Resumen.
A partir de un levantamiento batimétrico, mediante el uso de un sensor de tipo multihaz realizo por la Amada Venezolana, se procesaron los datos y se elaboraron modelos digitales del suelo marino de una zona ubicada aproximadamente a 27 Km al norte de la costa de la Península de Paria en el estado Sucre. Usando los datos de batimetría se elaboraron modelos tridimensionales del terreno, así como también se realizo un análisis espacial con el fin de determinar los riesgos existentes para las estructuras propuestas en la zona de estudio. Destacan, como principal rasgo, 1259 pockmarks identificados en el suelo marino, los cuales representan un gran riesgo para las estructuras a emplazarse, debido a la alta pendiente de sus laderas, así como la posibilidad latente de su crecimiento, debido a no haberse identificado correctamente el mecanismo mediante el cual se producen estas depresiones ene l suelo marino.
Palabras Clave: Batimetría, Pockmarks, Modelo de elevación digital, Riesgo geológico
Introducción
El descubrimiento de grandes reservas de hidrocarburos en el mar continental venezolano, ha impulsado gran cantidad de investigaciones en áreas costa afuera; todo ello con el fin de obtener parámetros de ingeniería para la construcción de estructuras como tuberías y plataformas. En el área del norte del estado Sucre se han llevado a cabo una serie de investigaciones con estos fines enmarcados en el Proyecto Mariscal Sucre, el cual tiene como objetivo desarrollar 70% de las reservas de gas no asociado y líquidos condensados de los campos Dragón, Patao, Mejillones y Río Caribe, ubicados en el norte de Paria.
Durante estas investigaciones se identificaron una serie de irregularidades denominadas pockmarks, las cuales además de ser un rasgo particular, representan gran riesgo para las operaciones costa afuera; por ello se hace necesario la implementación de técnicas que permitan, tanto identificar como caracterizar estos rasgos y los posibles riesgos que estos presenten a las estructuras planificadas.
Los pockmarks fueron identificados por primera vez en la plataforma de Nueva Escocia a finales de la década de los sesenta, y se definieron como depresiones esféricas o semiesféricas con paredes escalonadas y fondos planos (King And MacLean, 1970), por otra parte Andrews y Brothers (2010) definen los pockmarks como depresiones circulares que están conformados por tres elementos, 1) profundidad de el punto mas bajo; 2) profundidad del aro; y 3) el perímetro definido por el fondo marino nominal sin incluir los pockmarks. Estos cráteres pueden dominar la morfología del fondo marino, pueden presentar encadenados y llegar a tener un diámetros que puede superar fácilmente el centenar de metros (Fader 1991; Pilcher and Argent, 2007). El origen de estas depresiones generalmente esta asociado a escape de fluidos, especialmente gases disueltos en los sedimentos, y se encuentran caracterizados por presentar comunidades quimiosintéticas asociadas, presencias de hidratos de gas metano y precipitaciones de carbonatos (Sahling, et al. 2008).
En el presente trabajo se describen, tanto la metodología como parte de los resultados de identificar los pockmarks, mediante la integración de datos de batimetria multihaz y sistemas de información geográfica con el fin de evaluar la mnorfologia del fondo marino.
Es importante destacar que debido a compromisos de confidencialidad, se hará énfasis en la metodología usada para realizar una caracterización de los pockmarks del fondo marino, y se mostraran los resultados que no infrinjan el compromiso de confidencialidad adquirido.
Ubicación del Área de Estudio.
Se evaluaron tres segmentos de adquisición de batimetría multihaz ubicados al norte de la península de Paria en el estado Sucre, a una distancia d entre 27 Km y 32 Km de la costa, en las áreas comprendidas por los campos Dragón, Patao, Mejillones y Río Caribe (Figura 1).
Figura 1. Ubicación Aproximada del Área Estudiada
Metodología.
Adquisición y procesamiento primario de los datos.
