geología y geofísica marina del ecuador

84'W 83'W 82'W 81'W 80'W 79'W

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REPBLICA DEL ECUADORBatimetra y Relieve Continental

INOCAR

Para referencia bibliogrfica:F. Mlc:h8ud. J.YCa/lol.A..~e Lpu 'f el oereorwI tlentlb 'fl*neodllllNOCAR,~ delE~

811tlmetna'fR....Con\JnenlIII,~IOA-CVM-02POST1Olll5

Instltut de recherchepour le dveloppement

Escala 1: 1000000 en latitud 0; Tamao de la grilla =150 m; Proyeccin Mercator, Datum WGS84; Curvas de nivel cada 100 m.Origen de los datos _

BlIlImettI. mult.N.I: (fran. y Mgm.nlotl eon lllIlYO" rwoluel6tll~ I,ltokulrodo lIl ..tteme Slltnd EMI20~ B I l'AtaIlI/llellFREMERI durwIIti r.. ownplll'l.. PUGU (1997). AMADEUS 1'0051ESMERAl..OAS(2005);~II!I*,*Ad ..~pdele '~dlnnIt"~!o-1"'AAGANIN'11i99),_"'Iem.SunfadEMl20ct.l1l1SclrlMdu...u.lM~...,SQ.158MEOAPFlINI(2OD11.

SO-I59SAlIERI(2001) S().11S2INGAS(2002)'fClelRogR.ve"~1II~0ANA02t200J)"",,*,-5lmrIIdEMl2SMl,BI ~duflllllll.aImplII\aGAlA(l998ly" Mf.",. s.--n 2100 del 8 l. AlllInloaduf""'.c:an'OlIIAT07U5l2002IrMlB I.RogeotRev.... dllt.,.. .. ~OENE01RRlli90)..o.llllI~ cWlHtblTllllrtII m,ltl~~ oOtelllOltlMlb8f1QOlHI datos del NGOC NOM1., SISMER (IFREMERI

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Roferenclas utilizadas:SmrIh.W H f.andO T,Sandwell.OIotJeI ..door~lrorn"""'.bmettY~.n.pdmn.cl\lnl.iltlgs,$cIenaI2n,t~118B2.1"7w..... p,..-lW o Sm.ih,"".in'prv-..clftl'tlaflDl~~TooI$~,EOSTr-.ct1ors

~~UnlOn.79(~7),sn 1908.

Procesamiento, compilacin y edicin de los datos batimtricos:UlIIundo 1II1Oftware Cal'lIibe, (IFRE'MERI 'f GMT (WeMel YSmllh 1998) por '" LabOt. F. Mlchaud. J V Collllt Y e ubrolrlae

GEOLOGA Y

GEOFSICA MARINA Y

TERRESTRE

DEL ECUADOR

PSE-001-2009

Institut de recherchepour la dveloppement

IRD

COMISION N A

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O BRE EL DERECHO DEL M

AR

ECUAD O R

Comisin Nacional del Derecho del Mar (CNDM) - Institut de Recherche pour le Dveloppement(IRD) - Instituto Oceanogrfico de la Armada (INOCAR)

Editores

Jean-Yves Collot, Valenti Sallares, Nelson Pazmio.GEOLOGA Y GEOFSICA MARINA Y TERRESTRE DEL ECUADORDESDE LA COSTA CONTINENTAL HASTA LAS ISLAS GALPAGOS

Guayaquil-Ecuador, 2009

278p.

No. Derecho del Autor: 031606

ISBN-978-9978-92-737-3

1. Geologa Marina, Geofsica Marina, Ecuador, Galpagos, Ssmica, Plataforma del Ecuador

Los criterios vertidos en esta obra son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Edita: Comisin Nacional del Derecho del Mar (CNDM)Primera Edicin

Diseo y Maquetacin: Contreras C. & Argudo & Asociados ImpresoresDepsito Legal: CNDM-IRD-INOCAR, 2009

Imprime:Impreso en EcuadorArgudo & Asociados Impresores

iii

GEOLOGIA Y GEOFISICA MARINA Y TERRESTRE DEL ECUADOR, PSE-001-2009

PresentacinGeologa y geofsica marina del Ecuador, representa el esfuerzo de colaboracin, participacin, y dedicacin cientfica de instituciones dedicadas a la investigacin, como un aporte para los centros de investigacin, univer-sidades, instituciones estatales y pblico en general, cuyas actividades las desarrollan en o con relacin al mar y para lo cual se requiere conocer y entender los procesos naturales en el campo geolgico, geofsico, y de materias aplicadas con la finalidad de profundizar el conocimiento y entender la geologa marina del Ecuador Continental e Insular Ecuatoriano, como un elemento a ser tomado en cuenta para la planificacin nacional. Se ha incluido muchos aspectos que describen las estructuras complejas existentes en el fondo ocenico, su distribucin, com-posicin y como bajo la diferente temtica tcnica se comportan.

La Comisin Nacional del Derecho del Mar, en conjunto con el Instituto para el Desarrollo de Francia (IRD) y con apoyo de tcnicos de la Universidad de Nice, y del Instituto Oceanogrfico de la Armada unieron esfuerzos en lograr llegar a producir un documento de alto contenido cientfico de inters nacional, que sea fuente de consulta y contribuya con la investigacin cientfica nacional. Dichas actividades pudieron realizarse con un esfuerzo de coordinacin, participacin y cooperacin de todas las instituciones indicadas un sincero agradecimiento al IRD por su valiosa colaboracin en el desarrollo del proyecto.

La necesidad del conocimiento de las caractersticas tcnico cientficas del lecho marino a lo largo de los espacios martimos de jurisdiccin nacional contribuye en el proceso de entendimiento de la importancia del Ocano para nuestro Estado, entendindose como tal no solo el estudio de la columna de agua existente, si no de un suelo y subsuelo suprayacente, basado en esta visin e integrando capacidades nacionales y colaboracin internacional se ha logrado desarrollar la presente publicacin que esperamos contribuya en el desarrollo y la evolucin de nuestro conocimiento de nuestra sociedad para con ello contar con herramientas que ayuden al desempeo de nuestras actividades en la sociedad.

Marco Salinas HaroCapitn de Navo - EMCDirector General de Intereses Martimos

iv


PrlogoEl libro Geologa y Geofsica Marina y Terrestre del Ecuador es el inicio de una serie de publicaciones cientficas en el mbito de la investigacin oceanogrfica y costera que el Instituto Oceanogrfico de la Armada - INOCAR, en coordinacin con varias instituciones nacionales y forneas, aportan a la comunidad acadmica y cientfica.

Los ocanos son muy importantes en el desarrollo de los pueblos, no solamente constituyen el medio de transporte que moviliza sobre el 90% de las exportaciones e importaciones del pas, son tambin fuente de alimentacin, energa, minera, recreacin, turismo y de trabajo para cientos de miles de familias. Los ocanos juegan un rol crucial en el clima y en eventos que ponen en riesgo a la poblacin costera como tsunamis, aguajes, inundaciones, movimientos ssmicos, erosin costera, etc.

Ecuador posee un vasto territorio martimo, se extiende hasta una distancia de 200 millas nuticas, medidas desde las costas continentales y de las islas Galpagos, en una superficie aproximada de 1100.000 km2, casi 4 veces la superficie continental. En este espacio se localiza el punto caliente o hot spot de Galpagos, las islas volcnicas del Archipilago de Galpagos, las cordilleras submarinas Carnegie y Cocos, el Centro de Divergencia de Cocos-Nazca, la fosa o trinchera del Ecuador y otros elementos que definen la morfologa de la regin. Estos elementos inciden directamente en la circulacin de las corrientes marinas, procesos de surgencias o upwellings, depsitos y distribucin de minerales, biodiversidad, procesos de subduccin de la placa ocenica bajo la placa continental sudamericana, eventos vulcanolgicos y tsunamignicos asociados. El constante monitoreo cientfico del mar y sus eventos permiten desarrollar mecanismos de planificacin para el uso de los recursos, as como de alerta y socorro en caso de eventos de riesgo de origen marino.

Los diversos artculos editados en este primer libro, son importantes aportes de investigaciones geolgicas, geofsicas y geoqumicas recientes realizadas en el territorio martimo y zona costera del Ecuador; investigacio-nes en las que se han utilizado herramientas y equipos modernos de adquisicin y procesamiento de datos. Los resultados brindan una visin actualizada sobre la morfologa y estructuras del lecho marino, procesos tectnicos, vulcanolgicos y ssmolgicos; as como aportes sobre geologa, mineraloga, origen geoqumico de las rocas de la corteza submarina, distribucin de sedimentos y un estudio relativo al origen y evolucin de la Provincia Volcnica de Galpagos. Estos estudios proporcionarn informacin necesaria para que Ecuador fije los lmites de la plataforma de galpagos ms all de las 200 millas y hasta un mximo de 350 millas, conforme a las directrices cientficas y tcnicas de la Comisin de Lmites de la Plataforma Continental.

La presente obra plasma los resultados de varios aos de investigacin y cooperacin entre cientficos del Insti-tuto Oceanogrfico de la Armada- INOCAR y del Institut de Recherche pour le Dveloppement IRD y otros investigadores nacionales. Por la calidad de su contenido, se convierte en un obligado material de consulta para el sector acadmico, cientfico y de planificacin, en apoyo a la poltica estatal de orientar la investigacin al conocimiento de los recursos del mar, su manejo y aprovechamiento sustentable, as como a la prevencin de desastres naturales de origen marino.

La publicacin fue posible gracias al auspicio del INOCAR, la Comisin Nacional sobre el Derecho del Mar y el IRD. Como Director del INOCAR tengo el agrado de presentar este libro que contribuye a estimular el anlisis de los temas sobre la geologa y geofsica marina y terrestre del Ecuador.

