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Geofísica internacional
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Open Access journal
ISSN (Print) 0016-7169
Published by SciELO

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Magnetic parameters and paleoclimate: A case study of loess deposits of
North-East of Iran
- Abstract: Abstract Environmental magnetism techniques enable us to reconstruct paleoclimate conditions in some deposition such as losses. The magnetic properties of minerals are used as proxies for environmental changes. For this study, loess/paleosol sequence of Kolet section at Neka, north-east of Iran were magnetically investigated. We applied environmental magnetism methods, to reconstruct paleoclimate changes. We investigated relationship between paleoclimate changes and environmental magnetism proxies like magnetic susceptibility (χ) variation. The laboratory techniques indicated the presence of main factor of magnetic property in loess/paleosol sequence, such as magnetite, maghemite and etc. We also estimated magnetically parameters (like SIRM, HIRM and etc.) to confirm concentrations of both aeolian and pedogenic particles versus variations of magnetic susceptibility enhancement. The χ values show prominent peaks for the three well developed soil and paleosol horizons, Recent Soil (S0), Upper Paleosol (S1) and Lower Paleosol (S2); which refer to warmer and wetter conditions. As result, we concluded that the increase/decreasing of magnetic susceptibility is coinciding with palaeosol/loess sequence, and probably with humid/arid conditions. Moreover, variations of magnetic susceptibility versus lithological column of Kolet section enabled us to recognize paleoclimatically periods known as interglacial/glacial cycles. We plotted variation of magnetic susceptibility (MS), Natural Remnant Magnetization (NRM), Frequency Dependent Susceptibility (χfd) and χfd% versus lithological plot of the loess profile to confirm loess/paleosol deposits of Kolet section bear magnetic particles. Then, we applied the obtained magnetic data as variation of magnetic susceptibility (MS) to indicate that there have been glacial/interglacial periods during over the past 50 ka. Hence, during this period of time, there are three major glacial occurrences in the study area. Also, we conclude there was no main glaciation occurrence since last 20.5 ka.Resumen Las técnicas de magnetismo ambiental nos permiten reconstruir las condiciones del paleoclima para obtener resultados como las pérdidas. Las propiedades magnéticas de los minerales se utilizan como sustitutos de los cambios ambientales. En este estudio se investigó la secuencia magnética de loess-paleosol de la sección de Kolet en Neka, al noreste de Irán. Fueron aplicados métodos de magnetismo ambiental para reconstruir los cambios del paleoclima. Se investigó la relación entre los cambios del paleoclima y los proxies del magnetismo ambiental como la variación de la susceptibilidad magnética (χ). Las técnicas de laboratorio indicaron la presencia del factor principal de propiedad magnética en la secuencia de loess-paleosol, como magnetita, maghemita, etc. También, se estimó magnéticamente parámetros (como SIRM, HIRM, etc.) para confirmar concentraciones de partículas tanto eólicas como pedogénicas frente a variaciones de la mejora de la susceptibilidad magnética. Los valores de χ muestran picos prominentes para los tres horizontes de suelos y paleosuelos bien desarrollados, Suelo reciente (S0 por sus siglas en inglés), Paleosol superior (S1, por sus siglas en inglés) y Paleosol inferior (S2, por sus siglas en inglés); que se refieren a condiciones más cálidas y húmedas. Como resultado se obtuvo que el aumento/disminución de la susceptibilidad magnética coincide con la secuencia paleosol-loess, y probablemente con condiciones húmedas/áridas. Además, las variaciones de la susceptibilidad magnética versus la columna litológica de la sección de Kolet permitieron reconocer períodos paleoclimáticos conocidos como ciclos interglaciares/glaciales. Se trazó la variación de la susceptibilidad magnética (MS, por sus siglás en inglés), la magnetización del remanente natural (NRM, por sus siglás en inglés), la susceptibilidad dependiente de la frecuencia (χfd) y de χfd% versus la gráfica litológica del perfil de loess para confirmar que los depósitos de loess/paleosol de la sección de Kolet tienen partículas magnéticas. Luego, aplicamos los datos magnéticos obtenidos como variación de susceptibilidad magnética (MS, por sus siglás en inglés) para indicar que ha habido períodos glaciales/interglaciares durante los últimos 50 ka. Por lo tanto, durante este período de tiempo, hay tres ocurrencias glaciares importantes en el área de estudio. Además, concluimos que no hubo ocurrencia de glaciaciones principales desde los últimos 20.5 ka.
