Earth Sciences Research Journal

Letter from the editor

Quantifying the statistical distribution of Tropical Cyclone Activity in the historical record of the Dominican Republic

ABSTRACT In this study, we re-examined the Official Hurricane Database from the National Hurricane Center (HURDAT-NHC), an agency associated with NOAA, for tropical cyclone activity from 1851 to 2012for the Dominican Republic on the island of Hispaniola in the Caribbean Basin. We performed analyses at two different levels for the island (i.e., all of the storm tracks in the Caribbean Basin near to the study area that made landfall and all of the events that crossed the Dominican Republic from a radius of 300 km from the coastline). This study includes the statistical occurrence of these phenomena during the study period and the climatological analysis of all tropical cyclone tracks (112 total events) by decadal seasonal distribution, fifty-year seasonal distribution and monthly seasonal distribution to show the lowest and highest activities. We performed wavelet analysis on the continuous data over a long time series to determine the important frequencies. This analysis provided a general statistical conclusion resulting from the data collected. A landfall probability for the study area corresponding to the long time series of (it's 162) years within a radius of ~100, ~185 and ~300 km, based on the historical climatology tropical cyclone tracks, reveals the likelihood of a strike for a major or a minor hurricane. We present a review of the tropical cyclone activities that passed the Dominican Republic, which also forms part of the author's dissertation.

RESUMEN Para el presente estudio se ha tomado la Base de Datos Oficial para Huracanes del Centro Nacional de Huracanes (HURDAT-NHC), dependencia de la NOAA, correspondiente al período de 1851-2012 relativos a ciclónicas tropicales para la República Dominicana (Isla Hispaniola) en la Cuenca del Caribe. El análisis ha sido realizado de dos formas diferentes considerando la geografía de la isla (todos los puntos de posicionamiento de los eventos en la Cuenca del Caribe que han impactado el área de estudio al tocar tierra -impactado-- y todos los eventos que han atravesado la República Dominicana en un radio de ~300 km. Se presenta un estudio estadístico de la ocurrencia de estos fenómenos durante el citado período, incluyendo un análisis climatológico de todos los ciclones tropicales que se han registrado (112 eventos en total) en distribuciones decanales, cincuentenarios y mensuales, indicando la de menor y mayor actividad. Por igual se ha ejecutado un análisis de ondeletas sobre los datos continuos de la serie de tiempo para determinar importantes frecuencias. Finalmente mostramos una probabilidad de ocurrencia de que uno de estos fenómenos toque tierra basado en una serie de 162 años para el área de estudio, dentro de un radio de ~100, ~185 y ~300 km, teniendo en cuenta la climatología de huracanes la cual revela la probabilidad de ser impactado tanto por un evento de menor o mayor categoría. El autor muestra una perspectiva de la actividad ciclónica para el área de la República Dominicana la cual forma parte de su tesis doctoral.

Formation of Oil and Gas Reservoirs in the Great Depths of the South Caspian Depression

ABSTRACT The aim of this article is the identification and characterization of complex factors acting simultaneously on forming large sized reservoirs in the deep South Caspian Basin, as well as the development of a model based on a combination of synchronous natural processes of the formation of hydrocarbon deposits. The article analyses reasons for high layer pressures in the hydrocarbon fields of the South Caspian Depression (SCD), impacting factors. The tectonic factor and density-barometric model can become the main criterion for selection of priority projects for exploration and site selection for drilling wells. Obtained results allow conducting effective studies of the exploration and development of oil and gas condensate fields in the SCD area.

RESUMEN El objetivo de este artículo es la identificación y caracterización de los complejos factores que actúan en la formación de depósitos de gran tamaño en lo profundo de la cuenca al sur del Mar Caspio, al igual que el desarrollo de un modelo de formación de depósitos de hidrocarburos basado en la combinación de procesos naturales sincrónicos. Este artículo analiza las causas de la presión de las capas altas en los campos de hidrocarburos ubicados al sur de la depresión cáspica y sus factores de impacto. Además, se propone el componente tectónico y el modelo de densidad barométrico como los criterios más importantes para la selección de proyectos prioritarios de exploración y la escogencia de lugares para perforación de pozos. Los resultados obtenidos permiten realizar estudios de exploración y desarrollo en los campos de petróleo y gas condensado en el sur de la depresión cáspica.

