Doctorado en Geociencias

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Estimación de imágenes de anomalías de velocidad, dispersores y campo de esfuerzos locales a partir del análisis de sismicidad generada en yacimientos de hidrocarburos en Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Gómez Alba, Sebastián Alejandro; Vargas Jiménez, Carlos Alberto; Gómez Alba, Sebastián [GÓMEZ ALBA, SEBASTIÁN]; Gómez Alba, Sebastián [Sebastian Gomez Alba]; Gómez Alba, Sebastián [0000000206162663]; Gómez Alba, Sebastián [56862335600]
La información producto del monitoreo sismológico de campos de hidrocarburos se ha convertido en una herramienta y fuente de información importante para determinar bajo qué circunstancias las operaciones de explotación de campos de hidrocarburos inciden en la alteración del estado natural de los parámetros elásticos de las rocas y el flujo de fluidos al interior de los yacimientos. En Colombia no ha existido una política que demande el monitoreo sismológico de campos de hidrocarburos, y el poco que ha podido ser realizado aún no ha sido ni procesado ni analizado en su totalidad. En este contexto hay un rezago respecto a la adquisición de data, análisis y apropiación de conocimiento sobre el subsuelo del país, y por ende un bajo entendimiento de los fenómenos físicos resultado de operaciones industriales. Esta tesis se convierte en un primer paso para llenar este vacío, al hacer uso de la información disponible de los terremotos registrados desde 1993 hasta 2018 por el Servicio Geológico Colombiano (SGC), para proponer un modelo geodinámico de la esquina NW de Sur América, el primer modelo a tomografía de anisotropía sísmica para la corteza de Colombia, la primera valoración de los posibles mecanismos de activación de sismicidad antropogénica producto de la inyección de agua en yacimientos disposal en el campo de mayor producción de crudo pesado del país, y finalmente la caracterización de estructuras disipadoras de energía sísmica en yacimientos de hidrocarburos. En el Capítulo 1 se describe en detalle el problema, su planteamiento, la justificación y la motivación de esta disertación. Igualmente se exponen los principios y antecedentes fundamentales bajo los cuales se ha venido construyendo el fundamento teórico asociado a la sismicidad antropogénica. En el Capítulo 2 se hace un estudio de sismicidad regional de la esquina NW de Sur América para estimar tomografías de velocidad de Vp y Vs de la corteza y el manto superior, distribución de anomalías Vp/Vs en al manto superior y el mapeo de vectores de anisotropía azimutal de onda P de la corteza. Este Capítulo ha sido sometido en la revista Seismological Research Letters (SRL). En el Capítulo 3 se analiza la causalidad entre la producción de crudo pesado y sismicidad registrada en inmediaciones de un campo de la Cuenca de los Llanos Orientales de Colombia. Se utilizó la información reportada de los eventos para calcular mecanismos focales y determinar el tipo de fallamiento. Se estimó la energía radiada de los eventos de mayor magnitud para caracterizar los procesos de ruptura y determinar las propiedades de las fracturas generadas, incluidas la orientación, trayectoria y velocidad. Este Capítulo fue publicado en la revista Journal of South American Earth Sciences. En el Capítulo 4 se determinó que la secuencia de eventos en el Campo de estudio (Capitulo 3) era el resultado de la liberación de la energía elástica almacenada en el yacimiento debido a la acción continua del trabajo ejercido por la inyección de agua en yacimientos disposal. Un análisis hidromecánico permitió determinar que la eficiencia energética del ciclo de inyección es baja en comparación con otras operaciones de inyección documentadas, permitiendo que la inyección a largo plazo de grandes volúmenes no haya dado lugar a eventos más importantes. Este Capítulo fue publicado en la revista Geophysical Journal International. En el capítulo 5, se hace una recopilación de los resultados más importantes de este trabajo en forma de conclusiones y se plantean algunas futuras recomendaciones de trabajo e investigación.
Modelado de deformación termo-mecánico de la zona de subducción del sur de Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2022) Quintana Puentes, Robinson; Montes, Luis Alfredo; Zuluaga, Carlos; Quintana Puentes, Robinson [0000-0002-3523-6203]; Grupo de geofísica
La forma de la topografía de la superficie en la parte sur del territorio colombiano es el resultado de la deformación producida por la subducción de la placa de Nazca debajo de la Placa de Suramérica. Se genera un modelado numérico termo-mecánico para solucionar varias ecuaciones que describen los fenómenos físicos principales asociados a calor y esfuerzo. Este proceso de subducción es modelado bajo el marco de la mecánica de los medios continuos. Se presenta la evolución en la subducción escogida modelando los escenarios en aproximadamente 150 millones de años desde el periodo geológico Jurásico hasta ahora, parametrizado por el control que ejerce la forma de la topografía actual. Este modelamiento se realiza con el programa computacional MatLab y se tienen en cuenta códigos computacionales de varios autores que están trabajando en estas soluciones. Un aspecto fundamental es discretizar el espacio basándose en coordenadas planas formando un grillado de 24.888 marcas y representando un área de 300 km de alto y 3000 km de largo sobre la latitud de 3° grados. Se determinan esfuerzo, temperatura, composición, velocidad, geometría y propiedades de las cortezas oceánica y continental para un total de 10 escenarios. El código i3Elvis resulta ser un código robusto para modelar fenómenos de la subducción tales como; la ruptura, ángulo bajo con respecto al horizonte de la placa oceánica. Pero no resulta ser efectivo para el desprendimiento de la placa cuando se adhiere un terreno oceánico. Se genera un modelo de geometría actual de las rocas involucradas en la subducción por medio de datos de gravimetría y magnetometría, el cual, es el objetivo de llegada del modelamiento. (Texto tomado de la fuente)
Modelo lito-geofísico del Cratón Amazónico en el Oriente Colombiano a partir de la integración de información geofísica
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-11-19) Moyano Nieto, Ismael Enrique; Prieto Gómez, Germán Andrés
El Cratón Amazónico es una de las áreas cratónicas más grandes del mundo. El modelo geológico del Cratón en Colombia es poco conocido, principalmente porque una gran porción de las rocas asociadas a este cratón se encuentra cubiertas por secuencias sedimentarias y depósitos recientes, sumado a poca accesibilidad y densa cobertura selvática. Los modelos más aceptados para el Cratón amazónico indican que este evolucionó por acreción múltiple de cinturones/terrenos alrededor de un núcleo antiguo, pero estudios recientes sugieren que la evolución de la porción Noroccidental puede haber sido diferente de las áreas en donde se formularon dichos modelos. En el presente trabajo utilizamos datos geofísicos (magnéticos/gravimétricos), aplicando metodologías de detección multi-escala de bordes y modelado 3D que permitieron identificar y delinear las principales discontinuidades corticales para el Cratón amazónico en territorio colombiano, además de otras características geológicas. Se identificaron lineamientos geofísicos primarios (PGL), interpretados como posibles límites de la corteza. A partir de la interpretación geofísica, integrada con información geológica, geocronológica e isotópica, se proponen cinco dominios tectónicos: Ventuari-Tapajós, Cinturón de Atabapo, Cinturón de Vaupés, Rift Apaporis y Putumayo. Se presenta una nueva edad de cristalización de circón U-Pb para la Formación Piraparaná, que indica que es significativamente más antigua de lo que se pensaba anteriormente, implicando que la extensión en el Rift de Apaporis comenzó al menos en el Mesoproterozoico tardío, transformando así por completo su significado tectónico. Los límites estructurales propuestos corroboran y proporcionan una ubicación más precisa de los límites sugeridos previamente y que estaban difusamente delineados a partir de la información geológica y geocronológica disponible. Este trabajo presenta por primera vez un modelo geológico regional a escala cortical para el noroeste del Cratón Amazónico en Suramérica a partir de la integración de información geofísica, mejorando la comprensión de la estructura regional de esta parte del continente (Texto tomado de la fuente)
