Deformaciones gravitacionales profundas de ladera en México: detección y caracterización del fenómeno a través de la técnica PSI (Persistent Scatterer Interferometry)

Abstract

"Las Deformaciones Gravitacionales Profundas de Ladera (DGPL) son procesos de remoción en masa (PRM) poco conocidos en México. Movilizan millones de metros cúbicos de roca y su tasa de deformación se encuentra en el límite de detección de la mayoría de técnicas de monitoreo. Las DGPL provocan daños sustanciales a estructuras civiles y pueden llegar a un punto de total colapso, lo que genera condiciones de riesgo extremadamente altas para las poblaciones locales. Las técnicas interferométricas avanzadas, como PSI (Persistent Scatterer Interferometry), permiten la detección y caracterización de las DGPL. La técnica PSI aprovecha rasgos en el terreno que son permanentes y consistentes dentro de un conjunto de imágenes SAR (Synthetic Aperture Radar). De esta forma, la decorrelación disminuye y el comportamiento de la fase interferométrica es más estable, permitiendo calcular una serie de tiempo de la deformación a nivel milimétrico. Los casos de estudio presentados en este trabajo, dos en el Oriente de Michoacán y otro en San Luis Potosí, se desarrollan en ambientes tectónicos complejos. El primero, la DGPL Jungapeo (Mich.), tiene 530 m ancho, 460 m de largo y un desnivel topográfico de 160 m. Moviliza un volumen mínimo de 0.9 Mm3 y afecta una secuencia de areniscas, lutitas y caliza recristalizada. En su cuerpo se identifican 25 PRM secundarios, múltiples escarpes secundarios y grietas de tensión. Entre 2015 y 2017 el movimiento acumulado (GPS diferencial) fue de 6 m horizontales y 2 m verticales. El segundo caso, la DGPL Las Pilas (Mich.), tiene dimensiones de 700 m de longitud, 360 m de ancho y un desnivel topográfico de 130 m. El volumen mínimo desplazado es de 1 Mm3 y se desarrolla sobre una brecha de composición andesítica. Al menos 19 PRM secundarios forman parte de la zona afectada y el movimiento acumulado (GPS diferencial), entre 2013 y 2017, fue de 16 cm verticales y 34 cm horizontales. En ambos casos, los factores condicionantes son la presencia de litología deformada e intemperizada, pendientes relativamente abruptas y el cambio de prácticas agrícolas. El factor detonante principal es el exceso de agua provocado por un sistema de riego ineficiente, que también genera un comportamiento de aceleración anómalo durante la época de secas. El análisis PSI, aplicado regionalmente para la detección de nuevas zonas afectadas por DGPL, sufrió de decorrelación temporal. Sin embargo, se detectaron 6 zonas anómalas relacionadas a problemas estructurales en asentamientos humanos de reciente desarrollo y formación de cárcavas por erosión hídrica severa. El tercer caso, la DGPL Cañón de Yerbabuena (S.L.P.), tiene 907 m de ancho, 887 m de largo, una diferencia topográfica de 148 m y se desarrolla litológicamente sobre latitas y riodacitas. Desplaza un volumen mínimo de 7 Mm3 y dentro de la zona afectada se identificaron un contra-escarpe, 57 escarpes secundarios, grietas de tensión, zonas de desprendimiento activas, abultamiento y nueve PRM secundarios. Los resultados PSI muestran una tasa de deformación de 2.0 a 29.7 mm/año y tendencias (lineales y no-lineales) que indican un proceso complejo o fragmentación del macizo rocoso. Los eventos orogénicos y volcánicos que originaron la geometría del valle, así como el intemperismo y fracturamiento intenso, son los factores condicionantes principales. Los factores detonantes, la lluvia de temporada y erosión pluvial, controlan a largo plazo el comportamiento de la deformación y la remoción de material al pie de la ladera, respectivamente. Además, en las tres DGPL se han registrado eventos de aceleración provocados por lluvias atípicas que generaron PRM secundarios y afectaciones en las estructuras civiles locales."

"Deep-seated Gravitational Slope Deformations (DSGSD) are a type of landslide little known in Mexico. They mobilize millions of cubic meters of rock and their deformation rate is at the limit of detection of most monitoring techniques. DSGSD cause substantial damage to civil structures and can reach a point of total collapse, generating extremely high-risk conditions for local populations. Advanced interferometric techniques, such as PSI (Persistent Scatterer Interferometry), allow the detection and characterization of DSGSD. The PSI technique takes advantage of ground features that are permanent and consistent within a set of SAR (Synthetic Aperture Radar) images. Therefore, the decorrelation decreases and the behavior of the interferometric phase is more stable, allowing to calculate a time series of the deformation at millimetric scale. The case studies presented in this work, two in eastern Michoacán and another in San Luis Potosí, are developed in complex tectonic environments. First, the DSGSD Jungapeo (Mich.) is 530 m wide, 460 m long and has a local relief difference of 160 m. It mobilizes a minimum volume of 0.9 Mm3 and affects a sequence of sandstones, shales and recrystallized limestone. Inside its body are identified 25 secondary landslides, multiple secondary scarps, and tension cracks. Between 2015 and 2017 the accumulated movement (differential GPS) was 6 m horizontal and 2 m vertical. The second case, DSGSD Las Pilas (Mich.), has dimensions of 700 m long, 360 m wide and a local relief difference of 130 m. The minimum displaced volume is 1 Mm3 and develops over an andesitic breccia. At least 19 secondary landslides are part of the affected area and the accumulated movement (differential GPS), between 2013 and 2017, was 16 cm vertical and 34 cm horizontal. On both slopes, the conditioning factors are the presence of deformed and weathered lithology, relatively steep slopes and the change in agricultural practices. The main triggering factor is excess water caused by an inefficient irrigation system, which also generates an anomalous acceleration behavior during the dry season. The PSI analysis applied regionally for the detection of new areas affected by DSGSD, suffered from temporary decorrelation. However, six anomalous zones were detected related to structural problems in recently developed human settlements and the formation of gullies due to severe water erosion. The third case, DSGSD Cañón de Yerbabuena (S.L.P.), is 907 m wide, 887 m long, has a local relief difference of 148 m and lithologically develops on latite and riodacite. It displaces a minimum volume of 7 Mm3 and within the affected area were identified a counter-scarp, fifty-seven secondary scarps, tension cracks, active detachment zones, bulge, and nine secondary landslides. The PSI results show a deformation rate of 2.0 to 29.7 mm/year which trends (linear and nonlinear) indicate a complex behavior or fragmentation of the rock massif. The orogenic and volcanic events that originated the geometry of the valley, as well as weathering and intense fracturing, are the main conditioning factors. On the other hand, as triggering factors, seasonal rainfall and rainfall erosion control in the long term the behavior of the deformation and the removal of material at the foot of the slope, respectively. In addition, acceleration events caused by atypical rains have been recorded in the three DSGSD, generating secondary landslides and affecting local civil structures."