Investigación

 

DINÁMICA DE PLACAS TECTÓNICAS (2011-2023): DESPLAZAMIENTOS HORIZONTALES Y EVENTOS SÍSMICOS REGISTRADOS EN ESTACIONES (GNSS) DE BOLIVIA Y CHILE

 

PLATE TECTONIC DYNAMICS (2011-2023): HORIZONTAL DISPLACEMENTS AND SEISMIC EVENTS RECORDED AT GNSS STATIONS IN BOLIVIA AND CHILE

 

 

Lucia Adiva Vega Gonzales*

(*): Estudiante de último año, Licenciatura en Geodesia, Topografía y Geomática, Facultad de Tecnología−UMSA

Received: 11/11/2024. Style review: 15/11/2024. Accepted: 29/11/2024.

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RESUMEN

El estudio analiza desplazamientos horizontales registrados entre 2011 y 2023 en cuatro estaciones GNSS de operación continua (BLPZ, CMBM, IACR y SCRZ) del marco de referencia SIRGAS-CON en Bolivia y Chile, sobre datos de posiciones semanales, procesados mediante el sistema de referencia IGS20 campaña SIRGAS-Repro2.

Los resultados muestran un desplazamiento significativo ocurrido en la estación IACR (Arica) en 2014, coincidiendo con el sismo de Iquique, que evidencia la influencia de eventos sísmicos en los cambios geodinámicos de las placas tectónicas de los sectores en observación.

PALABRAS CLAVE: Sistema Global de Navegación por Satélite GNSS, Geodesia, desplazamientos horizontales, SIRGAS-CON, tectónica,análisis geodinámico.

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ABSTRACT

The study analyzes horizontal displacements recorded between 2011 and 2023 at four continuously operating GNSS stations (BLPZ, CMBM, IACR and SCRZ) of the SIRGAS-CON reference frame in Bolivia and Chile, on weekly position data, processed using the IGS20 reference system SIRGAS-Repro2 campaign.

The results show a significant displacement that occurred at the IACR station (Arica) in 2014, coinciding with the Iquique earthquake, which shows the influence of seismic events on the geodynamic changes of the tectonic plates of the sectors under observation.

KEYWORDS: Global Navigation     Satellite System GNSS, Geodesy,        horizontal displacements, SIRGAS-CON,       tectonics, geodynamic analysis.

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RESUMO

O estudo analisa os deslocamentos horizontais registrados entre 2011 e 2023 em quatro estações GNSS em operação contínua (BLPZ, CMBM, IACR e SCRZ) do referencial SIRGAS-CON na Bolívia e no Chile, em dados de posição semanais, processados usando o sistema de referência IGS20 SIRGAS-Campanha Repro2.

Os resultados mostram um deslocamento significativo ocorrido na estação IACR (Arica) em 2014, coincidindo com o terremoto de Iquique, o que mostra a influência dos eventos sísmicos nas mudanças geodinâmicas das placas tectônicas na áreas em observação.

PALABRAS-CHAVE: Sistema Global de Navegação por Satélite GNSS, Geodésia, deslocamentos horizontais, SIRGAS-CON, tectônica, análise geodinâmica.

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INTRODUCCIÓN:

La geodesia como la ciencia que estudia la forma y dimensiones de la Tierra, así como su campo gravitatorio externo. Marca la superficie terrestre con puntos muy precisos que van determinando su posiciimpreso ón. Esta función de la geodesia tiene la capacidad de monitorear diversos procesos geodinámicos entre los que destacan el desplazamiento de placas tectónicas de la litosfera que al asentarse sobre la astenosfera, (capa semiplástica, más caliente y débil), provoca el movimiento continuo de las placas constituyentes de la litosfera. [1]

Con el aporte tecnológico y actualización permanente del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS Global Navigation Satellite System). La información obtenida a través de los ITRS¹ e ITRF² ha establecido un sistema geocéntrico (donde el origen de las coordenadas está ubicado en el centro de masas de la Tierra incluyendo los océanos y la atmósfera), mejorando la precisión horizontal³, ampliando la densidad de datos, y permitiendo la obtención de mediciones tanto esporádicas como en tiempo real, entre otros avances [3]. La información general y específica que proporcionan las estaciones que transmiten la información GNSS, distribuidas a nivel mundial, regional y local, hacen posible determinar el desplazamiento de placas tectónicas [4], a través del modelo VEMOS que se encarga de registrar estos fenómenos sísmicos promedio anuales para determinados períodos de tiempo. [5]

En consecuencia, el presente trabajo hace referencia al seguimiento y estudio de la geodinámica de placas tectónicas (origen sudamericana) y su correlación con eventos sísmicos registrados en tres estaciones GNSS de Bolivia (La Paz, Cochabamba y Santa Cruz) y una estación de Chile (Arica) para el periodo 2011 a 2022.