Interpretation of aeromagnetic data using GIS to evaluate the geotectonic regime of the Sabinas Basin

ABSTRACT The study present the use of Geographic Information System (GIS) to assess the geotectonic regimen of the Sabinas Basin. Initially, the GIS database was designed using geological and geophysical information (total magnetic field reduced to the pole). Subsequently, 2D models of the basin were obtained along 4 profiles running on a north-south direction. The implementation of GIS enables a geological-geophysical interpretation generating various thematic maps that overlap the magnetic map during interpretation. The analysis of overlapping maps enables the identification of areas with different geotectonic regimes in the Sabinas Basin, as well as the relationship between these environments and mineralization. The qualitative and quantitative interpretation of the aeromagnetic data obtained for the total magnetic field reduced to the pole delineate uplifted basement areas as well as shallower blocks within them. This paper presents the location of both the basin's deepest zones and its probable faults, which can be linked to the block boundaries. The faults zones and block boundaries correspond to the main mineral deposits found in the basin. Finally, the geotectonic regime of some sectors of the basin is detailed in order to reaffirm the results obtained by the interpretation of aeromagnetic data.

RESUMEN Se presenta el uso de un Sistemas de Información Geográfica para evaluar el régimen geotectónico de la Cuenca de Sabinas. Inicialmente se llevó a cabo el diseño de la base de datos del Sistema de Información Geográfica, teniendo en cuenta las características de la información geológica y geofísica (campo magnético total reducido al polo). Posteriormente se obtienen modelos 2D de la cuenca a lo largo de 4 perfiles con direcciones norte-sur. A partir de la implementación del Sistema de Información Geográfica, se logró una interpretación geológica-geofísica, generando diversos mapas temáticos que se superpusieron al mapa magnético durante dicha interpretación. El análisis de los mapas superpuestos permitió identificar áreas con diferente régimen geotectónico dentro de la Cuenca de Sabinas, así como la relación de esas áreas con mineralizaciones. A partir de la interpretación cualitativa y cuantitativa de los datos del campo magnético total reducido al polo se delimitan áreas levantadas del basamento de la cuenca y los bloques más someros dentro de las mismas. También se localizan las zonas más profundas de la cuenca y probables fallas, que pueden estar vinculadas con los límites de los bloques. Las zonas de fallas y los límites de bloques están relacionados con los principales depósitos minerales de la cuenca. Por último, se detalla el régimen geotectónico de algunos sectores de la cuenca, para reafirmar los resultados de la interpretación de los datos aeromagnéticos.

Direct Shear Test of Unsaturated Soil

ABSTRACT The present study focuses on some experimental laboratory tests using a newly-constructed modified direct shear test apparatus. The single-stage and multistage direct shear tests were performed to determine the shear rate and test scheme of the unsaturated shear test. Shear strength parameters of unsaturated soil in different conditions are obtained, and the criteria indicate good agreement with standard theories of unsaturated soil. The nonlinear matric suction failure envelope is determined. Some shear strength equations are also fitted through the experimental results.

RESUMEN El presente estudio se basa en varias pruebas de laboratorio montadas en una máquina de experimentos recientemente construida y modificada para este objetivo. Se realizaron las pruebas monofase y multifase de cizallamiento para determinar el punto de corte y el modelo de cizallamiento no saturado. De esta manera se obtuvieron los parámetros de cizallamiento de suelos no saturados bajo diferentes condiciones y los resultados coincidieron con las teorías evaluadas en esta materia. También se determinó la curva de corte para la succión matricial no lineal. Algunas ecuaciones de fuerza de cizallamiento también encajan en los resultados experimentales.

Effect of Nano-Carbon on Water Holding Capacity in a Sandy Soil of the Loess Plateau

ABSTRACT The poor water retention capacity of sandy soils commonly aggregate soil erosion and ecological environment on the Chinese Loess Plateau. Due to its strong capacity for absorption and large specific surface area, the use of nanocarbon made of coconut shell as a soil amendment that could improve water retention was investigated. Soil column experiments were conducted in which a layer of nanocarbon mixed well with the soil was formed at a depth of 20 cm below the soil surface. Four different nanocarbon contents by weight (0%, 0.1%, 0.5%, and 1%) and five thicknesses of the nanocarbon- soil mixture layer ranging from 1 to 5 cm were considered. Cumulative infiltration and soil water content distributions were determined when water was added to soil columns. Soil Water Characteristic Curves (SWCC) were obtained using the centrifuge method. The principal results showed that the infiltration rate and cumulative infiltration increased with the increases of nanocarbon contents, to the thicknesses of the nano carbon-soil mixture layer. Soil water contents that below the soil-nano carbon layer decreased sharply. Both the Brooks-Corey and van Genuchten models could describe well the SWCC of the disturbed sandy soil with various nano carbon contents. Both the saturated water content (θs), residual water content (θr) and empirical parameter (α) increased with increasing nano carbon content, while the pore-size distribution parameter (n) decreased. The available soil water contents were efficiently increased with the increase in nanocarbon contents.

