Earth Sciences Research Journal

Isostatic Crustal Thickness Under The Tibetan Plateau And Himalayas From Satellite Gravity Gradiometry Data

The global gravity and crustal models are used in this study to determine the regional Moho model. For this purpose, we solve the Vening Meinesz-Moritz's (VMM) inverse problem of isostasy defined in terms of the isostatic gravity gradient. The functional relation between the Moho depth and the second-order radial derivative of the VMM isostatic potential is formulated by means of the (linearized) Fredholm integral equation of the first kind. Methods for a spherical harmonic analysis and synthesis of the gravity field and crustal structure models are applied to evaluate the gravity gradient corrections and the respective corrected gravity gradient, taking into consideration major known density structures within the Earth's crust (while mantle heterogeneities are disregarded). The resulting gravity gradient is compensated isostatically based on applying the VMM scheme. The VMM inverse problem for finding the Moho depths is solved iteratively. The regularization is applied to stabilize the ill-posed solution. The global geopotential model GOCO-03s, the global topographic/bathymetric model DTM2006.0 and the global crustal model CRUST1.0 are used to generate the VMM isostatic gravity gradient with a spectral resolution complete to a spherical harmonic degree of 250. The VMM inverse scheme is used to determine the regional isostatic crustal thickness beneath the Tibetan Plateau and Himalayas (compiled on a 1x1 arc-deg grid). The differences between the isostatic and seismic Moho models are modeled and subsequently corrected for by applying the non-isostatic correction. Our results show that the regional gravity gradient inversion can model realistically the relative Moho geometry, while the solution contains a systematic bias. We explain this bias by more localized information on the Earth's inner structure in the gravity gradient field compared to the potential or gravity fields.

Este estudio utiliza los modelos globales de gravedad y de espesor de la corteza para determinar un modelo regional de la discontinuidad de Mohorovičić (Moho). Con este fin se resolvió el problema inverso de isostasia Vening Meinesz-Moritz (VMM) definido en términos de gradiente gravitatoria isostática. La relación funcional entre la profundidad de la Moho y la derivación radial de segundo orden del potencial isostático VMM fue formulado a través de la ecuación integral Fredholm de primera clase. Se aplicaron métodos para el análisis esférico armónico y para la síntesis del campo gravitacional, y los modelos de estructura de corteza para evaluar las correcciones de gradiente gravitatoria y el respectivo gradiente gravitatorio corregido, considerando el conocimiento de las principales densidades de la estructura al interior de la corteza de la Tierra (las heterogenidades del manto fueron ignoradas). El gradiente gravitatorio resultante se compensó isostáticamente con la aplicación del esquema VVM. Se resolvió reiterativamente el problema inverso VVM para encontrar las profundidades de la discontinuidad Moho. Se aplicó la regularización para estabilizar la solución planteada. El modelo geopotencial global GOCO-03s, el modelo global topográfico/batimetrico DTM2006.0 y el modelo global de la corteza CRUST 1.0 permitieron generar el gradiente gravitacional isostático VVM con una resolución espectral completa a un grado esférico armonioso de 250. A través del esquema inverso VMM se determinó el espesor isostático regional bajo la meseta Tibetana y los Himalayas (compilada en una cuadrícula de 1x1 grados sexagesimales). Las diferencias entre los modelos isostático y sísmico de la Moho fueron modeladas y corregidas con la aplicación de la corrección no isostática. Los resultados muestran que la inversión del gradiente gravitatorio puede modelar realísticamente la geometría de la Moho, a pesar que la solución contiene una desviación sistemática. Esta inclinación se explica por la información estructural interna de la Tierra en el campo del gradiente gravitatorio comparado con el potencial gravitatorio.