Patricio Goyes ArroyoCapitn de Navo EMCInstituto Oceanogrfico de la Armada

vGEOLOGIA Y GEOFISICA MARINA Y TERRESTRE DEL ECUADOR, PSE-001-2009

Prefacio

Los estudios cientficos llevados a cabo desde hace casi 40 aos sobre los fondos submarinos, las islas

ocenicas y los mrgenes continentales del Ecuador han puesto de manifiesto la extraordinaria riqueza

geolgica de la regin. Es de destacar que aqu se encuentran ejemplos claros de la mayora de elementos estructurales representativos de los procesos fundamentales que gobiernan la evolucin geodinmica a escala planetaria. As, la dorsal de Cocos-Nazca es el lugar donde se originan y separan las placas tectnicas de Nazca y Cocos a una velocidad de unos 6 cm/ao. El punto caliente de Galpagos alimenta los volcanes de las Islas Galpagos, siendo responsable de la edificacin no slo del Archipilago actual, sino tambin de

las cordilleras submarinas de Carnegie, Cocos, Malpelo y Coiba a travs de su interaccin con la dorsal de Cocos-Nazca. Finalmente, la zona de subduccin del Ecuador, que acomoda la convergencia este-oeste entre la placa de Nazca y el continente Sudamericano a 5.5-5.8 cm/ao, ha propiciado la construccin de los altos relieves andinos y la mundialmente clebre avenida de los volcanes , pero, desgraciadamente, tambin es la causa de las numerosas erupciones, sismos, y tsunamis devastadores que han azotado peridicamente la historia de este pas.

John F. Kennedy dijo en su da: Conocer el ocano no es solamente satisfacer nuestra curiosidad. Es probable que el destino de la humanidad dependa de ello . En este sentido, el estudio y conocimiento del dominio submarino ecuatoriano, con una extensin de unos 1.100.000 km2, tiene una importancia capital en varios

aspectos de especial relevancia, por ejemplo:

el conocimiento cientfico sobre la evolucin de nuestro planeta,

el estudio y evaluacin de los riesgos naturales,

la exploracin y prospeccin de los recursos naturales,

la localizacin de los recursos pesqueros,

la proteccin del medio ambiente,

la comprensin de la circulacin ocenica, que influye sobre la regulacin del clima

el diseo de obras e infraestructuras submarinas,

los eventuales descubrimientos asociados a las fuentes hidrotermales, que pueden tener inters en

biotecnologa.

Este libro, destinado fundamentalmente a estudiantes y profesorado desde los Colegios hasta las Universidades, incluye 15 artculos que permiten hacer balance sobre el conocimiento adquirido durante la ltima dcada a partir de medidas geofsicas, geoqumicas y geolgicas efectuadas en tierra y mar en el marco de campaas oceanogrficas internacionales, a travs de diversas cooperaciones entre el INOCAR, el IG-EPNQ y el IRD.

En estas campaas se ha utilizado tcnicas geofsicas y geoqumicas punteras que han requerido el uso de modernas tecnologas de adquisicin de datos como el GPS, la sismologa terrestre y marina a partir de OBS (sismmetro de fondo ocenico), la batimetra multihaz, la ssmica de reflexin y refraccin, las medidas de

flujo de calor in situ, y la gravimetra. Los datos adquiridos se han procesado utilizando las ms recientes

metodologas de clculo, modelizacin, datacin y anlisis. Los resultados de estos trabajos aportan, en conjunto, una nueva y ms completa visin sobre temticas tan diversas y relevantes como:

vi


el campo de esfuerzos y deformacin tectnica del margen ecuatoriano,

los procesos responsables de la formacin de la morfologa del suelo ocenico,

la distribucin de los sedimentos marinos,

la estructura y propiedades fsicas de la corteza de los grandes dominios ocenicos ecuatorianos,

la naturaleza y el origen geoqumico de las rocas que los componen.

Vaya desde aqu nuestro ms sincero agradecimiento a los autores de los distintos artculos por haber tomado el tiempo de compartir con el pblico, a travs del presente volumen, los resultados de sus investigaciones cientficas. Confiamos en que stos sern fuente de discusiones entusiastas y constructivas en aras del avance

del conocimiento cientfico del pas.

Los editores y autoras/es agradecen a colegas que cordialmente aceptaron revisar los artculos incluidos en este libro : Fabin Bonilla, Alcinoe Calahorrano, Bertrand Delouis, Jordi Daz, Audrey Galve, Marc-Andr Gutscher, Geoffroy Lamarche, Lis Loncke, Eduardo Lpez, Bernard Mercier de Lpinay; Franois Michaud,

Tony Monfret, Marta Prez, Csar Ranero, Mario Ruiz Fernndez, Mario Ruiz Romero, Valent Sallars, Michel Sbrier, Marc Sosson, Alfredo Taboada, Christophe Vigny, Darwin Villagmez, Antonio Villasenor, Javier Escuder Viruete ; as como a los traductores de algunos artculos: Essy Santana y Jean-Franois Dumont

y Finalmente se agradece a Carlos Contreras, Bernard Francou, Mansour Ioualalen y Lourdes Muoz por su especial esfuerzo.

Dr. J-Y CollotDirecteur de Recherche, Institut de Recherche pour le Dveloppement, Nice, France

Dr. V. SallaresCientfico Titular, Unidad de Tecnologa Marina, Consejo Superior de Investigaciones Cientficas, Espaa

CPCB Pazmio Nelson Asesor Tcnico de la Comisin Nacional del Derecho del Mar, Ecuador

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TABLA DE CONTENIDO

Fondos marinos de soberana y jurisdiccin del EcuadorPatricio Goyes

Mtodos e Instrumentacin acstica para la exploracin en Geofsica Marina.Franois Michaud, Gueorgui Raztov, Valenti Sallars, Jean-Yves Collot, Andres Pazmino y Giorgo de la Torre.

El karst submarino de mega depresiones circulares de la Cordillera de Carnegie (Ecuador): posible origen por disolucin submarin a.Franois Michaud, Jean-Yves Collot y Andrs Pazmio.

Visin general de la morfologa submarina del margen convergente de Ecuador-Sur de Colombia: implicaciones sobre la transferencia de masa y la edad de la subduccin de la Cordillera de Carnegie.Jean-Yves Collot, Franois Michaud, Alexandra Alvarado, Boris Marcaillou, Marc Sosson, Gueorgui Ratzov, Sbastien Migeon, Alcinoe Calahorrano y Andrs Pazmio.

Deslizamientos submarinos a lo largo del Margen Convergente del Norte de Ecuador - Sur de Colombia. Posible control tectnico.Gueorgui Ratzov, Marc Sosson, Jean-Yves Collot, Sebastin Migeon, Franois Michaud, Eduardo Lopez e Yves Le Gonidec.

Geodesia, geodinmica y ciclo ssmico en Ecuador.Jean-Mathieu Nocquet, Patricia Mothes y Alexandra Alvarado.

Relaciones entre la Evolucin de la Cuenca del Golfo de Guayaquil-Tumbes y el Escape del Bloque Nor-Andino.Csar Witt y Jacques Bourgois.

Levantamiento Cuaternario costero del Arco de Talara (Ecuador y norte del Per): cuantificaciones con las secuencias de terrazas marinas. Kevin Pedoja, Jean-Franois Dumont y Luc Ortlieb.

Breve Anlisis de la Sismicidad y del Campo de Esfuerzos en el Ecuador.Mnica Segovia y Alexandra Alvarado.

Sismicidad de la regin de Manta: Enjambre ssmico de Manta-2005. Sandro Vaca, Marc Rgnier, Nicole Bethoux, Viviana Alvarez y Bernard Pontoise.

1

9

29

47

75

83

95

107

131

151

viii


Sismicidad e implicaciones estructurales en el rea de Esmeraldas (Norte de Ecuador): a partir de los experimentos Sublime y Esmeraldas.Kevin Manchuel, Bernard Pontoise, Nicole Bthoux, Marc Rgnier, Yvonne Font, Vallent Sallares, Jordi Daz, Patricia Arreaga-Vargas, Tony Monfret, Hugo Ypes.

Segmentacin trmica del margen del Norte del Ecuador y del Sur de Colombia (1-4N): su relacin con la ubicacin de la zona sismognica.Boris Marcaillou, George Spence, Jean-Yves Collot, Kelin Wang, Alessandra Ribodetti

Naturaleza y formacin de la Provincia Volcnica de Galpagos.Valent Sallars, Philippe Charvis y Alcinoe Calahorrano.

Caracterizacin geoqumica de las rocas baslticas de la Cordillera de Carnegie y su relacin con las rocas de la Placa Nazca e Islas Galpagos.Silvana Hidalgo y Pablo Samaniego.

Descripcin de los Sedimentos Marinos en la Cordillera Submarina de Carnegie.Andrs Pazmio y Franois Michaud.

167

181

203

221

239

1FONDOS MARINOS DE SOBERANA Y JURISDICCIN DEL ECUADOR

FONDOS MARINOS DE SOBERANA Y JURISDICCIN DEL ECUADOR

Patricio Goyes1

1INOCAR, Avenida 25 de Julio, Base Naval Sur, POX 5940,Guayaquil, Ecuador

Resumen.

De acuerdo a la legislacin nacional ecuatoriana, Ecuador ejerce soberana sobre el suelo y subsuelo marino hasta una distancia de 200 millas medidas desde las lneas de base rectas adyacentes al continente y alrededor de las Islas Galpagos. En el continente, la plataforma continental es parte de un margen continental activo que termina en la fosa a 30-50 millas de la orilla. En Galpagos, la plataforma continental de las islas constituye la cordillera submarina Carnegie que se extiende de manera continua 830 millas nuticas hacia el Este. Estudios hidrogrficos, geolgicos y geofsicos preliminares muestran el origen comn de las islas Galpagos y de la Cordillera Carnegie en el punto caliente o hot spot de Galpagos. Conforme a las Directrices Tcnicas y Cientficas de la Comisin de Lmites de la Plataforma Continental, Ecuador podra calificar para establecer el lmite exterior de la plataforma de Galpagos hasta una distancia mxima de 350 millas.

El suelo y subsuelo del territorio martimo del Ecuador se encuentra en una regin caracterizada por procesos geotectnicos que durante millones de aos han generado, en la plataforma y ocano profundo, ambientes favorables a la deposicin de minerales de inters comercial. En el piso ocenico de Galpagos existen chimeneas submarinas, sulfuros masivos polimetlicos y ndulos polimetlicos de manganeso. Se necesita realizar mayor investigacin cientfica y exploracin para estimar su potencial econmico y explotacin futura.

Abstract.

