ISSN-e: 3006-9467; ISSN: 0016-7975 / 1011-9565
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Geofísica/Geophysics
Estudio de refracción sísmica en las poblaciones del oeste del estado Sucre
Estudio de refracción sísmica en las poblaciones del oeste del estado Sucre
Seismic refraction study in the west sites of Sucre state
Estudo de refração sísmica nas populações do oeste do estado Sucre
Francisco A. Bonive A.
Sism°, MSc. Centro de Sismología, Universidad de Oriente. Correo-e: fbonive@udo.edu.ve
Recibido: 26-4-15; Aprobado: 9-11-15
Resumen
Resumen
El nororiente de Venezuela presenta una sismicidad moderada asociada a la falla de El Pilar, con esporádicos eventos destructores (Cariaco 9 de julio de 1997). La sismicidad importante se manifiesta al este de la ciudad de Cumaná, pero, el occidental eje costero Arapo-Santa Fe, está a una distancia de la falla de El Pilar menor a 20 km. En Arapo, Arapito, Playa Colorada y Santa Fe el Centro de Sismología de la Universidad de Oriente realizó ocho perfiles de refracción, con extensiones entre los 70 y 230 metros. Al modelarlos en perfiles de tres capas se encontró que los suelos eran parecidos en todas las localidades, encontrándose en promedio un perfil con velocidades de ondas P 0,9 km/s y 2,0 km/s, un basamento con una velocidad de la onda P de 2,5 km/s. La consistencia de los perfiles también decrece de oeste a este, encontrándose el perfil con sedimentos más densos y basamento más somero en la población de Arapo, mientras que la población de Santa Fe tienen los perfiles menos cohesionados con unos valores cercanos 0,9 km/s y 1,7 km/s, con un basamento que muestra una velocidad de la onda P de 2,2 km/s a 23 metros de profundidad.
Abstract
Abstract
Northeastern Venezuela has a moderate seismicity associated with the "El Pilar" Fault, with some destructive events (Cariaco of July 9, 1997). The high seismicity occurs east of Cumaná city but, the western coastal axis Arapo - Santa Fe, is at a distance of less than 20 km from "El Pilar" fault. In Arapo, Arapito, "Playa Colorada" and "Santa Fe" the "Centro de Sismología de la Universidad de Oriente" made eight refraction profiles, with extensions between 70 and 230 meters. When it was modeled in three layers profiles it was found that soils are similar in all localities, being on average profile P wave velocities 0.9 km/s and 2.0 km/s, a base with a P wave velocity 2.5 km/s. The consistency of the profiles also decreases west to east, being the profile with denser sediments and basement shallower Arapo the population, while the population of "Santa Fe" are less cohesive profiles with similar values about 0.9 km/s and 1.7 km/s, with a base showing a P-wave velocity of 2.2 km/s at 23 m depth.
Resumo
Resumo
O nordeste de Venezuela apresenta uma sismicidade moderada associada à falha do Pilar, com esporádicos eventos destruidores (Cariaco 9 de julho de 1997). A sismicidade importante manifesta-se ao este da cidade de Cumana, mas, o ocidental eixo costeiro Arapo - Santa Fé, é a uma distância da falha do Pilar menor a 20 km. Em Arapo, Arapito, "Playa Colorada" e "Santa Fé" o Centro de Sismologia da Universidade de Oriente realizou oito perfis de refração, com extensões entre os 70 e 230 metros. Ao modelá-los em perfis de três camadas encontrou-se que os solos eram parecidos em todas as localidades, se encontrando em média um perfil com velocidades de ondas P 0,9 km/s e 2,0 km/s, um embasamento com uma velocidade da onda P de 2,5 km/s. A consistência dos perfis também decresce de oeste a este, se encontrando o perfil com sedimentos mais densos e embasamento mais superficial na população de Arapo, enquanto a população de Santa Fé têm os perfis menos coesivo com uns valores próximos 0,9 km/s e 1,7 km/s, com um embasamento que mostra uma velocidade da onda P de 2,2 km/s a 23 metros de profundidade.