Electromagnetic Measurements for Monitoring Molybdenum Contamination in Near-Surface Survey

We carried out electromagnetic measurements in the vicinity of the near surface molybdenum contamination observed in the "Blue Lagoon" plum located in the north-east of Hungary. The aim of the investigation was to find the origin of the molybdenum pollution, situated in the area, which could be a container or other infrastructure leading to the source of contamination. The field study was conducted in two stages. In the first phase, we gathered electromagnetic data by using GEM-2 type equipment. We derived conductivity and susceptibility maps for each acquired frequency from the electromagnetic data. In the second stage of the field study, GPR data were obtained from 50 MHZ and 450 MHz antennas. In the GPR measurements, we gathered detailed information from GPR depth slices from very shallow depth ranges to deeper parts of the investigated area (from 50cm to 8 m depths). In all results from the measurements executed by the GEM-2 and (50 MHZ and 450 MHz) GPR equipment, there are several clear anomalies are observed in the data for distribution of molybdenum contamination. Although there are several contaminated zones observed, no clear evidence of the source of contamination was found in the vicinity of the molybdenum pollution peak.

En este estudio se llevaron a cabo mediciones electromagnéticas en las inmediaciones de un foco de contaminación de molibdeno hallado en el "Blue Lagoon", al noreste de Hungría. El propósito de la investigación fue encontrar el origen de la contaminación de molibdeno, detectada en el área, y que podría ser el contenedor u otra infraestructura que lleve a la fuente de polución. El trabajo de campo se llevó a cabo en dos partes. En la primera fase se reunió la información electromagnética a través del equipo GEM-2. De esta forma se obtuvieron mapas de conductividad y susceptibilidad para cada frecuencia adquirida de la información electromagnética. En la segunda fase del estudio de campo se obtuvieron datos del radar de penetración terrestre (GPR, en inglés) con antenas de 50 y de 450 megahercios (MHZ). En las mediciones GPR se recopiló información detallada de las muestras de penetración en un rango desde la superficie a la profundidad en el área de estudio (desde 50 cm a 8 m de profundidad). En todos los resultados de las medidas hechas con los equipos GEM-2 y GPR se encontraron varias anomalías en la distribución de datos de la contaminación por molibdeno. A pesar de que se observaron varias zonas contaminadas, no hay evidencia clara de la fuente de polución encontrada alrededor del pico de contaminación por molibdeno.

Origin of Earthquake Light Associated with Earthquakes in Christchurch, New Zealand, 2010-2011

Earthquake light (EQL) mainly blue-white flashes from the ground, was observed coseismically during a New Zealand M7.1 earthquake, (4.47 am 4-Sep-2010 local time). A local production mechanism is most probable. The blue-white flash observations support the Freund et al. mechanism, i.e. shockwave disturbance creating electronic "holes" from ruptured peroxy bonds in quartz, and subsequent surface positive charge from the ground, followed by light emission during neutralization. Examination of video records shows the flash median length is about half a second and needs to be differentiated from the light during electricity supply short circuits. Observed ground-level white colors appear to result from very intense non-specific air ionization. Blue colors seem to be nitrogen emission with a short lifetime, succeeded by green oxygen emissions with longer lifetime followed by much lower intensity red. These were created by transient low-to-moderate voltages and probably include significant UV production. The maximum likely radiation dose is small, restricted to the skin, and equivalent at most to a few months natural background radiation. Calculations confirm the release of 222Rn is not the major mechanism for creating earthquake light, and would contribute minimal radiation dose. Other unique observations are: streamers of light changing from blue to green as they passed from west to east, vertical sheets of blue-green light from cracks in an asphalt road surface, created by local shockwaves and shearing forces, daylight observation by fishermen of rapid linear undersea travel of blue light seconds before a 2011 M6.0 aftershock, and a mid-day green-blue glow over nearby hills containing a fault zone, shortly before the further destructive M6.3 earthquake, (12.51 pm 22-Feb-2011).

