تحليل بوروميكانيكي عشوائي يتنبأ باحتمال ملحوظ لتجاوز شدة زلزال بوهانغ في كوريا الجنوبية 2017، عزم ريختر 5.5

لماذا يهم وقوع زلزال من صنع الإنسان

في عام 2017، هز زلزال بقوة 5.5 مدينة بوهانغ في كوريا الجنوبية، ما ألحق أضراراً بالمباني وأدهش العلماء لأنه رُبط بمشروع طاقة حرارية جوفية بدلاً من انزلاق طبيعي لصدع. فهم كيف يمكن لأنشطة بشرية مثل الحقن العميق للسوائل أن تثير زلازل قوية مماثلة أمر بالغ الأهمية إذا أردنا توسيع مصادر طاقة منخفضة الكربون من دون تعريض المجتمعات القريبة للخطر. تستخدم هذه الدراسة نهجاً فيزيائياً معتمداً على الاحتمالات لطرح سؤال بسيط له تبعات كبيرة: بالنظر إلى ما نعرفه وما لا نعرفه عن الصخور والإجهادات تحت السطح، ما احتمال حدوث زلزال بحجم زلزال بوهانغ؟

كيف يمكن لمشروعات الطاقة إيقاظ صدوع كامنة

تنتج أنظمة الطاقة الحرارية المحسّنة حرارة عن طريق حقن ماء عالي الضغط عميقاً تحت السطح لفتح الشقوق الموجودة وتحسين دوران الماء. في بوهانغ، جرى الحقن في صخور جرانيتية على عمق نحو 4.2 كيلومتر، قرب صدع موجود مسبقاً لم يصل إلى السطح. عندما يدخل الماء المضغوط إلى الصخور، يرفع الضغط في المسامات الصغيرة بين حبيبات المعادن ويغير قليلاً كيفية حمل كتلة الصخر للإجهاد. يمكن أن تقلل هذه التغيّرات الطفيفة من مقاومة الاحتكاك على الصدع، مما يتيح له الانزلاق. في بوهانغ، تُشير عدة خطوط من الأدلة إلى أن الزلزال الرئيسي وقع قرب بئر الحقن، على طول مستوى صدع ناضج لم تكن دقته في الاتجاه وحالة الإجهاد محددتين جيداً.

تحويل عدم اليقين إلى توقع احتمالي

حاولت التحليلات السابقة لزلزال بوهانغ غالباً إعادة بناء نموذج واحد «أفضل» تحت السطح، مفترضة أن الصدع كان بالفعل قريباً جداً من الفشل بحيث يمكن لتغيرات إجهاد طفيفة أن تثيره. لكن القياسات الميدانية وبيانات الزلازل تشير إلى أن هذا الصدع كان أكثر استقراراً مما تُوحي به هذه الصورة المبسطة. بدلاً من الاعتماد على سيناريو واحد، يعامل المؤلفون خصائصاً جوهرية تحت السطح — مثل اتجاه وشدة الإجهادات، وزاوية الصدع، واحتكاك سطح الصدع — ككميات غير مؤكدة. ثم يستخدمون تقنية تُسمى محاكاة مونت كارلو: تُولَّد آلاف العوالم التحت سطحية المختلفة قليلاً لكنها معقولة فيزيائياً، ولكلٍّ منها يحسبون كيف ينتشر ضغط السائل، وكيف تستجيب الصخور ميكانيكياً، وما إذا كان الصدع سينزلق، وإلى أي مدى.

محاكاة استجابة الصدوع للحقن

للحفاظ على إمكانية إجراء هذا العدد الهائل من التجارب حسابياً، يستخدم الفريق صيغاً تحليلية بدلاً من نماذج عددية مكثفة لوصف كيف يرفع الحقن ضغط المسام حول البئر وكيف يؤثر ذلك في حقل الإجهاد المحيط. يستكشفون طريقتين واقعيتين قد يتحرك بهما الصدع، كلاهما ينطوي على مزيج مائل من الانزلاق العمودي والأفقي. في حالتهم الأساسية، مع خواص متوسطة للصخور والإجهادات، يبقى الصدع مستقراً فعلياً رغم الحقن — وهو تناقض واضح مع الزلزال الفعلي. عندما يسمحون للمعلمات غير المؤكدة بالتنوع ضمن نطاقات تدعمها القياسات والاختبارات المعملية، تنتج بعض التكرارات زلازل صغيرة لا تُكتَشف، في حين تولّد تكرارات أخرى أحداثاً أكبر بكثير. من خلال تحويل حجم منطقة الانزلاق في كل تجربة إلى عُمق زلزال (مقدار)، يبنون توزيعاً احتمالياً كاملاً للنتائج الممكنة.

ما مدى احتمال زلزال بوهانغ؟

تُظهر المحاكاة أنه، تحت الظروف ذات الصلة ببوهانغ، قد يقترب أقصى زلزال مستحث من عزم 7 نظرياً، لكن مثل هذه الأحداث نادرة جدًا. الأكثر دلالة هو تقدير فرصة تجاوز مقادير معينة. بالنسبة لزلازل بحجم الحدث الفعلي عام 2017 (Mw 5.5)، يتنبأ النموذج باحتمال تجاوز يتراوح بين نحو 7٪ و15٪، اعتماداً على نمط الانزلاق المفترض. يتطابق هذا النطاق عن كثب مع الاحتمالية المستنتجة بشكل مستقل من تسلسل الزلازل الأصغر المرصودة في الموقع. كما تكشف التحليلات عن علاقة واضحة بين مدى قرب الصدع من الفشل قبل الحقن وحجم الزلزال اللاحق. في بوهانغ، بمجرد أن تهبط «هامش الأمان» الابتدائي على الصدع إلى ما دون نحو 0.1–0.2 ميغاباسكال، يمكن حتى للاضطرابات البوروميكانية المتواضعة أن تدفعه إلى تمزق مضر.

ماذا يعني هذا لمشروعات الطاقة الجوفية المستقبلية

لغير المتخصص، الخلاصة الأساسية هي أن زلزال بوهانغ لم يكن حادثة شاذة، ولا نتيجة حتمية للتطوير الحراري الجوفي، بل خطر قابل للقياس يعتمد على مدى حساسية الصدوع المجاورة للحالة الحرجة، وعلى مدى معرفتنا بها. تُظهر هذه الدراسة أنه بدمج نماذج قائمة على الفيزياء مع تحليل منظم لعدم اليقين، يمكن تقدير احتمال أن يؤدي الحقن إلى إثارة زلازل بحجم معين مسبقاً. تحذر الدراسة من أن الصدوع القريبة بالفعل من الفشل قد تُنتج زلازل مدمرة نتيجة لتغيرات ضغط صغيرة نسبياً، وتقترح أن أنظمة «إشارة المرور» التقليدية المبنية فقط على رصد الأحداث الصغيرة قد لا تكون كافية. بدلاً من ذلك، ستكون التوصيفات الميدانية الدقيقة والتقييمات التكيفية للمخاطر المستندة إلى النماذج — كما هو موضح هنا — أمراً أساسياً إذا أردنا استخدام الموارد العميقة تحت السطح بأمان ومسؤولية.

الاستشهاد: Wu, H., Vilarrasa, V., Parisio, F. et al. Stochastic poromechanical analysis forecasts a notable exceedance probability for the 2017 Pohang, South Korea, M_w 5.5 earthquake. Commun Earth Environ 7, 236 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03268-7

الكلمات المفتاحية: الزلازل المستحثة, الطاقة الحرارية الجوفية, استقرار الصدوع, حقن السوائل, مخاطر الزلازل