ACTUALIZACIÓN PRELIMINAR DEL SISTEMA NACIONAL DE REFERENCIA ESPACIAL SIRGAS-ECUADOR, POSTERIOR AL TERREMOTO DE PEDERNALES 7.8 MW, 16 DE ABRIL DE 2016

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Resumen:

La vigencia y mantenimiento de un Marco de Referencia Geocéntrico Nacional, perteneciente a países ubicados en zonas de gran actividad tectónica, sísmica y volcánica, es un tema muy vulnerable que está relacionado directamente con el nivel de deformación y estabilidad de las coordenadas oficiales a nivel nacional. Las componentes horizontales y verticales, cambian de un día al otro debido al movimiento normal de la corteza terrestre, sin embargo, como todo en la Tierra se mueve, principalmente por la interacción de las placas tectónicas, existe un gran nivel de acumulación de energía en la zona de convergencia, cuyos esfuerzos se liberan al sobrepasar la resistencia de las rocas, dando lugar a grandes sismos. Está claro que las principales pérdidas de manera irremediable siempre serán las vidas humanas y las catástrofes sociales que se deriven de estos eventos telúricos; sin embargo, en lo que compete al campo de la Georeferencia Nacional, existen grandes niveles de deformación local, destrucción de infraestructura Geodésica tanto de las Redes Pasivas como Redes Activas; y cambios irreversibles que determinan un antes y un después en términos de coordenadas oficiales e insumos geográficos-cartográficos que se generaron a partir del empleo de la Geoinformación Oficial.

Al igual que en décadas pasadas, el Ecuador ha experimentado varios eventos geofísicos que han provocado graves distorsiones y deformación local de la corteza terrestre, provocados principalmente por procesos de subducción, actividad sísmica y volcánica, entre otros. Estos efectos se ven claramente reflejados al evaluar la diferencia de coordenadas y distancias existentes entre los puntos base de control, entre la época antes del terremoto pre-sísmica y la época después del terremoto post-sísmica. De acuerdo a la magnitud del evento sísmico, las distorsiones y discontinuidades pueden llegar a varios centímetros e incluso metros.

Proporcionar una solución técnica-científica que garantice un Sistema Nacional de Referencia Espacial consistente post-sismo y adoptarlo de manera oficial a nivel nacional, es vital para garantizar la relación homogénea entre lo medido en el campo y lo representado en la cartografía, mapeo, catastro y demás aplicaciones e insumos oficiales. “El Estado del Arte de la Geodesia Ecuatoriana, es un Sistema Nacional de Referencia Espacial Preciso y Exacto” Cisneros D., Simposio SIRGAS, IGM 2016. Este artículo hace un resumen de los conceptos de transformación entre el marco de referencia nacional, continental y global. Usando datos entre 1994 y 2011, se evalúa la evolución lineal con el tiempo, de las coordenadas antes del terremoto Mw 7.8 de Pedernales de 2016. Evaluamos los cambios de coordenadas que ocurrieron durante el sismo y presentamos una solución preliminar del marco de referencia después del sismo (solución post-sismo).

ESTRATEGIA UTILIZADA PARA EL PROCESAMIENTO Y AJUSTE DEL NUEVO SISTEMA NACIONAL DE REFERENCIA ESPACIAL SIRGAS-ECUADOR, POST-SISMICO.

Posterior al terremoto, es importante ejecutar un análisis de la estabilidad de las coordenadas en función del tiempo, es decir generar las respectivas series de tiempo, que permitan estudiar el efecto del terremoto sobre las coordenadas, a través de los saltos (outliers) y las discontinuidades. Las series de tiempo muestran los resultados obtenidos respecto al valor promedio de las posiciones de los puntos calculadas para cada día.

Adicionalmente, es importante definir una época de referencia que permita estabilizar la solución ajustada para obtener las nuevas coordenadas oficiales que garanticen la ejecución de todas las actividades relacionadas con la componente de georreferencia como cartografía, mapeo, catastro, etc., dentro de los niveles de precisión aceptables.

Para el análisis de la estabilidad, se procesó un total de 11 semanas GPS a partir de la semana pre-sismo 1890 (comprende del 27 de marzo al 02 de abril) hasta la semana post-sismo 1900 (comprende del 5 al 11 de junio), obteniendo la repetibilidad y las series de tiempo.

