Geofísica internacional

Subsidence in Celaya, Guanajuato, Central Mexico: implications for groundwater extraction and the neotectonic regime

El problema de la subsidencia y agrietamientos del terreno reportado en diferentes partes del mundo y en México, ha sido interpretado en la mayoría de los casos, como resultado de la extracción excesiva de agua subterránea. En la región de Celaya, Guanajuato, la información geológica e hidrológica analizada indica que el proceso que origina los hundimientos y agrietamientos es complejo, y que las condiciones de un área tectónicamente activa, ubicada en la zona de alta sismicidad del país y con manifestaciones de agua termal con temperaturas mayores a los 40°C, deben tener gran influencia en el proceso. Las evidencias geológicas indican que la formación de nuevas fisuras está asociada con el marco geológico-estructural en el subsuelo. La extracción no controlada de agua subterránea es un factor muy importante en el proceso, ya que ésta constituye el agente que modifica las características de saturación inicial de los materiales de relleno del valle, que constituye el acuífero, haciendo que resalten los rasgos estructurales pre existentes, por efecto del movimiento descendente, causado por la disminución de la presión del agua de poro, formando agrietamientos en las zonas de debilidad. Entonces las grietas se originarán preferencialmente en donde están las discontinuidades geológicas.

The problem of land subsidence and formation of earth fissures, in most cases reported in different parts of the world, has been exclusively interpreted as a result of excessive groundwater extraction. In the Celaya, Guanajuato region, geologic and hydrologic information indicates that the process causing this subsidence and earth fissuring is complex. The dynamic tectonics of the area located in an active seismic zone where thermal springs with temperatures above 40 °C are present, should influence the process. The geologic evidence indicates that the formation of new earth fissures is controlled by the geologic-structural framework that existed previous to the deposition of the alluvial valley infill. Uncontrolled groundwater extraction constitutes an important factor because it modifies the initial saturation of the valley infill material and enhances (reactivates) pre-existing structural features, producing a loss of pore water pressure. Most earth fissures in the Celaya area are related to pre-existing structural features.

Empirically adjusted ray amplitudes in the vicinity of the critical region

Se desarrolla un método para corregir empíricamente las amplitudes de las ondas P producidas a partir de la teoría geométrica de rayos en la vecindad de la distancia critica xc, donde es bien sabido que la teoría produce amplitudes erróneas. Se encuentra que simplemente mediante un suavizamiento de las amplitudes dentro de una zona definida como "zona critica" con un polinomio de tercer grado, las curvas de AVO generadas mediante la teoría de rayos se ajustan muy bien a los resultados exactos. El método toma en consideración implícitamente las variaciones de amplitud vs. offset, frecuencia, altura de la fuente y receptor por encima de las interfaces y de los parámetros físicos del modelo geológico.

An empirical approach for correcting geometrical ray theory P-wave amplitudes in the vicinity of the critical distance xc, is presented. Ray theory is well known to produce inaccurate amplitudes. It is found that simply smoothing the amplitudes within the previously defined "critical zone" with a third-degree polynomial provides an excellent match of the AVO curves generated by the ray theory with the exact results. The method implicitly takes into account the amplitude variation vs. offset, frequency, source-receiver height above the interface and physical parameters of the geological model.

Factors influencing the fault displacement-length relationship: an example from the Cantarell oilfield, Gulf of Mexico

Asumiendo que la relación entre máxima longitud y máximo desplazamiento en las fallas es lineal, investigamos los efectos de considerar distintos componentes del desplazamiento, del nivel de observación, y la presencia de enlace de fallas. Para ello usamos datos de las fallas normales del bloque Akal, en el campo petrolero de Cantarell, localizado en el Golfo de México frente a las costas de Campeche. Los datos que se utilizaron fueron tomados de mapas de contornos de cuatro horizontes diferentes. Los resultados obtenidos pueden resumirse de la manera siguiente: (1) el desplazamiento al echado es mejor que el desplazamiento vertical para el análisis de la relación D-L; (2) utilizando fallas que muestran sus dos terminaciones se logran mejores coeficientes de correlación lineal entre D y L, que utilizando fallas con una sola o ninguna terminación; (3) los coeficientes de correlación (R L²) obtenidos para las gráficas D-L en cada horizonte son distintos, lo que indica que los valores de (R L²) son dependientes del nivel de observación.

Assuming a linear relationship between maximum length (L) and maximum fault displacement (D) we investigate the effects of displacement component measured, observation level, and fault linkage by using data from the normal faults of the Akal block of the Cantarell oilfield in the southern Gulf of Mexico (off Campeche). The data are measured from structural contour maps at four different horizons. The summarized results are: (1) dip displacement is better than vertical displacement to analyze the D-L relationship; (2) data from two-tip faults produce higher correlation coefficients (R L²) for linear regression between D and L than one-tip faults; (3) The correlation coefficients (R L²) are different for each analyzed horizons, suggesting that the value of R L² is dependent on the observed level.

