REDES SÍSMICAS EN ECUADOR INTRODUCCIÓN Wilson Enríquez

1. REDES SÍSMICAS EN ECUADOR INTRODUCCIÓN Wilson Enríquez El Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional es el organismo encargado de la vigilancia Sísmica y volcánica en el Ecuador. Ecuador dispone de dos tipos de redes para monitoreo de eventos sísmicos. Red Nacional de Sismógrafos para eventos tectónicos Redes locales para volcanes activos. La Red Nacional esta compuesta por 50 estaciones sísmicas ubicadas a lo largo de todo el territorio ecuatoriano. Las Redes locales están alrededor de los volcanes y están compuestas de 8 a 10 estaciones. El tipo de estación utilizada en estas redes en general es la analógica simple compuesta de sismómetro de 1 hertzio vertical ( L4c) con VCO analógico y transmisión en UHF con radios también analógicos.

2. La instrumentación que disponemos en estas redes es la siguiente: Estaciones de período corto 1 Hz de una y tres componentes. Estación Digital de Banda Ancha. DAS ( Sistema Digital de Adquisición) Redes de Vigilancia Instrumental El Instituto Geofísico mantiene dos redes de vigilancia instrumental, la Red Nacional de Sismógrafos (RENSIG) y la Red Nacional de Observatorios Volcánicos (ROVIG). En la figura que está a continuación se encuentra la distribución de todas las redes que al momento dispone el Instituto Geofísico tanto para la actividad tectónica como volcánica.

3. REDES DE VIGILANCIA DEL INSTITUTO GEOFÍSICO

4. En el sector insular de las Islas Galápagos se cuenta con 6 estaciones sísmicas instaladas en las Islas Fernandina (1 estación), Isabela (3 estaciones), Barlolomé (1) y Santa Cruz (1 estación de Banda Ancha que es parte de la red mundial de estaciones sísmicas IRIS).La actividad sísmica en el país es alta, la Red Sísmica Nacional, puede registrar entre 2000 y 5000 eventos por año, de acuerdo a la ocurrencia de enjambres tectónicos o grandes sismos y sus réplicas.Red de Observatorios VulcanológicosLa Red Nacional de Observatorios Volcánicos que mantiene el Instituto Geofísico (ROVIG), se dividen en 3 de nivel 1 correspondientes a los volcanes Tungurahua, Cotopaxi, Guagua Pichincha. Para los volcanes Reventador (OVREV), y Cayambe (OVCAY) se mantienen observatorios con un nivel de vigilancia intermedio o de Nivel 2. En otros volcanes como Antisana, Cuicocha, Cerro Negro, Soche, Quilotoa y Chimborazo el IG dispone de un nivel de vigilancia mínimo o de Nivel 3. En el caso del volcán Antisana, debido al incremento de la sismicidad en especial este último año, se requiere elevar el nivel del monitoreo al menos a 2 para conformar un Observatorio de vigilancia volcánica.

5. La Red Nacional de Sismógrafos del Instituto Geofísico (RENSIG) tiene instaladas 50 estaciones sísmicas de período corto en la parte centro y norte del país y en las Islas Galápagos (Figura 1). Las estaciones forman parte de la Red Nacional de Sismógrafos (Red Sísmica Nacional), en este grupo también se incluyen las estaciones de los volcanes Cerro Negro (ECEN), Soche (SOCH), Cotacachi (COTA), Quilotoa (QIL1) y Antisana (ANTI). En el caso del volcán Antisana, debido al incremento de la sismicidad en especial este último año, se requiere elevar el nivel del monitoreo para conformar un Observatorio de vigilancia volcánica.El resto de estaciones sísmicas de la RENSIG se ubican en la zona costera en los sectores de San Lorenzo (LORE), Quinindé (CUPA), sector costa adentro de Pedernales (MAGD), en Jama (JAMA), en Montecristi (HOJA) y en Salinas (SALI); en la zona del Valle Interandino en el sector de Pisayambo (PISA), en el sector de Igualata (IGUA) y en la parte sur del mismo muy cerca de la población de El Tambo en la Provincia de Cañar (CARS); y en la zona Oriental: en el sector del volcán Reventador (REVE), cerca de Tena (TENA) y en Palora (PALO). Como complemento de la vigilancia sísmica en la región interandina, se cuenta con una estación de Banda Ancha en el sector de Otavalo (OTAV); dicha estación es parte de la red mundial de estaciones IRIS.Con el incremento de la actividad volcánica desde 1998, las redes volcánicas locales han registrado alrededor de 130.000 eventos al año.Tanto la RENSIG como la ROVIG tienen una vigilancia permanente durante las 24 horas al día, los 365 días del año, lo cual permite contar con una respuesta inmediata durante una crisis sísmica o volcánica.

