Earth Sciences Research Journal

DETERMINATION OF EFFECTIVE ELASTIC THICKNESS OF THE COLOMBIAN ANDES USING SATELLITE-DERIVED GRAVITY DATA

Gravity anomaly values derived from Global Geopotential Models (calculated from the CHAMP and GRACE satellite missions), are compared with free air ground gravity data to find the best representation of surface data. Using these values and topographical heights extracted from digital topography models, we applied the isostatic response function (admittance) to a collection of profiles, to find an average of elastic thickness for the Colombian Andes.

Se extraen valores de anomalía de gravedad de aire libre derivadas de Modelos Geopotenciales Globales, (calculados de las misiones satelitales CHAMP y GRACE) los cuales son comparados con datos de gravedad terrestre para encontrar entre estos modelos la mejor representación de los datos de superficie. Usando estos valores de anomalía y valores de alturas topográficas extraídos de un modelo de topografía digital, se aplica la función de respuesta isostática (admitancia) a un conjunto de perfiles, para hallar un promedio del espesor

PETROGRAPHY AND APPLICATION OF THE RIETVELD METHOD TO THE QUANTITATIVE ANALYSIS OF PHASES OF NATURAL CLINKER GENERATED BY COAL SPONTANEOUS COMBUSTION

Fine-grained and mainly reddish color, compact and slightly breccious and vesicular pyrometamorphic rocks (natural clinker) are associated to the spontaneous combustion of coal seams of the Cerrejón Formation exploited by Carbones del Cerrejón Limited in La Guajira Peninsula (Caribbean Region of Colombia). These rocks constitute remaining inorganic materials derived from claystones, mudstones and sandstones originally associated with the coal and are essentially a complex mixture of various amorphous and crystalline inorganic constituents. In this paper, a petrographic characterization of natural clinker, as well as the application of the X-ray diffraction (Rietveld method) by mean of quantitative analysis of its mineral phases were carried out. The RIQAS program was used for the refinement of X ray powder diffraction profiles, analyzing the importance of using the correct isostructural models for each of the existing phases, which were obtained from the Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). The results obtained in this investigation show that the Rietveld method can be used as a powerful tool in the quantitative analysis of phases in polycrystalline samples, which has been a traditional problem in geology.

Rocas pirometamórficas (clinker natural) de grano fino y coloración principalmente rojiza, compactas, y ligeramente brechadas a vesiculares están asociadas a la combustión espontánea de mantos de carbón de la Formación Cerrejón explotados por Carbones del Cerrejón Limited en la península de La Guajira (Región Caribe de Colombia). Estas rocas constituyen materiales inorgánicos remanentes derivados de arcillolitas, limolitas y areniscas originalmente asociadas con carbón y son esencialmente una mezcla compleja de diferentes constituyentes inorgánicos amorfos y cristalinos. En el presente trabajo, se llevó a cabo la caracterización petrográfica del clinker natural, así como la aplicación de la difracción de rayos-X de polvo (método de Rietveld) para el análisis cuantitativo de las fases minerales presentes de las rocas en estudio. El programa RIQAS fue utilizado para el refinamiento de perfiles de difracción de rayos-X de polvo, analizando la importancia de utilizar los modelos isoestructurales adecuados para cada una de las fases presentes, los cuales se obtuvieron de la base de datos Inorganic Crystal Structure Database (ICSD). Los resultados obtenidos en la presente investigación muestran que el método de Rietveld puede usarse como una poderosa herramienta en el análisis cuantitativo de fases en muestras policristalinas, lo cual ha sido un problema tradicional en el campo de las geociencias.

ENSO MODULATIONS ON STREAMFLOW CHARACTERISTICS

El Niño Southern Oscillation (ENSO) has been linked to climate and hydrologic anomalies throughout the world. This paper presents how ENSO modulates the basic statistical characteristics of streamflow time series that is assumed to be affected by ENSO. For this we first considered hypothetical series that can be obtained from the original series at each station by assuming non-occurrence of El Niño events in the past. Instead those data belonging to El Niño years were simulated by the Radial Based Artificial Neural Network (RBANN) method. Then we compared these data to the original series to see a significant difference with respect to their basic statistical characteristics (i.e., variance, mean and autocorrelation parameters). Various statistical hypothesis testing methods were used for four different scenarios. Consequently if there exist a significant difference, then it can be inferred that the ENSO events modulate the major statistical characteristics of streamflow series concerned. The results of this research were in good agreement with those of the previous studies.

