Earth Sciences Research Journal

Analysis of aeromagnetic data for interpretation of seismicity at Fayoum-Cairo area, Egypt

An aeromagnetic reconnaissance study is presented to delineate the subsurface structure and tectonic setting at the Fayoum-Cairo district, which experienced a damaging earthquake on October 12, 1992 of magnitude (M = 5.7). Analysis of aeromagnetic and seismicity data demonstrate three significant tectonic faults with trending to the NE-SW, NW-SE and E-W. The basement is uplifted in the northern and central parts with a depth of 1.3 km, and deepening in the southern part with a depth of 2.5 km. This is a seismically active zone and historically has experienced damaging earthquakes. In 1847, a damaging earthquake with maximum epicentral intensity (Modified Mercalli Intensity (MMI) = VII) was located there. On the eastern side, earthquake sources are well recognized at different locations. These sources created events of moderate size magnitude M < 5. The focal mechanisms of the major events from these sources are generally strike-slip with normal component. The focal mechanism of the earthquake on October 12, 1992 is normal fault type with strike trends in the NW-SE direction. These fault plane solutions are consistent with the tectonic trends derived from the aeromagnetic data mentioned above and suggest that the new tectonics of northeast Africa is predominant.

Este estudio presenta una exploración aeromagnética para delimitar la estructura subsuperficial y el marco tectónico del distrito de Fayoum-Cairo, que sufrió un terremoto el 12 de octubre de 1992 de magnitud M=5.7. Los análisis de datos sismicidad y aeromagnéticos señalan tres fallas tectónicas significativas con tendencias NE-SO, NO-SE y E-O. El subsuelo se elevó en el norte y en el centro a una profundidad de 1,3 kilómetros, y se hundió en el sur con una profundidad de 2,5 kilómetros. Esta es una zona sísmicamente activa que en su historia ha tenido terremotos dañinos. En 1847 tuvo lugar un terremoto con intensidad epicentral máxima (escala sismológica de Mercalli) de VII. En el lado este se estudiaron las fuentes de terremotos en diferentes partes. Estas fuentes crearon eventos de magnitud moderada M<5. Los mecanismos focales de los eventos principales en estas fuentes son generalmente fallas de desgarre con componente normal. El mecanismo focal del terremoto del 12 de octubre de 1992 es una falla tipo normal con fuertes movimientos NO-SE. Las soluciones de estas fallas son consistentes con las tendencias tectónicas de los datos aeromagnéticos antes mencionados y sugieren que la nueva tectónica del noreste de África es predominante.

A New Empirical Relation between Surface Wave Magnitude and Rupture Length for Turkey Earthquakes

Many practical problems encountered in quantitative oriented disciplines entail finding the best approximate solution to an over determined system of linear equations. In this study, it is investigated the usage of different regression methods as a theoretical, practical and correct estimation tool in order to obtain the best empirical relationship between surface wave magnitude and rupture length for Turkey earthquakes. For this purpose, a detailed comparison is made among four different regression norms: (1) Least Squares, (2) Least Sum of Absolute Deviations, (3) Total Least Squares or Orthogonal and, (4) Robust Regressions. In order to assess the quality of the fit in a linear regression and to select the best empirical relationship for data sets, the correlation coefficient as a quite simple and very practicable tool is used. A list of all earthquakes where the surface wave magnitude (Ms) and surface rupture length (L) are available is compiled. In order to estimate the empirical relationships between these parameters for Turkey earthquakes, log-linear fit is used and following equations are derived from different norms: Ms = 1.02* LogL + 5.18, for L2 Norm regression (R²=0.71), Ms = 1.15* LogL + 4.98, for L1 Norm regression (R²=0.92), Ms = 1.04* LogL + 5.15, for Robust regression (R²=0.75), Ms = 1.25* LogL + 4.86, for Orthogonal regression (R²=0.68), Consequently, the empirical equation given by the Least Sum of Absolute Deviations regression as Ms = 1.15* LogL + 4.98 with a strong correlation coefficient (R²=0.92) can be thought as more suitable and more reliable for Turkey earthquakes. Also, local differences in rupture length for a given magnitude can be interpreted in terms of local variation in geologic and seismic efficiencies. Furthermore, this result suggests that seismic efficiency in a region is dependent on rupture length or magnitude.

