Earth Sciences Research Journal

MAPPING SUBSURFACE FORMATIONS ON THE EASTERN RED SEA COAST IN JORDAN USING GEOELECTRICAL TECHNIQUES: GEOLOGICAL AND HYDROGEOLOGICAL IMPLICATIONS

During 2006, geoelectrical measurements using the vertical electrical sounding (VES) method were conducted on the eastern Red Sea coast in Jordan , using the SYSCAL-R2 resistivity instrument. The objectives of the study were (i) to evaluate the possibility of mapping of Quaternary sediments medium in areas where little is known about the subsurface geology and to infer shallow geological structure from the electrical interpretation, and (ii) to identify formations that may present fresh aquifer waters, and subsequently to estimate the relationship between groundwater resources and geological structures. Data collected at 47 locations were interpreted first with curve matching techniques, using theoretically calculated master curves, in conjunction with the auxiliary curves. The initial earth models were second checked and reinterpreted using a 1-D inversion program (i.e., RESIX-IP) in order to obtain final earth models. The final layer parameters (thicknesses and resistivities) were then pieced together along survey lines to make electrical cross sections. Resistivity measurements show a dominant trend of decreasing resistivity (thus increasing salinity) with depth and westward toward the Red Sea. Accordingly, three zones with different resistivity values were detected, corresponding to three different bearing formations: (i) a water-bearing formation in the west containing Red Sea saltwater; (ii) a transition zone of clay and clayey sand thick formation; (iii) stratas saturated with fresh groundwater in the east disturbed by the presence of clay and clayey sand horizons. Deep borehole (131 m) drilled in the northwestern part of the study area for groundwater investigation, has confirmed the findings of the resistivity survey.

Durante 2006, mediciones geoeléctricas que usaban el método eléctrico vertical de sondeo (EVS) fueron realizadas en la costa oriental del mar rojo en Jordania, usando el instrumento de resistividad SYSCAL-R2. Los objetivos del estudio fueron (i) evaluar la posibilidad de cartografiar los sedimentos cuaternarios en áreas donde poco se sabe sobre la geología subterránea y deducir estructuras geológicas someras a partir de interpretación eléctrica, y (ii) identificar formaciones que pueden presentar acuíferos, y posteriormente estimar la relación entre recursos de agua subterránea y estructuras geológicas. Los datos recolectados en 47 sitios fueron interpretados primero con técnicas para emparejar las curvas, usando curvas principales teóricamente calculadas, conjuntamente con las curvas auxiliares. Los modelos iniciales terrestres fueron comprobados y reinterpretados en segundo lugar usando un programa de inversión 1-D (i.e., RESIX-IP) para obtener modelos finales terrestres. Los parámetros finales de la capa (espesores y resistividades) entonces fueron ensamblados a lo largo de líneas de medición para hacer secciones transversales eléctricas. Las mediciones de resistividad demuestran una tendencia dominante de disminución de la resistividad (además incremento de la salinidad) con la profundidad y hacia el oeste del mar rojo. Por consiguiente, tres zonas con diversos valores de resistividad fueron detectadas, correspondiendo a tres diferentes formaciones portadoras: (i) una formación acuífera en el oeste que contiene el agua salada del mar rojo; (ii) una zona de transición entre arcilla y arena gruesa arcillosa; y (iii) estratos saturados con agua subterránea fresca en el este con presencia de arcilla y horizontes arcillosos arenosos. Pozos (131 m) perforados en la parte noroccidental del área del estudio para la investigación de agua subterránea, han confirmado los resultados.

ACURATE GRAVITY ANOMALY INTERPOLATION: : A CASE-STUDY IN CAMERRON, CENTRAL AFRICA

Many treatments in geodesy and geophysics require regularly gridded gravity anomalies. The gridding of gravity data needs interpolation. For the predicted data to be accurate, the smoothest type of gravity anomaly should be used along with the most indicated prediction method. This paper presents the comparison of various prediction methods applied on different types of gravity anomalies and considering the relative geological complexity of the study area. Many algorithms are tested and the suitability of each type of anomaly and each prediction method discussed in a case-study in Cameroon ( Central Africa ), using a set of 43,000 gravity data points to determine the must accurate prediction technique.