RESUMEN La poca capacidad de retención de agua en suelos arenosos es un factor determinante en la erosión del terreno y en el entorno ecológico de la meseta de Loes, en China. Debido a su capacidad de absorción y a su amplia superficie específica, se investigó el uso de materiales nanocarbonados hechos de cáscara de coco de forma que con la estabilización del suelo se pueda mejorar la retención de agua. Se realizaron experimentos con muestras tomadas en el área de estudio en las cuales se mezcló una capa de materiales nanocarbonados a una profundidad de 20 cms. Los análisis se realizaron a partir de cuatro parámetros establecidos por el contenido en peso de los materiales nanocarbonados (0 %, 0.1 %, 0.5 % y 1 %) y de cinco parámetros basados en el espesor de la mezcla de nanocarbonados con el suelo, que van de uno a cinco centímetros. Las distribuciones de infiltración acumulada y contenido de agua frente a material sólido se determinaron al añadir agua a las muestras de suelo. A través del método de centrifugación se obtuvieron las relaciones agua-suelo (SWCC, del inglés Soil Water Characteristic Curves). Los principales resultados muestran que el índice de infiltración y la infiltración acumulada aumenta con proporción directa a los contenidos nanocarbonados, al igual que crece el espesor de la capa mezclada del suelo con materiales nanocarbonados. Los contenidos de agua y suelo en la capa de suelo nanocarbonada se redujeron pronunciadamente. Los modelos de Brooks-Carey y van Genuchten describen las relaciones de agua-suelo en suelos arenosos irregulares con varios contenidos de nanocarbón. Tanto el contenido de saturación de agua (θs), como el contenido de agua residual (θr) y el parámetro empírico (α) aumentaron proporcionalmente con el contenido de nanocarbón, mientras que el índice de distribución de los poros (n) bajó. Los contenidosdisponibles de aguay suelo seincrementaron eficientemente con el aumentode los contenidos nanocarbonados.

Influence of Pressure and Water Content on Loess Collapsibility of the Xixian New Area in Shaanxi Province, China

ABSTRACT More than 40% area of the Xixian New Area is a loess deposit region, and most of the loess landform is tableland and terrace where the thickness of loess is considerable large. Therefore, loess collapsibility will be the most important geotechnical problem in future foundation investigation and construction. To explore loess collapsibility in the Xixian New Area, we conducted the K 0 compression test, based on the collapsibility mechanism, which has different combinations of pressure (0~1.2 MPa) and water content (4%~Sat). Based on the σ-ε curve under different water content, we calculated the generalized collapse settlement and collapsibility coefficient of every water content under every pressure by subtracting the relevant curve from the saturated curve and analyzed the cross action of pressure and water on loess compressibility. The results show that the average collapsibility level of the northern Xixian New Area is self-weight collapsible level II, with a lower limit of 14 m. The compressibility of loess is proportional to pressure and water content. Under low water content, the collapsibility coefficient δ s increased while the pressure increased, but under medium and high water content, δ s will reach a peak with increasing pressure and after that, δ s will decrease until its value is close to constant. When under the same pressure, δ s decreases when water content increases. If set the additional strain 1.5% as collapse start criterion, then the first collapse pressure P i will linear proportional to water content. The initial collapse water content w i will increase sharply when pressure raises under low pressure, but w i will reach a constant value of 26% when pressure is more than 200 kPa. This consequence will be meaningful for future geotechnical investigation and design in the Xixian New Area.

RESUMEN Para estimar la colapsabilidad en Xixian se realizó el test de compresión (K o ), de acuerdo con el mecanismo de colapsabilidad, con diferentes combinaciones de presión (0~1.2 MPa) y contenido de agua (4%~Sat). Basado en la curva σ-ε con diferentes contenidos de agua se calcularon los coeficientes de asentamiento y colapsabilidad a partir de substracción de la curva en condiciones de saturación y analizando los efectos de presión y contenido de agua. Los resultados muestran que el promedio de colapsabilidad por su propio peso para el área de Xixian es de nivel II, con un límite bajo de hasta 14 m. La compresibilidad de loess es proporcional a la presión y al contenido de agua. Con un bajo contenido de agua, el coeficiente de colapsabilidad (δ s ) se incrementó mientras la presión se aumentó; pero, con contenidos medios y altos de agua, el coeficiente de colapsabilidad alcanzó su pico con el incremento de la presión, y luego bajó para prácticamente estabilizarse. Bajo presión constante, la colapsabilidad descendió al aumentar el contenido de agua. Si se asume como criterio inicial de colapso (P i ) una deformación adicional de 1.5%, Pi es linealmente proporcional al contenido de agua. El contenido de agua inicial de colapso (w i ) se incrementa drásticamente cuando la presión se eleva a baja presión, sin embargo, el contenido de agua alcanza un valor constante de 26 °% cuando la presión es de más de 200 kPa. Estos resultados son significativos para la investigación geotécnica y el diseño estructural en Xixian.