La Oscilación Sureña de El Niño (ENSO) se ha relacionado con anomalías climáticas e hidrológicas en todo el mundo. Este artículo presenta cómo ENSO modula las características estadísticas básicas de las series de tiempo. Para ello, primero se revisaron las series hipotéticas que se pueden obtener de la serie original en cada estación, asumiendo la no-ocurrencia del fenómeno El Niño en el pasado. En cambio, los datos que pertenecen a los años con ocurrencia de El Niño fueron simulados por el método Red Neuronal Base Radial (RNBR). Luego comparamos estos datos con la serie original para ver diferencias significativas con respecto a sus características estadísticas básicas (por ejemplo, la varianza, la media y los parámetros de auto-correlación). Varios métodos para la prueba de hipótesis estadísticas se utilizaron para cuatro escenarios diferentes. En consecuencia, si existe una diferencia significativa, entonces se puede inferir que los eventos ENSO modulan las principales características estadísticas relacionadas a las series de caudales. Los resultados de esta investigación concordaban con los de estudios anteriores.

GEOPHYSICAL CONTRIBUTION TO EVALUATE THE HYDROTHERMAL POTENTIALITY IN EGYPT: CASE STUDY: HAMMAM FARAUN AND ABU SWIERA, SINAI, EGYPT

The geothermal potentiality in Egypt has a minor significance in the aspects of the Egyptians life, while the hydraulic and hydrocarbon resources are more convenient. However, some other applications for the geothermal activity such as direct warming, pools, and physiotherapy make the research for geothermal as requested. In the present work, two locations with rather good geothermal potentiality will be studied; these are Hammam Faraun and Abu Swiera (water temperature is about 70 °C; at Sinai Peninsula). The contribution of the geophysical techniques to evaluate such potentiality could be considered, as its capability to identify the reservoir characteristics and its implementation is acceptable. Therefore, a geophysical survey program has been conducted in terms of seventeen vertical electrical soundings (VES) and two wide profiles of Control Source Electromagnetic (CSEM) forward step at Hammam Faraun and two wide profiles of CSEM at Abu Swiera. The geophysical techniques yield information on the spatial distribution of electrical conductivity, which is the most sensitive parameter to fluids in the rocks. The analysis of the geophysical data, together with the field and geochemical studies lead to the conclusion that, the thermal water in the subsurface formations might be considered as the preferred cause of the high conductivity in the subsurface on/close to the boarder of tectonically active regions, particularly, where the anomalous conductivity is correlated with high heat flow and other geophysical and geological parameters.

La potencialidad de la energía geotérmica en Egipto tiene una importancia menor en los aspectos de la vida de los Egipcios, comparado con los recursos hidráulicos y de hidrocarburos. Sin embargo, algunas aplicaciones de la actividad geotérmica, como el calentamiento directo, las piscinas y la fisioterapia, hacen de la investigación de la energía geotérmica necesario. En el presente trabajo, dos localidades con potencialidad geotérmica bastante buena serán estudiados; éstos son Faraun y Abu Hammam Swiera (la temperatura del agua es de aproximadamente 70 °C, en la península del Sinaí). Debe considerarse la contribución de las técnicas geofísicas para evaluar el potencial así como la capacidad para identificar las características del reservorio, y su aplicación. Un programa de prospección geofísica se realizó por medio de diecisiete Sondeos Eléctricos Verticales (SEV) y dos de gran perfil con fuente Electromagnética controlada (CSEM) en Hammam Faraun y dos grandes perfiles CSEM en Abu Swiera. Las técnicas geofísicas muestran información sobre la distribución espacial de la conductividad eléctrica, que es el parámetro más sensible a los fluidos en las rocas. El análisis de los datos geofísicos, junto con el campo y los estudios geo-químicos llevan a la conclusión de que, el agua termal en las formaciones del subsuelo podría ser considerada como la causa de la alta conductividad en el subsuelo o cerca del borde de la regiones tectónicamente activas, en particular, donde la conductividad anómala se correlaciona con el alto flujo de calor y otros parámetros geofísicos y geológicos.

