No description available.

Störungszonen in den karbonatischen Wechselfolgen des Muschelkalks (Mittlere Trias) sind potenzielle Ziele für hydrothermale Projekte im Oberrheingraben (ORG). Es wurden verschiedene Methoden miteinander kombiniert, um die Permeabilitäts-Strukturen solcher Störungszonen, deren Spannungszustände und lokale Spannungsfelder abzuschätzen. Diese Arbeit kann damit zur Exploration von störungsgebundenen Muschelkalk-Reservoiren im ORG beitragen. Sie vergleicht diese mit einem bereits erfolgreich getesteten (störungsgebundenen) hydrothermalen Reservoir, den Sandsteinen des Buntsandsteins. Um für den Muschelkalk die Charakteristika von Störungszonen zu definieren und die zugehörige Permeabilitätsstruktur abzuschätzen, wurden verschiedene Störungszonentypen (z.B. Abschiebungen, invertierte Störungszonen, Schrägabschiebung) mit unterschiedlichen Maßstäben (Versatz: mittel-skalig 1-10 m, groß-skalig >10 m) detailliert untersucht. Eine Aufschlussanalogstudie zu einer groß-skaligen Störungszone (Schrägabschiebung) in dickbankigen Sandsteinen (Buntsandstein, Untere Trias) wurde zum Vergleich herangezogen. Der besondere Schwerpunkt lag jeweils auf der Charakterisierung von Bruchzone und Störungskern sowie des assoziierten Bruchsystems (Bruchdichte, Öffnungsweitenverteilung, Vernetzungsgrad, vertikale Ausdehnung). Die Daten zeigen, dass Bruchsysteme in eher homogenen Einheiten einen positiven Effekt auf die Reservoir-Permeabilität haben. Sie bieten, vor allem in der Nähe des Störungskerns, potenzielle Fließwege auch über mehrere Schichten und zeigen eine starke Vernetzung zwischen vergleichsweise kurzen Brüchen. Im Gegensatz dazu scheinen störungsgebundene Bruchsysteme in Einheiten mit einer starken mechanischen Schichtung einen geringeren Einfluss auf die Reservoirpermeabilität zu haben. Störungskerne zeigen stellenweise eine signifikante Komplexität, da sie vor allem abdichtende aber stellenweise auch durchlässige Strukturen aufweisen. Groß-skalige Störungszonen (im Reservoir-Maßstab) lassen sich für beide potenzielle Reservoirhorizonte am besten als kombinierte Barriere-Leiter-Systeme beschreiben. Diese Barriere-Leiter-Systeme zeichnen sich durch ein potenziell hydraulisch durchlässiges Bruchsystem in der Bruchzone (und im Buntsandstein zusätzlich in der Übergangszone) sowie einen schwach durchlässigen bis abdichtenden Störungskern aus. Um die Kenntnisse zum lokalen Spannungsfeld in Störungszonen im geschichteten Muschelkalk (Reservoirtiefe: 2.900 m) zu verbessern, wurden mit der Finite-Elemente-Software COMSOL Multiphysics® numerische 3D-Modelle erstellt. Es wurden deutliche Unterschiede des lokalen Spannungsfelds in Abhängigkeit von (1) der Orientierung, (2) dem Einfluss der maximalen Horizontalspannung SH im Spannungsregime, (3) Störungszonen-Maßstab und (4) den Kontrasten der mechanischen Eigenschaften festgestellt. In Spannungsregimen mit starker horizontaler Kompression wurde für Spannungsmagnituden und Versatz eine deutliche Abhängigkeit von der Orientierung der Störungszone festgestellt. Vor allem groß-skalige Störungszonen mit einem 30°-Winkel zu SH scheinen einen SH-induzierten Horizontalversatz innerhalb weicher Störungszoneneinheiten zu begünstigen; in dieser wurden die höchsten Versatzbeträge festgestellt. Die typische Abnahme von Spannungsmagnituden in weicheren Störungszoneneinheiten verringert sich in Richtung von Störungszonen, die senkrecht zu SH streichen. Der Einfluss der mechanischen Schichtung steigt mit zunehmender horizontaler Kompression, was zu einem vertikal heterogenen Spannungsfeld führt. Um Annahmen zu einer möglichen hydraulischen Aktivität einer Störungszone zu treffen, werden für die untersuchten Störungszonen analytische Abschätzungen zu Bewegungs- und Dehnungstendenzen unter Reservoir-Bedingungen präsentiert. Die Ergebnisse zeigen unterschiedliche Spannungszustände der analysierten Störungszonen, die auf das rezente Übergangsregime sowie unterschiedliche Orientierungen der maximalen Horizontalspannungen SH zurückzuführen sind. In dieser Arbeit präsentierte Ergebnisse von Aufschlussanalogstudien helfen dabei, fundierte Annahmen zur Permeabilitätsstruktur von Störungszonen zu treffen und damit vielversprechende Bohrziele im ORG zu definieren. In diesem Zusammenhang konnten sedimentäre Wechselfolgen identifiziert werden, die als potenzielle geothermische Reservoire ausgeschlossen werden können. Die Ergebnisse der numerischen 3D-Modellierungen können dazu beitragen, möglicherweise nötige Stimulationsmaßnahmen im Muschelkalk Reservoir optimal auszulegen. Darüber hinaus bieten die Ergebnisse die Möglichkeit, Einblick in potenzielle Probleme während der Bohrungsherstellung in Muschelkalk-Reservoiren zu bekommen, wie zum Beispiel die Wahrscheinlichkeit eines vertikal heterogenen Spannungsfeldes.