Los desplazamientos registrados entre estas estaciones resaltan efectos directos de la subducción de la placa de Nazca y Sudamericana (Arica), mientras que en las estaciones de La Paz, y Cochabamba reflejan la compresión y levantamiento andino; en contraste con Santa Cruz que presenta movimientos más estables y menores deformaciones tectónicas. [6], [7]

DESARROLLO

La posición de las cuatro estaciones GNSS de operación continua ITRF SIRGAS-CON, se muestran en la tabla 1.

Tabla 1 Estaciones GNSS-ITRF -SIRGAS-CON

 

Fuente: Información extraída del mapa de estaciones de operación contínua SIRGAS

La tabla 2, describe los aspectos tectónicos del lugar donde están situadas las estaciones GNSS permanentes:

Tabla 2

Características sísmicas de los sitios donde se encuentran las estaciones

Fuente: Elaboración propia sobre información SIRGAS

Fuente: Información extraída del mapa de estaciones de operación contínua SIRGAS
Figura 1: Ubicación estaciones permanentes analizadas

a) Datos de posiciones semanales

Los datos de posiciones semanales de las estaciones del ITRF SIRGAS, están en mayoría referidas a un marco de referencia IGS, este corresponde a un subconjunto de posiciones y velocidades ITRF (2020) para un conjunto de estaciones de referencia GNSS.

Para el análisis de información histórica de las cuatro estaciones de estudio, se consideraron los datos procesados por el DGFI-TUM (Instituto Alemán de Investigaciones Geodésicas - por sus siglas en alemán), de las posiciones semanales de coordenadas cartesianas geocéntricas recuperadas de la campaña SIRGAS-Repro24 para el periodo 2000-01-02 y 2022-01-01.

b) Programas utilizados:

•      Excel Microsoft 365 (Análisis estadístico de datos).

QField (Cartografía de las estaciones).

•      Equipo Computacional: Procesador 2.8 GHz Intel Core i7 de cuatro núcleos. Memoria RAM de 16 GB 2133 MHz LPDDR3. Tarjeta de video Intel HD Graphics 630 1536 MB. Sistema operativo MacOS Ventura.

c) Propósito del estudio:

• Análisis de los desplazamientos horizontales para el periodo 2011-2023 de cuatro estaciones del marco de referencia SIRGAS - CON.

d) Procedimiento recolección de datos:

Para cada estación se realizó la descarga de datos de posiciones semanales (página oficial de SIRGAS), los archivos descargados con la extensión .XYZ, cuenta con los siguientes campos en su estructura de datos:

•       Época (señala la fecha de sesión GNSS),

•       Día Civil (indica el día en el que se realizó la observación en formato civil),

•       Semana GPS,

•       Marco de Referencia (IGS14 o IGS 20),

•       ID de la estación,

•       Coordenada X en m,

•       Coordenada Y en m,

•       Coordenada Z en m.

A partir de estos datos se inició el procesamiento de los mismos, para conocer el desplazamiento que tuvo cada punto en el periodo de una semana⁵.

e) Determinación del módulo de desplazamiento

La diferencia de coordenadas del mismo punto en un mismo eje, pero en un periodo de tiempo diferente (una semana) es considerado el desplazamiento o cambio de posición que tuvo la placa (ejes X e Y) respectivamente.

La determinación del desplazamiento como un vector, a consecuencia del movimiento de las placas tectónicas viene dada por la siguiente ecuación:

El módulo de desplazamiento es el primer paso para determinar el tamaño o distancia del desplazamiento en los puntos de las estaciones de operación durante un periodo de tiempo definido.

f) Análisis del módulo de desplazamiento en XY

La determinación del módulo XY, es la base para poder conocer el desplazamiento de las estaciones, para su determinación, se tomó en cuenta los datos descargados y se calculó el máximo desplazamiento que tuvo la estación en primera instancia para el periodo de siete días (una semana) y posteriormente para el periodo de un año, el diseño de campo se indica en la tabla 3.