According to Ecuadorian national legislation, Ecuador exercises sovereign rights over the seabed and subsoil to a distance of 200 nautical miles from the straight baselines adjacent to the mainland and around the Galapagos Islands. In the mainland, the continental shelf is part of an active continental margin that ends in the trench 30-50 miles from the shore. In Galpagos, the continental shelf of the islands is the Galapagos submarine Ridge that extends continuously 830 nautical miles to the East. Preliminary hydrographic, geological and geophysical studies show the common origin of the Galapagos Islands and the Carnegie Ridge in the Galapagos Hot Spot. In agreement with the Scientific and Technical Guidelines of the Commission on Limits of the Continental Shelf, Ecuador could be able to qualify to fix the outer limits of the Galapagos continental shelf up to a maximum distance of 350 nautical miles.

The seabed and subsoil of Ecuadors maritime territory is located in a region characterized by geotectonic processes that during millions of years have generated in the continental shelf and deep ocean floor favorable conditions for deposition of minerals of commercial interest. In the seabed of Galapagos there are black smokers, polymetallic massive sulphides and polymetallic manganese nodules. More scientific investigation and exploration is needed in order to estimate their economic potential and future exploitation.

2GEOLOGIA Y GEOFISICA MARINA Y TERRESTRE DEL ECUADOR, PSE-001-2009

1. Introduccin

De acuerdo con sus leyes internas, Ecuador ejerce soberana sobre el suelo y subsuelo marino que se extienden desde las costas continentales e insulares de Galpagos hasta una distancia de 200 millas nuticas, medidas desde las lneas de base rectas que unen los puntos ms extremos de la costa continental y de las islas del archipilago de Galpagos. La superficie del territorio martimo es aproximadamente 1.100.000 km2. Los lmites del territorio martimo que comprende los fondos marinos del Ecuador han sido establecidos mediante convenios con Colombia, Per y Costa Rica, faltando definir el lmite exterior de la plataforma ampliada en Galpagos. (Goyes, 2007).

Los fondos marinos de jurisdiccin nacional constituyen el suelo y subsuelo que se encuentran en la plataforma continental conforme a lo dispuesto en la Parte VI de la Convencin de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar de 1982 (CONVEMAR). (Fig. 1)

El significado geolgico y jurdico del trmino plataforma continental es diferente. El primero se relaciona con las caractersticas geomorfolgicas y geolgicas en funcin del marco de la tectnica de placas y su historia estructural y sedimentaria (Kennett James, 1982). El significado jurdico

se relaciona con los derechos de soberana y jurisdiccin exclusivos que tiene el Estado ribereo en la plataforma continental y aquellos que la CONVEMAR reconoce a otros Estados.

El margen continental constituye la prolongacin sumergida del continente que se extiende hasta donde la corteza continental confluye con la corteza ocenica. Los mrgenes son de tres tipos: activo, pasivo, y transformante.

Geolgicamente, el margen continental comprende la plataforma, el talud y la emersin continental. Estos tres componentes son caractersticos de los denominados mrgenes pasivos, como es el caso de los mrgenes del Ocano Atlntico. De acuerdo con la tectnica de placas este tipo de mrgenes est asociado con la formacin de nueva corteza ocenica en las dorsales ocenicas (mid ocean ridge), zona que marca el lmite de dos placas que se mueven en distintas direcciones.

Por otro lado, en los denominados mrgenes activos o convergentes, el margen continental nicamente tiene plataforma y talud, no posee emersin continental. En los mrgenes activos el talud termina en la fosa profunda, como es el caso de los mrgenes del Ocano Pacfico.

Figura 1. Fondos y lmites marinos del Ecuador: Caractersticas morfolgicas de la plataforma ecuatoriana


De acuerdo con la tectnica de placas este tipo de mrgenes se relaciona con la destruccin de corteza ocenica en la fosa, zona en la que convergen dos placas que se mueven en direcciones encontradas, ocasionando que la placa ocenica ms densa sea subducida bajo la placa continental que es menos densa y de mayor espesor.

Los mrgenes transformantes constituyen el lmite entre dos placas que se mueven, una paralela a la otra, a distintas velocidades o en direcciones opuestas. Generalmente las dorsales ocenicas se encuentran segmentadas y separadas a lo largo de fallas transformantes, a manera de zig-sag, como por ejemplo la Dorsal Cocos-Nazca (o dorsal de Galpagos) que se encuentra segmentada o desplazada a lo largo de la Zona de Fractura de Panam.

Jurdicamente, de acuerdo a lo establecido en la Convencin de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar (CONVEMAR), un Estado ribereo tiene derechos de soberana y jurisdiccin sobre una plataforma de 200 millas independientemente de si el margen continental llega o no a esa distancia (Artculo 76.1). En los casos en que la plataforma se extienda de manera continua ms all de las 200 millas, un Estado puede trazar los lmites exteriores de la plataforma hasta un mximo de 350 millas (Artculo 76.4).

La CONVEMAR codific el derecho de las islas a tener plataforma continental al igual que el territorio continental (Art- 121). Las islas ocenicas, sin embargo, no presentan similares caractersticas del margen continental. Algunas islas tienen una plataforma muy suave que a corta distancia da paso al talud e incorpora a la cordillera submarina (Cook and Carleton, 2000).

2. Plataforma continental del Ecuador

El margen continental del Ecuador pertenece al tipo de mrgenes continentales activos o de subduccin, caracterizados por poseer una plataforma continental muy estrecha y un talud de abrupta pendiente que termina en la fosa. La plataforma continental del Ecuador posee una pendiente pronunciada, alcanzando profundidades sobre los 1.500 metros a pocas millas de distancia de la costa. El talud es ms abrupto y termina en la fosa a 30-50 millas de la orilla (Fig. 2).

Sobre la plataforma continental se han depositado sedimentos terrgenos provenientes principalmente del transporte de los ros, formando cuencas con potencial hidrocarburfero.

La cuenca de Progreso que comprende parte del Golfo de Guayaquil y norte de Talara, por efectos de subsidencia durante el pleistoceno inferior atrapa los sedimentos a lo largo de la plataforma continental impidiendo su transporte hacia la fosa (Witt and Bourgois, este volumen 2009). La presencia de la cuenca cercana a la fosa habra favorecido que la temperatura en el interior de este sector genere un ambiente favorable a la generacin de kergenos. En Esmeraldas, la plataforma es casi inexistente por la presencia de un can submarino que parte desde la desembocadura hacia la fosa, atravesando el talud. El Golfo de Guayaquil se caracteriza por la acumulacin de ms de 4km de sedimento del Quaternario y una serie de fallamientos producidos por la apertura del Golfo atribuido al desplazamiento a lo largo de la Megafalla Guayaquil-Dolores megashear (Megacizalla). Esta megafalla parte desde el Golfo de Guayaquil, corre a lo largo de la cordillera occidental de los Andes del Ecuador y de Colombia, y termina en el Caribe. Esta Megafalla es un desprendimiento del bloque norte andino que con movimiento dextral se desplaza hacia el norte a una tasa de ~0.6-1 cm/ao (Nocquet et.al., 2009, calculan un movimiento medio en Ecuador

Figura 2.Fosa del Ecuador. Ntese el efecto de la cordillera Carnegie en las secciones A y B. Existen diferencias de

hasta 15 Km en el ancho de la fosa ecuatoriana.


de 0.87 cm/ao en una direccin N35E), habiendo ocasionado la apertura del Golfo de Guayaquil hace aproximadamente 2 Ma. El desplazamiento en direccin NE del bloque norte de los Andes ocasiona que la Cordillera Carnegie se desplace hacia el sur.

3. Fosa del Ecuador

Debido al movimiento convergente de la placa sudamericana con la placa Nazca (5.5-5.8 cm/ao), esta ltima se dobla y es subducida bajo la placa Sudamericana a lo largo de la fosa que corre paralelo a las costas de Chile, Per y Ecuador a una distancia ~30-80 km de la costa. La subduccin ha dado origen a la cordillera de los Andes y continuamente produce movimientos ssmicos y volcanismo (Segovia y Alvarado este volumen 2009); Manchuel, et al. (2009); Marcaillou, et al (2009); Vaca et al. (2009)). Parte de la corteza ocenica de la antigua Placa Faralln est siendo subducida en el Golfo de Guayaquil al sur de la Zona de Fractura de Grijalva.

La fosa de Ecuador tiene profundidades sobre 5.000 metros frente al Golfo de Guayaquil y disminuye a 2.000 metros hacia el norte por efecto de la subduccin de la cordillera Carnegie. La fosa de Ecuador presenta paredes muy abruptas en el lado continental, tiene una anchura aproximada de 20 km en el Golfo de Guayaquil y 8 km frente a Manta. La fosa recibe los sedimentos terrestres que descargan los ros costeros, especialmente a travs de los caones del ro Esmeraldas al norte y Guayas al sur del margen. La acrecin tectnica es activa en los sectores norte y sur del margen mientras que el segmento central del margen est caracterizado como un margen erosivo y por lo tanto transferencia negativa de masa (Collot, et.al., 2009). El frente de subduccin de la Cordillera Carnegie abarca gran parte del litoral ecuatoriano desde Punta Galera al norte hasta la Pennsula de Santa Elena al sur. Carnegie ha estado subduciendo desde hace ~4.5 m.a. (Collot, et.al., 2009). La zona de subduccin se caracteriza por fallas inversas, doblamientos y levantamientos (tablazos) de la costa ecuatoriana y norte del Per de hasta 360m de altura sobre el nivel del mar, que habra generado en la Pennsula de Manta una migracin de la lnea de costa de 40-50 km al oeste (Pedoja, et al., 2009). La subduccin de la cordillera Carnegie en la fosa produce fuertes terremotos en los flancos norte y sur de la cordillera

que entra en subduccin. En el siglo pasado se generaron 6 grandes terremotos (Mw > 7.75), algunos de los cuales han generado tsunamis. Aguilar y Castro (2009) registran alrededor de 6.000 sismos en Ecuador entre 1540 y mayo 2009, la mayora menores a 5 en magnitud.

4. Plataforma de Galpagos

Las Cordilleras Carnegie y Cocos son parte de la plataforma submarina de las islas Galpagos. Ambas cordilleras se originaron en el punto caliente de Galpagos 23 m.a. (Lonsdale y Klitgord, 1978). Carnegie se extiende hacia el Este y termina en la fosa del Ecuador. Esta cordillera submarina tiene una longitud aproximada de 1.350 km, una anchura de 300 km y se eleva 3.000 m respecto del piso ocenico circundante. La cordillera Cocos, de aproximadamente 1.000 km de longitud y 200 km de ancho, se extiende hacia el NE y termina en la fosa centroamericana.