Palabras clave/ Keywords/Palavras-chave:
Palabras clave/ Keywords/Palavras-chave:
Arapito, Arapo, decollement, El Pilar fault, elastic waves, estructural geology, falha do Pilar, falla de El Pilar, geofísica aplicada, geophysics, geotecnia, geotechnical engineering, geotecnia, hazard mitigation, ingeniería sísmica, micro-zoneamento, micro-zoning, microzonificación, mitigaçao de riscos, ondas de cuerpo, ondas P, P-waves, perfil de velocidades, perfilagem de refração, Playa Colorada, P-wave velocity, refracción sísmica, refração sísmica, riesgo sísmico, Santa Fe, Santa Fé, seismic hazard, seismic refraction, seismic zoning, sismicidad, sismicidade, seismicity, soil classification, soil dynamics, suelos venezolanos, tectónica de placas, velocity modeling, wave propagation, West Indies seismicity.
Citar así/Cite like this/Citação assim: Bonive (2015) o (Bonive, 2015).
Referenciar así/Reference like this/Referência como esta:
Bonive A., F. A. (2015, diciembre). Estudio de refracción sísmica en las poblaciones del oeste del estado Sucre. Geominas 43(68). 159-165.
Introducción
Introducción
La región nororiental de Venezuela se ha caracterizado por ser un área de sismicidad moderada (Baumbach, et al., 2004). En el siglo pasado ocurrieron terremotos destructores en los años 1900, 1929, 1957, 1974, 1986 y el más reciente el del 9 de julio de 1997, que causó 73 pérdidas humanas y cuantiosos daños materiales (Organización Panamericana de la Salud, 1999).
Esta sismicidad está asociada a la interacción de las placas El Caribe y Suramérica, que originan los sistemas de fallas El Pilar, Bohordal, río San Juan, San Francisco, El Soldado y el corrimiento de Pirital (Montilla, 1998), en predios del eje costero Arapo, con varias fallas denominadas secundarias como: El Naranjo, Alambique y Arapito que han originado eventos sísmicos de magnitudes menores a cuatro, (CSUDO, 1991–2010), (figura 1). Esta heterogeneidad sismotectónica genera que el estado Sucre sea considerado como de mayor peligro sísmico en el país (COVENIN 1756-1: 2001, 2019).
Figura1. Mapa con ubicación de las cuatro poblaciones donde se realizó el estudio.
Metodología
Metodología
Se usó el método de refracción sísmica, el cual proporciona información de propiedades físicas del subsuelo con aplicación en la construcción de obras civiles, evaluación de riesgo sísmico y localización de aguas subterráneas, es probablemente la técnica geofísica más utilizada para obtener datos geotécnicos del subsuelo somero.
En este método la fuente y los detectores se encuentran alineados en la superficie horizontal del terreno. Se obtienen registros de los tiempos de viajes de las ondas dispersadas a través del subsuelo siguiendo diversas trayectorias o caminos. A partir de esto es posible calcular el perfil de espesores y la velocidad de propagación de las ondas sísmicas primarias de cada estrato en el subsuelo.
La velocidad de propagación de las ondas sísmicas depende principalmente de la rigidez y mucho menos de la densidad del medio y, por lo tanto, de la profundidad y de la composición de la región que sirve de medio para la dispersión de las ondas; es por ello que este método es de utilidad para la consecución del objetivo primordial, como es la estimación de la capa superficial de los suelos en el eje costero Arapo - Santa Fe.
En resumen, para la aplicación de dicha técnica, se ubicaron en los centros poblados de Arapo, Arapito, Playa Colorada y la población de Santa Fe, áreas planas, lo suficientemente extensas para la ubicación de perfiles de refracción, teniendo en cuenta que la longitud de los perfiles está relacionada directamente con la mayor profundidad de investigación del terreno.
Es oportuno mencionar, que la fuente sísmica artificial fue diseñada por personal que labora en el Centro de Sismología de la UDO. El uso de fuente de impacto es permitido para tendidos de refracción de longitudes menores de 300 metros. Los equipos utilizados para desarrollar tendidos de refracción sísmica son un equipo de refracción sísmica GEODE, 24 geófonos verticales, de 4,5 Hz y un trípode y pesa de 100 kilogramos de masa. Los perfiles de refracción normalmente se basa en un algoritmo que opera sobre celdas espaciales (Iwasaki, 2002).
Se aplicó la técnica de refracción sísmica en los centros poblados de Arapo, Arapito, Playa Colorada y la población Santa Fe, cuyas ubicaciones se muestran en la figura 2. Debido a que el equipo de refracción es alámbrico, la refracción sísmica se debe aplicar en suelos planos con las mayores extensiones longitudinales posibles, característica ésta que es difícil encontrar en este eje costero, teniendo en cuenta la topografía de la zona, realizándose, por esto, sólo ocho perfiles de refracción.
Figura 2. Mapa con ubicación de las cuatro poblaciones donde se realizó el estudio.