Tabla 3 Diseño de campos base de datos para el análisis de datos

Fuente: Elaboración propia

g) Resultados

Delimitados los campos para la base de datos, se alimentó la misma con información de datos de posiciones semanales de estaciones continuas del marco de referencia SIRGAS-CON, - sitio web oficial de SIRGAS -, el resumen de los datos se muestra en la tabla 4.

Tabla 4

Resumen de datos: fecha del primer y último dato, cantidad de datos semanales publicados

Fuente: Elaboración propia sobre información mapa de estaciones GNSS SIRGAS-CON

Para obtener una estructura de análisis de los datos históricos adecuados, se completaron datos faltantes por medio del promedio aritmético (periodo 2011-2023), estandarizando así, la misma cantidad de datos a ser analizados en las cuatro estaciones. Incorporados éstos en la base de datos, se determinaron los desplazamientos ΔX, ΔY y el módulo de desplazamiento XY semanal. Agrupando los datos de desplazamientos semanales por estaciones, se determinó en función a éstos, el máximo desplazamiento horizontal anual. Ver tabla 5.

Tabla 5

Resumen del módulo máximo desplazamiento horizontal cuatro estaciones GNSS

Fuente: Elaboración propia

En el periodo 2011 a 2023 El máximo desplazamiento horizontal (8 cm) fue registrado en la estación IACR (2014), esto debido al terremoto en Iquique (ver tabla 6), La actividad sísmica también tuvo repercusiones en las otras tres estaciones GNSS-SIRGAS-CON; en la figura 2 se muestra este comportamiento.

Tabla 6 Reporte final del terremoto en Iquique - Chile (4/1/14)

Fuente: Elaboración propia, según informe técnico del Centro Sismológico Nacional de la Universidad de Chile. [9]

Fuente: Elaboración propia sobre información mapa de estaciones GNSS SIRGAS−CON
Figura 2: Máximo desplazamiento horizontal (2011−2023)
estaciones BLPZ, CMBM, AICR y SCRZ

g.1) Aspectos a resaltar figura 2:

•   Máximo desplazamiento en 2014: La estación IACR (en azul) presenta un pico significativo en 2014, alcanzando un desplazamiento de aproximadamente (0,08 m). Este valor es notablemente mayor al de los otros años y estaciones, por el efecto del sismo de Iquique.

•   Estabilidad relativa en otros años: Exceptuando el pico en 2014 para IACR, los desplazamientos en las otras estaciones (incluyendo BLPZ, CMBM y SCRZ) se mantienen en valores mucho menores, alrededor de (0,01 m) o menos. Esto indica que no hubo desplazamientos significativos durante el periodo de análisis.

•   Incremento en 2022: Se observa un ligero aumento en los desplazamientos para las estaciones BLPZ y SCRZ.

•   Comparación entre estaciones: BLPZ (en café) y CMBM (en amarillo) mantienen desplazamientos bajos y consistentes, sugiriendo estabilidad tectónica en sus ubicaciones. SCRZ (en verde) sigue una tendencia similar, aunque muestra ligeras fluctuaciones en comparación con BLPZ y CMBM.

La frecuencia de desplazamiento mensual del módulo XY en las cuatro estaciones se muestra en la tabla 7.

Tabla 7

Frecuencia de desplazamiento mensual (2011-2023) estaciones BLPZ, CMBM, AICR y SCRZ GNSS-SIRGAS-CON

Fuente: Elaboración propia

g.2) Aspectos a resaltar tabla 7:

• Los meses de enero, febrero, abril y diciembre destacan como los meses con mayor actividad, para el registro de la estación IACR, alcanzando tres eventos en febrero y en diciembre. La estación SCRZ también registra tres eventos en noviembre.

• Se observa también que febrero es un mes en el que todas las estaciones tuvieron desplazamientos importantes, especialmente IACR, lo cual podría relacionarse con un fenómeno estacional o geofísico particular.

