در سال‌های 2013 و 2018، انبوه زمین‌لرزه‌هایی با بزرگی لحظه‌ای حداکثر 4.5 در 5 کیلومتری بخش شمالی گسل تبدیل دریای مرده رخ داد. در اینجا ما نشان می‌دهیم که داده‌های فشار آبخوان، سری‌های زمانی تغییر شکل سطح رادار دهانه مصنوعی تداخل‌سنجی، و پایش لرزه‌ای نشان می‌دهند که برداشت آب زیرزمینی باعث این زمین‌لرزه‌ها شده است. برداشت مداوم آب زیرزمینی از چندین چاه واقع در 10 کیلومتری غرب ازدحام از سال 2010 شتاب گرفته است و منجر به کاهش کلی 50 متری سطح آب زیرزمینی در زمان وقوع ازدحام زلزله 2018 شده است. این خروج همچنین مربوط به فرونشست سطحی 10 میلی متر در سال بر اساس تکرار اندازه گیری های رادار دیافراگم مصنوعی تداخل سنجی است. همبستگی زمانی، فرونشست گسترده، ویژگی‌های ازدحام غیرعادی، و جهت‌گیری گسل طبیعی، ارتباط بین برداشت آب زیرزمینی و زلزله‌های اخیر را نشان می‌دهد. مدل‌سازی Poroelastic نشان می‌دهد که کاهش فشار حفره‌ای ناشی از پمپاژ در غرب زمین لرزه می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های اتساعی قابل‌توجهی شود که منجر به رویدادهای گسلش طبیعی در خارج از آبخوان شود.
1. مقدمه
حوضه دریاچه کینرت (یا دریای جلیل) در بخش شمالی گسل دریای مرده قرار دارد که صفحه عربی و زیرصفحه سینا را از هم جدا می‌کند. این منطقه از زمان دوره میوسن (حدود 23 تا 5 میلیون سال پیش) حدود 100 کیلومتر حرکت لغزشی به سمت چپ را تحمل کرده است. شواهد باستان‌شناسی و زمین‌شناسی منحصر به فرد در شمال اسرائیل نشان می‌دهد که این بخش از گسل دریای مرده از دوران عصر آهن (حدود 980 سال قبل از میلاد) چندین بار دچار شکستگی شده است. این شواهد باستان‌شناسی به ما امکان می‌دهد تا زمان و جابجایی‌های زمین‌لرزه‌ها را با دقت نسبتاً خوبی تعیین کنیم. برای مثال، در سال 1202 میلادی، یک لغزش چپ‌گرد به میزان 1.6 متر و در سال 1759، یک لغزش به میزان 0.5 متر رخ داده است. از زمان شروع ثبت داده‌های لرزه‌ای در سال 1985 تا 2013، فعالیت لرزه‌ای در این دریاچه به رخدادهای پراکنده محدود بود و تنها یک زمین‌لرزه با بزرگای 3 یا بیشتر هر چند سال یک بار اتفاق می‌افتاد. بیشتر این زمین‌لرزه‌ها به گسل اصلی تبدیل مرتبط بودند.
(الف) نقشه‌های برجسته‌شده از صفحات تکتونیکی و گسل‌های اصلی گسل دریای مرده در خاورمیانه را نشان می‌دهد. (ب) در نقشه شمال اسرائیل، گسل‌های ثبت‌شده و کاتالوگ زمین‌لرزه‌ها بین سال‌های 1985 تا سپتامبر 2018 نشان داده شده است. فلش‌های سیاه نمایانگر حرکت نسبی صفحات در امتداد گسل اصلی دریای مرده هستند. راه‌حل‌های لحظه‌ای برای دو زمین‌لرزه با بزرگای 4 یا بیشتر نیز در نقشه مشخص شده‌اند (اطلاعات بیشتر در بخش پشتیبانی مقاله ارائه شده است). (ج) مکانیزم کانونی زمین‌لرزه‌ها بر اساس وارون‌سازی کامل تنسور لحظه‌ای برای برخی از رخدادهای خوشه‌ای در سال‌های 2013 (نارنجی) و 2018 (آبی) ارائه شده است. مکانیزم کانونی مطالعات قبلی به رنگ خاکستری نمایش داده شده است. (د) رخدادهای زمانی زمین‌لرزه‌ها در امتداد دریاچه کینرت برای رخدادهایی با بزرگای 3 یا بیشتر با نقاط رنگی نشان داده شده است. زمین‌لرزه‌های با بزرگای کمتر به رنگ خاکستری ترسیم شده‌اند. "DST" مخفف گسل دریای مرده است.
