillera Oriental de Colombia (Figura 3) es el producto de la inversión tectónica de una antigua depresión estructural que apareció a fines del Triásico (Reyes et al., 2024), produciéndose sistemas de fallas normales hacia el este y oeste de esta depresión (Chicangana-Montón et al., 2022). Durante el Cenozoico, estas fallas sufren un régimen de tectónica compresiva (Cortes et al., 2005), dando lugar a la construcción definitiva de la cordillera (Mora et al., 2010), originando el SFA a partir del Mioceno medio (Anderson et al., 2016). A principios del Cuaternario (+/- 2.4 Ma), la FA inicia un movimiento dextral que se origina por la oblicuidad de la convergencia de la placa Nazca al norte de la zona de fractura de Grijalva, la cual configura el extremo sur de los Andes del norte en Ecuador (Alvarado et al., 2016; Margirier et al., 2023; Witt et al., 2006). El desplazamiento lateral de los Andes del norte con respecto a la placa suramericana da lugar a la alta tasa de sismicidad superficial a lo largo del SFA (Chicangana-Montón et al., 2022; Poveda et al., 2022). No se ha establecido si esta falla corresponde a un límite entre placas ya bien definidas, como en el caso de la Falla de San Andrés en California, cuyo origen fue un rift (Atwater, 1970), o el de la Falla de Anatolia Este en Turquía, que es el límite entre la placa Turca y la placa Arábiga (Aktug et al., 2016; Martin et al., 2023).
3. Métodos
Las variaciones de la sismicidad para el SFA encontradas aquí se basan en el registro de la RSNC para el lapso 06/06/1993–01/04/2024. La RSNC es una red sismológica de carácter regional que para 2024 cuenta con 64 estaciones, de las cuales 7 están muy próximas y rodean al SFA (Figura 4). La magnitud usada por este catálogo es Mw, la cual está ajustada como magnitud promedio cuando los eventos están registrados en al menos 4 estaciones (SGC, 2024).
Con el crecimiento de la RSNC se registran terremotos con magnitudes Mw > 1.5 en cuatro o más estaciones de esta red, y con magnitudes Mw ≥ 4.8 en más de una decena de estaciones. Con este criterio aumenta el grado de certeza para asignar eventos a una falla con una longitud ≥ 10 km. Los hipocentros están restringidos a una profundidad focal de h ≤ 40 km, ya que el objetivo era determinar únicamente la sismicidad de las fallas en la corteza, y el espesor de esta se estableció conforme a los resultados de la función receptora de las estaciones de la RSNC indicados por Poveda et al. (2015, 2018). Con el software ZMAP (Wiemer, 2001) en su versión ZMAP7 (SED, 2022), se encontró el régimen sísmico de las zonas analizadas. La Distribución Magnitud-Frecuencia (FMD) fue calculada desde el método de curvatura máxima con ZMAP (Wiemer, 2001), que define a la magnitud de mínima completitud (Mc) como el punto de la curvatura máxima, indicando el punto a partir del cual el catálogo es confiable para los análisis sísmicos durante la ventana de observación analizada, y con este se encontraron los valores a y b. También se llevaron a cabo los análisis de momentos en los que ocurren cambios significativos en la tasa de sismicidad promedio con el valor z. El valor z señala los cambios en las tasas de sismicidad dentro de una ventana de tiempo específica (Zúñiga y Wiemer, 1995). Según la fórmula de Gutenberg-Richter log N = a - bM, el valor b describe la relación magnitud-frecuencia utilizando el método de mínimos cuadrados (Aki, 1965). Sin embargo, el valor b también es la probabilidad máxima de M estimada con sus límites de confianza (Aki, 1965). Para la fórmula de Gutenberg-Richter log N = a - bM, N es el número de terremotos con magnitudes en un rango fijo M, y a y b son constantes. El valor a indica la actividad sísmica relacionada con el tiempo y el volumen de datos de la ventana analizada (Ashtari Jafari, 2008). Para el valor de b, sus estimaciones dependen de la definición de una escala de magnitud que varía de una región a otra (Zúñiga y Wyss, 2001) y se define como:
donde M es el valor promedio de las magnitudes del catálogo, y Mmin es la magnitud mínima en el registro del catálogo. El valor de b es proporcional a la longitud de la fractura activada por una ruptura y varía a lo largo de una zona de falla, en donde los valores son bajos para zonas bloqueadas o con baja movilidad o movilidad nula, y los valores son altos en zonas de deslizamiento o de mucha movilidad (Hussain et al., 2020; Schorlemmer et al., 2004; Wyss et al., 2004a).
