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El presente trabajo refleja la evolución de las diversas técnicas geodésicas de medición que se han aplicado en el monitoreo del fenómeno de subsidencia que ocurre en la Costa Oriental del Lago de Maracaibo (COLM). Desde el descubrimiento de la subsidencia en esta zona (1927) hasta la actualidad, podríamos resumir dicha evolución geodésica en 4 etapas, comenzando con la técnica de Nivelación, seguida por la incorporación GPS y luego GNSS y finalmente en los años más recientes la incorporación de DInSAR. Todas estas técnicas en si mismas han venido evolucionando y cada vez perfeccionándose. Resaltando que su combinación optimizada (última etapa) ha permitido un mejor monitoreo y comprensión de dicho fenómeno.

Etapa Nivelación

La primera etapa comienza en el año 1927, con el primer estudio planialtimétrico en la región de Lagunillas, debido a las inundaciones continuas de la zona (Trutmann, 1949). En 1929 deciden repetir las mediciones y al comparar los valores entre las dos campañas, se detecta por primera vez subsidencia y se decide instalar una red geodésica de control vertical (Leal, 1989).

Para 1932 se instalan los primeros puntos de control vertical (BM, por sus siglas en inglés) en la región de Cabimas, y en 1933 se detectan valores de subsidencia en esta zona, lo que hace necesario extender la red, por tanto, ya para 1934 existían 269 BM en toda el área terrestre y 475 en todo el lago.

Hasta el año 1936 las campañas se hicieron anuales, a partir de allí se implementa un seguimiento bienal del fenómeno, extendiendo la red hacia los lugares donde se perforaban nuevos pozos de producción. Por este motivo, en 1937 y 1938 se instala la red de nivelación en Tía Juana y Bachaquero y se realizan las primeras mediciones.

Para continuar con el monitoreo de la subsidencia y los procesos geofísicos y geológicos que eso implica, en 1977 se instala la primera red regional de mediciones gravimétricas con un convenio entre MARAVEN y la Escuela de Ingeniería Geodésica de la Universidad del Zulia (EIG-LUZ) (Henneberg et al, 1980).

Las mediciones de nivelación de precisión han continuado con el pasar de los años hasta la actualidad, con algunas interrupciones en las campañas, existiendo 2,282 puntos de control vertical distribuidos por toda la zona.

Etapa GPS/GNSS

Para el año 1988 con el auge del Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés) se instala la primera red GPS y se realizan las mediciones de prueba en la sección de Tía Juana, simultáneamente con la nivelación de precisión, obteniéndose diferencias de alturas milimétricas entre las dos técnicas (Murria, 1991; Chrzanowski et al. 1988).

Ante estos resultados de alta calidad, en 1990, se incluye al GPS como parte las técnicas para el monitoreo de este fenómeno (Walford, 1995).

Las campañas GPS, se realizaron paralelamente a las mediciones convencionales, durante los años 1992, 1994, 1996, 1998, 2002, 2005 y 2007. Hasta el año 2005 la red GPS de monitoreo estuvo conformada por 29 vértices (Hoyer et al., 2005) y para la campaña de medición de 2007, llegó a tener 94 estaciones distribuidas regularmente en la zona (Suárez y Higuera, 2007).

Las campañas GPS de 1992 a 1998 fueron medidas por PDVSA y procesadas por el Laboratorio de Geodésica Física y Satelital de LUZ (LGFS-LUZ), mientras que las campañas de los años 2002 y 2005 fueron medidas y procesadas en su totalidad por el LGFS incluyendo las mediciones gravimétricas.

Finalmente, a partir del año 2007 la campaña GNSS y de gravimetría se ejecutó y procesó en conjunto por personal de PDVSA y el Instituto de Tecnología Venezolana para el Petróleo (INTEVEP) (Suárez e Higuera, 2007).

Etapa DInSAR

En 2012, se incorpora la técnica Interferometría Diferencial por Radar de Apertura Sintética (DInSAR, por sus siglas en inglés) para complementar y robustecer los estudios de subsidencia. En total se han realizado 4 proyectos utilizando esta técnica, los detalles de cada campaña se presentan en la Tabla 1.

De todos estos estudios DInSAR realizados se pudo comprobar que ésta técnica ofrece resultados de alta exactitud en condiciones ideales, pudiendo no ser tan efectiva de acuerdo a las condiciones de la vegetación y las actividades en dicha superficie, por ejemplo donde exista actividad agrícola. Otro aspecto a resaltar de estos estudios, es que en algunas zonas se detectaron focos de deformación vertical (uplift) en dirección opuesta al fenómeno de subsidencia.

Finalmente, uno de los mayores aportes de esta técnica es que permitió generar resultados de alta exactitud tanto en tierra como en los campos petrolíferos ubicados en el Lago de Maracaibo. Aquí la alta cantidad y densidad de pozos y plataformas fijas instaladas en el lago sirvieron de reflectores ideales para las señales de radar. Al evaluar las potencialidades y las altas calidades obtenidas se abrió la posibilidad de ampliar su uso a otras áreas de investigación como lo es el estudio de yacimientos, el trabajo presentado por González, 2016, es un ejemplo de ello.

