Earth Sciences Research Journal

Measurement of radon in soils of Lima City - Peru during the period 2016-2017

ABSTRACT Lima City is situated on alluvial fan deposits of rivers flowing through geological formations that contain different levels of uranium. In this paper, a study is made on the average spatial and temporal behavior of radon gas in soils of Lima City. Radon concentration was determined using the LR-115 type 2 track detector during 36 periods, of 14 days each, in twenty holes distributed in the fifteen districts of Lima City. Radon concentration in soil pores ranged from 0.1 to 64.3 kBq/m3 with an average value of 5.6 kBq/m3. The average radon concentration in soil gas was about two times lower in winter than in the other seasons. High radon values during October/November 2017 were related to the earthquakes perceived in Lima City in that period. The highest radon concentrations were found in areas of alluvial deposits whose parental material has been removed from the Quilmaná and Huarangal volcanics by the Chillón and Huaycoloro Rivers. Soil gas radon concentrations were even higher in areas closer to volcanic and less distant from rivers. During the period of maximum flooding of the Chillón, Rímac and Lurín rivers, due to the natural phenomenon “El Niño Costero”, anomalous high soil radon concentrations were observed in most of the measurement sites located near rivers. These high radon values were associated with ground vibrations caused by rock and debris avalanches in rivers and creeks.

RESUMEN La ciudad de Lima está situada sobre depósitos de abanicos aluviales de ríos que fluyen a través de formaciones geológicas que contienen diferentes niveles de uranio. En este trabajo se realiza un estudio sobre el comportamiento espacial y temporal promedio del gas radón en suelos de la ciudad de Lima. La concentración de radón se determinó utilizando el detector de trazas LR-115 tipo 2 durante 36 períodos, de 14 días cada uno, en veinte hoyos distribuidos en los quince distritos de la Ciudad de Lima. La concentración de radón en los poros del suelo estuvo comprendida entre 0.1 y 64.3 kBq/m3 con un valor promedio de 5.6 kBq/m3. La concentración promedio de radón en el gas del suelo fue aproximadamente dos veces menor en invierno que en las otras estaciones. Los altos valores de radón durante octubre/noviembre de 2017 se relacionaron con los terremotos percibidos en la ciudad de Lima en ese período. Las concentraciones más altas de radón se encontraron en áreas de depósitos aluviales cuyo material parental ha sido removido de los volcánicos Quilmaná y Huarangal por los ríos Chillón y Huaycoloro. Las concentraciones de radón en el gas del suelo fueron incluso mayores en áreas más cercanas a los volcánicos y menos distantes de los ríos. Durante el período de máxima inundación de los ríos Chillón, Rímac y Lurín, debido al fenómeno natural "El Nino Costero", se observaron altas concentraciones anómalas de radón en el suelo en la mayoría de los sitios de medición ubicados cerca de los ríos. Esos altos valores de radón se asociaron con las vibraciones del suelo causadas por avalanchas de rocas y escombros en ríos y quebradas.

Virtual Display System of Geological Body Based on Key Algorithms of Three-dimensional Modelling

ABSTRACT To study the virtual display system of geological body, the key algorithm of three-dimensional modelling is used to analyze it, and the virtual display scheme of geological body is realized. Three-dimensional modelling of geological bodies is a frontier field of current geoscience research, and also a hot issue in computer science. Its research can complement and improve the theoretical basis of virtual reality technology and expand its application fields. Geological body three-dimensional modelling software can meet the needs of geoscientists to study geological problems more effectively from three-dimensional space, and has considerable practical value. In the network environment, users' information needs are diversified and individualized, and special attention is paid to the breadth, novelty and timeliness of information. Faced with massive information resources, the information users need is a drop in the ocean in the huge and disorderly network information space. Users need to spend a lot of time and energy to find valuable information in all kinds of uniform systems. Traditional system information services can no longer help users effectively get rid of information overload and information lost. Therefore, the concept of personalized service system has become a hot spot of people' s attention as soon as it is put forward. In recent years, personalized systems have emerged in endlessly. In the early stage of formulation and implementation of personalized service strategy, the existing personalized service generally lacks the attention to context information such as user' s environment. There are weak links in personalization and intellectualization of service, which damages user experience. Therefore, Shepard algorithm and Kriging algorithm of three-dimensional modelling are used to study the virtual display system of geological bodies. The results show that these two key algorithms play a very important role in the research process of geological virtual display system, and also provide a new idea for further research on the popularization of geological knowledge.