Muchos tratamientos en geodesia y geofísica requieren que las anomalías gravimétricas se encuentren en grillas regulares. Esta disposición de los datos de gravedad requiere interpolación. Para que los datos predichos sean exactos, la anomalía gravimétrica más fina debe ser utilizada junto con el método más indicado para predicción. Este artículo presenta la comparación de varios métodos de predicción aplicados a diversos tipos de anomalías gravimétricas y considerando la relativa complejidad geológica del área del estudio. Se probaron una gran cantidad de algoritmos y la conveniencia de cada tipo de de anomalía y método de predicción fueron discutidos en una aplicación en Camerún (África central), usando un conjunto de 43.000 datos gravimétricos para determinar la técnica de predicción más adecuada

GEOMETRIC MODEL OF THE NAZCA PLATE SUBDUCTION IN SOUTHWEST COLOMBIA

A geometric model for the subduction of the Nazca plate beneath the South American plate in southwestern of Colombia is proposed based on the relocation of hypocenters of local and distant earthquakes. By means of the simultaneous inversion of teleseismic P and SH body waves, we constrained the depths of the 15 events with Mw ³ 5.8 and relocated the hypocenters of the 250 earthquakes recorded between 1990 and 2005 by: the International Seismological Centre (ISC) and U.S. Geological Survey, National Earthquake Information Center (NEIC) were relocated. A model is proposed for the hypocentral sections taking into account the trench along of the Earth and Colombia-Ecuador. We obtained three different possible shapes of subduction of the Nazca plate in the Colombia-Ecuador trench: The first configuration, in the Cali A segment, the dip angle changes from17º to 45º down to a maximum depth of 100km, the second configuration, in the Popayán B and Nariño C segments the dip angle holds approximately constant at 30º down to a maximum depth of 200 km and the third configuration, in the Quito D segment the dip angle changes of 9º to 50º to a maximum depth 220 km . The maximum depth of seismicity along the Colombia-Ecuador trench shows two increases, first between latitudes 4.5ºN-5ºN and second between the latitudes 1ºS-2ºS, suggesting that the presence of the Malpelo and Carnegie Ridges may generate a differential blockage at the Pacific Colombia-Ecuador basin.

Se propone un modelo geométrico de la subducción de la placa Nazca bajo la placa suramericana en el suroeste de Colombia, basado en la relocalización de hipocentros de sismos locales y telesismos. Mediante la inversión simultánea de formas de ondas de cuerpo P y SH telesísmicas se ajustan las profundidades de 15 eventos con Mw≥ 5.8 y se relocalizan los hipocentros de 250 eventos con lecturas de fases registradas desde 1990 hasta 2005 por las agencias International Seismological Centre (ISC), y U.S. Geological Survey, National Earthquake Information Center (NEIC). Se propone un modelo de secciones hipocentrales teniendo en cuenta la curvatura de la Tierra y la curvatura de la Trinchera Colombia-Ecuador. Se obtienen tres formas distintas de subducción para la placa Nazca en la trinchera Colombia-Ecuador: La primera en el segmento Cali A, donde él ángulo de buzamiento cambia de 17º a 45º, a una profundidad máxima de 100km, la segunda en los segmentos Popayán B y Nariño C donde el ángulo de buzamiento es aproximadamente constante de 30º a una profundidad máxima de 200km y la tercera en el segmento Quito D donde el ángulo de buzamiento cambia de 9º a 50º a una profundidad máxima de 220km. La profundidad máxima de sismicidad a lo largo de la trinchera Colombia-Ecuador presenta dos aumentos, el primero entre las latitudes 4.5ºN-5ºN y el segundo entre las latitudes 1ºS-2ºS, sugiriendo la presencia de las dorsales de Malpelo y Carnegie que generan un bloqueo diferencial respecto a la cuenca del Pacífico Colombo-Ecuatoriano.

CLUSTERING ON DISSIMILARITY REPRESENTATIONS FOR DETECTING MISLABELLED SEISMIC SIGNALS AT NEVADO DEL RUIZ VOLCANO

Classification of seismic signals at Colombian volcanoes has been carried out manually by visual inspection. In order to reduce the workload for the seismic analysts and to turn classification reliable and objective, the use of supervised learning algorithms has been explored; particularly classifiers built in dissimilarity spaces. Nonetheless, the performance of such learning methods is subject to the availability of a representative and a priori well classified training set. To detect mislabelled events, we propose the use of clustering techniques on the dissimilarity representations. Our experiments, performed on re-analyzed seismic signals, show a significant improvement respect to recognition accuracies for the original data sets.

La clasificación de las señales sísmicas en los volcanes de Colombia ha sido llevada a cabo manualmente mediante inspección visual. Con el fin de reducir la carga de trabajo de los analistas y para tornar la clasificación confiable y objetiva, se ha explorado el uso de algoritmos de aprendizaje supervisado; particularmente, clasificadores construidos en espacios de disimilitud. No obstante, el desempeño de dichos métodos de aprendizaje está sujeto a la disponibilidad de un conjunto de entrenamiento representativo y, a priori , bien clasificado. Para detectar eventos mal clasificados, se propone el uso de técnicas de agrupamiento sobre las representaciones de disimilitud. Los experimentos, realizados sobre las señales sísmicas verificadas, muestran una mejora significativa respecto a las tasas de reconocimiento para los datos originales.

