Microzonificación sísmica en Gran Roque: Estimación de espesores sedimentarios mediante gravimetría 2D
- INTRODUCCIÓN
La gravimetría es un método geofísico que se utiliza para medir variaciones en la gravedad terrestre, las cuales se producen debido a diferencias en la densidad de las rocas que componen el subsuelo. Al medir estas diferencias, se puede obtener información valiosa sobre la estructura interna del subsuelo de la Tierra; localizar yacimientos minerales y de hidrocarburos, y estudiar procesos geológicos como formación de montañas, actividad volcánica y sísmica. En este último aspecto la gravimetría es una herramienta esencial en la evaluación de riesgos en regiones como el Caribe, donde la actividad sísmica es recurrente, ya que, al identificar variaciones en la densidad del subsuelo, que influyen en la amplificación de las ondas sísmicas, es posible evaluar la vulnerabilidad de las zonas pobladas ante estos eventos, contribuyendo así a una mejor planificación urbana y gestión de riesgos.
La isla Gran Roque (Figura 1) pertenece a las Antillas Menores del Mar Caribe y se encuentra situada al noreste del Archipiélago Los Roques, el cual forma parte de las Dependencias Federales de la República Bolivariana de Venezuela. El área de la isla Gran Roque (Figura 2) se encuentra representada por una cuña alargada de dirección noroeste [1], cuya porción sureste está constituida por planicies costeras, en la que se depositan remanentes erosivos de rocas ígneas y metamórficas presentes en la isla [2]. Dicho material forma grandes depósitos sedimentarios que sirven de asiento a una población de 1471 habitantes [3] y en la que se han reportado daños ocasionados por distintos eventos sísmicos, como el sismo de San Narciso, 1900 [4]), lo que hace pertinente la realización de estudios adecuados para la reducción del riesgo sísmico.
Debido a lo anteriormente mencionado, el objetivo principal de la presente investigación fue generar modelos detallados del subsuelo de la isla de Gran Roque para estimar el espesor de los sedimentos que la conforman, información crucial para la realización de estudios de microzonificación sísmica. Estos estudios se basan en dividir la isla en zonas con diferentes características geológicas y sísmicas, lo que permite evaluar el riesgo sísmico de cada área y tomar medidas de prevención adecuadas, contribuyendo a la seguridad de la población y una planificación urbana más adecuada. Para lograr este objetivo, se utilizaron datos de gravedad obtenidos por satélites y se aplicaron técnicas de modelado gravimétrico en dos dimensiones (2D)
Figura 1. Área de estudio.
Figura 2. Mapa Geológico de la Isla Gran Roque, Archipiélago Los Roques, Venezuela (Modificado de González de Juana et al., 1980). Las líneas punteadas señalan fallas geológicas interpretadas para la zona de estudio.
- OBTENCIÓN Y PROCESAMIENTO DE LOS DATOS GRAVIMÉTRICOS
Los datos gravimétricos, derivados de modelos combinados de origen satelital, fueron obtenidos a partir de la base de datos del Modelo Europeo de Gravedad de la Tierra Mejorado Mediante Nuevas Técnicas EIGEN-6C4. Este modelo de campo gravitatorio global estático tiene una data de alta resolución con gran cobertura a nivel mundial [5] y ha brindado mejoras significativas en la representación de heterogeneidades geológicas y realce de características tectónicas en el país, dado el número de armónicos empleados en su generación [6].
Posteriormente, se aplicaron correcciones gravimétricas a los datos descargados, como la corrección de Bouguer, utilizando algoritmos y software especializados. Finalmente, se creó una base de datos con las coordenadas geográficas, cota y valores de anomalía gravimétrica, y se generaron mapas de anomalías de Bouguer, utilizando el método de interpolación de mínima curvatura. Estos mapas servirán como base para posteriores análisis y modelos, que permitirán estimar los espesores de los sedimentos y realizar la microzonificación sísmica.
