Étude de l’activité sismo-acoustique liée à une injection de fluide dans un massif granitique

Laboratoire de sismologie Institut de Physique du Globe de ParisUniversité Pierre-et-Marie-Curie, 4, place Jussieu, 75230 Paris cedex 5, France

Résumé

L’injection de 6 m³ de gel à 200 m de profondeur dans un massif granitique a provoqué une abondante activité sismo-acoustique dans le domaine 0,4-5 kHz. Le débit d’injection a varié de 180 à 520 l/min, la pression maximum en tête de forage atteignant 12MPa.

Ces événements ont été localisés à partir des lectures des temps d'arrivée des ondes P et S observées sur quatre sondes trois composantes mises en place, dans deux forages, au voisinage du point d’injection. Ils se distribuent dans une zone sub-horizontale ; la distance moyenne des événements vis-à-vis du point d'injection augmentant régulièrement au cours du temps. Ces résultats suggèrent que la fracture hydraulique sub-verticale identifiée au niveau du forage n'a eu qu’une extension limitée, l’écoulement loin du forage intervenant dans une zone perméable préexistante.

L'analyse spectrale des signaux observés met en évidence des fréquences-coin de l’ordre de 1 200 Hz et des moments sismiques de l'ordre de 11 000 N.m. Ces valeurs sont cohérentes avec des ruptures par cisaillement le long de surfaces planes circulaires de rayon moyen de l’ordre de 0,9 m associées à des chutes de contrainte moyenne égales à 5 kPa, valeurs obtenues sans tenir compte des effets de l'atténuation.

D’après les mesures de contrainte régionale et l'étude de la fracturation naturelle du massif, ces mouvements auraient été induits par des augmentations de pression interstitielle supérieures ou égales à 3,8 MPa. Ces microglissements ne seraient pas intervenus dans le domaine de forte conductivité hydraulique dans lequel a eu lieu l'écoulement mais dans les épontes de ce dernier.

Abstract

The injection of 6 mP of gel at a depth of 200 m in a granite rock mass generated numerous seismo-acoustic events in the band 0.4-5 kHz frequency domain. During injection, the flow rate changed from 180 to 520 l/min ; the pressure at the borehole head reached 12 MPa.

These events were located by using P and S wave arrival times on four 3-components packages anchored in two adjacent boreholes near the injection point. They are distributed in a sub-horizontal area and progressively migrated away from the injection well as the time passed. These results suggest that the hydraulic subvertical fracture identified at the borehole wall had a limited extension in space and that flow occured through a preexisting permeable zone away from the wellbore.

The spectral analysis of these signals shows corner frequencies of the order of 1200 Hz and seismic moments of about 11000 N.m. This is coherent with failures along penny shaped cracks of radii equal to about 0.9 m and mean stress drops about 5 kPa. These values have been obtained without corrections of attenuation effects.

According to the regional stress determination and to local natural fracture pattern, these movements may have been triggered by an increase of pore pressure of about 3.8 MPa. These shear events seem to have occured along natural fractures intersecting the preexisting sub-horizontal high conductivity zone but not within the zone itself.