Caracterización del metamorfismo de alta presión para eclogitas y esquistos azules, emplazados dentro del Complejo Arquía, en el sector Pijao – Génova (Quindío), flanco oeste, Cordillera Central, Colombia
(Universidad Nacional de Colombia, 2020) Castellanos Alarcón, Oscar Mauricio; Zuluaga Castrillón, Carlos Augusto; Ríos Reyes, Carlos Alberto; Tecnicas Aplicadas A Tectonica y Analisis de Cuencas
Las rocas de alta presión del Complejo Arquía, Cordillera Central de Colombia, consisten principalmente de eclogitas retrogradadas y esquistos y neises azules, así como rocas básicas, pelíticas, carbonatadas y ultramáficas metamorfizadas, de protolitos que varían entre basálticos toleíticos tipo N-MORB, a basaltos alcalinos de intra-placa y a basaltos de islas oceánicas, así como un aporte de sedimentos de fuentes oceánicas y continentales. Estas litologías revelan una subducción de régimen térmico tibio, correspondiente a un gradiente aproximado de 10°C/Km, y posteriores procesos de acreción y sutura sobre el margen oeste de la placa suramericana. En el presente estudio se discuten sus implicaciones tectónicas con el fin de plantear un modelo geológico acerca del origen, metamorfismo y exhumación de estas rocas. La trayectoria de P-T se caracteriza por una etapa prógrada que alcanzó la facies eclogita con rangos entre 18-23 kbar y 620-670 °C, mientras que la etapa retrógrada alcanzó las facies epidota-anfibolita y esquistos verdes con rangos entre 9-14 kbar y 540-590 °C. Una granofelsa de cianita, fengita y granate produjo una edad Sm-Nd en granate de 124.2±1.2 Ma con MSWD=1.5 correspondiente a Aptiano-Barremiano, en el Cretácico temprano. Las rocas de alta presión del Complejo Arquía se consideran como el producto de un melange tectónico exhumado por medio de un canal de subducción fósil, como resultado de un proceso convergente de tipo subducción pacífica acrecionaria, suturado en su actual posición tectónica dentro de los Andes Colombianos. (Texto tomado de la fuente)
Modelos de fuente de sismicidad LP para la actividad del volcán Galeras 2004-2010 (Colombia)
(Universidad Nacional de Colombia, 2021) Cadena Ibarra, Oscar Ernesto; Sánchez Aguilar, John Jairo; Grupo de Investigación en Vulcanología Giv
En este estudio se analiza la sismicidad tipo LP del volcán Galeras para el periodo 2004 – 2010, desde los aspectos relacionados con: 1) su distribución temporal, mediante la aplicación de la técnica de variación de la dimensión fractal, 2) la segmentación de la sismicidad en familias y grupos de familias, utilizando correlación cruzada y la caracterización de familias y grupos mediante información espectral, 3) los resultados generados en 1 y 2, sirven de apoyo contextual para la generación de modelos de resonancia de una columna de magma, dentro de la cual se aplica una perturbación que se propaga en forma de ondas sísmicas por la interfase de la columna y la corteza superficial, hasta alcanzar un receptor. La información para la parametrización de la corteza superficial y el magma, se obtuvo de estudios específicos preexistentes, y la solución de los sistemas de ecuaciones se realiza mediante el método de elementos finitos. Los resultados muestran un comportamiento anómalo en la dimensión fractal durante el emplazamiento de los domos de lava de 2006 y 2008. La caracterización sísmica evidencia la existencia de 9 familias de sismos LP que se distribuyeron en dos grupos G1 y G2, asociados respectivamente con el emplazamiento de los domos de lava en superficie y la sismicidad precedente a estos domos. Se parametrizaron modelos para los grupos, G1 y G2, los cuales tienen por diferencias principales: la longitud de la columna de magma y el tipo de acción de la fuente sísmica. Se propone la resonancia de una columna de magma de aproximadamente 2800 m de largo, cuyo tope casi alcanza la superficie, como posible causante de la sismicidad del grupo G1 y una columna cercana a los 2000 m como responsable de los sismos del grupo G2. Adicionalmente, los resultados de este estudio ponen en duda la efectividad de la localización de sismicidad de fluidos basda en el método de atenuación de amplitudes. (Texto tomado de la fuente).
Machine learning and fractal attributes applied to automatic detection and classification of geologic planes in resistivity image logs
(Universidad Nacional de Colombia, 2021-11) Leal Freitez, Jorge Alberto; Ochoa Gutiérrez, Luis Hernán
The purpose of this research is to develop a methodology for automatic detection and classification of geologic planes in wireline acquired resistivity imaging. The methodology involves the application of bioinspired image filters, machine learning, and elements of fractal theory. In upstream activities of hydrocarbon reservoirs, the analysis and interpretation of resistivity imaging is a time-consuming and repetitive task, usually manually performed by specialized geologists. Delay in this task may result in operational problems, causing economic losses during field operations. In order to solve this issue, the present research proposes automatic extraction of geologic features in borehole resistivity imaging shortly after the image log is acquired. Features are initially extracted from pixels analysis of the dynamic-normalized images, employing a set of computer vision techniques to detect edges and sinusoids. Afterward, these sinusoids are classified using statistical measures and machine learning. During training and classification stages, machines employ fractal dimension, lacunarity, and their derived statistic parameters (fractal attributes); the fractal information is complemented with resistivity, gamma rays, and photoelectric factor logs to improve the accuracy during classification. In both clastic and carbonate environments, the outcome consists of a set of classified geologic planes, precise enough to recognize patterns in the structural and stratigraphic dips of the drilled sequence. Academically, the main novelty of this research is the integration of fractal theory and machine learning, aiming at automatizing interpretation of resistivity imaging in hydrocarbon producer wells. (Text taken from source)
Modelamiento termo-mecánico en la zona de subducción del Caribe colombiano -área Sinú San Jacinto- a partir de la interpretación de anomalías de campos potenciales
(2020-12-11) Quintero Camacho, Wilson; Hernández Pardo, Orlando; Campos Enriquez, Oscar
Se propone una estructura térmica para la zona de subducción del Caribe colombiano, área Sinú-San Jacinto, en la esquina Noroccidental de Suramérica, bajo las hipótesis de subducción plana para la placa Caribe bajo la placa Suramérica y un origen Pacífico Oriental para la placa Caribe. La estructura térmica de la zona se obtiene al aplicar los códigos Temspol (cinemático) e i3Elvis (dinámico) en Matlab, que resuelven las ecuaciones de energía, masa, momento y Navier-Stoke, bajo un esquema numérico de diferencias finitas. En el modelamiento cinemático se resuelve solamente la ecuación de energía con una geometría fija y predefinida. En el modelamiento termo-cinemático-reológico, se incorporan parámetros reológicos a los nodos del modelo termo-cinemático. En el modelamiento termo-mecánico, se resuelven en forma simultánea las ecuaciones de energía, masa, momento y Navier-Stoke; aquí, la geometría no es fija, es producto de: (1) la libertad del movimiento de la placa en subducción; (2) los parámetros físicos de la placa; (3) las condiciones de frontera del modelo; y (4) las propiedades reológicas de la litología de las capas que componen el modelo. La estructura térmica propuesta, se valida mediante la comparación del