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ESCUELA DE INGENIERÍA EN PETRÓLEO

REDUCCIÓN DE LA VULNERABILIDAD DE LA COMUNIDAD A FENÓMENOS NATURALES DE LA PARROQUIA ANCONCITO, CANTÓN SALINAS.

REALIZADO POR: DR. KERVIN CHUNGA

Libertad, 07 de Agosto 2012


REPORTE TÉCNICO – UPSE – 27.08.2010

REPORTE TÉCNICO 07 AGOSTO 2012

DIAGNÓSTICO SÍSMICO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL CON IDENTIFICACIÓN DE FENÓMENOS GEOLÓGICOS EN EL BARRIO “2 DE FEBRERO” DE ANCONCITO, PROVINCIA DE SANTA ELENA. Índice 1. Introducción 1.1 Introducción de la Investigación 1.2 Objetivos 1.3 Alcance de la Investigación 1.4 Equipo de la Investigación en esta fase de estudio 2. Sismicidad y Ambiente Tectónico Regional 2.1 Sismotectónica 2.2 Sismicidad del Golfo de Guayaquil y registros de eventos tsunamigénicos 2.3 Determinación de Isosistas de Intensidad y Magnitud 2.4 Sismicidad Contemporánea: base de datos de Magnitudes (Ms, mb, Mw) 2.5 Conversión de Escalas de Magnitudes a Mw 3. Caracterización de Estructuras Sismogénicas 4. Zonación sísmica en el Golfo de Guayaquil 5. Análisis Estructural del Sector costero de Anconcito 5.1 Geología Local 5.2 Mecanismos focales y campos de esfuerzos en fallas geológicas 5.3 Cálculo de volumen de material rocoso deslizándose a lo largo de planos de fallas normales 6. Conclusión 7. Recomendación Técnica 8. Referencias bibliográficas a ser consultadas durante toda la fase de estudio

1. Introducción 1.1 Introducción de la Investigación Con fecha 20 de Agosto de 2010, el Departamento Técnico de la Escuela de Petróleos de la UPSE inició el estudio técnico en las franja costera del sector “2 de Febrero” en Anconcito, provincia de Santa Elena. La finalidad de este estudio surge desde la

Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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problemática en los asentamientos urbanos y la aparición de grietas en el terreno y desprendimiento de masas de rocas en los acantilados costeros de Anconcito. La metodología usada en este estudio incluye dos fases de investigación: (1) geología de campo y exploración, y (2) laboratorio y análisis estructural. En la primera fase, la UPSE formó un equipo multidisciplinario de geólogos y geotécnicos, con uso de instrumentos de sistemas de posicionamiento global (GPS) y de Estación Total para delimitar geométricamente los fenómenos geológicos extremos, como los desprendimientos en bloques desde el borde del acantilado costero, y el desplazamiento de rocas a lo largo de planos de fallas geológicas. Estos fenómenos son asociados a movimientos laterales transtensivos que se presentan previamente como grietas profundas evidenciadas en los escarpes de deslizamientos, y donde tales dimensiones pueden incrementarse por la infiltración durante altas precipitaciones en las estaciones de invierno, o por moderados sismos locales Mw≈5 o también por fuertes terremotos lejanos 6.5≤Mw≤8.8. Localmente, los daños son evidentes en la superficie donde estructuras físicas (ie. viviendas, instituciones educativas, etc.) de concreto son cortadas desde sus bases, afectando directamente a 35 familias asentadas cerca del borde de acantilado hasta el límite externo de la vía en construcción. Este estudio no describe la cantidad de personas re-ubicadas por parte de las entidades estatales pertinentes, sin embargo hace referencia a las familias que aún se encuentran asentadas en las áreas críticas; motivo principal por el cual la UPSE ha iniciado a realizar medidas estructurales en el terreno y presentar los primeros resultados que indican las dimensiones reales y volúmenes de masas rocosas que se están desplazando a lo largo de tres principales y críticos planos de fallas geológicas de tipo normal identificados en este estudio. A continuación se presentan el detalle de las fases de investigación realizadas desde el 21 al 24 de Agosto de 2010. El informe técnico es presentado con fecha 27 de Agosto 2010.

1.2 Objetivos de la Investigación Los principales objetivos de esta investigación son: (1) identificar el ambiente tectónico de la franja costera de Anconcito desde el sitio de la escollera hasta el sector periférico del sitio “2 de febrero”, (2) identificar estructuralmente la cinemática y la geometría de las fallas geológicas aflorantes en los acantilados, (3) identificar los fenómenos geológicos que están directamente afectado a la comunidad del barrio “2 de Febrero”, y (4) calcular el área y volumen del material que se está desplazando a lo largo de planos de fallas geológicas.

1.3 Alcance de la Investigación Como alcances fundamentales se detallan los siguientes logros: (1) zonación sísmica en el Golfo de Guayaquil y su confrontación tectónica con la franja costera de la Península de Santa Elena, (2) Cálculo de volúmenes desplazados a lo largo de planos de fallas normales estimando a su vez la proyección de efecto en la superficie del terreno, delimitando así el área crítica, (3) mapas de ubicación de los fenómenos geológicos Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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representados por mecanismos focales desde el análisis estructural de planos de fallas geológicas.

1.4 Equipo de Docentes investigadores y Estudiantes en esta fase de estudio Análisis Estructural y Modelación GIS

Dr. Kervin Chunga, Ph.D.

Análisis Sísmico y Deslizamientos

Dr. Kervin Chunga, Ph.D. Ing. Hernan Poveda, M.Sc.

