La thèse de L.C. Garcia Cano (soutenue le 20 juillet 2009) a porté sur l'obtention d'un modèle 3D de vitesse de la zone de subduction à la frontière entre la Colombie et l'Équateur. Pour obtenir, le modèle de vitesse nous avons réalisé une inversion tomographique de temps de premières arrivées pointées sur les OBS et certaines stations à terre. Ce modèle de vitesse a ensuite été interprété conjointement avec les profils de sismique verticale des campagnes antérieures de géophysique marine (SISTEUR, SALIERI, AMADEUS).

À partir de notre modèle tomographique 3D, nous pouvons suivre les variations de la structure de vitesse de la plaque plongeante (plaque Nazca) qui s'amincit vers le nord-est de notre zone d'étude, où elle atteint 5 km d'épaisseur, en s'éloignant de la ride volcanique de Carnégie située plus au sud. Nous observons aussi une variation de la flexure de la plaque plongeante à son entrée en subduction qui semble augmenter légèrement vers le nord-est de notre zone d'étude.

La marge (plaque Amérique du Sud) est recouverte d'une couche sédimentaire qui atteint 4 km d'épaisseur dans le bassin avant-arc de Manglares. Ces sédiments d'âge Eocène sont caractérisés par des vitesses sismiques inférieures à 4.5 km s^-1. La croûte de la marge est composée de deux couches ayant des vitesses de 3.5 km s^-1 à 5.4 km s^-1 puis de 5.4 km s^-1 à 7.0 km s^-1 à 20 km de profondeur, vitesses qui illustrent bien la nature océanique du bloc Nord-andin.

La tomographie 3D nous permet d'identifier deux structures particulières dans la marge, qui semblent jouer un rôle géodynamique important dans la région. Un butoir, caractérisé par un faible gradient de vitesse, qui pourrait correspondre à une zone altérée de la marge par fracturation et percolation de fluides, s'étend sur 100 km le long de la fosse et sur 40 km de large. Il semble limiter à l'ouest la zone de rupture du séisme de 1958 puisque celle-ci vient se terminer sur son extrémité orientale. Ce butoir pourrait se déformer plastiquement et la rupture sismique s'amortir au front de la marge.

Finalement, la deuxième caractéristique remarquable de la marge dont nous imageons l'extension 3D, est une zone à plus faible vitesse. Cette zone est limitée au sud par la faille d'Esmeraldas, du côté océanique par le butoir et au nord par la bordure sud du bassin de Manglares. En profondeur, elle s'épaissit de 2.5 km d'épaisseur à 5 km de profondeur vers l'ouest, jusqu'à 6.5 km d'épaisseur à 10 km de profondeur vers l'est. Cette zone à faible vitesse pourrait correspondre à des fluides percolant du chenal de subduction à travers la marge et qui serait piégés par une hétérogénéité dans la marge.