- RESULTADOS Y DISCUSIÓN
- Mapas de anomalías gravimétricas
El mapa de anomalía de Bouguer de la Figura 3, muestra a través de sus contornos una tendencia preferencial en dirección noroeste-sureste, las cuales corresponden a tendencias regionales a lo largo de toda el área abarcando valores de anomalía entre 170 a -180.7 mGal. Sin embargo, es posible visualizar mínimos gravimétricos de la misma orientación en la zona sureste del área, señalando posiblemente una respuesta local asociada a un contraste de densidad menor que la respuesta circundante.
- Mapa de anomalía residual y Análisis espectral
Por su parte, la separación de fuentes residuales en el mapa de anomalía de Bouguer fue un aspecto clave para la interpretación de estructuras someras dentro del rango permitido por la escala de estudio. La mejor representación de estas respuestas, se logró a través de la aplicación de un filtro Gaussiano con longitud de onda de corte de 0,72 (Figura 4), cuyo valor fue determinado bajo el análisis del espectro de potencia promediado radialmente de las anomalías de Bouguer. Este tipo de estudios permiten obtener una idea de las frecuencias más indicadas para aplicar el filtro deseado, así como también proporciona información de las profundidades medias a las que se encuentran las fuentes que producen las anomalías (Figura 5). En él se identificaron tres tipos de fuentes: profundas, intermedias y someras, llegando a ser este último tramo de curva, el contraste de densidad entre los depósitos sedimentarios de edad cuaternaria y los depósitos carbonáticos reportados en el trabajo especial de grado de Padilla [1].
Figura 3. Mapa de anomalía de Bouguer de la Isla Gran Roque con un nivel de referencia de 0 m.s.n.m. En la imagen se señala el límite territorial de la isla en líneas punteadas de color negro.
El mapa de anomalía residual (Figura 4) exhibe las respuestas correspondientes a fuentes someras e intermedias de anomalía dentro de un rango entre -5,22 a 5,50 mGals, con gran presencia de bajos gravimétricos elongados de dirección noroeste-sureste, las cuales se encuentran rodeados por contornos cerrados de máximos gravimétricos con las mismas orientaciones que muestran estos mínimos y, algunas áreas, en dirección noreste-suroeste.
Figura 4. Mapa de anomalía residual de la Isla Gran Roque con un filtro gaussiano. En la imagen se señala el límite territorial de la isla en líneas punteadas de color negro.
Figura 5. Espectro de potencia resultante de la anomalía
- 3.3 Modelado Gravimétrico 2D
Para la elaboración del modelado gravimétrico-estructural en la isla Gran Roque, se delinearon 14 perfiles que fueran perpendiculares a los contornos isoanómalos identificados en los mapas de anomalía de Bouguer previamente presentados. Esto, con la finalidad de delimitar la continuidad y valores de profundidad de los depósitos sedimentarios en el subsuelo presentes en la isla. En dichos mapas se trazaron 3 perfiles (P8, P9 y P14) de orientaciones oeste-este, y los 11 perfiles restantes en direcciones norte-sur (Figura 6).
Figura 6. Modelos gravimétricos de los perfiles 3 y 10 y su ubicación en el mapa de anomalía residual de la Isla Gran Roque.
Por medio del trazado de estos perfiles y sus subsecuentes modelos, fue posible destacar las siguientes observaciones y análisis:
- Modelado todos los valores determinados, estando cada fuente anómala y su posible asociación geológica identificada en la Tabla 1
Tabla 1. Unidades geológicas (con densidades y profundidades base) empleada para la construcción de los modelos gravimétricos estructurales del área de estudio.
- De la recopilación de información de estudios realizados en el área, se delimitó a partir del modelo sedimentológico de Padilla [1] que, luego del desarrollo de la Formación Los Roques (LR), hubo un descenso de la temperatura a nivel global que permitió que hubiera transgresiones menores, lo que desencadenó la formación de terrazas carbonáticas. Tiempo después existieron procesos erosivos que modificaron el relieve de LR, estando este material en la mayoría de las faldas de los cerros. En un segundo evento transgresivo, se dio la posibilidad de expansión de la línea playera hacia el suroeste, lo que generó la formación de llanuras de mareas. En una etapa más reciente se desarrollaron bancos de arena que rellenaron ambientes más antiguos.
- Geometría cuasi circular en el fondo de la laguna Sur, indicativo por el trabajo de Padilla, de una antigua dolina o depresión erosiva, que fue posteriormente rodeada por crecimiento coralino.