También se usa el valor de b para indicar el tipo de falla, donde son valores altos para las fallas normales y valores bajos para las fallas inversas, y con un valor intermedio para las fallas de rumbo (Schorlemmer et al., 2005; Sharon et al., 2022; Wu et al., 2018). Los valores b se pueden comparar con los de otras áreas donde un valor específico de M depende de Mmin, que es la magnitud mínima de completitud en el catálogo. La magnitud de completitud (Mc) toma todos los eventos registrados para conseguir resultados de alta calidad, y la estimación de esta se fundamenta en la ley de Gutenberg-Richter (Wiemer y Wyss, 2000). La variación en el tiempo y en el espacio de Mc produce estimaciones erróneas en el valor de b, debido a la sobreposición de los eventos grandes con respecto a los pequeños, lo que ocurre frecuentemente cuando la actividad sísmica es alta, y se presenta cuando se instalan estaciones temporales luego de la ocurrencia de un gran evento (proceso de réplicas). Entonces, debido a esto, Mc cambia regionalmente dependiendo de la actividad sísmica y la sensibilidad de las estaciones (Maden y Öztürk, 2015). La disminución del valor de b en función del tiempo indica igualmente la proximidad de grandes terremotos (Kwietek et al., 2023; Xie et al., 2022; Yin y Jiang, 2024), y si el valor de b en una región, independientemente del tiempo, es bajo, indicaría que la ocurrencia del sismo sería muy próxima en el tiempo. Con respecto a la relación del valor de b con la profundidad, se ha encontrado que este se incrementa cuando aumenta la profundidad con el espesor de la corteza (Amorese et al., 2010; Godano et al., 2022; Maden y Öztürk, 2015; Yu, 2016).
Aquí se discriminaron las variaciones en la sismicidad del SFA para dos sectores, el sector norte entre las latitudes 3°09’ N y 4° N con una longitud de falla acumulada de 160 km, y el sector sur entre las latitudes 1°30’ N y 3°06’ N con una longitud de falla acumulada de 260 km (Figuras 3 y 5). Los dos sectores se dividieron en segmentos con las fallas identificadas por la cartografía geológica para cada caso. En estos predominaron solo fallas de tipo inverso y fallas de rumbo deslizante. La magnitud mínima de completitud (Mc) indica que todos los eventos que ocurren por encima de ella son reportados, y la determinación de Mc depende de la distribución empírica de la magnitud siguiendo la ley de Gutenberg-Richter: log N = a - bM (Habermann, 1983). De esta manera, la magnitud mínima de completitud de un conjunto de datos está determinada por el ajuste lineal de primer orden del número acumulado de eventos versus la magnitud, siendo Mc el nivel en el que los datos caen por debajo de esta línea ajustada. Los valores de las variaciones temporales de Mc y el valor de b fueron calculados con el software ZMAP con el método de magnitud mínima fija (FixedMc) (Wiemer, 2001). Los valores de Mc, a, b y z se calcularon en una cuadrícula con un tamaño de 14.32 km x 14.32 km o 0° 07’48” de lado, con una longitud de ventana comparada de 1.5 años para grupos de 14 días. El valor z logra identificar los momentos en los que se producen cambios significativos en la tasa de sismicidad promedio de un catálogo (Zúñiga y Wiemer, 1995). Para su cálculo se aplicó el algoritmo GenAS del código ZMAP, que es el Sistema de Análisis de Redes Genéticas que evalúa la homogeneidad del registro de magnitud en el tiempo. Siguiendo este algoritmo, es posible detectar niveles significativos de sesgo de las variaciones de sismicidad causadas artificialmente (Zúñiga y Wiemer, 1999). Con este enfoque se realizó una comparación sistemática del valor z y el número de eventos entre dos períodos. El algoritmo GenAS utiliza la prueba del valor z para la significación estadística de dos medias. Las medias aritméticas, en este caso, corresponden a la tasa de sismicidad calculada para dos intervalos de tiempo determinados. Esta hipótesis se basa en dos muestras con medias aritméticas M1 y M2, con un tamaño N1 y N2 y con dos desviaciones estándar S1 y S2 (Zúñiga y Wiemer, 1995). Obtenidas las poblaciones con medias iguales, la diferencia M1 - M2 es una variable aleatoria con distribución normal, media 0, y la desviación estándar viene dada por:
Entonces, el valor z es igual a
Para el cálculo de los valores z en el catálogo usado en este trabajo, los períodos analizados fueron del 03/06/1993 al 11/01/2008 y del 11/01/2008 al 04/01/2024, con unos 150 eventos próximos y cortes de 113 días. Este cálculo ayudó a determinar si la diferencia entre dos medias existió dentro de un intervalo de confianza determinado. Con esta media, los valores z superiores a 2,575 indicaron una confianza superior al 99 % en la diferencia entre las dos muestras, y otros valores corresponden a diferentes porcentajes de confianza. La quiescencia sísmica es la disminución relativa del número de sismos en cualquier área de una región con alta actividad sísmica dentro de un cierto intervalo de tiempo en comparación con las observaciones a largo plazo en la misma región (Wyss et al., 2004b), y esto indica la proximidad de un gran sismo en el corto plazo para una zona de falla (Mogi, 1969). Wiemer y Wyss (1994) introdujeron una metodología que se desarrolla con el software ZMAP para detectar los cambios en la tasa de sismicidad a partir del valor z; por un lado, la función AS(t), que indica períodos de inactividad sísmica e identifica tanto una anomalía en el tiempo de inicio como el final de una serie temporal. Y, por otro, la función LTA(t) o de promedio a largo término que se usa para la evaluación estadística del nivel de confianza en unidades de desviaciones estándar (Habermann, 1991).