Microtremor studies using the SPAC method: Experiences and applications to four sites in Mexico

El registro y los análisis de microtremores es hoy en día una parte fundamental en la evaluación del riesgo sísmico. En este trabajo se discute la aplicabilidad y resultados con el método de Autocorrelación Espacial (SPAC), que permite obtener un modelo de velocidad sitio, así como la estimación del modelo propagación de ondas ID, complementarla estimación de la respuesta de sitio. Hemos trabajado en cuatro ciudades de México con diferentes condiciones urbanas, geológicas de los sitios. También los objetivos y necesidades de cada estudio en particular son diferentes. Esto afecta a la distribución de los arreglos espaciales así como la resolución de profundidad para el método SPAC. Aquí analizamos estos estudios y sus resultados correspondientes. Con base en estos resultados podemos concluir que es posible caracterizar los efectos de sitio y la respuesta de sitio usando incluso arreglos lineales y, dependiendo de las condiciones geológicas, también es posible explorar las capas profundas.

Recording and analysis of microtremors is used in seismic risk evaluation. We discuss the applicability and results for the Spatial Autocorrelation Method (SPAC), which estimates a site velocity model for ID propagation wave modeling and more complete site response estimation. We present results for four Mexican cities with different spatial, urban and geological conditions. The purpose and requirements are different for each particular study. This affects the spatial array settings and the depth resolution for the SPAC method. We discuss these studies and their corresponding results. We conclude that it is possible to characterize site effects and site response using small linear arrays. Depending on the geological conditions, it is possible to reach deep layers.

The 4 December 1948 earthquake (Mw 6.4): Evidence of reverse faulting Beneath the Tres Marías escarpment and its implications for the Rivera-North American relative plate motion

El temblor del 4 de diciembre de 1948 es el sismo más grande que ha sido registrado en el segmento norte del límite de placas Rivera-Norteamérica. Este evento ocasionó muertes y daños importantes en el penal de las Islas Marías. En este trabajo se recopilaron sismogramas de estaciones regionales y telesísmicas con el fin de determinar su mecanismo focal. El mecanismo resultante muestra una falla inversa de alto ángulo con los ejes P orientados NE-SW. El mecanismo obtenido coincide con las soluciones de dos temblores más pequeños localizados a lo largo del Escarpe de las Tres Marías. La magnitud estimada para el evento de 1948 es de Mw6.4. Este valor está basado en la amplitud de las ondas superficiales registradas en la estación De Bilt (Holanda). La dirección de deslizamiento del mecanismo resultante puede interpretarse como el reflejo del movimiento relativo entre las placas de Rivera y Norteamérica. De esta manera la placa de Rivera parece estar cabalgando por debajo del Escarpe de Tres Marías en dirección NE-SW. El mecanismo obtenido contribuye a la estimación del movimiento relativo entre ambas placas en una región donde existen pocos datos al respecto.

The largest historical earthquake along the northern segment of the Rivera-North American plate boundary occurred on 4 December 1948. This event caused casualties and important damage in the penal colony on the Tres Marías Islands. Seismograms were collected from regional and teleseismic stations in order to determine the focal mechanism solution. The resulting mechanism shows high-angle reverse faulting with P axes oriented NE-SW. The mechanism obtained agrees with the solutions of two smaller-magnitude earthquakes located also on the Tres Marías Escarpment. The estimated magnitude for the 1948 event is Mw6.4, based on the amplitude of the surface waves recorded at the De Bilt (Netherlands) seismic station. The slip direction of the resulting mechanism is interpreted as reflecting the relative motion between the Rivera and the North American plates. Thus the Rivera plate appears to be underthrusting beneath the Tres Marías Escarpment in a NE-SW direction. The source mechanism obtained here helps to constrain the relative motion between these two plates where data is sparse.