RESUMEN Para estudiar el sistema de visualización virtual de un cuerpo geológico se utiliza el algoritmo clave del modelado tridimensional, y se realiza el esquema de visualización virtual del cuerpo geológico. El modelado tridimensional de cuerpos geológicos es un campo fronterizo de la investigación actual en geociencias, y también un tema importante actualmente en la informática. Su investigación puede complementar y mejorar las bases teóricas de la tecnologia de realidad virtual y ampliar sus campos de aplicación. El software de modelado tridimensional del cuerpo geológico puede satisfacer las necesidades de los geocientíficos para estudiar problemas geológicos de manera más efectiva desde el espacio tridimensional, y tiene un valor práctico considerable. En el entorno de red, las necesidades de información de los usuarios están diversificadas e individualizadas, y se presta especial atención a la amplitud, novedad y puntualidad de la información. Frente a los recursos de información masivos, la información que los usuarios necesitan es una gota en el océano, en el enorme y desordenado espacio de información de la red. Los usuarios necesitan gastar mucho tiempo y energia para encontrar información valiosa en todo tipo de sistemas uniformes. Los servicios tradicionales de información del sistema ya no pueden ayudar a los usuarios a deshacerse efectivamente de la sobrecarga de información y la información perdida. Por lo tanto, el concepto de sistema de servicio personalizado se ha convertido en un punto de atención de las personas tan pronto como se presenta. En los últimos anos, los sistemas personalizados han surgido en forma interminable. En la etapa inicial de formulación e implementación de la estrategia de servicio personalizado, el existente generalmente no presta atención a la información de contexto, como el entorno del usuario. Existen vinculos débiles en la personalización e intelectualización del servicio, que danan la experiencia del usuario. Por lo tanto, el algoritmo de Shepard y el algoritmo de Kriging del modelado tridimensional se utilizan para estudiar el sistema de visualización virtual de cuerpos geológicos. Los resultados muestran que estos dos algoritmos clave desempenan un papel muy importante en el proceso de investigación del sistema de visualización virtual geológico, y también proporcionan una nueva idea para futuras investigaciones sobre la divulgación del conocimiento geológico.

Study on the Microscopic Characteristics of Ferruginous cement of Banguo Earth Forest in Yuan mou area, Yunnan, China

ABSTRACT The column height of earth forest is generally 8~30m in Yuanmou county of Yunnan province, which is far higher than the self-supporting height of general soil column. Ferruginous cement is an important reason for formation of the tall and erect columnar soil. Macroscopic physical and mechanical tests confirmed that the strength of the stratum containing ferruginous cement was much higher than that of the formation without ferruginous cement. The microstructure and morphology of ferruginous cement were analyzed by SEM and EDS. It is found that ferruginous cement is mainly composed of iron compounds and clay minerals, which only exists in certain stratum. In the process of growth, Iron compounds chemically bond with clay minerals during growth to form ferruginous cements, which first form unique sphere on the surface of particles or clay minerals. It then clumps together and fills the spaces between the particles. Finally, the dispersed particles are connected together to form a stable lamellar spatial structure, which greatly improves the strength of the soil. Through the study of ferruginous cement, the mechanism of this natural curing agent is understood, which enriches the research content in this field.

RESUMEN La altura de la columna del bosque de tierra es generalmente de 8 ~ 30 m en el condado de Yuanmou, provincia de Yunnan, que es mucho más alta que la altura autoportante de la columna de suelo general. El cemento ferruginoso es una razón importante para la formación del suelo columnar alto y erecto. Las pruebas físicas y mecânicas macroscópicas confirmaron que la resistencia del estrato que contiene cemento ferruginoso fue mucho mayor que la de la formación sin cemento ferruginoso. La microestructura y la morfologia del cemento ferruginoso fueron analizadas por SEM y EDS. Se encuentra que el cemento ferruginoso se compone principalmente de compuestos de hierro y minerales arcillosos, que solo existen en ciertos estratos. En el proceso de crecimiento, los compuestos de hierro se unen químicamente con minerales de arcilla durante el crecimiento para formar cementos ferruginosos, que primero forman una esfera única en la superfície de partículas o minerales de arcilla. Luego se agrupa y llena los espacios entre las partículas. Finalmente, las partículas dispersas se conectan entre sí para formar una estructura espacial laminar estable, que mejora en gran medida la resistencia del suelo. A través del estudio del cemento ferruginoso, se comprende el mecanismo de este agente de curado natural, que enriquece el contenido de la investigación en este campo.