El cálculo del valor z en función del tiempo se calcula de la siguiente forma (Öztürk y Bayrak, 2012):
donde Rall es la tasa media en el período global, incluyendo TW (de t0 a te). Rwl es la tasa media en la ventana de tiempo considerada (de t a t + TW); σall y σwl son las desviaciones estándar en estos períodos, y nall y nwl el número de muestras; t es el “tiempo actual” entre el tiempo inicial (t0) y el tiempo final (te), (t0 < t < te).
El valor z calculado mediante la ecuación para todos los tiempos t entre t0 y te a TW es estadísticamente apropiado para estimar el cambio en la tasa de sismicidad en una ventana de tiempo TW (también indicada como iwl) en contraste con la sismicidad de fondo. La forma de la función LTA(t) depende en gran medida de la elección de la longitud de la ventana de primer plano, iwl. Si bien la robustez estadística de la función LTA(t) aumenta con el tamaño del iwl, su forma se vuelve cada vez más suave si la longitud del iwl excede la duración de la anomalía. La duración de la inactividad también es un parámetro importante para determinar y su importancia se maximiza cuando TW es igual a ese valor; y para obtener resultados significativos exigimos que no dependan de la elección de TW.
Finalmente, para el cálculo de la relación entre el tiempo de recurrencia sísmica (en años) y la magnitud máxima esperada para una región, el software ZMAP (Wiener, 2001) utiliza la ley fundamental de Gutenberg-Richter (log N(M) = a - bM). Esta ley relaciona el número de terremotos (N) con su magnitud (M), mediante los valores de a y b, estableciendo aquí el Tiempo de Recurrencia Local (Wyss et al., 2000), el cual se apoya en la Distribución de la Frecuencia-Magnitud (FMD) observada.
4. Resultados
4.1. RESULTADOS DEL SEGMENTO NORTE 3.15º N - 4 N, 73.4º O - 74.8º O
Este segmento tiene una longitud total de 160 km. Entre el 9 de julio de 1993 y el 1 de abril de 2024, la RSNC registró 6,826 terremotos (Figuras 5 ,6 y Tabla 1), y con el cálculo de la Distribución de la Frecuencia-Magnitud se obtuvo para esta una magnitud de completitud (Mc) 1.3, un valor a 4.699 y un valor b de 0.80 +/- 0.01 (Figura 7).
El subsegmento 1 con 60 km de longitud se ubica al norte y está relacionado con la actividad en el departamento de Meta de las fallas Algeciras y La Florida (FLF) (Figuras 5 y 6). Durante la ventana de tiempo analizada, en esta ocurrieron los sismos Mw 4.2 del 24 de febrero de 1995 y el del 24 de agosto de 2017 con Mw 3.8. En esta región ocurrió el sismo del 31 de agosto de 1917, al cual con análisis macrosísmico Sarabia et al. (2010) calcularon una magnitud Ms 6.9. Se encontró que la actividad sísmica de este subsegmento con respecto a los otros del segmento es muy baja, con un valor b de 0.99 +/- 0.09 y una magnitud de completitud (Mc) 1.5.