Debido a las caractersticas geolgicas de la plataforma de Galpagos, Ecuador puede extender los lmites de la plataforma ms all de las 200 millas. Para este propsito Ecuador debe presentar informacin tcnica a la Comisin de Lmites de la Plataforma Continental (CLPC), conforme a las Directrices Tcnicas y Cientficas de la Comisin de Lmites de la Plataforma Continental (UNDOC CLCS-11). Los estudios comprenden, entre otros, la demostracin de que la plataforma no es parte del ocano profundo, que existe continuidad geolgica, definicin del pie de talud, espesor de sedimentos y coordenadas del lmite exterior de la plataforma extendida.

Estudios geofsicos utilizando moderna tecnologa (Michaud et.al., 2009) demuestran que Galpagos y su plataforma se formaron bajo influencia del punto caliente de Galpagos, constituyendo elevaciones submarinas que no son parte del ocano profundo. Sallars, et al., (2009), en base a anlisis de la estructura y propiedades fsicas de la corteza confirma que las cordilleras submarinas Carnegie, Cocos y Malpelo son producto de una misma anomala de fusin en el punto caliente o hot spot de Galpagos (GHS), pero con variaciones en el espesor de la corteza. El monto de material depositado a cada lado del centro de expansin depende de la ubicacin relativa al GHS (Meschede y Backhausen, 2001; Sallars, et al., 2009; Hidalgo y Samaniego 2009), mediante


caracterizacin geoqumica de las rocas baslticas de Carnegie y del fondo ocenico de la placa Nazca concluyen que los magmas de la Placa Nazca formadas en la Dorsal Carnegie-Nazca (DCN) tiene su origen en el manto superior empobrecido en elementos incompatibles, mientras que las islas Galpagos y Carnegie estn asociados con el punto caliente de Galpagos y su interaccin con la DCN. Sobre la cordillera Carnegie, en general, las tasas de sedimentacin son bajas (Pazmio y Michaud 2009).

La determinacin del pie de talud definido, salvo prueba en contrario, como el punto mximo de cambio de gradiente en su base (CONVEMAR, artculo 76.4) es importante para fijar los lmites exteriores de la plataforma cuando sta se extiende ms all de las 200 millas. El lmite exterior de la plataforma ampliada se fija en base a lneas trazadas a una distancia de 60 millas marinas desde el pie de talud, o mediante lneas trazadas a una distancia en lugares en que el espesor de las rocas sedimentarias es de por lo menos 1% de la distancia ms corta desde ese punto hasta el pie del talud (CONVEMAR, Artculo 76.4).

En las crestas submarinas (caso de Carnegie), el lmite exterior de la plataforma ampliada no debe

sobrepasar las 350 millas medidas desde las lneas de base o de 100 millas marinas contadas desde la isbata de 2.500 m (CONVEMAR, Artculo 76.6).

Tomando en consideracin las Directrices de la CLPC, trabajos preliminares realizados por la Unidad CONVEMAR de INOCAR posibilitaran a Ecuador fijar los lmites exteriores de la plataforma submarina de Galpagos ms all de las 200 millas, incorporando un rea aproximada entre 100.000-250.000 km2 adicionales (Fig. 3).

5. Recursos minerales de los fondos marinos

Los recursos minerales de los fondos marinos se encuentran tanto dentro de los espacios de soberana nacionales (hasta un mximo de 350 millas) como en la Zona localizada fuera de los espacios de soberana nacionales, que pertenecen a toda la humanidad y son administrados por la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos. Los Estados tienen inters en la explotacin de los fondos marinos de soberana nacional y de aquellos que se encuentran en la Zona y Ecuador debe participar de esta actividad que empieza ya a ser realidad, debiendo acceder a la CONVEMAR y armonizar el marco jurdico nacional con la Convencin (Goyes, 1992 y Goyes 1993).

Figura 3. reas potenciales (azul claro) del lmite exterior de la plataforma submarina de Galpagos, aplicando el artculo 76 de la CONVEMAR y las Directrices de la CLPC.


Diversos tipos de minerales se encuentran en la plataforma y piso ocenico profundo (ISA Technical Study No 1). Parson (2000) estim que en las plataformas extendidas de jurisdiccin de los Estados, ms all de las 200 millas, el potencial de los recursos excluyendo costos de recuperacin y produccin sera de 11.934 billones de dlares de Estados Unidos de Norte Amrica (millones de millones).

5.1 Placeres

A travs de procesos de erosin las rocas en tierra son desintegradas y los ros transportan estos sedimentos a los ocanos donde son trabajados por las olas y corrientes, los minerales son clasificados de acuerdo a su peso especfico y depositados en bancos o placeres en las playas y en la plataforma. Entre este tipo de minerales se encuentran las arenas y gravas, placeres de hierro, oro, platino y metales pesados como zirconio, estao, tungsteno y rutilo.

Hace 18.000 aos durante la ltima glaciacin el nivel del mar baj ~120 metros, los depsitos de placeres fluviales deben encontrarse en la rompiente (shelf break) de la plataforma continental. Sin embargo estos placeres deben estar enterrados por los sedimentos por las transgresiones del mar sucedidas (Parson, 2000). Los depsitos deben encontrarse a profundidades no mayores a 120 metros.

En las playas de Ecuador, y de una manera no industrial, se extrae grava y arena para propsitos de construccin y suministro de arenas ferrosas para la fabricacin de cemento. De manera industrial, en la provincia de Santa Elena, se extrae sal mediante evaporacin del agua de mar. No se ha realizado una exploracin en la plataforma en busca de placeres de otros minerales.

5.2 Hidrocarburos

Existen yacimientos de hidrocarburos en el rea del Golfo de Guayaquil, la empresa Energy Development Corporation explota gas natural del campo Amistad, bloque 3, localizado cerca del lmite martimo con el Per. En procura de encontrar otros yacimientos hidrocarburferos la empresa estatal PETROECUADOR realiz ssmica 2D de exploracin a lo largo de las cuencas sedimentarias del margen continental frente a las

provincias de Manta y Esmeraldas. Actualmente empresas petroleras estatales de Chile y Venezuela exploran en busca de gas y petrleo en el Golfo de Guayaquil.

En el piso ocenico del norte Peruano y en la plataforma continental del Per y Chile se han encontrado yacimientos de fosforita e hidratos de gas, tpicos de ambientes de deposicin tropical y subtropical. La fosforita contiene fosfato, muy importante como fertilizante en la agricultura y se depositan en zonas de surgencia (upwelling) entre latitudes 30N y 30S. No se ha realizado una exploracin apropiada en la plataforma en busca de hidrocarburos.

5.3 Sulfuros masivos polimetlicos (SMP)

El trmino masivo se refiere al contenido metlico y no al tamao o forma de los depsitos. Se conocen como sulfuros masivos a la combinacin de sulfuros polimetlicos de alto contenido de cobre, hierro, zinc y plata, con minerales de Azufre.

Los SMP se encuentran localizados en los centros de divergencia, relacionados con la formacin de nueva corteza. En las dorsales ocenicas la circulacin generada por conveccin lleva al agua de mar a travs de grietas en la corteza ocenica. El fluido hidrotermal percola y transporta metales de la roca madre a la superficie del fondo marino (Hekinian et al. 1978). Los minerales son descargados a travs de las chimeneas negras (black smokers) a temperaturas de 350C y profundidades de ~2.500 metros. Los sulfuros metlicos se depositan como montculos o se acumulan en la sub-superficie como vetas.

Los SMP fueron descubiertos en varias zonas entre las islas Galpagos y Ecuador continental empleando el submarino no tripulado Alvin y dados a conocer por la NOAA (US National Oceanographic and Atmospheric Administration) en 1981. Se estim en esa poca un contenido de 25 millones de toneladas de sulfuros polimetlicos con alto contenido de Cobre y Estao (aprox. 10% de cada uno). En estos depsitos tambin se encuentran presentes minerales de plomo, molibdeno, vanadio, zinc, cadmio, plata, oro y platino. El Dr. Alexander Malahoff estim una veta de ms de 30 m de espesor, 200 m de ancho y 1.000 m de largo con un valor comercial apreciado en $3.000 millones de dlares (Ballard, Hively,


2000). Esas estimaciones deben ser actualizadas en base al anlisis del contenido mineralgico, a la superficie del yacimiento, a las condiciones de mercado y tecnologa disponible y condiciones ambientales. SMP se han localizado en el entorno de la Dorsal de Cocos-Nazca a profundidades entre 2.700 y 2.850 m. La empresa alemana Preusag en 1981 realiz exploracin de sulfuros masivos en 81O del Galpagos Spreading Center durante la campaa GARIMAS (Galpagos Rift Massive Sulphides) en tres cruceros del R/V Sonne. En ese tiempo se consider que los depsitos no eran suficientemente grandes y continuos para ser explotados econmicamente (ISA, 2007).

Un reporte de la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos (2001) indica que de ms de 200 sitios de mineralizacin hidrotermal conocidos a la fecha, solamente 10 depsitos podan tener suficiente tamao y concentracin para minera en el futuro, sujeto a conocer su espesor. Nautilus Minerals, una empresa canadiense ha empezado la fase de exploracin de SMP en la plataforma continental de Nueva Guinea para extraer cobre y oro a 1550 m de profundidad.

Las fumarolas o fuentes termales del Galpagos Rift han sido estudiadas tambin por la diversidad de fauna asociada que utiliza la energa de las fumarolas por medio de quimiosntesis (Corlis, et al., 1979).

5.4 Ndulos polimetlicos de manganeso

Son concentraciones de xido de manganeso y hierro, de dimetro variable en milmetros hasta decenas de centmetros. La formacin de un ndulo lleva millones de aos. Los ndulos contienen concentraciones importantes de nquel, cobalto y cobre, as como trazas de platino, molibdeno y elementos raros. Los ndulos polimetlicos yacen semi-enterrados en el piso ocenico a profundidades entre 2.500 y 5.000 metros. Se ha estimado un potencial mundial de entre 14 y 99 mil millones de toneladas de ndulos (Parson, 2000).