Simulación numérica

Ing. Alamir Alvarez Ing. Freddy Huaman Ing. Lucas Mateo

Levantamiento Altimétrico

Ing. Carlos Zambrano

Estudiantes de Petróleos

Sr. Danilo Guerreo Sr. Andrés Loaiza Sr. Richard Gonzales Sr. Dennis Lucin

2. Sismicidad y Ambiente Tectónico Regional 2.1Sismotectónica. Tectónicamente, el Golfo de Guayaquil está localizado en un activo margen de subducción entre la placa de Nazca y las placas continentales de Sudamericana y del Bloque Nor-Andino (Eguez et al., 2003, Beck & Susan, 1992; Espinoza, 1992; Mendoza & Dewey, 1984). La placa oceánica de Nazca esta subduciendo a lo largo de la trinchera o fosa Ecuador en dirección N80°E a una velocidad de 6 a 8 cm/año (Baldock 1983, Barazangi & Isacks 1976, Benítez 1995, Bourdon & Eissen et al. 2003, Gustcher et al., 1999, Stern 2004, White et al., 2003) y parte de ese desplazamiento se transfiere a la deformación continental cortical de la placa Sudamericana y al Bloque continental NorAndino. Este proceso tectónico ha dado origen a diferentes niveles de deformación en la corteza continental y la consecuente formación de sistemas de fallas activas y capaces como las evidenciadas en el Golfo de Guayaquil. Está convergencia de placas, conocida también como “zona de subducción” o “borde occidental de Sudamérica” es muy compleja, y resulta más compleja por el desplazamiento oblicuo N-NE del Bloque continente Nor-Andino a una velocidad de 1cm/año (Clift & Vannucchi 2004, Dumont et al, 2005, 2006, Ego et al., 1996; Gustcher et al., 1999; Witt et al., 2006, Wortel & Cloetingh 1981). Tectónicamente, el Bloque Norandino puede ser considerado como el limite convergente de una colisión continental que se desplaza a lo largo de una mega-falla transcurrente conocida como “Sistema Mayor Dextral, SMD”, conocida también como Guayaquil-Caracas (MFGC) Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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(Eguez et al., 2003; Pedoja 2003, 2006, Chunga et al., 2009), que inicia desde el Golfo de Guayaquil y se extiende hasta las costas norte de Venezuela. Esta estructura sismogénica (SMD) es caracterizada por un régimen transtensivo en el Golfo de Guayaquil, bien diferenciado dentro de la cuenca Esperanza, siendo limitada al N por el sistemas de fallas Posorja y al S por el sistemas de fallas Amistad, al E por el sistema de fallas transcurrentes Puná Santa Clara y al W por estructuras de Diapiros (LRG, 1986 ; Witt et al., 2006; Cobos & Montenegro, 2010).

Ms

Mw

Foco Km

Fosa Ecua-Perú

7,6

7,0

25

-2,00 -82,00

Fosa Ecua-Perú

7,1

6,7

1,00 -80,00

Fosa Ecuador

5,7

5,9

25

31

1,00 -81,50

Prisma Acreción

8,6

8,8

25

7

1,00 -81,00

Prisma Acreción

1

0,00 -82,00

Fosa Ecuador

7,4

6,9

33

2

-2,20 -81,04

Fosa Ecuador

6,9

6,6

10

5

14

-0,70 -81,50

Fosa Ecuador

8,3

7,6

10

7

4

0,80 -80,50

Fosa Ecuador

6,2

6,4

15

1953

12

12

-3,50 -81,00

Fosa Ecua-Perù

7,3

6,8

33

1953

12

12

-3,60 -80,60

Fosa Ecua-Perù

7,8

7,4

30

1.8

0.5

1956

1

16

-0,50 -80,50

Fosa Ecuador

7,3

6,8

1958

1

19

1,37 -79,34

Fosa Ecuador

7,3

7,9

20

0

1.5

1958

8

17

1 -80,00

Fosa Ecuador

6,1

6,3

Año

Lat.

Long.

Fuente Sismogenética

Mes

Día

1877

10

11

2,30 -78,78

Fosa Ecua-Col

1901

1

7

-2,00 -82,00

1901

1

8

1906

1

31

1906

1

1906

2

1907

6

1933

10

1942 1942

H mt

5

Io

3 0.5

0.2

1959

2

7

-3,84 -81,58

Fosa Ecua-Perù

7,2

6,8

33

0.2

-2

1979

12

12

1,60 -79,36

Fosa Ecua-Col

7,7

7,8

24

5

2.5

1989

6

25

1,1 -79,60

Fosa Ecuador

6,4

6,6

33

1998

8

4

-0,59 -80,39

Fosa Ecuador

7,1

6,7

33

Tabla 1. Terremotos de Ms≥6,9≤8,8 generados en la fosa Ecuador y con distancia focal ≤33 Km de profundidad. Ms, magnitud ondas superficiales. Mw, momento de magnitud. Foco, distancia hipocentral. H, altura máxima de ola de tsunami registrada en la línea de costa. Io, escala de intensidad de Tsunamis Soloviev-Inamura. Los sismos marcados con blanco han generado tsunamis (Fuente: catálogo sísmico NEIC, Chunga et al., 2009).

Winter et al. (1993) indican que el limite SW de la MFGC tiene tasa de deformación variable lateral dextral y sinestral alcanzando entre los 3 a 9 mm por año, sugiriendo que el resto del total de 10 mm por año de deformación cortical (es decir, probablemente de 1 a 7 mm por año) es acomodado por otras fallas superficiales en el Golfo de Guayaquil, además del desplazamiento de esfuerzos de deformación cortical a lo largo de todo el SDM. En el Golfo de Guayaquil, la zona de fractura de Grijalva no es más que un remante oceánico de la placa de Farallon (conocida también como placa pre-Nazca; Spikings et al., 2001) y es remarcado en ambos lados por su diferencia de edad en Ma. Históricamente, en este segmento de la fosa ecuatoriana – Golfo de Guayaquil – norte de Perú, se han registrado seis terremotos 6,9≤Mw≤7,8, en los años 1901 [2 eventos], 1933, 1953 [2 eventos], 1959 (Silgado, 1957; Swenson & Beck, 1996). (Ver, Tabla 1). Con todos Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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estos antecedentes, el margen de subducción ecuatoriano y en particular el del Golfo de Guayaquil, es considerado como una de las áreas más activa en el mundo y dentro del corto registro histórico que tenemos, ha sido escenario de fuertes terremotos. Es importante indicar, que cerca de Anconcito a una distancia de 5 Km NW se han registrado dos eventos sísmicos con distancia hipocentral de 12 Km en las fechas 05.10.2004 (Mw 4.1) y 03.12.2002 (Mw 4.4) (ver, Figura 2).