GROUNDWATER INVESTIGATION IN AWLAD SALAMEH, SOUTHERN SOHAG, UPPER EGYPT

The groundwater was the only water resources in the reclaiming area in Awlad Salameh village in the western side of Nile valley in Sohag governorate, Egypt. The soil was salinized and decrease the income per capita due to the increase in water salinity. Fifty groundwater samples was analyzed for major ions, besides the hydrogeological data. The groundwater salinity increased in the northwestern, northern, and northeastern part, attributed to geological, hydrogeological, and anthropogenic sources. The structural pattern enhances the downward, lateral and upward intrusion of saline Eocene limestone and Nubian sandstone aquifers. The salinity decreased in areas of wadis deposits, which characterized by high infiltration of rainfall through gravelly and cobbly sediments. The K concentration is mainly caused by aquitard diffusion rather than anthropogenic. The saturation index approach and statistical analyses were determined and discussed with respect to the geomedia and anthropogenic source. The groundwater is unsuitable for drinking and irrigation purposes due to increase in total dissolved solids.

El agua subterránea es el único recurso de este tipo en el área de recuperación en el pueblo Awlad Salameh ubicado en el lado occidental del río Nilo en la provincia de Sohag, en Egipto. El suelo esta salinizado y disminuyó el ingreso per cápita debido al aumento de la salinidad del agua. Cincuenta muestras de aguas subterráneas fueron analizadas en busca de iones importantes, además de otros datos hidrogeológicos. La salinidad del agua subterránea aumentó en el noroeste, norte y noreste, debido a factores geológicos, hidrogeológicos y de fuentes antropogénicas. El patrón estructural realiza la intrusión hacia abajo, lateral y hacia arriba de la caliza salina del Eoceno y del acuífero de la arenisca de Nubia. La salinidad disminuyó en las zonas del depósito, que se caracterizan por la filtración de las precipitaciones a través de la grava y los sedimentos gruesos (adoquín). La concentración K es causada principalmente por difusión lenta en lugar de antropogénica. El índice de saturación y el análisis estadístico fueron determinados y discutidos con respecto a la Media y a la fuente antropogénica. El agua subterránea no es apta para beber ni para riego, debido al aumento del total de sólidos disueltos.

CSEM IMAGING OF THE NEAR SURFACE DYNAMICS AND ITS IMPACT FOR FOUNDATION STABILITY AT QUARTER 27,15^th OF MAY CITY, HELWAN, EGYPT

In the present work, we involve the Control Source Electromagnetic (CSEM) Technique to image the dynamic migration center of the near surface fractures, fissures, and cracks in anew dwelling area at 15th of May city close to Cairo. This area forms the center of the zonal weakness of the subsoil, which in turn, interact with the weight center of the construction leading to catastrophic collapses. The control source electromagnetic technique has been developed recently to monitor the migration of the weakness center represented as the accumulative fissures and cracks in the near surface. Three composite profiles of wide and planshet mesh data have been collected in 2008. This survey has been followed by performing two profiles in 2010; one ofthese profiles has been repeated to observe the situation changes, and the second profile has been measured between the other two profiles of 2008. The last profile had been performed to study the mutual relation between the measurements of the two cycles. The objectives of the whole process are to validate the capability of the technique to pick the minor changes of the weakness center, consequently, study its relation to the weight center of the adjacent construction to produce a recommended procedure to minimize the destruction resources at the site of investigation. The measured data has been interpreted and represented in graphs showing the distribution of the heterogeneity of the geoelectric parameters in the subsoil, furthermore, in a series of geoelectric cross section representing the applied frequencies used during the survey. The study concludes that (1) the center of the cracked zone is moving upward closer to the surface of the ground and heaver, (2) the water content is moving downward producing soil dryness at the shallow depths, and (3) the site became more stable in 2010 than 2008, however, the destruction resources remain warning with collapse events. Furthermore, the situation reflects the relation between the water content and the changes in the weakness center.