Characteristics and dolomitization of the Lower Qiulitage Group reservoir in Bachu Uplift, Tarim Basin, China

ABSTRACT The characteristics of the Lower Qiulitage Group in Bachu uplift, which originated in the Upper Cambrian period, are not clear. Based on four core observations, identification of 40 thin sections, and geochemical analysis of samples, this study concludes that crystal dolomite reservoirs developed in the Lower Qiulitage Group in Bachu uplift. Intercrystalline pores and dissolved pores formed the main reservoir space, while dissolution pores and fractures were developed in the middle and bottom part of the formation. The reservoir features low porosity and low permeability, and the fine-medium crystalline dolomite reservoir has the best pore structure. According to a petrochemical analysis, the Lower Qiulitage Group reservoir experienced intense dolomitization, with slightly higher content of trace elements Mn and Sr and negative oxygen isotropy. Tectonic hydrothermal dolomitization developed locally under the influence of base faults, and vug pores were filled with saddle dolomites and siliceous filling. The presence of rare earth elements Ce and Eu presented positive anomaly characteristics. It suggested that the CO2 acid dissolution caused by hydrothermal fluids may be a new mechanism for the increase in pores in deeply buried reservoirs, which is worth further study.

RESUMEN Las características del Grupo Qiulitage Inferior en el levantamiento de Bachu, que se originó en el período Cámbrico Superior, no están claras. Con base en cuatro observaciones centrales, la identificación de 40 secciones delgadas y el análisis geoquímico de muestras, este estudio concluye que los reservorios de dolomita de cristal se desarrollaron en el levantamiento del Grupo Qiulitage Inferior en Bachu. Los poros intercristalinos y los poros disueltos formaron el espacio del depósito principal, mientras que los poros de disolución y las fracturas se desarrollaron en la parte media e inferior de la formación. El reservorio presenta baja porosidad y baja permeabilidad, y el reservorio de dolomita cristalina fina-media tiene la mejor estructura de poros. Según un análisis petroquímico, el reservorio del Grupo Qiulitage inferior experimentó una intensa dolomitización, con un contenido ligeramente mayor de oligoelementos Mn y Sr e isotropía de oxígeno negativa. La dolomitización hidrotermal tectónica se desarrolló localmente bajo la influencia de fallas de base, y los poros vug se llenaron con dolomitas de silla y relleno silíceo. La presencia de elementos de tierras raras Ce y Eu presentó características de anomalías positivas. Esto sugirió que la disolución de ácido de CO2 causada por los fluidos hidrotermales puede ser un nuevo mecanismo para el aumento de poros en depósitos profundamente enterrados, lo que merece un estudio más profundo.

The Local Earthquake Tomography of Erzurum (Turkey) Geothermal Area

ABSTRACT Erzurum and its surroundings are one of the most seismically active areas in the Eastern part of Turkey, also known for its hydrothermal activity. This study is the first approach to characterize the crust using the local earthquake tomography. The earthquake source location and three-dimensional velocity structures were solved simultaneously by an iterative tomographic algorithm, LOTOS-12. Data from permanent networks consisting of 59 seismometers, which were installed by Ataturk University-Earthquake Research Center and Earthquake Department of the Disaster and Emergency Management Authority, are used to monitor the seismic activity in the Eastern Anatolia. In this paper, three-dimensional Vp and Vp/Vs characteristics of Erzurum geothermal area were investigated down to 30 km by using 1685 well-located earthquakes with 29,894 arrival times, consisting of 17,298 P wave and 12,596 S wave arrivals. We developed new high-resolution depth-cross sections through Erzurum and its surroundings to provide the subsurface geological structure of the seismogenic layers and geothermal areas. We applied various size horizontal and vertical checkerboard resolution tests to determine the quality of our inversion process. The basin models are traceable down to 3 km depth, in terms of P-wave velocity models. The higher P-wave velocity areas in surface layers are related to the metamorphic and magmatic compact materials. We reported that the low Vp and high Vp/Vs values were observed in Yedisu, Kaynarpinar, Askale, Cimenozu, Kaplica, Ovacik, Yigitler, E part of Icmeler, Koprukoy, Uzunahmet, Budakli, Soylemez, Koprukoy, Gunduzu, Karayazi, Icmesu, E part of Horasan and Kaynak regions. As an important result, these regions indicate geothermal reservoirs.

