Contribución a la definición de un modelo de velocidades de la corteza terrestre para Ecuador a partir de datos gnss

Resum

La presente Tesis doctoral es una contribución a la definición de un modelo de velocidades de la corteza terrestre para Ecuador a partir de datos GNSS. Para ello se utilizan las observaciones GNSS durante el periodo 2008‐2014 de 33 estaciones de la Red GNSS de Monitoreo Continuo del Ecuador (REGME), además se incorporan otras 17 estaciones pertenecientes a IGS (International GNSS Service) con el fin de vincular la solución al marco de referencia global ITRF2008. Los datos GNSS fueron procesados con el software Bernese 5.0 siguiendo las recomendaciones del IGS, obteniendo series temporales diarias en coordenadas cartesianas y locales topocéntricas en el sistema ITRF2008 (IGb08) para cada estación. Previo al análisis de las series temporales se detectaron y corrigieron offsets y se eliminaron outliers para obtener series libres de valores anómalos. Posteriormente se realizó un análisis exhaustivo de las series temporales mediante la descomposición aditiva, considerando que los datos de las series se generan como la suma de tres factores: tendencia, estacionalidad o periodicidad y ruido. La tendencia de una serie viene dada por el movimiento a largo plazo de los datos que la conforman, inicialmente se ha calculado utilizando una regresión lineal ponderada, aproximando a una línea recta el movimiento de cada estación. La periodicidad se ha determinado mediante análisis espectral de las series para datos que no están igualmente espaciados. El tipo de ruido se ha determinado mediante el cálculo del índice espectral a través del análisis del espectro de potencia aproximado a una ley de potencia dependiente de la frecuencia. Hemos incluido el análisis del ruido a fin de evaluar la magnitud de su efecto en relación con el cálculo de la velocidad a estimar y su incertidumbre. Obtenidos la tendencia, estacionalidad y tipo de ruido, se introducen en el modelo general de la serie para calcular mediante estimación mínimo cuadrática nuevamente los parámetros sinusoidales de la periodicidad, ordenada en el origen y tendencia de la serie, de forma que se obtiene una estimación más realista de la magnitud de la velocidad y su incertidumbre. Todo este proceso se encuentra programado mediante scripts en Matlab, el archivo de entrada es el fichero SINEX resultante del procesamiento GNSS, generando como salida principal la velocidad con su respectiva incertidumbre para cada estación, de acuerdo a la tendencia, estacionalidad y tipo de ruido que presenten. El campo de velocidades ITRF2008 final obtenido fue referido a un marco de referencia fijo en la placa Sudamérica, calculando para ello el polo SOAM/ITRF2008 a partir de cinco estaciones de IGS ubicadas en la parte estable de placa Sudamérica. El análisis de nuestro campo de velocidades refleja claramente el movimiento del bloque Norandino hacia el NNE con respecto a la placa Sudamérica y un régimen tectónico transpresivo con deslizamiento lateral dextral del sistema de complejo de fallas que forma el denominado Sistema Mayor Dextral de los Andes. Nuestros resultados muestran un comportamiento tectónico claramente diferenciado entre el norte y el sur de Ecuador, coincidiendo con la diferencia de comportamiento de la subducción ecuatoriana, con un acoplamiento más débil y superficial (0‐15 km) al sur de Ecuador y un incremento del acoplamiento hacia el norte en la zona donde han ocurrido los mega‐terremotos de subducción del último siglo. Además, las estaciones situadas al sur del golfo de Guayaquil, tienen componente ESE‐SE lo cual indica que estas estaciones pertenecen al denominado Bloque Inca o Perú. A partir del campo de velocidades absoluto y relativo a Sudamérica para Ecuador, se realiza la modelización mediante la aplicación de dos técnicas que se utilizan con mayor frecuencia para representar una superficie continua de velocidades: el método geoestadístico Kriging y el método de Mínimos Cuadrados Colocación. Los resultados obtenidos con ambos métodos fueron comparados con velocidades de estaciones utilizadas para la verificación y mediante validación cruzada. De entre las diferentes técnicas Kriging, la que mejor se ajusta al campo de velocidad de la corteza terrestre para Ecuador es el método Kriging Universal con un modelo de semivariograma esférico. El error cuadrático medio de predicción obtenido en este método es de 1.76 mm/año en la componente este y 1.81 mm/año en la componente norte, mientras que con el método de colocación mínimos cuadrados se obtuvieron errores cuadráticos medios de predicción de 1.70 mm/año y 1.73 mm/año para las componentes este y norte, respectivamente. Aunque ambas técnicas presentan errores de predicción muy parecidos, se concluye que el método que presenta mejor ajuste y fiabilidad para representar el modelo de velocidades de Ecuador es el método de colocación mínimo cuadrática. Se aportan los scripts desarrollados en Matlab con el modelo de velocidades de la corteza para Ecuador, el cual permite obtener la velocidad e incertidumbre de cualquier punto dentro del territorio ecuatoriano. Por primera vez para Ecuador, se obtiene un campo de velocidades preciso a partir de datos GNSS continuos de las estaciones REGME, definiendo, a partir de éste, un modelo preciso de velocidades para la corteza terrestre para Ecuador, lo cual contribuye al conocimiento de la tectónica regional y geodinámica de la zona, así como la definición de un marco de referencia estable para el país.