Thermal history and fluid-rock interactions in the eastern Paris Basin
Histoire thermique et interactions fluides-roches dans l'Est du Bassin de Paris
Résumé
In the eastern Paris Basin, the succession of sedimentary rocks with variable hydro-thermo-mechanical properties leads to a compartmentalization of the system. Three aquifer units - the Middle and Upper Jurassic limestones and the Lower Triassic sandstones - are apart from each other by very low-permeable evaporites and clay-rich successions, among which the Callovian-Oxfordian claystones currently investigated by the French national radioactive waste management agency (Andra). This PhD thesis deals with the thermal history reconstruction and the fluid-rock interactions in the Mesozoic series through a multidisciplinary approach. In the first part of the manuscript, the P-T evolution of the Mesozoic series is documented based on thermal indicators (vitrinite reflectance, biomarker isomerization, fluid inclusions) and numerical modeling. In the second part, major and trace element concentrations (including REE) and isotopic compositions (d18O, d13C and 87Sr/86Sr) of authigenic minerals and fluid inclusions were used to estimate the origin of paleo-fluids and their evolution through water-rock interactions. In the Lower Triassic sandstones, K-Ar dating of authigenic illite documents two periods of crystallization at 179.4 ± 0.8 Ma and 149.4 ± 0.3 Ma
A l'Est du Bassin de Paris, la superposition de roches sédimentaires aux propriétés hydrauliques, thermiques et mécaniques contrastées forme un système géologique compartimenté. Les séries aquifères du Jurassique moyen et supérieur et du Trias (faciès Buntsandstein) sont séparées par des niveaux aquitards constitués d'évaporites et d'argiles, parmi lesquelles la succession callovo-oxfordienne épaisse de 150 m, sélectionnée par l'agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (Andra). Retracer l'histoire thermique des séries sédimentaires mésozoïques et lier cette histoire aux processus d'interactions fluides-roches ayant modifié les propriétés pétrophysiques des formations perméables constitue la problématique centrale de ce travail de thèse. Ce mémoire présente, dans une première partie, une synthèse de l'évolution thermique des séries mésozoïques, s'appuyant sur des données géothermométriques (réflectance de la vitrinite, isomérisation des biomarqueurs moléculaires, inclusions fluides) et sur la modélisation numérique du bassin. Dans une seconde partie, les propriétés physico-chimiques des paléo-fluides ayant percolé dans les aquifères carbonatés du Jurassique moyen et supérieur sont recherchées à l'aide des teneurs en éléments traces et de la composition isotopique (d18O, d13C, 87Sr/86Sr) des phases minérales authigènes, couplée aux mesures de chlorinité et des rapports D/H des eaux piégées en inclusions fluides. Dans les grès du Trias, les datations K-Ar de fractions granulométriques riches en illite documentent deux périodes de cristallisation à 179.4 ± 0.8 Ma et 149.4 ± 0.3 Ma, respectivement durant le Lias et à la période fini-Jurassique / début Crétacé
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