Muchos problemas prácticos encontrados en las disciplinas de orientación cuantitativa implican encontrar la mejor solución aproximada para un sistema determinado de ecuaciones lineales. En este estudio se investiga el uso de diferentes métodos de regresión tanto teóricos como prácticos y la herramienta de estimación correcta con el fin de obtener la mejor relación empírica entre la magnitud de onda superficial y la ruptura de longitud para los terremotos en Turquía. Para este propósito se hace una comparación detallada a partir de cuatro normas diferentes de regresión: (1) mínimos cuadrados, (2) mínimas desviaciones absolutas, (3) mínimos cuadrados totales y (4) regresiones robustas. Con el fin de evaluar la regresión lineal adecuada y seleccionar la mejor relación empírica de grupos de datos empíricos, la correlación de coeficiente es una herramienta simple y muy práctica. Se compiló una lista de todos los terremotos donde se cuenta con la magnitud de onda superficial (Ms) y la ruptura de longitud superficial (L). Con el fin de determinar las relaciones empíricas entre estos parámetros para los terremotos de Turquía, se utiliza la regresión lineal adecuada y las siguientes ecuaciones se derivan de diferentes reglas. Ms = 1.02* LogL + 5.18, para la regresión normal L2 (R²=0.71), Ms = 1.15* LogL + 4.98, para la regresión normal L1 (R²=0.92), Ms = 1.04* LogL + 5.15, para la regresión robusta (R²=0.75), Ms = 1.25* LogL + 4.86, para la regresión ortogonal (R²=0.68). Por consiguiente, la ecuación empírica dada por la regresión de desviaciones mínimas absolutas es con un fuerte coeficiente de correlación (R²=0.92) que sería más apropiado y más confiable para los terremotos de Turquía. También, las diferencias locales en la ruptura de longitud para una magnitud dada puede ser interpretada en términos de eficiencia sísmica y geológica en la variación local. Además, el resultado sugiere que la eficiencia sísmicaen una región depende de la ruptura de longitud o de la magnitud.

Hydrogeochemistry and Quality Assessment of Shallow Groundwater in the Southern Part of the Yellow River Alluvial Plain (Zhongwei Section), Northwest China

Statistical analyses, a Piper diagram, the saturation index and the correlations of chemical parameters were used to reveal the hydrogeochemistry and hydrogeochemical evolution of shallow groundwater in the southern part of the Zhongwei section of the Yellow River alluvial plain. The water quality for agricultural and domestic uses was also assessed in the study. The results suggest that the shallow groundwater in the study area is fresh to moderately mineralized water. Higher Ca2+ and HCO3- are observed in the less mineralized water, whereas Na+ and SO4(2-) are common ions in the highly mineralized water. The major hydrochemical facies for groundwater with total dissolved solids (TDS) <1 g/L are HCO3-Ca·Mg and HCO3-Ca·Na·Mg, and for groundwater with TDS > 1 g/L, SO4 ·Cl-Na and SO4·Cl-Na·Mg·Ca are the predominant hydrochemical types. The main reactions in the groundwater system are the dissolution/precipitation of gypsum, fluorite, halite, calcite and dolomite. Cation exchange is also important in controlling the groundwater chemistry. The water samples assessed in the paper are of acceptable quality for agricultural use, but most of them are not fit for direct human consumption (drinking). TDS, total hardness (TH), Cl- and SO4(2-) are the main indices that result in the poor drinking water quality.

