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Peter K. Fault Scarp

Recent seismic excitement in the area of the 1887 Great Sonoran Earthquake

Spanish translation appears below Select Resources.

On July 31, 2021, a magnitude (M) 5.2 earthquake occurred in northeastern Sonora, in the area where the Great Sonoran earthquake occurred in 1887. This event was well-recorded by the seismometers of the Arizona Broadband Seismic Network, which we have operated since 2009 (see Douglas helicorder/seismogram Figure 1 below). The M5.2 earthquake is the largest in that area for many decades, probably for more than 100 years. It has been followed by sizable aftershocks in the M3-4.1 range (and undoubtedly many smaller events that the regional seismic networks did not detect). In addition, several M3-3.5 earthquakes occurred in the following weeks 100 km to the north in the bootheel of New Mexico (Figure 2; map of recent EQs).

Figure 1
Figure1: Example seismogram from the Arizona Broadband Seismic Network, Douglas Station for the M3.3 that occurred on August 5th, 2021. The red “P” denotes the first arrival of seismic energy at the station. The red “S” denotes the arrival of secondary, shearing waves at the station.
Figura 1: Ejemplo de sismograma de la Red Sísmica de Banda Ancha de Arizona, estación Douglas para el sismo de magnitud de 3.3 que ocurrió el 5 de agosto de 2021 ( / AE-319A / trace / AE-319A | 11451799). La "P" roja denota la primera llegada de energía sísmica a la estación. La "S" roja denota la llegada de ondas secundarias a la estación.

The M7.5 1887 earthquake in northeastern Sonora shook an area of approximately 2 million km2 in northern Mexico and the southwestern U.S.  It involved ruptures along 3 north-south striking normal faults that likely slipped sequentially from north to south along the western margin of the Sierra Madre Occidental (Suter, 2014). The total length of the surface rupture zone was ~ 100 km (62 miles) and maximum vertical displacement of the land surface down to the west was ~4-5 m. Significant damage occurred in Arizona, New Mexico, and northern Mexico, where at least 51 people were killed by the temblor (Map of earthquakes and faults, Figure 3). It is the largest historical normal-faulting earthquake in the entire Basin and Range Province. Based on studies of the geology and geomorphology of the fault zones, it likely had been at least 10,000 years, and possibly 100,000 years, since these faults had previously ruptured (Bull and Pearthree, 1988; Suter, 2014).

Figure 2
Figure 2. Map of epicenters of recent earthquakes that occurred in northeastern Sonora and southwestern New Mexico. The M5.2 event of July 31 and 3 sizable aftershocks occurred in the area of the southernmost rupture of the 1887 Sonoran earthquake. Four events ranging from M3.1-3.5 occurred in the northern Animas Mountains of New Mexico in the following 2 weeks.
Figura 2. Mapa de epicentros de terremotos recientes que ocurrieron en el noreste de Sonora y el suroeste de Nuevo México ( El evento de magnitud 5.2 del 31 de julio, y 3 réplicas considerables, ocurrieron en el área de la ruptura mas austral del terremoto de Sonora de 1887. Cuatro eventos sísmicos, desde magnitud 3.1-3.5, ocurrieron a el norte de  las montañas Animas de Nuevo México en las siguientes 2 semanas.

Small to moderate earthquakes have occurred in the area around the 1887 rupture in the subsequent 134 years. Many aftershocks undoubtedly occurred shortly after the main event, but no seismic network existed to record them. Based on felt reports, at least 2 fairly large earthquakes occurred in this general area in early 1900s (DuBois et al., 1982; see AZGS Hazards Viewer). A temporary seismic network deployed in the region in the late 1970s recorded abundant microseismicity (Natali and Sbar, 1982), and a burst of moderate seismicity in the late 1980s included M3.7 and M4.2 events (Wallace and Pearthree, 1989). Several M5-5.5 earthquakes have occurred in the greater SE AZ – SW NM region in the past 100 years or so. The most recent occurred during the summer of 2014, when the area around Duncan, Arizona was jolted by a M 5.3 earthquake and hundreds of smaller events.