Las luces de terremoto o EQL (del inglés "Earth Quake Light") son principalmente azul blancas y fueron cosísmicamente observadas durante un terremoto de magnitud 7.1 en Nueva Zelanda (4:47 a.m., 4 de septiembre de 2010, hora local). Es muy probable que el fenómeno haya sido producto de un mecanismo local. Las observaciones del destello azul blanco coinciden con el mecanismo de Freund y otros, esto es, la alteración de un movimiento sísmico que crea "agujeros" electrónicos a partir de lazos de ácido peroxi rotos en cuarzos, con carga positiva superficial consecuente del suelo, y seguida por la emisión de luz durante la neutralización. La revisión de grabaciones de video muestra que la duración del destello es de cerca de medio segundo y debe ser diferenciado de la luz generada por los cortos circuitos del fluido eléctrico. Los colores blancos observados a nivel del terreno parecen resultar de una intensa ionización aérea no específica. Los colores azules serían emisiones de nitrógeno con un corto período de duración, sucedidas por emisiones de oxígeno verde de mayor duración y seguidas por un rojo mucho menos intenso. Estos colores fueron creados por voltajes transitorios de bajo a moderados y probablemente incluyen una producción significativa de radiación ultravioleta. La cantidad de radiación máxima probable es pequeña, restringida a la piel, y equivalente a unos pocos meses de radiación natural regular. Los cálculos confirman que la liberación de 222Rn (Radón) no es el principal mecanismo para crear las luces de terremoto y que este contribuye con una mínima cantidad de radiación. Otras observaciones únicas hablan de rayos de luz que cambian de azul a verde mientras van de oeste a este, de cortinas verticales de luz azul verdosa que emergen de grietas en la carretera, creadas por movimientos sísmicos y fuerzas de corte; de observaciones de pescadores a luz del día del trayecto subacuático, rápido y lineal, de una luz azul antes del movimiento sísmico de magnitud 6.0 de 2011, y de un resplandor verde azuloso a mediodía sobre las colinas cercanas a una zona de fallas momentos antes del destructivo terremoto de magnitud 6.3 (12:51 p.m., 22 de febrero de 2011).

Strain Rate Analysis on the Çankiri-Bingöl Segment of the North Anatolian Fault in Turkey

The North Anatolian Fault Zone (NAFZ) is one of the most important fault zones of Turkey and the world. It has produced several high magnitude earthquakes that have resulted in massive loss of lives and resources. National and international research on the North Anatolian Fault zone that Turkey resides on have been realized to better understand and predict the earthquakes produced by it. This study focuses on the Çankırı - Bingöl segment of the NAFZ. The aim of this study is to calculate the strain and latent earthquake potential of the studied area. For this purpose, geodetic data coming from several individual projects have been merged. Strain values have been calculated from the combined data and regions on the fault zone, and strain accumulations have been presented graphically. After calculation, Çankırı, Amasya and Kelkit regions were analyzed. The compressional and extensional deformation has been shown in north and south part of Çankırı basin, respectively. Eastern adjacent area of the Çankırı basin, Amasya region, has the primary branch of the NAF and its subbranches. In the Amasya region, the deformation is mostly on the main branch and the earthquake potential has risen to it. The Kelkit Valley has complex structures and inhomogeneous dispersion. Southeastern and Northwestern part of the Kelkit Valley has varied deformation in micro scale. Consequently, the study results indicate that strain accumulation is concentrated on areas such as the Çankırı basin, Amasya region, and various areas in the Kelkit Valley from west to east.

La Zona de la Falla de Anatolia del Norte (NAFZ, del inglés North Anatolian Fault Zone) es una de las zonas de fallas más importantes de Turquía y del mundo. Esta falla ha generado varios terremotos de gran magnitud que han resultado en pérdidas humanas y de recursos. La investigación nacional e internacional de la Zona de la Falla de Anatolia del Norte, que atraviesa Turquía, se ha realizado con el fin de un mejor entendimiento y predicción de los terremotos que allí se originan. Este análisis se enfoca en el segmento Çankırı-Bingöl de la NAFZ. El objetivo es calcular la tensión y el potencial de terremoto del área de estudio. Con este propósito se recopiló la información geodésica de varios proyectos individuales. Los valores de tensión se calcularon de la información combinada de las regiones que componen la zona de falla y se presentan gráficamente las acumulaciones de tensión. Tras el cálculo de estos valores se analizaron las regiones Çankırı, Amasya y Kelkit. La deformación de compresión y la de extensión aparecen al norte y al sur de la cuenca Çankırı, respectivamente. El área ubicada al Este de la cuenca Çankırı, la región de Amasya, posee la rama principal de la NAFZ y sus subdivisiones. En la región de Amasya la deformación se presenta en la rama principal de la NAFZ, donde se eleva el potencial de movimientos sísmicos. El valle de Kelkit tiene estructuras complejas y dispersión no homogénea. El sudeste y el noroeste del valle Kelkit muestran una deformación variada a microescala. Los resultados de este estudio indican que la acumulación de tensión se concentra en la cuenca Çankırı, la región Amasya y varias áreas del valle Kelkit desde el oeste hacia el este.

