Les couloirs fractur´es

Malgr´e l’apparence spectaculaire et l’importance structurale et hydro-dynamique (cer- tains forment des lin´eaments kilom´etriques visibles par satellites) les couloirs fractur´es n’ont fait l’objet que d’un nombre limit´e de travaux (Rives et al., 1992; Auzias, 1995) et (Putot et al., 2001). La suite de cette sous-section s’appuie majoritairement sur une compilation des ´etudes et observations de terrain, non publi´ees, de Connolly (the origin and distribution of fracture corridors in carbonates, rapport confidentiel Geo-FracNet, 1999) et de Petit et al.(Fracture Corridor synthesis, GIRP2 Final Report, Total, Shell, 2003). Un des premiers r´esultats de ces observations est l’identification de diff´erents types de couloirs dont la clas- sification n´ecessite l’invention d’une terminologie adapt´ee, qui sera utilis´ee dans la suite de cette section.

I.2.6.1 D´efinition et caract´eristiques g´eom´etriques des couloirs fractur´es Un couloir fractur´e se d´efinit comme le regroupement de fractures globalement parall`eles entre elles formant un faisceau ´etroit sur une zone assez bien d´elimit´ee. Les d´eplacements relatifs des ”tranches” de roche ainsi d´ecoup´ees `a l’int´erieur du couloir, n’ont pas ou tr`es peu de composante cisaillante. Les fractures composant le couloirs fractur´e sont donc, par d´efinition, des diaclases (FIG. I.2.12).

Figure I.2.12 – _{Exemple de couloir fractur´e dense dans un banc calcaire ´epais. Photo de J.P.} Petit.

Les couloirs d´ecoupent en g´en´eral des affleurements dont l’extension horizontale peut-ˆetre de plusieurs kilom`etres et dont la hauteur peut exc´eder la centaine de m`etres. Dans une pile s´edimentaire affect´ee par des diaclases syst´ematiques, les couloirs sont g´en´eralement parall`eles `a l’un des r´eseaux.

Sur une coupe verticale, ils se diff´erencient des r´eseaux r´eguliers d’une part, par le fait que la fracturation y est localement anormalement dense et d’autre part, par ces dimen- sions caract´eristiques : les fractures de couloirs traversent plusieurs bancs (constituant alors l’Unit´e M´ecanique pour ce couloir), tandis que le d´eveloppement des diaclases semblent for- tement contrˆol´e par ces limites de bancs. Chacune des diaclases peut avoir une persistance verticale et horizontale diff´erente au sein de l’unit´e m´ecanique et du corridor. La terminai- son d’un couloir dans le plan horizontal est rarement ais´ement observable. Cependant, cette terminaison peut s’exprimer soit par une convergence des fractures internes, soit par des longueurs finies de fractures parall`eles.

I.2.6.2 Les diff´erents types de couloirs fractur´es

On distingue 6 types de couloirs fractur´es en fonction de leur g´eom´etrie (FIG. I.2.13). Les types (a), (b), (c) et (d) sont fr´equemment rencontr´es sur le terrain. Les types (e) et (f) sont beaucoup plus rares.

Le type de couloir appel´e Simple Persistant Fracture Corridor (SPFC) ( type a, FIG. I.2.13) est le plus courant. Il apparaˆıt dans tous les types de lithologie et est fr´equent dans les s´eries calcaires. Il est compos´e uniquement de quelques fractures persistantes majeures (typiquement 3-4) qui sont peu ou pas anastomos´ees. La persistance verticale d´epend du contraste de propri´et´es m´ecaniques entre les couches successives. Si le contraste est im- portant, par exemple passage d’un banc calcaire `a un banc marneux ´epais, le couloir est limit´e verticalement `a l’´epaisseur de la couche. A contrario un couloirs traverse ais´ement des successions pr´esentant des contrastes m´ecaniques peu marqu´es. Ce type de couloir peut

Figure I.2.13 – <sub>Les diff´erents types de corridors fractur´es rencontr´es sur le terrain (d’apr`es</sub> Connoly, 1999, Fracture Corridors Project year 1 (rapport non publi´e, Total, Shell) et Bazalgette et al., 2000, Fracture Corridors Project year 2 (rapport non publi´e, Total, Shell). (a) Simple persistent FC (SPFC) : le couloir est compos´e principalement de fracture verticale persistante verticalement, peu espac´ees, (b) Internal Anastomosed FC (IAFC) : couloir form´e par une concentration de fractures anastomos´ees (en relation ou non avec une zone de faille), (c) Bed segmented FC (BSFC) : corridor form´e de fractures limit´ees aux bancs (BCF), (d) Clustered branching FC (CBFC) : couloir de fractures en mode I branch´ees en tˆete de faille. (e) Fanning FC (FFC) : couloir de fractures divergeant `a partir d’une fracture principale centrale. (f ) Arcuate Halo FC (AHFC) : corridor form´e d’un fuseau de fractures de mode I dont les extr´emit´es convergent vers une fracture principale centrale.(Bazalgette, 2004).