HYDRAULIC PROPERTIES OF SEDIMENTARY DEPOSITS AT THE CONSTRUCTION SITE OF A PROTON ACCELERATOR (J-PARC), JAPAN

Hydraulic characteristics of sediments were investigated at J-PARC for the purpose of site characterization in relation with the construction of Japan ’s largest proton-accelerator. A total of 340 samples extracted from 9 exploratory wells were examined by standard laboratory tests and complemented with statistical analyses to quantitatively determine the main terrain attributes. Two main hydro-geological units were recognized, although a number of embedded layers defined a multilevel aquifer. Grain-size distribution derived from sieve analysis and the coefficient of uniformity showed that soils are poorly sorted. On the other hand, hydraulic conductivity was measured by a number of parameters such as a log-normal distribution. Conductivity was also predicted by empirical formulas, yielding values up to three orders of magnitude higher. Discrepancies were explained in terms of soil anisotropy and intrinsic differences in the calculation methods. Based on the Shepherd’s approach, a power relationship between permeability and grain size was found at 2 wells. Hydraulic conductivity was also correlated to porosity. However, this interdependence was not systematic and therefore, properties at many parts of the profile were considered to be randomly distributed. Finally, logs of electrical conductivity suggested that variations of soil hydraulic properties can be associated to changes in water quality. In spite of the remaining uncertainties, results yielded from the study are useful to better understand the numerical modelling of the subsurface system in the site.

Las características hidráulicas de los sedimentos fueron investigadas en J-PARC con el proposito de caracterizar sitios relacionados con la construcción del acelerador de protones más grande de Japón. Un total de 340 muestras extraídas a partir de 9 pozos exploratorios fueron examinadas a partir de pruebas de laboratorio estándar y complementadas con análisis estadísticos para determinar cuantitativamente las cualidades principales del terreno. Dos unidades hidrogeológicas principales fueron reconocidas, aunque un número de capas encajadas definieron un acuífero de niveles múltiples. La distribución del tamaño del grano derivada de análisis de tamices y del coeficiente de uniformidad demostró que los suelos están mal clasificados. Por otra parte, la conductividad hidráulica fue medida a partir de un número de parámetros tales como una distribución logarítmica normal. La conductividad también fue predicha por medio de fórmulas empíricas, mostrando valores de hasta tres órdenes de magnitud. Las discrepancias fueron explicadas en términos de la anisotropía del suelo y diferencias intrínsecas en los métodos de cálculo. Basados en la aproximación de Shepherd, se encontró una fuerte relación entre la permeabilidad y el tamaño de grano en 2 pozos. La conductividad hidráulica también fue correlacionada con la porosidad. Sin embargo, esta interdependencia no era sistemática y por lo tanto, propiedades en muchas partes del perfil eran consideradas como distribuidas aleatoriamente. Finalmente, los registros de la conductividad eléctrica sugirieron que las variaciones de las propiedades hidráulicas del suelo se puedan asociar a los cambios en la calidad del agua. A pesar de las incertidumbres restantes, los resultados del estudio son útiles para entender mejorar el modelamiento numérico del sistema subterraneo en el sitio.

SELF-POTENTIAL SIGNALS CAUSED BY ERUPTIONS OF THE GALERAS VOLCANO - COLOMBIA

The National Institute of Geology and Mining, INGEOMINAS - <> Colombia , and the Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, BGR - <> Germany , perform since 1997 as a joint venture multi-parameter measurements at the Galeras volcano, in the southwest of <> Colombia . Since the end of 1998 the Multi-parameter Station at Galeras (Estación Multiparámetro del Galeras - EMG) includes the continuous monitoring of electromagnetic variations. The electromagnetic (EM) station is located at the north-norh-eastern foot walls of the central cone inside the caldera. During almost six years of electromagnetic monitoring, the data did not show significant variations of the electromagnetic field, which could be related to the volcanic activity. In July 2004 a new active period of Galeras began with two strong ash emissions. During both emissions strong self potential-(SP) signals were recorded lasting for several hours. The present paper will present the data which could give some indications on the movements of liquids during ash emissions.

El Instituto Nacional de Geología y Minas, INGEOMINAS - Colombia, y el instituto federal para las Geociencias y Recursos naturales, BGR - Alemania, funcionan desde 1997 como una empresa de riesgo compartido tomando medidas multiparamétricas en el volcán de Galeras, al sudoeste de Colombia. Desde finales de 1998, la estación del multiparamétrica del Galeras (EMG) incluye el monitoreamiento continuo de las variaciones electromagnéticas. La estación electromagnética (EM) está situada en las paredes nororientales del cono central dentro de la caldera. Durante casi seis años de supervisión electromágnetica, los datos no demostraron variaciones significativas del campo electromagnético, que se podrían relacionar con la actividad volcánica. En julio del 2004 un nuevo período de actividad del Galeras comenzó con dos emisiones fuertes de ceniza. Durante ambas emisiones, fuertes señales auto-potenciales (SP) fueron registradas por varias horas. Este artículo presentará datos que podrían dar algunas indicaciones sobre los movimientos de los líquidos durante las emisiones de ceniza.