Le Buntsandstein, localisé dans le graben du Rhin supérieur, apparait comme une cible intéressante pour la géothermie, associant une formation argilo-gréseuse à l’anomalie thermique régionale. Cette étude vise à caractériser les propriétés pétrophysiques de ces grès ainsi que la fracturation les affectant, dans le but de fournir un modèle conceptuel de la formation qui servira de guide pour son exploitation futur. Les faciès sédimentaires sont composés par cinq faciès pétrographiques (grès propres, grès à enrobage argileux, grès à matrice argileuse, grès silicifiés et grès à ciment carbonaté), qui se répartissent dans des proportions variables et contrôlent une partie des propriétés pétrophysiques mesurées à l’échelle matricielle. La comparaison des données pétrophysiques, des données macroscopiques issues d’une analyse de gradients de température, des données de modélisation et de la fracturation permet de construire un modèle de circulation dans le réservoir. Ces analyses mettent en avant le rôle de la zone endommagée des zones de faille pour le transfert de fluides à grande échelle, mais aussi celui de deux faciès sédimentaires : les grès déposés dans un environnement de Playa Lake et fluvio-éolien. L’analyse de différents affleurements montre que la fracturation évolue en fonction de la situation dans la pile sédimentaire et en fonction de la situation par rapport aux accidents tectoniques majeures. / The Buntsandstein, located in the Upper Rhine Graben, appears to be an easy target forgeothermal exploitation, linking sandstone and clay with the regional thermal anomaly. This study aims at characterizing petrophysical characteristics of these sandstones as well as the fracturation affecting them, with the intention of providing a conceptual model of the formation which will act as guide for future exploitation. The sedimentary facies are composed by five petrographical facies (clean sandstones, sandstones with clayed coating, clay matrix sandstones, silicified sandstones and carbonated matrix sandstones) which split with variable proportions and control a part of petrophysical properties measured at matrix scale. The comparison between petrophysical data, macroscopic data from temperature gradient analysis, modelling data and fracturing, allows the building of a Buntsandstein Sandstones fluids circulation conceptual model. This analysis points the role of the damage zone of fault zones for fluids transfer at large scale, but also that of two sedimentary facies: marginal erg and Playa Lake. The analysis of different outcrops shows that the fracturation evolves according to the situation in the sedimentary pile and according to the situation in comparison with major tectonic accidents.

La connaissance des réseaux de fractures est essentielle pour comprendre la circulation des fluides dans un réservoir. Cette thèse s’appuie sur la reconnaissance du réseau de fractures naturelles qui chenalisent les circulations à l’échelle des deux forages profonds GRT-1 et GRT-2 de Rittershoffen (Alsace, France) qui ont recoupé les sédiments gréseux triasiques et le socle granitique altéré dans le cadre d’un projet industriel de géothermie. L’étude structurale de ce réseau de fractures a été réalisée à partir d’imageries de paroi acoustiques corrélées à des diagraphies géophysiques standard tandis que l’étude pétro-minéralogique se base sur les échantillons de cuttings. Les zones de fractures perméables des puits de Rittershoffen montrent une organisation asymétrique de la perméabilité. Des fractures ouvertes à l’échelle du puits semblent agir comme des drains perméables entourés de halos d’altération hydrothermale. Ces zones de fractures sont associées à des perturbations locales du profil de température dans le puits. La présence de minéraux illitiques hétérogènes pourrait être un indicateur pour prospecter les zones de circulations actuelles et passées à l’échelle des puits. Cette étude géologique permet d’évoluer vers un modèle de forage hydrothermal possédant des connexions favorables avec le réservoir sans avoir recours à des opérations de stimulation. / The knowledge of the fracture network is a key challenge to understand the fluid circulation through a reservoir. The aim of this PhD project is to investigate the natural fracture network that channelized the hydrothermal circulations into two deep wells GRT-1 and GRT-2 at Rittershoffen (Alsace, France) that intersect Triassic sandstones and altered granitic basement in the framework of an industrial geothermal project. The structural study of the fracture network was based on acoustic image logs correlated with standard geophysical logs, whereas the mineralogical study was based on cutting samples. Permeable fracture zones of wells at Rittershoffen present an asymmetrical organization of permeability. Open fractures at the borehole scale act as fluid pathways surrounded by halos of hydrothermal alteration. These fracture zones are associated with local thermal anomalies in the temperature profiles at the borehole scale. Occurrences of heterogeneous illitic minerals could be a good indicator to prospect zones of actual and past circulations at the borehole scale.