El subsegmento 2 (Figuras 5 y 6) tiene una longitud de 50 km; es el de mayor sismicidad de este segmento, destacándose el sismo Mw 6.0 con profundidad de 9 km que ocurrió el 24 de diciembre de 2019 en el municipio de Mesetas (SGC, 2024) con epicentro ubicado en la FA. Su réplica principal ocurrida a los 20 minutos tuvo Mw 5.8, y la RSNC la ubicó en la Falla La Florida, contigua a la FA a 4 km al SO de esta, y es por esta razón que se consideró un sismo doble (Chicangana-Montón et al., 2022; Poveda et al., 2022). Este subsegmento tiene un valor b de 0.84 +/- 0.01 y una magnitud de completitud (Mc) 1.3; y presenta, además de las fallas FA y FLF, la Falla Río Tonoa (FRT).
El subsegmento 3 (Figuras 5 y 6), con 50 km de longitud, presentó un sismo Mw 5.6 el 23 de noviembre de 2002 con epicentro relacionado con la FA en el municipio de La Uribe, Meta. Este segmento presenta una tasa de sismicidad menor en comparación con el segmento 2, y tiene una magnitud de completitud (Mc) 1.2 y valor b de 0.68 +/- 0.02. En este segmento se presenta, además de la FA, las fallas FLF, FRT y la Falla Ucrania (FU). Durante el periodo analizado, además del sismo de Mw 5.6, ocurrieron en este subsegmento cinco sismos con magnitud superior a Mw 4.0 (Figuras 5, 6 y 7). En este segmento se presentaron para el trazo de la FA dos sismos con 5.5 ≤ M ≤ 6.0 con un intervalo de 17 años y 25 km de distancia entre sus epicentros. Se encontró igualmente (Figura 7) que se presentaron un total de 17 sismos con 4.0 < M < 5.0, sin involucrar en estos últimos las 9 réplicas del sismo de Mesetas de 2019 que estuvieron en este rango de magnitudes. El intervalo de recurrencia para sismos con 4.0 < M < 5.0 tuvo como promedio un lapso de 3 años. La variación temporal de la magnitud de completitud (Mc) decae por debajo de 1.0 a fines de 2014, hasta un valor de 0.21 el 3 de octubre de 2018, siendo este último valor el más bajo durante toda la ventana de tiempo analizada (Figura 8). Para conseguir esto último, se aplicó aquí con ZMAP (Wiemer, 2001) el método de magnitud mínima fija (FixedMc), considerando un agrupamiento de magnitud 0.1, un tamaño de la ventana de muestra de 50 sismos y un número mínimo de 5 eventos.
Con la variación temporal del valor de b, se encontró que este se redujo a partir del 1 de febrero de 2017 con 0.44 hasta llegar a un mínimo de 0.31 el 24 de diciembre de 2019 a las 10:09, casi nueve horas antes del sismo Mw 6.0 que fue a las 19:03 hora local. Luego volvió a ascender el valor de b hasta alcanzar un máximo de 0.77 para el 26 de febrero del 2020. Con el valor de z y la quiesciencia sísmica (Figura 9), se encontró que con la función AS(t) el cambio de tasa temporal con la desviación estándar del valor de z se presentó para un tiempo previo muy próximo al sismo de Mesetas del 24 de diciembre de 2019, donde el inicio de esta anomalía fue el 29 de noviembre de 2019, a solo 25 días antes del sismo. Con la función LTA(t), la variación temporal del valor de z se produjo el 10 de marzo de 2017, dos años y más de 9 meses antes del sismo de Mesetas. Con esta última función es más coherente dicho cambio en la sismicidad y anticipa la ocurrencia del sismo Mw 6.0.
4.2. RESULTADOS DEL SEGMENTO SUR 1.5º N - 3.1 N, 74.7º O - 76.5º O
En este segmento (Figuras 5 y 10) se registraron 10,452 sismos con un total de 30 con magnitudes 4.0 < Mw < 5. (Figura 11). Su longitud total es de 260 km y tuvo una magnitud de completitud (Mc) 1.3, un valor de a 4.825 y un valor de b de 0.74 +/- 0.01 (Figura 11).
En este se establecieron cinco subsegmentos. El subsegmento 1, con una longitud de 40 km (Figura 10 y Tabla 1), corresponde a la región de Vegalarga, Huila, y el Parque Natural Nacional de Los Picachos entre los departamentos de Caquetá y Meta, y se presentan la FA y la Falla Altamira (FAt) al noroccidente, la cual es de tipo inverso. En este subsegmento se presentó el sismo Mw 7.2 del 9 de febrero de 1967 (IRIS, 2004), y la RSNC registró el sismo del 23 de enero de 2021 con Mw 5.0 y a una profundidad de 30.4 km. Ambos sismos tuvieron como epicentro a la FA. Este subsegmento tiene una magnitud de completitud (Mc) 1.3 y un valor b de 0.69 +/- 0.02.
