Origin of seismicity related to a flooded abandoned coal mining district at Gardanne, Provence, France
Origine de la sismicité observée dans le bassin houiller abandonné de Gardanne et son lien avec l’ennoyage des travaux miniers
Résumé
The closure of mines and post-mining management nowadays present a major challenge as the problems that arise can greatly concern public security. When mines are abandoned, groundwater pumping systems are usually stopped and the water which progressively fills the remaining voids can affect the mechanical stability of underground structures. In general, mechanisms of observed seismicity in flooded, post-mining districts have been poorly understood. As a case study, this thesis focused on the abandoned, flooded coal mine in Gardanne, France, which has been experiencing significant post-mining seismicity problems. Seismic activity in Gardanne mine seems to originate from an interaction between rocks and fluids, as spatio-temporal distribution of events suggests the link with intense rainfall events as well as the active pumping. The knowledge on the origin and the triggering mechanisms of the seismic activity in Gréasque and Regagnas sector is the key for seismic hazard assessment of the entire Gardanne basin. Thesis work focused on questions concerning precise identification of seismic source origin evaluating two hypothesis, determination of the mechanism behind the seismicity, link between seismicity and the hydrogeological system, as well as improving of the detection and location of microseismicity with a sparse network. The new developed detection and location methodology adapts the full waveform-based method BTBB by Poiata by overcoming the challenges of the sparse seismic monitoring network, and includes a novel approach for noise removal from continuous dataset as well as location quality-based classification system. The seismicity clustering behaviour was indicated by the new seismic catalogue 2014-2017, which was further analysed more thoroughly. All results are in favour of the origin of the seismic sources on the fault below the mine. Spatial and temporal characteristics of observed seismic events and multiplet and repeater occurrences provided a clearer image of the active geological structures and allowed a preliminary interpretation of possible mechanisms affecting the initiation and driving of the repeating or after-shock like behavior of seismic events, based on comparison with available hydrological data. Despite the general understanding of the mechanism behind the seismicity, the maximum magnitude of the events that can be triggered is at this moment is difficult to quantify and predict due to limitations of available data. As a prospective, in order to better understand the seismic hazard, more accurate observations of the seismicity, mechanical parameters and water level changes in the seismically active zone are required to improve the understanding and the interconnection between these factors.
La fermeture des mines et la gestion post-minière constituent aujourd’hui un défi majeur car les problèmes engendrés peuvent impacter grandement la sécurité publique. Lorsque les mines sont abandonnées, les systèmes de pompage des eaux souterraines sont généralement arrêtés et l’eau qui remplit progressivement les vides peut affecter la stabilité mécanique des structures souterraines. En général, les mécanismes de la sismicité observée dans les districts post-miniers inondés sont mal compris. Cette thèse porte sur l’étude de la sismicité enregistrée à la suite de l’ennoyage de l’ancien bassin houiller de Gardanne, en Provence, fermée en 2003, qui connaît des problèmes importants de sismicité post-minière. La distribution spatio-temporelle des événements sismiques suggère un lien avec les épisodes de précipitations intenses ainsi qu’avec le pompage actif. La connaissance de l’origine et des mécanismes de déclenchement de l’activité sismique est la clé pour l’évaluation des risques sismiques de l’ensemble du bassin de Gardanne. Les travaux de thèse ont porté sur des questions liées à l’identification précise de l’origine de la source sismique en évaluant deux hypothèses, à la détermination du mécanisme derrière la sismicité, et le lien entre la sismicité et le système hydrogéologique, et en améliorant la détection et la localisation de la microsismicité avec un réseau clairsemé. La nouvelle méthodologie de détection et de localisation développée adapte la méthode BTBB (Poiata) basée sur la forme d’onde complète en surmontant les défis du réseau de surveillance sismique clairsemé, et inclut une nouvelle approche d’élimination du bruit de l’ensemble des données continues ainsi qu’un système de classification basé sur la qualité de la localisation. Un comportement sismique sous forme de clusters a été mis en évidence par le nouveau catalogue sismique 2014-2017, qui a ensuite fait l’objet d’une analyse plus approfondie. L’ensemble des résultats sont en faveur de l’origine des sources sismiques sur la faille en dessous de la mine. Les caractéristiques spatio-temporelles des événements sismiques et les occurrences de multiplets/répéteurs ont fourni une image plus claire des structures géologiques actives et ont permis une interprétation préliminaire des mécanismes de déclenchement possible, basée sur la comparaison avec les données hydrologiques. Malgré la compréhension générale du mécanisme de la sismicité, la magnitude maximale des événements qui peuvent être déclenchés est actuellement difficile à quantifier et à prévoir en raison des limites des données disponibles. En tant que perspective et dans le but de mieux comprendre le risque sismique, des observations plus précises de la sismicité, des paramètres mécaniques et des changements de niveau d’eau dans la zone sismique active sont nécessaires pour améliorer la compréhension de ces facteurs et de leur interconnexion.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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