6. El OVT Tungurahua, está formado por una red de 7 estaciones sísmicas de un componente vertical y una estación de tres componentes. Adicionalmente posee una estación sísmica de Banda Ancha. Cuenta con 2 estaciones de inclinometría electrónica, un pluviómetro, una red de EDM y 2 estaciones para monitoreo de lahares. Adicionalmente se tienen puntos fijos para medición de características físico-químicas de las aguas termales El OVCTX Cotopaxi, está constituido por 5 estaciones sísmicas verticales de un componente, 2 estaciones de tres componentes y una estación de Banda Ancha. Se incluye una estación de inclinometría electrónica, una red de EDM, 2 estaciones de GPS a tiempo continuo y 12 estaciones para monitoreo de lahares.El OVGGP Guagua Pichincha, consta de 7 estaciones de un componente vertical y 2 estaciones de tres componentes. Una estación de inclinometría electrónica y una red de EDM. El OVREV Reventador, está formado por 4 estaciones sísmicas de un componente. Se realizan mediciones de la concentración de SO2 usando el COSPEC. (Figura 1)El OVCAY Cayambe, está formado por dos estaciones de un componente vertical y una de tres componentes. Se efectúan medidas de la concentración de SO2 con el COSPEC. (Figura 1)

7. 7. CARACTERISTICAS DE LA ADQUISICION (RECORDING): Proyecto futuro: 2 estaciones en la zona costera. La red tiene dos tipos de adquisición: Sistema análogo con registradores que usan tambores con bandas ahumadas. Sistema digital, en este se usan dos tipos: ACQ desarrollado por la Universidad de Grenoble (Francia), se usan para la adquisición tarjetas de tipo DT-2814 (Data Translation). Eartworm, desarrollada por el USGS-VCAT (Estados Unidos). Para la adquisión usa una tarjeta multiplexora. La taza de muestreo para los dos sistemas es 100 muestras/segundo. ACQ trabaja con disparos mientras que Eartworm también tiene grabación continua. El rango dinámico es 47 db. La señal de tiempo es un GPS para ACQ y para Eartworm es un GPS con una salida IRIG-E. El Instituto Geofísico va incrementando sus redes de acuerdo al presupuesto que dispone en cada año.

8. Red sísmica actual

9. Instrumentación sísmica ü6 estaciones de un componente vertical de 1 Hz. ü2 estaciones de tres componentes de 1 Hz ü1 estación Lennartz tres componentes de 5 seg. ü3 repetidoras üTOTAL: 15 canales sísmicos de vigilancia permanente

10. Descripción de una estación sísmica telemétrica Equipo en el campo •un sensor (sismómetro) •sistema de amplificación •modulador de frecuencia (VCO) •transmisión radio UHF y antena Equipo de oficina •sistema de recepción •radiorreceptores •discriminador de señales (demodulador) •un sistema de registrotarjetas de adquisición (AD y multiplexor) software de adquisición ACQ (Grenoble, Francia) EARTHWORM(USGS USA) Software de tratamiento de datos (SISMALP y SEISAN)

11. Desarrollo de equipo de monitoreo. En el Instituto Geofísico se desarrolla una buena parte de las estaciones sísmicas. A continuación mostraremos algunas de las partes que se construyen:VCO multitarea construido en el IG