Figura 1. Modelo geodinámico del Ecuador insular y continental. Cinemática de la placa de Nazca y su relación con el punto caliente Galápagos y el centro de divergencia (conocida también como dorsales Galápagos). El Sistema Mayor Dextral (SMD) es la franja de colisión continental que separa el Bloque Nor-Andino (indicándola en la figura como parte de la placa del Caribe) y la placa Sudamericana (modificado de Toulkeridis et al., 2009).

2.2 Sismicidad del Golfo de Guayaquil y registros de eventos tsunamigénicos. Para el Golfo de Guayaquil, los registros históricos de eventos tsunamigénicos son ausentes, sin embargo se tiene reportes de eventos cercanos que generaron ondas de tsunamis que posteriormente impactaron las costas con pequeñas ondulaciones, tales como: (1) terremoto tsunamis de 02.10.1933, Mw 6.9, H 10 Km; (2) terremoto tsunamis de 12.12.1953, Mw 7.8, H 30 Km; y (3) terremoto tsunamis de 07.02.1959, Mw 7.2, H 33 Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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Km. H representa la distancia focal del sismo (ver, Tabla 1). Este fenómeno es brevemente analizado debido a su potencial influencia que podría afectar el área en examen, Anconcito.

Figura 2. Sismicidad del Golfo de Guayaquil y su asociación con fallas capaces de generar terremotos en el segment continental y marino. Datos de sismos corticales son obtenidos desde los catálogos NEIC, IGEPN y CERESIS.

Para comprender mejor el escenario sísmico del área en examen, se elaboró una base de datos en plataforma GIS con información de sismos hipocentrales con Magnitud (M) mayor igual a 6 y distancia focal menor a 40 Km. La razón de esta selección de intervalo de magnitud se debe al alcance y deformación en el terreno que podría causar en áreas inestables, como el sector de Anconcito, donde fenómenos geológicos como deslizamientos podrían re-activarse. La distribución espacial de estos sismos permitió determinar una alta recurrencia sísmica entre abril 1961 a marzo 1962, donde se reportaron al interior del Golfo de Guayaquil, cuatro [4] terremotos de considerable magnitud: (1) 08.04.1961, Mw 6.2, H 25 Km; (2) 21.05.1961, Mw 6, H 27 Km; (3) 02.06.1961, Mw 6.2, H 37 Km; y (4) 12.03.1962, Mw 6.2, H 25 Km (ver, Figura de sismos). Información sobre los efectos en el terreno de esta recurrencia sísmica sentidas en provincias costeras cercanas, no ha sido documentada sin embargo es probable que los movimientos telúricos de aquella época se presentaron

Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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en algunos sectores como atenuaciones de mayores duraciones especialmente en sedimentos no consolidados. El último sismo local considerable fue registrado el 21.05.2005 con Mw 6.3 y distancia focal (H) de 39 Km (Fuente: NEIC, National Earthquake Information Center). Regionalmente, hemos sido afectado por los alcances de las ondas sísmicas generadas por el terremoto del 12.08.2010 (Mw 7.2) con epicento en Pastaza (H=240 Km). Para el Golfo de Guayaquil, la generación de los sismos hipocentrales superficiales son consecuencias de los sistemas de fallas con movimientos transpresivos y distensivos localizadas en mega-estructuras sismogénicas de cuencas “pull-apart” de régimen distensivo, los principales esfuerzos de deformación son direccionados desde la zona de subducción de corteza oceánica limitante con el Golfo de Guayaquil donde la placa de Nazca subduce debajo del margen continental constituido de la placa Sudamericana y del Bloque Nor-Andino.

2.3 Determinación de Isosistas de Intensidad y Magnitud El catálogo de sismos perceptibles (1541 - 2010) documentados de los registros de CERESIS y IG-EPN no tiene suficiente datos para evaluar la peligrosidad sísmica de sectores industriales o áreas densamente pobladas en el Golfo de Guayaquil (CERESIS, www.ceresis.org). Un análisis estadístico de los datos macrosísmicos recopilados y evaluados resulta muy difícil. Así mismo, los criterios valorados con respecto al católogo de isosistas, no permiten obtener resultados confiables mediante técnicas de interpolación automatizada, pues los puntos que pudieran analizarse espacialmente no tendrían siempre el mismo peso en lo que respecta al valor de su intensidad, el tiempo que la no-homogeneidad de su distribución introduce una complicación adicional y sólo permite en la mayoría de los casos una modelación general (Chuy, 2003). Sin embargo estos datos de Intensidad son fundamentales para elaborar modelos de isosistas elípticas que indiquen los máximos niveles de sismicidad, es así, que recurrimos a analizar también datos de sismos hipocentrales con magnitudes M≥4, entre las coordenadas geográficas son 81º00’30’’ W, 02°12’00’’ S hasta Punta Capones en el paralelo 03°23’33.96’’ S. Aplicando la relación de conversión propuesta por Gere & Shah, 1984 y la relación de conversión de magnitud (Ms) a Intensidad propuesta por Fedotov y Shumilina (1971): I = 1,5 M - 2,63 log r - 0,0087 r + 2,5 donde r es la distancia hipocentral, I la intensidad y M la magnitud Ms del terremoto. Esta relación con la calidad de los parámetros determinados de los terremotos perceptibles permitieron obtener un primer modelo de isosistas de máximos valores de intensidad para todo el territorio en examen incluyendo a aquellas áreas no pobladas y

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de dificil acceso y que instrumentalmente registran sismos de magnitudes moderados a altos (Chunga et al., 2009).