Determination of Local Site-Specific Spectra Using Probabilistic Seismic Hazard Analysis for Bitlis Province, Turkey

In this study, site-specific earthquake spectra for Bitlis province in Lake Van Basin has been obtained. It is noteworthy that, in probabilistic seismic hazard assessment, as a first stage data from geological studies and records from the instrumental period were compiled to make a seismic source characterization for the study region. The probabilistic seismic hazard curves for Bitlis were developed based on selected appropriate attenuation relationships, at rock sites, with a probability of exceedance 2%, 10% and 50% in 50 year periods. The obtained results were compared with the spectral responses proposed for seismic evaluation and retrofit of the building structure in Turkish Earthquake Code, Section 2. At the end of this study, it is apprehended that the Code proposed earthquake response spectra are not sufficient for the performance evaluation of the existing structures and the current estimations show that the potential seismic hazard research of the Turkey is underestimated in the code. Therefore, site- specific design spectra for the region should be developed, which reflect the characteristics of local sites.

En este estudio se obtuvieron espectros de terremoto de sitio específico para la cuenca del Lago de Van, en la provincia de Bitlis, al este de Turquía. La primera fase del trabajo consistió en una evaluación probabilística de riesgo sísmico donde se compilaron los estudios geológicos y registros del período instrumental para hacer una caracterización de fuente sísmica en la región de estudio. Las curvas de amenaza sísmica para la provincia de Bitlis se desarrollaron con base en las relaciones de atenuación apropiada seleccionadas en los sitios rocosos, con una probabilidad de exceso de 2 %, 10 % y 50 % durante 50 años. Los resultados obtenidos se compararon con las respuestas de espectro propuestas para la evaluación sísmica y modernización de estructuras contempladas en el Código de Terremoto de Turquía, en la sección 2. En la parte final de este trabajo se comprende que las respuestas de espectros de terremoto propuestos en el código no son suficientes para la evaluación de desempeño de las estructuras existentes y que las estimaciones actuales muestran que la investigación de amenazas potenciales sísmicas en Turquía está subestimada en el código. Por lo tanto, el diseño de espectros de sitio específico para la región se debe desarrollar, ya que permitiría conocer las singularidades locales.

Performance of Single Base RTK GNSS Method versus Network RTK

After the late 1990s, GNSS/GPS network RTK technology has become the preferred technique in the world, today widely used in various applications such as monitoring, early warning systems, and mapping and engineering applications. By the end of 2008, the CORS-TR network was being used for engineering applications to determine 3D positions across the whole of Turkey. On the other hand, single base RTK stations are being operated in Turkey. The YLDZ is one of these types of stations. It was established at the Yıldız Technical University by the Department of Geomatic Engineering in 2012. In this paper, the performance of the YLDZ station is examined by use of measurements in 5 Istanbul GPS Triangulation Network (IGNA) benchmark points, with five repeatability measurements up to 50 km from the station. The CORS-TR network RTK solution is used at the same points, and the results are compared. The measured coordinates produced by the two RTK solutions are compared with the IGNA point coordinates. Satellite geometry, initialisation time and the standard deviation of repeatability are also determined. The differences between measured and known coordinates are calculated as 1-2 cm horizontally and close to 3 cm vertically using the YLDZ single base RTK method.

