COMUNICACIONES REPORTS COMUNICAÇÕES EL TERREMOTO DE CARIACO, ORIENTE DE VENEZUELA, DEL 9 DE JULIO DE 1997 OMAR J. PÉREZ RESUMEN El 9 de Julio de 1997, un terremoto destructor con una magnitud de onda superficial Ms = 6.8 ocurrió en el Noreste de Venezuela, dejando un saldo de 122 muertos, más de 600 heridos, más de 2000 viviendas destruídas, y sobre los US $ 100 millones en pérdidas. El epicentro principal fué localizado cerca de las poblaciones de Cariaco y Casanay en el Edo. Sucre. El evento estuvo asociado a la traza principal de la falla de El Pilar, de rumbo cercano a la E-O, y generó una ruptura de ~80 kms de longitud, parte de ella (~55 kms) en la superficie continental, y el resto bajo las aguas del Golfo de Cariaco. Esta falla es parte del borde entre las placas del Caribe y Sur América, de orientación general E-O. El mecanismo focal para este evento muestra un fallamiento transcurrente lateral dextral con buzamiento pseudo vertical, sobre una superficie de rumbo cercano a la E-O. Este es el mismo rumbo observado para la ruptura superficial, cuyas mediciones de campo indican dezplazamientos cosísmicos laterales dextrales de hasta 45 cms, y desplazamientos posteriores (after-slip) de hasta 16 cms. Inmediatamente después de la ocurrencia del terremoto, un equipo de la Universidad Simón Bolívar realizó un trabajo de campo de seis días en la región. En esta comunicación se analizan los resultados de ese esfuerzo, incluyendo las características sismológicas del evento; la ruptura cosísmica y cantidad de desplazamiento tal como observado en superficie; los daños producidos en obras de ingeniería, los efectos colaterales en los suelos, así como el potencial sísmico actual de la Falla de El Pilar. PALABRAS CLAVE / Terremoto / Sismología / Tectónica / El 9 de Julio de 1997, a las 19h: 24m: 11s GMT, un terremoto destructor con una magnitud momento Mw = 6.8 ocurrió en el noreste de Venezuela, dejando un saldo de 122 muertos, más de 600 heridos, más de 2000 viviendas destruídas, y sobre los US $ 100 millones en pérdidas. El epicentro principal (estrella sólida en la Figura 1) fué localizado cerca de las poblaciones de Cariaco y Casanay en el Edo. Sucre. El evento estuvo Universidad Simón Bolívar, Departamento de Ciencias de la Tierra, Sartenejas, Caracas, Venezuela asociado a la traza principal de la falla de El Pilar, de rumbo cercano a la E-O, y generó una ruptura de ~80 kms de longitud, parcialmente observable por ~55 kms en la superficie continental, y el resto bajo las aguas del Golfo de Cariaco (Figura 1). Esta falla es parte del borde entre las placas del Caribe y Sur América, de orientación general E-O (Molnar y Sykes, 1969; Jordan, 1975; Pérez y Aggarwal, 1981; Deng y Sykes, 1995; Russo et. al., 1993; Pérez et. al., 1997a,b). Las diferencias de tiempo entre las ondas pP y P observadas en las estaciones sismológicas PAS MAR - APR 1998, VOL. 23 Nº 2 (Pasadena) y PAL (Palisades), interpretadas de acuerdo a la estructura cortical derivada para la región oriental venezolana por Pérez y Aggarwal (1981), indican que la ruptura se nucleó a una profundidad de 11 ± 1.5 km. El mecanismo focal (Centroid Moment Tensor Solution) de la Universidad de Harvard para este evento (Figura 1) muestra un fallamiento transcurrente lateral dextral con buzamiento pseudo vertical, sobre una superficie de rumbo cercano a la E-O, el mismo rumbo observado para la ruptura superficial, y un momento sísmico, Mo = ~3 x 10 19 N-m. Un mecanismo focal compuesto casi idéntico fue obtenido para el mismo segmento de falla por Pérez y Aggarwal (1981), usando microsismos con profundidades focales en el orden de 7 a 12 kms. Inmediatamente después de ocurrir el terremoto, un equipo de la Universidad Simón Bolívar realizó un trabajo de campo de seis días en la región. En esta comunicación se informa sobre los resultados principales de ese esfuerzo. Hay cuatro aspectos de nuestras observaciones que se describen brevemente. Ellos son las características sismológicas generales del evento; la ruptura cosísmica y cantidad 0378-1844/98/02/101-06 $ 3.00/0 101 SUMMARY On July 9th, 1997, a destructive shock with a surface-wave magnitude Ms = 6.8 occurred in northeastern