Remobilisation of deep Na-Cl waters by a regional flow system in the Alps: Case study of Saint-Gervais-les-Bains (France)

The hydrothermal system of Saint-Gervais-les-Bains, France is located in a south western low-elevation point of the Aiguilles Rouges crystalline Massif. The crystalline rocks are not directly outcropping in the studied area but certainly exist beyond 300 m depth. Uprising waters are pumped from two different aquifers below the Quaternary deposits of the Bon Nant Valley. In the Lower Trias-Permian aquifer crossed by De Mey boreholes (27–36 °C), the ascending Na-SO4 and high-Cl thermal water from the basement (4.8 g/L) is mostly mixed by a Ca-SO4 and low-Cl cold water circulating in the autochthonous cover of the Aiguilles Rouges Basement. The origin of the saline thermal water probably results from infiltration and circulation in the basement until it reaches deep thrust faults with leaching of residual brines or fluid inclusions at depth (Cl/Br molar ratio lower than 655). The dissolution of Triassic halite (Cl/Br > 1000) is not possible at Saint-Gervais-les-Bains because the Triassic cold waters have a low-Cl concentration (< 20 mg/L). Water–rock interactions occur during the upflow via north–south strike-slip faults in the basement and later on in the autochthonous cover. For the De Mey Est borehole, gypsum dissolution is occurring with cationic exchanges involving Na, as well as low-temperature Mg dissolution from dolomite in the Triassic formations. The aquifer of imbricated structures (Upper-Middle Trias) crossed by the Lépinay well (39 °C) contains thermal waters, which are strongly mixed with a low-Cl water, where gypsum dissolution also occurs. The infiltration area for the thermal end-member is in the range 1700–2100 m, close to the Lavey-les-Bains hydrothermal system corresponding to the Aiguilles Rouges Massif. For the Ca-SO4 and low-Cl end-member, the infiltration area is lower (1100–1300 m) showing circulation from the Mont Joly Massif. The geothermometry method indicates a reservoir temperature of probably up to 65 °C but not exceeding 100 °C.

RésuméLe système hydrothermal de Saint-Gervais-les-Bains, France est localisé au niveau du point bas du massif cristallin des Aiguilles Rouges, côté sud-ouest. Le socle n’affleure pas directement sur la zone étudiée, mais est certainement présent au-delà de 300 m de profondeur. Les eaux thermales ascendantes sont pompées dans deux différents aquifères, sous les dépôts quaternaires de la vallée du Bon Nant. Dans l’aquifère du Permien-Trias inférieur traversé par les forages De Mey (27–36 °C), une eau thermale ascendante Na-SO4 riche en Cl issue du socle cristallin (4,8 g/L) est essentiellement diluée par une eau froide Ca-SO4, pauvre en chlorure, circulant dans la couverture autochtone du socle des Aiguilles Rouges. Cette eau thermale saline se serait infiltrée dans les Aiguilles Rouges et circulerait en profondeur jusqu’aux plans de chevauchement, avec le lessivage de saumures résiduelles d’inclusions fluides (rapport molaire Cl/Br inférieur à 655). La dissolution de la halite triasique (Cl/Br > 1000) n’est pas possible à Saint-Gervais-les-Bains, car les eaux froides ont des teneurs faibles en chlorure (< 20 mg/L). Des interactions eau–roche se produisent durant la remontée via des décrochements nord–sud affectant le socle et sa couverture sédimentaire. Pour le forage De Mey Est, la dissolution du gypse se produit avec des échanges cationiques produisant du Na et la dissolution de Mg à basse température, depuis la dolomie triasique se produit également. L’aquifère des écailles du Trias moyen et supérieur, traversé par le forage Lépinay (39 °C), contient des eaux thermales fortement mélangées avec des eaux pauvres en chlorure et la dissolution du gypse se produit également. La zone d’infiltration du pôle thermal est située vers 1700–2100 m d’altitude, altitude équivalente pour le système hydrothermal de Lavey-les-Bains correspondant au massif des Aiguilles Rouges. Pour le pôle Ca-SO4 pauvre en chlorure, la zone d’infiltration est plus basse (1100–1300 m), montrant des circulations depuis le massif du Mont Joly. L’application des géothermomètres indique une température du réservoir probablement supérieure à 65 °C, mais n’excédant pas 100 °C.