Données / processus en géomécanique : Inférence de l'évolution de la perméabilité à l'échelle du laboratoire

Inferring permeability enhancement during fault slip reactivation in the laboratory

• Auteur / Autrice : Inès Ben khaled
• Direction : Pierre Dublanchet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences et géoingénierie
• Date : Inscription en doctorat le 17/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Géophysique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation hydromécanique

Inversion bayesienne

Réactivation de faille induite par l'injection de fluide

Expérience en laboratoire

Perméabilité de faille

Inversion déterministe

Hydromechanical modeling

Bayesian inversion

Fluid induced fault reactivation

Laboratory experiment

Fault permeability

Deterministic inversion

Résumé

Les tremblements de terre induits dans le cadre de l'exploitation géothermique sont généralement interprétés comme la réactivation d'un glissement rapide sur les fractures critiques préexistantes, causées par des changements de contrainte thermo-poro-élastique. Ces séquences de tremblement de terre sont aujourd'hui largement incontrôlées essentiellement parce que la physique derrière la réactivation du glissement le long de la faille est mal comprise. Des expériences et des modèles récents ont montré que le mode de réactivation par glissement est très sensible à la façon dont les fluides se diffusent dans les failles, qui est principalement contrôlé par la perméabilité des failles. Pour mieux comprendre et contrôler la réactivation de la fracture induite par le fluide, il est donc important de mieux contraindre la façon dont la perméabilité de la faille dépend des variations de déformation et de contrainte. L'objectif de ce projet de doctorat est de déduire l'évolution de la perméabilité des failles lors d'expériences d'injection effectuées sur un échantillon de roche à l'échelle centimetrique coupée en scie chargé dans une presse triaxiale. Les expériences ont été réalisées par F.X. Passelègue et des collaborateurs des laboratoires de mécanique de roche de l'EPFL et de la GéoAzur. Les mesures de glissement, de déformation et de pression des pores qui en résulteront seront confrontées aux prédictions de différents modèles thermo-hydromécaniques de faille afin de limiter les changements de perméabilité. Pour cela, nous utiliserons à la fois des approches d'inversion déterministe et bayésienne, déjà développées dans le groupe géophysique. Ce projet fournira non seulement une meilleure compréhension de ce qui contrôle la réactivation du glissement de la faille, mais permettra également de mieux quantifier l'amélioration de la perméabilité associée aux dommages et à la sismique dans les réservoirs. Les lois sur la perméabilité dérivées de l'analyse d'expériences de laboratoire seront également confrontées au développement d'essaims de tremblement de terre entraînés par des fluides naturels dans le rift de Corinthe. La migration sismique pourrait être considérée comme un indicateur de la diffusivité des failles, qui s'est avérée évoluer pendant ces essaims, en particulier en raison du glissement à sismique. Cela permet d'estimer dans quelle mesure l'évolution de la perméabilité à l'échelle du laboratoire pourrait être appliquée à l'échelle kilométrique des systèmes de faille naturels.

Earthquakes induced in the framework of geothermal exploitation are generally interpreted as the reactivation of rapid slip on preexisting critical fractures, caused by thermo-poro-elastic stress changes. These earthquake sequences are nowadays largely uncontrolled essentially because the physics controlling fault slip reactivation is poorly understood. Recent experiments and models have shown that the mode of slip reactivation is highly sensitive to the way fluids diffuse into the faults, which is primarily controlled by the fault permeability. To achieve a better understanding and control on fluid induced fracture reactivation, it is therefore important to better constrain how fault permeability depends on strain and stress variations. The objective of this PhD project is to infer fault permeability evolution during injection experiments performed on saw-cut centimetric scale rock sample loaded in a tri-axial loading cell. Experiments were performed by F.X. Passelègue and collaborators from EPFL and GéoAzur rock-mechanics laboratories. The resulting slip, strain and pore pressure measurements will be confronted to the predictions of different thermo-hydro-mechanical fault models in order to constrain the permeability changes. For that, we will use both deterministic and bayesian inversion approaches, already developed in the geophysical group. This project will not only provide a better understanding of what controls fault slip reactivation, but will also allow to better quantify the permeability enhancement associated with damage and seismicity in reservoirs. The permeability laws derived from the analysis of laboratory experiments will be also confronted to the development of natural fluid driven earthquake swarms in the Corinth rift. The earthquake migration could be seen as an indicator of fault diffusivity, that has been shown to evolve during these swarms, in particular due to aseismic slip. This allow to estimate how far permeability evolution at the laboratory scale could be applied to the kilometric scale of natural fault systems.