(الف) سطح آب زیرزمینی (خطوط آبی) در چاه‌های Hitin3 (HT3)، Kalanit1 (KL1)، و Kahal1 (KH1) نشان داده شده است (در شکل 1). نقاط سیاه نشان‌دهنده نرخ کل پمپاژ سالانه در چاه‌های منطقه هستند، و هیستوگرام‌های صورتی نرخ سالانه زمین‌لرزه‌های با بزرگای بالای 3 را نشان می‌دهند. نرخ پمپاژ هر کدام از چاه‌ها به صورت جداگانه در شکل S4 نمایش داده شده است. دو فلش روی محور x به افزایش فعالیت‌های لرزه‌ای در دو خوشه لرزه‌ای اشاره می‌کنند. (ب) مقدار "b" که برای فعالیت‌های لرزه‌ای قبل و بعد از اولین خوشه لرزه‌ای در سال 2013 محاسبه شده است (برای اطلاعات بیشتر به بخش پشتیبانی و شکل S13 مراجعه کنید).
وضعیت در سال 2013 به طور ناگهانی تغییر کرد، زمانی که دو دسته زمین‌لرزه (یا "خوشه لرزه‌ای") در دریاچه کینرت رخ داد. اولین خوشه در سپتامبر 2013 شروع شد و شامل پنج زمین‌لرزه با بزرگای بیشتر از 3 بود. دومین خوشه در ژوئیه و اوت 2018 با 15 زمین‌لرزه به بزرگی بیشتر از 3 رخ داد. این دو خوشه لرزه‌ای تقریباً در همان منطقه اتفاق افتادند. در هر دو مورد، بیشتر فعالیت‌های لرزه‌ای در بخش شمال غربی دریاچه متمرکز بود و زمین‌لرزه‌های بزرگ‌تر از 3 در راستای NNW-SSE و در عمق کم (بین 0 تا 10 کیلومتر) رخ دادند. این در حالی است که فعالیت‌های لرزه‌ای در شمال دریاچه در اعماق بیشتری رخ می‌دهد. بررسی دقیق‌تر نشان می‌دهد که خوشه لرزه‌ای 2013 کمی به سمت غرب نسبت به خوشه 2018 واقع شده است.
در این مقاله، ما به بررسی رابطه احتمالی بین کاهش سطح آب زیرزمینی در سفره‌های آب و فعالیت‌های لرزه‌ای می‌پردازیم. برای این کار، از داده‌های مربوط به فشار آب در چاه‌های متعدد، سری زمانی تغییر شکل سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، و نظارت دقیق بر فعالیت‌های لرزه‌ای استفاده می‌شود تا تغییر شکل ناشی از پمپاژ آب و ارتباط آن با زمین‌لرزه‌ها را در این منطقه بررسی کنیم. ما از این داده‌ها برای بررسی ارتباط زمانی بین زمین‌لرزه‌ها و سه شواهد مشاهداتی دیگر که نشان می‌دهند این خوشه‌های لرزه‌ای ممکن است ناشی از فعالیت‌های انسانی باشند، استفاده می‌کنیم. همچنین، این اطلاعات را در یک مدل "پورو الاستیک" ترکیب می‌کنیم که نشان می‌دهد چگونه برداشت آب زیرزمینی می‌تواند باعث ایجاد خوشه‌های لرزه‌ای در نزدیکی گسل دریای مرده شود.