flujo de calor estimado por los modelos termo-mecánico y termo-cinemático, con el flujo de calor estimado por el método de la profundidad del punto de Curie (CPD), calculado mediante la técnica espectral, en su modalidad fractal, para anomalías magnéticas. La interpretación de la estructura térmica está sujeta a restricciones impuestas por: (1) el modelamiento directo bidimensional del subsuelo a partir de señales de métodos potenciales; (2) las estimaciones de la frontera cortical frágil-dúctil, desde los modelos térmicos y los análisis isostáticos, en sus mecanismos de compensación tipo Airy y regional, en sus formas unidimensional y bidimensional, bajo las técnicas espacial y espectral; y (3) la información geológica y geofísica, principalmente de los modelos evolutivos paleo-tectónicos y palinpásticos. Se encontró que: (1) el flujo de calor estimado a partir de los modelos térmicos es coherente con el flujo de calor estimado por el método del CPD; (2) la distribución espacial del flujo de calor superficial es válida para el Caribe colombiano; (3) el flujo de calor estimado conserva la misma forma que el flujo de calor en una zona de subducción en el noroeste de Japón; y (4) la interpretación de la estructura térmica propuesta es coherente con las reconstrucciones paleo-tectónicas, donde se plantea que la evolución de la zona de convergencia entre las placas Caribe y Suramérica probablemente ha sufrido dos eventos subductivos, uno en el Cretácico-Paleógeno y otro en el Mioceno Medio. Se concluye que el régimen térmico del Caribe colombiano está caracterizado por: la subducción plana de la placa Caribe bajo la placa Suramérica, con un ángulo de subducción menor a 30° y una velocidad de convergencia promedio de 2 cm/año; una litosfera oceánica que contiene una corteza oceánica caribeña de edad Cretácica, cuya segunda fase de subducción inició hace 45 Ma, aproximadamente; y que el régimen térmico en la zona de estudio es un 20% menor que el régimen térmico calculado para una zona de subducción normal.
Carbonatos y otros minerales autigénicos asociados a las lateritas niquelíferas de Cerro Matoso y su posible relación con actividad hidrotermal y reducción de sulfatos
(2019-09-23) Castrillón Peña, Andrés; Guerrero Díaz, Javier
La mineralogía, difractometría de rayos X y los valores disminuidos de isotópos de δ13C y δ18O de las arcillas y carbonatos que conforman el sustrato fosilífero en una parte del Pit-1 de Cerro Matoso-CM, indican que los filosilicatos y la siderita precipitaron en ambientes oceánicos. El carácter autigénico de los filosilicatos y las temperaturas registradas por estos y la siderita diagenética, permiten reportar la primera comunidad de ventilas hidrotermales en Colombia. Esta comunidad fósil, compuesta de gusanos siboglinidae, bivalvos y gasterópodos, entre otros, hace parte de una sucesión de sedimentos marinos que sobreyacen localmente las peridotitas de CM. Con estos resultados se propone un modelo más preciso para el desarrollo del depósito laterítico de níquel en CM, que incluye la influencia de un sistema hidrotermal Tipo II (Kelley & Shank, 2010), que se hospedó en las rocas ultramáficas cuando se exhumaron en el fondo oceánico, a través de fallas de transformación, formando lo que sería un oceanic core complex -OCC en la antigua dorsal meso-oceánica del Pacífico. Los sedimentos marinos, conformaron un perfil laterítico atípico en el Pit-1, que contenía las mayores concentraciones de níquel en el yacimiento (>8%). Al sur de la mina o Pit-2, las peridotitas desarrollaron, producto de la meteorización, un perfil laterítico típico, con concentraciones de níquel que no exceden el 4%. Filosilicatos de Fe (greenalita, berthierina, nontronita) y siderita, reconocidos en sección delgada e identificados por medio de XRD estándar, XRF y BSE-EDX, constituyen las principales asociaciones minerales en la sucesión de sedimentos en CM. Estos se distinguen en: sedimentos hidrotermales, conformados de base a tope por las facies: lodolitas fisuradas y brechadas (fb-M), arcillolitas fosilíferas verdes (gf-C) con abundantes concreciones de siderita (sC) y arcillolitas oxidadas cafés (bo-C). Lateralmente adyacentes o sobreyaciendo esta sucesión, se encuentran sedimentos metalíferos, conformados de base a tope por las facies: lodolitas conglomeráticas negras, con sus dos variedades (BCM I & BCM II), las cuales contienen intraclastos rojos y verdes bien cementados (gr-CC), además, fósiles y fragmentos serpentinizados de peridotitas; sobre estas rocas se encuentra a facies de arcillolitas rojas (RC) y la facies de arcillolitas naranjas con láminas de hierro (oil-C). Berthierina, greenalita, nontronita, goethita, y nimita se consideran de origen autigénico y de acuerdo con el Full Width at Half Maximum -FWMH, reflejan un alto grado de madurez ¨alta cristalinidad¨ asociados a temperaturas elevadas durante su precipitación. Debido a la influencia de la temperatura, siderita y magnetita tendrían un origen biogénico, en la que participan bacterias termófilas (>45°C) reductoras de hierro, que son usuales en los sistemas hidrotermales. Las condiciones propicias para la precipitación de los sedimentos marinos en CM, se dió en ambientes reductores, alcalinos, ricos en Fe y a temperaturas entre 20o y 160o C. Los valores disminuidos de δ13C (-27.1 to -5.57‰) y δ18O (-11.01‰ to -1.88‰), tienen la firma isotópica del metano - CH4 del sistema hidrotermal del que provienen, y están relacionados a eventos de oxidación de metano y/o una mezcla de CH4 con carbón inorgánico disuelto -DIC en el fondo del mar, los cuales favorecen el crecimiento de filosilicatos y carbonatos de Fe. La relación de dependencia del fraccionamiento de δ18O con la temperatura, descrita por Zhang et al. (2001) en la ecuación: 103 lnsid-wt = 2.56 * 106 T-2 (K) +1.69, proporciona una buena correlación lineal en los datos obtenidos en los sedimentos marinos de CM. Anomalías positivas de Eu y negativas de Ce en la facies lodolitas conglomeráticas negras, indican un origen asociado a la precipitación de plumas hidrotermales y registran la firma de la dilución de estos elementos en el fondo marino. Los procesos de serpentinización de rocas ultramáficas a profundidades abisales, generan cantidaes importantes de H2, que favorecen la síntesis de CH4 mediante la reacción tipo Fischer-Tropsch (FTT) (4H2 + CO2 => CH4 + 2H2O), y generan ambientes geoquímicos propicios para la instalación de comunidades extremófilas, en donde procesos de oxidación anaerobia de metano AOM son realzados por organismos oxidantes y/o reductores de sulfato, que intervienen en los procesos de precipitación mineral. El sistema hidrotermal Tipo II hospedado en las peridotitas de CM, alcanzó temperaturas alrededor de 150°C, en lugar de 300°C, lo que impidió que la energía del sistema fuese suficiente para generar cantidades importantes de sulfuros de Ni, como millerita o eventualmente pentlandita, por lo tanto, su aporte en Ni, es menor, comparado con el níquel encontrado en las particulas orgánicas fracción arcilla, en las arcillas (nimita) y en carbonatos. Una evidencia adicional de sistemas hidrotermales son la listvenitas usualmente infrayaciendo la facies de lodolitas conglomeráticas negras. Las concentaciones adicionales de Ni en CM provienen por lo tanto de los sedimentos metalíferos generados por el sistema hidrotermal Tipo II hospedado en la peridotitas, lo que hizo al depósito de CM especial, al compararlo con las cantidades habituales de níquel, que presentan rocas ultramáficas similares al ser sometidas a procesos de meteorización y lixiviación en condiciones supergénicas. Durante el Cretácico, todo el conjunto de rocas (ultramáficas y sedimentarias), se adosó al continente, para exhumarse finalmente durante la última fase de la Orogenia Andina. Esto expuso las peridotitas y rocas sedimentarias asociadas, al ambiente húmedo tropical, permitiendo que los procesos de enriquecimiento de Ni supergénico, conformaran el perfil de lateritas de CM como se conoce hoy en día, con sus extraordinariamente altos contenidos de Ni.
