Fault slip control on bedrock strain and fluid migration in a geotermal system: A poromechanical approach

Abstract

Los sistemas geotermales suelen coexistir espacial y temporal con complejos volcánicos que, a su vez, tienden a estar cerca de sistemas de fallas. Las fallas pueden alterar la migración de fluidos, actuando como barrera o conducto, dependiendo en su arquitectura y tasa de deslizamiento. El control que los sistemas de fallas ejercen sobre los fluidos y la roca en un sistema geotermal no esta completamente entendido. Si bien la modelación numérica puede ayudar a caracterizar estos procesos, la mayoría de los estudios previos no consideran al fluido directamente dentro de sus formulaciones. En este trabajo se formula un modelo poro-elasto-plástico de elementos finitos para comprender el control de primer orden que el deslizamiento de una falla ejerce sobre un sistema geotermal. Se utiliza la geometría y cinemática del sistema geotermal del complejo volcánico Planchón-Peteroa y sus estructuras circundantes debido a su caracterización con estudios previos. La aparición, y posterior difusión, de dominios de presión de fluidos a causa del deslizamiento de la falla y el desarrollo de dominios dilatacionales/tensionales y contraccionales/compresivos, son analizados. Los resultados muestran que la aparicion de dominios de presión positiva y negativa se debe al desarrollo de dominios contraccionales/compresivos y dilatacionales/tensionales, respectivamente. El stress medio y el strain volumetrico de esos dominios son aproximadamente ±106 [MPa] y ±10-4 [-]. Estos alteran la migración de fluidos, aumentándola en el lado este de la falla, donde el caudal alcanza entre 6 a 70 veces el caudal estacionario. La difusión de la presión causa una vuelta del fluido a su estado estacionario entre semanas y meses después del deslizamiento. Esto sugiere que un mecanismo que controla este fenómeno es el de bomba de succión debido al deslizamiento de la falla, y cuya duración depende principalmente de su permeabilidad y de la viscosidad del fluido. Este trabajo destaca el potencial de incorporar los fluidos directamente en la formulación del problema.