2. اطلاعات هیدرولوژیکی سفره آب
زمان وقوع خوشه‌های زمین‌لرزه در این منطقه به‌ویژه در مقایسه با تاریخچه هیدرولوژیکی منطقه جالب است. دریاچه کینرت در گذشته منبع یک‌سوم از آب شرب اسرائیل بود. با افزایش تقاضای آب برای مصارف خانگی و کاهش مداوم بارش‌ها، مدیریت منابع آب تغییر کرده است. کاهش شدید سطح آب دریاچه و نگرانی از افزایش شوری آن (Markel & Shamir, 2002) باعث کاهش شدید میزان پمپاژ آب از دریاچه شد، به‌طوری که از 500 میلیون متر مکعب در سال (در دهه 1990) به 60 میلیون متر مکعب در سال در سال‌های اخیر کاهش یافته است. به‌عنوان منبع جایگزین آب، از منابع آب زیرزمینی اطراف دریاچه، به‌ویژه در شمال غربی آن، استفاده شد. افزایش نرخ پمپاژ از چاه‌های منطقه باعث شد که سطح آب زیرزمینی از دهه 1990 بیش از 50 متر (0.5 مگاپاسکال) کاهش یابد. در این دوره، سطح آب در چاه‌ها 3 تا 12 بار در سال پایش شده است. اندازه‌گیری‌ها چند ساعت پس از توقف پمپاژ انجام می‌شوند تا سطح دینامیکی آب به سطح استاتیک بازگردد. زمان لازم برای رسیدن به سطح استاتیک بسته به ویژگی‌های هیدرولیکی و نرخ پمپاژ در هر چاه متفاوت است. سطوح استاتیک اندازه‌گیری شده برای تهیه نقشه‌های سطح آب استفاده می‌شود که در مدیریت منابع آب سفره‌های زیرزمینی به کار می‌رود. دو دوره‌ای که بیشترین سرعت کاهش سطح آب زیرزمینی را داشتند، به ترتیب 2007–2013 و 2016–2018 بودند. این دو دوره با خوشه‌های زمین‌لرزه در دریاچه هم‌زمان بودند که در فاصله 2 تا 10 کیلومتری از چاه‌های پمپاژ قرار داشتند.
3. توالی غیرعادی زمین‌لرزه‌ها
اولین دلیل برای غیرعادی بودن زمین‌لرزه‌ها از نوع حرکت آنها مشخص می‌شود. راه‌حل‌های مکانیزم کانونی خوشه‌های زمین‌لرزه‌ای 2013 و 2018 (فهرست‌شده در جدول S1) نشان می‌دهند که بیشتر این زمین‌لرزه‌ها به دلیل گسلش عادی رخ داده‌اند که جهت آنها از شمال غرب به شمال شمال غرب است. برای تمامی زمین‌لرزه‌هایی با بزرگای 3.4 یا بیشتر، مکانیزم کانونی با استفاده از تکنیک "تنسور لحظه‌ای در حوزه زمان" محاسبه شده است. این روش توسط Dreger و Helmberger (1993) در "نقشه‌برداری زمین‌شناسی اسرائیل" پیاده‌سازی شده است. زمین‌لرزه‌هایی با بزرگای کمتر از 3.4 به دلیل نسبت سیگنال به نویز پایین در ایستگاه‌ها، نتایج ضعیفی در وارون‌سازی داشتند.
