Caractérisation des chemins de circulations de fluides dans le réseau poreux d'un batholite granitique : Application au site géothermique de Soultz-sous-Forêts

par Joachim Place

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers. Géologie. Géophysique. Pétrophysique

Sous la direction de Yves Géraud.

Soutenue en 2010

à Strasbourg .


  • Résumé

    La caractérisation des circulations de fluides dans les milieux fracturés est complexe car l’accès aux réservoirs est généralement restreint aux seuls forages, et la résolution des méthodes géophysiques est limitée avec la profondeur. L’objectif de ce travail est d’identifier les chemins de circulation de fluides au sein de deux massifs fracturés, constitués par des granites varisques affectés par l’ouverture du rift ouest européen (ECRIS). Le site pilote de géothermie profonde de Soultz-sous-Forêts (fossé Rhénan) constitue le premier chantier. L’investigation du réseau structural hectométrique du réservoir fracturé a été abordée par sismique de puits (VSP). Les données révèlent que des réflexions d’ondes (avec conversion de mode P-S) se produisent sur des structures de fort pendage, et vraisemblablement perméables. La cartographie 3D de ces réflecteurs a été réalisée par modélisation de temps de trajets, fournissant une image 3D intégrée au modèle statique préexistant du réservoir. Ceci révèle une importante structuration typique de l’héritage varisque local, jusqu’alors sous-estimée, et dont la réactivation s’explique dans le contexte actuel de la poussée alpine. Le réseau structural hectométrique ainsi imagé comporte les chemins de circulation les plus efficaces entre les puits. Un affleurement choisi dans les Chaînes Côtières Catalanes a permis une analyse de la structuration d’un batholite, continûment de l’échelle centimétrique à kilométrique. Un réseau structural percolé lors d’une phase de paléocirculations a été reconnu en exploitant des veines carbonatées. L’étendue kilométrique de ces marqueurs de circulation, et leurs conditions de précipitation, autorisent à considérer ces formations comme un réservoir géothermique fossile. Ce type de marqueurs de circulation, étudiés sur cet analogue et à Soultz-sous-Forêts, ainsi que les données hydrauliques de ce dernier site, ont permis d’identifier différents styles de drainage d’un granite fracturé. Le drainage peut varier entre une localisation sur des structures majeures, ou au contraire une distribution plus régulière ou aléatoire à l’échelle du massif, impliquant des circulations importantes dans les blocs de protolithe. Par ailleurs, il a été montré que l’altération supergène a pour effet d’amplifier l’altération au niveau des failles de socle. Ce fait peut contribuer à expliquer la perméabilité importante du toit des socles cristallins maintenant enfouis sous une couverture sédimentaire. De plus, sur l’exemple de Soultz-sous-Forêts, la structuration de la couverture sédimentaire n’est que partiellement représentative de celle du socle sous-jacent, notamment en raison du découplage des déformations induit par des décollements localisés dans les niveaux triasiques. Enfin, un modèle synthétique de réservoir est proposé, de façon à replacer les différents objets étudiés et les résultats obtenus dans un schéma global.

  • Titre traduit

    Characterisation of fluid flow paths within a granitic batholith : Application to the Soultz-sous-Forêts geothermal site


  • Résumé

    The characterisation of fluid flow in fractured media is complex due to the fact that the access to the reservoirs is restricted to the boreholes, and the resolution of geophysical methods decreases with depth. Two fractured variscan granites have been selected to investigate the fluid flow paths; both of them are located within the European Cenozoic Rift System (ECRIS). The first case study is the experimental geothermal site at Soultz-sous-Forêts (Rhine Graben). Borehole seismic (VSP) has been used to investigate the structure network developed at the hectometre scale. The data reveal some reflections with P-S mode conversion, occurring on highly dipping and generally permeable structures. A 3D map produced by travel time modelling has been integrated into the existing static reservoir model. The structural pattern revealed by this way suggests a clear expression of the variscan inheritance. The activation of the structures can be explained by the current stress field controlled by the Alpine push. The network imaged by this approach explains the major hydraulic connections between the wells. A continuous structural analysis from centimetre to kilometre scales has been carried out on a batholith outcropping in the Catalan Coastal Ranges. A network of carbonate veins has been considered as a witness of paleo-circulations. Both the extent and the conditions of precipitations allow to consider the outcrop as a fossil geothermal reservoir. The veins studied in this analogue outcrop and at Soultz-sous-Forêts, considered with the hydraulic data from this geothermal site, allowed to identify different drainage patterns developed in a fractured granite. At the kilometre scale, the drainage may either be localised in the major structures, or be more homogeneously or randomly distributed, implying an important contribution of the protolith. In addition, the alteration is shown to be emphasised whether a fault zone is exposed to a supergene alteration. This fact could contribute to explain the favourable reservoir conditions locally observed at the top of basements covered by sediments. The Soultz-sous-Forêts case study also showed that the structures in the sedimentary cover reflect only a partial amount of the structures affecting the basement, in part because of decollements located in Triassic levels. A reservoir model is then proposed, in order to position the structures and the results detailed in this work within a global sketch.

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  • Détails : 1 vol. (367 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 317-344

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  • Cote : 14753

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