Micromechanical modeling of ultrasonic velocity for pore-structure and
porosity characterization considering anisotropy in carbonate samples
- Abstract: Abstract This work presents an approach to characterize the pore-structure and anisotropy in carbonate samples based on the Effective Medium Method (EMM). It considers a matrix with spheroidal inclusions which induce a transverse anisotropy. The compressional wave (VP), vertical (VSV) and horizontal (VSH ) shear wave velocities are estimated, taking into account parameters as characteristic length, frequency, wave incidence angle, aspect ratio, mineralogy, and pore-filling fluid to predict pore shape in carbonates. Ranges of aspect ratios are shown to discriminate different pore types: intercrystalline, intergranular, moldic, and vuggy. The wave incidence angle is a determinant parameter in the estimation of VP (0°,45°,90°), VSV (0°) and VSH (90°) to calculate dynamic anisotropic Young's modulus (E33) and Poisson's ratio (v31), together with the Thomsen parameters, ε, γ, and δ for quantification of the anisotropic pore-structure. The obtained results establish that the size and the pore-structure have a more significant impact on the elastic properties when the porosity takes values greater than 4% for the three ranges of frequency, ultrasonic, sonic, and seismic. This investigation predicts the pore-structure and pore-size to improve the characterization and elastic properties modeling of carbonate reservoirs. The validation of results includes porosity measurements and ultrasonic velocity data of different carbonate samples.Resumen En este trabajo se presenta un enfoque para caracterizar la estructura de poros y la anisotropía en muestras de carbonatos basado en el Método del Medio Efectivo (EMM) dinámico. Este considera una matriz con inclusiones elipsoidales que inducen una anisotropía transversal. Se estiman las velocidades de onda compresional (VP), de cizalla vertical (VSV) y horizontal (VSH) teniendo en cuenta parámetros como longitud característica, frecuencia, ángulo de incidencia de la onda, razón de aspecto, mineralogía y tipo de fluido en los poros para predecir la forma de poro en carbonatos. Se muestran rangos de razones de aspecto para discriminar los diferentes tipos de poro: intercristalinos, intergranulares, móldicos y vugulares. El ángulo de incidencia de la onda es un parámetro que influye en la estimación de VP (0°,45°,90°), VSV (0°) y VSH (90°) para calcular el módulo de Young anisótropo dinámico (E33) y la relación de Poisson (v31), así como los parámetros de Thomsen, ε, γ, y δ para cuantificar la anisotropía inducida por la estructura de poros. Los resultados obtenidos establecen que el tamaño y estructura de poro tienen un impacto muy significativo en las propiedades elásticas cuando la porosidad tiene valores mayores al 4% para los tres rangos de frecuencia, ultrasónica, sónica y sísmica. En esta investigación se predice la estructura y el tamaño de los poros para mejorar la caracterización y el modelado de propiedades elásticas de los yacimientos carbonatados. La validación de los resultados incluye la comparación con mediciones de porosidad y datos de velocidad ultrasónica para diferentes muestras de carbonatos.
