Les résultats acquis dans la période 1994-1998 nous incitent à poursuivre les mêmes actions, en modifiant les problématiques et en concentrant l'activité sur un nombre limité de cibles, dont un certain nombre est la poursuite de chantiers déjà engagés, tels que GOCAD, Soultz, où un forage à 5 km de profondeur va être réalisé, GéoFrance 3D, le projet Émeraude en Colombie.
La recherche dans le thème 3 devrait donc se développer sur trois axes, l'étude des réservoirs, l'étude de la circulation des fluides à l'échelle crustale, et enfin l'élaboration de modèles métallogéniques.
RÉSERVOIRS
INCERTITUDE DES MODÈLES GÉOMÉTRIQUES La modélisation géométrique des formations
géologiques complexes va se poursuivre en liaison avec GOCAD. Un intérêt tout particulier sera apporté aux développements des structures informatiques, des algorithmes et des méthodes efficaces pour la représentation des objets
géologiques complexes (failles, grilles stratigraphiques, ..), notamment pour prendre en compte les évolutions dans le temps (4D). La paramétrisation des surfaces et solides sera développée afin de fournir des outils adaptés à l'étude des déformations, des écoulements et du
lancer de rayons (sismique). Les thèmes suivants seront développés: (i) construction automatique de modèles structuraux complexes (I. Duvinage, coll. Princeton), (ii) prise en compte des incertitudes dans la construction des réseaux de failles (M. Lecourt, coll. ELF); (iii) mise à jour
automatique et cohérence des modèles géologiques lors de modifications locales (N. Euler, coll. Chevron); (iv) topologie des macro couches et des modèles stratigraphiques (S. Bombarde, coll. Chevron et Elf GRC).
INCERTITUDES STATIQUES ET DYNAMIQUES L'étude des transferts de fluide nécessite la
connaissance des propriétés pétrophysiques des réservoirs. Parmi les techniques disponibles, plusieurs approches ont été proposées et seront poursuivies: (i) simulation géostatistique de milieux poreux aléatoires; (ii) simulation stochastique de la géométrie (systèmes fluviatiles, ...) (S. Viseur) (iii) intégration des données sismiques et de puits lors de la simulation des lithologies (K. Pairazian). De nouveaux résultats théoriques (co-krigeage des
indicatrices, méthodes spectrales, étude des erreurs) ont été obtenus récemment dans le cadre de deux thèses (B. Lévy et P. Fichtl), ils seront mis en oeuvre pour mieux quantifier les incertitudes dans l'évaluation de la géométrie et des propriétés physiques des réservoirs. Ces travaux seront validés sur des études de cas réels tels que les formations de la mer du Nord (en coll. avec l'IFP, ELF et TOTAL).
ESTIMATION DES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES Les méthodes sismiques ou micro-sismiques
ont permis de déterminer indirectement, avec succès, la lithologie (Thèse de Fichtl en coli. avec l' )FP) et la perméabilité des formations géologiques en profondeur (coll. avec Univ. Karlsruhe, l'ADEME et S. Shapiro). L'acquisition des perméabilités macroscopiques à partir des données de micro-sismicité est, à notre connaissance unique, en particulier, la détermination du tenseur de diffusivité, qui est une avancée considérable par rapport aux autres méthodes. Nous souhaitons
étendre cette approche dans différents contextes afin de bien valider la méthode. Trois cibles seront étudiées : (i) les sites géothermiques de Fenton Hill (USA) en coll. avec le groupe de Los Alamos (M. C. Fehler, C.F. Pearson) et de Higashi-Hachimantai (Japan, Pr. Niitsuma H., Univ. Tohoku); (ii) les réservoirs d'hydrocarbures (en coll. TOTAL et Chevron); (iii) la croûte terrestre à partir de l'étude de la micro-sismicité observée lors des tremblements de terre (en coll. Univ. Strasbourg Pr. Cara).