Los datos batimétricos usados en la ejecución de este trabajo fueron adquiridos por la Armada Venezolana en tres áreas de 40 Km2 cada una, con profundidades del suelo marino que variaron entre 80 y 155 metros. La batimetría fue adquirida mediante el uso de una ecosonda multihaz, la cual proporciono datos regularmente espaciados en una cuadricula con separación de 50 cm, luego de realizar las correcciones correspondientes a las mareas y desfase de la antena fueron ingresados como datos crudos a un sistemas de información geográfico, posteriormente fueron convertidos a formato shapefile, para su interpolación. A partir de los datos corregidos se genero un archivo tipo raster mediante el método de interpolación IDW (ponderación inversa a la distancia, por sus siglas en ingles), con lo cual se obtuvo finalmente el modelo digital del terreno (MDT del suelo marino).
Método de delineamiento de los pockmarks.
Los pockmarks pueden ser distinguidos a simple vista, usando tanto el modelo digital del terreno, como el modelo de sombras derivado ,otras irregularidades existentes pueden complicar este proceso, eso sumado a la gran cantidad de depresiones existentes en el área de estudio implica que la inspección visual de cada uno de estas morfología sea un trabajo además de laborioso, tedioso y con alto consumo de horas hombre, es por esto que tomando como base la metodología de trabajo de Andrews et al (2010), se aplico una metodología de identificación automática de pockmarks. Este método se basa en la identificación de las irregularidades usando mapas de curvatura y cambios de pendiente.
Modelado tridimensional de los pockmarks.
Basados en el modelo digital del terreno elaborado anteriormente, y usando las herramientas de visualizador 3D, se elaboraron modelos tridimensionales del terreno, con exageraciones verticales que variando entre 2X y 10X. Además se integraron con estos datos, la información de los sitios de implantación de las estructuras con el fin de visualizar la morfología de las zonas cercanas a las estructuras. Este tipo de visualizacion ha sido usado ampliamente por otros autores (King, 2005; Shaling, 2008; Moore, 2007)
Evaluación de los riesgos
En base al modelo digital del terreno realizado, se elaboraron mapas de pendientes, perfiles batimétricos, y análisis de proximidad entre las estructuras presentes y la morfología del fondo marino, este procedimiento fue realizado mediante el uso de herramientas de análisis espacial.
Luego de generar el mapa de pendientes, estas se clasificaron en 4 categorías, según el grado de riesgo existente para las estructuras a ser emplazadas allí. A partir de estas categorías se elaboro un archivo raster reclasificado y posteriormente se convirtió en un archivo vectorial.
En base a la información de las localizaciones de las estructuras de interés, se crearon buffers de 50 metros, estos polígonos de influencia fueron posteriormente interceptados con los polígonos reclasificados de pendiente.
Resultados
Se detectaron un total de 1259 pockmarks usando el metodo de delineamiento manual, dentro del área considerada. Estos pockmarks afectan un total de 6,53 Km2, lo que representa un 16,3 % del área total. Las depresiones encontradas en el área de estudio no se encuentran distribuidas de manera uniforme, observándose claramente un cambio de comportamiento, ya que en las zonas centro y sur de el área cubierta, se observa una densidad de 20,15% del área cubierta, mientras que el la zona norte se observa una disminución en la ocurrencia de los pockmarks, cubriendo solo un 6% del área, lo que implica una cuarta parte con respecto al sur de la zona de estudio.
Figura 2. Batimetría del área de estudió.
Figura 3. Pockmarks Delimitados
Al determinarse las pendientes existentes, se observaron dos factores claves, la pendiente promedio reflejada digitalmente es de 8% , mientras que la pendiente basada en las profundidades máximas y mínimas de las áreas no afectadas por las depresiones solo alcanza un valor de 1% . Esta diferencia radica en que al analizar las estadísticas del archivo raster de batimetría, este incluye todos los valores de los pixeles presentes, incluyendo las zonas de altas pendientes correspondiente a los taludes de los pockmarks, exagerando el valor de la pendiente del fondo marino.