La distribucin de los ndulos es global, dentro y fuera de la jurisdiccin de los Estados. Grandes cantidades de ndulos se detectaron en la zona Clarion-Clipperton administrada por la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos que entreg contratos de explotacin por 15 aos a 6 empresas de las denominadas Primeros Inversionistas, empresas de carcter pblico y privado. Las reas de contrato contienen ndulos en cantidades >10 libras por m2 y contenido de Cu, Ni y Co >2.5% en peso. Se estima en Clipperton una concentracin de 33 mil millones de toneladas de ndulos secos.

Frente al Per y en el rea de Galpagos se han descubierto ndulos de manganeso. Aunque la tecnologa para extraerlos se encuentra en desarrollo (ISA 2001), su explotacin ser factible cuando el precio de los metales sea ms alto.

5.5 Corteza ferro-manganosa rica en cobalto

Se forma en proceso parecido al de los ndulos polimetlicos. En vez de depositarse como ndulos en la planicie abisal del ocano profundo, se acumulan como capas de corteza de varios milmetros hasta 20 cm de espesor directamente en el sustrato de las laderas de volcanes submarinos y cordilleras, a manera de pavimento, por lo que su extraccin es ms difcil que la de los ndulos. La corteza crece 1-6 mm/milln aos y se encuentra a profundidades entre 400 y 4.000m, aunque las cortezas ms gruesas se han detectado en profundidades entre 800-2.500m (ISA Technical Study No. 2). La presencia de corteza ferromanganosa rica en cobalto en volcanes submarinos ha despertado inters como fuente potencial de cobalto y nquel adems de hierro y manganeso. Este tipo de corteza se ha encontrado en algunas islas del Pacfico como Hawaii, Polinesia Francesa y ocano ndico. Algunos expertos consideran que este tipo de minerales sern explotados antes que los ndulos, debido a su ocurrencia a menores profundidades y distancia a las facilidades en tierra. Otros expertos creen que sern los ndulos ms fciles de explotar porque ocurren en terrenos de ms suave pendiente y no en las laderas de montaas submarinas.


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9METOD. DE INV. EN GEOL MARINA Y TERRESTRE

Mtodos e Instrumentacin acstica para la exploracin en Geofsica Marina

Franois Michaud1, Gueorgui Ratzov1, Vallent Sallars2, Jean Yves Collot3, Nelson Pazmio4, Giorgio de la Torre4

1GoAzur, Universit de Nice-Sophia Antipolis, IRD, Universit Pierre et Marie Curie, CNRS, Observatoire de la Cte dAzur, BP 48, 0635, Villefranche s/mer, France

2Unidad de Tecnologa Marina - CMIMA - CSIC, PasseigMaritim de la Barceloneta, 37-49 08003 Barcelona, Spain

3GoAzur, Universit de Nice-Sophia Antipolis, IRD, Universit Pierre et Marie Curie, CNRS, Observatoire de la Cte dAzur, BP 48, 0635, Villefranche s/mer, France

4INOCAR, Avenida 25 de Julio, Base Naval Sur, POX 5940,Guayaquil, Ecuador

Resumen.

La exploracin de los ocanos y de los mrgenes continentales usando los mtodos geofsicos marinos ha sido una de las claves en los avances de nuestra comprensin de la estructura interna de la Tierra axial como de los mecanismos de su evolucin, y en particular de la tectnica de placas, en el ltimo siglo. El enorme potencial de estos mtodos los ha convertido en herramienta indispensable para los estudios geolgicos modernos a cualquier escala. Este artculo no pretende presentar en forma detallada todos los mtodos de exploracin geofsica marina existentes, sino que se centra en los mtodos empleados en las diversas campaas realizadas a lo largo del margen de Ecuador y Sur de Colombia durante los ltimos aos (2000-2005), en concreto las sondas batimtricas multihaz para la cartografa de los fondos marinos y los mtodos ssmicos (ssmica de reflexin y de refraccin) para la exploracin del subsuelo hasta la base de la corteza.

Abstract.

The exploration of the oceans and continental margins using marine geophysical methods has been one of the key advances in our understanding of the internal structure of the Earth axis and the mechanisms of evolution, in particular the plate tectonics, in the last century. The high potential of these methods has become in the indispensable tool for modern geological surveys on any scale. This article does not intend to present in detail all methods of marine geophysical exploration, but rather focuses on the methods employed in the various campaigns along the margin of Ecuador and southern Colombia in recent years (2000-2005) in particular the multibeam bathymetric soundings mapping of the seabed and seismic methods (seismic reflection and refraction) for the exploration of the subsurface until the base of the crust.

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1. Introduccin

La descripcin del mundo mineral y la reconstitucin de los fenmenos geolgicos se restringieron durante mucho tiempo a los continentes. Fue nicamente durante la segunda mitad del siglo XX en que el estudio de las reas sumergidas, que representan ms de 72 % de la superficie de la Tierra, se desarroll de manera espectacular. Es en los ocanos donde se localizan la mayora de las fronteras de placas (zonas de convergencia y dorsales ocenicas), que son las fuentes de la gran mayora de los sismos y del volcanismo actual. En los fondos marinos, se encuentran adems la mayor parte de yacimientos petrolferos y de gas. La observacin de los fondos marinos y de las rocas sumergidas no se puede hacer de manera directa a gran escala; hay que realizarla empleando mtodos indirectos, como la mayora de los utilizados en la exploracin geofsica marina. De manera general, dentro de la geofsica marina, se pueden diferenciar dos metodologas: (1) los mtodos basados en la instrumentacin acstica (batimetra, ssmica) (e.g. http://www.utm. csic.es/ecos); (2) otros mtodos, esencialmente los basados en la medida de los campos potenciales (gravedad, magnetismo).

En el mbito marino, las seales acsticas tienen menor atenuacin que las electromagnticas. Los mtodos acsticos se basan en el registro mediante receptores sensibles a las frecuencias de emisin caractersticas de los instrumentos de los ecos del suelo marino y de las distintas capas en las que se divide la corteza. Estos ecos o reflexiones se originan al paso de una onda acstica generada por una fuente de sonido artificial o emisor. El suelo marino refleja la mayor parte de la energa que incide en l, pero en las ondas de menor frecuencia la fraccin de la energa acstica que se refracta es significativa. Las ondas refractadas penetran en las formaciones rocosas subyacentes, lo cual permite efectuar sondeos ms profundos y obtener imgenes estructurales del subsuelo. La atenuacin de la energa acstica es proporcional a la frecuencia de las ondas. En este sentido los sistemas de prospeccin acstica se clasifican en dos clases dependiendo de la frecuencia del emisor.

El lmite entre ambos se localiza a una frecuencia de 3.5 Khz.: las sondas batimtricas, que se utilizan principalmente para determinar la morfologa y textura del fondo trabajan a frecuencias mayores; mientras que los sistemas ssmicos, utilizados para obtener imgenes del subsuelo (estratificacin sedimentos, estructura profundas) usan frecuencias menores.

2. Ecosonda batimtrico multihaz

Las tcnicas para medir las profundidades del fondo del mar existen desde hace muchos siglos. Durante el siglo XIX, fue comn el uso del escandallo, que consista en un peso (plomada) amarrado a una cuerda graduada, la cual se dejaba caer por la proa o el costado del buque hasta tocar el fondo para despus leer la profundidad de acuerdo con la marca correspondiente en la cuerda.

No fue hasta principios del siglo XX que empez a utilizarse un instrumento que empleaba los principios fsicos de la propagacin del sonido en el agua de mar, con el fin de conseguir un registro continuo y medidas ms confiables de las profundidades. Este instrumento fue un sonar (aparato que emite sonido), llamado ecosonda, el cual mide el tiempo transcurrido entre que las ondas acsticas son emitidas desde un transductor (en la superficie del mar) hasta que su eco es registrado despus de reflejarse en el fondo marino. Posteriormente, la informacin de los tiempos se transforma en profundidad (distancia) teniendo en cuenta la velocidad de propagacin del sonido en el agua (unos 1500 m/s).

Figura 1. Comparacin de la misma zona; arriba el mapa est elaborado con datos de sondeos clsicos (plataforma) Smith y Sandwell (2000); abajo el mapa elaborado con datos multihaz. Ntese los detalles, como la geometra de caones submarinos que cortan el margen de Ecuador y las morfologas de la cresta de Carnegie (Collot et al., 2006; Michaud et al., 2006).

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METOD. DE INV. EN GEOL MARINA Y TERRESTRE

En el mtodo de ecosonda, la energa acstica se transmite de manera tal que se obtienen los ecos de slo una parte del piso marino, lo cual se logra dirigiendo el sonido a travs de un haz especial, que tiene una forma parecida a un cono. Todos los datos obtenidos por ecosondas, producidos antes de la dcada de los setenta, eran de tipo monohaz, es decir, la energa acstica transmitida estaba confinada a un solo haz. El haz era muy ancho, lo que haca perder resolucin y, por consiguiente, exactitud (por ejemplo, con un ngulo de 20 y a una profundidad de 100m la pequea rea iluminada del fondo marino tiene un dimetro de 35 m, lo que corresponde a una superficie de 1000 m2).

Dadas las dimensiones de los ocanos, la pequea rea iluminada por el sonido de los ecosondas de haz angosto o monohaz, result ser insuficiente para explorar de forma eficiente y sistemtica el fondo del mar. Esta falta de informacin detallada de la morfologa del suelo ocenico haca que no se pudieran explicar algunos fenmenos geolgicos y geofsicos. Esta necesidad de cubrir reas mayores de

forma ms rpida y eficiente, impuls el desarrollo de estos sistemas capaces de mapear extensas zonas con la precisin y exactitud requeridos (Fig. 1). Estos sistemas fueron llamados de multihaz, porque emiten varios haces angostos de sonido, ordenados como un abanico, que barren el piso ocenico simultneamente aumentando la cobertura espacial, o barrido, de la ecosonda (Figura 2).

2.1 Descripcin del sistema multihaz

Es un ecosonda batimtrico multihaz que opera a una frecuencia entre 10 khz y 400 khz y permite generar mapas del fondo marino con una alta precisin, que depende del tipo de sistema y de la fuente. Su profundidad de trabajo va desde 50 m hasta 11 000 m. Los transductores del equipo se encuentran adosados en el casco del barco. Podemos distinguir un arreglo de emisin (orientado de proa a popa) y otro de recepcin (orientado de estribor a babor). Ambos grupos de transductores estn protegidos del hielo por una ventana de titanio de 6 mm.

