Boletín de Geología

3D seismic tomography in the seismic nest of Bucaramanga (Colombia)

Resumen La tomografía sísmica es una técnica con la cual se genera una imagen del interior de la tierra; una de las posibilidades de datos a utilizar son los tiempos de llegada de las ondas generadas en un sismo a las estaciones sismológicas. En el presente trabajo se utilizó dicha técnica para generar un modelo de velocidades cuasi 3D de la Onda P, en la zona del nido de Bucaramanga, en donde se presenta una alta actividad sísmica, posiblemente debido a la colisión de la Placa de Nazca con la Placa Caribe bajo la Placa Suramericana, que da lugar a la ocurrencia de sismos a profundidades intermedias (70 – 200 km). Para el desarrollo de este trabajo, se tuvo en cuenta un total de 1223 sismos ocurridos en el departamento de Santander – Colombia; entre los 6° - 8° N y 72° - 74°W, en el periodo de Enero de 2012 y Junio de 2016 registrados por las estaciones sísmicas de la Red Sismológica Nacional de Colombia (RSNC) distribuidas a lo largo de todo el país. De estos eventos se utilizaron 1138 los cuales cumplían con una serie de parámetros asociados al nido sísmico –tales como latitud, longitud y profundidad – para generar un primer modelo de velocidades 1D, en el que se asumió una homogeneidad lateral y solo se tuvo en cuenta la variación de la velocidad a profundidad. Finalmente, se generó el modelo de velocidades cuasi 3D, es decir, un modelo por capas horizontales a distintas profundidades, con variación lateral en cada plano, con el cuál se determinaron dos anomalías que se hacen más evidentes a partir de los 30 kilómetros de profundidad: la primera es una anomalía negativa que se encuentra posiblemente asociada a la fusión parcial del magma, y la segunda, es una anomalía positiva que se interpreta como asociada a la cristalización del magma.

Abstract Seismic tomography is a set of techniques used to obtain an image of velocity fields inside the Earth, using waves measurements. In this work, this technique was used to generate a quasi-3D velocity model of the P wave of Bucaramanga’s nest zone –a highly seismic zone in Colombia caused by the collision of the Caribbean and Nazca Plates under the South American plate, able to generate intermediate earthquakes (70 – 200km). For this research, 1223 earthquakes recorded by the seismic stations of “National Seismological Network of Colombia” were analyzed. They all occurred in Santander, Colombia, within 6° - 8°N and 72° - 74°W recorded from January 2012 to June 2016. Only 1138 events that met the seismic nest parameters –like latitude, longitude and depth – were used to generate a first 1D velocity model where only depth velocity variations were considered. Furthermore, a quasi-3D model with both horizontal layers of different depths and lateral variations was generated. Results show two continuous anomalies in the study zone: the first one, a negative one interpreted as partial melt of magma and, the second one, a positive anomaly interpreted to magma crystallization.

The 2016 Capellades earthquake and its seismic sequence: Expression of strike-slip faulting in the volcanic arc of Costa Rica

Resumen El 30 de noviembre del 2016 a las 18:25 (00:25 UTC del 1º de diciembre) ocurrió un sismo de Mw 5,5 a una profundidad de 2,7 km, 4 km al norte de Capellades de Alvarado, Costa Rica. Fue el evento principal de una secuencia con precursores y réplicas, localizada a 5 km de los volcanes activos Irazú y Turrialba. Este sismo es el más reciente de una lista de terremotos originados en las fallas que cortan la Cordillera Volcánica Central, la cual representa el límite norte del área más poblada del país. Usando principalmente los registros instrumentales de la Red Sismológica Nacional (RSN), en este trabajo se presenta un análisis sismológico de la secuencia y se determinan la ubicación y las características de la falla que originó esta sismicidad. Adicionalmente, se describe el entorno geológico-tectónico de su origen y sus efectos. La secuencia de sismos muestra un claro alineamiento de 8 km de longitud y rumbo nor-noroeste, entre los volcanes Irazú y Turrialba. La interpretación conjunta de la relocalización de la secuencia, el tensor de momento del sismo principal y los mecanismos focales de 17 eventos permitió determinar que la falla de origen es casi vertical y de tipo de desplazamiento de rumbo dextral, lo cual es congruente con los sistemas de fallamiento activo de la zona. Esta falla no había sido reconocida previamente y se ha denominado Liebres en este estudio. El sismo principal fue sentido en casi todo el país, con una intensidad máxima de VI+. Este sismo ha sido el de mayor magnitud en el sector oriental de la Cordillera Volcánica Central desde el terremoto de Patillos de 1952 (Ms 5,9) y el primer sismo de Mw > 5,0 registrado por la RSN en el edificio volcánico del Turrialba. A pesar de la cercanía con ese volcán, que ha presentado erupciones periódicas desde el 2010, no se observaron efectos eruptivos inmediatos.

