Étude des mécanismes à l’origine de l’activité microsismique liée à des injections d’eau dans un massif granitique

Analysis of mechanism of microseismicity induced by water injections in a granitic rock mass

Laboratoire de Sismologie Institut de Physique du Globe de Paris 4, place Jussieu, 75230 Paris Cedex 05, tour 14, 4 e étage, France

Résumé

Un essai d'injection d’eau a été réalisé dans le massif granitique du Mayet-de- Montagne (Allier) à 443 m de profondeur à un débit moyen de 1,2 m³/min pour un volume total injecté de 115 m³. Au cours de cet essai seize stations d'observation. placées dans des forages situés à des distances du forage d’injection variant de 30 m à 550 m et ayant des profondeurs variant de 23 m à 250 m, ont été utilisées pour étudier l’activité microsismique (10-2000 Hz) liée à ces injections.

Des signaux ont été observés sur l'ensemble des stations du réseau. La projection, dans le plan horizontal, des hypocentres des événements à l’origine de ces signaux se distribue dans une zone allongée, d'orientation approximative nordsud.

Les mécanismes au foyer de ces événements ont été déterminés à partir des sens du premier mouvement des ondes P, ainsi que du diagramme de polarisation des ondes S. Ils sont caractéristiques de mouvements de cisaillement. Deux familles de plans nodaux ont été obtenues : N 48° ± 8° E de pendage 85° ± 5° et N 140° ± 10° E de pendage 60° ± 8°. Ces plans sont inclinés par rapport à la direction d'écoulement dans le massif. Cette observation permet de conclure que les événements microsismiques observés sont liés à des microglissements le long de fractures préexistants recoupant la fracture principale dans laquelle intervient l'écoulement. L'analyse spectrale des signaux a montré l’incertitude qui affecte la détermination des paramètres caractérisant la source, du fait de l’atténuation des signaux intervenue lors de la propagation dans le massif.

Abstract

The microseismic activity (10-2000 Hz) induced by a water injection realised in the granitic rock mass of Le Mayet-de-Montagne in central France was monitored by a sixteen stations network. 3-D seismometers were lowered at the bottom of boreholes with depths ranging from 23 m to 250 m. set at various distances from the injection well (from 30 m to 550 m).

The projection on a horizontal plane of the hypocenters of the events observed on nearly all the stations shows a zone elongated in the North-South direction.

The focal mechanisms of these events were determined from the sens of first motion of P-waves and from the polarization direction of S-waves. They are caracteristic of shear events. The following nodal planes were obtained : N 48° ± 8° E dipping 85° ± 5° and N 140° ± 10° dipping 60° ± 8°. These planes are inclined with respect to the flow direction in the rock mass. We concluded from this observation that the microseismic events were generated by shear failures along the preexisting fractures intersecting the fracture in which the main flow occured. The spectral analysis of the signals outlined the difficulty for determining the source parameters because of attenuation effects affecting the signals.