Venezuela, leaving a toll of 122 dead, over 600 people injured, more that 2000 people homeless, and over US $ 100 million in losses. The main epicenter was located near the towns of Cariaco and Casanay, State of Sucre. The event was associated with the E-W trending El Pilar Fault, which is part of the E-W oriented plate boundary between the Caribbean and the South American plates, and generated a ~80-km long rupture, ~55 km of which took place inland and reached the surface. Harvard’s Centroid Moment Tensor Solution for the event indicates almost pure right-lateral strike-slip motion on a nearly vertical, ~E-W striking fault plane, the same strike observed for the surface break in the field, and a seismic moment Mo = ~3 x 1019 N-m. Field measurements show right-lateral coseismic offsets of up to 45 cm, and after-slips of up to 16 cm. Shortly after the occurrence of the earthquake, a Simón Bolívar University team visited the region for a six-day reconnaissance survey. In this paper I report the main results of this effort, including the seismological characteristics of the event; the coseismic surface breakage and slip; the damage produced on engineering structures; the collateral effects on soils, and an analysis of the seismic potential of the El Pilar fault to generate large earthquakes in the following decades. de desplazamiento tal como se observa en la superficie; los daños producidos en obras de ingeniería, y los efectos colaterales en los suelos. CARACTERISTICAS SISMOLOGICAS DEL EVENTO La Figura 1 muestra la localización del epicentro principal (estrella sólida) y las réplicas mayores (mb ≥ 3, círculos sólidos) localizadas por el arreglo sismológico local de la Universidad de Oriente durante los cinco días siguientes al evento principal. Todas estas réplicas ocurrieron a profundidades focales, h ≤ 10 kms (Jaime Avendaño, comunicación personal, 1997). La zona de réplicas (aftershock zone) define una ruptura bilateral de unos 80 kms de largo alrededor de la traza principal de la falla de El Pilar, extendiéndose desde el sur de la población de El Pilar hasta el oeste de Cariaco, adentrándose en el Golfo homónimo. Esta zona de réplicas coincide en tierra con la ruptura superficial observada (línea gruesa sombreada en la Figura 1). Nótese que la mayoría de las réplicas no ocurrieron en la ruptura principal, sino en sitios adyacentes alrededor de ella, tal como lo observado durante otros terremotos en fallas transcurrentes en el mundo (e.g., Scholz, 1990). Las tres réplicas mayores (magnitud de onda corporal, mb = 4+) ocurrieron muy cerca del hipocentro principal. La Figura 1 también muestra una distribución 102 Fig. 1. Mapa mostrando la localización del epicentro principal (estrella sólida), ruptura superficial (línea gruesa sombreada), y réplicas mayores (círculos cerrados, mb > 3) ocurridas dentro de los cinco días siguientes al Terremoto de Cariaco del Julio 9 de 1997, sobre la falla de El Pilar en el noreste de Venezuela. El mecanismo focal provisto por la Universidad de Harvard, USA (Harvard´s Centroid Moment Tensor Solution) se muestra en proyección de igual área en el hemisferio inferior, con los cuadrantes compresionales en negro. La estrella vacía indica la localización epicentral del evento de Ms = 6.2, ocurrido también sobre la falla de El Pilar en 1986. S1 a S5 son sitios donde se midieron desplazamientos cosísmicos laterales dextrales en la ruptura superficial, el monto de los cuales es dado en centímetros dentro de rectángulos. Las líneas gruesas son fallas con actividad durante el Cuaternario (Bellizzia, et. al., 1976; Beltrán, 1993). Círculos con una cruz son poblaciones: C: Carúpano, CH: Chiguana, G: Guiria, M: Mariguitar, S: San Antonio, CM: Cumanacoa. El recuadro pequeño indica la localización regional del área bajo estudio, así como el marco tectónico regional simplificado (Pérez et. al., 1997a,b). Nótese que la localización del epicentro principal de sismo de 1997, y la de los extremos de su ruptura, ocurren en sitios donde la falla de El Pilar es interceptada por fallamientos transversales. difusa de réplicas alrededor de ambos extremos de la ruptura. En nuestra interpretación, estos eventos