12. Digital Acquisition System Tecnología digital de punta

13. Oscilador Controlado por Voltaje con selección de frecuencia • Características • El ancho de banda es de 250 Hz y, permite seleccionar el valor de ganancia de voltaje en un rango desde 0 dB, (ganancia 1); hasta 90 dB (30000 veces), en pasos de 6 dB. • Permite enviar señales de control como: nivel de batería, prueba de la señal de sensor y comprobación del VCO, para facilitar la tarea de mantenimiento de la Red Sísmica • Permite transmitir en forma digital y análoga Diagrama de Bloques

14. Funcionamiento • La señal sísmica analógica procedente del geófono, se amplifica, va a un convertidor A/D y pasa en forma digital al microcontrolador para luego ser transferida al oscilador. • El convertidor Análogo-Digital, es de tipo Sigma-Delta AD7706, este dispositivo trabaja a 16 bits y tiene un filtro pasabajos digital. El convertidor mejora la resolución mediante decimación. Este tratamiento matemático lleva implícito un nivel de filtrado. • La síntesis de frecuencias se basa en un PLL. Esta tecnología permite multiplicar una frecuencia base, obtenida de un cristal, por un número entero arbitrario constituyéndose en parte primordial del circuito, ya que permite sintetizar las frecuencias acorde a las subportadoras que se requieran. Dado que los valores de frecuencia son arbitrarios, se puede programar al valor deseado e inclusive es posible transmitir datos a baja velocidad. • La generación de una señal sinusoidal a partir de una onda cuadrada se logra mediante un convertidor digital análogo (DAC0808) y una memoria eprom en la que se han almacenado los valores correspondientes a una onda sinusoidal. • El PLL realiza la síntesis con referencia a un cristal de cuarzo, por lo que las señales producidas no son susceptibles de derivas térmicas o de otro tipo. El control del proceso de modulación mediante software del microcontrolador impide también que la señal salga del canal asignado y permite limitar las saturaciones de un modo seguro

15. Registros Software para programación Registro análogo

16. Software para Banco de Pruebas desarrollado en el IG

17. DAS (Digital Acquisition System) Es un sistema de adquisición, almacenamiento y tratamiento de señales sísmicas en tiempo real, cuentacon tres canales deconversión tipo signa-delta de 16 o24 bits. Unmicrocontrolador phillips de ultima generación maneja los procesos deadquisición y análisis de señales, este microcontrolador permite unaserie de procesos para el análisis de señales que hacendel sistema no solo un equipo de adquisición sino unaherramienta de análisis en tiempo real. Este sistematiene la posibilidad de almacenamiento “in situ” o telemetría digital para lo que se ha desarrollado unsoftware de almacenamientoy análisis de trazas.

18. CONVERSOR ANALOGO-DIGITAL SIGMA-DELTA 3 CANALES 16-24 BITS ANALISIS DE SEÑALES AUTOCOMPROBACION DE PARAMETROS DEL SISTEMA SISTEMA DE ADQUISICION DIGITAL ALGORITMOS DE DISPARO Y ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO DE INFORMACION TRANSMISION DIGITAL

19. ESQUEMA DAS

20. CARACTERISTICAS • CONVERSION SIGMA-DELTA 16-24 BITS • 128 MB CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO • TRANSMISION DIGITAL DE BAJA POTENCIA • AUTO-VERIFICACION DE PARAMETROS DEL SISTEMA • SOFTWARE DE ANALISIS Y ALMACENAMIENTO

21. SAMI S ISTEMA DE A DQUISICION M ONITOREO INTEGRADO

22. CARACTERISTICAS SAMI comprende una serie de equipos para el monitoreo volcánico, mismos que han sido desarrollados por completo en el IG, Las ventajas que brindan estos Sistemas son: Alta confiabilidad Bajo costo Reproducción en serie Versatilidad

23. SAMI • SAMI PLUVIOMETRIA (VOLCAN REVENTADOR) • SAMI SALVE FACCHA (PRESA SALVE FACCHA) • SAMI SISMICA (VOLCAN COTOPAXI) • SAMI LECTURA • SAMI ADQUISICION

24. SAMI SISTEMA PLUVIOMETRIA

25. ESQUEMA GENERAL PERIFERICOS BASE CONEXIÓN DE RED ESTACION RECEPCION

26. CARACTERÍSTICAS • Precisión de 1mm de lluvia • Telemetría digital de baja potencia • Recepción, visualización y almacenamiento de datos en tiempo real • Monitoreo a través de una Intranet, monousuario con proyección a multiusuarios.