Abstract On 30 November 2016 at 18:25 (1st December at 00:25, UTC time) a Mw 5.5 earthquake occurred at 2.7 km depth, 4 km north of the town Capellades de Alvarado, Costa Rica. It was the main shock of an earthquake sequence including foreshocks and aftershocks, located 5 km from the active Irazú and Turrialba volcanoes. This is the most recent of a series of damaging earthquakes originated in the faults crossing the Central Volcanic Range, which constitutes the northern boundary of the most populated area of the country. Using mainly the seismic records from the National Seismological Network (RSN), we present in this study a seismological analysis of the earthquake sequence and the location and characteristics of the fault that originated this seismicity. Additionally, we describe the geotectonic context of the fault and the Capellades earthquake effects. The earthquake sequence shows a clear 8-km long alignment striking nor-northwest between Irazú and Turrialba volcanoes. The joint interpretation of the earthquake relocation, the main-shock moment tensor solution, and the focal mechanisms of 17 events allows for determining the source in a nearly vertical strike-slip fault, in agreement with regional active fault systems. This structure had not been recognized previously and has been named Liebres Fault in this study. The main shock was felt in most of the country, with a maximum intensity of VI+. This earthquake has been the largest in the eastern part of the Central Volcanic Range since the 1952 Patillos earthquake (Ms 5.9) and the first Mw > 5.0 earthquake recorded by the RSN in the Turrialba volcano edifice. Despite the proximity to this active volcano, which has been erupting periodically since 2010, there were no immediate eruptive effects.

Isostatic state of fan Magdalena river from the interpretation of potential fields anomalies, Colombia Basin

Resumen El propósito principal de esta investigación es esclarecer el estado isostático del área de abanico del Rio Magdalena a partir de la interpretación de anomalías de campos potenciales en la Cuenca Colombia con el fin de profundizar el conocimiento teórico sobre los procesos geodinámicos y el fenómeno de la isostasia. Las investigaciones sugieren que la condición isostática de la corteza está fuertemente afectada por la correlación entre la anomalía gravimétrica de aire libre (FAGA) y los efectos gravimétricos del terreno (TGE). El análisis e interpretación incluyen el procesamiento y la elaboración de mapas de las anomalías gravimétricas y magnéticas. Las correlaciones e interpretaciones de las anomalías gravimétricas confirman perturbaciones isostáticas a lo largo del margen noroccidental colombiano y la Cuenca Colombia. La validación de los resultados se ha realizado mediante el modelamiento directo e inverso de datos de gravimetría y magnetometría y posterior comparación con modelos de espesor de corteza a partir de datos sísmicos. Los modelos sugieren un bajo ángulo de subducción y la deformación elástica de la placa Caribe, el cual se muestra afectada por la carga sedimentaria del paleo-delta del río Magdalena, las provincias geotectónicas de los cinturones del Sinú - San Jacinto y la corteza continental.

Abstract The main purpose of this research is to clear up the isostatic state of the fan area of t he Magdalena River from the interpretation of gravity and magnetic anomalies of the Colombia Basin in order to improve the theoretical knowledge on the geodynamic processes and the phenomenon of isostasy. Previous research suggests that the isostatic condition of the crust is strongly affected by the correlation between Free Air Gravity Anomalies (FAGA) and Terrain Gravity Effects (TGE). The analysis and interpretation include processing and mapping of gravity and magnetic anomalies. Correlations and interpretations of gravimetric anomalies confirm isostatic perturbations along the Colombian northwestern margin and the Colombia Basin. The validation of the results was done through the forward and inverse modeling from gravity and magnetic data and subsequent comparison with models of crust thickness from seismic data. The models suggest a low subduction angle and elastic deformation of the Caribbean plate, which is affected by the sedimentary load of the paleo-delta of the Magdalena River, the geo-tectonic provinces of the Sinú-San Jacinto belt and the continental crust.

