خريطة عالمية جديدة تساعد العلماء على توقّع الزلازل واختيار مواقع الحفر الآمنة

أصدرت مجموعة من العلماء خريطة عالمية جديدة توضح كيفية تحميل القشرة الأرضية بالإجهاد وأين تقترب من الوصول إلى مرحلة الفشل.

ويضم هذا الإصدار أحدث قاعدة بيانات تشمل 100,842 مدخلاً للإجهاد، وهو رقم يزيد أكثر من الضعف مقارنة بعام 2016.

ويشرف على المشروع مركز GFZ الألماني لأبحاث الجيوفيزياء، بالتعاون مع جامعة كوينزلاند الأسترالية، بهدف تقديم أداة دقيقة لدراسة الزلازل وتحسين معايير الأمان في عمليات الحفر عبر القطاعات المختلفة.

لماذا تُعد خرائط الإجهاد مهمة؟

يقود هذا العمل الجيوفيزيائي أوليفر هايدباخ من مركز GFZ، وهو متخصص في دراسة إجهادات القشرة وخطر الزلازل.

ويساعد فهم قوى الدفع والشد داخل القشرة الأرضية على تفسير أسباب تحميل الفوالق واحتمالات فشلها، كما يكشف المناطق التي قد تتحول فيها التحركات الصغيرة إلى زلازل مدمرة.

وتدعم هذه البيانات تطوير مشاريع الطاقة الحرارية الأرضية، وتخزين الكربون، والحفر العميق لعزل النفايات، حيث يعتمد التصميم الآمن للآبار والأنفاق على علاقتها بالاتجاه السائد للإجهاد.

إضافة إلى ذلك، تمثل هذه الخرائط أساسًا مهمًا لنماذج الجيوفيزياء التي تتوقع التغيرات المحتملة أثناء التشغيل، مما يتيح رؤية أوضح للمخاطر واتخاذ قرارات أكثر أمانًا.

ماذا تكشف الخريطة الجديدة؟

يعرض الإصدار اتجاه الإجهاد الأفقي الأقصى (SHmax)، وهو الاتجاه الجانبي الذي يضغط الصخور بأكبر قوة.

ويجمع هذا التمثيل العالمي بين القياسات المستمدة من آبار الحفر، والأحداث الزلزالية، واختبارات الحقل، لتقديم رؤية موحدة وشاملة. وتُظهر الخريطة ثلاثة أنماط رئيسية:

• الأحمر: مناطق الانفتاح العادي للفوالق

• الأخضر: مناطق الانزلاق الجانبي

• الأزرق: مناطق الانضغاط (الفوالق الدسرية)

كما تضمنت قاعدة البيانات ما يقرب من 3,000 بئر عميق جديد، واعتمد الفريق كتالوجًا موحدًا لآليات البؤر الزلزالية، مما حسّن تفاصيل الخريطة في المناطق التي كانت تفتقر للبيانات سابقًا.

وتم اعتماد نظام جودة محدّث يميز القياسات القوية من غيرها ويضيف فئة جديدة (X) للبيانات النادرة أو غير المكتملة.

مفاجأة حوض بوين في أستراليا

في شرق أستراليا، كشفت شبكة كثيفة من آبار التعدين عن دوران حاد لاتجاه SHmax بأكثر من 50 درجة خلال مسافة لا تتجاوز 100 كيلومتر.

ويدعم هذا الاكتشاف فرضية قديمة ترى أن الفروق الجانبية في خصائص الصخور وكثافتها يمكن أن تُحدث تغيّرات واضحة في اتجاهات الإجهاد على نطاقات محلية.

ويوضح هذا كيف يمكن للجغرافيا المحلية إعادة توجيه القوى القادمة من مسافات بعيدة. أما النتيجة العملية فهي أن المسار الآمن للحفر قد يختلف في الاتجاه داخل المنطقة نفسها بفارق بضعة أميال فقط.

الأمان في الحفر والتخزين

يشير الباحثون إلى أن الزلازل ليست دائمًا أحداثًا طبيعية بالكامل، إذ يمكن للأنشطة البشرية مثل الحفر وحقن السوائل أن ترفع الضغط المسامي للصخور وتُحفّز الفوالق.

وتوضح هيئة USGS أن تقييم المخاطر يبدأ برسم خريطة الإجهاد قبل إنشاء أي بئر. وفي أعماق المستودعات الجيولوجية، يؤث

ر اتجاه الممرات تحت الأرض على استقرارها طويل الأمد، إذ تكون الممرات المتعامدة مع اتجاه SHmax أقل عرضة للتفتت والانهيار مقارنة بالممرات الموازية له.

كما يعتمد المهندسون على هذه البيانات في اختيار تصاميم التغليف وضبط أوزان طين الحفر لتقليل المشاكل مثل انكسارات الجدران أو انحشار معدات الحفر.

كيف يقرأ العلماء الصخور؟

يبحث المتخصصون عن ظاهرة “انهيارات جدار البئر” وهي مناطق تتقشر فيها الصخور تحت تأثير الإجهاد، مما يكشف اتجاه SHmax.

وتساعد سجلات الصور وأجهزة القياس متعددة الأذرع في تحديد هذه الظواهر إضافة إلى الكسور الناتجة عن الحفر. ويستخدم علماء الزلازل أيضًا بيانات آليات البؤر الزلزالية لملء الفجوات في الأعماق، لتقديم رؤية متماسكة وقابلة للاختبار.

بيانات مفتوحة للجميع

تتيح المنصة الجديدة استكشاف الخريطة وبياناتها مجانًا، عبر أداة CASMO التي تمكّن المستخدمين من إنشاء خرائط مخصصة بسهولة.

ويمكن التحكم في الطبقات والأنظمة الزلزالية ومستويات الجودة لرؤية أوضح لكيفية اعتماد الاستنتاجات على البيانات.

كما يتيح النظام الأساسي الجديد تحديثات أسرع وربما سنوية، بالإضافة إلى دمج فهارس عالمية لمصادر الزلازل، مما يضمن تغطية أكثر توازنًا.

من البيانات إلى القرارات

تندمج خرائط الإجهاد مع نماذج تقييم فشل الصخور في الخزانات الجيولوجية، ما يساعد المخططين على تحديد مسارات الآبار وتوجيه أماكن الحفر ومراقبة برامج الحقن.

كما تحسين السيناريوهات الزلزالية في المدن والمناطق القريبة من السدود، إذ يمكن تجريب كيفية تطور سلسلة من الهزات إذا تحركت الفوالق الصغيرة. ويُعد الانتقال إلى التحديثات الدورية خطوة مهمة لدمج البيانات المحلية السريعة في خريطة العالم بينما المشاريع ما زالت جارية.

وتتطور حاليًا مجموعات جديدة لقياسات إجهاد الصخور والضغط المسامي، والتي ستُكمل رؤية SHmax وتقدم صورة أدق لطبيعة الفشل الصخري.