Wavelet-based Characterization of Seismicity and Geomagnetic Disturbances
in the South Sandwich Microplate Area
- Abstract: Abstract This paper analyzes geomagnetic disturbances associated with seismic events in the northern transcurrent margin of the South Sandwich microplate and South American plate, with their epicenter at distances within 350 km from King Edward Point geomagnetic observatory on the archipelago of the Georgias del Sur islands. Geomagnetic field records measured over a one-year period in three observatories of the INTERMAGNET network near the area under study are examined. Anomalous variations in geomagnetic records can be detected within approximately 3 hours before the manifestation of seismic events with a magnitude above 4.4 Mw. Based on the analysis of the differences in horizontal field components among the observatories and the frequency spectrum of the geomagnetic field observations using the wavelet method, oscillations of several nT can be observed before an event' in addition to magnetic peaks with variable amplitude and duration. It is worth noting that, during the period of study, no severe geomagnetic storms were recorded as this was a phase of low solar activity (solar cycle 24 minimum). The observation of these potential magnetic precursors suggests that there is a critical preparatory period in a region with geological faults related to the stress generated in the rocks before the built-up energy is released in the hypocenter area, within the lithosphere, which may possibly predict the mechanical motion based on anomalous geomagnetic records.Resumen En este trabajo se analizan perturbaciones geomagnéticas relacionadas con eventos sísmicos localizados en el margen transcurrente norte de la micro Placa de Sandwich del Sur y la placa Sudamericana, con epicentro a distancias menores de 350 km del observatorio geomagnético King Eduard Point en el archipiélago de las islas Georgias del Sur. Se estudian registros del campo geomagnético medido en tres observatorios de la red INTERMAGNET próximos a la zona de estudio en un lapso de 1 año. Es posible detectar variaciones anómalas en los registros geomagnéticos en lapsos de aproximadamente 3 horas antes de la manifestación de eventos sísmicos de magnitud superior a 4,4 Mw. A partir del análisis de las diferencias entre las componentes horizontales del campo de los observatorios King Eduard Point y Orcadas y el espectro de frecuencias de las observaciones de campo geomagnético, a partir del método de wavelet es posible observar oscilaciones de varios nT previas al evento, además de picos magnéticos de amplitud y duración variable. Cabe destacar que en el periodo de estudio no se registraron tormentas geomagnéticas intensas o superintensas por encontrarse en fase de baja actividad solar (mínimo de ciclo solar 24). La observación de estos posibles premonitores magnéticos sugiere que hay un tiempo de preparación crítico en una región de fallas geológicas relacionado con la tensión generada en las rocas previo a la liberación de la energía acumulada en la zona del hipocentro, en el interior de la litosfera' que podría anticipar el movimiento mecánico a partir de registros geomagnéticos anómalos.
Seismic signatures of atmospheric disturbances as a tool for
reconstruction of their dynamics
- Abstract: Abstract The wind and products of snowfalls and rainfalls touching the ground generate seismic signals. During decades, the study of seismic signatures of atmospheric disturbances, cyclones, was based on analysis of the ambient seismic noise in the low-frequency range allowing the identification of cyclones and location of the storm position. The methodology monitoring the atmospheric events using short-period seismic signals recorded by a sensor installed at an altitude of about 4 km above sea level at the summit of dormant volcano Nevado de Colima is proposed. The methodology includes the identification of the seismic signatures of atmospheric disturbances on the daily helicorder displays of seismic signals with following analysis of waveforms, produced by the impact of rainfalls and snowfalls with the ground surface, and their Fourier spectral characteristics. Then, the reconstruction of the tracks of the atmospheric events, based on the power spectral densities of the one-hour seismic records, is performed mutually with the satellite observations. The methodology was applied to study the tracks of hurricane Dora and its preceding tropical storm (June 2017) and the cold front system number 25 (January 2018). There were indicated the periods of actions of tropical storm, hurricane, and two stages of the cold front on the helicorder images. Then the characteristic waveforms for each period were selected. Analysis of the spectral characteristics of these waveforms demonstrated that the rainfalls, occurring during the tropical storm, hurricane and the initial stage of the cold front tracks, generated the seismic signals within the frequency range between 1.0-1.8 Hz while the snowfall during the second stage of the cold front tracks generated