1.1 Área de estudio

El Golfo de California se extiende por aproximadamente 1300 km y está situado en el límite tectónico entre las placas del Pacífico y de Norteamérica, donde se produce una transición estructural oceánica a continental [¹⁸] y se encuentra un sistema de fallas transtensionales con movimiento relativo horizontal dextral (direccional derecho). En este sentido, según Nagy y Stock [¹⁹], esta región se rige por fallas oblicuas en el norte y fallas transformantes en el sur. Previos estudios han mostrado que el movimiento relativo entre ambas placas es de aproximadamente 46 mm/año [¹⁶, ²⁰], lo cual genera vulcanismo, zonas con potencial geotérmico, fallas de deslizamiento y actividad sísmica superficial constante [⁴-⁵,²¹]. Según Castro et al., [⁴], las fallas transformantes en la zona entre las cuencas Delfín y Carmen han generado el 60% de los sismos en el límite de placas con una magnitud Mw ≥ 6.0. La mayor parte de los sismos se distribuyen espacialmente en dirección NO-SE a lo largo del eje del Golfo de California [⁵]. Según la base de datos del “Global Centroid-Moment-Tensor” (CMT) [²²] y el Servicio Sismológico Nacional (SSN) (http://www.ssn.unam.mx/ ), en esta zona durante el periodo 2010-2016 han ocurrido más de 20 sismos con magnitud Mw≥ 5.0 (tabla 1).

1.2 Datos GPS

Los datos de las estaciones GNSS utilizadas en este trabajo (figura 1) muestran diferentes intervalos de registro por lo que fue necesario editar los ficheros RINEX (Receiver Independent Exchange) [²³] llevándolos a un intervalo de muestreo de 30 segundos (ya que las estaciones tienen diferentes intervalos de observación), así mismo, se deshabilitaron las constelaciones Glonass y Galileo (debido a las diferentes capacidades de las estaciones de recibir constelaciones distintas a GPS); lo anterior fue llevado a cabo mediante el software TEQC (“Translate\Edit\QualityCheck”) [²⁴] con el fin de evitar inconsistencias en el procesamiento.

Fuente: elaboración propia.

Figura 1 Ubicación de estaciones continuas GNSS utilizadas para el marco de referencia (triángulos rojos) y para la estimación de velocidad (triángulos amarillos). Numeración acorde a tabla 2. Imagen a color con relieve sombreado extraído del Modelo Relieve Global de ETOPO1 [²⁵]. Figura creada mediante el software Generic Mapping Tools (GMT) [²⁶]. 

En la tabla 2 se presenta el nombre de las estaciones consideradas como referencia y las analizadas junto a los días usados para cada solución. Con base en lo anterior, se utilizaron 9 estaciones de libre acceso en la zona de estudio con al menos 2.5 años de mediciones para evitar sesgos en la estimación de la velocidad [²⁷]. La mayoría de las estaciones operaron durante todo el periodo de estudio; sin embargo, para el caso de LPAZ y TNTB, que no cumplen con el criterio anterior, fueron analizadas de igual forma para efectos de correlacionar efectos sísmicos, debido a la disponibilidad de datos de estaciones continuas al momento de realizar la experimentación.

Por otra parte, para la definición del marco de referencia se utilizaron 14 estaciones de la red internacional IGS, de las cuales dos estaciones cuentan con un periodo de actividad entre 3.5 y 5 años de mediciones y el resto con más de 6 años, esto con el fin de introducir el datum a las estaciones analizadas.

1.3 Procesado de datos GPS

El cálculo de velocidades de desplazamiento de las estaciones GNSS requiere establecer un marco de referencia, que consta de aquellas estaciones GNSS que sean lo suficientemente estables para garantizar una solución robusta. Para este fin, se utilizaron estaciones estables del IGS según las recomendaciones de [¹¹] y [²⁸], las cuales fueron inspeccionadas con el objetivo de evitar fuentes de posibles inconsistencias considerando: actualización de software y firmware, cambio de cables y cambio de antenas. Finalmente, basados en la época de las observaciones, las soluciones fueron referidas al ITRF08 [²⁹] para los años comprendidos entre 2010 y 2015 conforme a los cambios y referidos a la placa de Norteamérica; para el año 2016, se hizo la referencia respecto al ITRF14 [³⁰], para finalmente expresar la solución en el ITRF14.

