Resumen de Use of thermal logs to characterize the circulation of fluids: : the case of hydrothermal circulations in the Maurienne Valley (Western Alps)

Gilles Menard, Nathalie Monin, André Paillet

• français

  Dans le cadre des reconnaissances pour le tunnel de base de la nouvelle liaison ferroviaire Lyon-Turin, plusieurs dizaines de forages profonds (plus de 500 m de profondeur) ont été réalisés en Maurienne depuis plus de 15 ans. Dans chacun de ces forages un certain nombre de diagraphies ont été réalisées en routine, parmi lesquelles des diagraphies de fluide: température, conductivité électrique et vitesse de circulation verticale du fluide. Grâce à la multiplication des interventions dans chaque forage, il a été possible dans le plupart des cas de séparer les perturbations dues au forage (mise en communication de fractures aquifères, établissement de régime thermique transitoire, échauffement dû à la foration....) de l'état thermique naturel initial. Cet état thermique naturel initial est ainsi le plus souvent reconstitué et non pas directement observable sur les données brutes. Dans un grand nombre de cas, en particulier dans la zone houillère briançonnaise, cet état thermique naturel implique un contrôle par des circulations de fluides chauds ou froids. Nous proposons d'associer ces deux types de circulations dans un circuit unique: l'eau s'infiltre au front de la zone houillère (évaporites et carbonates de la zone subbriançonnaise, laquelle se développe selon une bande allongée dans le sens nord-sud) et chasserait une eau profonde qui remonterait préférentiellement le long de l'axe de la vallée dans la zone houillère (orientée est-ouest dans ce secteur).

  Le front de la zone houillère (associé à la zone des gypses et aux carbonates subbriançonnais), qui contrôlerait la partie infiltration du dispositif, est reconnu comme une zone actuellement en extension WNW-ESE d'après les mécanismes au foyer et les comparaisons de nivellement disponibles dans le secteur. Les remontées d'eaux chaudes seraient quant à elles contrôlées par une autre structure extensive, perpendiculaire à la précédente, qui serait la vallé eelle-même: cette interprétation est en accord avec l'augmentation du flux de chaleur apparent lorsqu'on se rapproche de l'axe de la vallée ainsi qu'avec les indices de remontées d'eaux thermales déjà connues plus à l'aval dans la vallée, comme l'Echaillon ou les Chavannes. L'interférence de ces deux systèmes extensifs, observée au moins à l'échelle régionale, confère un caractère fortement dynamique à la déformation actuelle, comme en atteste la crise tectonique asismique qui aaffecté la région à partir de 1995. Ce caractère dynamique rend assez peu probable l'établissement d'un régime hydraulique-thermique permanent depuis près de 15 000 ans.

  L'exemple présenté montre tout l'intérêt de l'acquisition de données thermiques en forages, et ce de manière réitérée au cours du temps, pour comprendre les circulations profondes. Cette compréhension passe également par une connaissance fine du régime de déformation actuel.

• English

  Over the last 15 years, several dozen deep boreholes (depths in excess of 500 m) have been drilled in the Maurienne Valley as part of the survey work for the new Lyons-Turin rail link. A number of parameters have been logged in these boreholes as a matter of routine, including data on fluids, such as temperature, electrical conductivity and vertical flow velocity. Because several logging campaigns have been carried out in each borehole, it has generally been possible to separate disturbances caused by the drilling (creation of links between water-bearing fractures, establishment of transitory thermal regimes, drilling-related heating, etc.) from the natural initial thermal state. Consequently, most natural thermal state descriptions are based on reconstructions, rather than on raw data. In many cases, in particular in the Houillère Briançonnaise Zone, this natural thermal state is governed by the circulation of hot and cold fluids. We suggest that these two types of circulation actually form a single circuit, in which cold waters infiltrating in the north-south trending Evaporite Zone and in the carbonates of the Sub-Briançonnais Zone flush deep waters so that they rise preferentially along the axis of the valley in the east-west trending Houillère Zone.

  Focal mechanism data and leveling comparisons show that the front of the Houillère Zone (including the evaporites and the Sub-Briançonnais carbonates), which controls infiltration into the system, is currently subject to WNW-ESE extension. The rising hot waters are controlled by the valley, which is an extensional structure perpendicular to the Houillère Zone. This interpretation is in line with the increased heat flow towards the axis of the valley, and with the occurrence of rising thermal waters further down the valley, for example at Echaillon and Les Chavannes. The interaction between these two extensional systems, which has been observed at least on a regional scale, gives a highly dynamic character to the current deformation, as is shown by the new a-seismic tectonic regime that has affected the region since 1995. Given this dynamic character, it is unlikely that a hydraulic-thermal regime has existed undisturbed for more than 15,000 years.

  The example described in the present article shows how the repeated logging of thermal data in boreholes over a period of time can help delineate deep circulations. Combined with detailed information about the current deformation regime, this logging data allows a detailed picture of circulation patterns to be drawn.