• En el mes de diciembre también se presenta actividad para las estaciones de SCRZ e IACR, sugiriendo una tendencia hacia desplazamientos máximos a fin de año; en cambio, junio y julio muestran los valores más bajos, con solo un evento en las estaciones CMBM y SCRZ.

•  BLPZ y CMBM muestran eventos distribuidos de manera uniforme durante el año, mientras que IACR y SCRZ tienen eventos más concentrados en meses específicos como febrero y diciembre.

CONCLUSIONES

El análisis y tratamiento de datos correspondiente a los desplazamientos de terreno que registraron estas cuatro estaciones permanentes GNSS-GPS en su cobertura a través de SIRGAS-CON para el periodo (2011-2023). Implementadas desplegando recursos tecnológicos complejos (antenas, receptores de señales satelitales, software y hardware de comunicación de alta sensibilidad) para efectuar mediciones geodésicas importantes, establecen que actualmente las estaciones GNSS permanentes se complementan con las estaciones de monitoreo sismológico; detectando a través de señales satelitales y redes de posicionamiento, desplazamientos horizontales de terreno, ocurridos principalmente por el movimiento entre las placas tectónicas internas de la Tierra.

NOTAS

1  ITRS: International Terrestrial Reference System (Sistema de Referencia Internacional Terrestre), es el conjunto de preceptos y convenciones junto con el modelado necesario para definir el origen, la escala, la orientación y la evolución en el tiempo de un Sistema de Referencia Terrestre Convencional (CTRS), conformado por un elipsoide de referencia y un punto origen del sistema de coordenadas cartesianas (XYZ). [2]

²  Los ITRF International Terrestrial Reference Frame (Marcos de Referencia Internacional Terrestre), materializan un ITRS sobre la superficie terrestre, estableciendo para cada punto una tripleta de coordenadas". [2]

³ Cambio de escala de longitud de centímetros (cm) a milímetros (mm).

⁴  Los objetivos principales de esta campaña fueron el de realizar una evaluación de la calidad de los datos históricos GNSS de SIRGAS, además, de un análisis homogéneo de todos los datos existentes para referir todas las soluciones semanales al marco de referencia IGS 14.

⁵  Los datos seleccionados de inicio, parten de 2011, ofreciendo datos completos para las cuatro estaciones de análisis.

Referencias bibliográficas:

[1] SGM., 2017, Tectónica de placas. Gob.mx.

https://www.sgm.gob.mx/Web/MuseoVirtual/Riesgos-geologicos/Tectonica-de-placas.html,

[2] Martínez, W., 2010, El Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas SIRGAS: Ejemplo de cooperación basado en GNSS. Sirgas.org.

https://www.sirgas.org/fileadmin/docs/Boletines/Martinez et-al SIRGAS Seminario SCI oct 2010.pdf,

[3] García, A. D. A., 2008, Sistema GNSS. Uam.es.

http://arantxa.ii.uam.es/~jms/pfcsteleco/lecturas/20080125DavidGarc ia.pdf,

[4] Choque, M. F. L., Mamani, G. H. A., 2018, Estimación del movimiento de la placa tectónica sudamericana en base a estaciones GNSS de operación continua de la red SIRGAS-CON en Bolivia. https://repositorio.umsa.bo/handle/123456789/19186,        [ Links ]

[5] Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut der Technischen Universität München (DGFI-TUM). (s/f). VEMOS velocitymodel. Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut Der Technischen Universität München (DGFI-TUM). Recuperado el 2 de noviembre de 2024, de https://www.sirgas.org/en/velocity-model/,        [ Links ]

[6] Sánchez, L., Drewes, H., Kehm, A., Seitz, M., 2022, SIRGAS reference frame analysis at DGFI-TUM. Journalof Geodetic Science, 12(1), 92-119. https://doi.org/10.1515/jogs-2022-0138,        [ Links ]

[7] CSN. (2006).

Preguntas Frecuentes. http://www.csn.uchile.cl/sismologia/preguntas-frecuentes/,

[8] Yarvi, R., Liborio, E., 2015, Condicionamientos a la sismicidad en Bolivia. Revista boliviana de física, 26(26), 17–29. http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S156238232015000100003,

[9] Centro Sismológico Nacional. (2014). Informe Técnico terremoto de Iquique. Sernageomin.cl https://portalgeo.sernageomin.cl/Informes_PDF/RTAR-002.pdf.        [ Links ]