این الگوریتم، شکل موج سه‌جزئی را برای تخمین تنسور لحظه‌ای در تقریب یک منبع نقطه‌ای وارونه می‌کند و آن را به یک تنسور لحظه‌ای دوتایی و یک تنسور لحظه‌ای دوقطبی خطی تجزیه می‌کند. در این مطالعه، جزء ایزوتروپیک برابر با صفر در نظر گرفته شده است. لرزه‌نگاشت‌های مصنوعی به صورت ترکیبی خطی از 10 تابع گرین پایه نمایش داده می‌شوند که پایه‌ای برای هر مکانیزم تنسور لحظه‌ای دوتایی با جهت‌گیری دلخواه است. در این مطالعه، توابع گرین با استفاده از کد ادغام فرکانس-عدد موج (FKPROG) برای شش لایه ساختارهای سرعتی منطقه‌ای کالیبره شده محاسبه می‌شوند. توابع گرین در فواصل افقی 5 کیلومتری (از 5 تا 400 کیلومتر) و در فواصل عمودی 1 کیلومتری بین 1 تا 40 کیلومتر محاسبه می‌شوند. عمق کانون زمین‌لرزه با اجرای وارون‌سازی در اعماق مختلف و جستجوی حداکثر کاهش واریانس (تناسب بین شکل موج‌ها و داده‌های مصنوعی) تعیین می‌شود. از شکل موج‌های سرعت سه‌جزئی با باند پهن و دوره کوتاه از ایستگاه‌های شبکه لرزه‌نگاری اسرائیل استفاده می‌شود. داده‌ها در بازه‌های زمانی 100 ثانیه‌ای که از 60 ثانیه قبل از وقوع زمین‌لرزه شروع می‌شود، استخراج شده، برای پاسخ ابزار تصحیح می‌شوند و مولفه‌های افقی به مسیر دایره بزرگ چرخانده می‌شوند. در نهایت، داده‌ها و توابع گرین با استفاده از فیلتر باند-گذر در بازه فرکانسی 0.05 تا 0.1 هرتز برای زمین‌لرزه‌های با بزرگای کمتر از 4 و در بازه فرکانسی 0.02 تا 0.1 هرتز برای زمین‌لرزه‌های با بزرگای بین 4 تا 5 فیلتر می‌شوند تا انرژی لرزه‌ای با فرکانس پایین را ثبت کنند. بهترین نتیجه با اجرای یک جستجوی شبکه‌ای در عمق و انتخاب راه‌حل تنسور لحظه‌ای و عمق کانونی که حداکثر کاهش واریانس را داشته باشد، به دست می‌آید.
میدان تنش محلی که با این مکانیزم‌های گسلش عادی مرتبط است، با مکانیزم‌های کانونی قبلی و جهت‌گیری اصلی حرکت در گسل دریای مرده متفاوت است. این اختلاف ممکن است نشان‌دهنده‌ی وجود یک میدان تنشی محلی و قوی‌تر باشد که میدان تنشی منطقه‌ای را تحت تأثیر قرار داده است. در مورد ساختار گسل‌های حوضه اختلاف‌نظرهایی وجود دارد، اما پیشنهاد می‌شود که گسلش روی یکی از گسل‌های تقریباً موازی با شیب به سمت شرق (با شیب حدود 60 درجه) یا روی صفحه‌های گسلی با شیب کم به سمت غرب (با شیب حدود 30 درجه) رخ داده باشد.
تنها جهت‌گیری گسل به‌تنهایی نمی‌تواند مدرکی قوی برای دخالت انسانی در ایجاد زمین‌لرزه‌ها باشد، اما این نوع گسلش عادی با دو دلیل دیگر که در ادامه بحث می‌شود، قابل توجه است. همچنین، باید توجه داشت که نوع حرکت مشاهده‌شده با آنچه که از برداشت آب انتظار می‌رود، سازگار است و این موضوع در نتایج مدل‌سازی نشان داده خواهد شد.
شواهد دیگر برای غیرعادی بودن این زمین‌لرزه‌ها، رفتار شبیه به "خوشه لرزه‌ای" آن‌هاست. خوشه‌های لرزه‌ای توالی‌هایی از زمین‌لرزه‌ها هستند که به‌جای داشتن یک شوک اصلی و پس‌لرزه‌های بعدی، تعداد زیادی زمین‌لرزه کوچک دارند. از نظر کمی، خوشه‌های لرزه‌ای با مقادیر غیرعادی "b" در قانون گوتنبرگ-ریشتر قابل تشخیص هستند که نسبت تعداد زمین‌لرزه‌های کوچک به بزرگ را اندازه‌گیری می‌کند. در این خوشه‌ها، مقدار "b" از 1.0 به 0.7 کاهش یافت که با لرزه‌خیزی القایی شبیه به خوشه‌های لرزه‌ای مطابقت دارد.