Figura 2. Ecosonda tipo monohaz (izquierda) y tipo multihaz (derecha).

El equipo insonifica el fondo marino (con los transductores emisores) en direccin transversal al movimiento del barco (Figura 3). Luego recibe los ecos de la onda enviada (con los transductores receptores) en numerosos haces (hasta centenares) con una apertura mxima de 150, aunque tambin puede

trabajar con sectores angulares de 105 y 90. As se consigue una amplitud de barrido que puede llegar a ser 3.5 veces el valor de la profundidad. Por cada emisin ( ping ), se recolecta a lo largo de un ciclo las profundidades correspondientes a cada haz.

Figura 3 . Geometra del sistema de haces cruzados (http://www.ifremer.fr/flotte/documentation/fiches_techniques /equipements%20scientifiques/sondeur-multifaisceaux-vf_2000-042esn.pdf.

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2.2. Caractersticas de una ecosonda batimtrico multihaz

Frecuencia acstica (f):La frecuencia es un elemento importante para

caracterizar un ecosonda (figura 4). La frecuencia determina:

El alcance del ecosonda: la atenuacin del sonido en el agua crece muy rpidamente con la frecuencia.

El tamao de las antenas: la generacin de seal de baja frecuencia necesita antenas de grandes dimensiones.

La resolucin espacial : (directamente ligada a finura de los haces), es mejor en frecuencias altas y antenas de gran tamao.

Figura 4. Rango de las frecuencias utilizadas en batimetra. En la tabla se ilustra la relacin entre la frecuencia utilizada y el objeto de estudio. Las frecuencias son ms altas por las pequeas profundidades http://www.ifremer.fr/flotte/ equipements_ sc/sondeurs_multi/caracteristiques.htm.

Nmero de haces: de algunos a varias centenas.Apertura angular: corresponde a la anchura de la zona insonificada (entre 90 a 150 )Anchura angular de los haces: La anchura longitudinal (a la largo del eje del

buque): es la anchura angular longitudinal del haz de emisin

La anchura transversal (perpendicular al eje del buque): es la anchura angular de cada haz de recepcin. Varan de 1 a 5 segn los sistemas.

Reparticin de los haces: Equingula: el ngulo entre el eje de dos

haces consecutivos queda constante. Equidistante: el ngulo entre el eje de dos

haces consecutivos corresponde a la valor por la cual la distancia entre los centros de los haces es constante.

Duracin del impulso emitido (t): El impulso emitido ( ping ) corresponde a una porcin de seal sinusoide limitada a una duracin t. Cuanto mayor es la duracin del impulso, mayor es el alcance, aunque se obtiene una menor resolucin (duracin entre 1ms a 10 ms). Cadencia de emisin: es la tiempo transcurrido entre dos pings consecutivos de la ecosonda. Es por lo menos mayor que el tiempo de ida y vuelta de los haces extremos (mas de la dcima parte de segundo por pequeos fondos y varios segundos por grandes fondos).

2.3 Prestaciones de una ecosonda batimtrica multihaz

Una ecosonda batimtrica multihaz se caracteriza por:

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El alcance: es la profundidad lmite a partir de la cual el sistema es incapaz de dar mediciones confiables. El alcance se representa por la curva de anchura del corredor insonificado versus la profundidad (Figura 5).

La resolucin: es la capacidad del sistema para distinguir dos objetos cercanos. Depende de la anchura del haz. Cuanto mas fino es el haz mayor es su resolucin (Figura 5).

Figura 5. Alcance (izquierda) y resolucin (derecha) de varios sistema de tipo SIMRAD (en azul el sistema EM12D del B/O Atalante, en verde el sistema EM300, en rojo el sistema EM1000). (documentos IFREMER; http://www.ifremer.fr/flotte/ equipements_sc/sondeurs_multi/performances.htm).

Figura 6. Precisin de varios sistemas de tipo SIMRAD (Izquierda, el sistema EM1000; derecha, el sistema EM300; documentos IFREMER; http://www.ifremer.fr/flotte/equipements_sc/sondeurs_multi/performances.htm).

La precisin: la precisin del ecosonda corresponde a la calidad de la estimacin de la profundidad (precisin vertical) y de la posicin de las sondas (precisin horizontal). La precisin global depende en parte de la precisin de la ecosonda

(medidas de ngulos y distancia) y en parte de la precisin de los sensores auxiliares (sistema de posicionamiento, central de attitude, celeridad.) (Figura 6).

2.4 Medidas

Batimetra y reflectividadAlgunos equipos ecosondas de batimetra

multihaz, y en concreto los referidos en este artculo, dan a la vez la medida de las profundidades y de la retrodifusin del fondo marino, permitiendo realizar imgenes sonares. El principio de funcionamiento es el mismo que el del sondeo. A cada ciclo de adquisicin y perpendicularmente a la ruta de navegacin, las

sondas batimtricas hacen clculo de ida y vuelta de la seal. El registro del nivel de retro-difusin de la seal acstica sobre el fondo, que depende tanto de la naturaleza del sedimento como de su morfologa, permite generar una imagen sonar del fondo que representa la intensidad de la seal recibida respecto a la emitida. Generalmente se muestra en tonos de gris (Figura 7).

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Deteccin batimtricaLa primera etapa para medir la profundidad del

fondo marino consiste en detectar la posicin concreta reconocida por cada haz. Seguidamente, se debe

identificar el tiempo de llegada de la seal despus de su reflexin en el fondo. Finalmente se debe conocer la direccin de llegada de la seal (incidencia q ) (Figura. 8).

Figura 7. Izquierda, imagen de la batimetra ; derecha, misma zona con la reflectividad; campana AMADEUS (Collot et al., 2005; 2006a y 2006b; Michaud et al., 2006).

Figura 8. Deteccin de la batimetra reconocida para cada haz (documento Herv Bisquay, 2005 IFREMER).

Se pueden usar varios mtodos para detectar la batimetra segn la posicin de los haces a lo largo de un ciclo. Los ms habituales son determinar la

amplitud mxima para los haces cercanos de la vertical (Figura 9A-C) y la fase para los haces mas oblicuos (Figura 9B-C).

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Figura 9. (A) Uso de la amplitud mxima por haces cercanos de la vertical que tienen una amplitud fuerte; a la izquierda variacin de la amplitud por un sistema de 16 haces. (B) Uso de la fase (interferometra) por los haces ms oblicuos que tienen una dbil amplitud. Este principio de deteccin de la batimetra consiste en determinar el retraso de llegada de la seal de dos antenas de recepcin cercanas. Este retraso corresponde al desfase f=2Dsinq/l. Por dos haces sucesivos se considera el momento en el cual la fase se anula. (C) reparticin por un ciclo de los dos tipos de deteccin del fondo (documentos Herv Bisquay 2005, IFREMER; http://www.ifremer.fr/flotte/equipements_sc/sondeurs_multi/cours_smf_fichiers).

Deteccin por interferometria Deteccin por

amplitud

C

B

A

Otras medidas auxiliaresUna vez que para cada haz tenemos la pareja

de medidas (R, q para determinar la batimetra se necesita calcular la posicin de los sondeos y tomar en cuenta la velocidad de propagacin dentro de la columna de agua, que se calcula de forma precisa a partir de medidas con sondas de salinidad y temperatura. Se utiliza otras medidas auxiliares entre las cuales se encuentran la posicin de las antenas (teniendo en cuenta los movimientos del buque), as como la velocidad en la columna de agua.

Para la posicin de las antenas el ecosonda est conectado al sistema de posicionamiento GPS del barco, que da la posicin en todo momento. En modo natural la precisin es del orden de 10m, mientras que en modo diferencial la precisin es del orden del metro. Tambin se corrige por los distintos movimientos verticales, as como de cabeceo, balanceo y rotacin del buque, los cuales se registran en la central (Figura 10).

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A B

Figura 10. Ilustracin del efecto de la integracin de parmetros de navegacin del Buque que no son correctos (interseccin de la cordillera de Carnegie y de la trinchera, datos EM120 del B/O Sonne, campaa Salieri (Fluh et al., 2001) y EM12D del B/O Atalante, campaa Pugu). (A) El registro del cabeceo del Sonne no es correcto a lo largo de la lnea de adquisicin ms occidental: las estructuras Este-Oeste cartografiadas por el B/O Atalante no tienen buena orientacin; mientras que (B) cuando el registro del cabeceo se corrige, tienen esta orientacin (como lo confirma la adquisicin de datos ms al Oeste).

La velocidad de propagacin del sonido en la columna de agua depende de la salinidad, de la temperatura y de la presin. La velocidad en la columna de agua se puede calcular a partir de varios de estos parmetros que a su vez se pueden medir tanto en estacin (e.g. baticelermetro) como en movimiento (e.g. Sippican).

Las variaciones de la velocidad en la columna de agua provocan una desviacin del trayecto de los rayos (Fig. 11). El ejemplo clsico del uso de una velocidad que no es correcta se traduce en la formacin de un efecto denominado de tnel (Fig. 12).

Figura 11. Perfil de velocidad versus profundidad y trayecto del rayo correspondiente que ilustra la relacin entre los dos: un buen conocimiento del perfil de velocidad es fundamental para calcular la profundidad.

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2.5 Tratamiento de datos

Una parte de los datos registrados puede ser aberrante, a causa de un estado del mar desfavorable, afectando la emisin y la recepcin de la seal acstica, o bien por variaciones espaciales o temporales de la temperatura y de la salinidad (i.e. la velocidad) del agua, que perturban la trayectoria del rayo, modificando con ello el clculo y el posicionamiento de las sondas sobre el fondo. Otros parmetros que influyen igualmente sobre la calidad y la precisin de los datos son el posicionamiento y medida de los movimientos del barco. Estos deben ser controlados y eventualmente corregidos para asegurar la mejor calidad posible de los datos batimtricos (Fig. 13). El tratamiento y procesado posterior a la adquisicin est destinado a la correccin de datos, al clculo del modelo numrico de terreno y a la visualizacin cartogrfica 2D y 3D de los fondos.