se manifester de mani`ere individuelle isol´ee ou alors sous la forme de r´eseaux de corridor plus ou moins syst´ematique. A la diff´erence des diaclases syst´ematiques dont l’espacement moyen entre les fractures varie entre le millim`etre et la dizaine de m`etres, l’espacement entre les SPFC varient de la dizaine de m`etres au kilom`etre. Ce type de couloir est observ´e dans des zones tabulaires ou tr`es faiblement d´eform´ees sans liaison directe avec des objets tectoniques importants visibles.

Ensuite le plus courant semble ˆetre le Clustered Branching Fracture Corridor (CBFC) (type d, FIG.I.2.13)). Il se pr´esente comme un groupe de fracture divergente, localis´e dans le quadrant extensif au toit d’une faille normale. Les fractures butent avec un angle ferm´e sur le plan de faille. Ils apparaissent n´ecessairement en contexte extensif, parall`element `a la contrainte horizontale mineure.

Le troisi`eme type le plus fr´equent est le Bed Segmented Fracture Corridor (BSFC) (type c, FIG.I.2.13)). Il est le r´esultat de la coalescence de couloirs limit´es `a des ´epaisseurs de bancs ayant des propri´et´es m´ecaniques similaires mais localement verticalement align´es. Hancock and Engelder (1989) d´ecrivent des zones de densification de diaclases dans des di`edres form´es par l’intersection de deux familles syst´ematiques de diaclases non contem- poraines se croisant avec un angle peu important. Cette structure se rapproche des IAFC (type b, FIG.I.2.13)). Deux blocs diagramms montrant l’occurrence des diff´erents types de couloirs en fonction du contexte tectonique est pr´esent´e sur la figure I.2.14.

I.2.6.3 Les conditions d’apparition des couloirs fractur´es

Le type de roche et le faci`es semblent ˆetre des facteurs majeurs contrant la possibilit´e ou non de formation des couloirs fractur´es. Les s´eries concern´ees sont toujours compactes (carbonates, p´elites, gr´es indur´es).

Dans les contextes tabulaires, la totalit´e des unit´es m´ecaniques contenant des SPFC est affect´ee par des r´eseaux de fractures `a fortes persistance verticales (HPF). L’inverse n’est pas v´erifi´e : la pr´esence de HPF n’implique pas automatiquement la pr´esence de couloirs. Il n’a pas ´et´e mis en ´evidence d’histoire tectonique contrˆolant la formation des corridors. Cependant la charge verticale (´epaisseurs de roches sus-jacents) ne semble pas ˆetre n´ecessai- rement importante puisque des couloirs sont observ´es dans des roches n’ayant ´et´e enfouies que sous une centaines de m`etres de s´ediments.

La distribution des couloirs d´epend de la stratification m´ecanique de la pile fractur´ee. La persistance verticale d´epend du contraste des propri´et´es m´ecaniques entre les bancs com- p´etent adjacents et de l’´epaisseur des banc les moins comp´etent. Un contraste faible et des ´epaisseurs de couches incomp´etentes faibles favorisent la propagation verticale du couloir.

Ces observations soul`event les questions suivantes :

1. Par quels m´ecanismes peut-on expliquer la formation d’une telle densit´e locale de diaclases au sein de bancs souvent ´epais ?

2. Quelle serait alors la chronologie d’apparition des fractures ? apparaˆıssent-elles de mani`ere asynchrone, une fracture `a la fois, ou s’agit -il plutˆot d’une propagation dynamique simultan´ee d’un groupe de fractures parall`eles ?

3. Quels sont les param`etres qui contrˆolent la distribution lat´erale (l’espacement) des couloirs au sein d’une mˆeme unit´e m´ecanique ?

Figure I.2.14 – _{Les principaux types de couloirs fractur´es et leur localisation au niveau d’unit´es} m´ecaniques tabulaires ou sub-tabulaires (a) et pliss´ees (b). Bazalgette (2004)