Resultados
Resultados
En Arapo, con el perfil de refracción sísmica de 72 metros de longitud, figura 2A, en sentido NE-SW, utilizando un tendido de veinticuatros (24) geófonos con separación de 3 metros entre sensores se obtuvo el modelo estratigráfico (figura 3), presentándose un espesor sedimentario somero de 5 metros en promedio y el contraste de velocidades de onda P entre 1,1 km/s y 2,0 km/s, con un basamento detectable con velocidad de la onda P de 2,7 km/s a 12 metros de profundidad.
Figura 3: Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Arapo. El tendido tiene una extensión máxima de 72 metros, con separación de 3 metros entre geófonos.
Figura 4: Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Arapito. El tendido tiene una extensión máxima de 230 metros, con separación de 10 metros entre geófonos.
No presenta un buzamiento definido, debido a la longitud del tendido y a la penetración somera de la señal sísmica, con un máximo cercano a los 19 metros. Las velocidades y espesores son consistentes con una estructura sedimentaria bien conformada y compacta de una ladera montañosa.
La recolección de datos, para la población de Arapito, consistió en dos tendidos. El primero con una extensión de 230 metros, con separación de 10 metros entre geófonos, en dirección NE-SO. El segundo, de 115 metros de longitud, con separación de 5 metros entre geófonos con ubicación con dirección NO-SE, figura 2B.
Basado en el primer perfil (Figura 4) se puede apreciar un modelo estratigráfico con un espesor sedimentario somero que está en promedio, a los 8 metros de profundidad y el contraste de velocidades de onda P entre 0,9 km/s y 2,1 km/s, con un basamento localizado, con velocidad de la onda P de 2,6 km/s a 35 metros de profundidad.
El segundo perfil (figura 4), muestra el espesor sedimentario de la primera capa cerca de los seis (6) metros de profundidad y la discrepancia de velocidades de onda P entre 0,9 km/s y 1,7 km/s, con un basamento que muestra una velocidad de la onda P de 2,6 km/s a 25 metros de profundidad.
El nivel medio, entre los 6 metros y 25 metros de profundidad parece tener una humedad importante y ésta podría disimular bien este estado. No presenta un buzamiento definido. Las velocidades y espesores son menos consistentes que las calculadas en Arapo, pero muestran una estructura sedimentaria muy compacta para el sitio (balneario).
En este sector de Playa Colorada se realizaron tres perfiles: un perfil en la terraza del hotel "Tu Playa" y dos en el estacionamiento del balneario (figura 2C). El primer tendido (en el hotel), tiene una extensión de 108 metros, con separación de 4,5 metros entre geófonos con dirección NE-SO.
El segundo tendido, posee una longitud de 161 metros, con una separación de 7 metros entre geófonos, en dirección NE-SO. El tercer perfil se ubicó, al igual que el anterior, a 70 metros del borde playero; con una extensión de 92 metros, con separación de 4 metros entre geófonos y dirección NO-SE.
Basados en el primer perfil, se puede apreciar un modelo estratigráfico (figura 5) en el que los estratos buzan 6° en dirección SO-NE con contraste de velocidades de onda P entre 1,2 km/s y 1,9 km/s, un basamento detectable con velocidad de la onda P de 2,4 km/s, con una pendiente de 7°.
Figura 5. Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Arapito. El tendido tiene una extensión máxima de 115 metros, con separación de 5 metros entre geófonos.
Figura 6. Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Playa Colorada. El tendido tiene una extensión máxima de 108 metros, con separación de 4,5 metros entre geófonos.
El estrato medio, podría tener un importante nivel de agua, debido al alto nivel freático que caracteriza la zona y la velocidad cercana a los 1.800 m/s, que no parece afectar las características del mismo. En el segundo perfil, (figura 6) se puede observar que los estratos superficiales tienen una forma que sugiere una zona de deposición baja, aproximadamente a los 27 metros en la proyección del tendido, y tiene un contraste de velocidades de onda P entre 1,2 km/s y 2,3 km/s, con un basamento detectable con velocidad de la onda P de 3,1 km/s que buza 8° NE-SO.
El sensor más lejano se ubicó, en dirección al piedemonte. En el tercer perfil (figura 7) se aprecia claramente que los estratos superficiales tienen una forma que sugiere una zona deformada con un contraste de velocidades de onda P entre 1,1 km/s y a 2,2 km/s, un basamento detectable con velocidad de la onda P de 2,7 km/s que buza 4° SE-NO.