Para la batimetra, los cartgrafos disponen de programas con herramientas para depurar los datos, sea por invalidacin interactiva (Fig. 14), sea por deteccin automatizada de errores (Fig. 15), para corregir los artefactos ligados al ensamble de los parmetros del ambiente (Fig16). El ejemplo de tratamiento seleccionado en las figuras presentadas extrado del programa conocido como Caribes de lIFREMER (http://www.ifremer.fr/flotte/ equipements_sc/logiciels_embarques/caraibes/index.html).

Para la produccin de imgenes, las operaciones de tratamiento de la seal son igualmente aplicadas para homogenizar los datos y reajustar los contrastes de reflectividad sobre los fondos, a fin de producir cartas de la mayor calidad posible.

Figura 12. Ilustracin de la circularizacin del fondo debido a una celeridad que no es correcta (datos de EM120 del B/O Sonne campana Salieri 2001; flanco sur de la cordillera de Carnegie). (A) geometra de los rayos que registran en los haces extremos una profundidad menor que la realidad. (B) En el mapa se ilustra el efecto de tuneling debido a que el perfil de velocidad no es correcto. (C) misma zona con una celeridad correcta. Perfil de velocidad versus profundidad y trayecto del rayo correspondiente. El conocimiento del perfil de velocidad es fundamental para calcular la profundidad.

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A

B

Figura 15. Depuracin automtica A) Diferentes etapas de filtrado por comparacin con una malla suavizada de referencia (caribes software IFREMER; B) Principio: cuando la diferencia entre el sondeo bruto y el sondeo de la malla suavizada es superior a D, el sondeo bruto est eliminado (Ejemplo tomado a partir de datos tratados con el software Caribes de IFREMER ).

Figura 13. Diferentes etapas del tratamiento de los datos.

Figura 14. Depuracin interactiva. Deteccin e invalidacin de los sondeos a lo largo de un haz (izquierda); deteccin de los sondeos a lo largo de un ciclo (derecha). (Ejemplo tomado a partir de datos tratado con el software Caribes de IFREMER ).

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Figura 16. (A) Datos de sondeos en bruto. (B) Sondeos filtrados de manera automtica (ver figura 15). (C) Sondeos filtrados e interpolados (ejemplo de procesamiento a partir del software caribes de IFREMER, datos en el flanco sur de la cresta de

Carnegie).

2.6 Direccin de los avances tecnolgicos

Actualmente la direccin de los avances tecnolgicos se centra en mejorar los sistemas para obtener mayor resolucin cubriendo zonas cada vez ms amplias en cada barrido. Ello se consigue incidiendo en los siguientes aspectos:

1) Utilizar emisores a frecuencias ms altas (30, 50, 95, 300 Khz.) As, si las frecuencias de los sondeos clsicos a 12-15 khz (SeaBeam, EM12) proporcionan una resolucin mtrica, se tiende a utilizar actualmente sistemas con frecuencias mas altas 100-200 khz (EM1002) que permiten obtener una resolucin centimtrica

2) Incorporar un mayor nmero de haces de emisin. Si hacemos una comparacin de la evolucin del nmero de haces de los buques oceanogrficos franceses (IFREMER) se observa que el Seabeam del B/O Jean Charcot (1977) tena 16 haces, el Simrad EM12-D del B/O Atalante (1993) tiene 162 haces, el Simrad EM120 del B/O Beautemps Beaupr (2002) tiene 191 haces, y el Seabat 7150 del B.O Pourquoi pas (2006) que tiene hasta 880 haces.

3) Emitir haces ms finos (hasta 0.5) con una mayor cobertura angular. Actualmente existen hasta 170 de cobertura lateral. Estos sistemas de muy alta resolucin se estn instalando esencialmente en Roas (Remeted Oprate Vehicle) o Habuz (Autnomos Underwater Vehicle). La idea es acercarse al fondo marino (por ejemplo el AUV ASTER de IFREMER puede navegar hasta 3000 m de profundidad) para tener levantamiento con de una resolucin del fondo del mar que no es posible alcanzar desde un buque.

2.7 3.5 khz sub-bottom profiler

La tcnica utilizada para la observacin de

secuencias de depsitos recientes es el sonar CHIRP (ecosonda vertical), que emite a frecuencias ms bajas (comnmente 3.5 khz), marcando por tanto el lmite entre las sondas batimtricas y las ssmicas. Como ejemplo, el modo CHIRP de sondeo de sedimentos utilizado en la campaa AMADEUS (Collot et al., 2005) se caracteriza por una seal emitida sobre una banda pasante de 2,4-5,5 khz. A esta frecuencia, la seal proporciona una penetracin que puede llegar a ms de 100 m en los sedimentos finos, conservando siempre una resolucin inferior al metro. La sonda de sedimentos 3,5 khz, sirve para detectar los reflectores ms superficiales del subsuelo marino. La utilizacin de sondas de sedimentos de tipo CHIRP ha proporcionado a los gelogos herramientas que permiten visualizar con precisin la geometra de los estratos ms superficiales de los fondos marinos (ver ilustracin en el capitulo siguiente), lo cual es clave para el estudio de los procesos sedimentarios activos actualmente, como las avalanchas submarinas, por ejemplo.

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3. Mtodos ssmicos e instrumentacin ssmica

Hace ms de un siglo se descubri que las ondas ssmicas producidas en los hipocentros de los terremotos se propagan por el interior de la Tierra, reflejndose y refractndose en las discontinuidades geolgicas que encuentran durante su propagacin. Los registros de las ondas ssmicas en superficie proporcionan por tanto informacin de gran valor que histricamente permiti obtener los primeros modelos sobre la estructura del interior de la Tierra. Los registros de terremotos en superficie, sin embargo, carecen de la resolucin necesaria para investigar la estructura a nivel de la corteza debido tanto a la escasa precisin en la determinacin del tiempo en el que ste se produjo y su localizacin como a las bajas frecuencias dominantes en la seal registrada. La alternativa al registro de sismos naturales son sistemas que utilizan fuentes de energa artificiales, diseadas para cada tipo concreto de observacin a semejanza de las sondas batimtricas. Estos sistemas, conocidos genricamente como ssmicos o de ssmica, son sin duda uno los ms potentes para la investigacin de las estructuras geolgicas que forman el subsuelo marino, y son probablemente los ms empleados. El objetivo de los estudios que utilizan sistemas de adquisicin ssmica es obtener una representacin de las estructuras que se hallan bajo el fondo marino mediante el tratamiento, anlisis y/o modelizacin de la seal sismo-acstica que se propaga a travs de ellas.

Figura 17. Mtodos de sismica marina: la ssmica reflexin y la ssmica refraccin.

3.1 Mtodo

El objetivo de los mtodos ssmicos es determinar la estructura y las propiedades fsicas del subsuelo a varias escalas. Por ello, se suelen usar fuentes artificiales de energa que permiten seleccionar, tanto la amplitud de la onda generada, como su contenido frecuencial y el instante exacto en el que sta se genera. En estudios de ssmica marina se utilizan fuentes de energa basadas en la generacin de

burbujas de aire a alta presin mediante la combinacin de caones de aire de distintos volmenes. Se clasifican segn la naturaleza de la fuente y los receptores y el dispositivo de adquisicin en ssmica refraccin y ssmica reflexin (Figura 17 y 18).

El equipamiento empleado para realizar estudios ssmicos se divide en tres grupos segn la funcin que realiza: fuentes de energa (en general caones de aire, pero tambin pueden ser caones de agua, transductores pizoelctricos, etc.), que proporcionan un pulso de energa acstica, equipos de adquisicin, encargados de captar y registrar las seales reflejadas y/o refractadas por el fondo marino (Fig. 18), y sistemas de procesado, que permiten tratar, analizar y representar las seales ssmicas.

Figura 18: Adquisicin simultnea de un perfil de ssmica reflexin multicanal y de uno de ssmica de refraccin y refraccin de gran ngulo con sismmetros de fondo ocenico (OBS). En el caso de la figura un buque se dedica a la realizacin del perfil de ssmica reflexin y otro buque desplegar y recuperar los OBS.

Los sistemas de adquisicin de ssmica de reflexin vertical estn constituidos por una fuente (caones de aire en el caso de los experimentos llevados a cabo en Ecuador) y una ristra de receptores (i.e. hidrfonos) denominada streamer. Tanto el emisor como el receptor son arrastrados por el barco (Figura 18) a lo largo de los denominados perfiles ssmicos. En este tipo de sistema la distancia entre fuente y receptor se mantiene por tanto constante a lo largo del perfil. Dependiendo de si el streamer est constituido por uno o varios grupos de hidrfonos los sistemas de ssmica de reflexin vertical se clasifican en monocanal o multicanal. Dada su geometra de adquisicin, en este tipo de sistema la incidencia del frente de ondas es cuasi-vertical (de ah su nombre), de forma que el campo de ondas registrado por el streamer est constituido primordialmente por reflexiones que generan las discontinuidades geolgicas caracterizadas por contrastes abruptos de sus parmetros elsticos.

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As, las zonas que muestran un mayor contraste de velocidad de propagacin dan como resultado ondas reflejadas de mayor amplitud y viceversa. Esta informacin, una vez procesada, da lugar a imgenes directas de estas discontinuidades (i.e. las secciones ssmicas) que han constituido tradicionalmente la principal fuente de informacin a nivel estructural para la prospeccin de hidrocarburos. Durante la ltima dcada, este mtodo, se ha utilizado en Ecuador con propsitos puramente cientficos en la investigacin de la corteza. Un ejemplo de los excelentes resultados que proporciona la ssmica de reflexin para la definicin de la estructura fina de la corteza superior se muestra en la Figura 19a.

Sin embargo, a medida que el frente de ondas se propaga por el interior de la Tierra, sufre prdidas de energa por varios factores como la atenuacin (esencialmente por friccin de las partculas), la dispersin por divergencia esfrica, o la propia prdida por reflectividad en las discontinuidades. As, las ondas reflejadas regresan hacia la superficie con una parte muy pequea de energa que, en muchas ocasiones, se confunde con el ruido de fondo, dificultando su interpretacin. Este hecho es ms importante cuanto mayor es la profundidad del reflector en cuestin. En este sentido, la principal ventaja de sistemas multicanal frente a los monocanal, es que permiten sumar la seal coherente registrada en los distintos canales (i.e. grupos de hidrfonos) para mejorar la relacin seal/ruido en las secciones ssmicas. Sin embargo, un problema comn de los sistemas de ssmica de reflexin es que las ondas reflejadas, a diferencia de las refractadas, no contienen informacin directa de la velocidad de propagacin de las ondas en el medio, de forma que el eje vertical de las secciones ssmicas se representa generalmente en tiempo (i.e. doble tiempo de recorrido) y no en profundidad. Existen tcnicas, denominadas de migracin en profundidad, que permiten convertir las secciones ssmicas de tiempo a profundidad, pero son tcnicas de compleja aplicabilidad sujetas a un considerable nivel de subjetividad.

