Earth Sciences Research Journal

THE PAIPA VOLCANO, EASTERN CORDILLERA OF COLOMBIA , SOUTH AMERICA : VOLCANIC STRATIGRAPHY

We recognized a Quaternary volcano in the Eastern Cordillera of Colombia between longitudes 73º9'4W to 73º3'39W and latitudes 5º40'28N to 5º45'20 N. Paipa volcano has an eroded edifi ce that reaches 300 m above the Cundiboyacense high-plateau (2871 m.s.l), and a 3 Km caldera with several vents inside it. Volcanic products overlay sedimentary rocks of Upper Cretaceous age and cover a 31 Km2 area. Geologic fi eld mapping, stratigraphy and petrography analysis has been made to establish eruptive units and pyroclastic transport and deposition processes in order to reconstruct volcanic activity history. Caldera outfl ow facies are ash fall deposits and ash and pumice fl ow tuffs interbedded with fl uvial and torrential deposits. There are also several geothermal springs including CO2 vents northward the caldera. The infl ow facies are lava-domes, ash and block fl ow tuffs and pyroclastic surge deposits interbedded with fl uvial and lacustrine deposits. We defi ned 14 eruptive units within two eruptive epochs: the fi rst one comprises the formation of a volcanic caldera and its collapse, while caldera resurgence took place during the second epoch. Single events ages are not well known because of lack of radiometric dating; 1.9 to 2.5 Ma K/Ar and Ar/Ar ages suggest a Pliocene and Pleistocene range for Paipa volcanism.

Reconocimos un volcán cuaternario en la Cordillera del este de Colombia entre las longitudes 73º9'4W a 73º3'39W y latitudes 5º40'28N a 5º45'20N. El volcán de Paipa tiene un edifi cio erosionado que alcanza 300 m sobre el alto-meseta Cundiboyacense (2871 m.s.l), y una caldera de 3 kilómetros con varios respiraderos dentro de él. Los productos volcánicos sobreponen rocas sedimentarias de la edad cretácea superior y cubren un área de 31 km2. El análisis geológico el mapa de trazado, estratigráfi co y de la petrografía del campo se ha hecho para establecer unidades eruptivas y procesos piroclasticos del transporte y de la deposición para reconstruir historia volcánica de la actividad. Las faces de salida de la caldera son depósitos de la caída de la ceniza y tuffs del fl ujo de la ceniza y de la piedra pómez con los depósitos fl uviales y torrenciales. Hay también varios resortes geotérmicos incluyendo respiraderos del CO2 hacia el norte la caldera. Las facies de la afl uencia son lava-bo'vedas, incineran y bloquean tuffs del fl ujo y la oleada pyroclastic deposita interbedded con los depósitos fl uviales y lacustrine. Defi nimos 14 unidades eruptivas dentro de dos épocas eruptivas: primer abarca la formación de una caldera volcánica y de su derrumbamiento, mientras que el resurgimiento de la caldera ocurrió durante la segunda época. Las solas edades de los acontecimientos no son bien sabido debido a carencia de fechar radiométrico; 1.9 a 2.5 edades del mA K/Ar y de Ar/Ar sugieren una gama pliocena y Pleistoceno para el volcanismo de Paipa.

NEOGENE'S VOLCANISM IN THE CORDILLERA ORIENTAL OF THE ANDES , COLOMBIA .

Volcanic ashes from local volcanic sources cover most of the Cordillera Oriental of the Colombian Andes. These tephra deposits are generally attributed to volcanoes to the west in the in the Cordillera Central . This study provides evidence that a thicker layer of tephra deposits, 20 to 40 m deep, that are most likely derived from newly recognized local volcanic sources in the Cordillera Oriental . The volcanic ashes that we attribute to the Paipa volcano and possibly others as yet unidentifi ed volcanoes in the Cordillera Oriental have new zircon fi ssion -track ages between 3.6 and 4.7 Ma, with a mean of 4.1 ± 0.5 Ma. We have also recognized younger pyroclastic deposits based on stratigraphic correlation. The high thermal gradient associated to these volcanoes could have had a signifi cant impact in the thermal maturation of the organic matter in Cretaceous and Paleogene sediments affecting the timing of oil generation and migration in the Cordillera and the Eastern Foothills, an area of active oil exploration and production. This discovery of young explosive volcanism highlights a serious potential geological hazard. The tephra deposits cover an extensive area of the " Altiplano Condi- boyacense ", indicating that the volcanoes are highly explosive, and potentially dangerous for about 10 million people that inhabit the " Altiplano ", its animals and crops.

