Author(s): Carvalho, João ; Cabral, João ; Ghose, Ranajit ; Borges, José Fernando ; Dias, Ruben
Date: 2025
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.9/5684
Origin: Repositório do LNEG
Subject(s): Porto Alto fault zone; Seismic hazard; Seismic reflection; Fault parameters; Zona de falha de Porto Alto; Perigosidade sísmica; Refleção sísmica; Parâmetros de falha
ABSTRACT: The Lower Tagus Valley area (LTV), where Lisbon is located, has been affected by several destructive, M 6+ earthquakes whose sources remain to be determined. The identification of expectable surface or near surface ruptures in the area is a challenging task that requires a multidisciplinary analysis that includes geophysical techniques, as the source faults are mainly buried despite likely to deform Upper Pleistocene to Holocene alluvial cover of the Tagus River. This paper focuses on the characterization of the Porto Alto fault zone for seismic hazard mitigation purposes. The Porto Alto fault zone was recognized in oil-industry P-wave 1980’s seismic reflection data as an important, Miocene reactivated, deep structure in the LTV. Highresolution P-wave seismic reflection data were later acquired in the early 2000’s to investigate related Holocene fault activity, leading to the identification of a shallow fault zone near the surface. However, the vertical resolution of the acquired P-wave seismic reflection data was considered insufficient to corroborate any presumably small vertical offset related to fault rupture in the ca. 50 m thick alluvium cover. Trenching for the recognition and characterization of surface faulting was previously tested in the study region but it proved to be a challenging and poorly efficient methodology due to the very shallow water table (at ~1 m) and low cohesion of the sediments. Due to these constraints, we revisited the former fault study site to acquire higher resolution S-wave seismic and ground penetrating radar (GPR) data. The new seismic profiles show interruption of the reflectors in the stacked sections. Diffracted energy, changes in amplitude/shape of the reflection hyperbolae in the shot gathers and spatially coincident low velocity anomalies, also indicate the presence of several shallow fault strands deeper than 10 m. The GPR profile, overlapping and extending the seismic profiles in 30 m reaches a maximum investigation depth of about 15 m and shows the presence of deformation at three locations, one of which matches with one of the fault strands detected in the high resolution S-wave seismic data. In this profile, sediment disruption was detected extending upwards to a depth as shallow as ca. 3.5 m, corresponding to alluvium with a poorly constrained age of ca. 2,300 yrs. Slip rate, maximum earthquake magnitude and recurrence, and other parameters are also estimated for the Porto Alto fault zone. These recently acquired seismic and GPR datasets indicate that there were at most three to five maximum earthquakes generated by the fault in the last 13,100 years, with an average recurrence of approximately 4,400 to 2,600 years respectively. However, the data show a grouping of these earthquakes in time, the first two in the period 13,100-12,300 years, separated by about 800 years, and the third or the last grouped three having occurred in the past 2,300 years with a similar average recurrence time of ca. 800 years. However, the regional historical and instrumental seismicity does not show an obvious link of any known major earthquake with the Porto Alto fault zone.
RESUMO: A zona do Vale Inferior do Tejo (LTV), onde se situa Lisboa, foi afetada por vários sismos destrutivos de magnitude 6+, ainda por determinar. A identificação das roturas superficiais ou próximas da superfície esperadas para a região é uma tarefa desafiante que requer uma análise multidisciplinar que inclua técnicas geofísicas, uma vez que as zonas de falhas são maioritariamente cegas, apesar de provavelmente deformarem os depósitos aluvionares de idade plistocénica superior a holocénica do Rio Tejo. Este trabalho centra-se na caracterização da zona de falha de Porto Alto para fins de avaliação da perigosidade sísmica. A zona de falha de Porto Alto foi reconhecida nos dados de reflexão sísmica de ondas P da indústria petrolífera da década de 1980 como uma importante estrutura profunda do LTV reativada no Miocénico. Dados de reflexão sísmica de ondas P de alta resolução foram adquiridos posteriormente, no início dos anos 2000, para investigar atividade tectónica associada a esta estrutura no Holocénico, levando à identificação de algumas ramificações de falha pouco profundas, perto da superfície. No entanto, a resolução vertical destes perfis de reflexão sísmica de ondas P recém-adquiridos foi considerada insuficiente para corroborar qualquer rejeito vertical, presumivelmente pequeno, relacionado com rotura de falha nos cerca de 50 m de espessura das aluviões. Embora previamente testada na região de estudo, a metodologia de exposição da zona da falha através de trincheiras revelou-se uma tarefa difícil e pouco eficaz devido ao nível freático muito superficial (1 m) e à baixa coesão dos sedimentos. Neste trabalho revisitámos o local de investigação da zona de falha mais superficial para adquirir dados sísmicos de ondas S de alta resolução e de georadar (GPR). Os novos perfis sísmicos mostram interrupção de refletores nas secções sísmicas no domínio do tempo e em profundidade. A energia difratada, as alterações na amplitude/formato das hipérboles de reflexão nos registos de campo brutos, e as anomalias de baixa velocidade espacialmente coincidentes com as perturbações anteriores, indicam também a presença de várias ramificações de falha pouco profundas, localizadas a menos de 10 m de profundidade. O perfil GPR, sobrepondo-se aos perfis sísmicos adquiridos e prolongando-se 30 m para sul, atinge uma profundidade máxima de investigação de cerca de 15 m e indica a presença de deformação nas aluviões em três locais, um dos quais correspondente a uma das ramificações de falha detetadas nos dados sísmicos de alta resolução. No perfil GPR foi identificada uma rotura nos sedimentos que se estende para cima até muito próximo da superfície (cerca 3,5 m de profundidade), correspondendo a aluvião com uma idade mal constrangida de ca. 2300 anos. A taxa de deslizamento, a magnitude e recorrência do sismo máximo, e outros parâmetros, são também estimados para a zona de falha de Porto Alto. Os dados sísmicos e de GPR recentemente adquiridos apontam para três a cinco eventos máximos gerados pela falha nos últimos 13100 anos, com uma recorrência média de aproximadamente 4400 ou 2600 anos, respetivamente. Contudo, os dados evidenciam agrupamento desses sismos no tempo, os dois primeiros no período 13100-12300, separados por cerca de 800 anos, e o terceiro, ou os três últimos agrupados ocorrendo nos últimos 2300 anos, com uma recorrência média semelhante, de ca. 800 anos. No entanto, a sismicidade histórica e instrumental regional não mostra uma ligação evidente de qualquer grande sismo conhecido com a zona de falha do Porto Alto.