Una alternativa a la ssmica de reflexin para resolver la estructura de los niveles profundos de la corteza y el manto superior son los denominados sistemas de ssmica de refraccin y reflexin de gran ngulo. La diferencia esencial en cuanto a su geometra es que los receptores son en este caso Sismmetros de Fondo Ocenico (OBS) que, como su nombre indica, se despliegan en el fondo del mar a lo largo de los perfiles. De esta forma, y a diferencia de la ssmica de reflexin, la distancia entre fuente y

receptor es variable y puede ser arbitrariamente grande. En este caso los frentes de ondas inciden en un amplio rango de ngulos (i.e., mayores que el ngulo crtico), de forma que el campo de ondas registrado contiene no slo reflexiones sino tambin refracciones, que se registran a mayores distancias de la fuente y contienen informacin directa de la velocidad de propagacin en el medio; es decir de sus propiedades fsicas. La principal desventaja es que el nmero de receptores (i.e. OBS) que se utiliza es mucho ms reducido que en ssmica de reflexin y por tanto la redundancia en los registros es mucho menor y la resolucin de las imgenes obtenidas, sobre todo a niveles someros, tambin. Eso hace que este tipo de sistema haya sido mucho menos utilizado hasta la fecha en el mbito industrial, si bien recientemente se empieza a poner de manifiesto su aplicabilidad tambin en este mbito si se utiliza un nmero suficientemente grande de OBS. Otra diferencia fundamental con la ssmica de reflexin es que, a diferencia de sta, los registros de refraccin no proporcionan imgenes directas del subsuelo, sino que es necesario obtener modelos de la velocidad de propagacin de las ondas ssmicas y de la geometra de los receptores que ajusten las observaciones, ya sea por tcnicas directas o inversas (ver Figura 19b).

En el ltimo decenio se han realizado en Ecuador cuatro campaas en las que se han adquirido datos ssmicos. La primera fue SISTEUR en 2000 (Collot et al., 2002), en el cual se adquirieron datos de ssmica de reflexin multicanal, as como de refraccin con OBS, en el margen continental. La segunda la campaa SALIERI en 2001 (Flueh et al., 2001), que se centr en la adquisicin de ssmica de refraccin sobre la cordillera de Carnegie (Sallars y Charvis, 2003; Sallars et al., 2005). Posteriormente, en la campaa AMADEUS, en 2005, se adquirieron datos de reflexin monocanal y multicanal al norte de Ecuador y sur de Colombia, y en la campaa ESMERALDAS, tambin en 2005, se adquiri ssmica de refraccin en la misma zona. En la Figura 20 se muestran ejemplos de los datos adquiridos.

3.2 Las fuentes ssmicas

GeneralidadesLos caones, al liberar el aire comprimido en el

agua, producen un pulso sismo-acstico, cuya energa y contenido frecuencial depende principalmente de la presin del aire y el volumen de los caones y de su profundidad de despliegue. El pulso se transmite de forma omnidireccional por la columna de agua hasta

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alcanzar el fondo marino, donde la energa se refleja y refracta cada vez que encuentra una discontinuidad en el medio en forma de contraste de impedancia acstica.

Las principales caractersticas de una fuente ssmica son su poder de penetracin, el nivel de resolucin, y la cadencia. El control de la potencia

de la fuente asociada a su contenido frecuencial es fundamental porque va a determinar la resolucin vertical (capacidad a distinguir los reflectores cercanos) y el poder de penetracin o alcance (el reflector lo mas profundo que se puede seguir en el registro en ssmica de reflexin o la mxima distancia de registro en uno de refraccin) (Figura 21).

Figura 19. Perfil de ssmica de reflexin multicanales de la campana SISTEUR (Sage et al., 2006). (A) imagen ssmica ; (B) interpretacin del perfil ilustrando (placa superior y contacto inter placa) el cambio de tipo de deformacin entre la parte baja de la pendiente y la parte alta.

Figura 20. Ejemplos de resultados obtenidos a partir de datos de ssmica de refraccin y reflexin de gran ngulo de la campaa SISTEUR (segn Graindorge et al., 2004). El modelo muestra la cordillera submarina de Carnegie (placa oceanica sobre-engrosada) entrando en subduccin. (Izquierda) datos registrados en dos OBS a lo largo de un perfil que corta el margen de Ecuador. El OBS 4 se localiza en la placa inferior (oceanica) mientras que le OBS10 se encuentra en la placa superior. Las lneas de color muestran los tiempos de trayecto de las distintas fases reflejadas y refractadas a distintos niveles de la corteza ocenica y continental (ver artculo Graindorge et al., 2004, para detalles). (Derecha) Modelo de velocidad final obtenido a travs del margen ecuatoriano. El cdigo de colores corresponde a la velocidad de propagacin en el medio para la parte del modelo cubierto por los rayos ssmicos. Los crculos negros indica posicin hipocentral de sismos registrados a una distancia menor de 50 Km. del perfil a partir del catalogo de Engdahl. Abreviaturas: Cuenca de Manab: M.B., Zona sismognica: S.Z., capa ocenica: O.L., Estaciones terrestres: L-s. La lnea blanca localizada a 120 km muestra un perfil de velocidad en profundidad en ese punto concreto.

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Figura 21. Penetracin y resolucin vertical en funcin de la frecuencia de la fuente ssmica utilizada. Se distingue clasicamente 3 tipos de ssmica segun la frecuencia: convencional, alta y muy alta resolucin. La ssmica convencional incluye la ssmica petrolera. Segun el objetivo y el tipo de objeto geolgico estudiado se va a adaptar y escoger una fuente ssmica diferente. http://www.ifremer.fr/flotte/documentation/fiches_techniques/equipements%20scientifiques/sismique-vf_2000-041esn.pdf

Las fuentes ssmicas se encuentran situadas unos metros bajo la superficie, tpicamente entre 1-2 m (sismica de alta y muy alta resolucin) y 20-30 m (ssmica convencional de alta penetracin y largo alcance). Esta localizacion de la fuente bajo el agua produce la ocilacion de la burbuja, as como la reflexin del tren de ondas en la

surperficie del agua, generando lo que se conoce como ghost (Figura 21). La combinacin de todos estos impulsos constituye el tren de ondas emitido o signatura de la fuente. Conocer bien su forma es esencial para realizar un buen procesado de los datos adquiridos y para eliminar los artefactos de las secciones ssmicas.

Figura 22. Un pulso acstico generado en la fuente localizada en la profundidad D se transmite de forma omnidireccional. Lo que va a alcanzar el fondo marino es la combinacion del pulso directo + el rebote en la superficie de la agua. A este senal de campo lejano se aaden las ocilaciones de la burbuja.

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Control de la seal

Atenuacion de la oscilacin de la burbuja

Una fuente ssmica se caracteriza por su firma near field es decir a la salida del can. La burbuja oscila porque a medida que se su volumen aumenta, la presin en su interior disminuye hasta alcanzar un valor inferior a la presin hidrosttica. En general se trata de obtener una signatura lo ms impulsional posible mitigando a la vez en lo posible el efecto de la oscilacin de la burbuja (Figura 23). Es decir, aumentar la relacin P/B (amplitud del pulso principal o pico respecto a la amplitud de la primera oscilacin de la burbuja). Los caones clsicos (e,g,. los de la compana Bolt), no permiten atenuar la oscilacin de burbuja, por lo que es necesario combinar varios de ellos de forma sincronizada para obtener este efecto (Figura 24). Otra alternativa son los caones de aire de tipo GI (Generador-Injector), que integran dos caones en uno, de forma que poco despus del impulso principal (Generador) se realiza un impulso secundario (Inyector) que proporciona aire en la burbuja con el objeto de mantener en lo posible su presin (Figura 23).

Figura 23. Oscilacin de burbuja (lnea discontinua) y su atenuacion con el uso de un GI gun (lnea de color): firma de campo cercano de un can GI con y sin inyector (documento Sodera; la linea discontinua corresponde al senal del can GI sin disparo del inyector).

Figura 24. Ejemplo de combinacin de tres caones con distintas caractersticas (posicin, volumen y presin) para mejorar la signatura de la fuente. Los caones son sincronizados de forma que se refuerza el impulso principal (IP) mientras que se atena la primera ocilacion de la burbuja.

Parmetros que controlan la seal

Como se ha indicado anteriormente, el volumen, la presin de aire y la profundidad a la que se disparan los caones son los parmetros que tienen mayor influencia sobre la seal registrada (Figura 25). Un aumento de volumen permite aumentar la amplitud y al mismo tiempo mejorar la relacin P/B (Figura 25), obtenindose a la vez frecuencias ms bajas. Este mismo efecto se logra, con distinta eficacia, aumentando la profundidad de los caones. Sin embargo, la forma ms eficiente de conseguir mayor amplitud y un alto contenido de bajas frecuencias es aumentando la presin de disparo. Ello es sin embargo inviable en la mayoria de sistemas pues entraa diversas dificultades tcnicas y riesgos.

Figura 25. Comparacin de la seal de campo lejano de tres caones del mismo modelo pero de volumen diferente (arriba). Comparacin del rango de frecuencia y de amplitud por un mismo canon localizado a distintas profundidades (9m, 6m, 3m y 1 .5m) (abajo) (Documentos Sodera).

3.3 Los receptores ssmicos

La ssmica de reflexin multicanal

En cualquier registro smico se encuentra el eco acstico procedente del suelo y subsuelo marino mezclado con ruido ambiente, de forma que en muchos casos no es posible observar las seales correspondientes a reflexiones de baja amplitud. Como se ha comentado anteriormente, si se dispone de un sistema de varios canales, con la geometra de disparo adecuada es posible obtener registros de distintos disparos en un mismo punto reflector. Ello permite agregar la seal de los distintos registros utilizando las

geología y geofísica marina del ecuador

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