4. واکنش تغییر شکل سطح به پمپاژ آب زیرزمینی
شواهد دیگری که نشان‌دهنده تأثیر پمپاژ آب زیرزمینی است، نشست زمین است که از نظر زمانی و مکانی با برداشت آب زیرزمینی همبستگی دارد و به همین دلیل، نشان‌دهنده تغییر شکل قابل‌توجهی در سطح زمین است. ما یک سری زمانی از تغییر شکل سطحی از 11 اکتبر 2014 تا 17 فوریه 2019 با استفاده از داده‌های راداری Sentinel-1 که در جهت نزولی به دست آمده‌اند، تهیه کردیم. این داده‌ها با استفاده از نرم‌افزار ISCE پردازش شدند. برای هر برداشت، چهار تداخل‌سنج متوالی ایجاد کردیم و از نرم‌افزار MintPy InSAR برای ایجاد سری زمانی جابه‌جایی‌ها استفاده کردیم.
نقطه مرجع در شهر "کفر کنا" قرار دارد که بر روی گروه کوهستانی "اسکوپوس" (از دوره سنونی-پالئوسن) واقع شده است. جابه‌جایی‌های افقی شمال-جنوب که با سیستم گسل دریای مرده مرتبط هستند، در مقیاس بزرگ‌تر از منطقه مورد بررسی هستند و به‌احتمال زیاد منجر به تغییرات محلی در خط دید نمی‌شوند. این تغییرات مورد انتظار تا حدی کوچک هستند زیرا مطالعه گسل‌های شمال-جنوب با ماهواره‌های InSAR به دلیل هندسه دیداری آنها دشوار یا غیرممکن است.
از سری زمانی InSAR برای هر سلول، رفتار حرکت عمودی سطح را با برازش سری زمانی جابه‌جایی‌ها به یک تابع درجه دوم تعریف کردیم تا نرخ نشست تسریع‌یافته سطح را مشخص کنیم. سری زمانی جابه‌جایی‌ها با استفاده از روش برازش منحنی غیرخطی MATLAB@ برازش داده شد. ما برای تابع درجه دوم و نوسان سینوسی با فرکانس فصلی طبیعی یک سیکل در سال، به دنبال چهار پارامتر آزاد بودیم: شتاب (a1)، U0 (a2)، بهره (a3)، و فاز (a4).
در اینجا t زمان را بر حسب سال نشان می‌دهد. برای اینکه رأس منحنی پارابولا در ابتدای سری زمانی قرار گیرد، از جمله خطی استفاده نکردیم. به‌طور کلی، میدان نشست منطقه‌ای را نشان می‌دهد که با مکان چاه‌ها مطابقت دارد و نوسانات فصلی با میانگین بارش ماهانه منطقه‌ای که توسط سازمان هواشناسی اسرائیل گزارش شده، هم‌خوانی دارد. منطقه نشست کرده در غرب خوشه لرزه‌ای قرار دارد و نشست شدید در ناحیه‌ای با کشیدگی شرقی-غربی مشاهده می‌شود. در مناطقی که چاه‌ها وجود ندارند و برداشت آبی شناخته‌شده‌ای نیز وجود ندارد، کمی بالاآمدگی مشاهده می‌شود. چند منطقه، نشستی شتاب‌دار را با حدود 3 میلی‌متر در سال مربع نشان می‌دهند که میانگین خطای جذر میانگین مربعات آن 25 میلی‌متر است. این نشست شتاب‌دار را می‌توان به‌طور متوسط برابر با 12- میلی‌متر در سال یا مجموعاً حدود 50 میلی‌متر در طول چهار و نیم سال دوره زمانی مطالعه ما ترجمه کرد.