RESUMEN Erzurum y sus alrededores son unas de las áreas más sísmicamente activas en la parte oriental de Turquía, también conocida por su actividad hidrotermal. Este estudio es el primer acercamiento a caracterizar la corteza utilizando la tomografía de terremoto local. La ubicación de la fuente del terremoto y las estructuras de velocidad tridimensional se resolvieron simultaneamente mediante un algoritmo tomográfico iterativo, LOTOS-12. Los datos de redes permanentes que consisten en 59 sismómetros, que fueron instalados por la Universidad y Centro de Investigación de Terremotos Ataturk, y el Departamento de Terremotos de la Autoridad de Manejo de Desastres y Emergencias, se utilizan para monitorear la actividad sísmica en el este de Anatolia. En este artículo, se investigaron las características tridimensionales de Vp y Vp/Vs del área geotérmica de Erzurum hasta 30 km de profundidad utilizando 1685 terremotos bien ubicados con 29,894 tiempos de llegada, que consisten en 17,298 ondas P y 12,596 llegadas de ondas S. Desarrollamos nuevas secciones transversales de profundidad de alta resolución a través de Erzurum y sus alrededores para proporcionar la estructura geológica subsuperficial de las capas sismógenas y las áreas geotérmicas. Aplicamos varias pruebas de resolución de tablero de ajedrez horizontal y vertical para determinar la calidad de nuestro proceso de inversión. Los modelos de cuenca se pueden rastrear hasta 3 km de profundidad, en términos de modelos de velocidad de onda P. Las áreas de mayor velocidad de la onda P en las capas superficiales están relacionadas con los materiales compactos metamórficos y magmáticos. Informamos que los valores de Vp baja y Vp/Vs alta se observaron en Yedisu, Kaynarpinar, Askale, Cimenozu, Kaplica, Ovacik, Yigitler, E parte de Icmeler, Koprukoy, Uzunahmet, Budakli, Soylemez, Koprukoy, Gunduzu, Karayazi, Icmesu y parte de las regiones de Horasan y Kaynak. Como resultado importante, estas regiones indican depósitos geotérmicos.

Updating the probability of failure of rock wedges

ABSTRACT In hard rock masses, discontinuities control the slope stability, rather than block matrix breakage. The relative position and orientation of joints and slope face define the most likely mechanisms of failure. Among these mechanisms, the wedge failure is one of the most common modes of failure in which joint sets dip and dip direction, slope geometry and direction, external forces (including water pressure and earthquake) and rock and joints mechanical properties control the stability. The determination of these input parameters is not straightforward, mainly due to their variability and the limited amount of information available. Besides, in most projects, input parameters come from different sources (e.g., expert opinion, back-calculation, laboratory tests, field test or different project stages). Therefore, this limited information from different sources should be appropriately incorporated into the stability analysis to assist the design and decision-making process. In this context, random sets arise as a powerful tool to combine different sources of information and to perform a reliability assessment under limited information. This feature makes it possible to update the probability of failure as new evidence is available. With this framework, this paper presents a reliability assessment of wedge stability in a rock slope of a sandstone quarry, located in Une Cundinamarca, where information on mechanical and geometrical parameters has been collected for 20 years. This approach allowed to update the probability of failure. As a result, an updated probability of failure raging between 0.04 and 0.25 was calculated.