2.4 Sismicidad Contemporánea: Base de datos de Magnitud (Ms, mb a Mw) Una base de datos GIS de sismicidad instrumental, dentro de las latitudes y longitudes precedentemente indicadas, ha sido elaborada con datos obtenidos de los catálogos del National Earthquake Information Center (NEIC) y del Instituto Geofísico-Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN, ver en bibliografía ReNaSis). Datos de Ms también son disponibles en el sitio web de CERECIS (www.ceresis.org). El NEIC registra sismos desde 1973 y pueden ser complementados con los reportados por CERESIS desde 1765. Localmente, el IG-EPN reporta desde 1990 datos de sismos hipocentrales más precisos en distancia focal (profundidad en Km) y determinación de Ms≈mb≥4.0 (www.igepn.edu.ec) Una selección de la distribución espacial de estos sismos ha permitido clasificar la profundidad de los focos sísmicos corticales (0.1≤H≤40Km) y profundos (H≥40 Km). Para los componentes en estudio se han analizado sismos con 4≤Mw≤8.8 con profundidades hipócentrales desde 0.1 hasta 286 Km. Aquí, han sido descartado los sismos que reportan valores hipócentrales exagerados, respectivamente. Los eventos corticales (distancia focal ≥0.1h≤40 Km) representan los terremotos superficiales en la cercanía de los componentes del área de estudio y pueden ser asociados a sistemas de fallas capaces de deformar considerablemente la superficie del terreno (Chunga et al., 2005, 2009, Riva et al. 2007, Tassara 2003, White et al. 2003). La concentración de sismos hipocentrales con distancia focal 0.1≤H≤40Km, puede ser considerado como un indicio de posibles y capaces estructuras sismogénicas.

2.5 Conversión de Escalas de Magnitudes a Mw El concepto de magnitud fue introducido en 1935 por Charles Richter para medir el tamaño de los sismos locales y así poder estimar la energía que ellos liberaban a fin de ser comparados con otros sismos. Posteriormente, el uso de esta escala se extendió y fue aplicándose a los diferentes sismos que ocurrían en el mundo. En general las diferentes escalas de magnitud están en función de un tipo de onda o fase sísmica en particular que puedan identificarse sobre el registro del sismo siendo las más comunes las siguientes: Magnitud local (ML): ML = Log A (∆) – Log Ao (∆) Magnitud de ondas superficiales (Ms): Ms = Log (A/T) + 1.66 Log ∆ + 3.3 Magnitud de ondas de volumen (mb): Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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mb = Log (A/T) + Q (∆,h) Magnitud de duración (MD): MD = a + b Log t + c log T + d ∆ En todas estas ecuaciones, A representa la amplitud máxima; Ao la amplitud de referencia inicial; T, el periodo; ∆ distancia epicentral; Q, la atenuación del medio; h, la profundidad del foco; D, la duración del registro del sismo; a, b y c, constantes que tienen que ser determinadas para cada estación. El momento sísmico (Mo) es una medida más consistente del tamaño del sismo ya que se basa directamente en la estimación de la energía que irradia el sismo y hoy en día, es el parámetro más importante. Este parámetro puede ser obtenido a partir de la relación establecida por Aki (1966). Mo = µ.S.D Donde, µ es él modulo de rigidez, S el área de la falla y D el desplazamiento medio sobre el plano de falla. El momento sísmico (Mo) a dado lugar a la definición de una nueva escala denominada magnitud energía o magnitud momento (Mw) (Kanamori, 1977): Mw = (2/3) Log (Mo) – 6.0 Para complementar una sola base de datos de sismicidad instrumental, los parámetros hipócentrales de los sismos analizados, fueron filtrados para evitar duplicidad de información y/o repetición de un mismo evento sísmico; luego su Magnitud (Ms, mb, ML) fueron convertidos a la escala momento de magnitud (Mw). Varias escalas son ampliamente usadas y cada una es basada sobre la medición de un tipo de onda sísmica en un rango específico de frecuencia. Para obtener las de conversión entre ML (d), mb, Ms a Mw, se usaron las siguientes relaciones de magnitudes propuesta por Cahuari para zonas de subducción Peruana(2008): mb = 0.5624* Mw + 2.198 Mw = 0.9588* mb + 0.458 Estas magnitudes son validas para rango entre 5.1 y 6.8, presentando un factor de correlación de 0.86 y 0.75 para mb y Mw.

Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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Ms = 1.2626* Mw – 1.3646 Mw = 0.7044* Ms + 1.702 Estas magnitudes son validas para rango entre 4.5 y 6.8, presentando un factor de correlación de 0.90 para Ms y Mw. Ml (d) = 0.7795* Mw + 0.9618 Mw = 0.9879* Ml (d) + 0.3316 Estas magnitudes son validas para rango entre 4.5 y 6.8, presentando un factor de correlación de 0.80 y 0.90 para Ml(d) y Mw. Tipo falla

Ecuación log(MD) = a + b * log (SRL)

log(SRL) = a + b * log (MD)

log(AD) = a + b * log (SRL)

log(SRL) = a + b * log (AD)

No. Eqs

Coeficiente y errores estándares

Desv. Stand.