En el subsegmento 2, con una longitud de 30 km, están igualmente la FA y la FAt. La FA hacia el sur forma la cuenca de Balsillas, definiendo aquí una cuenca de tracción o pull-apart basin (Diederix et al., 2020). Los sismos de mayor magnitud que se presentaron durante la ventana de tiempo y cuyos epicentros correspondieron con la FA en la cuenca Balsillas fueron el del 12 de agosto de 2003 con Mw 4.7 y el de noviembre 11 de 2017 con Mw 4.8. En este segmento, la magnitud de completitud (Mc) es 1.4, y el valor de b es 0.63 +/- 0.02, y con respecto al subsegmento 1, su tasa de sismicidad fue menor.
El subsegmento 3, con una longitud de 90 km, se extiende desde la cuenca de la vereda El Paraíso al norte de la cuenca de tracción de Algeciras hasta la intersección entre la FA con las fallas Timana y Suaza en el municipio de Altamira, Huila. La falla predominante del SFA en este sector es únicamente la FA. Durante la ventana de observación se presentaron un total de 4 sismos con 4 < Mw < 4.2 con epicentros en la FA, destacándose los sismos Mw 4.1 del 20 de diciembre de 1993, Mw 4.2 de marzo 26 de 1996, Mw 4.0 de junio 16 de 2021 y Mw 4.1 de marzo 30 de 2024 (Figura 5). Diederix et al. (2021) en este subsegmento a partir de estudios de paleosismicidad, indicaron para la cuenca de Algeciras un total de siete paleosismos Mw > 7.0 con un intervalo de recurrencia de entre 1,300 a 1,400 años, y para el sector de Garzón en el ámbito de la FA, tres eventos con Mw ≥ 7.0 con intervalo de recurrencia de entre 500 a 1,000 años (Gómez-Hurtado et al., 2022). Para este segmento, su magnitud de completitud (Mc) 1.3 y un valor de b de 0.83 +/- 0.0, con una tasa de sismicidad predominante que varió en magnitud 1.5 < Mw < 3.5 (Figura 11).
El subsegmento 4, con una longitud de 50 km, se extiende desde el municipio de Altamira al norte, en donde la FA presenta las bifurcaciones con las fallas Timana (FT) y Suaza (FS), hasta el sur, a 12 km al sur del casco urbano del municipio de Pitalito en el departamento del Huila. En este segmento, se destacan las Fallas FA, Timana, que es transcurrente, y Suaza, de tipo inverso. Durante la ventana de tiempo analizada en este segmento se presentaron un total de 7 sismos con magnitudes 4 < Mw < 4.6, en donde dos sismos tuvieron epicentro en la falla Suaza, y los 5 restantes se ubicaron en la proximidad de las fallas FA y Timana (Figura 5). En este subsegmento se asigna el sismo histórico del 16 de noviembre de 1827 con magnitud Mw 7.1 calculada desde la macrosísmica (Espinosa, 2004; INGEOMINAS, 2005). También para este subsegmento, Gómez-Hurtado et al. (2022) muestran un recuento de trabajos previos sobre paleosismología sin establecer intervalos de recurrencia, para dos sitios de la falla Timana con 2 paleosismos y un sitio de la falla Suaza con un paleosismo. En este subsegmento, la magnitud de completitud (Mc) es 1.1 y el valor de b es 0.66 +/- 0.0.
Finalmente, el subsegmento 5, con una longitud también de 50 km, presenta las fallas FA, Suaza y Villalobos (FV). Este segmento se extiende desde el corregimiento de Bruselas al sur del municipio de Pitalito, y al norte hasta el corregimiento de San Juan de Villalobos, correspondiente al municipio de Santa Rosa en el departamento de Cauca al sur. Este segmento presenta muy poca sismicidad, y para la ventana analizada, la RSNC registró un total de 227 sismos, y de estos solo dos sismos tuvieron Mw > 4.0 con epicentro en la FA. El primero ocurrió el 26 de octubre de 1994 con Mw 4.0 y el segundo el 18 de mayo de 2005 con Mw 4.7. Para este subsegmento, la magnitud de completitud (Mc) es 1.6 y el valor de b es 0.67 +/- 0.06. En las variaciones temporales de Mc y del valor de b (Figura 12) con el método de magnitud mínima fija (Wiemer, 2001) para un tamaño de ventana de muestra de 200 y un número mínimo de eventos de 20, se encontraron cambios significativos. Para la Mc, se encontró que esta disminuye por debajo de 1.0 a partir de 2009, oscilando desde 0.71 hasta 0.29 y retornando a 0.6 en 2024. Para la variación temporal del valor de b, este se mantuvo bajo en promedio con un valor de 0.4 entre 1995 y mediados de 2018, y se incrementó hasta alcanzar un máximo de 0.55 en enero de 2019, y luego mantenerse en ≈ 0.5 hasta el fin del catálogo en abril de 2024.