son debidos a la activación de fallas vecinas a esos extremos, como resultado de un incremento en los esfuerzos en esas regiones por la ocurrencia de la ruptura principal, tal como predicho por modelos de fracturas para fallas transcurrentes verticales (e.g., Das y Scholz, 1982; Scholz, 1990). RUPTURA COSISMICA Y CANTIDAD DE DESPLAZAMIENTO La Figura 2 muestra dos fotografías de fracturas superficiales observadas entre Cariaco y Casanay (izquierda) y en Cariaco (derecha), esta última en el sitio S2 en la Figura 1. La Figura 3 muestra los desplazamientos cosísmicos observados en los sitios S1, S2 y S3 en la Figura 1, donde medimos 21cms, 24 cms y 45 cms, respectivamente, de movimiento lateral dextral sobre la dirección E-O. Otros lugares MAR - APR 1998, VOL. 23 Nº 2 donde pudimos realizar mediciones de este tipo fueron los sitios S4 (4 cms) y S5 (0.5 cms), ambos en el segmento este de la ruptura. Las diferentes magnitudes de los desplazamientos observadas en diferentes sitios de la falla (Figura 1) indican que la mayoría del desplazamiento durante este evento ocurrió en el segmento oeste de la ruptura, y que hubo una desaceleración rápida del desplazamiento hacia el este del epicentro principal. Asimismo, dado que las réplicas mayores y los mayores desplazamientos superficiales ocurrieron en la región donde el evento se nucleó, se concluye que esta fue una zona de máxima liberación de momento, caída de esfuerzos y desplazamiento neto. Nótese que el máximo desplazamiento superficial cosísmico observado (45 cms) no es necesariamente el máximo ocurrido, dado que no recorrimos algunas porciones de la ruptura cerca del epicentro principal, que ocurren en regiones impenetrables. De la misma manera, en la región hipocentral, a profundidad, el desplazamiento tiene que haber sido significativamente mayor que el observado inicialmente en superficie, tal como encontrado para otros terremotos en fallas transcurrentes cubiertas por sedimentos de espesor alto, como es el caso que nos ocupa (Scholz et. al., 1969; Scholz, 1990). De hecho, nuevas mediciones en los sitios S2 y S3, que realizamos veintidós y cincuenta días después del terremoto, mostraron un desplazamiento posterior (after-slip) de 6 cms y 10 cms, respectivamente a los ventidós días, y de 3 cms y 6 cms adicionales, respectivamente, a los 50 días. Esto hace un total de 33 cms y 61 cms de desplazamiento para los sitios S2 y S3, respectivamente. DAÑOS EN OBRAS CIVILES El epicentro principal ocurrió cerca de Cariaco (Figura 1), donde causó daños extensos. Un edificio de concreto Fig. 2. Izquierda: Ruptura observada entre las poblaciónes de Cariaco y Casanay . Derecha: Ruptura observada en el sitio S2 (Cariaco) en la Figura 1, ambas asociadas al Terremoto de Cariaco de 1997. Fig. 3. Desplazamiento cosísmico lateral dextral observado en los sitios S1 (izquierda abajo), S2 (izquierda arriba) y S3 (derecha) en la Figura 1, donde los montos (cms) correspondientes a cada desplazamiento son dados. de tres pisos y dos de dos pisos colapsaron (entre ellos una escuela primaria y un liceo secundario), y muchos otros sufrieron daños estructurales y no-estructurales, resultando en un saldo de 30 muertos y mu- MAR - APR 1998, VOL. 23 Nº 2 chos heridos. La población de Chiguana (CH) también fué parcialmente destruida por este terremoto. La mayoría de las casas en estas poblaciones construidas con bahareque, sufrieron daños irreparables o colapsaron. Todo este daño se entiende por las razones siguientes: primero, porque la ruptura superficial atravesó estas poblaciones; segundo, porque las casas de bahareque son estructuralmente muy frá- 103 giles; y tercero debido a defectos en el diseño y construcción de muchos edificios. A estas conclusiones llegaron los miembros de una Comisión para el estudio de las causas y efectos de este terremoto, especialmente designada por el Colegio de Ingenieros de Venezuela (CIV), y de la cual el autor forma parte. Otras poblaciones cercanas a la ruptura que sufrieron fuertes daños fueron Casanay y otras al este del epicentro principal; y San Antonio (S) y Mariguitar (M) a lo largo del segmento occidental de la ruptura (Figura 1). Inclusive en Cumaná, capital del