HIGH-RESOLUTION IMAGING OF ACTIVE STRUCTURES OFFSHORE ON THE 

SOUTHWEST IBERIAN MARGIN: IMPLICATIONS FOR PALEOSEISMIC STUDIES

Alexis Vizcaino

1

*, Eulàlia Gràcia

1

, Raimon Pallàs

2

, Carlota Escutia

3

, Susana Lebreiro

4

, 

J.G. Orellana

5

, J.J.Dañobetia

1

1 

Centre Mediterrani d’Investigacions Marines i Ambientals, UTM-CSIC, Barcelona, Spain 

alexis@utm.csic.es - egracia@utm.csic.es - jjdanobeitia@icm.csic.es

2

Univ. Barcelona, Facultat de Geologia, Barcelona, Spain - raimonpallas@ ub.edu

3 

Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (CSIC-UGR), Campus Fuentenueva, Granada, Spain - cescutia@ugr.es

4 

Instituto Geológico e Mineiro, Dpto. Geologia Marinha, Alfragide, Portugal - susana.lebreiro@igm.pt

5 

Laboratori de Radioactivitat Ambiental, Facultat de Ciències (Ed. C), Universitat Autónoma de Barcelona, 

Spain - Jordi.Garcia@uab.es

Abstract

The Southwest Iberian Margin is affected by large earthquakes in Western Europe as it hosts the boundary beween Eurasian and African

plates. We identified several active faults which are potential sources of large magnitude earthquakes and tsunamis (Mw > 6). We have

acquiered giant piston cores and TOBY mosaics, which allow us to investigate on the past activity of the faults, which has implications

for seismic hazard assessment on the southwest Iberian Margin. 

Keywords: active faults, turbidite, submarine landslides, TOBI sidescan sonar, earthquakes

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

73

The SW Iberian Margin hosts the present-day boundary between

the European and African Plates (1, 2, 3). Convergence is

accommodated along a wide and diffuse deformation zone

characterized by an elevated seismic activity (4), source of the largest

and most destructive earthquakes and tsunamis in Western Europe

(e.g. 1969 Horseshoe Earthquake Mw=8, 1755 Lisbon Earthquake

and Tsunami M=8.5, 5). Two marine cruises have been devoted to this

purpose: the HITS cruise (“High Resolution Imaging of Tsunami

genic Structures in SW Iberia”) carried out on board the Spanish RV

Hesperidesduring September-October 2001, was designed to

determine the geometry of the active seismogenic structures in the

SW Iberian Margin and their sediment instability associated

processes. And during the PRIME-PICABIA cruise on board the

French RV Marion Dufresneduring July 2003, we acquired a total of

4 giant CALYPSO piston cores located on the Tagus and Horseshoe

Abyssal Plains, and on the footwall (Active faults p.e. Marques de

Pombal Fault) and they will be devoted to calculate their recurrance

rate by dating of the turbiditic units generated by seismic events. This

work is based in a combination of different survey methods and

resolution: TOBI sidescan sonar, swath batimetry and acoustic

backscatter, subbottom profiles TOPAS, high resolution seismic and

CALYPSO giant piston cores.

Two high-resolution TOBI sidescan sonar mosaics were obtained

covering the Marques de Pombal Fault area and the Cape San Vicente

Canyon and Horseshoe Faults, totalling more than 550 nm of data. On

the first area, we identified a NNE-trending lineament, corresponding

to the rupture trace and escarpment of the 50 km long Marques de

Pombal thrust fault, possible source of the 1755 Lisbon Earthquake

and Tsunami (5, 6). Associated to this structure, we identified a large

area (~260 km

2

) of high acoustic backscatter in the southern half of the

Marques de Pombal thrust front, which we interpret as the result of a

recent complex submarine landslide. This landslide might have been

generated during the last seismic event (1755?), and could have contri-

buted to the devastating tsunami (7). High-resolution sub-bottom

profiler sections across the toe of the landslide, allowed the identifi-

cation of alternating seismic transparent units (interpreted as a land-

slides) and seismically well-stratified units (interpreted as pelagic sedi-

ments) suggesting cyclic activity of the Marques de Pombal fault(6). 