CIRCULATION DES FLUIDES À L'ÉCHELLE CRUSTALE
Il s'agit ici de prendre du champ par rapport aux drains majeurs de la circulation (qui sont souvent les sites privilégiés des minéralisations hydrothermales) et d'appréhender les circulations fluides dans leur globalité. Cette démarche a été largement engagée dans la période précédente, mais il faut maintenant la généraliser, ce qui permettra, en particulier, de saisir les processus métallogéniques de nature hydrothermale dans leur entièreté, de la source des métaux et des fluides jusqu'au piège, selon le modèle des «systèmes pétroliers». Dans cet esprit, nous nous proposons d'aborder les systèmes fluides crustaux sous trois aspects
MODALITÉS DE LA CIRCULATION Plusieurs chantiers, déjà ouverts ou d'ouverture
imminente, sont particulièrement propices à l'étude des circulations fluides à grande échelle, dans la croûte continentale et dans la croûte océanique.
Dans la croûte continentale :
- le chantier «Limousin» du projet Métallogénie 3D du Massif Central français (programme GéoFrance 3D) permet d'aborder à la fois la 53
modélisation géométrique des structures géologiques (GOCAD) et la caractérisation des circulations fluides. En collaboration avec le CREGU (M. Cathelineau), deux thèses vont étudier les circulations fluides régionales. La thèse de M. Souhassou, centrée sur la faille d' Argentat, va tester le modèle d'un apport des fluides minéralisateurs via cette faille, avec un transfert horizontal dans un aquifère qui serait la Nappe des Gneiss Inférieurs et un drainage final dans les structures minéralisées (Lauriéras-Boumeix). La thèse de J. Vallance aura pour objectif d'examiner les caractéristiques des circulations fluides à la fin du cycle varisque (transition métamorphique-météorique, ou mésothermale-épithermale; parts respectives des fluides magmatiques et métamorphiques).
- Remaniement des grands amas sulfurés sud- ibériques (Tharsis, La Zarza). Les premières études de ces amas sulfurés montrent de fortes remobilisations des métaux de base, vraisemblablement associées au dépôt de l'or pendant le tectono-métamorphisme hercynien. L'enjeu du projet est de caractériser les conditions P-T-X de cette remobilisation et de les mettre en relations avec celles des fluides métamorphiques régionaux. (Thèse de B. Diagana, coll. M. Cathelineau, CREGU , GDR Métallogénie ).
- Faille du Fleuve
Rouge (Vietnam)
Les minéralisations à or, U-Th-T.R. et rubis associées spatialement à la zone de cisaillement du Fleuve Rouge sont probablement d'excellents marqueurs de l'évolution géodynamique et géochimique de cet accident. Le programme de recherche visera à intégrer dans le temps et dans l'espace, la cinématique de fonctionnement de la zone de cisaillement à la circulation des fluides et à leur interaction avec les encaissants. L'intégration de ces données nous permettra de proposer un modèle métallogénique global associé au
fonctionnement de la zone de cisaillement au cours du Tertiaire. Les métallotectes structuraux, pétrologiques et géochimiques pourront servir de guide à la prospection aux échelles tactique et stratégique.
- caractérisation hydrologique du site de stockage Est.
Dans le cadre du projet d'implantation d'un laboratoire souterrain, nous avons entrepris de caractériser les circulations hydrologiques dans l'est du Bassin Parisien. La détermination des signatures isotopiques des gaz rares va permettre de définir l'origine des fluides, leurs temps de résidence dans les aquifères et les paléotempératures de recharge des eaux. Complétées par la détermination expérimentale des vitesses de migration des gaz tels que He dans les roches encaissantes, ces données permettront de contraindre un modèle régional d'écoulement des fluides souterrains. (Thèse Sarah Dewonck, ANDRA).
- zones
sismiques actives
L'étude de la signature isotopique des gaz rares dissous dans les fluides hydrothermaux des zones sismiques actives du bassin méditerranéen va nous permettre d'étudier (1) la réponse et (2) le rééquilibrage du système hydrologique à la suite de tremblements de terre majeurs.
Dans la croûte océanique :
Une approche géochimique globale (le cycle du lithium dans le système océan-croûte océanique) fait l'objet de la thèse de Sylvie Decitre. Cumulant l'intérêt d'être un élément trace et un traceur isotopique, le Li devrait être un bon traceur des interactions eau-roche en milieu océanique, vu l'écart de composition isotopique entre l'eau de mer et le manteau. Une cible privilégiée sera la ride ouest-indienne, échantillonnée en août 1997 par la campagne océanographique EDUL.