این نقشه نشان‌دهنده شتاب نشست زمین (بر حسب میلی‌متر در سال مربع) است که از سری زمانی داده‌های ماهواره Sentinel-1 بین 11 اکتبر 2014 تا 17 فوریه 2019 به دست آمده است. مناطق با سطح همبستگی پایین (نواحی سفید) ماسک شده‌اند. مکان چاه‌ها با مثلث‌هایی نشان داده شده که بر اساس میزان کاهش سطح آب با رنگ قرمز کدگذاری شده‌اند. خطوط سیاه ضخیم نشان‌دهنده گسل‌های سطحی و خطوط چین‌خورده نشان‌دهنده گسل‌های زیرسطحی هستند. زمین‌لرزه‌ها با دایره‌هایی نشان داده شده‌اند که با طیف خاکستری و اندازه آنها، بزرگی لرزه را نشان می‌دهند. جابه‌جایی‌ها در طول زمان در نقاط مشخص‌شده (با علامت "x" سیاه در نقشه بالا) در شش نمودار پایین‌تر نشان داده شده‌اند. نقاط آبی نشان‌دهنده داده‌ها هستند، خطوط خاکستری نشان‌دهنده منحنی‌های فصلی برازش‌یافته، خطوط چین‌خورده نشان‌دهنده 95% باقی‌مانده‌ها، و خط سیاه نشان‌دهنده شتاب پارابولیک بدون پارامترهای سینوسی است. میزان بارش ماهانه برای منطقه (در پنل 1) و سطح آب در چاه‌های منتخب برای نقطه مرجع نزدیک (در پنل‌های 2 و 3) نشان داده شده‌اند.
5. مدل مفهومی زمین‌لرزه‌های القایی
در بیشتر موارد زمین‌لرزه‌های القایی به دلیل فشار سیال، مکانیزم فعال‌سازی شامل اتصال هیدرولیکی بین چاه و گسل است که افزایش فشار حفره‌ای باعث کاهش قدرت اصطکاکی و ایجاد شکست در تنش‌های محیطی منطقه‌ای می‌شود. اما در این مورد خاص، پمپاژ آب زیرزمینی منجر به کاهش فشار حفره‌ای می‌شود و بنابراین به یک مدل جایگزین نیاز است.
برای درک بهتر مکانیزم‌های احتمالی فعال‌سازی، تغییرات تنش ناشی از تولید در یک مدل 2 بعدی پوروالاستیک محاسبه شد. این مدل بر اساس اطلاعات هیدروژئولوژیکی گسترده‌ای که برای منطقه موجود است، طراحی شده است. سه سفره اصلی آب زیرزمینی در غرب دریاچه شامل گروه کرتاسه جودئا، گروه کرتاسه پایین‌تر کرنوب و گروه ژوراسیک عَرَد هستند که عمق کل آنها 4 کیلومتر است. تمامی این سفره‌ها به صورت هیدرولیکی به هم متصل هستند و تأثیر آنها بر شوری چشمه‌های اطراف دریاچه نشان داده شده است. تمامی آب‌های زیرزمینی از سفره جودئا که کم عمق‌تر است، استخراج می‌شود. رسوبات پرکردن حوضه (رسوبات آبرفتی و دریاچه‌ای) زیر دریاچه به ضخامت 5 تا 8 کیلومتر و با نفوذپذیری بسیار پایین هستند.
مدل شامل پنج واحد ژئولوژیکی است که شامل سازندهای کرتاسه بالا و پایین، به علاوه رسوبات اوئوسن، ژوراسیک و تریاسیک می‌شود. واحدهای ژئولوژیکی مختلف به صورت هیدرولیکی به هم متصل هستند به طوری که پیش‌بینی می‌شود آب‌های زیرزمینی به صورت افقی و عمودی در هنگام پمپاژ سیال جابه‌جا شوند. پایه مدل نمایانگر لایه‌سنگی غیرقابل نفوذ است که از سنگ‌های گرانیتی تشکیل شده است. این مدل با استفاده از بسته نرم‌افزاری "COMSOL Multiphysics" ساخته شده است. برای حل دقیق تغییرات تنش پوروالاستیک نزدیک چاه‌های آب و در مرزهای سفره آب، از مش تطبیقی استفاده کردیم. اندازه‌های المان‌ها بین 50 متر نزدیک چاه و در مرز انتقال نفوذپذیری بالا-پایین در لبه سفره و 500 متر در مرکز سفره متغیر است. مدل ما با استفاده از راه‌حل‌های تحلیلی از Helm برای پمپاژ کم‌عمق در سفره عمودی (Helm, 1994) و مقایسه با راه‌حل‌های تحلیلی برای فشردگی پوروالاستیک در مدل سفره لایه‌ای (Leake & Hsieh, 1997) ارزیابی شده است.