Figura 4. Pendientes del área de estudio.
De la misma manera, el uso del mapa de sombras proporciona una herramienta de gran utilidad al momento de realizar una inspección visual de los pockmarks, con la cual se disminuirían los errores que incluye el análisis automático de la superficie, y permitiendo validar los datos obtenidos a partir del uso de sistemas de información geográfica.
A partir de cuatro localizaciones propuestas, se requería conocer la ubicación menos desfavorable para las estructuras a ser emplazadas, el criterio principal fue el estudio de la pendiente del terreno así como de la distancia de cada uno de estos puntos de interés a las depresiones existentes. En base al mapa de pendientes, y al posterior mapa reclasificado usando valores nominales de pendiente (muy bajo, bajo, medio y alto), se realizo una consulta espacial o ¨Join¨.
El uso de esta herramienta permitió conocer, la ubicación que cuya intersección con el mapa de pendiente fuese la más favorable, es decir, el polígono con menores pendientes, en base a esto, sumada a la inspección visual, permitió seleccionar la localización óptima para la estructura planteada (Figura 5).
La ubicación seleccionada a partir del análisis espacial, puede ser reforzada con el análisis visual en tres dimensiones; en la Figura 6, se observa el fondo marino, sus irregularidades, así como también las localizaciones propuestas y la localización escogida como mas favorable.
Figura 5. Pendientes y ponderación de las localizaciones.
Figura 6. Visualización tridimensional de la ubicación final de las estructuras.
Conclusiones.
El uso de herramientas geofísicas para el estudio del fondo marino ha sido una forma tradicional de caracterizar y analizar estos ambientes con fines prácticos, sin embargo, el desarrollo de nuevas tecnologías, así como también, el aumento de poder de computo de los procesadores permitió un procesamiento rápido y eficiente de los datos de batimetría multihaz realizados en la zona de estudio.
El uso de sistemas de información geográfica, permitió la integración de los datos batimétricos, su procesamiento y visualización con los datos de emplazamiento de las estructuras propuestas, haciendo posible visualizar las estructuras en su ubicación geográfica y analizar el riesgo que presentaban las mismas en oposición a las pendientes generadas a partir de un MDT.
Los pockmarks significan un gran riesgo a las estructuras propuestas en la zona, y por lo tanto es muy importante poder conocer la morfología del fondo marino. El uso de sistemas de información digital con potencialidad en modelado tridimensional aporta una gran herramienta de análisis y decisión.
Referencias.
Andrews B.D, Brothers L.L., Barnhardt W.A. 2010. Automated Feature Extractión and Spatial Organization of Seaflor Pockmarks, Belfast, Maine, USA. Geomorphology. 124,
Ganas, A. Pavlides, S. Karastathis, V. 2005. DEM-based morphometry of range-front escarpments in Attica, central Greece, and its relation to fault slip Rates. Geomorphology. 65, 301 - 319
King, L.h., Maclean B., 1970. Pockmarks on the Scotian Shelf. Geologycal Society of America Bulletin 81, 2141-3148
Moore ,R. Usser, N. Evans, T. 2007. Integrated Multidisciplinary Assessment and Mitigation of West Nile Delta Geohazards. 6th International Offshore Site Investigation and Geotechnics Conference. 33 - 42
Pilcher, R. Argent, J. 2007. Mergapockmark and Linear Pockmark Trains on the West African Continental Margin. Marine Geology. 244, 15-22
Shaling H., Bohrmann, G., Spiess, V., Bialas, J.Breitzke, M. Ivanov, M. Kasten, S., Krastel , S. y Schneider, R. 2008. Marine Geology, 249, 206-225.
Siart, C., Bubenzer, O., Eitel, E. 2009. Combining digital elevation data (SRTM/ASTER), high resolution satellite imagery (Quickbird) and GIS for geomorphological mapping: A multi-component case study on Mediterranean karst in Central Crete. Geomorphology. 112. 106 - 121
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