Para las variaciones temporales del valor de z y la quiescencia sísmica (Figura 13), se encontró que con la función AS(t) el cambio de la desviación estándar del valor de z se presentó para el lapso entre octubre 2016 y julio 2018, y a partir de este último se incrementó de nuevo en septiembre 22 de 2022. Con la función LTA(t), la variación temporal del valor z presentó los mayores decrecimientos en noviembre del 2019 y agosto del 2022. Con las dos funciones AS(t) y LTA(t), el decrecimiento del valor de z es diferente para ambos casos; sin embargo, con la función AS(t) hay más similitud con el cambio temporal observado con el valor de b.
5. Discusión
El valor de b obtenido para los segmentos del SFA es coherente con lo expuesto por Frohlich y Davis (1993) con los valores esperados de las fallas de cabalgamiento y/o inversas y las fallas rumbo-deslizantes. El valor alto de b para el subsegmento 1 del segmento norte se debe a la muy poca sismicidad observada para un tiempo previo al sismo de 2017. Durante la ventana de observación que abarca desde el 28 de septiembre de 1993 hasta el 25 de marzo de 2024, la red solo registró un total de 354 sismos; de estos, solo 50 sismos ocurrieron antes del sismo Mw 3.8 de agosto 24 de 2017, es decir, transcurrieron más de 24 años, y aquí el asunto tiene que ver con el despliegue de la red sismológica, por la muy baja densidad de estaciones para esa región para una época anterior a 2017. Esta idea se soporta igualmente con el valor de la magnitud de completitud (Mc) en función del tiempo, ya que a partir de 2016 comenzaron a detectarse sismos con magnitudes menores a 1.0. Se ha demostrado que el decrecimiento del valor de b en función del tiempo indica la proximidad de un sismo de gran magnitud, tal como se verificó con los sismos Mw 7.9 y Mw 7.6 del 6 de febrero de 2023 de Kahramanmaraş, Turquía (Kwietek et al., 2023; Yin y Jiang, 2024), y con el sismo de Wenchuan, China, del 12 de mayo de 2008 Mw 8.0 (Xie et al., 2022). En China igualmente este resultado temporal del valor de b ha indicado la proximidad de otros grandes sismos (Jiang et al., 2021; Yu, 2016). Aquí, con el decaimiento del valor de b en el segmento norte del SFA, indicó la proximidad de la ocurrencia del sismo Mw 6.0 de Mesetas del 24 de diciembre de 2019, coincidiendo también con el decaimiento de la magnitud de completitud (Mc), siendo para esta última el 21 de junio de 2019, es decir, 6 meses antes de la ocurrencia del sismo, su mayor reducción con una magnitud de completitud (Mc) 0.22 y un valor de b de 0.35.
Para el segmento sur del SFA, la mayor reducción de la magnitud de completitud (Mc) fue 0.29 para febrero de 2017, y el valor de b, 0.33 para noviembre de 2007. En este segmento se observa que desde 2017, en la medida en que el valor de b se incrementa, la magnitud de completitud (Mc) disminuye, teniendo así un valor de b de 0.55 y una magnitud de completitud (Mc) de 0.6 a partir de ese año. Una interpretación a esto es que antes del año 2007 el número de estaciones en el segmento sur era muy bajo, porque el valor de la magnitud de completitud (Mc) fue ≥ 1.5 para el lapso entre 1993 y 2007, mientras que para el segmento norte la magnitud de completitud (Mc) tuvo un valor ≥ 1.4 entre 1993 y 2005, y desde este año hasta 2015 bajó a 1.0, y luego de 2015 este valor disminuye por debajo de 1.0. Hay que anotar que el segmento sur es mucho más extenso, y en este caso la disminución de la magnitud de completitud (Mc) significa un aumento en la cobertura del monitoreo sísmico de este, lo cual se evidencia también para el segmento norte a partir de 2017. Igualmente, el Servicio Geológico Colombiano indica el aumento de la densidad de sus estaciones de banda ancha para la red sismológica a partir de 2010 (SGC, 2022). La variación temporal de valor z con las funciones AS(t) y LTA(t) y en comparación con los trabajos de Wiemer y Wyss (1994) con el sistema de fallas de San Andrés en California, y de Öztürk y Bayrak (2012) para el sistema de las fallas de la Falla de Anatolia Oriental en Turquía, los resultados para el segmento norte con la función AS(t), la quiescencia fue toda la ventana de observación hasta unos 40 días previos al sismo de Mesetas, y con la función LTA(t), la quiescencia también se extendió todo el tiempo que abarca el catálogo, pero el cambio surge desde 2017, casi