En el presente trabajo, aplicamos la Técnica de Fuente Electromagnética Controlada (CSEM) para obtenerla imagen del centro dinámico de la migración de las fracturas, fisuras y grietas de la superficie somera en una nueva área de vivienda en la ciudad de 15 de mayo cerca a El Cairo. Esta zona constituye el centro de la debilidad del subsuelo, que a su vez, interactúacon el centro de peso de la construcción que ha llevado a colapsos catastróficos. La técnica de Control de Fuente electromagnética se ha desarrollado recientemente para monitorearla migración del centro de la debilidad, representados por la acumulación de fisuras y grietas de la superficie somera. Tres perfiles compuestos se han recogido en 2008. Este estudio se ha seguido realizando con dos perfiles en 2010. Uno de estos perfiles se ha repetido para observar los cambios, y el segundo perfil se ha medido entre los otros dos perfiles de 2008. El último perfil se ha realizado para estudiar la relación mutua entre las mediciones de los dos ciclos. Los objetivos de todo el proceso es validar la eficacia de la técnica para recoger los mínimos cambios del centro de la debilidad, y así, estudiar su relación con el centro de peso de construcciones cercanas, para recomendar un procedimiento que reduzca al mínimo la destrucción de los recursosen el sitio de la investigación. Los datos medidos se haninterpretado y representado en gráficos que muestran la distribución de la heterogeneidad de los parámetros geo-eléctricos en el subsuelo; además, en una serie de seccionescruzadas geoeléctrica se representa las frecuenciasutilizadasdurante el estudio. El estudio concluye que (1) el centro de la zona agrietada se mueve hacia arriba cerca de la superficie de la tierra, (2) el contenido de agua está bajando, produciendola sequedad del suelo apoca profundidad, y (3) el sitio se volviómás estable en 2010 que en 2008, sin embargo, los producto de la destrucción siguen susceptiblesa colapsos.Además, la situación refleja la relación entre el contenido de agua y los cambios en el centro de debilidad.

SEISMIC GEOHISTORY AND DIFFERENTIAL INTERFORMATIONAL VELOCITY ANALYSIS IN THE ANAMBRA BASIN, NIGERIA

The methods of seismic geohistory analysis and differential interformational velocity analysis have been applied using data from some interpreted seismic sections within the Anambra basin. These two techniques for basin analysis have been applied in the basin in an attempt to aid the identification of anomalous velocity zones. Results from the seismic geohistory analysis indicate that some faults arising probably from compressional stresses, due to the upliftment of the Abakaliki anticlinorium, were observed to be significant mostly in the northern and southeastern regions of the basin. These faults which originated in the Santonian are probably related to the first folding episode in the evolution of the Benue Trough. The Maestrichtian / Campanian faults observed towards the north of Anambra River-3 well may also have been influenced by these stresses or are directly related to the Post-Maestrichtian folding episode in the Benue Trough. The fault system KP identified on the seismic section is a Pre-Eocene event which cuts across from the south of Okpo-1 andNzam-1 to the north of well. Sediments to the north of Nzam-1 well site have experienced more faulting during the Lower-Maestrichtian times. Fault systems that occurred after the Paleocene times are more prominent in the southern parts of Nzam-1 towards well sites. Generally most of the major faults occurred in the Paleocene. The major 'DIVA' anomaly observed southeast of Anambra River-1 well correlates with the zone of overpressures within which liquid hydrocarbon, water and gas have been discovered in the basin. The Maestrichtian to Paleocene sediments in the southern and mainly in the southwestern sector of the Anambra basin should be the major sedimentary strata with liquid hydrocarbon potentials, whereas the Lower Cretaceous and particularly the Santonian sediments exhibit the highest potentials for gaseous hydrocarbons.

