Physical properties of fault zones within a granite body: Example of the Soultz-sous-Forêts geothermal site

In EGS projects, fault zones are considered as the structures controlling deep flow at the reservoir scale. Using a large set of petrophysical properties (porosity, density, permeability, thermal conductivity [TC]) measured on cores collected along the EPS-1 borehole, a model of fault zone is proposed to describe them. A fault zone is a complex structure, showing different parts with different kinds of deformations and/or materials that could explain chemical and physical processes observed during fluid-rock interactions. The different parts composing the fault zone are: (1) the fault core or gauge zone; (2) the damage zone; (3) and the protolith. They are usually heterogeneous and show different physical properties. The damage zone is a potential high permeability channel and could become the main pathway for fluids if secondary minerals seal the fault core. Porosity is the lowest within the protolith, between 0.5 and 1%, but can go up to 15% in the fault zone. Permeability ranges from 10−20 m2 in the fresh granite to, at least, 10−15 m2 in the fault core, and TC ranges from 2.5 W K−1m−1 to 3.7 W K−1m−1. Finally, variations in specific surface are set over two orders of magnitude. If the lowest values usually characterize the fresh granite far from fault zones, physical properties could show variations spread over their whole respective ranges within these fault zones.

RésuméDes mesures de propriétés physiques (porosité, densité, perméabilité, conductivité thermique) réalisées sur des échantillons du forage EPS 1 de Soultz-sous-Forêts nous ont permis de proposer un modèle de zone de faille et de distribution des propriétés physiques associées, qui permet d’expliquer la répartition des réactions physicochimiques associées aux interactions eaux-roches. La zone endommagée présente un fort potentiel de transfert qui peut prendre le relais de la zone de gouge, lorsque celle-ci est colmatée par les précipitations secondaires. La porosité est faible en dehors des zones de failles, elle varie entre 0,5 et 1 %, alors que dans les zones de failles, elle peut atteindre 15 %. La perméabilité varie de 10−20 m2 dans les zones où le granite n’est que peu ou pas altéré à 10−15 m2 dans les zones de failles. La conductivité thermique varie de 2,5 W K−1m−1 à 3,7 W K−1m−1, alors que la surface spécifique varie sur deux ordres de grandeur. Si les faibles valeurs de propriétés physiques sont mesurées loin des zones de failles, dans celles-ci, les valeurs des propriétés physiques montrent toutes les gammes de variation.