Correl coef.

salto de falla (mt)

Long. Rotura falla (km)

SS

55

-1.69(0.16)

1.16(0.09)

0.36

0.86

0.01 a 14.6

1.3 a 432

I

21

-0.44(0.34)

0.42(0.23)

0.43

0.38

0.11 a 6.5

4 a 148

N

19

-1.98(0.50)

1.51(0.35)

0.41

0.73

0.06 a 6.4

3.8 a 75

T

95

-1.38(0.15)

1.02(0.09)

0.41

0.75

0.01 a 14.6

1.3 a 432

SS

55

1.49(0.04)

0.64(0.05)

0.27

0.86

0.01 a 14.6

1.3 a 432

I

21

1.36(0.09)

0.35(0.19)

0.39

0.38

0.11 a 6.5

4 a 148

N

19

1.36(0.05)

0.35(0.08)

0.2

0.73

0.06 a 6.4

3.8 a 75

T

95

1.43(0.03)

0.56(0.05)

0.31

0,75

0.01 a 14.6

1.3 a 432

SS

35

-1.70(0.23)

1.04(0.13)

0.32

0.82

0.1 a 8

3.8 a 432

I

17

-0.60(0.39)

0.31(0.27)

0.4

0.28

0.06 a 2.6

6.7 a 148

N

14

-1.99(0.72)

1.24(0.49)

0.37

0.59

0.08 a 2.1

15 a 75

T

66

-1.43(0.18)

0.88(0.11)

0.36

0.71

0.06 a 8

3.8 a 432

SS

35

1.68(0.04)

0.65(0.08)

0.26

0.82

0.1 a 8

3.8 a 432

I

17

1.45(0.10)

0.26(0.23)

0.36

0.28

0.06 a 2.6

6.7 a 148

N

14

1.52(0.05)

0.28(0.11)

0.17

0.59

0.08 a 2.1

15 a 75

T

66

1.61(0.04)

0.57(0.07)

0.29

0.71

0.06 a 8

3.8 a 432

Tabla 2. Relación empírica de regresión de Well & Coppersmith; dónde (SRL) es la longitud de falla en Km, (MD) es el máximo desplazamiento o salto de falla en metros, (AD) es el promedio de desplazamiento de la falla. (SS) falla dextral y sinistral, (I) falla inversa, (N) falla normal, (T) todos los tipos de fallas. (No. Eq.) significa número de terremotos.

3. Caracterización de Estructuras Sismogénicas. Para la selección de escenarios de terremotos, nosotros realizamos un análisis regional y detallado de todas las fallas geológicas (estructuras sismogénicas) cercana al área en examen, borde costero de la provincia de Santa Elena. Para evaluar su capacidad y potenciabilidad para generar terremotos con Magnitudes Mw≥6, nosotros creamos una base de datos GIS de fallas o segmentos de fallas geológicas capaces en territorio Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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Ecuatoriano. Información de fallas Cuaternarias activas y capaces fueron obtenidas de Chunga et al. (2005, 2009, 2010), Dumont et al. (2005, 2006), Deniaud et al. (1999), Eguez et al. (2003), LRG (1986), y Witt et al. (2005). Secciones sísmicas disponible en literatura (ej. Witt et al., 2006, Cobos & Montenegro, 2010) permitieron individualizar estructuras sismogénicas asociadas a mega-sistemas localizadas en la cuenca Posorja pull-apart de regimen distensivo; las proyección de estas fallas en superficie son correlacionables con las descritas por LRG (1986). Análisis sísmicos de otras secciones a desarrollarse en las posteriores fases de estudio por parte de la UPSE permitirán crear posteriores modelos estructurales 3D del Golfo de Guayaquil, este análisis tiene previsto la revisión e re-interpretación de secciones sísmicas disponibles por entidades Estatales como EPetroecuador. Continuando con el análisis estructural a estas estructuras, la distancia desde un potencial terremoto y con efecto a áreas urbanas densamente pobladas o sectores industriales e hidrocarburíeferas en la provincia de Santa Elena, dependerán de la geometría, la longitud y la forma de la ruptura sobre el plano de falla geológica, y la probabilidad de activación de terremoto ocurriendo en diferentes segmentos a lo largo del plano de falla. La distancia, por lo tanto, dependerá de la inmersión (intersección desde el sitio hasta el hipocentro) y la profundidad del plano de falla, y una función de la distancia separada se calcula para cada geometría y relación de la atenuación. El tamaño y la forma de la ruptura en el plano de falla son dependientes de la magnitud del terremoto, con eventos más grandes rompiendo porciones más largas y más anchas del plano de falla. La máxima magnitud asociada y el máximo desplazamiento estimado han sido determinadas para cada una de los segmentos de fallas individualizados en el Golfo de Guayaquil (así también aquellas cercanas en la región fronteriza con el Perú) aplicando la relación empírica de regresión de magnitud-terremoto-ruptura/desplazamiento de falla, propuesta por Well & Coppersmith (1994), ver Tabla 2. En este análisis, todas las fallas enumeradas se consideran “capaces”. Las estructuras incluyen todas las fallas geológicas Cuaternario, así como fallas más distantes y capaces de producir grandes terremotos con efecto desastroso en la superficie. Estas fallas demuestran una clara evidencia de desplazamiento desde el Plioceno Superior al Cuaternario (Witt et al., 2006). Una falla se considera “activa o capaz” ser una fuente potencial de futuros terremotos, si se evidencia dislocaciones superficiales durante los últimos 30.000 años (IAEA, 2002), y/o si la sismicidad histórica está asociada a la estructura (ej. Chunga 2010). Una falla se considera “potencialmente activa” y se considera una fuente potencial de terremotos futuros si se evidencia dislocaciones superficiales por lo menos una vez en los últimos 50.000 años (IAEA, 2002, Robert & Michetti, 2004). Basado sobre la geodinámica del Golfo de Guayaquil, las fallas geológicas individualizadas en este estudio son consideradas fallas capaces. Confirmando, lo anteriormente mencionado, se estima las magnitudes máximas para las fallas corticales (distancia focal 0.1≤H≤40 Km) y el máximo desplazamiento basadas en relaciones empíricas entre la longitud de la ruptura de la falla y/o el área de la ruptura y la magnitud desarrollada por Wells y Coppersmith (1994). El acercamiento más común Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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para estimar la máxima magnitud es a través de una comparación de la longitud de la ruptura de la falla y la magnitud. La relación de la dimensión de ruptura y longitud (Kilómetros) respecto al máximo desplazamiento (metros) y máxima magnitud (Mw) para el territorio Ecuatoriano, es expresado en la siguiente Figura: Km