Los métodos de Análisis Sísmicos histórico y análisis de velocidad interformacional diferencial se han aplicado usando datos de algunas secciones sísmicas interpretadas de la cuenca Anambra. Estas técnicas se han aplicado en un intento de ayudar a la identificación de zonas de velocidad anómalas. Los resultados del Análisis Sísmico histórico indican que algunas fallas probablemente surgen de esfuerzos de compresión, debido a la elevación del Anticlinorio Abakaliki, importantes sobre todo en las regiones norte y el sureste de la cuenca. Estas fallas que tuvieron su origen en el Santoniano, están probablemente relacionados con el primer episodio de plegamiento en la evolución de la depresión de Benue. Las fallas maestrichtiense / Campaniano observadas hacia el norte del pozo Anambra River -3, también pueden haber sido influenciadas por estos esfuerzos o están directamente relacionados con el episodio de plegamiento post-maestrichtiano de la depresión de Benue. El sistema de fallas KP identificado en la sección sísmica es un evento pre-Eoceno que atraviesa desde el sur de Okpo-1 y Nzam 1-al norte del pozo Iji-1. Los sedimentos al norte de la ubicacióndel pozo Nzam-1 hanexperimentado mayorfallamiento enel maestrichtiano temprano. El sistema de fallas producido después del Paleoceno es más prominente en las partes meridionales desde Nzam-1 hacia el pozo Iji-1. En general la mayoría de las principales fallas se produjeron en el Paleoceno. La gran anomalía 'DIVA' observada al sudeste del pozo Anambra River -1 se correlaciona bien con la zona de sobrepresiones en la que hidrocarburos líquidos, agua y gas han sido descubiertos. Los sedimentos que van del maestrichtiano al Paleoceno en el sur y principalmente en el sector suroccidental de la cuenca Anambra deberían ser los principales estratos sedimentarios con potencial de hidrocarburos líquidos, mientras que los del Cretácico Inferior y en particular los sedimentos Santonianos exhiben el más alto potencial de hidrocarburos gaseosos.

INTEGRATED ASSESSMENTS OF POSSIBLE EFFECTS OF HYDROCARBON AND SALT WATER INTRUSION ON THE GROUNDWATER OF IGANMU AREA OF LAGOS METROPOLIS, SOUTHWESTERN NIGERIA

Vertical electrical sounding (VES) and Induced Polarisation (IP) methods of geophysical survey were incorporated with physiochemical analysis of well water samples to determine vertical extent of petroleum-product contamination in subsurface soils and groundwater from bulk-fuel storage and distribution terminals in Iganmu area of Lagos. Interpreted results of VES and IP revealed four geoelectric layers. Clay with resistivity and IP values ranging from 1.5-14 Qm and 50 - 400mV/V respectively was encountered at the last layer penetrated by the survey except in four VES stations where the clay horizon was delineated at the third layer. This implies that subsurface aquifer is sealed by impervious layer which possibly prevents it from being contaminated by hydrocarbon and other refuse materials from the surface. Borehole log and electrical resistivity survey from a control site within the area were also incorporated with the geophysical measurements and these confirm lithologic similarity and the presence of a sealant above the aquifer layer. In addition to this, the results of the physical and geochemical analyses carried out on groundwater samples from shallow wells within the pack show very negligible level of hydrocarbon contamination which has no serious environmental implications on subsurface water in the area. However, electrical conductivity, salinity and TDS values obtained show high level of dissolved minerals (salts) making the water highly saline and unsuitable for drinking being far above recommended values for drinking water. We thus inferred that Lagos lagoon must have invaded the aquifer in some places leading to high salinity observed.