Las cenizas volcánicas de fuentes locales cubren la mayoría de la cordillera oriental de los Andes colombianos. Estos depósitos del tepha se atribuyen generalmente a los volcanes al oeste de la central de Cordillera. Este estudio proporciona evidencia de una capa más gruesa de los depósitos del tephra , 20 a 40 m de profundo, que se derivan muy probablemente de nuevas fuentes volcánicas locales reconocidas en la cordillera oriental, las cenizas volcánicas que atribuimos al volcán del paipa y otros los volcanes no identifi cados en la cordillera oriental tienen posiblemente hasta ahora nuevo fi sison del zircon - siga las edades entre 3.6 y 4.7 mA , con un fo malo 4.1 +-0.5 mA . También hemos reconocido depósitos pyroclasticos más jóvenes basados en correlación estratigráfi ca que el alto gradiente termal asociado a estos volcanes habría podido tener un impacto signifi cativo en la maduración termal de la materia orgánica en cretáceo y los sedimentos paleogene que afectan la sincronización de la generación y migración del aceite en la cordillera y las colinas del este, un área de la exploración petrolífera activa y producción este descubrimiento del volcanismo explosivo joven destacan un peligro geológico potencial serio. Los depósitos del tephra cubren un área extensa del altiplano Condi -boyacense, indicando que los volcanes son higly explosivo, y potencially dangerious para cerca de 10 millones de personas de que habiten el altiplano, él los animales y las cosechas.

SPATIAL MAPPING OF THE B-VALUE AT GALERAS VOLCANO, COLOMBIA, USING EARTHQUAKES RECORDED FROM 1995 TO 2002

The catalog of volcano-tectonic earthquakes at Galeras volcano, Colombia , was analyzed to determine the magnitude of completeness of the seismograph network and to explore the subsurface structure by mapping the b-value of the frequency-magnitude distribution. By using 8,435 well-located earthquakes between 1989-2002 we found the catalog to be complete above MD=0.26. The average b-value of 0.71 was found to be the result of an unintentionally stretched magnitude scale. The two- and three-dimensional mapping of b-value illuminates a vertically elongated structure beneath the active crater of Galeras down to a depth of 6 km, which may be associated with a conduit, or alternatively, with a shallow region of temporary magma storage. A structure with this geometry and location has not been found before in previous studies of b-value on volcanoes around the world.

El catálogo de Sismosº Vulcanotectonicos en el Volcan Galeras, Colombia, fué analizado para determinar la magnitud de completitud, de la red sismografi ca y explorar las estructuras del sub-suelo mapeando los valores b, asociados a la distribución frecuencia - magnitud. Utilizando 8.435 eventos bien localizados, para el periodo 1989 -2002 se encontró que el catalogo estaba completo por encima de Md=0.26. El valor promedio b=0.71 fué encontrado mediante un no- intencionado estiramineto de escala de magnitudes. El mapeo bidimensional y tridimensional del parametro b discrimina una estructura verticalmente elongada debajo del crater activo del Galeras a una profundidad de 6 Km, que estaria asociada con un conducto ó con un almacenamiento temporal de de magma en una zona somera. Una estructura con esa simetría y localización no ha sido reportada antes en estudios previos del valor b en Volcanes alrededor del mundo.