Análisis estadísticos, un diagrama de Piper, el índice de saturación y la correlación de los parámetros químicos fueron utilizados para revelar la hidrogeoquímica y la evolución hidrogeoquímica de las aguas subterráneas poco profundas en la parte sur de la sección Zhongwei en la planicie aluvial del río Amarillo. La calidad del agua para el uso doméstico y agrícola también fue evaluada en este estudio. Los resultados sugieren que las aguas subterráneas poco profundas en el área de estudio son entre frescas y moderadamente mineralizadas. Un índice mayor de Ca2+ y HCO3- se observó en las aguas menos mineralizadas, mientras que Na+ y SO4(2-) son iones comunes en las aguas altamente mineralizadas. Los perfiles hidroquímicos predominantes para las aguas subterráneas con Total de Sólidos Disueltos (TDS) <1 g/L son HCO3-Ca·Mg y HCO3-Ca·Na·Mg, y para las aguas subterráneas con TDS >1 g/L, SO4·Cl-Na y SO4·Cl-Na·Mg·Ca. Las mayores reacciones en el sistema de aguas subterráneas son la disolución/precipitación de yeso, fluorita, halita, calcita y dolomita. El intercambio de cationes también es importante en el control de la química de las aguas subterráneas. Las muestras de agua evaluadas en este manuscrito son de calidad aceptable para el uso agrícola, pero la mayoría no son aptas para el consumo humano. El índice TDS, la dureza total del agua (TH), Cl- y SO4(2-) son las razones principales que influyen en la baja calidad de esta agua.

Composition of biotite within the Wushan granodiorite, Jiangxi Province, China: Petrogenetic and metallogenetic implications

The Wushan skarn copper deposit is genetically associated with the Wushan granodiorite. In this study, we investigate the petrography and mineralogy of biotites within the Wushan granodiorite. We also determine the formation conditions of these biotites and discuss the significance of these minerals in terms of petrogenesis and mineralization. Electron microprobe analysis shows that biotites within the Wushan granodiorite are Magnesio-biotites that contain relatively high Mg and Ti concentrations and low Fe and Al concentrations. The ionic coefficient of AlVI in these biotites ranges from 0.03 to 0.19, with ∑FeO/(∑FeO + MgO) ratios that range from 0.531-0.567 and MgO concentrations that range from 12.80-14.06 wt%. These results indicate that the Wushan granodiorite is an I-type granite. The Wushan biotites crystallized at temperatures (T) of 720°C-750°C, with oxygen fugacity (fO2) conditions of -11.6 to -12.5 and pressures (P) of 0.86-1.03 kb. These conditions are indicative of a crystallization depth (H) of 2.84-3.39 km. These data also indicate that the Wushan granodiorite developed under conditions of high temperature and high oxygen fugacity, suggesting that the Wushan granodiorite is prospective for magma-hydrothermal mineralization and that this granodiorite probably contributed to the formation of the Wushan skarn copper deposit.

El depósito de skarn cuprífero de Wushan está asociado genéticamente con la granodiorita de Wushan. En este estudio se investiga la petrografía y mineralogía de biotitas de la granodiorita de Wushan. Se determinan también las condiciones de formación de estas biotitas y se discute la significación de estos minerales en términos de petrogénesis y mineralización. Un análisis de microsonda a electrones muestra que las biotitas de la granodiorita de Wushan son biotitas de magnesio que contienen altas concentracionesrelativas de Mg y Ti y bajas de Fe y Al. El coeficiente icónico de AlVI en estas biotitas oscila entre 0,03 y 0,19, con índices SFeO/(SFeO + MgO) que oscilan entre 0,531-0,567 y concentraciones de MgO que van desde 12,80 a 14,06 wt%. Estos resultados indican que la granodiorita de Wushan es de granito tipo I. Las biotitas de Wushan se cristalizaron a temperaturas (T) de 720°C-750°C, con condiciones de fugacidad del oxígeno (fO2) de -11,6 a -12,5 y presión (P) de O,86 a 1,03 kb. Estas condiciones indican una profundidad de cristalización (H) de 2,84-3,39 kilómetros. Los datos también indican que la granodiorita de Wushan se desarrolló bajo condiciones de alta temperatura y alta fugacidad de oxigeno, lo que sugiere que la granodiorita de Wushan tiene potencial para la mineralización magmática-hidrotérmica y que esta granodiorita probablemente contribuyó a la formación del depósito de skarn cuprífero de Wushan.