تغییرات در فشار سیال حفره‌ای و تنش‌های الاستیک جامد به طور کامل از طریق ماژول پوروالاستیسیته Comsol و شرایط مرزی و هندسه مدل متصل می‌شوند. ما کاهش اندازه‌گیری‌شده در سطح هیدرولیکی در چاه پمپاژ حدود 50 متر در مرز چپ درون کرتاسه بالا و پایین را از عمق 1000 متر از سال 2007 تا 2017 (شکل 4) تعیین کردیم. برای این مدل ساده‌شده، فرض کردیم که نرخ ثابت کاهش سطح در طول این دوره 10 ساله که زمان سریع‌ترین استخراج آب زیرزمینی است، وجود دارد. نواحی تولید سیال به سمت شرق با پرکردن حوضه غیرقابل نفوذ محدود شده است.
(الف) مدل مفهومی و عددی رویدادهای زلزله‌ای که به دلیل استخراج سیال ایجاد شده‌اند. خط‌های چین‌خورده سیاه نمایانگر مرزهای مدل عددی هستند، خطوط چین‌خورده آبی تغییرات فشار حفره‌ای به دلیل پمپاژ را بر حسب مگاپاسکال (MPa) نشان می‌دهند و خط چین‌خورده قرمز عمق را که در آن تنش مدل در (ب) نشان داده شده است، مشخص می‌کند. پمپاژ باعث نشست در تمام سفره‌های آب زیرزمینی غرب دریاچه کنیرت و گشادشدگی در گسل‌های حاشیه‌ای می‌شود. (ب) تنش‌های افقی در عمق 2.5 کیلومتر. گشادشدگی نسبتا بالایی در رسوبات غیرقابل نفوذ زیر دریاچه ایجاد می‌شود.
6. بحث و نتیجه‌گیری
مدل پوروالاستیک ساده‌شده نرخ‌های نشست را در محدوده 7 تا 100 میلی‌متر در سال پیش‌بینی می‌کند که به‌طور تقریبی با نشست مشاهده‌شده از اندازه‌گیری‌های InSAR مطابقت دارد. پمپاژ آب زیرزمینی در مدل ما منجر به نشست زیادی به دلیل جفت شدن پوروالاستیک می‌شود، جایی که بیشترین نشست پیش‌بینی‌شده نزدیک به چاه‌های پمپاژ به دلیل کاهش فشار حفره‌ای ناشی از تولید است. در حاشیه سفره آب، نتایج مدل نشان می‌دهند که تغییرات فشار و جابجایی زیادی در رسوبات پرکننده با نفوذپذیری پایین زیر دریاچه وجود دارد. این تغییرات منجر به تنش‌های افقی گشادشده تا 0.1 مگاپاسکال می‌شود که ممکن است باعث شکست به‌صورت رویدادهای گسل نرمال در گسل‌های پیش‌وجودی شود. ما چندین آزمایش برای ارزیابی مقاومت این مشاهدات انجام داده‌ایم. این آزمایش‌ها شامل تغییر مقادیر هدایت هیدرولیکی خارج از سفره آب، تغییر شرایط مرزی دوردست و زاویه شیب گسل بین 60° و 90° است. ما دریافتیم که تغییرات جابجایی و تنش‌های افقی به‌طور کلی در مرزهای نفوذپذیری در حاشیه سفره آب وجود دارد.