the seismic signals within the frequency range between 2.6 and 3.7 Hz. The comparison of the tracks of the atmospheric events and the power spectral densities of the one-hour seismic records allowed to see the comparable intensity of tropical storm and hurricane, and two stages of the cold front. These results demonstrate the possibility to monitor the tracks of atmospheric disturbances in real time or to perform the reconstruction of the dynamics of these events during past time using the short-period seismic signals recorded at the high altitudes.Resumen El viento y los productos de las nevadas y lluvias que tocan el suelo generan las señales sísmicas Durante décadas, el estudio de las firmas sísmicas de las perturbaciones atmosféricas, ciclones, se en el análisis del ruido sísmico ambiental en el rango de baja frecuencia que permitió la identifica de ciclones y la ubicación de la posición de la tormenta. Se propone la metodología de monitoreo de los eventos atmosféricos utilizando las señales sísmicas de período corto, registradas por un sensor instalado a una altura de aproximadamente 4 Km. sobre el nivel del mar en la cumbre del volcán inactivo Nevado de Colima. La metodología incluye la indicación de las señales sísmicas d perturbaciones atmosféricas en las pantallas de helicorder de registros sísmicas diarias con el siguiente análisis de las formas de onda, producidas por el impacto de las lluvias y nevadas con la superficie del suelo, y sus características espectrales de Fourier. Luego, la reconstrucción del paso de los eventos atmosféricos, en base a las densidades espectrales de potencia de los registros sísmicos de una h que se realiza mutuamente con las observaciones satelitales. La metodología se aplicó para estudiar el paso del huracán Dora y su tormenta tropical precedente (junio de 2017) y el sistema de fi frío número 25 (enero de 2018). Se indicaron los periodos de acción de tormenta tropical, huracán y dos etapas del frente frío en las imágenes del helicorder. Luego se seleccionaron las formas de onda características para cada período. El análisis de las características espectrales de estas formas de demostró que las lluvias, ocurridas durante la tormenta tropical y el huracán y durante la etapa ir del paso del frente frío, generaron las señales sísmicas dentro del rango de frecuencia entre 1.0-1.8 Hz mientras que las nevadas durante la segunda etapa del paso del frente frío generaron las se sísmicas dentro del rango de frecuencia entre 2.6 y 3.7 Hz. La reconstrucción de la dinámica del de los eventos atmosféricos a partir de las densidades espectrales de potencia de los registros sísmicos de una hora permitió ver la intensidad comparable de tormenta tropical y huracán, y dos et del frente frío. Estos resultados demuestran la posibilidad de monitorear el paso de perturbaciones atmosféricas en tiempo real o realizar la reconstrucción de la dinámica de estos eventos durante el tiempo pasado utilizando las señales sísmicas de período corto registradas en las alturas altas.
Coastal response to the passage of tropical cyclone Juliette on the
Central Pacific Coast of Mexico
- Abstract: Abstract In situ coastal oceanographic and meteorological data were collected on the Mexican Tropical Pacific coast near Barra de Navidad, Jalisco, Mexico, during September 2001 from before, during and after the passing of Hurricane Juliette. The hurricane resulted in a significant deepening of the thermocline, mixing of the upper 40 m of the water column, and a rise in sea level of almost 50 cm at the coast, with effects lasting for about 5 days. A decrease in temperature and an increase in salinity occurred in the upper 20 m of the water column, with the opposite occurring below 20 m. Although analyses of open ocean responses to hurricanes are widely available from satellite data, in situ coastal water-column and sea-level data are difficult to acquire, yet crucial to inform modeling studies. This data set provides a rare opportunity to explore in situ hurricane effects on this coast.Resumen Durante septiembre de 2001 se colectaron datos oceanográficos y meteorológicos costeros in situ en la costa del Pacífico tropical mexicano, cerca de Barra de Navidad, Jalisco, México, antes, durante y después del paso del huracán Juliette. El paso del huracán resultó en una profundización significativa de la termoclina, mezcla en de los 40 m superiores de la columna de agua, y un aumento en el nivel del mar de casi 50 cm en la costa, con efectos que duraron unos 5 días. Un descenso de la temperatura y un aumento de la salinidad ocurrió en aguas más someras de 20 m, con lo contrario ocurriendo a profundidades mayores de los 20 m. Aunque las respuestas en el océano abierto a los huracanes están ampliamente disponibles a partir de datos de satélite, los datos in situ en la columna de agua y del nivel del mar son difíciles de adquirir en zonas costeras, sin embargo, proveen información crítica para estudios de modelación. Este conjunto de datos ofrece una oportunidad única para explorar los efectos de los huracanes en esta costa.