Origen y evolución de los granitoides proterozoicos del oriente colombiano, noroeste del Cratón Amazónico
(2019-08-23) Bonilla Perez, Amed
En los departamentos de Guainía y Vaupés, área de estudio del presente trabajo, afloran las rocas más antiguas de Colombia en la parte noroccidental del Cratón Amazónico y de la región selvática del Amazonas. Descifrar la compleja y extensa historia geológica de la zona de estudio con interesantes depósitos minerales pero un acotado conocimiento estratigráfico y estructural de la principal unidad descrita en el sector, el Complejo Mitú, era motivación principal de este trabajo. Esta tesis doctoral se enmarca dentro de la modalidad de compendio de publicaciones, está compuesta por 6 capítulos de los cuales 5 corresponden a artículos (2 publicados). El proceso investigativo implicó 3 etapas: recopilación bibliográfica, planeación logística y labores de campo; preparación de muestras recogidas y su análisis de laboratorio y la interpretación de los resultados y, donde posible, su verificación en campo. Durante los recorridos, principalmente a lo largo de ríos selváticos, se hizo un reconocimiento geológico y la descripción detallada de cada afloramiento encontrado, así como un muestreo de los diferentes tipos de roca, recogiendo un amplio abanico de variación textural y composicional. Este material fue procesado y analizado en relación a su mineralogía, geoquímica, petrología y geocronológicamente, principalmente usando U/Pb en circones con LA-ICPMS. El conjunto de los datos obtenidos permitió identificar diferentes eventos metamórficos, magmáticos y sedimentarios del Proterozoico. La historia geológica del Paleoproterozoico tardío y Mesoproterozoico del oriente colombiano reconocible inició con un metamorfismo regional de alto grado entre 1850 y 1800 Ma que afectó principalmente corteza continental compuesta de sedimentos y granitoídes, generando migmatitas y neises en facies anfibolita alta, que culminó hacia 1750 Ma acompañada por un magmatismo episódico sin a pos-colisional tipo S entre 1700-1800 Ma. Este basamento Orosírico-Estatérico y sus montañas permaneció en relativa estabilidad tectónica entre 1600 y 1700 Ma, aportando gran cantidad de sedimentos para la secuencia sedimentaria conocida a nivel regional como Grupo Tunuí. Posteriormente, una nueva etapa de magmatismo tipo A y S entre 1600-1500 Ma, cuyos rasgos geoquímicos y edades U/Pb en circones heredadas 1700Ma indican procesos de fusión parcial de rocas preexistentes, afectó a todo el basamento; localmente ha generado metamorfismo de contacto en las areniscas del Grupo Tunuí. Magmatismo juvenil de tipo anorogénico a gran escala afectó hacia 1340-1400 Ma todo el noroccidente del Cratón Amazónico, evento que se manifiesta en el basamento con edades U/Pb en apatitos entre 1340 y 1500 Ma marcando temperaturas ~500°C. Esto puede representar dos posibilidades: el calentamiento del basamento por la intrusión de estos grandes plutones o el levantamiento del basamento hasta geotermas menores de 500°C producto de los rifts que permitieron la ascensión de magmas graníticos, o una combinación de varios procesos que posiblemente generaron el cierre o reinicio del sistema U/Pb en los apatitos, y que es concordante con un enfriamiento lento pero progresivo evidenciado en los sistemas K/Ar, Rb/Sr, Ar/Ar no solo del basamento sino también de los intrusivos. Hace 1200-1000Ma la intrusión de cuerpos máficos alcalinos en ambientes de rift como respuesta a la colisión Grenville en el extremo noroccidental del cratón durante la Orogénesis Putumayo cerró el ciclo magmático Mesoproterozoico en esta zona. Los resultados obtenidos permiten refinar la reconstrucción, el origen y la evolución de rocas de este sector del Cratón Amazónico lo que no solo representa un valioso aporte en el conocimiento de un área de gran interés, sino también en el entendimiento regional para una subdivisión del Complejo Mitú y los procesos mineralizantes de Au, Ta, Nb, Sn, W, ETR, entre otros, que puede brindar nuevas herramientas para una exploración más efectiva de otras áreas de la extensa Amazonia colombiana.