ON THE CONTINUOUS GROWTH EQUATION FOR COALESCENCE IN CLOUDS AND PRECIPITATION

Usually, it is assumed in the continuous growth equation by coalescence, that mass and terminal velocity of the collected drops are negligible in comparison with the mass and velocity of the collector drop. These assumptions, which are reasonable in warm cloud modeling, appear to be not so adequate for mixed phase clouds, where interactions between different categories (cloud water, rain water, crystal ice, graupel , hail) have to be considered. When the above constraints are removed, new particular solutions of the continuous growth equation arise, which are presented in this paper. Two solutions are obtained by assuming a gamma droplet distribution. The first solution is obtained for a terminal velocity that is approximated by a power-law, while the second derives from a polynomial approximation. These solutions may be of interest for use with explicit microphysical parameterizations in mesoscale models

En la ecuación de crecimiento continuo por coalescencia usualmente se asume que la masa y la velocidad de caída de las gotas capturadas es despreciable en comparación con la masa y la velocidad de la gota colectora. Estas hipótesis, las cuales son razonables en modelación de nubes calientes, no es tan adecuada para nubes mixtas donde se considera interacción entre diferentes categorías (agua de nube, de lluvia, cristales de hielo, nieve pedriscos y granizo). Cuando esta limitación es removida de la ecuación, se obtiene nuevas soluciones, dos de las cuales se presentan en este trabajo. Ambas soluciones se obtuvieron asumiendo una distribución gamma, la primera de ellas para una velocidad de caída de tipo potencial y la segunda para una aproximación polinomial de esta variable. Estas soluciones pueden ser de utilidad para la parametrización de la microfísica explicita dentro de modelos de mesoescala .

STATE OF STRAIN AND STRESS IN NORTHWESTERN OF SOUTH AMERICA

Analysis of stress inversion of 96 focal mechanisms (1976 - 2000, Mw > 5) and satellital geodesy (CASA 1991, 1994, 1996) allowed to establish a compressive tendency in the WE sense of the Panama-Costa Rica Block (BPC), that hit the North Andes Block (BNA). Some seismic evidences would confi rm the existence of the proposed Chocó Block (BC), with western limit Darién Range, and eastern limit in the zone of Murindó, demonstrated by the stress inversion of these two zones, with sub-parallel tendency NS. The southern limit, already 4º N, also shows stress with NS tendency. Some located superfi cial earthquakes in the Pacifi c Coast, apparently western limit of Chocó Block, shows stress with NW tendency. Additionally, the vectors of displacement and the main stress axis in the Colombian southwest, near to the zone of Tumaco, shows clear tendencies WE. The deep seismicity in the zone of Bucaramanga displays stress with tendency NNW - SSE, coherent with the Caribbean Plate subduction under Sudamerica.The results of shear wave analysis (Jan. 1994 to dec. 1997) allowed to estimate the direction of shear wave polarization in 6 regions that should be parallel or sub parallel to the maximum horizontal compressive stress (Kaneshima, 1990). The leading shear waves in the region seismicity in the zone of Bucaramanga from deep earthquakes (depth > 40 km) are polarized in E-SE direction. In the region 2, throughout the System of Faults of Borde Llanero, leading shear waves from shallow earthquakes (depth < 40 km) are polarized NE-SE direction. In the region 3 to the latitude 1ºN in the Colombian Pacifi c Coast, leading shear waves from shallow earthquakes are polarized NE direction. In the region 4 and 5 in the cordillera Western, leading shear waves from deep earthquakes (depth > 40 km) are polarized in direction NNE-SE. In the region 6 in the Pacifi c Coast, leading shear waves from shallow earthquakes are polarized SE, direction. The discrepancies in orientation between the leading shear wave and the maximum horizontal compression can be result of local crustal heterogeneities.