mt

Mw

Mw

Figura 3. Distribución de terremotos (MCEs¬Maximum Credible Earthquakes) generados por segmentos de fallas capeces en el Ecuador y su relación con longitud y desplazamiento vertical (Chunga, 2010).

La actividad de la falla es expresada como un promedio anual de tasa de deslizamiento (en milímetros por año) más que un intervalo intersísmico (Robert & Michetti, 2004). La tasa de deslizamiento es calculada dividiendo la cantidad de desplazamiento por la edad deducida de los depósitos o de la geomorfología superficial desplazados a través de un escarpe de falla. Este método, es propuesto por varios autores, sin embargo los valores de 0,01 a 0,1 mm/año indican baja actividad sísmica y escasa evidencia geomorfológica de actividad (Slemmons & Depolo, 1986). La relación con los intervalos de recurrencia, máxima magnitud y rasgos geomorfológicos han sido aplicados a las fallas capaces cercanas a las áreas de los componentes de estudio.

4. Zonación Sísmica para el Golfo de Guayaquil El análisis de peligro sísmico se basa en: (1) la construcción de un modelo sismotectónico a partir de datos geológicos y sismológicos, (2) la caracterización de las fuentes sísmicas a través de la geometría de la estructura sismogénicas y la magnitud máxima asociada, y (3) caracterización de los efectos inducidos por la propagación de las ondas sísmicas. La amenaza sísmica de un componente se expresa tradicionalmente en términos de probabilidad de exceso de ciertos niveles de movimiento del suelo durante un período específico de tiempo. El parámetro más utilizado para caracterizar el análisis de ingeniería sísmica del Peligro es el PGA (“Peak Ground Aceleration”, máxima aceleración en la roca). Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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Entre las técnicas de análisis más comunes, en general, los más utilizados son: el análisis probabilístico y análisis determinístico, así como el enfoque neodeterminístico bajo en la descripción del movimiento sísmico del suelo a través de la computación de altas prestaciones de sismogramas sintéticos (Panza et al., 2001). En base a los valores máximos del PGA (Peak Ground Accelaration) obtenidos de análisis determinísticos y analizando la tectónica activa del Golfo de Guayaquil, se ha optado por dividir preliminarmente el área en examen en cuatros zonas sísmicas (Chunga et al., 2009): Zona 4: 0.35g<PGA ≤0.68g (muy alta sismicidad) Zona 3: 0.30g<PGA ≤0.35g (alta sismicidad) Zona 2, 0.20g<PGA ≤0.30g (moderada a alta sismicidad) Zona 1: PGA ≤0.20g (baja a moderada sismicidad)

Figura 4. Mapa de máximos valores de PGA (Peak Ground Aceleration) en las rocas obtenidas desde el análisis estructural de fallas capaces. El rango o intervalo de estos valores de PGA concuerdan con los propuestos por Tanner J.G., & Shedlock K.M. (2004).

Los valores de 0.45g hasta 0.68g corresponde a la zona de subducción o trinchera Ecuador, donde sismos mayores de 7.74 pueden ocurrir.

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5. Análisis Estructural del Sector de Anconcito 5.1 Geología Local Durante la primera fase de geología de campo y exploración, se realizó un levantamiento geológico en la franja costera desde el sector de la escollera hasta los límites periféricos del sitio “2 de febrero” en Anconcito. Un primer análisis, indica secuencias de estratos decimétricos de areniscas grauwáticas de clastos subangulares, intercaladas por estratos laminados de arcillolitas y limolitas verdes grises afectadas por espejos de fricción observadas en los afloramientos de acantilados a lo largo de la estrecha zona de playa, además la plataforma litoral está compuesta litológicamente por este último tipo de roca. Nuñez et al. (1983) indica que esta secuencia sedimentaria corresponde al miembro “Arenisca” Punta Ancón de la Formación Seca (edad Eoceno Superior) del Grupo Ancón.

Figura 5. Microfallas asociadas a desplazamientos transpresivos de deformación sinsedimentaria. La secuencia aflorante en el talud de Anconcito evidencia sistemas de fracturas con inestabilidad en zonas de pendientes.

El Grupo Ancón agrupa tres formaciones geológicas: (1) Clay Pebble Beds, (2) Socorro y Seca (Smith & Williams, 1947), en Bristow & Hoffstetter, 1977). Sin embargo, otra división geológica ha sido propuesta por Garner (1956) que incluye dos fomaciones y cuatros miembros: Formación Seca:

Miembro Arenisca Punta Ancón Miembro Lutita Seca

Formación Socorro:

Miembro Socorro Miembro Clay Pebble Bed

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En este estudio y para definir al Grupo Ancón, se ha adoptado las divisiones estratigráficas de Garner (1956), considerando que deslizamientos y fallas normales e inversas, debido a dos fases tectónicas de hundimientos y levantamientos, han producido inversiones estratigráficas en la cuenca Ancón. En la localidad tipo Punta Ancón, aproximadamente 100 m de estratos suprayaciendo en contacto disconformable sobre el precedente miembro Lutita Seca. Según Nuñez (1983), la litología es predominantemente areniscas grauwáticas con algunas capas arcillosas, conglomerados ligniticos (como los observados cerca del sitio escollera), capas calcáreas biohérmicas y lutitas interestratificadas. En este miembro (Punta Ancón) se incluye una arenisca blanca localmente brechosa de ceniza volcánica que aflorando en la zona de Punta Ancón; según evidencias de foraminíferos planctónicos y radiolarios que ocurren en las lutitas interestratificadas la edad es parecida a la del Miembro Seca, es decir Eoceno superior (ie. Bristow & Hoffstetter, 1977).