The recent earthquakes in SW New Mexico occurred in an area where there are several north-south trending faults that lie within a north-south belt of faults (including the Pitáycachi fault) that have been active in the late Quaternary. The timing suggests that stress changes caused by the M5.2 event triggered the smaller events that followed.

Figure 3
Figure 3: Generalized historical seismic activity in NE Sonora and adjacent SE Arizona and SW New Mexico. Circles correspond to earthquake location and size. The largest circle shown in Mexico represents the approximate epicenter of the 1887 Sonoran Earthquake; it is possible that the other earthquakes in Sonora are part of a very long aftershock sequence. The orange rectangle encloses the 2014-2016 Duncan earthquakes. The events in the white rectangle represent the recent events in southwestern New Mexico. Red lines represent mapped Quaternary faults.
Figura 3: Actividad sísmica histórica generalizada en el noreste de Sonora y sureste de Arizona y suroeste de Nuevo México. Los círculos corresponden a la ubicación y el tamaño del terremoto. El círculo más grande que se muestra en México representa el epicentro aproximado del terremoto de Sonora de 1887; es posible que los otros terremotos en Sonora sean parte de una secuencia de réplicas muy larga. El rectángulo naranja encierra los terremotos de Duncan de 2014-2016. Los eventos en el rectángulo blanco representan los eventos recientes en el suroeste de Nuevo México. Las líneas rojas representan fallas Cuaternarias mapeadas.

This recent burst of seismic activity is intriguing. We don’t know if these events are part of an exceptionally long aftershock sequence after the 1887 event, or if they are representative of the longer-term level of seismic activity in the region (Pearthree et al., 1990). Only time will tell if any larger earthquakes occur in the region as part of this sequence.  

Title slide: Aerial view of 1887 fault scarp in Sonora. Views northward. Photo courtesy of Peter Kresan in Dubois and Smith (1980).

Select Resources

  • AZGS Staff, Ongoing Aftershocks in the Wake of Eastern Arizona’s M5.2 earthquake. Arizona Geological Survey News Release (7-11-2014).
  • AZGS Staff, News Release: Eastern Arizona Rocked by Magnitude 5.2 Earthquake. Arizona Geological Survey News Release (6-29-2014).
  • Bull, W.B., and Pearthree, P.A., 1988, Bull, W.B., and Pearthree, P.A., 1988, Frequency and size of Quaternary surface ruptures of the Pitaycachi fault, northeastern Sonora, Mexico: Seismological Society of America Bulletin, v.78, p. 956-978.
  • DuBois, S.M. and Smith, A.W., 1980, The 1887 Earthquake in San Bernardino Valley, Sonora: Historic accounts and intensity patterns in Arizona. Arizona Bureau of Geology and Mineral Technology, Special Paper #3, 108 p.
  • DuBois, S.M., Smith, A.W., Nye, N.K., and Nowack, T.A., 1982, Arizona Earthquakes, 1776-1980: Arizona Bureau of Geology and Mineral Technology Bulletin 193,456 p.
  • Natali, Natali, S.G., and Sbar, M.L., 1982, Seismicity in the epicentral region of the 1887 northeastern Sonoran earthquake, Mexico: Seismological Society of America Bulletin, v. 72, p. 181-196.
  • Pearthree, P.A., 2011, The 3 May 1887 Sonoran Earthquake Revisited. Arizona Geological Survey Open File Report, OFR-11-07, video. 
  • Pearthree, P.A., et al., 1990, Geomorphology and Quaternary geology of the Pitaycachi fault, northeastern Sonora, Mexico, in Gehrels, G.E., and Spencer, J.E., eds., Geologic Excursions Through the Sonoran Desert Region, Arizona and Sonora:  Arizona Geological Survey Special Paper 7, p 124 135.
  • Suter, M., 2014, Rupture of the Pitáycachi Fault in the 1887 Mw 7.5 Sonora, Mexico earthquake (southern Basin-and-Range Province): Rupture kinematics and epicenter inferred from rupture branching patterns. Journ. Of Geophysical Research, v. 120, #1, p. 617-641.   
  • Wallace, T.C., and Pearthree, P.A., 1989, Recent earthquakes in northern Sonora: Arizona Geology, v. 19, no. 3, p. 6-7, Arizona Geological Survey, Arizona.