La Repetibilidad (wrms) cuantifica la precisión en término de la diferencia y variación de la coordenada de un mismo punto en el transcurso del tiempo (27 de marzo al 11 de junio de 2016, semana GPS 1890 a 1900); considerando todos los agentes externos que puedan provocar un salto importante en las series de tiempo de cada estación.

Cabe mencionar que se consideran como valores óptimos de WRMS para las componentes norte y este entre 2 y 3 mm, y el valor óptimo para la componente vertical es el doble o triple del valor del wmrs de las componentes N-E.

ESTABILIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN FINAL, AJUSTADA AL ITRF VIGENTE.

Dada la necesidad de contar con nuevas coordenadas post-sismo y en función de las réplicas sísmicas asociadas al terremoto, se decidió tomar la semana 1900 para estabilizar la solución final y obtener las nuevas coordenadas precisas, puesto que la serie temporal muestra cierto nivel de estabilidad respecto a las anteriores semanas cercanas al terremoto.

Para estabilizar la Solución Final, GLOBK asume el modelo de transformación de Helmert y calcula catorce parámetros de transformación: 3 Rotaciones (R), 3 Traslaciones (T), 1 Factor de Escala (D) y sus respectivas tazas de variación (rates R1, R2, R3, T1, T2, T3 y D) con respecto al ITRF.

Estos 14 parámetros son usados para estabilizar la Solución Final (libre) dentro de un Marco de Referencia Global, por tal razón la Solución Final, está referida al ITRF 2008, época de referencia 2016.4.

Para el cálculo de los 14 parámetros debemos escoger estaciones del IGS como referencia, tomando en cuenta una buena geometría, es decir, cuya ubicación cubra toda el área del proyecto por niveles de distancia en los cuatro cuadrantes (en lo posible las más cercanas), que posean coordenadas en el ITRF que estamos calculando el proyecto (en este caso ITRF2008) y considerando únicamente las estaciones que no estén afectadas por fenómenos geofísicos transitorios (cambios bruscos de la posición con respecto al movimiento lineal).

Se usaron 24 estaciones IGS como referencia para estabilizar la solución final. En geodesia, este procedimiento se define generalmente como “Estabilización”, pero es más conocido como "Transformación al Marco de Referencia", por lo tanto la solución final está bien definida dentro de un Marco de Referencia Global, en este caso el ITRF2008.

NIVEL DE ACUERDO Y PRECISIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DEL PROCESAMIENTO Y AJUSTE.

Aplicando de manera rigurosa la estrategia de análisis, procesamiento y ajuste científico, se obtuvo como resultado las coordenadas de 30 estaciones de la REGME, determinadas al nivel de 2 milímetros en la componente horizontal y 4 milímetros en la componente vertical.

El nivel de acuerdo de la Solución Final de la semana GPS 1900 obtenida con GAMIT/GLOBK, respecto a la Solución Semanal SIRGAS sir16P1900.crd es el siguiente:

Los resultados obtenidos del procesamiento GAMIT/GLOBK, muestran un excelente nivel de acuerdo y precisión, el cual presenta una Media para las tres componentes inferior al centímetro.

El nuevo Sistema Nacional de Referencia Espacial SIRGAS–Ecuador Post_sísmico, está constituido por las Estaciones de Monitoreo Continuo REGME, la información GNSS generada en formato Raw Data y RINEX; y las coordenadas ajustadas al ITRF2008, Época de Referencia 2016.4, vigente a nivel oficial a partir del 17 de abril de 2016.

Los mojones de la Red Pasiva RENAGE, no están incluidos en el ajuste debido a que está pendiente la campaña de medidas GPS a nivel nacional.

La plataforma de procesamiento científico usado en el proyecto es el software GAMIT/GLOBK versión 10.6 desarrollado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (King, 2015) y el sistema operativo LINUX (distribución Ubuntu.

Terremoto de Pedernales 7.8 Mw, 16 de abril de 2016.