Figura 6. Sistemas de fallas geológicas capaces de deformar la superficie del terreno.

Estructuralmente, en los afloramientos de los acantilados de Anconcito se evidencian estructuras plegadas “flame” y “convolucionadas” asociadas a microfallas inversas de deformación sin-sedimentaria por desplazamientos laterales transpresivos. No obstante, la tectónica actual indica otro mecanismo post-deformacional asociado a desplazamientos transtensivos caracterizados en el terreno por fallas normales con componentes destrales y sinestrales. Estas últimas son de interés técnico en el presente estudio, debido a los deslizamientos de masas de rocas a lo largo de estos planos de fallas con dirección hacia el S-SW están deformando y colapsando la superficie del terreno.

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Ciertamente, nuestro análisis geotécnico permitió identificar dos principales fenómenos geológicos asociado a la tectónica actual: (1) desprendimientos en bloques en los bordes de los acantilados, y los más crítico (2) deslizamientos de masas rocosas a lo largo de tres principales (ie. FP1-FP2-FP3) planos de fallas geológicas de tipo normal. Este último fenómeno es considerado el de más alto riesgo para la comunidad del sector “2 de febrero” de Anconcito.

Figura 7. Imagen satelital de Anconcito analizada en plataforma GIS. Localización de estaciones de muestreos y representación de mecanismos focales para cada falla geológica individualizada durante la fase de geología de campo y exploración.

5.2 Mecanismos focales y campos de esfuerzos en Fallas geológicas Como lo descrito en la sección 5.1, los mecanismos de deformación en las secuencias rocosas corresponden a dos eventos tectónicos de épocas diferentes, deduciendo en este estudio que las estructuras de pliegues y fallas inversas son asociadas a deformaciones sin-sedimentarias, ahora no activas y que pueden ser evidenciadas en los afloramientos de talud. Con los primeros resultados obtenidos durante la primera fase de geología de campo, se permitió conocer la cinemática y geometría de nueve principales planos de fallas geológicas a lo largo del acantilado aflorante en la zona de playa, de las cuales todas tienen diferencias en sus tendencias estructurales y ocho de ellas son asociadas a movimientos transtensivos debido a los esfuerzos de tracción. Los datos estructurales son referenciados desde las estaciones F1-F2-F3-F4-F5-F6-FP1-FP2-FP3 (ver, Figura 7).

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Las estructuras de fallas que podrían ser consideradas activas y asociada a la tectónica actual son caracterizadas por movimientos transtensivos y representados gráficamente en la Figura 6 por mecanismos focales con dominio de campo de tracción. Estos mecanismos fueron generados con el software “Faultkin”, donde los principales datos estructurales insertados son: rumbo, dirección de inclinación, ángulo de buzamiento y “Rake” dirección de fallas (indicados en la Figura 7). Este análisis corresponde a la fase de laboratorio y análisis estructural.

Figura 8. Cinemática y geometría de dos principales planos de fallas normales que afectan a asentamientos del sector “2 de Febrero”. 7 0 m ts 6 0 m ts 5 0 m ts 4 0 m ts 3 0 m ts 2 0 m ts 1 0 m ts 0 m ts - 1 0 m ts - 2 0 m ts - 3 0 m ts - 4 0 m ts - 5 0 m ts

Figura 9. Modelo digital del terreno y cambio morfológico asociado a los sistemas de fallas normales con desplazamientos laterales destrales y sinestrales en el Barrio “2 de Febrero”, 6 5 m ts Anconcito. 5 5 m ts

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4 5 m ts 3 5 m ts 2 5 m ts

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Estos resultados técnicos indican la inestabilidad del área de estudio y la posibilidad de que componentes externos como altas precipitaciones o atenuaciones de ondas sísmicas aceleren la velocidad de deslizamiento de las masas rocosas del sitio. También son considerados, otros factores como cercanas construcciones que emitan continuas vibraciones al terreno. De allí, la importancia de salvaguardar la integridad física de la comunidad afectada, y subsiguientemente la remoción de este material inestable, debido a que las rasgos evidenciados como grietas y planos de fallas (en abertura respecto a ambos bloques) no permiten una estabilización de talud.

Figura 10. Desprendimiento en bloques de masas rocosas de arenisca grauwatica intercalada con estratos laminados de arcillolita.

5.3 Cálculo de Volumen de Material Rocoso deslizándose a lo largo de planos de fallas geológicas. Desde la obtención de datos de georeferenciación y proyectando los tres planos de fallas normales identificadas en este estudio, se estima que el área directamente afectada en la comunidad “2 de Febrero” es de 14.585,96 m2 de material rocoso fragmentado. El volumen total estimado que puede deslizarse con dirección SSE a través de los tres planos de fallas es de 306.305 m3. Desde un punto de vista de la morfología, este tipo de deslizamiento puede ser clasificado como rotacional, sin embargo es importante considerar la cinemática de las fallas geológicas presente en el área (de allí la importancia de conocer las diferentes direcciones de esfuerzos de tracción), ya que son los principales planos de deslizamientos que están deformando y colapsando el terreno. Estas estimaciones fueron realizadas desde datos de posicionamiento (GIS y Sistema de levantamiento altimétrico Estación Total), los cuales fueron distribuidos espacialmente a Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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través de la aplicación del software ArcMap-GIS, de ese modo determinamos el área y volumen, esta información permite conocer la dimensión de deformación y a su vez los resultados puedan ser complementados para un estudio más a detalle, en la cual se podría definir técnicas ingenieriles adecuadas, para construcciones de escolleras (ie. adherentes, tipo T, entre otras), las cuales tienen que ser posicionadas para recuperación de zona de playas y disminuir la dinámica de erosión marina en la base de los acantilados, donde se pierde continuamente resistencia de carga e incrementa la velocidad de desplazamiento de masas rocosas.