On the second area, the TOBI and swath-bathymetry images show

that the San Vicente Canyon is deeply carved into the sea?oor,

showing a clear asymmetry between its ?anks. The linearity and

sudden change of trend of these structures suggests that the canyon

may be controlled by faults. The bottom of the canyon, barren of

recent sediments, appears highly re?ective with corrugated surfaces,

which we interpret as corresponding to the outcrop of stratified

Mesozoic rocks. At the southern end of the canyon, the NE-SW

trending Horseshoe Fault is a steep east-dipping thrust below the

eastern anticline which displaces the chaotic-seismic facies unit, of

late Miocene age, referred to as the “giant chaotic body” (8). Tectonic

activity has continued until the present, as evidenced by growth-strata

deposits that are younger than late Miocene, and by steep escarpments

along the thrust trace.

Four CALYPSO giant piston cores were recovered during the

PICABIA cruise: Three along the Tagus and Horseshoe abyssal plains

(MD03-2701, MD03-2703 and MD03-2704) and one on the footwall

of the Marques de Pombal Fault (MD03-2702), to sample the most

recent landslide deposits. Several turbidite events were distinguished

based on sedimentological description correlated with MST data

(magnetic susceptibility, p-wave and gamma-ray). The chronology of

these events based on 

210

Pb and 

14

C AMS dating, relative

paleointensities, will be used in the characterization of the past

activity and recurrence rate of the SW Iberian Margin faults.

Chronostratigraphy based on 

d

18

Oand 

d

13

C will also be done and it

will be compared to paleoceanographic records from the west Iberian

Margin. We plan to correlate turbidites sampled near active faults,

with the ones found at the neighboring abyssal plains, as regional and

synchronous events are likely to be generated by large earthquakes.

The identification and understanding of these active faults and

associated deposits is fundamental for earthquake and tsunami hazard

assessment in the SW Iberian Margin.

The authors are grateful for funding from MCYT Acción Especial

HITS (REN2000-2150-E), European Commission EASSS-III pro-

gramme (HPRI-CT99-0047), European Large Scale Facility (HPRI-

CT2001-00120) and Spanish National Project IMPULS (REN2003-

05996MAR). 

References

1-Grimison, N.L. and Chen, W.P., 1986. The Azores-Gibraltar Plate

Boundary: Focal Mechanisms, Dephts of Earthquakes and their Tectonic

Implications. Journal of Geophysical Research, 91, B2: 2029-2047.

2-Buforn, E., C. Sanz de Galdeano and A. Udias, 1995. Seismotectonics

of the Ibero-Maghrebian region. Tectonophysics, 248: 247-261.

3-Gràcia, E., Dañobeitia, J.J., Vergés, J., an Bartolomé, R., 2003a.

Crustal architecture and tectonic evolution of the Gulf of Cadiz (SW

Iberian Margin) at the convergence of the Eurasian and African plates.

Tectonics, 22 (4): 1033-1057. 

4-Gràcia, E., Dañobeitia, J.J., Vergés, J., and PARSIFAL Team, 2003b.

Mapping active faults offshore Portugal (36ºN-38ºN): Implications for

seismic hazard assessment in the SW Iberian Margin. Geology, 31(1): 83-

86.

5-Zitellini, N., Mendes Victor, L., Córdoba, D., Dañobeitia, J.J.,

Nicolich, R., Pellis, G., Ribeiro, A., Sartori, R., Torelli, L., and BIGSETS

Team, 2001. Source of the 1755 Lisbon Earthquake and Tsunami

Investigated. EOS Trans. AGU, 82: 285-290-291.

6-Gràcia, E., Dañobeitia, J.J., and HITS cruise party, 2001. High-

Resolution Imaging of Tsunamigenic Structures in the SW Iberian Margin

(Eurasia-Africa Convergence): Implications for Seismic Hazard

Assessment. EOS Trans AGU, 82(47), Fall meeting Suppl., San Francisco

(USA), S51B-0610.

7-Baptista, M.A., Miranda, P.M.A., Miranda, J.M., and Mendes Victor,

L., 1998. Constrains on the source of the 1755 Lisbon Tsunami inferred

from numerical modelling of historical data: J.Geodynamics, 25: 159-

174. 

8-Torelli, L., Sartori, R., and Zitellini, N., 1997, The giant chaotic body

in the Atlantic ocean off Gibraltar: new results from a deep seismic

re?ection survey. Marine and Petroleum Geology, 14: 125-138.