Resumen de Ground penetrating radar imaging of tephra stratigraphy on Poás and Irazú volcanoes, Costa Rica

Sarah Kruse, Raúl Mora Amador, Carlos Ramírez, Guillermo E. Alvarado

• español

  El Radar de Penetración Terrestre (GPR) ha demostrado ser una herramienta útil para el mapeo geométrico y el espesor de depósitos volcánicos de caída volcánica, oleadas, flujos granulares y lahares. Sin embargo, el éxito de estudios con GPR es muy dependiente de las propiedades del suelo y la naturaleza de las capas estratigráficas. La utilidad del método en un sitio particular puede ser difícil de predecir. A pequeña escala (decenas a centenas de metros), los estudios de la prueba con el GPR muestra que los rasgos geológicos de interés pueden ser resueltos hasta una profundidad de 20 m en ambos volcanes de Costa Rica, Poás e Irazú. las frecuencias de las antenas usadas en este estudio piloto, 50 MHz, 100 MHz, y 200 MHz, producen longitudes de onda demasiado largas para identificar la mayoría de las capas individuales (mm a cm de espesor) en los depósitos de caída y oleadas cercanos a la superficie. No obstante, estos perfiles de GPR claramente muestran las características de las capas e identifica algunos contactos distintivos a profundidad, particularmente la base de los depósitos intracratéricos de las erupciones del Irazú en 1963-1965. En el Irazú, los perfiles de GPR también confirman observaciones del campo que los depósitos de oleadas de 1963-65 se adelgazan de forma consistente con la distancia al borde del cráter, mientras que los paquetes de 1723 y más antiguos, muestran un espesor uniforme o un espesor creciente con la distancia del borde del cráter, sugiriendo un re-trabajo o flujo reverso de las oleadas que se devuelven al chocar contra la pared de la caldera de Playa Hermosa. En el Poás, las reflecciones significativas se presentan a profundidades por debajo de 2 m en los perfiles cerca del cráter principal, pero la falta de observaciones cercanas en la estratigrafía evita una mejor interpretación geológica. Los perfiles de prueba en ambos volcanes también muestran claramente difracciones producidas por bloques en el orden a 5 cm o más en diámetro enclavados en los depósitos superficiales, así como la evidencia de deformación bajo los bloques. La resolución de los bloques disminuye con la profundidad, presumiblemente debido a la pérdida inherente en la resolución lateral con la distancia de viaje de la onda y a la dispersión claramente observada (pérdida de altas frecuencias). Estudios futuros, particularmente con antenas de más alta frecuencia en Poás, podrían ser útiles para correlacionar las unidades depositacionales entre los diferentes afloramientos y para visualizar la distribución de bloques o bombas en depósitos en los primeros metros.

• English

  Ground penetrating radar (GPR) has been shown to be a useful tool for mapping geometry and thicknesses for volcanic fall, surge, granular flow, and lahar deposits. However, the success of GPR surveys is highly dependent on soil properties and the nature of stratigraphic layering. The efficacy of the method at a given site can be difficult to predict. Small-scale (10s to 100s of meters) test surveys with ground penetrating radar show that geologic features of interest can be resolved to depths up to 20 m on both Poás and Irazú volcanoes in Costa Rica. The antenna frequencies used in this pilot study, 50 MHz, 100 MHz, and 200 MHz, produce wavelengths too long to resolve most individual layers (mm’s to cm’s thick) in the near-surface tephra fall and surge deposits. However, these GPR profiles clearly show the attitude of beds and resolve some distinct contacts at depth, particularly the base of the 1963-1965 intracrater deposits on Irazú. On Irazú GPR profiles also confirm field observations that 1963 surge deposits thin consistently with distance from the crater rim, while packages from 1723 and older show uniform thicknesses or increasing thickness with distance from crater rim, suggesting reworking or reverse flow of surges returning from the Playa Hermosa caldera wall. On Poás, bright reflectors are present at depths below 2 m on near-vent profiles, but the lack of nearby stratigraphic observations precludes geological interpretation. The test profiles on both volcanoes also clearly show diffractions produced by blocks on the order to 5 cm or more in diameter embedded in the surficial deposits, as well as evidence of sag beneath blocks. Resolution of blocks decreases with depth, presumably due to both the inherent loss in lateral resolution with wave travel distance and to clearly observed dispersion (loss of high frequencies). Future studies, particularly with higher frequency antennas on Poás, could be useful for tracking depositional units between exposures, and for resolving the distribution of blocks or bombs in deposits in the uppermost few meters.