Climate Variability and its impacts on runoff in the Kosasthaliyar sub-basin, India

Research on the effect of climate variability/climate change on runoff is limited in humid tropical regions. Climate change has implications beyond the water resources sector, such as effects on agriculture and fisheries. Hence, such studies are becoming increasingly important. This study uses both historical field data and future climate forecasts from General Circulation Model Hadley Centre Coupled Model, version 3 GCM HadCM3. These data are further downscaled using third generation of the Hadley Centre's regional climate model (HadRM3), with Providing REgional Climates for Impacts Studies (PRECIS) software under the three Quantifying Uncertainties in Model Projections (QUMPs) with a horizontal resolution of 25 km X 25 km by the Centre for Climate Change and Adaptation Research, Anna University Chennai, for the state of Tamil Nadu. These downscaled data are used to study runoff changes due to climate change for the Kosasthaliyar sub-basin in South India. A trend analysis of the hydro-meteorological data for the sub-basin indicates that future rainfall is expected to decrease by approximately 10%, while the mean temperatures will increase by the year 2100. The runoff changes from 2011 to 2040 are not perceptible when compared to the historical period of 1971 to 2000. This study attempts to provide information on climate variability and its impacts on runoff in the Kosasthaliyar sub-basin.

La investigación del efecto variabilidad climática/cambio climático en el modelo pluviosidad/escorrentía es limitada en regiones tropicales húmedas, donde el cambio climático tiene implicaciones tanto en los recursos acuíferos, como en la agricultura y la pesca. Por lo tanto este tipo de estudios han incrementado su importancia. Este estudio utiliza tanto los datos adquiridos en este campo como las predicciones climáticas del Modelo General de Circulación de la Célula de Hadley, en su versión 3GCM HadCM3. Estos datos fueron reducidos luego al utilizar la tercera generación del modelo climático regional del Centro Hadley (HadRM3), con el programa de Estipulación de Climas Regionales para Estudios de Impacto (PRECIS, en inglés), bajo los tres modelos de Cuantificación de la Incertidumbre en Proyecciones (QUMPs, en inglés). El Centro para el Cambio Climático y la Investigación de Adaptación de la Universidad Anna, de Chennai, en el estado Tamil Nadu, utiliza una escala horizontal de 25 kilómetros por 25 kilómetros. Esta reducción de datos se utiliza para estudiar los cambios de escorrentía por el cambio climático en la subcuenca de Kosasthaliyar, al sur de la India. Un análisis de tendencia de los datos hidrometeorológicos en la subcuenca indica que en el futuro la pluviosidad caerá en un 10 %, mientras que la temperatura media se incrementará para el año 2100. Los cambios de escorrentía para el período 2011-2040 no difieren de los del período 1971-2000. Este estudio es uno de los primeros acercamientos para proveer información sobre la variabilidad climática y sus impactos en la escorrentía de la subcuenca de Khosastaliyar.

Using aromatic biological markers as a tool for assessing thermal maturity of source rocks in the Campano-Maastrichtian Mamu Formation, southeastern Nigeria

The concentration and distribution of aromatic biomarkers in coals and shales from five boreholes penetrating the Maastrichtian Mamu Formation of the Anambra Basin, southeastern Nigeria, were investigated by gas chromatography-mass spectrometry to assess the thermal maturity and organic matter input. The study focused on the variations of the relative abundances of naphthalenes, phenanthrenes, and monaromatic and triaromatic steroids identified on the mass fragmentograms. Trimethylnaphthalene (TMN) is the most abundant member of the naphthalene family while methylphenanthrene (MP) is the most abundant phenanthrene family member. The total of phenanthrenes and their isomers was greater than that of naphthalenes. The distribution of these aromatic hydrocarbons and their akyl derivatives was strongly controlled by a selective expulsion mechanism and thermal maturation of organic matter. The low dibenzothiophene/phenanthrene (DBT/PHEN) ratios (0.01-0.06), as well as the enhanced concentrations of 1,2,5-TMN relative to 1,2,7- TMN, indicates organic matter derived mainly from higher plants, and the extract ternary plot of C27, C28 and C29 monoaromatic steroids suggests a Type III and mixed Type II/III kerogen. The calculated mean vitrinite reflectance (%Rm), determined from the distributions of the isomers of methyldibenzothiophene ratio (MDR) in the rock extracts, ranged from 0.51 to 1.43. These maturity values indicate that the coal and shale extracts are marginally mature for hydrocarbon generation.

