Earth Sciences Research Journal

Application of seismic refraction tomography for tunnel design in Santa Clara Mountain, San Juan, Argentina

A geophysical survey involving seismic refraction tomography (SRT) for mapping 'P' waves was carried out in Sierra Santa Clara, San Juan Province, Argentina in July 2009. The purpose of the geophysical survey was to determine the degree of fracturing and the rigidity of the rock mass through which it is planned to build a 290 m long road tunnel traversing the mountain almost perpendicular to the axis thereof, at around 100 m depth from the summit. Several difficulties arose from the operational point of view which made it almost impossible to conduct fieldwork in normal circumstances. Firstly, the topography had almost 45° slopes and 100 m research depths which would have involved having had to use explosives to generate seismic waves reaching sensors which had sufficient signal-to-noise ratio for distinguishing them. Legal restrictions regarding the use of explosives on the one hand and insufficient power when using hammer blows on the other made it necessary to design and build a gas-powered gun to achieve the minimum energy (2 kJ) required for detecting seismic signals. Secondly, using conventional interpretation methods involving layered models was inoperable in such geological structures; seismic tomography methods were thus used which make use of the velocity gradient concept (both lateral and in-depth). This allowed mapping subsurface velocity variations in the form of velocity contour lines. The methodology used with the new seismic waves' source generator, as well as SRT application in this type of geological structure, demonstrated that satisfactory results could be obtained for this kind of geophysical study for geotechnical purposes.

Se llevó a cabo un estudio geofísico de tomografía sísmica por refracción (SRT) con ondas compresionales en la Sierra de Santa Clara, provincia de San Juan, República Argentina en julio de 2009. El propósito del estudio geofísico fue determinar las variaciones de velocidad de ondas P en el interior del macizo rocoso con el fin de inferir el grado de fracturación y rigidez del mismo, y proyectar la construcción de un túnel vial de 290 m de longitud, que atravesará la montaña de forma casi perpendicular al eje de la misma, a 100 m de profundidad desde la cumbre. Varias dificultades se presentaron desde el punto de vista operativo, que tornaron altamente compleja la realización del trabajo de campo en circunstancias normales. En primer lugar las condiciones topográficas, con pendientes de 45° y profundidades de investigación de 100 m, que implicaba el uso de explosivos para generar ondas sísmicas que alcanzaran los sensores con suficiente relación señal-ruido para distinguirlas. Restricciones legales respecto al uso de explosivos, por una parte, y la potencia insuficiente en caso de uso de golpe de maza por otra, hicieron necesario el diseño y construcción de un cañón impulsado por gas en busca de generar la energía mínima (2 kJ) necesaria para la detección de las señales sísmicas. En segundo lugar, no fue posible la utilización de los métodos convencionales de interpretación que emplean modelos de capas, inoperable en este tipo de estructuras geológicas; por ello resultó imprescindible utilizar el método de tomografìa sísmica que hace uso del concepto de gradientes de velocidades, tanto laterales como en profundidad. Ello posibilitó mapear las variaciones de velocidad en subsuelo en forma de curvas de nivel.

Zeolitisation of Neogene sedimentary and pyroclastic rocks exposed in Paipa (Boyacá), in the Colombian Andes: simulating their natural formation conditions

The present study concerns the synthesis of zeolites from Neogene sedimentary and pyroclastic rocks exposed around the Sochagota Lake, Paipa (Boyacá). Two synthesis methods were used: conventional hydrothermal treatment and alkaline fusion followed by hydrothermal reaction. Both raw materials and synthesised zeolytic products were characterised by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance (NMR). Several zeolytic phases were synthesised, including faujasite (FAU), phillip-site (PHI) and sodalite (SOD). The results showed that the alkaline fusion approach was more efficient regarding hydrothermal conversion of the raw materials than conventional hydrothermal treatment, taking into account that zeolytic products having a higher degree of crystallinity and few impurities were obtained in this way. This study was aimed at applying experimental mineralogy to a laboratory simulation of the geological conditions in which zeolites can occur as the basis for defining criteria for exploring natural zeolites in Colombia, with prospects for the profitable exploitation of these mineral resources in different parts of Colombia.

El presente estudio se refiere a la síntesis de zeolitas a partir de rocas sedimentarias y piroclásticas del Neógeno que afloran alrededor del lago Sochagota, Paipa (Boyacá). Dos métodos diferentes de síntesis se utilizaron: (1) tratamiento hidrotérmico convencional y (2) fusión alcalina seguida por reacción hidrotérmica. Tanto las materias primas, como los productos zeolíticos sintetizados se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (IRTF) y resonancia magnética nuclear (RMN). Diferentes fases zeolíticas fueron sintetizadas, las cuales incluyen faujasita (FAU), filipsita (PHI) y sodalita (SOD). Los resultados muestran que la incorporación de la fusión alcalina fue más eficiente en la conversión hidrotérmica de las materias primas que el tratamiento hidrotérmico convencional, teniendo en cuenta que los productos zeolíticos mostraron mayor grado de cristalinidad y baja cantidad de impurezas. La contribución de este estudio fue aplicar la mineralogía experimental para simular a escala de laboratorio las condiciones geológicas y composicionales que pueden relacionarse con la formación de zeolitas en un contexto geológico específico, aspectos relevantes para definir criterios de exploración de zeolitas naturales en Colombia con perspectivas de explotación rentable de estos recursos minerales en diferentes regiones del país.