27. ESQUEMA DE LOS PERIFERICOS DE SAMI PLUVIOMETRIA PLUVIOMETRO COMUNICACION DIGITAL SAMIHARD (Lógica de Instrumentación) SISTEMA DE ALIMENTACION

28. SAMIHARD COSTOS SAMIHARD LOGICA: PROGRAMACION ENSAMBLADOR??? HARDWARE

29. ESQUEMA DE SAMIHARD

30. SOFTWARE Desarrollado en Visual Basic • Recepción • Visualización • Almacenamiento de datos en tiempo real Existen dos versiones finales: SAMI 1.3 SAMIRED 1.0

31. SAMI 1.4

32. MONTAJE DEL SISTEMA Estación Periférica Reventador Alto Estación de Recepción San Rafael Estación Periférica Montana Alto Estación Periférica Copete

33. INSTALACION DEL PERIFERICO DE SAMI

34. RESULTADOS GRAFICOS

35. SAMI ALERTA DE LAHARES PRESA SALVE FACCHA

37. ESQUEMA GENERAL ESTACION DE REPETIDORA SISTEMA DE MONITOREO BOOSTER 1 UNIDAD INTELIGENTE DE RECEPCION Y DISPARO DE ALERTAS UNIDAD DE RESPALDO

38. VISTA FRONTAL DE LA PRESA

39. ESQUEMA DEL HARDWARE DE RECEPCIÓN Y DISPARO DE ALERTAS

40. ESQUEMA FRONTAL DE LA PRESA

41. ESTACION CENTRAL ESTACION CENTRAL PERIFERICO #3 PERIFERICO #1 PERIFERICO #4 PERIFERICO #2 ESQUEMA DEL SISTEMA DE MONITOREO

42. ESQUEMA DEL SISTEMA DE MONITOREO UNIDAD DE CONTROL TX PERIFERICOS 1 PERIFERICOS 2 PERIFERICOS 3 PERIFERICOS 4 BOOSTER 1 CONVERSOR COMPUTADOR SISTEMA SCADA CONVERSOR

43. ESTACION REPETIDORA TRANSCEIVER CERRO ROSAS PUNGO

44. ESTACION OYACACHI RX UNIDAD INTELIGENTE RACK DE CONTROL

45. CARACTERISTICAS GENERALES DEL SISTEMA • ESTACION CENTRAL: • MONITOREO DEL ESTADO DE PERIFERICOS • ALGORITMO DE DISPARO DE ALERTAS • MONITOREO DE PARAMETROS DE SISTEMA • TRANSMISION • ESTACIONES PERIFERICAS: • MONITOREO DE SENSORES DE ROMPIMIENTO

46. MODULO CENTRAL • El microcontrolador PIC16F870 manejará el algoritmo de disparo de alertas. • La transmisión es digital a una velocidad de 9600 BPS, el radio a utilizarse es un radio neulink.

47. MODULO PERIFERICO • El microcontrolador PIC16F870 manejará el monitoreo de cuatro sensores de rompimiento. • El módulo periférico contará con comunicación serial para la transmisión de datos con el módulo central.

48. SOFTWARE TIEMPO REAL ALARMAS VISUALES ALARMAS AUDIBLES SEGUIMIENTO DE LA EMERGENCIA

49. PROGRAMA PRINCIPAL INICIO VOLT.BATERIA VERIFICACION TIEMPO DE RECEPCION

50. SECUENCIA DE COMUNICACION MADRE REPETIDORA RECEPCION HIJO