3.4 Mapa de espesor de sedimentos
El mapa derivado del modelado gravimétrico-estructural indica que la distribución de sedimentos en Gran Roque es heterogénea. Las zonas con mayor acumulación sedimentaria corresponden al
área del pueblo y las laderas de los cerros Occidental y Central, donde los espesores alcanzan entre 20 a 85 m y entre 20 a 75 m, respectivamente (Figura 7).
La presencia de sedimentos puede influir significativamente en la sismicidad de una región. Los sedimentos más blandos y espesos tienden a amplificar las ondas sísmicas y aumentar el riesgo de licuefacción. Por lo tanto, en la isla Gran Roque, las zonas con mayor acumulación sedimentaria, como el pueblo y las faldas de los cerros Occidental y Central, podrían presentar una menor rigidez y, por ende, una mayor amplificación de las ondas sísmicas, lo que se traduce en una mayor intensidad de los movimientos del terreno durante un sismo. Sin embargo, es importante destacar que la relación entre sedimentos y sismicidad es compleja y depende de múltiples factores, como la magnitud del sismo, la profundidad del foco sísmico y las características geológicas regionales. La caracterización detallada de estos depósitos mediante técnicas geotécnicas y otras técnicas geofísicas es fundamental para construir modelos numéricos que simulen la respuesta sísmica de la isla y evaluar el potencial de licuefacción del suelo.
Figura 7. Mapa de espesor de sedimentos de isla Gran Roque
- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El análisis integrado de datos gravimétricos obtenidos de modelos geopotenciales satelitales, sumado a la información geológica disponible, revela que la isla Gran Roque presenta variaciones significativas en el espesor de sus depósitos sedimentarios. Los resultados indican que las zonas del pueblo de Gran Roque y las faldas de los cerros Occidental y Central concentran los mayores espesores sedimentarios. Esta característica geológica, al modificar las propiedades mecánicas del suelo, puede influir en la amplificación de las ondas sísmicas y, por ende, en la intensidad de los movimientos del terreno durante un evento sísmico.
Para cuantificar con mayor precisión estos espesores y evaluar su impacto real, se recomienda complementar este estudio con campañas de perforación geotécnica y otras técnicas geofísicas. Cabe destacar que la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS) ha realizado investigaciones de este tipo en las principales ciudades del país, basados en métodos de geofísica aplicada. Esos estudios han sido dirigidos a delimitar la respuesta local del subsuelo ante la ocurrencia de un sismo, mediante refracción sísmica, mediciones de ruido ambiental y el cálculo de los valores de aceleración que puedan causar un movimiento telúrico.
- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Padilla, J. (2003), Caracterización de Ambientes sedimentarios carbonático-reciente de aguas someras presentes en la Isla Gran Roque, Parque Nacional Archipiélago Los Roques, Dependencias Federales. Trabajo Especial de Grado, Facultad de Ingeniería. Universidad Central de Venezuela.
[2] Goddard, D. (1987), Informe preliminar de la Geología Marina del Archipiélago Los Roques, Venezuela. Nota técnica RS 259, Maraven S.A.
[3] Instituto Nacional de Estadística (2014), XVI Censo Nacional de Población y Vivienda. Resultados por Entidad Federal y Municipio del Dependencias Federales, p.9.
[4] Colón, S.; Leal, A.; Audemard, F.; Vásquez, R, y Rodríguez, J. (2019), Análisis Macrosísmico del Sismo Mw-7.6 de San Narciso del 29 de octubre de 1900, aplicando la escala medio-ambiental de Intensidad Sísmica ESI 2007. FUNVISIS.
[5] Camacho, M. y Alvarez, R. (2021), Geophysical Modeling with Satellite Gravity Data: Eigen-6C4 vs. GGM Plus. Engineering, 13, p. 690-706.
[6] Linares, F.; Arraiz, D. y Orihuela, N. (2015), Mapa de anomalías de Bouguer de Venezuela derivado del modelo combinado EIGEN-6C4. Revista Geociencias Aplicadas Latinoamericanas, Vol. 2, p.1-11.