San Pablo Basalts: an island arc block in the north of the Central Cordillera of Colombia. Petrographic and chemical characterization

Resumen Los Basaltos de San Pablo son un bloque de rocas volcánicas que afloran junto a sedimentitas marinas, localizadas en el norte de la Cordillera Central de Colombia, entre bloques de rocas metamórficas del Complejo Cajamarca e intruidos por el Batolito Antioqueño de edad Cretácica superior. Los basaltos de San Pablo están constituidos por basaltos (diabasas espilitizadas), con texturas intergranular a ofítica-subofítica y ocasionalmente porfídica y variolítica – subofítica, similares a las rocas de corteza oceánica del Complejo Quebradagrande y las Diabasas de San José de Urama. Los resultados de óxidos de elementos mayores sugieren que corresponden a basaltos y andesitas basálticas calcoalcalinas, con contenidos de SiO2 entre 43,13% y 55,36%, con concentraciones de MgO en el rango entre 5,85% y 9,45% y valores de TiO2 entre 1% y 2%. Los diagramas multielementales de tierras raras y elementos trazas muestran anomalías negativas de Nb y positivas de Cs, Ba, K y Pb, que sugieren un ambiente de arco, con un patrón de REE similar al de basaltos de corteza oceánica de tipo MORB en las rocas menos diferenciadas, pero con valores mayores de Th que los ubican dentro de un ambiente de arco de islas.

Abstract The San Pablo Basalts constitute an exotic block of volcanic rocks that crop out next to marine sediments, located in the Northern part of Colombia´s Central Cordillera, between metamorphic blocks of the Cajamarca Complex and intruded by the Antioquia Batholith, Upper Cretaceous in age. The San Pablo Basalts are composed of basalts (spilitic diabases), with intergranular to phiticsubophitic and occasionally porphyritic and variolitic-subophitic textures, similar to the oceanic crust rocks of the Quebradagrande Complex and the San Jose de Urama Diabases. The higher oxides results suggest that the rocks correspond to calc-alkaline, basalts and basaltic andesites, with SiO2 contents between 43.13% and 55.36%, MgO concentration ranges between 5.85% and 9.45% and TiO2 values between 1% and 2%. Multi-element diagrams of rare earth elements and trace elements show a negative Nb anomaly and positive anomalies of Cs, Ba, K and Pb, which suggests an arc environment with an REE trend similar to MORB-type oceanic crust basalts in the less differentiated rocks, but with higher Th values, which relates them to an island arc environment.

Preliminary bulk characterization of Picacho tar sands, Pesca municipality (Boyacá, Colombia)

Resumen En Colombia las arenas asfálticas las explotan para la pavimentación de vías terciarias, un ejemplo de esto son las areniscas asfálticas de la Formación Picacho, ubicadas en el municipio de Pesca, Boyacá. Este estudio tiene como objetivo una caracterización de las arenas asfálticas con el fin de tener una información preliminar sobre su variación en composición global entre dos frentes de explotación (minas La Emilia y Santa Teresa) con vistas a su posible potencial como fuente de hidrocarburos no convencionales. Los métodos comprenden análisis elementales, físico mecánico, SARA y pirólisis. Los resultados determinan que la unidad está compuesta por areniscas silíceas. Los porcentajes de azufre son bajos en casi todas las muestras, excepto una que alcanza 5%, la gravedad API determina que los crudos presentan un valor de 22,4 y 9,2 indicando que son crudos medios y extra pesados, las fracciones de crudo reflejan una mayor proporción de resinas y asfáltenos, la pirólisis indica un elevado contenido en volátiles que destila a temperaturas por debajo de 500ºC.

Abstract The tar sands are mined in Colombia for paving the local roads. An example of this use is the tar sands of the Picacho Formation, located in the municipality of Pesca, Boyacá. The objective of this study is providing a preliminary bulk characterization to evaluate this resource as a possible source of unconventional hydrocarbons in this area. The study is limited to two fronts of exploitation named the La Emilia and Santa Teresa mines. The methods used comprise elemental analysis, physico-mechanical test, SARA and pyrolysis. The results determine that the unit is composed of siliceous sandstones. The percentages of sulfur are low in most of the samples, except one that reaches 5%, the API gravity between 22.4 and 9.2 indicates that they range between medium and extra heavy crude, the oil fractional composition reflects a higher proportion of resins and asphaltenes, the pyrolysis indicates a high volatile content that completely distill at temperatures below 500ºC.

