Numerical models for ground deformation and gravity changes during volcanic unrest: simulating the hydrothermal system dynamics of a restless caldera
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Ground deformation and gravity changes in restless calderas during periods of unrest can signal an impending eruption and thus must be correctly interpreted for hazard evaluation. It is critical to differentiate variation of geophysical observables related to volume and pressure changes induced by magma migration from shallow hydrothermal activity associated with hot fluids of magmatic origin rising from depth. In this paper we present a numerical model to evaluate the thermo-poroelastic response of the hydrothermal system in a caldera setting by simulating pore pressure and thermal expansion associated with deep injection of hot fluids (water and carbon dioxide). Hydrothermal fluid circulation is simulated using TOUGH2, a multicomponent multiphase simulator of fluid flows in porous media. Changes in pore pressure and temperature are then evaluated and fed into a thermo-poroelastic model (one-way coupling), which is based on a finite-difference numerical method designed for axi-symmetric problems in unbounded domains.Informed by constraints available for the Campi Flegrei caldera (Italy), a series of simulations assess the influence of fluid injection rates and mechanical properties on the hydrothermal system, uplift and gravity. Heterogeneities in hydrological and mechanical properties associated with the presence of ring faults are a key determinant of the fluid flow pattern and consequently the geophysical observables. Peaks (in absolute value) of uplift and gravity change profiles computed at the ground surface are located close to injection points (namely at the centre of the model and fault areas). Temporal evolution of the ground deformation indicates that the contribution of thermal effects to the total uplift is almost negligible with respect to the pore pressure contribution during the first years of the unrest, but increases in time and becomes dominant after a long period of the simulation. After a transient increase over the first years of unrest, gravity changes become negative and decrease monotonically towards a steady-state value.Since the physics of the investigated hydrothermal system is similar to any fluid-filled reservoir, such as oil fields or CO2 reservoirs produced by sequestration, the generic formulation of the model will allow it to be employed in monitoring and interpretation of deformation and gravity data associated with other geophysical hazards that pose a risk to human activity.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».