La data de refracción de Santa Fe, se basó principalmente en los registros obtenidos con dos tendidos de refracción sísmica de 92 metros de longitud, ambos con una separación de 4 metros entre geófonos y en sentidos NE-SO y NO-SE (figura 2D). En el primer perfil (figura 8), el espesor sedimentario promedio de la primera capa está cercano a los 6 metros y el contraste de velocidades de onda P entre 1,1 km/s y 1,6 km/s, con un basamento detectable con velocidad de la onda P de 2,4 km/s a 23 metros de profundidad.
Figura 7. Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Playa Colorada. El tendido tiene una extensión máxima de 161 metros, con separación de 7 metros entre geófonos.
Figura 8. Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Playa Colorada. El tendido tiene una extensión máxima de 92 metros, con separación de 4 metros entre geófonos.
El segundo perfil (figura 9), corrobora el resultado anterior, ya que el espesor sedimentario más somero está cerca de 6 metros y el contraste de velocidades de onda P entre 1,0 km/s y 1,6 km/s, con un basamento detectable con velocidad de la onda P de 2,5 km/s a 23 metros de profundidad. En el nivel medio, entre los 6 metros y 23 metros aparece el nivel freático.
Figura 9. Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Santa Fe. El tendido tiene una extensión máxima de 92 metros, con separación de 4 metros entre geófonos.
Figura 10. Modelo de tres capas obtenido en el centro poblado de Santa Fe. El tendido tiene una extensión máxima de 92 metros, con separación de 4 metros entre geófonos.
Conclusiones
Conclusiones
En la población de Arapo se obtuvo un espesor de sedimentos de 5 metros de profundidad, un contraste de velocidad de la onda P, entre 1,1 km/s y 2,0 km/s. El basamento está ubicado a 12 metros de profundidad con velocidad de la onda P de 2,7 km/s.
En Arapito se obtuvo un modelo estratigráfico, con espesor sedimentario somero a 5 metros de profundidad, un contraste de velocidad de la onda P, entre 0,9 km/s y 1,9 km/s; el basamento se ubicó a 30 metros de profundidad, con velocidad de la onda P de 2,6 km/s, esto es un indicador de estructura sedimentaria consolidada. El modelo estratigráfico muestra un espesor de sedimento de 6 metros en la parte alta de la zona.
En Playa Colorada, con los perfiles de refracción sísmica, se aprecia del modelo estratigráfico con una velocidad de la onda P, en sedimentos, 1,2 km/s y en el basamento, de 2,7 km/s, para la onda P.
La data de refracción correspondiente a la población de Santa Fe, generó dos estratos de sedimentos, el primero, a 5 metros de profundidad, el segundo a los 23 metros y el basamento ubicado a los 65 metros de profundidad. La velocidad de la onda P en cada estrato es de 1,1 km/s y 1,6 km/s, respectivamente; y en el basamento de 2,5 km/s.
A los 5 metros de profundidad aparece el nivel freático, el cual, se extiende aproximadamente hasta los 23 metros de profundidad, como lo indica el modelo estratigráfico.
Referencias
Referencias
Baumbach, M., Grosser, H., Ro- mero, G., y Rojas, J. (2004). Aftershock pattern of July 9, 1997 Mw=6,9 Cariaco earthquake in Northeastern Venezuela. Tectonophysics, 1-23.
CSUDO. (2008). Centro de Sismología, Universidad de Oriente. (1998-2015). Boletin sismológico. Cumaná: Centro de Sismología.
COVENIN 1756 - 1: 2001. (2001). Norma Venezolana para Edificaciones Sismoresistentes. Fondonorma.
Iwasaki, T. (2002). Extended time-term method for identifying lateral structural variations from seismic refraction data. Earth, planets and space. vol. 54, 663- 677.
Montilla, A. (1999). Estudio de la forma y dimensiones de la zona de ruptura ocasionada por el Terremoto de Cariaco del 9 de julio de 1997. Trabajo de Grado para optar al título de Licenciado en Física, Departamento de Física, Universidad de Oriente, Cumaná.
Organización Panamericana de la Salud (1999). Crónicas de DESASTRES, Terremoto Cariaco, Venezuela, julio, 1997. Quito, Ecuador.
The author(s) declare(s) that she/he/they has/have no conflict of interest related to hers/his/their publication(s), furthermore, the research reported in the article was carried out following ethical standards, likewise, the data used in the studies can be requested from the author(s), in the same way, all authors have contributed equally to this work, finally, we have read and understood the Declaration of Ethics and Malpractices.
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