dos años antes del sismo. Este último indica una coincidencia con la variación de b a través del tiempo, pero solamente relacionado con el aumento de cobertura del monitoreo sísmico en la región. En el segmento sur tanto con la función AS(t) como con la función LTA(t), los cambios muestran el aumento de la cobertura de las estaciones en la región porque para la función As(t) el año 2017 es el punto de partida para el inicio de un proceso de quiescencia, y con la función LTA(t) se refleja el aumento del número de sismos del catálogo de manera directamente proporcional al aumento de estaciones en esta. Finalmente, para ambos segmentos, debe tomarse cautela con respecto a la relación entre el tiempo de recurrencia sísmica en años con la magnitud máxima esperada de acuerdo con la ley de Gutenberg-Richter para el SFA (Figura 14), debido a que este catálogo es resultado de una red sismológica que a través del tiempo ha tenido un crecimiento paulatino en el número de sus estaciones, y que además igualmente estas mejoraron su tecnología para la detección de sismos de muy baja magnitud, dando como resultado un incremento de la población de estos para un tiempo muy corto con respecto al lapso de la ventana de observación. La tasa de recurrencia para la FA ya ha sido previamente calculada desde investigaciones en paleosismología, en donde se hacen estimaciones de tasas de desplazamiento del orden de 4.0 +/- .4 mm/año (Diederix et al., 2021; GomezHurtado et al., 2022). En general se estima con el monitoreo para los últimos 30 años una velocidad de desplazamiento de 7.2 mm/año para el SFA que forma parte del borde oriental de la cordillera con respecto a la placa Suramericana (GómezHurtado et al., 2022; Jarrin et al., 2023; MoraPáez y Audemard, 2021; Mora-Páez et al., 2019), que es una velocidad similar de ≈ 10 mm/ año que presentan otros escenarios con fallas rumbo deslizantes de alta sismicidad como las regiones del suroeste de China (Jia et al., 2021; Wang et al., 2020), el sistema de fallas de la Falla Oriental de Anatolia en Turquía (Ahadov y Jin, 2021; Aktug et al., 2016), o del sistema de fallas de la Falla de San Andres en California (Barbot, 2020). No obstante, se observa una diferencia en la estimación de la tasa de recurrencia estimada desde las investigaciones paleosismológicas realizadas para trazos que constituyen la FA ubicados en el segmento sur con los resultados encontrados aquí con la ley de GutenbergRichter. Este resultado está condicionado por el número de sismos para un lapso de 31 años en donde la tasa de recurrencia durante este lapso para sismos con 4.0 < Mw < 5.0 fue de ~ 2 años, y para un sismo como el de Mesetas con Mw 6.0, esta fue de 37 años, lo cual supera la ventana de observación del catálogo empleado. Sin embargo, para esta región no hay cómo constatar un sismo con esta magnitud para el lapso entre 1967, que fue la ocurrencia del sismo Mw 7.2 (IRIS, 2004), y junio de 1993, cuando dio inicio el catálogo analizado aquí. También hay que tener en cuenta el aumento de estaciones que, con el tiempo, produjo el incremento de sismos con magnitudes entre 1 < Mw < 2.0. Previo al sismo de 2019 en el segmento norte, el único antecedente con una magnitud 6.0 < Mw < 7.0 fue el sismo del 31 de agosto de 1917, cuyo epicentro fue ubicado desde la macrosísmica por Sarabia et al. (2010). Entre estos dos sismos hubo un lapso de 102 años, lo que sí se ajusta al cálculo obtenido aquí, en donde para este rango de magnitudes la recurrencia varía entre 92 años para Mw 6.5 y 229 años para Mw 7.0. En el caso del segmento sur, el resultado encontrado aquí es más extraño porque durante este período se presentaron un total de 30 sismos 4.0 > Mw > 5.0, dando con esto un promedio de casi un sismo anual dentro de este rango de magnitudes, que con el resultado de la recurrencia encontrado aquí con la ley de Gutenberg-Richter es de 2.2 años para Mw 5.0. De hecho, para magnitudes superiores a 5.0, este catálogo en su ventana de observación no cumple, ya que en 31 años solo ocurrió un sismo Mw 5.0, y casi al final de esta ventana de observación, y en la estimación del cálculo aquí obtenido, no aplicó para sismos con magnitudes mayores a 5.0. Lo único real demostrado son los sismos con Mw 7.2 de 1967 (IRIS, 2004), y el sismo del 16 de noviembre de 1827 con Mw 7.1 calculado con un epicentro macrosísmico