Figura 11. Evidencias de escarpes continuos de desprendimiento de bloques.

Figura 12. Evidencia de grietas recientes formada por esfuerzos de tracción. Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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Figura 13. Evidencia de un plano de falla normal donde se observa la ruptura de ambos bloques, está zona es propuesta en este estudio para análisis en detalle, ya que tales evidencias no son observadas en superficie, y pueden permitir una errada interpretación geológica.

6. Conclusión El sector costero de Anconcito es afectado por dos fenómenos geológicos: (1) los desprendimientos de bloques en los bordes de los acantilados, y (2) deslizamientos de masas rocosas a través de planos de fallas normales con desplazamientos laterales sinestrales y dextrales. El análisis estructural permitió definir el ambiente tectónico dominante con movimientos transtensivos asociados a esfuerzos de tracción, donde sus principales rasgos estructurales son la dinámica activa de las fallas normales. El área critica para el Barrio “2 de Febrero” es delimitado por los tres planos de fallas normales identificado en este estudio, donde su área de influencia directa alcanza los 14.585, 96 m2. El volumen de material que puede desplazarse a través de los tres planos de fallas normales alcanzan los 306.305 m3, una proyección espacial desde la base del afloramiento es proyectado en superficie, alcanzando los límites con la vía en pavimentación que está siendo construida en el Barrio “2 de Febrero”. Esta vía, debe ser motivo de un detallado análisis y control. Los factores que pueden incrementar la tasa de velocidad del deslizamiento pueden ser: (1) la alta precipitación en especial durante los meses de invierno, y (2) la recurrencia de Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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terremotos locales con magnitud moderada Mw≈5 o el arribo de amplificaciones de ondas sísmicas desde terremotos lejanos con Mw>6.5. Es importante indicar, que cerca de Anconcito a una distancia de 5 Km NW se han registrado dos eventos sísmicos con distancia hipocentral de 12 Km en las fechas 05.10.2004 (Mw 4.1) y 03.12.2002 (Mw 4.4). Este antecedente histórico, indica la importancia de realizar estudios de microzonación sísmica, debido a la ausencia de información en toda la provincia de Santa Elena. El sector de Anconcito se encuentra en una zona tectónica activa, donde las atenuaciones de las ondas sísmicas pueden incrementar el nivel de riesgo a áreas urbanas y la re-activación de deslizamientos de masas de roca y escarpes con desprendimiento en bloques. 7. Recomendación Técnica Con todos los antecedentes técnicos desarrollados y expuestos en las secciones anteriores de este reporte, se recomienda lo siguiente: (a) Re-ubicar inmediatamente a las familias que se encuentren asentadas dentro de los limites de los planos de fallas (área critica) estableciendo una zona de seguridad en base a la proyección de los planos de fallas y escarpes de deslizamientos. (b) Implementar un control semanal posicional de las grietas, y bordes para medir la geometría y cinemática de los escarpes de deslizamientos, de esta manera podremos calcular la tasa de velocidad de desplazamiento, en particular en las estaciones de invierno. (c) Realizar estudios multidisciplinarios en detalle con fines definir la recuperación de la zona de playa y disminución de la dinámica de erosión marina en la base de los acantilados, donde la pérdida de esfuerzo puede incrementar la velocidad de un deslizamiento de masas rocosas. (d) Revisar la ejecución de los procedimientos de los trabajos de mejoramiento de las calles dentro de la zona crítica, debido a que las vibraciones emitidas los motores la maquinaria, puede incrementar el componente del riesgo y aceleración de la inestabilidad. 8. Referencia bibliográfica a ser consultada durante toda la fase de estudio. Baldock, J.W., 1982. Geología del Ecuador: Boletín de la explicacioón del Mapa Geológico de la Repuública del Ecuador, Esc. 1:1,000,000. Min. Rec. Nat. Energ., Quito, 10., Quito. Baldock, J. W. (1983), The Northern Andes: A review of the Ecuadorian Pacific Margin, in The Oceans Basins and Margins, edited by A. E. M. Nairn, F. G. Stehli, and S. Uyeda, Plenum Press, New-York and London, 181– 271. Barazangi, M., and Isacks, B.L., 1976, Spatial distribution of earthquakes and subduction of the Nazca plate beneath South America: Geology, v. 4, p. 686-692. Bristow, C.R., Hoffstetter, R., 1977. Lexique Stratigraphique, Amérique Latine. Ed. CNRS, Paris, Fas. 5–2, Equateur: 410. Cahuari A. (2006). Análisis estadístico del Mo a partir de la Magnitud local (Ml). Compendio de trabajos de Investigación CNDG-Biblioteca. Instituto Geofísico del Perú. V.7, p. 27-42. Diagnóstico sísmico y análisis estructural con identificación de fenómenos geológicos en el Barrio “2 de Febrero” de Anconcito, Provincia de Santa Elena.

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Con fecha 20.08.2010 y de conformidad al requerimiento de un estudio preliminar por parte del Ing. Jimmy Candell, Rector de la UPSE, se presenta los resultados estructurales y delimitación de área critica para la comunidad “2 de Febrero” a través de este reporte tecnico-científico. Libertad, 27 de Agosto 2010

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VINCULACION CON LA COLECTIVIDAD