Post by Jeri Y. Ben-Horin and Phil A. Pearthree (9/13/2021)

en espanol - translation courtesy of Victor Higareda Garcia.

El 31 de julio de 2021 se produjo un temblor de una magnitud de 5.2 en el noreste de Sonora, en el área donde ocurrió el gran terremoto de Sonora en 1887. Este evento fue registrado por los sismómetros de la Red Sísmica de Banda Ancha de Arizona, que hemos operado desde 2009 (ver Douglas sismograma Figura 1 a continuación). El terremoto de magnitud 5.2, es el más grande en esa área en muchas décadas, probablemente en más de 100 años. Le han seguido réplicas considerables entre magnitud 3-4.1 (y sin duda muchos eventos más pequeños que las redes sísmicas regionales no detectaron). Además, varios temblores de magnitud 3-3.5 ocurrieron en las siguientes semanas, 100 km al norte en el suroeste de Nuevo México (Figura 2; mapa de terremotos recientes).

El terremoto de magnitud 7.5 de 1887 en el noreste de Sonora, sacudió un área de aproximadamente 2 millones de km2  en el norte de México y el suroeste de los Estados Unidos. Involucró rupturas a lo largo de 3 fallas normales, con rumbo norte-sur, que probablemente se deslizaron secuencialmente de norte a sur a lo largo de la margen oeste de la Sierra Madre Occidental (Suter, 2014). La longitud total de la zona de ruptura de la superficie fue de ~ 100 km (62 millas) y el desplazamiento vertical máximo de la superficie terrestre hacia el oeste fue de ~ 4-5 m. Daños significativos ocurrieron en Arizona, Nuevo México y a el norte de México, donde al menos 51 personas murieron por el terremoto (Mapa de terremotos y fallas, Figura 3). Es el terremoto histórico, de falla normal, más grande en toda la Provincia Fisiográfica de Cuencas y Sierras. Con base en estudios de la geología y la geomorfología de las zonas de falla en esta área, probablemente habían pasado al menos 10.000 años y posiblemente 100.000 años desde la ultima ruptura de estas fallas (Bull y Pearthree, 1988; Suter, 2014).

Terremotos pequeños a moderados han ocurrido en el área alrededor de la ruptura de 1887 en los siguientes 134 años. Sin duda, muchas réplicas ocurrieron poco después de el terremoto principal, pero no existía una red sísmica para registrarlas. Según informes locales, al menos 2 terremotos bastante grandes ocurrieron en esta área general a principios de 1900 (DuBois et al., 1982; ver AZGS Hazards Viewer). Una red sísmica temporal desplegada en la región a fines de la década de 1970 registró abundante microsismicidad (Natali y Sbar, 1982), y una explosión de sismicidad moderada a fines de la década de 1980 que incluyó eventos de magnitud 3.7 y 4.2 (Wallace y Pearthree, 1989). Varios terremotos de magnitud 5-5.5 han ocurrido en la región sureste de Arizona a suroeste de Nuevo México en los últimos 100 años aproximadamente. El más reciente ocurrió durante el verano de 2014, cuando la zona alrededor de Duncan, Arizona, fue sacudida por un terremoto de magnitud 5.3 y cientos de eventos sísmicos más pequeños.

Los recientes terremotos en el suroeste de Nuevo México ocurrieron en una área donde hay varias fallas con tendencia norte-sur que se encuentran dentro de un cinturón de fallas con rumbo norte-sur (incluida la falla Pitáycachi) que han estado activas desde el Cuaternario tardío. El momento sugiere que los cambios de estrés causados por el evento de magnitud 5.2 desencadenaron las replicas que siguieron.

Esta reciente explosión de actividad sísmica es interesante. No sabemos si estos eventos son parte de una secuencia de réplicas excepcionalmente larga después del terremoto de 1887, o si son representativos del nivel de actividad sísmica a más largo plazo en la región (Pearthree et al., 1990). Solo el tiempo dirá si ocurren terremotos más grandes en la región como parte de esta secuencia.