Edo. Sucre, unos 75 kms al oeste del epicentro, el Edificio Miramar de siete pisos colapsó completamente, y otras estructuras sufrieron fuertes daños estructurales. Las condiciones desfavorables del suelo en Cumaná, una ciudad ubicada en buena parte sobre el Delta del Río Manzanares, se afectan severamente la respuesta sísmica de muchas edificaciones. La microzonificación sísmica de la ciudad está en orden (Comisión CIV, datos no publicados, 1997). Otras poblaciones relativamente lejanas a la ruptura como Carúpano (C), Cumanacoa (CM) y Guiria (G), no sufrieron daños significativos.En general se observó que aquellas estructuras cuyas características dinámicas fueron tomadas en cuenta para su diseño, y que no tienen irregularidades en planta y elevación, se comportaron bien. En cambio, la falta de elementos de rigidez afectó severamente su comportamiento. Estructuras con cambios súbitos de rigidez en su sistema de resistencia lateral sufrieron fuertes daños estructurales y no-estructurales, particularmente en Cariaco, Casanay y Cumaná. Las plantas bajas libres combinadas con efectos torsionales causaron graves daños: Tal fue aparentemente el caso del Edificio Miramar en Cumaná (Comisión CIV, datos no publicados, 1997). La falta de tabiquería reforzada contribuyó mucho a los daños, mientras que estructuras en acero se comportaron bien. En 104 Fig. 4. Izquierda: Fallo estructural de un tanque de agua elevado en Mariguitar (M en la Figura 1). Derecha: Fallo estructural y del suelo debidos a licuación en Cumaná. Fig. 5. Falla masiva del suelo y deslizamiento debidos a licuación, en áreas adyacentes a la Laguna de Buena Vista, entre Cariaco y Casanay, donde el epicentro principal del evento de 1997 fue localizado. general, el comportamiento de las edificaciones dependió fuertemente de la calidad del diseño, construcción e inspección (Comisión CIV, datos no publicados, 1997). Las estructuras de un piso, realizadas en concreto y bloques de concreto (e.g., casas rurales, gal- pones), con techos livianos y fundadas en placas de concreto, a lo largo de todo el valle entre Cariaco y Casanay, se comportaron muy bien, aún cuando la ruptura estuvo muy cercana a ellas (ver la Figura 2), o inclusive las atravesó. En mi interpretación, esa buena respuesta sísmica fue debida al fuerte contraste de rigidez entre ellas y los espesos sedimentos de la región, lo cual resultó en que esas edificaciones navegaran como un barco, a medida que la ruptura y las ondas elásticas generadas las solicitaban sísmicamente. MAR - APR 1998, VOL. 23 Nº 2 EFECTOS COLATERALES EN SUELOS Muchos deslizamientos y licuaciones ocurrieron a lo largo de la línea de costa del Golfo de Cariaco, inclusive en Cumaná, en materiales con pobre cohesión tales como arena fina, resultando (Figura 4) en fuertes fallamientos del suelo y estructuras. Asentamientos diferenciales fueron frecuentemente generados por la compactación de suelos sin cohesión. Fue común la ocurrencia de desplazamientos verticales de los estratos superficiales (bank displacements), pérdida de la resistencia a la cizalla, “sand boils” y propagación lateral de los suelos. La Figura 5 muestra una licuación espectacular y sus efectos en el suelo, que afectó una extensión de ~1.5 hectáreas adyacentes a la Laguna de Buena Vista, al este de Cariaco, cerca del epicentro principal. POTENCIAL SISMICO ACTUAL DE LA FALLA DE EL PILAR Finalmente, señalamos lo siguiente: el último gran terremoto (magnitud ~7.5 a 8) que ocurrió a lo largo de la Falla de El Pilar fué el acaecido en 1766, el cual afectó severamente la mayoría de la región en la Figura 1 (Fielder, 1961; Kelleher et al., 1973; Grases, 1979). La tasa de desplazamiento de esta falla es estimada en ~10 mm/año (Pérez y Aggarwal, 1981; Pérez et al., 1997b). Ella es parte de una serie de fallas subparalelas que conforman el ancho borde (~100 kms) entre las placas del Caribe y Sur América en el norte de Venezuela (e.g., Beltrán, 1993; Pérez et al., 1997b), cuya tasa total de desplazamiento relativo está en el orden de los 20 mm/año ó más (Minster y Jordan, 1978; Dewey y Suárez, 1991; Deng y Sykes, 1995). Así, se concluye que el período de retorno para el evento de 1766 