Contraintes sur la circulation du liquide de la croûte supérieure et la sismogenèse de l'intérieur

Aug 04, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5548 (2023) Citer cet article

1192 Accès

7 Altmétrique

Détails des métriques

La perméabilité des zones de failles joue un rôle important sur la répartition des géoressources et sur la sismogenèse dans la croûte supérieure fragile, où la sismicité naturelle et induite est souvent associée à la migration des fluides et à la surpression. Des modèles détaillés de la structure de perméabilité des zones de failles sont donc nécessaires pour affiner notre compréhension des cheminements naturels des fluides et des mécanismes conduisant à la compartimentation des fluides et à une éventuelle surpression dans la croûte. Les zones de failles contiennent généralement des architectures internes complexes définies par la juxtaposition spatiale de « faciès structurels fragiles » (BSF), qui se forment et évoluent progressivement et continuellement au cours des failles et des déformations. Nous présentons les premières mesures systématiques in situ de perméabilité des affleurements à partir d'une gamme de BSF provenant de deux zones de failles architecturalement complexes dans les Apennins du Nord (Italie). Une forte hétérogénéité spatiale de la perméabilité actuelle (jusqu'à quatre ordres de grandeur), même pour des BSF étroitement juxtaposés appartenant à la même faille, apparaît comme une caractéristique structurelle et hydraulique clé. Les enseignements de cette étude nous permettent de mieux comprendre comment des architectures de failles complexes dirigent la structure hydraulique 3D de la croûte supérieure fragile. Les propriétés hydrauliques des failles, qui peuvent changer dans l’espace mais aussi dans le temps au cours d’une orogenèse et/ou de cycles sismiques individuels, orientent à leur tour le développement de volumes en surpression, où la sismogenèse induite par les fluides peut se localiser.

L'architecture interne des zones de failles peut affecter la formation et l'accumulation d'eaux souterraines, d'hydrocarbures, de minerais et d'écoulements de fluides contrôlés tectoniquement et structurellement dans la croûte supérieure fragile (par exemple, 1,2,3). Les fluides sont d'une importance capitale car ils contrôlent la contrainte effective pendant le cycle sismique, affectant ainsi la mécanique des failles et le style global de déformation4,5,6,7. Il a été démontré que des séismes et des séquences sismiques naturels et d’origine humaine peuvent être déclenchés par une surpression de fluide7,8,9,10,11,12,13. Une caractérisation détaillée de l'architecture des failles avec des contraintes directes sur la structure de perméabilité interne des failles est donc fondamentale pour (i) comprendre la mécanique des failles à toutes les échelles, (ii) développer des modèles raffinés de circulation des fluides dans la croûte supérieure fragile (sismogène). et de leurs conséquences en termes de formation et d'accumulation de géoressources et (iii) atténuer le risque géologique dû aux tremblements de terre naturels et induits.

Dans le modèle typique de failles « noyau et zone endommagée », les noyaux de faille sont décrits comme fournissant des barrières à l'écoulement à travers la faille, tandis que les zones endommagées de manière omniprésente sont fracturées comme des conduits le long de la faille (par exemple, 14 ; Fig. 1a). Cependant, les architectures de failles complexes peuvent différer de ce paradigme relativement simple car elles contiennent des structures secondaires liées aux failles associées à un comportement hydraulique distinct. La coexistence au sein d'architectures de failles hétérogènes de domaines structuraux aux comportements hydrauliques remarquablement différents peut provoquer des hétérogénéités globales et locales et des anisotropies du tenseur de perméabilité local. En détail, en plus de la perméabilité primaire du protolithe (perméabilité matricielle), il a été démontré que la perméabilité structurelle secondaire d'une zone de faille est régie par la perméabilité des roches de faille individuelles, des fractures, de la zone endommagée et par leur architecture géométrique 3D ( par exemple,6,15,16). Par exemple, les noyaux de failles sont généralement riches en phyllosilicates qui, bien que généralement extrêmement peu perméables (par exemple17,18), ne forment des barrières hydrologiques efficaces que lorsqu'ils sont continus et physiquement interconnectés. Les fractures ouvertes et les surfaces de glissement ont une perméabilité longitudinale régie par la distribution et la connectivité de leurs ouvertures (par exemple, 19, 20). La présence de roches de faille caractérisées par des tissus tectoniques planaires (par exemple, des agrégats de bandes de minéraux argileux et/ou de matériaux insolubles) peut également affecter fortement la perméabilité au sein du volume rocheux, conduisant, par exemple, à une « foliation transversale ou longitudinale » remarquablement différente. structures de perméabilité, et ainsi diviser et moduler de manière significative la circulation des fluides dans la croûte (par exemple,6,19,21). De plus, plusieurs études ont mis en évidence que les failles sont également caractérisées par des propriétés hydrauliques anisotropes et complexes qui varient dans le temps (au cours d'une orogenèse ou d'un cycle sismique ; Fig. 1) en réponse au développement de différentes roches de faille (eg,19,22 ,23).