El procesado de los datos GPS se llevó a cabo utilizando los parámetros y caracte rísticas expuestas en la tabla 3 mediante el software GAMIT/GLOBK versión 10.6 [³¹], el cual consiste en dos módulos: GAMIT que permite estimar un sistema tridimensional de coordenadas mínimamente constreñidas, utilizando órbitas precisas, modelos troposféricos, retardo ionosférico y parámetros de rotación; mientras que GLOBK permite estimar la velocidad de la estación con la implementación del filtro de Kalman, para, así, estimar la velocidad con GLOBK. Una vez estimadas las velocidades se llevó a cabo la inspección visual, eliminación de errores groseros (superando 3 veces la incertidumbre proveniente del procesado previo), ajustando la tendencia lineal y señales periódicas, esto fue realizado con TSVIEW [³²].

2.1 Efectos de los sismos en las series temporales

Como se mencionó con anterioridad, el Golfo de California es una zona altamente sísmica ya que se localiza en un sistema de fallas transtensionales generando una deformación asociada al movimiento lateral derecho y expansión del lecho marino. También existe un efecto elástico de acoplamiento por fricción a lo largo de la zona de subducción de México en el Golfo de California [¹].

En las series temporales se pueden identificar cambios bruscos o saltos asociados a fuertes sismos, ya que las estaciones se encuentran cerca del epicentro y este desplazamiento puede ser estimado [³³]. Por ejemplo, uno de los sismos de magnitud Mw=6.6 que ocurrió el 13 de septiembre de 2015 captado por la estación TNTB (ver figura 3) que se encuentra a 96 km del epicentro. En esta estación el sismo provocó un salto en la serie de -2.22 ± 0.14 mm, 1.82 ± 0.18 mm, y -0.17 ± 0.55 mm en las componentes norte, este y vertical respectivamente. Sin embargo, otra estación relativamente cercana CULC no registró un salto cosísmico. Por otra parte, el sismo se presentó a 114 km de la estación IPAZ, lo cual provocó un salto en la serie temporal de 0.21 ± 0.09 mm en la componente norte, -1.72 ±0.11 mm en el componente este y 0.49 ± 0.14 mm en la componente vertical (figura 4).

2.2 Posible relación entre la variación en la velocidad relativa del movimiento de las placas y los sismos

Se realizó el análisis del movimiento relativo de las estaciones CGPS MDS1 y CULC situadas en la placa del Pacífico y de Norteamérica respectivamente, siendo estas las estaciones localizadas en las cercanías del Golfo de California con mayor tiempo de medición. Para ello, los datos de cada estación (que representan una diferencia entre la posición observada y su posición de referencia NEU para cada componente norte (dN) y componente este (dE)), son promediados cada 0.025 fracciones de año, es decir, cada 9 días aproximadamente. La figura 5 muestra las diferencias entre las posiciones promedio de ambas estaciones en las direcciones norte y este (primeros dos gráficos), además, la magnitud de los sismos que se presentaron en ese tiempo (tercer gráfico).

Fuente: elaboración propia.

Figura 5 Cambio de la diferencia en la posición entre las estaciones “CULC” y “MDS1”. Las series dN y dE para cada estación han sido promediadas y restadas una de la otra, eliminando posteriormente la velocidad promedio entre las placas. El tercer gráfico representa la magnitud (M_w≥5.0) del sismo observado en el Golfo de Baja California. 

Posteriormente, se calcula la diferencia entre los valores promedios obtenidos anteriormente entre dos estaciones con tiempos de observación comunes. De esta diferencia se removió la tendencia principal correspondiente a la velocidad relativa promedio entre placas, esto fue restado con una constante para que las variaciones restantes partieran desde cero. En otras palabras, las series en los primeros gráficos (figura 5), representan un aumento o disminución de la distancia entre dos estaciones en el sistema de referencia tomando como partida el cero. En este sentido, las placas no se separan a una velocidad constante, y sería interesante analizar si existe alguna relación entre la velocidad de movimiento relativo y los sismos.

Fuente: elaboración propia

Figura 6 Distribución de velocidades de movimiento relativo entre las estaciones “CULC” y “MDS1” calculadas cada 55 días (verde) y 55 días antes del sismo (rojo): (a) componente norte, (b) componente este. 

Con este propósito se realizó el cálculo de la velocidad de movimiento relativo para dos situaciones. En el primer caso se calculó la velocidad promedio en intervalos de 55 días para el periodo de 2010-2016. En el segundo caso se calculó para intervalo de 55 días anteriores a los sismos listados en la tabla 1. En la figura 6 se muestran las distribuciones de velocidad del movimiento relativo en relación con la probabilidad de ocurrencia de un sismo; así mismo, la figura 6a muestra la distribución de la componente norte de la velocidad relativa para todos los intervalos (verde) y para los intervalos previos al sismo (rojo). La Figura 6b muestra las mismas distribuciones, para el componente este. Como se puede observar, en ambos casos la probabilidad de observar el sismo aumenta con la velocidad relativa.