Fluid–rock interaction in the basement granitoids: A plausible answer to recurring seismicity

Abstract

The Koyna–Warna Seismogenic Region in the western part of the Indian Subcontinent has been recognized as one of the most significant sites of Reservoir–Triggered–Seismicity (RTS) during the last five decades. The basement granitoids, overlain by the porous and vesicular Deccan Trap basalt, contain numerous interconnecting fractures which act as the ascending and descending pathways of fluid flow. As a result of this fluid flow along fractures, the host rock has been subjected to significant chemical alteration along with the subsequent formation of some new minerals at the expense of a few other pre–existing mineral phases. Mesoscopic observations followed by Optical microscopy in the core samples of the basement rocks upto 1.5 km depth retrieved from the borehole KBH1 near Rasati (about 4.7 km from the Koyna Dam) have revealed the presence of chlorite and the precipitation of calcite, whereas the bulk mineralogical XRD has reaffirmed the presence of chlorite, calcite along with illite at a certain depth. This entire secondary mineral assemblage resembles the propylitic kind of hydrothermal alteration at temperatures < 350°C under acid–to–neutral solution conditions and also indicates water channelization up to the deeper level in the basement granitoids (>1.5 km). In addition, the presence of the hydrophilic clay minerals along fault and fracture zones may be responsible for triggering the seismicity in the Koyna Seismogenic Region as their absorption of water reduces the shear strength of faults and their low frictional strength accelerates the fault weakening process causing the generation of slip surfaces. Thus, in addition to several seismotectonic features, fault geometry and existing stress pattern, the clay mineralisation along the pre–existing faults and fractures of the basement rocks may also be a factor behind the recurring seismicity in this region.

सारांश

भारतीय उपमहाद्वीप के पश्चिमी भाग में स्थित कोयना-वारना भूकंपीय क्षेत्र को पिछले पांच दशकों में तैलाशय-विमोचित-भूकंपीयता (आरटीएस) के सबसे महत्वपूर्ण स्थलों में से एक माना गया है। सरंधी तथा पुटिकामय दक्कन विपाक्ष बेसाल्ट से आच्छादित आधार ग्रैनीटॉइड में बहुतायत में परस्पर जुडी हुई दरारें मौजूद हैं जो तरल के प्रवाह हेतु आरोही एवं अवरोही पथ के रूप में कार्य करती हैं। दरारों में इस तरल प्रवाह के परिमाणतः कुछ अन्य पहले से विद्यमान खनिज प्रावस्थाओं की जगह पर नैपथ्य शैल में महत्वपूर्ण रासायनिक परिवर्तन हुए जिनके उत्तरवर्ती कुछ नूतन खनिजों का निर्माण हुआ। रासती (कोयना बांध से लगभग 4.7 किमी दूर) के निकट वेधछिद्र (बोरहोल) KBH1 से प्राप्त 1.5 किमी गहराई तक आधार शैलों के क्रोड़ नमूनों में प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी के अनुगामी मध्याकार प्रेक्षणों से क्लोराइट की विद्यमानता एवं कैल्साइट के अवक्षेपण का पता चला है, जबकि अधिकांश खनिजविज्ञानसंबंधी एक्सआरडी ने एक निश्चित गहराई पर इलाइट के साथ क्लोराइट, कैल्साइट की मौजूदगी की पुष्टि की है। यह सम्पूर्ण द्वितीयक खनिज समुच्चय अम्ल से निष्प्रभावी विलयन स्थितियों के तहत <350° सेल्सियस तापमान पर उष्ण जलीय परिवर्तन के प्रोफिलाईटी प्रकार से मेल खाता है तथा आधार ग्रैनीटॉइड (>1.5 किमी) में गहरे स्तर तक पानी चैनलन की तरफ भी संकेत करता है।  इसके अलावा, भ्रंश तथा दरार खंड के साथ जलरागी (हाइड्रोफिलिक) मृदा खनिजों की विद्यमानता कोयना भूकंपजन्य क्षेत्र में भूकंपीयता के प्रवर्तन हेतु जिम्मेदार हो सकती है क्योंकि उनके जल का अवशोषण भ्रंश की कटान क्षमता कम करती है तथा उनकी निम्न घर्षण क्षमता भ्रंश को कमजोर करने की प्रक्रिया को तेज कर देती है जिससे सर्पण सतहों की रचना होती है। इस प्रकार, कई भूकंपीय लक्षणों, भ्रंश ज्यामिति एवं मौजूदा प्रतिबल पैटर्न के अलावा, विद्यमान भ्रंश तथा आधार शैलों की दरारें तथा मृदा का खनिजीकरण भी इस क्षेत्र में आवर्ती भूकंपीयता का कारक हो सकता है।