Caracterización de reservorios a escala sísmica usando física de rocas y redes neuronales artificiales supervisadas: Caso de estudio Campo Tenerife, Cuenca del Valle Medio del Magdalena
(2019-11-29) Muñoz Garcia, Andres Mauricio; Montes Vides, Luis Alfredo; Iturrarán Viveros, Úrsula Xiomara
La Cuenca del Valle Medio del Magdalena (CVMM) en Colombia es una de las cuencas sedimentarias de importancia económica del país, y tal vez la de mayor importancia histórica en la explotación de hidrocarburos. Se trata de una cuenca madura con alta producción desde el año 1918, y fue la región de mayor producción antes del auge de la explotación en los Llanos Orientales colombianos. La explotación de esta cuenca inició con el descubrimiento del campo La Cira-Infantas, y continuó con la aparición de otros grandes campos como el Tenerife (CT), descubierto en los años 60 y actualmente operado por la Empresa Colombiana del Petróleo (ECOPETROL). La mayoría de estos campos superan a la fecha su etapa de producción primaria, por lo cual, su producción actual implica un sistema de recuperación mejorada, además de estrategias de trabajo en la extracción de recursos no convencionales. En los últimos años se han desarrollado en este campo proyectos exploratorios de símica 3D3C y nuevos registros de pozo con el objetivo de entender la disposición areal de los geocuerpos dentro del yacimiento, así como la distribución de algunas de sus propiedades petrofísicas y de fluidos. Con estos resultados se han hecho numerosos estudios encaminados a la interpretación y generación de nuevos modelos estructurales, de las superficies y los planos de falla del Terciario. El trabajo con los datos símicos 3D3C y los registros disponibles, ha generado nuevos modelos de la distribución espacial de geocuerpos, así como modelos litológicos y estratigráficos, a pesar de esto, el estudio con resultados precisos de las propiedades de roca tales como la porosidad (ɸ), la densidad (ρ), el volumen de arcilla (Vclay) y la saturación de fluidos (Sw ) en zonas alejadas de los pozos sigue siendo un reto en este y otros campos alrededor del mundo. Como un aporte a la estimación y validación de los parámetros petrofísicos de las rocas en zonas lejanas al pozo, en este trabajo se generó e implementó una metodología para la construcción de modelos de parámetros de roca en las unidades formacionales de interés petrolífero del (CT). Hicimos la reconstrucción de algunos registros de pozo y la caracterización petrofísica a escala sísmica de las unidades formacionales de interés petrolífero del campo, empleando: a) modelos de física de rocas para arenas arcillosas que nos permitieron estimar ɸ, la saturación de agua (Sw), y Vclay en los pozos Tenerife-1 (T1), Tenerife-2 (T2), y Tenerife-3 (T3); b) reconstrucción de los registros pozo dipolar de onda-S (DTSM) y rayos gamma (GR) en los rangos de profundidad en los que no fueron tomados con herramienta, usando Aprendizaje Automático (AA); c) diseño y entrenamiento de algoritmos de Redes Neuronales Artificiales (RNA) y Bosques Aleatorios (BA) para estimar parámetros de roca a escala sísmica usando como datos de entrada la sísmica apilada 2D y 3D disponible, y los registros de pozo como datos de entremaniento; d) estimación de los registros de nuevos pozos exploratorios en el CT con resultados validados con los registros de T1, T2, y T3; e) generación de modelos 3D de algunos de los parámetros de roca mencionados en el horizon slice (HS) de la formación MugrosaC-Arenas; f) validación de resultados usando el modelo petrofísica, geológico, estructural y litológico del campo. Los datos sísmicos, los registros de pozo, datos de núcleo y los informes técnicos usados en este trabajo, fueron suministrados por parte de la Empresa Colombiana del Petróleo (ECOPETROL) y el Instituto Colombiano del Petróleo (ICP) en el marco del programa No 266-2013 de Ecopetrol-Colciencias, proyecto de código No 11553130555.
Generación y Propagación de Perturbaciones Electromagnéticas Asociadas con Terremotos.
(2018-02-15) Clavijo Ramírez, Jorge Enrique; Sánchez Aguilar, John Jairo
Diversos tipos de emisiones electromagnéticas asociadas con terremotos han sido reportados ampliamente en la literatura científica, especialmente durante las últimas dos décadas del siglo XX. Según estos reportes la perturbaciones pueden ir desde variaciones del orden de nT en la magnitud del campo geomagnético, hasta emisiones lumínicas que se extienden varios kilómetros alrededor de la zona del terremoto. Debido a que muchas de estas emisiones se presentan algunas horas o días previos al terremoto, su relevancia como señales precursoras de actividad sísmica ha sido ampliamente debatida en la comunidad científica. Sin embargo, debido a la ausencia de un acuerdo acerca de un único mecanismo físico que permita entender el origen de estas emisiones, el establecimiento de una relación causal (más allá de la correlación temporal) entre las emisiones electromagnéticas y los terremotos es algo que aún no se ha determinado. Con el objetivo de contribuir al entendimiento del origen de estas emisiones, en este trabajo se presenta un estudio teórico-experimental de los mecanismos responsables de la generación de emisiones electromagnéticas durante procesos de fractura y terremotos. Usando como marco teórico la naturaleza crítica del fenómeno de ruptura, se desarrolló un experimento en escala de laboratorio que permitió ver la presencia de emisiones acústicas y electromagnéticas precursoras de la fractura. Las emisiones fueron detectadas durante todo el proceso de carga de muestras de rocas típicas de la corteza terrestre. Los resultados obtenidos permitieron determinar que la electrificación por microfracturamiento es el mecanismo que mejor se ajusta a las características de las emisiones detectadas. El análisis estadístico basado en la entropía de Tsallis y la termodinámica no-extensiva, confirmó la naturaleza crítica del fenómeno y la hipótesis del microfracturamiento como mecanismo fundamental. La extensión a escala geológica se hizo a partir del estudio de la propagación de campos electromagnéticos en medios conductivos. Las microfracturas generadoras de los campos se modelaron como dipolos eléctricos transitorios distribuidos en la región de preparación del sismo. Se usaron dos modelos de distribución: el percolativo clásico y las redes multifractales. Los resultados obtenidos muestran que los valores máximos de las perturbaciones electromagnéticas esperadas se pueden localizar en puntos tan alejados del epicentro como diez veces el tamaño de la falla. Al mismo tiempo se muestra cómo afectan la conductividad del medio y la profundidad de la zona de fractura los valores estimados de la perturbación electromagnética. Finalmente, se combinan la hipótesis de microfracturamiento y el modelo de fibras (Fiber Bundle Model) para estimar el valor de la máxima perturbación electromagnética esperada cuando la falla se acerca a su esfuerzo de ruptura. Se encuentra que, incluso usando un escenario optimista donde algunos parámetros son sobreestimados, la máxima perturbación estimada cae en el rango de los 10^−13 T, valor muy pequeño comparado con los reportados y aún muy por debajo de las capacidades de detección de los magnetómetros usados en el contexto de la geofísica.
Pre-andean tectonic events from albian to eocene in the middle Magdalena valley and situation of the western flank of the proto-eastern cordillera (Colombia)
(2018) Guerrero Moreno, Jairo Guillermo
For years in Colombia research has been mainly centered on the knowledge of the most recent uplifting of the Eastern Cordillera, and on the evaluation of the Tertiary units in many basins to understand the recent deformation. Recently, due to the necessities of the oil industry to evaluate new targets, new information has been acquired on Cretaceous units form the Eastern Cordillera and Middle Magdalena Valley. The aim of this work is to analyse the data which gives evidence of deformation in the basin of Middle Magdalena Valley during the Cretaceous. The Cretaceous units are exposed in the Eastern Cordillera, but not in the Middle Magdalena Valley, where only a few outcrops are known. Instead a lot of seismic information is available on this area and some wells that have drilled the Cretaceous units. Using large seismic reflection sections and well information, I could identify important events, unconformities, and faults which were inverted in different stages during the Lower Cretaceous to the Eocene, prior to the Andean Orogeny. For that, I will show some key seismic sections interpreted in the Middle Magdalena Valley (MMV). This interpretation will be validated with sections using surface field information and well information, and the structural styles will be discussed. My results highlight the new proposed interpretation for the cretaceous sequence, showing more details especially in the MMV, due to the seismic coverage and well information, and in the Western Eastern Cordillera (WEC) with more difficulty using some surface information that was collected during this work as well as preexisting information from available literature, how there were multiple phases of deformation that include different states of uprising or relative sea level change during the Cretaceous period, which is important to understand the real process that affected the Cretaceous behavior and also to suggest that tectonics and sea level changes or their interaction could be more complex during this time. Based on the construction and analysis of transgressive-regressive curves and Fischer relative accommodation space plots, I interpreted system tracts and sea-level variations and recognized major surface boundaries surface (unconformities or their correlative conformities) at the Barremian-Aptian, during the Late Albian-Early Cenomanianand and Early Campanian times. Aditionally, based on tracts interpreted and surface boundaries, I built regional paleo-facies maps from Berriasian to Coniacian-Santonian, showing several periods of regression and transgression till early Campanian. From seismic interpretation made in this work, using seismic stratigraphy and wheeler diagrams, five sequences (S) and five unconformities (SU) were identified as sequence boundaries: recognized at the Jurassic-Cretaceous, Late Barremian-Early Aptian (~125 Ma), and at the Albian-Cenomanian (~100 Ma), Santonian-Campanian (~ 80 Ma), and Paleocene-Eocene boundaries, these unconformities or their correlative conformities (SU) have a regional extension. The thermochronological information collected, prepared, analyzed, interpreted and modeled in this work, helped me to recognized two events of heating and two events of cooling for samples deposited before 85 Ma. The heating events occurred from the sedimentation of the units till ~85– 80 Ma and from ~70 Ma to ~10 Ma and the cooling events occurred between ~80 Ma till ~70 Ma and from ~10-2 Ma. The paleo-geothermal gradient versus the present-day thermal gradient make it possible to identify the presence of unconformities. The integration of the structural reconstructions made in this work through the Cretaceous, considering the sequences (S) and the discordances (SU) and the transgressive-regressive sequences (paleo-facies maps), shows the relation between deformation, deposition and erosion and when each of these events happened during the Cretaceous in these basins (MMV and WEC). My tectonic and geodynamic reconstruction makes it possible to conclude that from the Jurassic to the Paleocene, repetitive tectonic extension and compression events produced by a cyclic subduction regime, explain the relative sea fluctuation and the deposition, exhumation and erosion phases observed in the MMV and WEC during the Cretaceous. Finally, the presence of accreted blocks (for ex. Quebradagrande) is undeniable. However, the deformation of the upper plate in my model is not dependent on these accreted terranes, but rather on the subduction regime, for example changes in the plate subduction angle (steep or flat subduction), the convergence rate, the polarity of subduction, the age of the slab, etc.