No description available.

Le Fossé rhénan bénéficie de circulations naturelles d’eau géothermale, ce qui le rend propice à l’exploitation géothermique. Comment et où les fluides géothermaux circulent-ils ? Quels liens ont-ils avec la tectonique et la sismicité induite ? La géodésie spatiale pourrait-elle apporter de nouveaux éclairages à ces questionnements ? L’objectif de cette thèse est la réalisation d’un suivi géodésique des sites géothermiques de Soultz-sous-Forêts et de Rittershoffen (Alsace, France). Les observations permettent de faire un état des lieux des déplacements de surface des environs des sites pendant leur mise en place et apportent de nouvelles connaissances à l’échelle locale sur le Fossé rhénan supérieur. Les résultats majeurs concernent l’analyse des déformations observées à Landau (Rhénanie-Palatinat, Allemagne). Cette approche illustre également les complémentarités des méthodes géodésiques utilisées (InSAR, GNSS, nivellement). / The Upper Rhine Graben benefits of natural circulation of geothermal fluid, which makes it suitable for geothermal exploitation. How and where do geothermal fluids circulate? What are their links with induced seismicity and tectonics? Could geodesy provide new insigth to these questions ? The objective of this thesis is the realization of a geodetic monitoring at Soultz and Rittershoffen (Alsace, France) geothermal sites. The results are an inventory of nearby sites surface displacements during the implementation of the geothermal sites. They bring new knowledge locally on the Upper Rhine Graben. The main results are the analysis of deformations observed in Landau (Palatinat, Germany). This approach also reflects the complementarities of geodetic methods (InSAR, GNSS, levelling).

Depuis la mise en place en 2010, d’une nouvelle tarification française sur le tarif de l’énergie géothermique, l’Alsace est la région de France la plus dynamique quant à la réalisation de forages géothermiques profonds à haute température (>150°C). Ainsi, l’approche géologique, qui a été primordiale pour les forages de Rittershoffen, le sera encore davantage pour les projets à venir compte tenu de la méconnaissance géologique de certaines zones profondes du bassin rhénan. Cette étude propose d’appréhender la compréhension de l’architecture stratigraphique et séquentielle des formations de la couverture sédimentaire rhénane. 15 puits profonds ont été réinterprétés et corrélés à travers l’ensemble du bassin, permettant l’élaboration d’une colonne stratigraphique complète incluant le sommet et la base de chaque formation. Ces réinterprétations ont également mis en lumière le signal caractéristique de la diagraphie gamma-ray (GR) de chacune des formations de la colonne stratigraphique rhénane. De plus, la caractérisation lithostratigraphique du passage entre le socle et la couverture sédimentaire a fait l’objet d’un axe important de recherche. / Since the introduction of a new French pricing system for geothermal energy in 2010, Alsace has been the most dynamic region in France for deep geothermal drilling at high temperatures (>150°C). Thus, the geological approach, which has been essential for the Rittershoffen boreholes, will be even more for future projects given the lack of geological knowledge of some deep parts of the URG. This study aims at understanding the stratigraphic and sequential architecture of the formations of the URG sedimentary cover. 15 deep wells were reinterpreted and correlated throughout the basin, allowing the development of a complete stratigraphic column including the top and base of each formation. These reinterpretations also highlighted the characteristic gamma-ray signal (GR) of each of the formations in the URG stratigraphic column. In addition, the lithostratigraphic characterization of the transition between the basement and the sedimentary cover was the subject of an important research focus.