La concentración y distribución de biomarcadores aromáticos en carbones y esquistos de cinco perforaciones en la formación Maastrichtian Mamu de la cuenca de Anambra, en el sureste de Nigeria, fueron analizados a través de un estudio de espectometría cromatográfico y de masa del gas para medir la madurez termal y la entrada de material orgánico. El estudio está enfocado en las variaciones de la abundancia relativa de naftalinas y fenantrenos, y en los esteroides monoaromáticos y triaromáticos identificados en los fragmentogramas de masas. La trimetinaftalina (TMN) es la más abundante de la familia de las naftalinas mientras el metilfenantreno (MP) es el más abundante de los fenantrenos. El tota de los fenantrenos y sus isómeros fue mayor que el de las naftalinas. La distribución de estos hidrocarbones aromáticos y sus alquilos derivados fue controlada ampliamente por un mecanismo de expulsión selectiva y de la maduración térmica de material orgánico. La baja proporción dibenziotofeno/fenantreno (DBT/PHEN) (0.01-0.06), al igual que las concentraciones mejoradas de 1,2,5-TMN relativas de 1,2,7-TMN indican que la materia orgánica se deriva principalmente de plantas mayores, y del diagrama terniario de los esteroides monoaromáticos C27, C28 y C29 sugiere un tipo III mezclado con tipos II/III de querógenos. El valor calculado de la reflectancia de vitrinita (%Rm) determinado de la proporción de isómeros de metildibenziotofeno (MDR) en los extractos rocosos oscila de 0.51 a 1.43. Estos valores de madurez indican que los extractos de carbones y esquistos son marginalmente maduros para la generación de hidrocarbono.

Enhancing time resolution by stabilized inverse filter and Q estimated on instantaneous spectra

Physical phenomena, such as attenuation of high frequency components and velocity dispersion, deteriorate seismic images. To enhance seismic resolution, Q filtering is usually applied, where the accurate estimation of Q is the core of this approach. The Matching Pursuit (MP) approach is an instantaneous spectral analysis method that overcomes windowing problems caused by decomposing a seismic trace, providing a frequency spectrum for each time sample of the trace. By changing variables, the spectra is transformed into a new domain where Q is accurately measured. This value is input to a stable inverse Q filter, which solely compensates for the amplitude without distorting the phase, and as a result, an improved time-resolution image is obtained. MP, windowed Fourier (WF), and Gabor transforms (GT) were tested on synthetic seismograms providing Q values that indicated the best performance of MP. Applied to a migrated offshore Colombian seismic line, the entire procedure coded in Matlab compensated for the energy losses and increased the S/N ratio. The trace-by-trace approach guarantees the reliability of the improvement in the continuity of seismic events and is applicable to pre-stack data as well.

Los fenómenos físicos de atenuación de los componentes de alta frecuencia y dispersión por velocidad de fase deterioran la imagen sísmica. Para incrementar la resolución sísmica usualmente se aplican filtros Q inversos, por lo que la estimación precisa del factor de calidad Q es el problema central de este método. El "Matching Pursuit" (MP) es un método de análisis espectral instantáneo que supera los problemas generados al usar ventanas para descomponer una traza, generando un espectro de frecuencia por cada muestra de la traza. Mediante un cambio de variables el espectro se transforma a un nuevo dominio donde se estima Q con precisión. Éste valor se alimenta a un filtro Q inverso estabilizado, el cual compensa solamente la amplitud sin distorsionar la fase obteniendo como resultado se logra una imagen con mejor resolución. Los métodos de MP, transformada de Fourier con ventanas y transformada de Gabor se ensayaron con datos sintéticos suministrando valores de Q que señalaban el mejor desempeño de MP. El proceso completo fue codificado en Matlab y aplicado a una sección marina Colombiana migrada, compensando la perdida de energía e incrementando la relación señal/ruido. El enfoque de traza por traza garantiza la confianza en el realce de la continuidad de los eventos sísmicos, siendo aplicable a datos pre-apilados.