Hydrochemical characteristics of groundwater for domestic and irrigation purposes in Madhuranthakam, Tamil Nadu, India

Hydrochemical study was carried out in Madhuranthakam located near Chennai in Tamil Nadu, India with an objective of understanding the suitability of local groundwater quality for domestic and irrigation purposes. Twenty groundwater samples were collected in February 2002 and analysed for physical and chemical parameters. groundwater in this area was found to be within the desirable Bureau of Indian Standards and World Health Organisation limits for drinking water. Ca-HCO3 was the dominant groundwater type. groundwater in this area was assessed for irrigation purposes on the basis of sodium percentage (Na%), magnesium hazard (MH), residual sodium carbonate (RSC), sodium absorption ratio (SAR), permeability index (PI) and United States department of Agriculture (USDA) classification. Most of the groundwater samples were suitable for irrigation, except in a few locations (15%) based on MH. Overall the groundwater quality was suitable for drinking and domestic purposes and permissible for irrigation activities.

Un estudio Hidroquímico fue llevado en la localidad Madhuranthakam cerca Chennai en Tamil Nadu, India, con el propósito de evaluar la calidad de las aguas subterráneas locales para usos domésticos y fines de riego. Veinte muestras de agua subterránea fueron recogidas y analizadas en términos de parámetros físicos y químicos en Febrero 2002. Las aguas subterráneas en esta área fueron encontradas aptas como potables según los limites sugeridos por el Consejo de Estándares de India y los límites permisibles por la Organización Mundial de la Salud para el agua potable. Ca-HCO3 es dominante en las aguas subterráneas. Las aguas subterráneas en esta área fueron asignadas para propósitos de riego sobre la base del porcentaje de sodio (Na%), magnesio peligroso (MH), carbonato sodico residual (RSC), proporción de absorción de sodio (SAR), índice permeabilidad (PI) y la clasificación del departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). La mayoría de las muestras de las aguas subterráneas son aptas para el riego, excepto en unas pocas ubicaciones (15%), basadas sobre MH. En general, la calidad del agua subterránea fue apta para el consumo, uso doméstico y permisible para las actividades de riego.

Detecting low frequency cycles in rainfall series from Colombian coffee-growing area by using descriptive methods

Descriptive statistical methods were used for improving climatic variability scenarios regarding rainfall using time series from five representative pluviometric stations (Miguel Valencia, Naranjal, Cenicafé, La Bella and Paraguaicito); such scenarios are used to make decisions regarding coffee-growing. The purpose was to find signs of cyclic behaviour besides those associated with El Niño Southern Oscillation (ENSO) which happens every 3.5 to 4.5 years. Signals were found of decadal to interdecadal cycle (10 to 30 years), modulating known ENSO effects related to periodic changes in the Pacific Ocean and solar activity.

Con el objeto de mejorar la generación de escenarios de variabilidad climática, que son utilizados para tomar decisiones en el cultivo del café, se exploran en forma descriptiva las series temporales de lluvia medidas en cinco estaciones pluviométricas representativas de la zona cafetera colombiana (Miguel Valencia, Naranjal, La Bella y Paraguaicito) para encontrar señales de comportamiento cíclico, además del asociado con la Oscilación del Sur El Niño (ENSO), que es de 3.5 a 4.5 años. Se encontraron señales de ciclos de periodo decadal a interdecadal (10 a 30 años) que modulan los efectos ya conocidos del ENSO y que están asociados a cambios periódicos en el Océano Pacífico y la actividad solar.

Quaternary dating by electron spin resonance (ESR) applied to human tooth enamel

This paper presents the results obtained from using electron paramagnetic resonance (EPR) to analyse tooth enamel found at the Aguazuque archaeological site (Cundinamarca, Colombia), located on the savannah near Bogota at 4° 37' North and 74°17' West. It was presumed that the tooth enamel came from a collective burial consisting of 23 people, involving men, women and children. The tooth enamel was irradiated with gamma rays and the resulting free radicals were measured using an electron spin resonance (ESR) X-band spectrometer to obtain a signal intensity compared to absorbed doses curve. Fitting this curve allowed the mean archaeological dose accumulated in the enamel during the period that it was buried to be estimated, giving a 2.10 ± 0.14 Gy value. ROSY software was used for estimating age, giving a mean 3,256 ± 190y before present (BP) age. These results highlight EPR's potential when using the quaternary ancient ruins dating technique in Colombia and its use with other kinds of samples like stalagmites, calcite, mollusc shells and reefs.