Determination of geothecnical properties by using seismic refraction velocities. A case study in Luanda (Angola)

Resumen La sísmica de refracción es un método de geofísica de prospección, que estudia las respuestas del terreno cuando se propaga a través de él una onda de compresión (onda P) producida por medios mecánicos en la superficie. El parámetro físico que se utiliza es la velocidad de propagación de la onda Vp que viaja a través de los materiales del subsuelo en función de la densidad del mismo. Tal parámetro aportará información de las características geomecanicas de la zona en la que se aplican. Los índices medidos mantienen correlaciones con la naturaleza geológica de los diversos horizontes, pudiéndose aún conocer sus respectivas profundidades y espesores. Este trabajo tiene como objectivo presentar un procedimiento para la representación de los parámetros geotécnicos, estimados por el método de refracción sísmica. Las velocidades longitudinales son obtenidas y se correlacionan con los valores de la resistencia a la penetración estandar (N) calculados por los ensayos homónimos de SPT. Los parámetros dinámicos se presentan en secciones 2D para conseguir una mejor representación e interpretación, siendo capaz de caracterizar continuamente todo el área desde el punto de vista geotécnico. El área de estudio está localizada en los suelos areno - limo - arcillosos de la ciudad de Luanda (Angola).

Abstract Seismic refraction is a prospecting geophysical method, which measures the terrain response in reaction to a P compression wave, mechanically produced at the surface and propagating across. The physical parameter in use, in the case, is the wave propagation velocity, Vp, which travel across the subsurface rock material and reflects to the surface in function of the material’s density it finds on its way down. That way, indexes associated to the parameter will measure and reveal the geomechanic characteristics of the terrain under study. Those indexes, whilst keeping some correlations with the geological nature of the rock in different horizons, allow to infer also their depths and thickness. The present study has the scope of showing a methodology to map geotechnical parameters using seismic reflection, and it has been noticed that the longitudinal velocities also computed are correlated with penetration resistance values, measured by Standard Penetration Tests (SPT). The dynamic parameters were chosen to be presented in 2D maps, in order to give either, a better representation of their characteristics, as well to allow for a continuous geotechnical interpretation over the entire area of study. The latter, is an area of silty/sandy soils located in the city of Luanda (Angola).

Analysis of sliding block models for prediction of the dynamic behavior of the mass removal phenomenon: One-parameter Model and Two-parameter Model

Resumen En este estudio se presentan las variaciones conceptuales entre dos modelos de deslizamiento en bloque, cuya finalidad es determinar las propiedades cinemáticas (alcance, velocidad y aceleración) de una masa deslizante, y cómo afectan dichas variaciones conceptuales en la magnitud de la respuesta obtenida. Para ello se desarrollan y se solucionan tanto analítica como numéricamente las ecuaciones de las variables que gobiernan el movimiento de cada uno de los modelos de deslizamiento, bajo la consideración de que el movimiento se desarrolla en una sola dimensión, en un material isotrópico y en función de las variables independientes. En los modelos se consideran parámetros como el ángulo de fricción (φ), el parámetro de turbulencia (ξ) y el coeficiente de presión de poros (ru). Finalmente se presenta la comparación de las velocidades de ambos modelos y una sección de comentarios en la que se discute la conveniencia del uso práctico de cada solución del problema de la dinámica de avalanchas.

Abstract This study aims to show the variations, from a conceptual perspective, between two sliding block models. The evaluation of these two models allows to determine the kinematic variables (range, velocity and acceleration) of a sliding mass. Herein, is assessed how the outcomes of these models are affected by varying the parameters of the friction angle (φ), turbulence (ξ), and pore pressure coefficient (ru). To achieve this, the equations of motion are solved through analytical and numerical techniques assuming that, for an isotropic material, the motion is one dimensional and function of the independent variables. Finally, a comparison between the velocities obtained with each model is presented, and a concluding remarks section in which the practical use of each solution in the avalanche dynamics problem is argued.