Modeling earthquake-fluid interaction:
shallow effects on groundwater circulation
and induced seismicity in deep geothermal
exploitation.
Modellare l'interazione tra terremoti e fluidi: effetti superficiali sulla circolazione dei fluidi del sottosuolo e sismicità indotta nell'attività geotermica profonda.
Creators: name: Nespoli, Massimo <1988>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2016
Subjects: GEO/10 Geofisica della terra solida

description: The interaction between earthquakes and crustal fluids is a very complex topic due to several mechanisms that are involved and which influence each other.
Some phenomena, like the alterations of springs discharge rates and fluid flow, liquefaction and changing of the water levels in phreatic wells are largely documented in the literature, but their explanation is not yet fully clear. Furthermore, these phenomena can greatly change with the rock type, the earthquake magnitude and the observation distance from the fault. Within a distance of a few fault lengths from the epicenter, an earthquake can alter both
the regional stress field and the hydraulic properties of the rocks, influencing the underground fluid distribution. In this thesis, I apply the numerical simulator TOUGH2 to represent the changes in water level of some wells after
the ML 5.9 earthquake that took place in Italy in 2012. The model shows that the wells response to the seismic event can be represented imposing a static stress change and highlights the role of the soil stratigraphy. This zone is also well known for localized methane seepages associated with anomalous soil temperatures. I simulate the process and draw some conclusions on the nature of this phenomenon and on the possible interactions with the local seismicity. Finally, I study the earthquake-fluid interaction from the opposite point of view: looking at how fluids can promote seismicity. I present the results obtained by coupling the TOUGH2 geothermal simulator with a stochastic seed model of seismicity. The coupled simulation could capture the main characteristics of the seismicity induced by the fluid injection in a seismically active area.
description: L'interazione tra terremoti e fluidi crostali è un argomento molto complesso per via dei numerosi meccanismi che sono coinvolti e che si influenzano a vicenda.
Alcuni fenomeni, come l'alterazione delle sorgenti e del flusso di fluidi, la liquefazione e il cambiamento del livello d'acqua nei pozzi freatici, sono largamente documentati in letteratura, tuttavia la loro spiegazione non è ancora del tutto chiara. Oltretutto, questi fenomeni possono cambiare sensibilmente in base al tipo di roccia, alla magnitudo del terremoto e alla distanza dalla faglia. Entro una distanza di poche lunghezze di faglia dall'epicentro, un terremoto può modificare sia il campo di sforzo regionale che le proprietà idrauliche della roccia, influenzando la distribuzione dei fluidi nel sottosuolo. In questa tesi utilizzo il simulatore numerico TOUGH2 per rappresentare la variazione del livello d'acqua di alcuni pozzi successivamente al terremoto di magnitudo ML5.9 che avvenne in Italia nel 2012. Il modello mostra che la risposta dei pozzi al terremoto può essere rappresentata imponendo una variazione di stress statico ed evidenzia l'importanza della stratigrafia del sottosuolo. Questa zona è ben nota anche per emissioni di metano localizzate, associate a riscaldamenti anomali del sottosuolo. In questa tesi presento delle simulazioni per rappresentare questo processo e traggo alcune conclusioni circa la natura di questo fenomeno e sulle sue possibili interazioni con la sismicità locale. In ultimo, studio la relazione tra fluidi e terremoto dal punto di vista opposto: come I fluidi possono facilitare la sismicità. Presento i risultati ottenuti accoppiando il simulatore geotermico TOUGH2 con un modello sismico, stocastico, a “seed”. La simulazione accoppiata è in grado di catturare le caratteristiche principali della sismicità indotta dall'iniezione di fluidi in un'area sismicamente attiva.