RESUMEN En rocas duras, las discontinuidades controlan la estabilidad de los taludes. La posición relativa entre las discontinuidades y el talud define el mecanismo de falla más probable. Entre estos mecanismos, la falla en curia es uno de los más comunes. La estabilidad de las cunas está controlada por la orientación de los planos de discontinuidad, la geometria y orientación del talud, las fuerzas externas (incluyendo presión de agua y sismo) y las propiedades mecánicas de las discontinuidades. La determinación de estas propiedades no es sencilla, debido a su variabilidad y cantidad limitada de información. Además, en muchos proyectos de ingenieria la información proviene de diferentes fuentes, tales como la opinión de expertos, retro-análisis, ensayos de laboratorio y pruebas de campo, en diferentes etapas de proyectos. Por lo tanto, los modelos de análisis deben ser capaces de incorporan información con estas características, para asistir el proceso de toma de decisiones en los proyectos de ingeniería. En este contexto, la teoría de los conjuntos aleatorios se constituye en una herramienta apropiada para combinar diferentes fuentes de información y efectuar análisis de confiabilidad cuando se tiene información escasa de los parámetros de entrada del modelo. Esta característica hace posible la actualización de la probabilidad de falla, a medida que aparece nueva información. Con este marco de referencia, este trabajo presenta el análisis de confiabilidad de la estabilidad de cunas en una mina de arenisca, localizada en Une, Cundinamarca, donde se ha recolectado información durante 20 anos. Este análisis permitió actualizar la probabilidad de falla. Como resultado se obtuvo una probabilidad de falla en un rango entre 0.04 y 0.25.

Determination of Urban Earthquake Risk for Kırşehir, Turkey

ABSTRACT Predicting the outcomes of earthquakes before they occur is one of the fundamental components of modern disaster management. Loss estimation analyses have an important place at the assessment stage of earthquakes and in estimation of losses that earthquakes may lead to. With these analyses, it is possible to access information that is relevant to potential damages and losses. In this paper, loss estimation analyses were carried out by using the earthquake scenario which foresaw a previous earthquake that was experienced in an around Kırşehir which is seismically active and located in the Central Anatolia Region in Turkey. The 1938 Akpınar earthquake which occurred in and around the province of Kırşehir was taken into consideration as an earthquak escenario, and loss estimation analyses were conducted for this earthquake scenario. In this paper, significant contributions will be made for preparation of an earthquake master plan and risk management plan for Kırşehir. Besides, studies on reduction of earthquake losses in the region may utilise these results.

RESUMEN La predicción de los efectos de los terremotos es uno de los componentes principales de la administración moderna de desastres. Los análisis de estimación de perdidas son fundamentales en la etapa de evaluación y en la valoración de los danos que un terremoto podría ocasionar. Con estos análisis es posible evaluar la información que es relevante para los danos y las perdidas potenciales. En este artículo, los análisis de estimación de perdidas se realizaron en el escenario de un terremoto previo en el área de Kırşehir, que es sismicamente activa y se localiza en la Región Central de Anatolia, en Turquía. El terremoto de Akpinar, en 1938, que ocurrió la zona de estudio, se consideró como el escenario del terremoto, y los análisis de estimación de perdidas se realizaron con base a este escenario. Con este estudio, se hace contribuciones significativas para la preparación de un plan maestro de terremotos y un plan de manejo del riesgo para Kırşehir. También los estudios de reducción de perdidas en la región podrían utilizar estos resultados.

GPU Parallelization Nested Decomposition Method for Solving Large Linear Systems in Reservoir Numerical Simulation

ABSTRACT This paper designs a highly parallel Nested Factorization (NF) to solve large linear equations generated in reservoir numerical simulation problems. The NF method is a traditional linear solution preprocessing method for reservoir numerical simulation problems and has regained attention in recent years due to its potential to extend to parallel architectures such as GPUs (Graphics Processor Units). The parallel algorithm of this paper is based on the MPNF (Massively Parallel Nested Factorization) framework proposed by Appleya. The MPNF algorithm designed in this paper focuses on its efficient implementation on the GPU parallel architecture. Its features include: using a custom matrix structure to achieve merge access, improving access bottlenecks, and improving the efficiency of the SpMV algorithm. It is also applicable to the two-stage preprocessing method CPR (Constrain Pressure Residual). CPR pressures solution and global preprocessing stage; the MPNF method is extended to the solution of the 2.5-dimensional unstructured grid problem. The parallel algorithm in this paper has been integrated into the reservoir numerical simulator. For the SPE10 (million grid, highly heterogeneous) standard example, the GPU-based parallel NF algorithm is in the structured grid model and the equivalent 2.5-dimensional non-on the structured grid model. Compared with the serial version of the NF method, the acceleration ratios of 19.8 and 17.0 times were obtained, respectively; compared with the mainstream serial solution method; the efficiency was also improved by 2 to 3 times.

