3-D modelling of salt and heat transport during the 248 m.y. evolution of the Paris basin: : diagenetic implications

• Autores: Julio Gonçalvès, Sophie Violette, Cécile Robin
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 174, Nº. 5, 2003, págs. 429-439
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Modélisation 3D des transports de sel et de chaleur au cours des 248 Ma d'évolution du bassin de Paris: implications diagénétiques
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• Resumen
  • English

    A 3-D model of the Paris basin was constructed to reconstitute its 248 m.y. geologic history from the Trias to the present. The model is based on detailed stratigraphic and lithographic data from about 1,100 petroleum drillings. Its scale is regional and it covers a surface area of 700,000 km2, which exceeds the present extent of the basin in order to allow the paleogeographic evolution of the European plate to be taken into account. The geological history is simulated with the numerical model NEWBAS from the Ecole des Mines de Paris.

    The model simulates sedimentation, erosion, compaction, fluid flow and processes of solute and heat transport. The objective of this article is to demonstrate the value of this type of modelling for estimating and quantifying the role of fluid circulation in geological processes. Studies of diagenetic cements in the Dogger and Keuper aquifers in the Paris basin have often led their authors to consider the involvement of regional fluid circulation. These studies provide estimates of paleotemperature and paleosalinity which impose constraints on the modelling but the latter may, in turn, contribute to date the events and estimate the relevant processes. By reconstructing heat and salt transport, as proposed in this article, it is therefore possible to define the influence of hydrodynamics on these processes. The history of heat and salt in the basin is shown at various stages on a representative NW-SE cross-section of a present-day flow line which is also valid for Tertiary times. We demonstrate that the role of hydrodynamics may be predominant for salt transport by gravity-driven flow, which explains the salinity increase in the Keuper aquifer and the role of the Bray fault in the salinisation of the Dogger. Although the heat transport is dominated by the conductive component, it is also influenced by the hydrodynamics with a possible convective cooling effect when the head in the aquifers increased at the end of the Tertiary erosion period. This may partly explain the higher temperatures, deduced from fluid inclusions in the Keuper, at the end of the chalk deposition as compared to present ones. According to our simulations, the early Tertiary is the period most compatible with the diagenetic observations for thermal (maximum burial and convective cooling effect) and chemical reasons (topography allowing migration of brines in the Keuper and the Dogger)

  • français

    Un modèle de bassin 3D a été développé sur le bassin de Paris, reconstituant ses 248 Ma d'histoire géologique depuis le Trias jusqu'à l'actuel. Cette modélisation s'appuie sur une base de données stratigraphique et litholo-gique détaillée constituée d'environ 1100 forages pétroliers. Ce modèle, d'échelle régionale, couvre un domaine de 700 000 km2, plus vaste que l'extension actuelle du bassin, afin de prendre en compte l'évolution paléogéographique de la plaque européenne. Cette histoire géologique est simulée à l'aide du modèle numérique NEWBAS de l'Ecole des Mines de Paris.

    Le modèle simule la sédimentation, l'érosion, la compaction, les écoulements de fluides et les processus de transport de solutés et de chaleur. L'objet du présent article est de montrer l'intérêt d'une telle modélisation pour l'estimation et la quantification de l'importance des circulations de fluides dans les processus géologiques. Les études sur les ci-ments diagénétiques des réservoirs Dogger et Keuper du bassin de Paris ont souvent conduit leurs auteurs à invoquer des circulations de fluides régionales. Ces études, qui fournissent des estimations de paléotempératures et de paléosalinités, apportent des contraintes à la modélisation, mais en retour la modélisation peut apporter un calage dans le temps de ces événements et une estimation des processus pertinents. La reconstitution des transports de chaleur et de sel proposée dans cet article permet ainsi de cerner l'influence de l'hydrodynamique sur ces processus. L'histoire thermique et saline du bassin est présentée à différentes étapes sur une coupe NW-SE représentative d'une ligne d'écoulement actuelle également valable au cours du Tertiaire. On montre l'importance de la paléotopographie pour expliquer les fortes salinités dans les réservoirs et le rôle de la faille de Bray pour l'évolution de la salinité dans le Dogger. Le basculement et l'érosion de la base tertiaire crée un écoulement gravitaire qui se substitue au régime d'écoulement en compaction, permettant ainsi la migration de saumures depuis la formation salifère à l'est du bassin vers les réservoirs du Keuper à l'ouest. La recharge des aquifères aux affleurements et la mise en charge des systèmes permet une migration ascendante des eaux salées depuis le Keuper vers le Dogger en considérant une perméabilité plus importante au niveau de la faille de Bray. Bien que dominé par la composante conductive, le transport de chaleur est également influencé par l'hydrodynamique avec un effet de refroidissement convectif possible lors de la mise en charge des aquifères à la fin de l'érosion tertiaire, pouvant expliquer une partie de l'excès de température déduit des inclusions fluides du Keuper entre l'état thermique à la fin du dépôt de la craie et l'actuel. D'après nos simulations, la base du Tertiaire est la période la plus compatible avec les observations diagénétiques, pour des raisons thermiques (maximum d'enfouissement et effet de re-froidissement convectif) et chimique (topographie favorable aux migrations de saumures dans le Keuper et le Dogger).