Synthetic aperture in controlled source electromagnetic for the monitoring and exploration of reservoirs on land
(2018-05-23) Salazar Rodríguez, Juan Manuel
Abstract: The following doctoral thesis is composed of five scientific papers, structured in three chapters. Three of these papers are already published in international journals, and two are currently under review. According to the stated objectives in this work, these chapters are grouped into two general sections, namely: Section I. Golden zone of sedimentary basins in the Colombian territory; Section II. Exploration of reservoirs on land using electromagnetic methods.
Cinemática de las fallas mayores del Macizo de Santander - énfasis en el modelo estructural y temporalidad al sur de la Falla de Bucaramanga
(2017-11-30) Velandia Patiño, Francisco Alberto; Bermúdez Cella, Mauricio Alberto (Thesis advisor)
El objetivo general del presente trabajo es obtener un modelo estructural de la deformación frágil del Macizo de Santander, con énfasis en el extremo sur de la Falla de Bucaramanga, incluyendo aspectos de temporalidad. Ante la incertidumbre de los modelos existentes sobre la geología estructural del Macizo de Santander, se presenta aquí una propuesta de los estilos estructurales del macizo y zonas adyacentes, la cual se consiguió con el análisis e integración de la cartografía geológica regional, trabajos existentes y modelos digitales del terreno. Se define la continuidad, vergencia y cinemática de las estructuras mayores, identificando como estructura principal de la zona el Sistema de Fallas S2M2 integrado de sur a norte por las fallas de Soapaga, Río Servitá, Mutiscua y Las Mercedes, el cual constituye el límite E del “Alto de Santander”. En el macizo predominan las fallas de rumbo sinestral y resalta la estructura en flor positiva de Bucaramanga, de doble vergencia (simétrica), con el bloque E limitado por la Falla de Guamalito y el bloque W por la Falla de Lebrija. La exposición de las rocas más antiguas de la zona se relaciona con esta estructura transpresiva y con la Cuña de Pamplona, que a su vez se define como la zona de deformación más joven del área. El modelo estructural del Macizo de Santander que se presenta aquí está soportado en el análisis de indicadores cinemáticos y tensores de esfuerzo. Los 236 tensores obtenidos en 100 estaciones de campo ayudan a explicar la configuración del macizo con un modelo transpresivo sinestral, en estructura en flor positiva, con bloques en estilo dominó adyacentes a la Falla de Bucaramanga y donde las fallas internas muestran cinemática contraria (dextral). Al norte del macizo se identifica también el dominó de Teorama. Estas estructuras transpresivas se expresan con un tensor regional W-E con azimut aproximado a 95°, el cual se identifica como el campo actual de esfuerzos por las relaciones de corte observadas en la Cuña de Pamplona. Los tensores también indican un patrón radial del SHm (Sigma horizontal máximo) hacia el frente de deformación de esta cuña orogénica, cuya influencia alcanza el borde W del Macizo de Santander. El tensor regional W-E permite también explicar la sintaxis tectónica que se configura entre la Cuña de Pamplona al norte y la Sierra Nevada de Güicán o El Cocuy al sur. La terminación de una falla de rumbo regional como la Falla de Bucaramanga genera interés geológico y lleva a la necesidad de definir y caracterizar su mecanismo de deformación.Con este énfasis se presenta aquí un modelo cinemático de la falla y su terminación sur en el Macizo de Floresta. De Bucaramanga al sur la falla presenta un tramo individual de 82 km de longitud con un corredor o zona de daño que varía de 5 a 8 km de ancho, el cual se subdividió en secciones. Los tensores de esfuerzos asociados principalmente con su terminación sur muestran un SHm con una dirección NW-SE. Esta terminación sur de la Falla de Bucaramanga se presenta con fallas subparalelas de hasta 60 km de longitud, donde los tensores confirman predominio de la transcurrencia pura y que en conjunto configuran un sistema transpresivo (estructura en flor positiva) en estilo dominó con comportamiento fractal. Se deduce un desplazamiento sinestral de mínimo 18 km y máximo 30 km en el tramo principal de la Falla de Bucaramanga. Con esta cinemática de rumbo sinestral, el sistema transpresivo capturó las fallas de Boyacá y Soapaga. Para conocer la temporalidad y entender los procesos relacionados con la exhumación del sistema transpresivo se realizó un estudio de termocronología de baja temperatura. Se presentan nuevos datos de edades del Mesozoico y Cenozoico, los cuales incluyen tres (3) muestras de huellas de fisión en apatitos, ocho (8) de huellas de fisión en circones, 16 de (U-Th)/He en apatitos y 31 de (U-Th)/He en circones. La mayoría de las muestras están distribuidas en cinco perfiles edad-elevación. Se discriminaron cinco pulsos que indican inicio de exhumación/denudación: (i) 53-51 Ma, (ii) 39-36 Ma, (iii) 22-17 Ma, (iv) 5,5-4,5 Ma, (v) 0,4 Ma (?). Los dos primeros están relacionados con la exhumación de la zona al inicio y al final del Eoceno, asociados con la actividad de las fallas de Boyacá y Soapaga durante la inversión tectónica del área. El inicio del pulso de enfriamiento más evidente en la zona se discriminó en el intervalo de 22-17 Ma (Mioceno temprano) con altas tasas de enfriamiento (entre 20 y 28°C/Ma). Este pulso se asocia con la edad de la Falla de Bucaramanga y el comienzo de su actividad transpresiva en su zona sur. Otro pulso importante de enfriamiento se registra al comienzo del Plioceno (5,5-4,5 Ma) también con una alta tasa (20°C/Ma), mientras el pulso más reciente por reactivación de la falla de Bucaramanga parece ocurrir hace 400.000 años. Se calcula una tasa promedio de exhumación de 0,3 y 0,4 km/Ma, pero con aceleraciones de hasta 0,9 km/Ma.