Después de la década de los 90, el Sistema Global de Navegación por satélite/Sistema de Posicionamiento Global (GNSS/GPS, en inglés), basado en tecnología de Navegación Cinética Satelital en Tiempo Real (RTK, del inglés Real Time Kinematic) se convirtió en la técnica preferida en el mundo y que todavía se utiliza en varias aplicaciones como el monitoreo, sistemas de alerta temprana y mapeo e ingeniería de aplicativos. Para finales de 2008, los aplicativos de ingeniería utilizan la red de Estaciones de Referencia de Funcionamiento Continuo (CORS-TR, un proyecto establecido en Turquía) para determinar posiciones en tres dimensiones a lo largo del territorio turco. Por otro lado, las estaciones RTK de una sola base han funcionado en Turquía. La YLDZ es una estación de este tipo que fue establecida en la Universidad Técnica de Yildiz por el departamento de Ingeniería Geomática en 2012. En este trabajo se examina el desempeño de la estación YLDZ a través de la medición de cinco puntos de referencia del Sistema de Triangulación GPS de Estambul (IGNA, en inglés) con cinco mediciones repetitivas a más de 50 km de la estación. Similares medidas RTK se hicieron con la red CORS-TR y se compararon los resultados. Las dos mediciones producidas por las soluciones RTK se compararon con los puntos de coordenadas IGNA. También se determinó la geometría satelital, el tiempo de inicialización y la desviación estándar de la repetibilidad. Las diferencias entre las coordenadas medidas y las coordenadas conocidas se calcularon en un rango de 1-2 centímetros horizontalmente y cerca de 3 centímetros verticalmente para la estación YLDZ con el método RTK.

Magmatic Evolution and Compositional Characteristics of Tertiary Volcanic Rocks Associated with the Venarch Manganese Mineralization, Sw Qom, Central Iran

The manganese (Mn) deposits of Iran date from late Proterozoic to Pliocene but the major high-grade Mn ore deposits are associated with tertiary basic to intermediate volcanic rocks. The Venarch Mn deposit is located in the SW Qom city and considered as one of the largest in Iran. The Mn mineralization is mostly hosted by Eocene high-k volcanic and pyroclastic rocks of Urmia-Dokhtar Magmatic Arc (UDMA). The study area mainly consists of basalt, trachybasalt, andesite, and basaltic-andesite that are intruded by Eocene-Oligocene monzodiorite, monzonite, and granodiorite intrusions. The Venarch Mn ore bodies are mostly hosted by shale beds and wrapped by altered mega-porphyritic andesites and spilitic lavas both in the foot and hanging walls. Petrographic studies show that the principal ore minerals are pyrolusite, psilomelane, and other Mn-oxides, and quartz and calcite were determined as the gang minerals. Integration of field geology, petrography, and geochemical results suggest a hydrothermal origin for the Venarch Mn deposit. Our geochemical data furthermore suggest the volcanic host rocks to be comparable to high-K series of subduction zones.

Los yacimientos de manganeso (Mn) en Irán datan del Proterozoico tardío hasta el Plioceno, pero el mayor grado de los depósitos de la mena de manganeso se asocian a rocas volcánicas básicas a intermedias de edad Terciaria. El yacimiento de manganeso en la mina de Venarch se localiza al suroeste de la ciudad de Qom y está considerado como uno de los más grandes de Irán. La mineralización de manganeso se presenta en su mayoría en las rocas piroclásticas y volcánicas de alto contenido de K del Eoceno en el Arco Magmático Urmia-Dokhtar (UDMA, en inglés). El área de estudio presenta basaltos, traquibasaltos, andesitas y andesitas basálticas que están intruidas por monzodioritas, monzonitas y granodioritas del Eoceno-Oligoceno. Los cuerpos de mineral de manganeso en Venarch en su mayoría están dentro de capas de pizarra y envueltos por lavas espiliticas y andesitas megaporfiroides tanto en las paredes del piso como en las colgantes. Los estudios petrográficos muestran que los minerales son pirolusitas, silomelanas y otros óxidos de manganeso, mientras que los cuarzos y las calcitas constituyen los minerales de ganga. La integración de los trabajos de geología de campo, petrográficos y geoquímicos sugieren un origen hidrotérmal del yacimiento de manganeso de Venarch. Los datos geoquímicos de este estudio también sugieren que la roca volcánica anfitriona es comparable con las series ricas en K de las zonas de subducción.

