Architectural, petrophysical and hydromechanical properties of fault zones in fractured-porous rocks : compared studies of a moderate and a mature fault zones (France)

par Pierre Jeanne

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers

Sous la direction de Yves Guglielmi.

  • Titre traduit

    = Relations entre structure, propriétés pétrophysiques et hydromécaniques des zones de failles dans les roches poro-fracturées : étude de deux zones de failles modérée et mature (France)


  • Résumé

    Bien que les zones de failles représentent un très petit volume de la croute terrestre, elles influencent grandement ses propriétés hydromécaniques. Ce travail compare des analyses multidisciplinaires, de hautes précisions, de deux zones de failles aux propriétés contrastées : l’une est une zone de failles mature de plusieurs kilomètres de long, l’autre s’étend seulement sur quelques centaines de mètres. Leurs propriétés architecturales, hydromécaniques et de résistance mécanique ont été caractérisées dans le but d’améliorer la compréhension des couplages entre l’évolution de leurs propriétés hydromécaniques et leur potentiel de réactivation. Un protocole de caractérisation in-situ des propriétés hydrauliques et mécaniques a été mis au point. Il intègre des analyses microstructurales, des descriptions détaillées des propriétés pétrophysiques à plusieurs échelles. Les deux zones de failles étudiées montrent toutes deux des relations entre leurs histoires diagénétiques, les propriétés initiales des formations sédimentaires et leurs propriétés actuelles hydromécaniques. Il a été mis en évidence que le paramètre le plus important gouvernant le comportement hydromécanique des zones de failles est la continuité de sa zone d’endommagement. Une zone de failles mature aura une zone d’endommagement relativement continue alors qu’une zone de failles non-mature aura une zone d’endommagement hétérogène caractérisée par une alternance de niveaux fracturés et non-fracturés. Ces contrastes architecturaux dépendent des propriétés initiales de la roche intacte. Au sein de la série sédimentaire, les variations de la résistance à la compression (σc) de la roche intacte induisent différents mécanismes d’accommodations des déformations. Il en résulte une architecture de zone de failles présentant de fortes variations d’épaisseur, caractérisée par une alternance de niveaux très perméables et très déformables avec des niveaux imperméables et peu déformables.


  • Résumé

    Although fault zones represent a very small volume of the crust, they highly influence the crust’s mechanical and fluid flows properties. This work compares high definition trans-disciplinary analyses of two fault zones with highly contrasted properties. One is a mature fault zone of plurikilometer length, and the other is a small fault zone of a few hundred meters length. We have characterized the architectural, hydromechanical and strength properties of these faults to improve the understanding of the coupling between fault zones hydromechanical properties and their potential activation. A protocol to characterize in the field (on outcropping segments) the faults hydraulic and mechanical properties has been conducted through the coupling of micro-structural analyses, detailed rock physical descriptions at the rock mass several scales. The two studied fault zones despite their different sizes display some similarities. Both show a strong coupling between the fault zone diagenetic history, the initial properties of the sedimentary layers and the fault zone current hydraulic and mechanical properties. We show that the most important parameter governing the hydromechanical behaviors of fault zones is the continuity of the damage zones. A mature fault zone will have a relatively continuous damage zone while a small fault zone will contain a more heterogeneous damage zone characterized by an alternation of fractured and un-fractured layers. These architectural contrasts of damage zones also depend on the initial intact rock properties of the sedimentary series. Contrasted initial intact rock strengths (σc) induce contrasted strain accommodation mechanisms in the fault zone compartments, and an associated fault zone architecture that displays large thickness variations, characterized by alternate high-permeable-low-stiff and low-permeable-high-stiff layers in the damage zone.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (222 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chap. Résumés en français et en anglais.

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