Modélisation 3D des transports de sel et de chaleur au cours des 248 Ma d’évolution du bassin de Paris : implications diagénétiques

Un modèle de bassin 3D a été développé sur le bassin de Paris, reconstituant ses 248 Ma d’histoire géologique depuis le Trias jusqu’à l’actuel. Cette modélisation s’appuie sur une base de données stratigraphique et lithologique détaillée constituée d’environ 1100 forages pétroliers. Ce modèle, d’échelle régionale, couvre un domaine de 700 000 km2, plus vaste que l’extension actuelle du bassin, afin de prendre en compte l’évolution paléogéographique de la plaque européenne. Cette histoire géologique est simulée à l’aide du modèle numérique NEWBAS de l’Ecole des Mines de Paris. Le modèle simule la sédimentation, l’érosion, la compaction, les écoulements de fluides et les processus de transport de solutés et de chaleur. L’objet du présent article est de montrer l’intérêt d’une telle modélisation pour l’estimation et la quantification de l’importance des circulations de fluides dans les processus géologiques. Les études sur les ciments diagénétiques des réservoirs Dogger et Keuper du bassin de Paris ont souvent conduit leurs auteurs à invoquer des circulations de fluides régionales. Ces études, qui fournissent des estimations de paléotempératures et de paléosalinités, apportent des contraintes à la modélisation, mais en retour la modélisation peut apporter un calage dans le temps de ces événements et une estimation des processus pertinents. La reconstitution des transports de chaleur et de sel proposée dans cet article permet ainsi de cerner l’influence de l’hydrodynamique sur ces processus. L’histoire thermique et saline du bassin est présentée à différentes étapes sur une coupe NW-SE représentative d’une ligne d’écoulement actuelle également valable au cours du Tertiaire. On montre l’importance de la paléotopographie pour expliquer les fortes salinités dans les réservoirs et le rôle de la faille de Bray pour l’évolution de la salinité dans le Dogger. Le basculement et l’érosion de la base tertiaire crée un écoulement gravitaire qui se substitue au régime d’écoulement en compaction, permettant ainsi la migration de saumures depuis la formation salifère à l’est du bassin vers les réservoirs du Keuper à l’ouest. La recharge des aquifères aux affleurements et la mise en charge des systèmes permet une migration ascendante des eaux salées depuis le Keuper vers le Dogger en considérant une perméabilité plus importante au niveau de la faille de Bray. Bien que dominé par la composante conductive, le transport de chaleur est également influencé par l’hydrodynamique avec un effet de refroidissement convectif possible lors de la mise en charge des aquifères à la fin de l’érosion tertiaire, pouvant expliquer une partie de l’excès de température déduit des inclusions fluides du Keuper entre l’état thermique à la fin du dépôt de la craie et l’actuel. D’après nos simulations, la base du Tertiaire est la période la plus compatible avec les observations diagénétiques, pour des raisons thermiques (maximum d’enfouissement et effet de refroidissement convectif) et chimique (topographie favorable aux migrations de saumures dans le Keuper et le Dogger)

Assessing groundwater dynamics in the multi-layer aquifer of the Lake Chad Basin using 36Cl and 14C data

International audienceLocated in Central Africa, at the fringe between Sahel and Sahara, the Lake Chad Basin (LCB) is an endorheic basin of2,5.106 km2. This sedimentary basin contains a multilayer aquifer system. The Quaternary unconfined aquifer representsthe main water resource in this region: it covers 500 000 km2 and is characterized by the occurrence of poorly understoodpiezometric depressions and flow paths. Two underlying confined aquifers (early Pliocene and Continental Terminal)are artesian but have undergone significant piezometric decline due to extensive abstraction since the 1960's.To identify the origin of the recharge and flow dynamics in this multilayer aquifer, more than one hundred surface andgroundwater samples have been collected. Together with major and stable isotope analyses, measurements of 36Cl have been carried out at CEREGE, on the French 5MV AMS National Facility ASTER. Moreover, 14C activities have been analyzed for 17 samples on the French AMS ARTEMIS.The geochemical and isotopic signatures of the Quaternary aquifer show very large variations. In the southern part of theLCB and near the Chari/Logone Rivers and the Lake Chad, groundwaters are of Ca-Mg-HCO3 type with high 36Cl/Cl ratio(>1000 at/at). This 36Cl/Cl signature is similar to the one of surface waters indicating that these groundwaters are recentand very likely imprinted by the 1950s' bomb pulse.Elsewhere, waters are more concentrated and evolve to NaSO4-Cl type. Their 36Cl/Cl ratio is lower and less variable(around 200.10-15 at/at). The 14C contents for these latter groundwaters are above 50 pmc, suggesting recent orHolocene recharge. A flow pattern and a groundwater recharge scheme for the Quaternary aquifer is proposed based on these geochemical data.In contrast, the confined aquifers have a more homogeneous geochemical and isotopic signature. 14C contents are all below 0.5 pmc and mainly below the detection level, the 36Cl/Cl ratios are under 100.10-15 at/at and stable isotopes showmore depleted waters. This consistently indicates a major episode of recharge of the confined aquifers during a humidperiod older than 50ky

Groundwater flowpaths and residence times inferred by 14 C, 36 Cl and 4 He isotopes in the Continental Intercalaire aquifer (North-Western Africa)

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