L’étude in situ du rôle des fluides en mécanique crustale

In situ study of the role of fluids in crustal mechanics

Institut de Physique du Globe de Paris 4, place Jussieu 75252 Paris Cedex 05 cornet@ipgp.jussieu.fr, France.

Résumé

L’augmentation de pression interstitielle dans un massif rocheux, lorsqu’elle est assez élevée, induit une activité microsismique. L’analyse de cette microsismicité peut permettre de préciser le champ de contrainte dans le massif mais aussi le champ de pression interstitielle. Toutefois les fractures significatives du point de vue hydraulique étant fréquemment sources d’hétérogénéité de contrainte, l’analyse de la microsismicité en termes de champ de contrainte et de pression doit toujours être accompagnée d’observations indépendantes : mesures hydrauliques en forage, données d’ovalisation de forage, directions d’anisotropie sismique. L’intégration des données indépendantes et des mécanismes au foyer de la microsismicité permet d’identifier les zones hétérogènes. Ces principes ont été appliqués sur trois sites expérimentaux. Sur le site granitique du Mayet-de-Montagne dans des forages de 800 m de profondeur la méthode a été testée et validée. Sur le site géothermique de Soultz-sous-Forêts dans un forage de 3 500 m de profondeur, cette méthode permet de définir le domaine de pression interstitielle pour lequel la migration du front de sismicité dépend de la perméabilité du milieu et le seuil de pression au-delà duquel interviennent des processus de rupture majeurs dans le massif. Le troisième site concerne un forage de 1 800 m de profondeur recoupant la faille philippine (plus de 1200 km de long) qui flue à la vitesse moyenne de 3 cm/an. Les résultats suggèrent que la faille est très peu perméable et qu’elle est perpendiculaire à la contrainte principale minimale. Ces méthodes d’observation sont actuellement mises en œuvre pour étudier in situ le rôle de la percolation de fluides profond dans le mécanisme d’ouverture du rift de Corinthe.

Abstract

When the interstitial pressure in a rock mass is increased significantly, it induces a microseismic activity which may help to determine the stress field in the rock mass as well as the local pore pressure. However, because permeable fractures are often associated with local stress heterogeneity, the sole focal mechanisms of induced seismicity may yield biased results. Hence they must be associated with additional independent data for a satisfactory stress field characterization : hydraulic tests in boreholes, borehole breakouts orientations, direction of anisotropy of shear wave velocity field. These principles have been applied at three different sites. At the granitic site of le Mayet-de-Montagne (central France), the method has been tested and validated in two boreholes 800 m deep, 100 m apart. At the Geothermal site of Soultz-sous-Forêts, the method provides means to determine the interstitial pressure domain for which the growth of seismic cloud is a good indicator of the large scale rock mass permeability. It is shown that when the pore pressure reaches a critical value, it induces large scale failure processes so that the microseismic cloud migration is no more indicative of large scale permeability. At Tongonan, in the Philippine, an 1800m deep well intersects the 1200 km long Philippine fault in a creeping segment of the fault (3 cm/year). Induced seismicity associated to a large scale fluid injection shows that the fault is impervious and perpendicular to the minimum principal stress direction in this area. This observation technique is presently being applied in the Corinth Gulf (Greece) so as to document by in situ observation the role of fluids on the opening process of this rift.