New locations of volcano-tectonic earthquakes under Popocatépetl Volcano applying a Genetic Search Algorithm

En los inicios de los años noventa, después de ~70 años de quietud, la actividad sísmica bajo el Volcán Popocatépetl en el centro de México se reactivo, comenzando un período de alta actividad volcánica. Esta actividad continúa hasta la fecha y ha provocado emisiones importantes de gases volcánicos, así como formación de domos y erupciones moderadas. Hemos aplicado un algoritmo genético de búsqueda, para ajustar las diferencias de los tiempos de arribo de cada sismo individualmente, para obtener relocalizaciones de alta precisión (~200 m) para 405 sismos volcano-tectónicos (VT) de un grupo inicial de 968 eventos registrados por una red local de 1995 a 2006. Comparamos los resultados de la relocalización con los obtenidos aplicando el método de dobles diferencias. El objetivo de este trabajo es el de caracterizar la sismicidad, determinar parametros hipocentrales y explorar fuentes sísmicas. Los resultados del presente análisis mejoran la determinación de la distribución de la actividad sísmica, permitiendo observar características que ocultaba la dispersión en las localizaciones. La agrupación difusa de eventos, asociada con una falla previamente identificada en el SE, aparece ahora como un sistema de fallas que consiste de al menos una falla con rumbo NW-SE, atravesada por otra falla con rumbo NE-SW. Se encontró que la ocurrencia de sismos ha variado localmente con el tiempo. Algunas alineaciones de eventos coinciden con fallas previamente identificadas. Otras agrupaciones lineales de eventos sugieren fallas ocultas reactivadas por actividad volcánica, como intrusiones de diques, o degasificación de un cuerpo magmático bajo el Volcán Popocatépetl.

In the early 1990's, after ~70 years of quiescence, seismic activity was renewed beneath Popocatépetl Volcano, central Mexico, and a period of high volcanic activity began. This activity continues today, and has featured high emissions of volcanic gases and fumaroles, dome filling processes, and moderate eruptions. The three largest explosive eruptions occurred in 1997, 2001, and 2003. We applied a genetic search algorithm to fit arrival-time differences on an individual basis, and we obtain high precision (~200 m) relocations for 405 volcano-tectonic (VT) events from 968 events recorded by a local network from 1995 to 2006. We compare these results to relocations obtained by applying a double-difference algorithm. The objective is to characterize the seismicity, determine hypocentral parameters, and explore seismic sources. The results shed light on the distribution of seismic activity, revealing features previously hidden by location scatter. A diffuse cluster associated with a previously-identified SE-trending fault now appears to be associated with a fault system consisting of at least one NW-SE trending fault crossed by a NE-SW trending fault. Event occurrence was found to be locally time-dependent. Some aligned events coincide with previously-proposed faults. Other linear clusters may indicate hidden faults being activated by volcanic activity, such as dike intrusion or degassing of the magma body below Popocatépetl Volcano.

A review of iron oxide transformations, rock magnetism and interpretation of magnetic anomalies: El Morro Mine (Brazil), a case study

Se presenta una revisión de la mineralogía de los óxidos de hierro y su relación con las propiedades magnéticas. Se discuten los procesos magnéticos y modelos de una gran área alrededor de la mina El Morro, Brasil en el depósito alcalino-carbonatítico Jacupiranga. Propiedades magnéticas de las rocas y observaciones de minerales opacos sugieren que la titanomagnetita es la principal fase mineral. La anomalía magnética sugiere cuerpos mineralizados con una tendencia general este-oeste. El cuerpo mas grande esta en la parte norte del área y mide al menos 5 por 2 km. Todos los cuerpos están ubicados en un dominio aeromagnético de forma semi-elipsoidal y rumbo general noreste-suroeste. Se propone que la zona anómala continua hacia el norte y que el área de interés económico total puede extenderse aproximadamente 8 x 4 km en dirección norte-sur. Se modelaron dos perfiles con direcciones N-S y E-O y el mejor ajuste corresponde a varios grandes cuerpos irregulares. Los cuerpos mineralizados mas importantes están ubicados debajo del alto magnético hacia el norte; esta inferencia es apoyada por datos gravimétricos. Otros cuerpos están ubicados debajo del bajo magnético y se extienden hacia el sur. El mejor ajuste de la anomalía calculada a la observada se obtuvo usando principalmente la magnetización inducida.

A review of iron oxide mineralogy and its relationship with rock magnetic properties is presented. Magnetic processes and models of a large area around the El Morro, Brazil mine in the Jacupiranga alkaline-carbonatitic deposit is discussed. Rock magnetic properties and opaque mineral observations suggest that titanomagnetite is the main magnetic phase. The magnetic anomaly suggests ore bodies of an east-west general strike. The largest body is in the northern part of the area. It measures at least 5 by 2 km. All bodies are located in an aeromagnetic domain of semi-ellipsoidal shape and northeast-southwest general strike. It is proposed that the anomalous zone is continuous to the north and that the whole area of economic interest may extend roughly 8x4 km in the north-south direction. We modeled two N-S and E-W profiles and the best fit corresponds to several large irregular bodies. The most important mineralized bodies are located beneath the northward continuation of the magnetic high; this inference is supported by a gravimetric data. Other bodies are located under the magnetic low and extend to the south. The best fit of calculated to observed anomaly is obtained by using mostly induced magnetization.