Los métodos de Sondeo Eléctrico Vertical (VES) y Polarización Inducida (IP) se incorporaron al análisis físico-químico de las muestras de agua de pozo para determinar la extensión vertical de contaminación por petróleo en el subsuelo y las aguas subterráneas desde los almacenamientos de combustible y terminales de distribución en Iganmu, en la zona de Lagos. La interpretación de resultados de VES y IP revelaron cuatro capas geo-eléctricas. Arcilla con resistividad y valores IP que van desde 1,5 hasta 14 Qm y 50 - 400 mV / V respectivamente, fue encontrada en la última capa alcanzada por el estudio, excepto en cuatro estaciones de VES, donde se delineó el horizonte de arcilla en la tercera capa. Esto implica que los acuíferos del subsuelo están sellados por una capa impermeable que posiblemente impide que sean contaminados por hidrocarburos y otros materiales desechos de la superficie. Los registros de pozos y la resistividad eléctrica de un sitio de control dentro de la zona fueron incorporados con las mediciones geofísicas y éstas confirman similitud litológica y la presencia de un sellador encima de la capa acuífera. En adición, los resultados de los análisis geo-químicos y físicos llevados a cabo en muestras de agua subterránea de pozos poco profundos dentro del área muestran un nivel insignificante de contaminación por hidrocarburos que no tiene graves consecuencias medioambientales sobre el agua del subsuelo en la zona. Sin embargo, la conductividad eléctrica, la salinidad y los valores TDS obtenidos muestran el alto grado de minerales disueltos (sales) haciendo que el agua sea altamente salina y no apta para beber, ya que está muy por encima de los valores recomendados para ser agua potable. De esta manera se infiere que la laguna de Lagos ha invadido el acuífero en algunos lugares dando paso a la elevada salinidad observada.

ACTIVITY AND Vp/Vs RATIO OF VOLCANO-TECTONIC SEISMIC SWARM ZONES AT NEVADO DEL RUIZ VOLCANO, COLOMBIA

An analysis of the seismic activity for volcano-tectonic earthquake (VT) swarms zones at Nevado del Ruiz Volcano (NRV) was carried out for the interval 1985- 2002, which is the most seismic active period at NRV until now (2010). The swarm-like seismicity of NRV was frequently concentrated in very well defined clusters around the volcano. The seismic swarm zone located at the active crater was the most active during the entire time. The seismic swarm zone located to the west of the volcano suggested some relationship with the volcanic crises. It was active before and after the two eruptions occurred in November 1985 and September 1989. It is believed that this seismic activity may be used as a monitoring tool of volcanic activity. For each seismic swarm zone the Vp/Vs ratio was also calculated by grouping of earthquakes and stations. It was found that each seismic swarm zone had a distinct Vp/Vs ratio with respect to the others, except for the crater and west swarm zones, which had the same value. The average Vp/Vs ratios for the seismic swarm zones located at the active crater and to the west of the volcano are about 6-7% lower than that for the north swarm zone, and about 3% lower than that for the south swarm zone. We suggest that the reduction of the Vp/Vs ratio is due to degassing phenomena inside the central and western earthquake swarm zones, or due to the presence of microcracks inside the volcano. This supposition is in agreement with other studies of geophysics, geochemistry and drilling surveys carried out at NRV.

Se llevó a cabo un análisis de a actividad para zonas de enjambres sísmicos tipo volcano-tectónico (VT) en el Volcán Nevado del Ruiz (VNR), para el período 1985-2002, que fue el período sísmicamente más activo hasta el 2010. Los enjambres sísmicos se localizaron en fuentes muy bien definidas alrededor del cráter. La fuente sísmica localizada en el cráter, fue la más activa durante este tiempo. La zona ubicada al W del cráter, parece tener una relación con crisis volcánicas posteriores, permaneciendo activa antes de las erupciones de noviembre de 1985 y septiembre de 1989. Se cree que la ocurrencia de sismicidad en esta zona sísmica, puede ser usada como premonitorio de actividad volcánica en el VNR. Para cada zona sísmica se calculó el Vp/Vs agrupando sismos y estaciones para cada una de ellas. Se encontró que cada zona sísmica tiene un valor Vp/Vs diferente de las otras. Las zonas cráter y oeste (W) presentaron el mismo valor de Vp/Vs. El valor de Vp/Vs para la zona cráter y W, fue un 6-7% menor el de la zona norte, y un 3% menor que el de la zona sur. Se interpreta que la disminución del Vp/Vs es debido a desgasificación producida en las zonas sísmicas del cráter y al occidente del volcán, o a la presencia de microgrietas en el interior del volcán. Esta suposición esta soportada en otros estudios geofísicos, geoquímicos y de datos de pozos geotérmicos, llevados a cabo en el VNR.