Etapa de Optimización y Combinación

Para el 2015 se había alcanzado una importante madurez y experticia técnica tanto en GNSS como en DInSAR aplicadas al estudio de este fenómeno, lo que permitió desarrollar una propuesta que incluyó ambas en su monitoreo, esta fase contempla:

  • Instalar una red de estaciones GNSS para monitoreo continuo, y una red de reflectores SAR permanentes (CRInSAR, por sus siglas en inglés).
  • Optimizar la frecuencia de captura de imágenes SAR y las campañas de nivelación clásica.
  • Adicionar colección de datos LiDAR para la generación de los modelos digitales de elevación.
  • Combinar toda la información geodésica disponible para crear modelos de predicción más robustos.
  • Crear un grupo de procesamiento dedicado a mantener dicha infraestructura geodésica y generar los resultados y análisis correspondientes.

Desafortunadamente, por razones presupuestarias, dicho proyecto no logro ser implementado.

Conclusiones:

Como resumen de lo expuesto y analizado durante este viaje histórico se presenta la Tabla 2, donde se unifica el seguimiento de la subsidencia en la COLM, a través de las distintas técnicas geodésicas aplicadas, cada una adaptada a la generación tecnológica correspondiente.

Es de especial interés resaltar que a pesar de que se tratan de herramientas diferentes entre sí, en lo que se refiere a su fundamento físico, instrumentación y procesamiento, todas han generado resultados de alta calidad para darle continuidad al monitoreo de este fenómeno. Además, estos proyectos son un ejemplo concreto donde coexisten e interactúan de manera perfecta las distintas ramas de la geodesia clásica, satelital y sensores remotos.

Como comentario final, es importante resaltar que cada una de las técnicas geodésicas han tenido un gran aporte para lograr un mejor entendimiento de dicho fenómeno, complementándose unas con otras y demostrando que haciendo uso óptimo de su combinación se pueden lograr resultados mucho más robustos.

Nota:

Los autores agradecen a todas las personas e instituciones que colaboraron en la compilación de esta información histórica así como el soporte gráfico aquí expuesto, especialmente a la Escuela de Ingeniería Geodésica de la Universidad del Zulia a través de su Laboratorio de Geodesia Física y Satelital, Petróleos de Venezuela S.A., Airbus y la Agencia Espacial Europea

Referencias:

– Arenas I. Hernández B. Royero G. Cioce V. Wildermann E. (2019). Detección de subsidencia por efecto de extracción petrolera aplicando la técnica DInSAR en Venezuela. Mapping Vol. 28, 195, 18-26. Mayo-junio 2019. ISSN: 1131-9100

– Chrzanowski A., Chen Y., Leeman R., Leal J. (1988). Integration of the Global Positioning System with geodetic leveling surveys in ground subsidence studies. Proceedings of the 5th International (FIG) Symposium on Deformation Measurements. UNB. Fredericton, Canada. Pp.142-151.

– González D. (2016). Comparación del modelo geomecánico del yacimiento lagunillas inferior 07 con el modelo petrofísico para explicar el fenómeno de subsidencia. Trabajo de Grado. División de Estudios para graduados. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia

– Henneberg H., Badell C., Drewes H. (1980). Investigaciones recientes sobre la subsidencia de la Costa Oriental del Lago de Maracaibo. Revista Técnica de la Facultad de Ingeniería. Vol 3, n° 1.

– Hoyer M., Wildermann E., Leal J., Gallardo J., Rothe C., Suarez H. (2005). Geodetic measurements for controlling subsidence effects at Lake Maracaibo zone. 19to Colloquium on Latin American of Geociences, 18-20 April, 2005. Potsdam, Alemania

– Leal J. (1989). Integration of Satellite Global Positioning System and Levelling for the Subsidence Monitoring Studies at the Costa Bolivar Oil Fields in Venezuela. M.Sc.E. thesis. Department of Surveying Engineering Technical Report No. 144. University of New Brunswick. Fredericton, Canada.

– Murria J. (1991). Subsidence Due to Oil Production in Western Venezuela: Engineering Problems and Solutions. Proceedings of the Fourth International Symposium on Land Subsidence. IAHS Publ. no. 200.

– Suárez H., Higuera M. (2007). Mediciones GNSS para el control de subsidencia en la COLM (2007). Gerencia de Geofísica y Geodesia. Petróleos de Venezuela S.A. Zulia, Venezuela

– Suárez H., González D. y Rothe C. (2013). Estudio DInSAR (ALOS-PALSAR) para la determinación de subsidencia en la COLM (2007-2011). Departamento de Sensores Remotos. Petróleos de Venezuela S.A. Zulia, Venezuela

– Suárez H., González D., Rothe C. y Ramos, F. (2014). Estudio DInSAR (TerraSAR-X) para la determinación de subsidencia en la COLM (2011-2013). Departamento de Sensores Remotos. Petróleos de Venezuela S.A. Zulia, Venezuela

– Suárez H., González D., Rothe C., Ramos, F. y López A. (2015). Estudio DInSAR (TerraSAR-X) para la determinación de subsidencia en la COLM (2011-2014). Departamento de Sensores Remotos. Petróleos de Venezuela S.A. Zulia, Venezuela

– Trutmann O. (1949). Report on the activities of topographical Dept. Departamento de Toporafía. Compañía Shell. Caracas, Venezuela

– Walford J. (1995). GPS Subsidence Study of the Costa Bolivar Oil Fields, Venezuela. M.Sc.E. thesis. Department of Geodesy and Geomatics Engineering Technical. Report No. 174, University of New Brunswick. Fredericton, Canada.

Ileanis Arenas

Hermógenes Suárez

Darío González