Fluides et instabilités sismiques : implications pour le comportement mécanique de la croûte supérieure : [thèse soutenue sur un ensemble de travaux]

par Jean-Robert Grasso

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Pierre Vialon.

Soutenue en 1993

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

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  • Résumé

    Le role des fluides dans les mecanismes de ruptures de la croute superficielle est aborde en utilisant les seismes declenches par des activites humaines. Les objets geologiques stimules ont une taille decakilometrique et le cas du gisement de lacq detaille dans le chapitre 2 constitue un des cas mondiaux les mieux cernes ou de faibles contraintes (<1 mpa) ont declenche une activite sismique (1000 evenements de magnitudes comprises entre 1 et 4. 2) en 20 ans. Cette seismicite est par ailleurs entretenue durant plus de 20 ans par des perturbations de l'ordre de 0. 1 mpa, soit un ordre de grandeur inferieur aux perturbations qui ont declenche le debut de la sequence sismique. Sur la base des faibles variations de contraintes poroelastiques qui sont a l'origine de la seismicite declenchee localement par la baisse de pression du gisement de lacq, on tente dans le chapitre 3 d'evaluer les echelles spatiales des connections fluides dans la croute superieure a l'aide de la migration des fronts de pression induits. Les seismes associes a la mise en eau d'une retenue artificielle (m4-5, monteynard, vercors, france) permettent par exemple de cartographier des failles sismiques potentielles au sud de l'agglomeration grenobloise, les seismes induits jouant alors le role de jauges de contrainte. Dans la region de lacq, a l'aide de modelisations analytiques des transferts de contraintes visco-elastiques et poro-elastiques, on montre qu'on ne peut rejeter a priori des interactions entre l'extraction du champ de lacq, les seismes majeurs de la faille nord-pyreneenne distants d'une trentaine de kilometres, et les seismes locaux a l'aplomb du champ d'hydrocarbure. Le chapitre 4 constitue une synthese des mecanismes d'instabilites sismiques declenchees par les exploitations d'hydrocarbures. On isole trois classes de mecanismes de declenchements des seismes correspondant a des types d'exploitations et a des reponses sismiques (taille-temps-espaces) bien differencies: augmentation de pression due a l'injection de fluide; baisse de pression due a extraction de fluide, deficit de masse lors d'extraction massive. Les mecanismes de ruptures sont en accord avec les lois de contraintes effectives, et s'expliquent soient par des transferts poroelastiques soient par des compensations isostasiques. Si la sismicite induite par les extractions de fluides reste marginale par rapport au nombre de gisements exploites, la surveillance sismique fine effectuee sur les gisements montrent que de nombreux petits seismes (m<3) sont presents et permettent un suivi in situ du comportement des reservoirs au cours de l'exploitation. Notre approche de la seismicite a l'aide des seismes induits par des activites humaines montrent les limites des lois de la mecanique classique qui, si elles permettent de comprendre et d'evaluer les seuils critiques qui declenchent les instabilites sismiques, ne peuvent expliquer ni la duree des phenomenes d'instabilites qui sont entretenus durant de nombreuses annees ni la taille des instabilites sismique (mmax7). Sur la base des cas mondiaux de seismicite induite on propose la notion de systemes critiques auto-organises induits ou l'on peut observer la genese, la perennite et la disparition de systemes critiques dans un contexte, propose par ailleurs, d'etat critique auto-organise pour l'ensemble de la croute superieure

  • Titre traduit

    Fluid induced seismic instabilities: implication for the mechanical behavior of the uppercrust


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  • Cote : TS 93/GRE1/0026
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