Uncertainty in rainfall input data in a conceptual water balance model: effects on outputs and implications for predictability

As hydrological models become more prevalent in water resources planning and management, increasing levels of detail and precision are needed. Currently, reliable models that simulate the hydrological behavior of a basin are indispensable; however, it is also necessary to know the limits of the predictability and reliability of the model outputs. The present study evaluates the influence of uncertainty in the main input variable of the model, rainfall, on the output uncertainty of a hydrological model. Using concepts of identifiability and sensitivity, the uncertainty in the model structure and parameters was estimated. Then, the output uncertainty caused by uncertainties in i) the rainfall amounts and ii) the periods of the rainfall was determined. The main conclusion is that uncertainty in rainfall estimation during rainy periods produces greater output uncertainty. However, in non-rainy periods, the output uncertainty is not very sensitive to the uncertainty in rainfall. Finally, uncertainties in rainfall during the basin filling and emptying periods (Apr. - Jun. and Sep. - Nov., respectively) alter the uncertainty in subsequent periods. Therefore, uncertainties in these periods could result in limited ranges of model predictability.

Los modelos hidrológicos se han vuelto cada vez más necesarios en la planificación y gestión de recursos hídricos, donde un aumento en los niveles de detalle y precisión es necesario. Actualmente disponer de modelos para simular el comportamiento hidrológico de una cuenca resulta indispensable, sin embargo, también es necesario conocer los límites de predictibilidad y de confiabilidad de las salidas de un modelo. En este estudio se evalúan la influencia de la incertidumbre en la principal entrada de un modelo, la precipitación, sobre la incertidumbre de las salidas de un modelo hidrológico. Utilizando conceptos de identificabilidad y sensibilidad se estima la incertidumbre de los parámetros y estructura de un modelo. Luego, la incertidumbre en las salidas causadas por incertidumbre en i) los montos de precipitación, ii) los períodos de precipitación fue calculada. Como conclusiones se obtuvo que la incertidumbre en la estimación de la precipitación en períodos de lluvia produce mayor incertidumbre sobre las salidas. En períodos no lluviosos, la incertidumbre de las salidas es poco sensible a incertidumbre sobre las precipitaciones. Finalmente, incertidumbres en periodos de llenado y vaciado (Abril-Junio y Septiembre-Noviembre respectivamente) afectan la incertidumbre en las salidas en los períodos subsecuentes. Por lo tanto incertidumbres en aquellos períodos pueden resultar en rangos limitados de predictibilidad de un modelo.

Hydrocarbon Production Scenarios in Colombia. Review of Field Sizes, Hydrocarbon Reserves and Expectations of Conventional and Unconventional Resources

The present research work examines three aspects of great importance for the future supply of oil and gas in Colombia. 1) The geographic and geological distribution of hydrocarbon resources for use in estimations of the contribution of different field sizes to the total supply of oil and gas in Colombia. 2) The current state of the hydrocarbon reserves in Colombia and factors that influence their increase or decrease; statistical tools are used to calculate the volume of hydrocarbons that may be found in the future. 3) The observed decline of hydrocarbon production in Colombia, which is used to estimate the amount of resources that may be extracted in the future once peak production has been reached. Based on these three aspects, we constructed different scenarios to forecast the potential production of oil and gas in Colombia. In addition, we calculated the amount of hydrocarbon reserves in these scenarios.

El presente trabajo resume tres aspectos considerados de gran importancia para el futuro suministro de petróleo y gas en Colombia. Estos son: 1) La distribución geográfica y geológica de los recursos hidrocarburiferos como herramienta para conocer la contribución de los diferentes tamaños de campo a la producción total de hidrocarburos en Colombia; 2) El estado actual de las reservas de hidrocarburos en Colombia y los factores que inciden en el incremento o disminución de las reservas, que son dos asuntos temas que inciden en el futuro suministro de estos recursos. Al respecto, por medio de herramientas estadísticas se calcula el volumen de hidrocarburo que puede ser encontrado en el futuro. 3) Las tasas de declinación en la producción de hidrocarburos observados observadas en Colombia, permiten modelar los recursos que pueden ser recuperados en el futuro una vez alcanzados los picos de producción. Bajo esta hipótesis, se construyen diferentes escenarios que resumen pronostican la posible producción de petróleo y gas en Colombia para los próximos años, además se calculan las reservas de hidrocarburos para los mismos escenarios.