por Espinosa (2004), lo cual sugiere una recurrencia para sismos con M ≥ 7.0 de 140 años. Considerando para estos dos sismos a la FA como responsable de estos y una distancia entre sus epicentros de ~ 160 km, Wells y Coppersmith (1994) estiman para magnitudes Mw ≥ 7.0 una superficie de ruptura esperada para fallas rumbo deslizantes del orden de 100 km. Aquí hay que considerar cada segmento de falla; sin embargo, con los resultados encontrados en este trabajo para el SFA, se debe tener en consideración los segmentos con los valores de b bajos, porque este valor indica que están bloqueados y definiendo una asperidad (Hussain et al., 2020; Khoshmanesh y Shirzaei, 2018; Wyss et al., 2004a). De acuerdo con esto último, estos segmentos serían los potenciales candidatos para que ocurra un gran sismo en el corto plazo. En esta consideración entran para el segmento norte del SFA, el subsegmento 3 con un valor de b de 0.64 +/- 0.02, y para el segmento sur del SFA, los subsegmentos 1 con un valor de b de 0.69 +/- 0.02, 2 con un valor de b de 0.60 +/- 0.02, y 4 con un valor de b de 0.66 +/- 0.01.
6. Conclusiones
En este trabajo, se ha analizado con la ley Gutenberg-Richter el régimen sísmico del SFA entre las latitudes 1° 30’ N y 4° N con un total de 420 km de longitud acumulada, para un lapso de casi 31 años entre junio de 1993 y abril de 2024, el cual se dividió en dos segmentos. Se identificaron diferencias en el régimen sísmico para los dos segmentos, tanto en sus tasas de sismicidad como en las variaciones temporales de su valor de b y de su valor de z. Para el segmento norte, con las variaciones temporales del valor de la magnitud de completitud (Mc), el valor de b y del valor de z, se logró mostrar la proximidad de la ocurrencia del sismo de Mesetas en el segmento norte con un tiempo previo, mientras que para el segmento sur estos resultados no indican nada en ese sentido, y la variación temporal de los valores de la magnitud de completitud (Mc) y b apuntan al incremento del número de la instalación de las estaciones con banda ancha con el transcurso del tiempo, lo cual se destaca a partir de 2009, y este cambio también se refleja de cierta manera en la función AS(t) para la desviación estándar del valor de z. Independientemente de lo anterior para ambos segmentos se encontró una tasa de recurrencia de sismos con 4.0 < Mw < 5.0 durante la ventana de observación inferior a dos años, reafirmando la alta tasa de sismicidad del SFA a nivel regional.
En cuanto a la evaluación de la amenaza sísmica, tal como lo establece la literatura, la disminución en función del tiempo del valor de b indica que las fallas de una región se encuentran con muy baja movilidad o bloqueadas, mostrando una acumulación de esfuerzos en estas con una mayor probabilidad de presentar un terremoto de gran magnitud, y en este trabajo se encontró que en el segmento sur, sus subsegmentos 1, 2, 4 y 5 presentan esta situación.
Finalmente, la estimación de recurrencia para sismos con 6.0 < Mw < 7.5 no es posible calcularla desde la ventana de observación analizada en este trabajo mediante la ley de Gutenberg-Richter, y de acuerdo con lo indicado por estudios previos de macrosísmica y paleosismología, su tasa de recurrencia estaría por encima del centenar o de varios centenares de años.
Contribuciones de los autores
GC: Conceptualización, análisis o adquisición de datos, desarrollo metodológico, redacción del manuscrito original, redacción del manuscrito corregido y editado, diseño gráfico y financiamiento; CV: Análisis o adquisición de datos, desarrollo metodológico, y redacción del manuscrito corregido y editado.
Financiamiento
Este trabajo contó con el apoyo financiero de la Universidad Santo Tomás, seccional Villavicencio.
Agradecimientos
Los autores agradecen al grupo Geoamenazas e Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Santo Tomás, seccional Villavicencio, Colombia, y al Grupo de Geofísica del Departamento de Geociencias de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá.
Conflicto de intereses
Los autores declaran no tener ningún tipo de conflicto de interés.
Editor a cargo
Raúl Ramón Castro Escamilla.
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La revisión por pares es responsabilidad de la Universidad Nacional Autónoma de México.
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