El sismo del sábado 16 de abril a las 18h58 hora local (UTC 23h58), de magnitud 7.8 Mw (magnitud momento), cuyo hipocentro se ubicó frente a Muisne (Manabí), a 20 km de profundidad, fue resultado del deslizamiento en el plano de Subducción separando la placa tectónica de Nazca (placa oceánica) del bloque continental llamado Bloque Nor-Andino. A este proceso se le conoce como subducción, y es el mismo fenómeno que originó los sismos anteriores por ejemplo del 31 enero 1906 (Mw 8.8), que es el más grande registrado en Ecuador y el sexto más grande a escala mundial.

Está claro que las principales pérdidas de manera irremediable siempre serán las vidas humanas y las catástrofes sociales que se deriven de estos eventos telúricos; sin embargo, en lo que compete al campo de la Georreferencia Nacional, existen grandes niveles de deformación local, destrucción de infraestructura Geodésica tanto de las Redes Pasivas como Redes Activas; y cambios irreversibles que determinan un antes y un después del terremoto, en términos de coordenadas oficiales e insumos Geográficos-Cartográficos que se generaron a partir del empleo de la Geoinformación Oficial.

El terremoto provocó graves afectaciones tanto en la Red Pasiva RENAGE, como en la Red Activa REGME, principalmente las estaciones cercanas al epicentro. Se ejecutó una salida de campo urgente, por parte del personal técnico de Geodesia, quienes se encargaron de rescatar la información registrada por las estaciones; y ejecutar mantenimientos correctivos de los equipos. Acontinuación se muestra una imagen de la estación GNSS Pedernales – PEEC_IGM, ubicada a 31 Km del epicentro sísmico, la misma que tuvo una variación en el vector de posición, entre la fase Pre-sismo y Post-sismo ∆ = 0.7174 m:

Diferencia de coordenadas pre-sismo y post-sismo.

De acuerdo a lo presentado en los párrafos anteriores, está claro que las coordenadas oficiales pierden su consistencia y precisión con el transcurso del tiempo, y principalmente con la ocurrencia de un terremoto. Esto determina un alto nivel de deformación de la componente horizontal en función de la magnitud del evento telúrico.

Todo evento sísmico, principalmente uno de magnitud 7.5 Mw en adelante, destruye la consistencia de un Marco de Referencia Nacional y los efectos geodinámicos que se derivan de este evento, se mantienen presentes en la mayoría de casos a lo largo de los tres años siguientes hasta llegar a consolidar nuevamente la estabilidad del terreno.

Los sitios que se encuentran materializados en el área del sismo no pueden ser usados como referencia hasta que el efecto post-sísmico desaparezca, por tal razón, es importante levantar mediciones GPS de los sitios del área afectada y evaluar el comportamiento hasta comprobar que los efectos geodinámicos del sismo desaparecieron. Sin duda la obtención de estas observaciones GNSS proporcionadas por las estaciones REGME, son el insumo principal para analizar la estabilidad de las componentes horizontal y vertical. De esta manera se mantiene actualizado el Marco de Referencia Oficial.

En la siguiente tabla, se muestra la diferencia que existe entre las coordenadas pre- sismo, ITRF2008, correspondientes a la semana GPS 1892 del 14 de abril de 2016 y las coordenadas Post-sismo ITRF2008, semana GPS 1893 del 20 de abril de 2016.

Se puede observar en la Tabla, que el desplazamiento de coordenadas de las estaciones cercanas al epicentro sísmico, muestran un nivel de deformación superior a los 0.70 m, como es el caso de:

PEDERNALES PEEC_IGM (∆ = 0.7174 m)
PEDERNALES PDNS_IGEPN (∆ = 0.7403 m)

Todo evento sísmico, principalmente uno de magnitud 7.5 Mw en adelante, destruye la consistencia de un Marco de Referencia Nacional y los efectos geodinámicos que se derivan de este evento, se mantienen presentes en la mayoría de casos a lo largo de los tres años siguientes hasta llegar nuevamente a una velocidad constante.

Referencias:

- Cisneros, D. A., & Nocquet, J.-M. (2019). Actualización preliminar del Sistema Nacional de Referencia Espacial — SIRGAS-Ecuador, posterior al terremoto de Pedernales 7.8 Mw, 16 de abril de 2016. Revista Geofísica, (67), 41-79. Recuperado a partir de https://revistasipgh.org/index.php/regeofi/article/view/161

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