RESUMEN Este artículo disena una Factorización Anidada (NF) altamente paralela para resolver grandes ecuaciones lineales generadas en problemas de simulación numérica de yacimientos. El método NF es un método tradicional de preprocesamiento de solución lineal para problemas de simulación numérica de yacimientos, y ha recuperado atención en los últimos anos debido a su potencial para extenderse a arquitecturas paralelas como las GPU (Unidades de Procesador de Gráficos). El algoritmo paralelo de este artículo se basa en el marco de MPNF (Factorización Anidada Masivamente Paralela) propuesto por Appleya. El algoritmo MPNF disenado en esta contribución se enfoca en su implementación eficiente en la arquitectura paralela de GPU. Sus características incluyen: usar una estructura de matriz personalizada para lograr un acceso combinado, mejorar los accesos de cuellos de botella y mejorar la eficiencia del algoritmo SpMV. También es aplicable al método de preprocesamiento en dos etapas CPR (solución de presión residual de restricción) presión solución y etapa de preprocesamiento global; el método MPNF se extiende a la solución del problema de cuadrícula no estructurada de 2.5 dimensiones. El algoritmo paralelo en este artículo se ha integrado en el simulador numérico de yacimiento. Para el ejemplo estándar de SPE10 (millones de cuadrículas, altamente heterogéneo), el algoritmo NF paralelo basado en GPU está en el modelo de cuadrícula estructurada y el equivalente de 2.5-no dimensional- en el modelo de cuadrícula estructurada, en comparación con la versión en serie del método NF, los índices de aceleración de 19.8 y 17.0 veces se obtuvieron respectivamente; en comparación con el método de solución serial convencional, la eficiencia también se mejoró de 2 a 3 veces.

Characteristics of time-transgressive Holocene Optimum in the East Asian monsoon region

ABSTRACT The Holocene Optimum (HO) defines a relatively warm and wet period during the Holocene, the initial and termination ages of which have been extensively reported for East Asia; however, debates still focus on underlying spatial and temporal patterns. Here, latest paleoclimate records from the East Asian monsoon region and arid central Asia are synthesized to evaluate the spatial and temporal patterns of the HO. The results of this synthesis indicate that the latitude and both the initial and termination ages of the HO follow a strong relationship, which is an expansion and northward retreat of the HO except for records around the Tibetan Plateau and several other highlands. Both the HO and technological development are also suggested to have shaped the historic boom of the Neolithic human demography. This study provides a window toward an improved understanding of the characteristics of time-transgressive HO and allows to make predictions for the initial and termination ages of the HO at different geographical locations of the East Asian monsoon region.

RESUMEN El Máximo del Holoceno (HO, del inglés Holocene Optimum) define una época húmeda y caliente del período del Holoceno, cuyas edades iniciales y finales han sido ampliamente estudiadas en el Este Asiático; sin embargo, los debates continúan enfocados en establecer los patrones espaciales y temporales. En este artículo se sintetizan los últimos registros de la región monsónica del Este Asiático y del centro árido de Asia para evaluar los patrones del Máximo del Holoceno. Los resultados de esta síntesis indican que la latitud y tanto el comienzo como el fin del Máximo Holoceno tienen una fuerte relación que consiste en la expansión y el retiro hacia el norte del Máximo Holoceno, excepto para los registros cercanos al altiplano del Tibet y otras zonas altas. Tanto el Máximo Holoceno y el desarrollo tecnológico sugieren que estas condiciones permitieron la explosión demográfica del Neolítico. Este estudio provee herramientas para un conocimiento mejorado de las características transgresivas del Máximo Holoceno y permite acercarse a las edades de comienzo y fin del Máximo Holoceno en diferentes puntos geográficos de la región monsónica del Este Asiático.