Structural Framework, deformation and exhumation of the Santa Marta Schists: accretion and deformational history of a Caribbean Terrane at the north of the Sierra Nevada de Santa Marta
(2017-02-20) Piraquive Bermúdez, Alejandro
La evolución tectonica de la Sierra Nevada de Santa Marta (SNSM), es decifrada mediante la integracion de diversas tecnicas geo-termocronologicas, en muestras roca fuente y detriticas, documentando eventos de metamorfismo y magmatismo y una exhumación posterior a nivel regional, en un modelo geodinámico desde el Paleozoico tardío hasta el Mioceno.
TermocronologÍa y geocronologÍa del basamento metamorfico del Macizo de Santander, Departamento de Santander
(2016) Amaya Ferreira, Sergio; Bernet, Matthias (Thesis advisor)
Se estudiaron los patrones de exhumación del Macizo de Santander usando 14 nuevas edades AFT y 18 nuevas edades ZFT obtenidas a partir de muestras colectadas en perfiles topográficos a través del Macizo de Santander. Este enfoque permitió la identificación de al menos tres bloques tectónicos: Bloque Oeste de la Falla de Bucaramanga, Bloque Este de la Falla de Bucaramanga y el Bloque California – Vetas, cada uno de ellos con historia de exhumación y enfriamiento contrastante. En los bloques Oeste y Este localizados en el suroeste del Macizo de Santander y separados por la Falla de Bucaramanga, se identificó una primera fase de enfriamiento entre los 75 - 70 Ma a lo largo del bloque Oeste, seguido por un enfriamiento lento de 0.3°C/Ma desde los 45-50 Ma, posteriormente un enfriamiento acelerado de nuevo a una rata de ~ 3°C/Ma entre los 25 - 20 Ma durante el periodo Oligoceno tardío – Mioceno temprano, este último observado en ambos bloques. Después y alrededor de los 5 - 2 Ma, sucede un nuevo enfriamiento acelerado a ratas de 10 – 15°C/Ma en el bloque occidental y hasta de 60°C/Ma en el bloque Este, sugiriendo que la exhumación a lo largo de la Falla de Bucaramanga ocurrió al menos desde el Oligoceno Tardío. El Bloque California – Vetas, localizado en la parte central del Macizo de Santander, se enfrió rápida y sincrónicamente en una primera fase a una tasa de 52°C/Ma entre los 65 – 60 Ma durante el Cretáceo tardío – Paleoceno temprano, pero diacrónicamente a una tasa de 8°C/Ma durante el Mioceno tardío – Plioceno. La mayor superficie de levantamiento y exhumación ocurrió en este bloque desde aproximadamente ~11 Ma. Son múltiples las exhumaciones que el Macizo de Santander ha presentado desde el Paleozoico, logrando con nuestros datos de AFT y de ZFT reconstruir la historia térmica desde el Cretáceo hasta el presente. Se identificó que desde finales del Cretáceo hasta inicios del Cenozoico, el Macizo de Santander se exhuma a través de estructuras de inversión, siendo la Falla de Bucaramanga la principal estructura que controla esta exhumación del macizo, probablemente desde el Oligoceno hasta el presente. El Macizo de Santander tiene una historia bastante compleja relacionada a la evolución tectóno – metamórfica, presentando a lo largo del tiempo geológico múltiples afectaciones térmicas que borran o modifican la historia térmica del macizo. Sin embargo, basado en edades de U-Pb en zircones de las migmatitas del Neis de Bucaramanga, se logró identificar un evento metamórfico principal relacionado con la Orogenia Famatiniana que duro desde el Cámbrico Inferior hasta finales del Silúrico.
Metodología para la búsqueda de fosas a partir de la interpretación de anomalías en los datos obtenidos mediante la aplicación geofísica de alta resolución.
(2016-05-19) Molina Gallego, Carlos Martín
En muchos países de Latinoamérica hay un número significativo de personas víctimas de desaparición forzada. En Colombia, por ejemplo, hay en la actualidad unos 75.000 desaparecidos, de los cuales se estima que alrededor de 21.000 lo son por desaparición forzada. Sin embargo, esta problemática también cobija a 89 países alrededor del mundo, en varios de los cuales se han reportado hallazgos de entierros tanto individuales como masivos, en distintas profundidades y ambientes. La búsqueda de sitios de enterramiento en Colombia, tales como fosas comunes e individuales, se realiza de forma tradicional en la inmensa mayoría de casos, es decir, se hacen trincheras y se utiliza una sonda de acero inoxidable en los lugares donde los informantes indican que pueden estar los occisos, por lo cual las investigaciones judiciales muchas veces son infructuosas y permanece la incertidumbre de saber si los restos motivo de búsqueda realmente estaban o no en el sitio examinado. El sistema judicial colombiano cuenta con solo un radar de penetración del suelo, que se comenzó a utilizar en el año 2009, de forma esporádica y empírica, sin ninguna metodología producto de investigación científica previa sobre el tema (Molina et al., 2012); menos aún se tiene conocimiento de otras técnicas geofísicas como resistividad eléctrica, conductividad y susceptibilidad magnética, entre otras, complementarias para la búsqueda de fosas y objetos enterrados clandestinamente (Molina et al., 2013). Este proyecto corresponde a un trabajo experimental de geofísica forense aplicada en dos regiones del territorio colombiano, con el fin de generar nuevo conocimiento en la zona intertropical, que permita evaluar el apoyo de los métodos geofísicos en la búsqueda de personas desaparecidas. Se simularon condiciones en las que el grupo de exhumaciones de la Fiscalía General de la Nación ha encontrado tumbas, para lo cual se inhumaron esqueletos y enterraron objetos en ocho fosas de 2 por 2 metros, en medio ambiente rural, y cuatro de 1,70 por 0,70 metros en zona semirrural; se colocaron tres cerdos con medio cuerpo cubierto por prendas, tres esqueletos humanos en posición decúbito dorsal, tres con huesos quemados y representando decapitados y otros tres se dejaron como control. Se escogieron profundidades de 0,50, de 0,80 y de 1,20 metros. Se recolectaron muestras de suelos y de vegetación así como información de pluviosidad y temperatura del área del experimento. Los datos geofísicos se tomaron durante 25 meses en un área de 17 por 7 metros en la zona rural, y durante 12 meses en un espacio de 11 por 2 metros en el área semirrural. Se aplicaron los métodos de georradar, susceptibilidad magnética, conductividad y resistividad eléctrica, con resultados aceptables en la zona rural, y buenos en el área semirrural. Lo anterior permite recomendar el uso de ciencia y tecnología en las comisiones judiciales a través de la metodología que se obtuvo para utilizar geofísica forense.