AGE ET DURÉE DES GIRCULATIONS FLUIDES II s'agit là d'un thème émergent, dont
l'importance est cruciale pour la compréhension des systèmes hydrothermaux et leur modélisation. Il sera abordé sous deux aspects :
- détermination des temps de résidence et de transferts
L'hélium est particulièrement intéressant pour
étudier les transferts de fluide dans la croûte continentale. Les contrastes isotopiques démontrent la participation des différents réservoirs dans les fluides crustaux. D'autre part, la libération de 4He (produit par décroissance radioactive de U et Th) dans les fluides, et notamment dans les eaux des aquifères, permet d'estimer leur temps de résidence
dans les différents réservoirs crustaux, et ceci avec une gamme d'âges potentiels bien plus large que celle proposée par les autres chronomètres
Cette approche est en cours dans le Bassin de Paris. L'aquifère relativement superficiel de l'Albien est notre cible principale, pour déterminer les temps de résidence des eaux et les paléo- températures de recharge pour les derniers 40 000 ans.
- Datation des circulations hydrothermales La datation des paléo-circulations hydrothermales et des minéralisations qui leur sont associées est souvent impossible ou peu satisfaisante. L'utilisation de la sonde ionique à haute résolution va nous permettre de développer des datations ponctuelles par les méthodes U-Pb ou Rb-Sr, sur de nombreux minéraux accessoires.
Le savoir faire acquis sur l'IMS 1270 pour les datations U-Pb sur zircons permettra le développement des datations U-Th-Pb sur d'autres minéraux, en traces ou abondants, dans les
minéralisations hydrothermales ou magmatiques (uraninite, pechblende, sphène, apatite, monazite, épidote, rutile, scheelite, cassitérite, ...). ).
La mesure isotopique du Sr par sonde ionique est rendue difficile par la présence de nombreuses interférences isobariques (Rb, Ca2, CaMgO, Fe02, Si03, Mn02, ...). Les caractéristiques de l'IMS 1270 permettent de séparer toutes les interférences isobariques à l'exception du Rb, en conservant une transmission élevée. Ceci rend possible la mesure isotopique du Sr dans les minéraux à rapport Rb/ Sr faible et la datation Rb-Sr des minéraux riches en Rb. Les applications sont le traçage isotopique des sources des paléo-circulations de fluides dans les bassins sédimentaires, et la datation de systèmes hydrothermaux par l'analyse de minéraux néoformés tels que les phyllosilicates. Dans ce dernier cas, la précision espérée dans un premier temps est d'environ ± 10 Ma, ce qui représente un premier pas important. Ce projet est financé par le GDR ForPro, en coopération avec Michel Cathelineau (CREGU).
SOURCE DES MÉTAUX Us'agit ici de déterminer quelles sont les zones
sources des éléments métalliques concentrés dans les circulations fluides, les modalités de leur formation et les processus d'extraction : l'équivalent du complexe maturation de la roche- mère/migration primaire dans les systèmes pétroliers. A la traditionnelle approche indirecte, que nous nous proposons d'approfondir, sera jointe une approche directe, autorisée par les méthodes modernes d'analyse ponctuelle des éléments en trace.
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l'approche indirecte consiste en l'utilisation de traceurs à partir des études de gisements : les traceurs isotopiques seront privilégiés (Pb, Sr, S), essentiellement à travers une approche ponctuelle,
avec les sondes ioniques. Parmi les chantiers envisagés, le chantier «Limousin» est particulièrement propice (thèse de P. Alexandrov).
- l'approche directe vise à identifier les supports des métaux dans les sources potentielles et à suivre le comportement de ces métaux au travers des vicissitudes subies par ces porteurs au cours de l'histoire géologique. Cette approche novatrice sera testée dans deux situations :
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comportement du tungstène en contexte métamorphique et magmatique (S du Massif Central français)
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comportement du Zn dans les aquifères carbonatés (problème de la source des gisements MVT).
MODÈLES GÉNÉTIQUES Les données acquises par les approches
précédentes seront mobilisées pour aboutir à des modèles métallogéniques intégrés, sur le modèle des «systèmes pétroliers» (roche-mère = source-�maturation -�
migration primaire = extraction -� migration secondaire = transport -�piège). Ces modèles seront d'abord conceptuels, avant d'être soumis aux tests de la modélisation/simulation numérique.