Assessment of a Modified Rock Mass Classification System for Rock Slope Stability Analysis in the Q-system

This paper explores the applicability of a modified Q classification system and its component parameters for analysis and conclusion of site investigation data to estimate rock slope stability. Based on the literature, Q classification system has high applicable potential for evaluation of rock mass quality. Therefore, in this study, it was used with RMR and SMR rock mass classification systems to assess stability or instability of different rock slopes along the Hamedan-Ganjnameh-Tuyserkan road, Hamedan province west of Iran. Furthermore, a modified rock mass classification system namely Slope Quality Rating (SQR) was proposed based on the correction of the Q classification parameters and calculating some new parameters such as dip and strike of discontinuities and the method of rock excavation or blasting. For this purpose, the SMR and RMR rock mass classifications were also needed. By measuring SQR for different rock slopes, it will be possible to measure Slope Mass Rating (SMR).

Este artículo explora la aplicabilidad del sistema de clasificación Q modificado y sus parámetros para analizar y determinar la información estimada de estabilidad de pendiente de roca en el sitio determinado de estudio. Según la literatura, el sistema de clasificación Q tiene un alto potencial de aplicabilidad para la evaluación de la calidad del macizo rocoso. En este estudio además se utilizó el sistema Q junto con los sistemas Índice de Masa de Pendiente (SMR) y Clasificación Geomecánica de Bienawski (RMR) para evaluar la estabilidad e inestabilidad de diferentes pendientes rocosas en la carretera Hamedan-Ganjnameh-Tuyserkan, de la provincia de Hamedan, en el Oeste de Irán. Además, se propone el Índice de Calidad de Pendiente (SQR), un sistema de clasificación de macizo rocoso modificado, a partir de la corrección de los parámetros de clasificación Q y el cálculo de nuevos parámetros como pendiente y caída de las discontinuidades y el método de excavación o explosión de la roca. Para esta propuesta también se utilizaron las clasificaciones SMR y RMR. La medición SQR en diferentes pendientes hizo posible el cálculo del sistema SMR.

The Tatuí Formation (Early Permian, Paraná Basin), Brazil: Paleontology and Paleoenvironmental Considerations

The Tatuí Formation, one of the Brazilian Paraná Basin geological units, is developed solely in the State of São Paulo, southeast Brazil. It is studied herein, through outcrops at the eastern border of the basin, which are siltstones and fine sandstones, interbedded with some coarse and conglomeratic sandstones. Published papers on its fossils are sparse, dealing with some groups but not involving the entire association. This paper deals with ichnofossils, arthropods (conchostracans, isopods, and indeterminate crustaceans), plants (pteridophytes and spermatophytes) and fish remains (scales and teeth of Actinopterygii and Sarcopterygii). Foraminifers and sponge spicules were reported in short communications without illustrations and from uncertain stratigraphic positions. The Tatuí Formation paleoenvironmental deposition evolved through three phases. The first contains only the euryhaline fossils in siltstone beds. The second phase is regressive, with continental fossils (conchostracans and plants) in massive or laminated siltstone beds and conglomerates. The third stage is transgressive with hummocky cross - stratification in sandstone and increasing salinity.

La Formación Tatuí es una unidad litoestratigráfica de la Cuenca del Paraná que aflora exclusivamente en el Estado de São Paulo, Brasil. En su borde nororiental está formada por limolitas y areniscas finas que poseen intercalaciones de areniscas gruesas y conglomeráticas. Este trabajo caracterizó en esta formación diversas evidencias de fósiles: huellas, artrópodos (conchostracos, crustáceos isópodos e indeterminados), vegetales (helechos y fanerógamas) y restos de vertebrados (escamas y dientes de Actinopterygii y Sarcopterygii). Foraminíferos y espículas de esponjas fueron reportados en comunicaciones breves, entretanto, sin estar acompañado de ilustraciones y de sus posiciones estratigráficas. Tres fases de deposición permiten reconstruir el paleoambiente de la Formación Tatuí. En la primera fase hay presencia solamente de fósiles eurihalinas en limolitas. En la segunda fase, fósiles continentales (conchostracos y vegetales) que están presentes en camadas limolíticas masivas o laminadas y en conglomerados vinculados a una etapa regresiva. Finalmente, la tercera fase se caracteriza por una etapa transgresiva con la presencia de estratificación cruzada "hummocky" y aumento de la salinidad.