está en el orden de los 250 a 300 años, si uno ha de esperar de ~2.5 a 3 metros de desplaza- miento durante un terremoto de ese tamaño (e.g., Sykes y Quitmeyer, 1981; Pegler y Das, 1996), y presumiendo una tasa anual de desplazamiento de 10 mm/año a lo largo de la traza principal de la falla de El Pilar. Esto sugiere que el ciclo sísmico del sismo de 1766 se encuentra hacia su final, definido el ciclo sísmico como el tiempo que transcurre entre terremotos sucesivos de tamaño comparable que fracturan el mismo segmento de falla (e.g., Fedotov, 1965, 1967; Mogi, 1969; Scholz, 1988, 1990; Thatcher, 1990; Pérez y Scholz, 1997). De acuerdo al catálogo sismológico mundial provisto por el Centro Sismológico Internacional (ISC), a las relocalizaciones hipocentrales realizadas para el área del Caribe por Sykes y Ewing (1965) y Molnar y Sykes (1969), y a los estudios sobre la sismicidad histórica en el oriente de Venezuela realizados por Grases (1979), desde 1929, cuando un sismo con magnitud de onda superficial Ms ~ 6+ ocurrió cerca de Cumaná (Paige, 1930), sólo dos eventos con Ms ≥ 6 han ocurrido sobre la traza principal de la falla de El Pilar (Figura 1). Ellos son un Ms = 6.2 el 9 de Junio de 1986 y ahora el de 1997. El primero está localizado justo al este del segundo, y su mecanismo focal (Russo, et al., 1993) también indica un fallamiento transcurrente lateral dextral de rumbo E-O. Sieh et al. (1989) y Thatcher (1990) demuestran que muchos eventos grandes en California y el Circum-Pacífico se han repetido en concentraciones (clusters) de sismos que toman lugar durante las décadas finales del ciclo sísmico. De tal manera que si los eventos de 1986 y 1997 en el noreste de Venezuela son parte de una concentración de este tipo, entonces la región podría estarse preparando para un evento mayor (Mw = 7+). Nótese que las localizaciones relativas de los terremotos de 1986 y 1997 (Figura 1) sugieren una migración de la actividad sísmica del este hacia el oeste, donde hay un segmento MAR - APR 1998, VOL. 23 Nº 2 de falla de El Pilar suficientemente largo (~150 kms) como para dar cabida (e.g., Pegler y Das, 1996) a un sismo de esa magnitud. Aunque estas interpretaciones estuviesen alejadas de la realidad, todavía un vigoroso y consistente programa de prevención de desastres es necesario, no solamente para el noreste de Venezuela sino para el país en general, dado que alrededor del 70% de nuestra población está asentada en regiones con un reconocido alto riesgo sísmico. RECONOCIMIENTOS Agradezco a mis estudiantes Aura Vilela, Maribel López, Martha Jaimes y Carlos Rodríguez, por su ayuda en el trabajo de campo y en el análisis de datos. Carmen Rosa se ocupó de las figuras. Jaime Avendaño, de la Universidad de Oriente, me proveyó con un mapa de réplicas del evento de 1997. Agradezco a los miembros de la Comisión Especial para el Terremoto de Cariaco del Colegio de Ingenieros de Venezuela, por las discusiones acerca de la parte de ingeniería de este reporte. Ellos son José A. Peña, José L. Alonso, Julio Hernández, Vidal Cisneros y Germán Lozano. Ted Koczynski y John Armbruster leyeron para mí los tiempos de llegada de las ondas pP y P en la estación Palisades, y en otras operadas por el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia en Nueva York. Este trabajo está dedicado a Madeleides, profesora de escuela primaria en Cariaco, quien ofrendó su vida para salvar la de sus pequeños estudiantes, y al Dr. Alirio Bellizzia, quien no vivió para ver la prueba definitiva que una de las fallas que más estudió era efectivamente transcurrente lateral dextral. Contribución de la Universidad Simón Bolívar No. USB-CT-9709. REFERENCIAS Bellizzia, A., N. Pimentel, y R. Bajo (1976): Mapa geológico estructural de Venezuela, escala 1:500.000, Min. de Minas e Hidrocarburos, Caracas, Venezuela. Beltrán, C. (1993): Mapa neotectónico de Venezuela, escala 1:2.000.000, Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas -FUNVISIS-, Caracas, Venezuela. Das S. y C. H. Scholz (1982): Off-fault aftershock clusters caused by shear stress increase?, Bull. Seism. Soc. Am., 75, 1,349-1,362. Deng J. y L. R. 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