The influence of faults in basin-fill deposits on land subsidence, Las Vegas Valley, Nevada, USA

Abstract.

The role of horizontal deformation caused by pumping of confined-aquifer systems is recognized as contributing to the development of earth fissures in semiarid regions, including Las Vegas Valley, Nevada. In spite of stabilizing water levels, new earth fissures continue to develop while existing ones continue to lengthen and widen near basin-fill faults. A three-dimensional granular displacement model based on Biot's consolidation theory (Biot, MA, 1941, General theory of three-dimensional consolidation. Jour. Applied Physics 12:155–164) has been used to evaluate the nature of displacement in the vicinity of two vertical faults. The fault was simulated as (1) a low-permeability barrier to horizontal flow, (2) a gap or structural break in the medium, but where groundwater flow is not obstructed, and (3) a combination of conditions (1) and (2). Results indicate that the low-permeability barrier greatly enhances horizontal displacement. The fault plane also represents a location of significant differential vertical subsidence. Large computed strains in the vicinity of the fault may suggest high potential for failure and the development of earth fissures when the fault is assumed to have low permeability. Results using a combination of the two boundaries suggest that potential fissure development may be great at or near the fault plane and that horizontal deformation is likely to play a key role in this development.

Résumé.

On considère que la déformation horizontale provoquée par un pompage dans un aquifère captif joue un rôle dans le développement des fissures du sol en régions semi-arides, comme la vallée de Las Vegas (Nevada). Malgré des niveaux d'eau stabilisés, de nouvelles fissures du sol continuent de se développer en longueur et en largeur au voisinage de failles dans les bassins sédimentaires. Un modèle de déplacement granulaire tri-dimensionnel, basé sur la théorie de la consolidation de Biot (Biot, M A, 1941, General theory of three-dimensional consolidation. Jour. Applied Physics 12:155–164), a été utilisé pour évaluer la nature du déplacement au voisinage de deux failles verticales. La faille a été simulée comme 1) une barrière de faible perméabilité pour l'écoulement horizontal, 2) une rupture structurale dans le milieu, mais sans obstruction de l'écoulement, et 3) une combinaison des deux précédentes conditions. Les résultats indiquent que la barrière de faible perméabilité favorise fortement le déplacement horizontal. Le plan de faille constitue aussi un lieu de subsidence différentielle verticale significative. Les fortes contraintes calculées au voisinage de la faille laissent penser qu'il existe un fort potentiel de rupture et le développement de fissures du sol quand on suppose que la faille possède une faible perméabilité. Les résultats utilisant une combinaison des deux conditions suggèrent que le développement potentiel de fissures peut être grand sur ou à proximité du plan de faille et que la déformation horizontale joue vraisemblablement un rôle clé dans ce développement.

Resumen.

Se conoce la contribución que la deformación horizontal causada por el bombeo de sistemas acuíferos confinados tienen en el desarrollo de fisuras en regiones semiáridas, como es el caso del Valle de Las Vegas (Nevada, Estados Unidos de América). A pesar de la estabilización de los niveles, se continúa desarrollando nuevas fisuras, mientras las ya existentes se alargan y ensanchan cerca de las fallas de relleno de cuenca. Se ha utilizado un modelo tridimensional de desplazamiento granular basado en la teoría de consolidación de Biot (Biot, M.A., 1941. General theory of three-dimensional consolidation. J. Applied Physics, 12: 155-164) para evaluar la naturaleza del desplazamiento junto a dos fallas verticales. Se ha simulado cada falla como (1) una barrera de baja permeabilidad al flujo horizontal, (2) un hueco o ruptura estructural en el medio pero sin obstrucción al flujo de aguas subterráneas, y (3) una combinación de las dos condiciones anteriores. Los resultados indican que la barrera de baja permeabilidad incrementa enormemente el desplazamiento horizontal. El plano de falla también representa una situación de subsidencia diferencial vertical significativa. Los valores elevados que se han calculado para la deformación en la proximidad de la falla pueden sugerir que existe un alto potencial de fallo y desarrollo de fisuras cuando se supone que la falla posee una baja permeabilidad. Si se combinan los dos contornos, los resultados sugieren que el desarrollo potencial de fisuras puede ser mayor en o cerca de el plano de falla, y que es probable que la deformación horizontal desempeñe un papel clave en él.