Modelado y simulación del microclima en un invernadero para el estudio de métodos de calefacción pasivos adaptables a las zonas climáticas de Colombia
(2015) Díaz Guevara, Diana Cristina
El aumento de eventos climáticos adversos a la agricultura y la incertidumbre en los pronósticos de su ocurrencia son situaciones que afectan la planeación y manejo de los proyectos agrícolas. El uso de invernaderos surge como una alternativa para afrontar las condiciones climáticas desfavorables y tener mayor control del medio que rodea el cultivo. Sin embargo, las estructuras más utilizadas en Colombia no cumplen a cabalidad con su objetivo debido a que son aún vulnerables a la alta variabilidad del clima dada por la altitud y procesos estacionales e intraestacionales. El presente trabajo abarca cuatro aspectos que ayudan a mejorar el funcionamiento de un invernadero tradicional colombiano. El primero es el conocimiento de las características del clima exterior: Se analizaron los factores que inciden en el clima del país con el fin de conocer los procesos predominantes en las diferentes escalas espacio-temporales de variabilidad. Seguidamente, se describió la climatología para las zonas con mayor producción agrícola bajo cubierta teniendo en cuenta la regionalización obtenida del análisis de cluster. El segundo es el modelado de la dinámica del microclima: Se implementó un modelo matemático del microclima interior en función del clima exterior. El Modelo consistió en un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales planteadas para la temperatura del aire, suelo, cubierta y cultivo en términos de la radiación de energía y los flujos de calor sensible y latente. La presión de vapor y la concentración de CO2 también fueron considerados. El modelo, programado en lenguaje R y solucionado con la librería deSolve, fue calibrado y validado en tres casos, un invernadero a escala completamente cerrado, uno tipo Richel con ventilación cenital y uno tradicional con ventilación lateral y cenital. Se consideraron como condiciones de entrada al índice de área foliar, radiación global externa, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura del aire y temperatura de las capas del suelo. El tercer aspecto es la simulación y predicción del desempeño climático del invernadero bajo diferentes condiciones del clima: Se utilizó datos horarios de once estaciones automáticas durante las temporadas húmeda y seca ubicadas entre los 311 y 2610 msnm, con temperaturas medias entre 15 y 26ºC y régimen de precipitación bimodal y monomodal. Se simuló el microclima bajo ambiente frío, templado y cálido considerando un invernadero de 5670 m2 con ventilación natural lateral, cenital y presencia de cultivo. Se obtuvo mediante la simulación que, en zonas de clima frío las épocas más críticas para los agricultores son aquellas de temperaturas muy bajas durante la noche y la madrugada. Se evidenció también que durante el día pueden verse expuestos a temperaturas fuera de los rangos óptimos para las especies como hortalizas y ores. Se concluye que en estos lugares el invernadero tradicional es insuficiente para mantener el cultivo protegido debido a que las temperaturas dentro y fuera llegan a ser iguales o en el peor de los casos hay inversión térmica. Se encontró que en zonas de clima templado aunque el invernadero tradicional logra mantener las temperaturas en valores ideales durante el día, en la noche la temperatura puede continuar siendo baja. Finalmente el cuarto aspecto es la proyección de estrategias pasivas: Se simularon métodos pasivos en escenarios fríos que consistieron en la disminución del área de ventilación lateral, cambio de las propiedades del material de cubierta, inclusión de pantallas térmicas y también el efecto de un sistema de almacenamiento de energía mediante mangas de agua. Se obtuvo que la mejor estrategia para los casos en clima frio es el cambio en las propiedades de la cubierta, garantizando una ganancia térmica tanto en el día como en la noche. Se encontró que la inclusión de la pantalla térmica también ofrece buenos resultados para mejorar la temperatura nocturna siendo la recomendada para las zonas de clima templado. Se evidenció que la disminución de las áreas laterales y el aumento de la altura del invernadero no ofrecen un cambio significativo en la temperatura. Se evaluaron múltiples opciones mediante el modelo de microclima, resaltando la posibilidad de estudiar estrategias como base para la elección del prototipo de invernadero más adecuado según la posición geográfica. Se aportó conocimiento relacionado con el modelado del microclima al implementar por primera vez en Colombia el sistema de ecuaciones en un lenguaje de código abierto integrando los resultados de índice de área foliar y temperatura de las capas del suelo como El primero es el conocimiento de las características del clima exterior: Se analizaron los factores que inciden en el clima del país con el fin de conocer los procesos predominantes en las diferentes escalas espacio-temporales de variabilidad. Seguidamente, se describió la climatología para las zonas con mayor producción agrícola bajo cubierta teniendo en cuenta la regionalización obtenida del análisis de cluster. El segundo es el modelado de la dinámica del microclima: Se implementó un modelo matemático del microclima interior en función del clima exterior. El Modelo consistió en un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales planteadas para la temperatura del aire, suelo, cubierta y cultivo en términos de la radiación de energía y los flujos de calor sensible y latente. La presión de vapor y la concentración de CO2 también fueron considerados. El modelo, programado en lenguaje R y solucionado con la librería deSolve, fue calibrado y validado en tres casos, un invernadero a escala completamente cerrado, uno tipo Richel con ventilación cenital y uno tradicional con ventilación lateral y cenital. Se consideraron como condiciones de entrada al índice de área foliar, radiación global externa, velocidad del viento, humedad relativa, temperatura del aire y temperatura de las capas del suelo. El tercer aspecto es la simulación y predicción del desempeño climático del invernadero bajo diferentes condiciones del clima: Se utilizó datos horarios de once estaciones automáticas durante las temporadas húmeda y seca ubicadas entre los 311 y 2610 msnm, con temperaturas medias entre 15 y 26ºC y régimen de precipitación bimodal x y monomodal. Se simuló el microclima bajo ambiente frío, templado y cálido considerando un invernadero de 5670 m2 con ventilación natural lateral, cenital y presencia de cultivo. Se obtuvo mediante la simulación que, en zonas de clima frío las épocas más críticas para los agricultores son aquellas de temperaturas muy bajas durante la noche y la madrugada. Se evidenció también que durante el día pueden verse expuestos a temperaturas fuera de los rangos óptimos para las especies como hortalizas y ores. Se concluye que en estos lugares el invernadero tradicional es insuficiente para mantener el cultivo protegido debido a que las temperaturas dentro y fuera llegan a ser iguales o en el peor de los casos hay inversión térmica. Se encontró que en zonas de clima templado aunque el invernadero tradicional logra mantener las temperaturas en valores ideales durante el día, en la noche la temperatura puede continuar siendo baja. Finalmente el cuarto aspecto es la proyección de estrategias pasivas: Se simularon métodos pasivos en escenarios fríos que consistieron en la disminución del área de ventilación lateral, cambio de las propiedades del material de cubierta, inclusión de pantallas térmicas y también el efecto de un sistema de almacenamiento de energía mediante mangas de agua. Se obtuvo que la mejor estrategia para los casos en clima frio es el cambio en las propiedades de la cubierta, garantizando una ganancia térmica tanto en el día como en la noche. Se encontró que la inclusión de la pantalla térmica también ofrece buenos resultados para mejorar la temperatura nocturna siendo la recomendada para las zonas de clima templado. Se evidenció que la disminución de las áreas laterales y el aumento de la altura del invernadero no ofrecen un cambio significativo en la temperatura. Se evaluaron múltiples opciones mediante el modelo de microclima, resaltando la posibilidad de estudiar estrategias como base para la elección del prototipo de invernadero más adecuado según la posición geográfica. Se aportó conocimiento relacionado con el modelado del microclima al implementar por primera vez en Colombia el sistema de ecuaciones en un lenguaje de código abierto integrando los resultados de índice de área foliar y temperatura de las capas del suelo como condiciones de entrada para simular todo el ciclo de producción.

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