The Permeability of Fault Zones: A Case Study of the Dead Sea Rift (Middle East)

Fault zone architecture plays an important role in flow regimes of hydrological systems. Fault zones can act as conduits, barriers, or conduits/barrier systems depending on their spatial architecture. The goal of this study is to determine the fault-zone permeability structure and its effect on the local hydrogeological system in the Dead Sea fault system. Permeability was measured on small-scale outcrop plug samples at four faults along the Dead Sea fault system, and large-scale slug tests in four boreholes, in different parts of the fault, at Yair fault in Israel. The research results show that values in the damage zone are two to five orders of magnitude higher than those of the fault core (~3.5 × 10 −10 , 1 × 10 −15  m 2 respectively), resulting in an anisotropic permeability structure for the overall fault zone and preferable flow parallel to the fault. A set of injection tests in the Yair fault damage zone revealed a water-pressure-dependent behavior. The permeability of this zone increases when employing a higher water pressure in the fault fracture-dominated damage zone, due to the reopening of fractures. L’architecture d’une zone faillée joue un rôle important dans les régimes d’écoulement des systèmes hydrologiques. Les zones de faille peuvent agir comme conduits, étanchéités, ou systèmes conduit/étanchéité selon leur architecture spatiale. Le but de cette étude est de déterminer la perméabilité de la zone faillée et son incidence locale sur le système hydrogéologique faillé de la Mer Morte. La perméabilité a été mesurée à petite échelle en quatre points d’échantillonnage à l’affleurement sur quatre failles le long du système faillé de la Mer Morte, et par des tests d’infiltration à grande échelle dans quatre trous forés, sur différentes emplacements de la faille de Yair en Israel. Les résultats de la recherche montrent que les valeurs dans la zone fracturée sont d’un ordre de magnitude deux à cinq fois supérieures à celles du centre de la faille (~3.5 × 10, 1 × 10 m respectivement), résultant d’une de l’anisotropie de perméabilité d’ensemble de la zone faillée et de la zone d’écoulement préférentielle parallèle à la faille. Une série de tests d’injection dans la zone de fracturation de la faille de Yair ont montré un comportement dépendant de la pression d’eau. La perméabilité de cette zone augmente quand on applique une plus grande pression dans la zone fracturée en raison de la réouverture des fractures. La arquitectura de la zona de falla juega un rol importante en los regimenes de flujo de los sistemas hidrológicos. Las zonas de falla pueden actuar como conductos, barreras, o sistemas de barrera/conductos dependiendo de su arquitectura especial. El objetivo de este estudio es determinar la estructura de la permeabilidad de la zona de falla y sus efectos sobre el sistema hidrogeológico local en el sistema de fallas del Mar Muerto. Se midieron la permeabilidad a pequeña escala extraída de los afloramientos en cuatro fallas a lo largo del sistema de fallas del Mar Muerto, y a gran escala por ensayos slug en cuatro perforaciones, en diferentes partes de la falla, en la falla de Yair en Israel. Los resultados de la investigación muestran que valores en la zona de pérdidas son dos a cinco órdenes de magnitud mayores que aquellos del núcleo de la falla (~3.5 × 10, 1 × 10 m respectivamente), lo cual resulta en una estructura anisotrópica de permeabilidad para la zona de la falla en general y de flujo preferencial paralelo a la falla. Un conjunto de pruebas de inyección en la zona pérdidas de la falla Yair reveló un comportamiento dependiente de la presión del agua. La permeabilidad de esta zona se incrementa cuando se emplea agua a gran presión en la zona de pérdidas de la falla dominada por las fracturas, debido a la reapertura de las fracturas. 断裂带构造在水文系统水流动态中发挥着重要作用。断裂带可充当通道、屏障、或通道/屏障系统,这取决于其空间构造。本研究的目的就是确定死海断层系统的断裂带透水性结构及其对局部水文地质系统的影响。对沿死海断层系统四个断层上的小范围岩栓样品进行了测量,并在以色列Yair断层不同部位的四个钻孔进行了大范围注水试验。研究结果显示损伤带的值比断层核心的值高2-5个数量级(分别为 ~3.5 × 10, 1 × 10 m),致使整个断裂带成各向异性透水性结构及形成平行断层的较好水流。Yair断层损伤带一系列注入试验揭示出水压依赖性为。由于断裂的重新打开,在断层断裂主导的损伤带施加较高压力时,这个地带的透水性增强。 A arquitetura das zonas de falha joga um papel importante nos regimes de fluxo dos sistemas hidrológicos. Dependendo da sua arquitetura espacial, as zonas de falha podem funcionar como sistemas de condutas, barreiras ou condutas/barreira. A finalidade deste estudo é a determinação da permeabilidade das estruturas de falha e o seu efeito nos sistemas hidrogeológicos locais, nos sistemas de falhas do Mar Morto. A permeabilidade foi medida, a pequena escala, em amostras aflorantes em quatro falhas ao longo do sistema de falhas do Mar Morto, e, a grande escala, em ensaios em quatro furos, em diferentes partes da falha, na falha de Yair, em Israel. Os resultados do estudo mostram que, na zona afetada pela falha, os valores são duas a cinco ordens de magnitude mais elevados do que no centro da falha (~3.5 × 10, 1 × 10 m respetivamente), resultando numa estrutura de permeabilidade anisotrópica para toda a zona da falha e num fluxo preferencial paralelo à falha. Um conjunto de testes de injeção na zona afetada pela falha revelou um comportamento dependente da pressão da água. A permeabilidade desta zona aumenta quando se emprega água a alta pressão na zona dominada pela afetação da falha, devido à reabertura das fraturas.