El análisis de la inversión de esfuerzos a partir de 96 mecanismos focales obtenidos por la Universidad de Harvard (Mw>5) para el periodo 1976-2000, y datos de Geodesia satelital asociados a las campañas CASA de 1991, 1994 y 1996 permitieron establecer un tendencia compresiva O-E del bloque Panamá-Costa Rica (BPC) chocando contra el bloque Norandino (NBA). Algunas evidencias sísmicas permitieron confi rmar la existencia del propuesto bloque Chocó (BC), limitando al Oeste por la serranía del Darien y al Este por la zona de Murindó, demostrado por la presencia de esfuerzos en esta dos zonas, con tendencia subparalela N-S. El límite Sur, hacia los 4ºN también muestra esfuerzos principales con tendencia N-O. Algunos terremotos superfi ciales en la costa Pacifi ca, límite aparente del bloque Chocó, también exhiben tendencia N-O. Este patrón se verifi ca con vectores de desplazamiento en el sureste de Colombia, cerca a Tumaco. La sismicidad profunda en la zona de Bucaramanga exhibe un esfuerzo principal con tendencia NNO-SSE, coherente con la subducción de la placa Caribe debajo de Suramérica. Por su parte, el análisis de ondas S (1994-1997) permitió estimar la dirección principal de polarización en 6 regiones, posiblemente paralelas a la máxima compresión horizontal (Kaneshima, 1990). En la zona de Bucaramanga los estimativos a partir de terremotos profundos (mayor a 40km) indican que las ondas S presentan polarización NE-SE. En la región del sistema de fallas del Borde Llanero, las ondas S de sismos superfi ciales presentan polarización NE-SE. En la región de la costa Pacifi ca usando terremotos someros, las ondas S muestran una polarización N-E. En la región de la cordillera Occidental, a partir de terremotos profundos, las ondas S muestran una polarización NNE-SSE. En al región de la costa Pacifi ca, estas ondas muestran polarización SE. Las discrepancias en orientación entre las ondas S y la máxima compresión horizontal pueden ser debidas a heterogeneidades locales de la corteza.

THE ROMERAL FAULT SYSTEM: A SHEAR AND DEFORMED EXTINCT SUBDUCTION ZONE BETWEEN OCEANIC AND CONTINENTAL LITHOSPHERES IN NORTHWESTERN SOUTH AMERICA

The Romeral Fault System (RFS) extends 1600 km from Barranquilla-Colombia to Talara city-Peru and before the Pliocene. In the Middle Eocene RFS defi ned the northwestern border of the South America plate, being originated by a triple junction rift - rift - rift occurred from lower to middle Jurassic, when the South American sector separated from Chortis , Oaxaca and Yucatan blocks. From Late Mesozoic until Early Paleocene, the Paleo Pacifi c plate converged on NW South America corner being subducted when an anomalous thick oceanic crust, represented by the Caribbean plate, was accreted extinguishing gradually from the North of Peru to the North of Colombia. The collision generated a transtensive fi eld stress in back arc region, due to the ancestral Central Cordillera rising in continental border. The RFS rocks suffered low grade metamorphism and some rocks of extinct subduction zone suffered metamorphic inversion. During Late Paleogene until Early Miocene, the convergence South America , Farallon and North America plates produced clockwise rotation in Caribbean Plate, which moved to NE producing a dextral displacement in the suture, generating big milonyte belts in the RFS rocks. With the Farallon Plate break, in the Middle Miocene, due to Galapagos triple junction activation, the Caribbean plate moved to the NNE colliding with the south of the North American plate, being trapped between South and North American plates. This caused the Costa Rica-Panama-Choco block (CRCB) collision with the NW of South America plate, deforming the north of the Northern Andes generating a change in the convergence of Nazca plate in this sector. From Late Pliocene, when convergence change fi nish, Carnegie Ridge collision in the south of NW South America confi guring the actual lithosphere geometry and the orogenic styles of the Northern Andes . Based on Petrogenetic correlations supported by interpretation of secondary sources in geology, tectonic, petrogenesis and geophysics, a model for a regional seismotectonic characterization of this zone was done. The deformed zone represents an extinct subduction zone including fore arc basin rocks with fragments of a Lower - Late Cretaceous volcanic arc and some continental fragments of South America plate. I conclude that RFS is a weak rheologic area and a lithosphere contrast between a thick oceanic and the continental crust, presenting a high seismological activity with historically great earthquakes in Colombia and Ecuador.

