Séminaire ISTeP - Thibault Cavailhes

(DNO, Oslo)

Hétérogénéités structurales vs propriétés pétrophysiques: Rôle de la déformation et des interactions fluides-roches

Le but de cette présentation est de poser un modèle de distribution des paramètres “poro-perm” sur un modèle architectural de croissance de faille. Les zones de failles constituent des discontinuités majeures dans la croûte supérieure. Nous nous intéressons ici aux failles actives à des profondeurs de 5-8 km, i.e. dans des conditions pouvant jouer un rôle important (i) sur le comportement mécanique de la croûte, en particulier sur son potentiel sismogénique et (ii) sur la compartimentation des réservoirs géologiques profondément enfouis.

Caractérisation du protolithe et conditions d’activité des failles :
Les failles étudiées sont des failles normales affectant les Grès d’Annot (GA), une formation turbiditique d’âge priabonien-rupélien du bassin d’avant-chaine alpin. Les GA ont été enfouis sous les nappes de l’Embrunais-Ubaye peu de temps après leur dépôt et exhumés au Miocène moyen-supérieur. L’étude a été réalisée dans deux secteurs des Alpes de Haute-Provence, (1) le secteur de l’Estrop (chaine des Trois Evéchés, dans la partie occidentale du bassin) et (2) le secteur de Point Vert-Restefond (alentours du col de la Bonette, dans la partie orientale du bassin). La réflectance de la vitrinite dans les Grès d’Annot indique des températures maximales de 160-190°C dans le secteur (1) et de 240-260 °C dans le secteur (2), soit des profondeurs d’enfouissement de 5-6 km et 8-10 km. A partir des observations microstructurales, de données d’inclusions de fluides, de modélisations thermodynamiques sur chlorites syncinématiques et des indices de cristallinité de l’illite, on a établi que les failles du secteur (1) ont fonctionné à une température d’environ 200°C pour une pression de 0.6Kbar et celles du secteur (2) dans une gamme de température de 200-220°C et de pression comprise entre 0.6 et 1.1Kbar. L’activité de ces failles a été datée par la méthode 40Ar/39Ar au Miocène inférieur (21 Ma).

Morphotypes de roche de faille :
(1) Les brèches dilatantes témoignent de mécanismes de déformation dominés par la fracturation transgranulaire et la pression-solution des silicates. Ce dernier mécanisme se manifeste principalement par d’abondantes précipitations cycliques de quartz, les stylolites restant peu développés. Les géométries structurales sont associées à l’activation de plans T de Riedel déterminant l’ouverture de relais extensifs et un régime localement dilatant.
(2) La déformation cisaillante exprimée dans les arkoses foliées témoigne de mécanismes de déformation dominés par (i) la fracturation intragranulaire et transgranulaire, (ii) la pression-solution/précipitation des silicates, principalement le quartz, (iii) la néoformation de micas blancs liée à l’altération des feldspaths et (iv) la précipitation de chlorite. Ce travail montre également que les transformations minéralogiques liées aux interactions fluide-roche dans la zone de faille (forte augmentation de la proportion des phyllosilicates au dépend des feldspaths) changent radicalement la composition minéralogique de la roche (impact probable sur la rhéologie).

Message pétrophysique :
La pétrophysique montrent que les brèches de failles (secteur 1) ont une perméabilité isotrope et équivalente à celle du protolithe tandis que les roches foliées (secteur 2) montrent une anisotropie de permeabilité selon l’axe Y de la déformation, d’un ordre de grandeur supérieure aux perméabilités suivant les axes X et Z et dans la roche hôte.

Reférences :
- Cavailhes, T., Pierre Labaume, Jean-Pierre Sizun, Roger Soliva, Claude Gout, Martine Buatier, Delphine Charpentier, Alain Chauvet, Jean-Luc Potdevin, and Anna Travé, accepted, VARIABILITY OF PETROPHYSICAL PROPERTIES OF FOLIATED AND DILATANT FAULT ROCKS IN DEEPLY BURIED CLASTICS: Terra Nova
- Cavailhes, T., Soliva, R., Labaume, P., Wibberley, C., Sizun, J-P., Gout, C., Charpentier, D., and M. Buatier, 2013, PHYLLOSILICATES FORMATION IN FAULT ROCKS: IMPLICATIONS FOR DORMANT FAULT SEALING POTENTIAL AND FAULT STRENGTH IN THE UPPER CRUST: Geophysical Research Letters, Vol.40, 1-7, doi:10.1002/grl.50829
- Cavailhes, T., Sizun JP., , Labaume P., Chauvet A., Buatier B., Soliva, R., Mezri, L., Charpentier, D., Leclère, H., Travé, A., and C.Gout, 2013, INFLUENCE OF FAULT ROCK FOLIATION ON FAULT ZONE PERMEABILITY: The case of deeply buried arkosic sandstones (Grès d’Annot, SE FRANCE): AAPG Bulletin, v. 97, no. 7 (September 2013), pp. 1521–1543