مطالعات قبلی پیشنهاد کرده‌اند که تغییرات تنش انسان‌ساخت حدود 0.1 مگاپاسکال برای فعال‌سازی زلزله‌های قابل مشاهده با پوشش لرزه‌ای معمولی منطقه کافی است (برای مثال، Keranen et al., 2014; Sumy et al., 2014). آستانه‌های مشابه معمولاً برای زلزله‌های طبیعی فعال‌سازی شده نیز پیشنهاد می‌شود (King et al., 1994; Saar & Manga, 2003). مطالعات دیگر نشان می‌دهند که هیچ حد فیزیکی پایین‌تری برای تنش‌های فعال‌سازی وجود ندارد زیرا گسل‌ها در نقاط مختلف در دوره‌های بارگذاری خود توزیع شده‌اند (Van Der Elst & Brodsky, 2010). بهترین راه برای درک آستانه فعال‌سازی مشاهده‌شده این است که به‌عنوان اختلال کافی برای تولید تغییرات نرخ زلزله به‌اندازه کافی بزرگ برای قابل مشاهده بودن در شبکه خاصی در نظر گرفته شود (Brodsky & van der Elst, 2014).
اگرچه مثال‌های زیادی از نشست به دلیل برداشت بیش از حد آب زیرزمینی وجود دارد (برای مثال، Bawden et al., 2001; Cabral-Cano et al., 2008)، موارد کمی وجود دارد که استخراج آب زیرزمینی باعث ایجاد زلزله شده است (Amos et al., 2014; González et al., 2012). مطالعات قبلی پیشنهاد کرده‌اند که زلزله‌های فعال‌شده توسط استخراج سیال می‌توانند ناشی از فرآیندهای کاهش بار قشری و انتقال تنش باشند (González et al., 2012). کاهش بار قشری ناشی از استخراج آب زیرزمینی می‌تواند منجر به شکست گسل‌های رانش در هندسه مورد مطالعه در اینجا شود که با مکانیزم‌های کانونی مشاهده‌شده در تضاد است.
در اینجا از مدل‌های پوروالاستیک مشابه مدل‌هایی که قبلاً برای ارزیابی فعالیت‌های استخراج انرژی استفاده شده‌اند (Segall, 1989; Segall & Fitzgerald, 1998) و شواهدی برای تأثیر محلی‌تر استفاده می‌کنیم. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهند که نشست متفاوت به دلیل کنتراست جانبی قوی بین سفره آب و رسوبات غیرقابل نفوذ می‌تواند تغییرات تنش ناشی از استخراج را به‌طور قابل توجهی تقویت کند. این تغییرات تنش فراتر از سفره تولید شده گسترش می‌یابند و می‌توانند رویدادهای زلزله‌ای را در فواصل بزرگ‌تر با بزرگی‌هایی که محدود به اندازه سفره نیستند، ایجاد کنند. توجه داشته باشید که مکانیزم‌های دیگر برای انتقال فشار سیال به میدان‌های دور مانند استفاده از نواحی آسیب‌دیدگی گسل به‌عنوان مجاری هیدرولیکی (برای مثال، Ortiz et al., 2019) برای کاهش‌های فشار حفره‌ای که زلزله‌زایی را در اینجا هدایت می‌کند، مناسب نیستند.
داده‌های سفره آب، تغییرات و زلزله تحلیل‌شده در اینجا نشان می‌دهند که برداشت آب زیرزمینی موجب تولید گروه‌های زلزله در امتداد گسل شمالی دریاچه نمک شده است. استخراج مداوم آب زیرزمینی از سال 2010 به بعد تسریع شده و منجر به کاهش سطح آب به میزان ~50 متر در زمان گروه زلزله 2018 شده است. تنش‌های پوروالاستیک به نظر می‌رسد تأثیر فعالیت‌های انسانی را به‌طور قابل توجهی فراتر از طول سفره آب گسترش دهند. زلزله‌های فردی تا بزرگی 4.5 اندازه‌گیری شده‌اند. تاریخچه زمین‌شناسی گسل همراه با نزدیکی به مناطق پرجمعیت نشان می‌دهد که باید استخراج آینده در این منطقه به‌دقت زیر نظر باشد.
تماس با ما
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
پروژه
در منابع آب
نظرات (۰)