En este trabajo se presentan los resultados obtenidos por datación mediante el uso de Resonancia Paramagnètica Electrónica en muestras de esmalte dental provenientes del sitio arqueológico Aguazuque, ubicado en la sabana de Bogotá en coordenadas 4° 37' de latitud norte y 74°17' de longitud oeste de Greenwich. Se presume que el esmalte dental proviene de un entierro colectivo compuesto de 23 individuos entre mujeres, hombres y niños. El esmalte dental fue irradiado con rayos gamma y los radicales libres producidos fueron medidos usando un espectrómetro de resonancia del spin electrónico (ESR), banda X, con el fin de realizar una curva de intensidad de la señal versus la dosis absorbida por el esmalte. El ajuste de esta curva permitió obtener la dosis media arqueológica acumulada en el esmalte (D A), durante el periodo de enterramiento de la muestra. El valor obtenido fue de 2.10 ± 0.14 Gy. Para estimar la edad de la muestra se usó el software ROSY, obteniendo una edad media de las muestras de esmalte de 3,256 ± 190y BP. Los resultados obtenidos muestran el potencial uso de la tècnica EPR como herramienta de datación de muestras cuaternarias en Colombia y abre la posibilidad de usarla en otro tipo de muestras como estalagmitas, calcitas, conchas de moluscos y corales.

Thin-layer detection using spectral inversion and a genetic algorithm

Spectral inversion using a genetic algorithm (Ga) as an optimisation approach was used for increasing the seismic resolution of a particular dataset; by contrast with the conjugate gradient method, a Ga does not require a good starting model but rather a search space. The method discriminated layers thinner than λ/8 when tested on synthetic and log data. When applied to a seismic dataset concerning the Barco formation in the Catatumbo basin, Colombia, spectral inversion led to recovering information from seismic data contributing towards the vertical identification of geological features such as thin distributary channels deposited in a deltaic environment having a tidal influence. The results revealed that a GA outperformed traditional minimisation schemes.

La inversión espectral, a partir de un algoritmo genético fue usado como estrategia de optimización, e incremento de la resolución de un volumen sísmico. Contrario al método del gradiente conjugado, el algoritmo genético no requiere un buen modelo inicial sino un espacio de búsqueda. Usado en datos sintéticos y registros de pozo el método discriminó capas tan delgadas como A/8. Al usarse en un volumen de la formación Barco en la Cuenca del Catatumbo, Colombia, la inversión espectral recuperó información que contribuyó a la identificación de delgados canales distributarios depositados en un ambiente transicional con influencia de mareas. El resultado mostró que esta estrategia es más eficiente y efectiva que los procedimientos convencionales de minimización.

An engineering geological appraisal of the Chamshir dam foundation using DMR classification and kinematic analysis, southwest of Iran

This paper describes the results of engineering geological investigations and rock mechanics studies carried out at the proposed Chamshir dam site. It is proposed that a 155 m high solid concrete gravity-arc dam be built across the Zuhreh River to the southeast of the city of Gachsaran in south-western Iran. The dam and its associated structures are mainly located on the Mishan formation. Analysis consisted of rock mass classification and a kinematic analysis of the dam foundation's rock masses. The studies were carried out in the field and the laboratory. The field studies included geological mapping, intensive discontinuity surveying, core drilling and sampling for laboratory testing. Rock mass classifications were made in line with RMR and DMR classification for the dam foundation. Dam foundation analysis regarding stability using DMR classification and kinematic analysis indicated that the left abutment's rock foundation (area 2) was unstable for planar, wedge and toppling failure modes.

Este articulo describe los resultados de una investigación de ingeniería geológica y estudios de mecánica de roca que se llevo a cabo en el lugar propuesto para le represa Chamshir. Se propone una presa de 155m de altura, de arco gravitacional en concreto de solido, la cua debe ser construida a través del rio Zuhreh al sureste de la ciudad de Gachsaran en el suroeste de Irán. La presa y su estructura asociada son localizadas principalmente sobre la formación Mishan. El análisis consistió en la clasificación del macizo rocoso y un análisis cinemático de la fundación de la masa rocosa de la presa. Los estudios se llevaron a cabo en campo y laboratorio. Los estudios de campo incluyeron cartografía geológica, un estudio intensivo de discontinuidad, perforación de núcleo y toma de muestras para pruebas de laboratorio. La clasificación de la masa rocosa se realizo de acuerdo con la clasificación RMR y DMR para la fundación de la presa. El análisis de basamento rocoso de la presa en relación a la estabilidad usando la clasificación DMR y el análisis cinemático indico que el estribo izquierdo del basamento (área 2) es inestable para tipos de fallo planares y de cuña.

Reflexions on multidisciplinarity and geologic risk management in Cuba

Geological risk management has special relevance in construction and the creation of new infrastructure in Cuba The aim of this work was to focus on making some reflections about the multidisciplinarity analysis of geologica risk management in the country from a critical perspective

La gestión del riesgo geológico tiene una especial relevancia en la construcción y la creación de nuevas infraestructuras en Cuba. El objetivo de este trabajo fue centrarse en hacer algunas reflexiones sobre el análisis multidisciplinario de la gestión de riesgos geológicos en el país desde una perspectiva crítica.