El sistema de fallas de Romeral (SFR) se extiende desde Barranquilla-Colombia hasta Talara-Perú. En el Eoceno medio defi nia el borde NO de la placa Suramerica, siendo originada por la triple unión de rifts ocurrida en el Jurasico temprano a medio, cuando el sector Suramericano se separó de las placas Chortis, Oaxaca y Yucatan. De el Mezozoico tardío al Paleoceno temprano, la Paleo-placa Pacifi ca convergió sobre el NO de Sur América para ser subducida cuando la placa Caribe fue acrecionada, extinguiendose gradualmente desde Perú a Colombia. La colisión generó un esfuerzo trans-extensivo en una región ante arco por el levantamiento de la Cordillera Central en el borde continental. De el Paleoceno tardío al Mioceno temprano, la convergencia de las placas Sur America, Farallon y Norte America produjo una rotación en la placa Caribe, que se movió al NE produciendo un gran esfuerzo y desplazamiento dextral en la sutura, como así lo evidencia la presencia de grandes cinturones de milonita en las rocas del SFR. En el Mioceno medio la placa Caribe se movió al NNE colisionando con la placa Sur America, quedando atrapada entre ésta y la placa Norte America. Esto causó la colisión entre la placa Costa Rica-Panamá-Chocó y el NO de Sur America, deformando la parte norte de los Andes, y cambiando la convergencia de la placa Nazca en esta área. Desde Plioceno tardío, cuando cesó el cambio de convergencia, la Cordillera Carnegie colisionó en el NO de Sur America confi gurando la actual geometría litosferica y estilos orogénicos del norte de los Andes. Con base en correlaciónes petrogénicas y una cuidadosa interpretación de fuentes secundarias en Geología, Tectónica, Petrogenésis y Geofísica, se hizo un modelo de caracterización sismotectonica de esta zona. La zona deformada representa una zona de subducción extinta que incluye rocas de postarco con fragmentos de un arco volcánico del Cretacico temprano-tardío y algunos fragmentos continentales de la placa de Sur America. Se concluye que el SFR es una área reologica debil y un contraste entre una corteza oceanica delgada y una corteza continental, que presenta una alta actividad sismologica con terremotos historicos fuertes en Colombia y Ecuador.

ELASTIC APPROACH TO REMOVE SURFICIAL WAVES FROM SHOT GATHERS

This paper presents a deterministic two-step approach for the attenuation of ground-roll: modeling the ground-roll response and subtracting it from the recorded shot gather. The first step requires an elastic model of the shallow subsurface, which is created by estimating the p-wave velocity from the first arrivals or uphole times and the s-wave velocity from the ground-roll itself. A finite difference program simulates the elastic wave propagation in the model, providing both an acoustic seismogram and elastic one which contains the ground-roll and also the acoustic response. The provided seismograms are numerically subtracted trace by trace to furnish the isolated ground-roll. The method was applied to records from a Colombian foothill area . These records are contaminated with strong, dispersive, spatially aliased ground-roll that overwhelms the subsurface reflections. The results show that the method provides a better attenuation of ground-roll than those standard techniques such as low-cut frequency filters or f-k filtering, but it does so without sacrificing the low frequency component of data and without causing any distortion in seismic signal .

En este artículo se presenta un esquema determinístico de atenuación de ondas superficiales ( Ground - roll ) que consta de dos pasos: modelamiento elástico del Ground - roll y substracción de este ruido del registro sísmico original. El primer paso requiere un modelo elástico de la capa somera, el cual se obtiene a partir de las velocidades de la ondas acústica (onda P) y de cizalla (onda S), estimables a partir de los primeros arribos y del ground - roll presente en el registro. Un programa simula la propagación de la onda elástica en el modelo generando un sismograma acústico y otro elástico que contiene tanto el Ground - roll como la respuesta acústica. La substracción numérica traza a traza entre estos sismogramas suministra el ground - roll . La metodología se aplicó a registros del piedemonte Colombiano logrando una mejor atenuación del Ground - roll que la obtenida por métodos convencionales como el uso de filtros de bajas frecuencias o del dominio f-k. Los resultados muestran que la atenuación del Ground - roll se logra sin afectar las bajas frecuencias propias de los datos y sin distorsionar la señal sísmica de interés .