Les réservoirs géothermiques vus par la géophysique

Présentation de Jean Schmittbuhl (Eost) aux 3èmes Rencontres Scientifiques et Techniques Résif | 10-12 octobre 2017, St Jean de Monts

Transcript

1. Les réservoirs géothermiques vus par la géophysique Jean Schmittbuhl1 Olivier Lengliné1, Maximilien Lehujeur, Jérôme Vergne, Alessia Maggi, Mohamed Boubacard1, Lucie Lamourette1, Lilas Vivin1, Marie‐Amélie Rico1, Léna Cauchie‐Caruso1, Marc Schaming, Alice Frémand, Thiebaut Mochel1, Marc Grunberg1, Cécile Doubre1, François Cornet1, Nicolas Cuenot2, E. Dalmais2, A. Genter2 1 EOST, Université de Strasbourg/CNRS, Strasbourg, France 2GEIE Exploitation Minière de la Chaleur, Kutzenhausen, France/ ES‐Géothermie, Schiltigheim, France
2. Présentation 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 2 • Les réservoirs géothermiques profonds EGS • Le Labex GP/ quelques résultats / le CDGP • L’imagerie par corrélation du bruit sismique (Rittershoffen) • La sismicité induite (Rittershoffen)
3. Les axes de recherche en géothermie profonde EGS La geothermie profonde EGS en Alsace • Trouver un réservoir de chaleur (150‐200°C) entre 2500 et 5000m • Tirer parti du contexte régional: présence d’un fluide caloporteur naturel impliqué dans une large circulation hydro‐thermale • Identifier les circuits de circulation: faille et/ou améliorer la perméabilité (stimulation) La recherche • Mieux identifier la ressource: la chaleur, le fluide, les failles (exploration) – limiter le risque géologique • Mieux développer l’accès à la ressource: les forages/la connectivité au forage/la stimulation • Améliorer l’exploitation: la durée de vie, la surveillance, la limitation des risques environnementaux et sismologiques • Analyser les processus d’acceptation sociale 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 3
4. Le réservoir géothermique 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 4 [Soultz‐sous‐Forêts, GEIE EMC] Dezayes et al., 2004 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 temperature [°C] true vertical depth [m] Temperature Logs Equilibrium GPK-2 GPK-3 GPK-4 Convection Conduction 100°C/km 35°C/km 10°C/km Rittershoffen Soultz Sédiments Granite
5. Sismique/asismique 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 5 Se di me nts Se di me nts Granite Granite GPK2 GPK1 GPK4 GPK3 Pump Aseismic Seismic Scholz, 1998 EGS reservoirs at the aseismic/seismic transition
6. LabEx G‐eau‐thermie Profonde 90 personnes impliquées Université de Strasbourg CNRS GEIE EMC Soultz‐sous‐Forêts Groupe ES ES‐Géothermie Un projet R&D long terme (8 ans) 2012-2019 Des collaborations renforcées : • BRGM (Division de géothermie) • KIT (Chaire de géothermie) Consortium COGEOS (EOST/ES-G) Consortium LABEX IPGS/LHyGES/UMS 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 6
7. Quelques résultats 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 7 7 924˚ 7 928˚ 7 932˚ 7 936˚ 7 94˚ 48.884˚ 48.888˚ 48.892˚ 48.896˚ 48.9˚ 48.904˚ 0 0.5 km S E N W [Vallier et al] [Lehujeur et al] [Lenginé et al] [Heimlich et al] [Lemarchand et al] 5km 0km Albite ~570 km2 THM Network repetition with CG5 [Hinderer et al] [Abdelfetah et al] [Vidal et al]
8. CDGP – Centre de données en géothermie profonde AUTHENTICATION – ACESS CONTROL CDGP search select data service s Meta ‐data sism o Well data backu p Long‐term archive Remote LTO6 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 8 MANAGE AND DEVELOP GEORCHESTRA SDI INTERNET [Fremand et al] https://cdgp.u‐strasbg.fr cdgp@eost.unistra.fr EPOS IP Anthropogenic Hazards https://tcs.ah‐epos.eu
9. Soultz Rittershoffen Données GEORG (http://www.geopotenziale.org) Beinheim (Société Roquette Frères) La centrale de Rittershoffen (ECOGI) Exploitée par ES 20/03/2017 Lycée Leclerc Saverne 9 ~100 MWth DNA, 8/6/2016
10. Imagerie par corrélation de bruit sismique à l’échelle du réservoir L’expérience EstOf 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 10
11. EstOf experiment EstOf Experiment • 288 Fairfield Nodes (1C – 10 Hz) • Spacing 1.5km – 250 Hz • 30 days during summer 2014 • Deployed in 2 days by 9 teams of 2/3 people
12. Extracting the medium response from Ambient seismic noise Correlation functions (permanent networks, >2 years, 600 station pairs) Correlation functions (EstOf, 30 days, >41200 station pairs ) Correlation lag‐time (s) Inter‐station spacing Average Phase dispersion P R 1 R 0 • Processing • Data selection based on the PSD shape • Spectral whitening • Temporal clipping • Observed phases • Rayleigh waves (modes 0 and 1) • P waves
13. 5 Group‐dispersion diagram (one pair) • Time frequency analysis using the multiple gaussian filtering technique • Automated picking of all local maxima in the dispersion diagram • The database approach gives a good overview of the reliability of the Green’s functions 4s 2s Northern Atlantic Mediterranean Sea Rayleigh wave tomography Period (s) Group velocity (km/s) Pick histogram R0 R1 R0
14. 3s 1s 4s Group dispersion maps 2.5km Rayleigh and S‐wave tomography 1.8km 0km S‐wave velocity model (linearized inversion in each pixel)
15. La sismicité induite Stimulation de GRT1 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 15
16. Sismicité induite à Rittershoffen (GRT1) 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 16 Rittershoffen (< 10 km Soultz) Stimulation of GRT1 (June/July 2013) second crisis ~100h after shut-in (4d) with a larger moment rate 4 days Shut-in Nb events/hour
17. Seismological network 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 17 Maurer et al., 2013 18 surface stations
18. Temporal evolution 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 18 Temporal evolution of seismicty using a template matching technique 682 identified and picked seismic events Kaiser effet No seismicity for injection rate lower than previsously applied 2nd crisis High seismicity level 3.5 days after shut‐in. No earthquake during this interval 557+0+125 1395 detected events with TM 1169+1+225 Injectivity: 0.5‐>2.5l/s/bar [Lengliné et al, 2017] [Baujard et al, 2017]
19. Magnitude 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 19
20. Relocations 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 20 7 924˚ 7 928˚ 7 932˚ 7 936˚ 7 94˚ 48.884˚ 48.888˚ 48.892˚ 48.896˚ 48.9˚ 48.904˚ 0 0.5 km S E N W Seiscomp ‐ realtime Lengliné et al, GJI, 2017
21. Conclusions 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 21 • les réservoirs géothermiques: le cas de Rittershoffen, un réservoir à 2.5km – socle/courverture/faille régionale • le Labex GP/ approche multidisciplinaire/ le CDGP (Centre de données en Géothermie Profonde) • Point détaillé 1: L’imagerie par corrélation de bruit sismique (Rittershoffen) – les premiers modèles 3D (ondes S – ondes P) • Point détaillé 2: La sismicité induite (Rittershoffen) – la microsismicité pour l’identification des structures ‐ l’influence des glissements lents
22. La géothermie profonde en Alsace aujourd’hui 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 22 Soultz 1.8 MWe Rittershoffen 24MWth Soultz-sous-Forêts Rittershoffen Landau Insheim Bruchsal Illkirch Eckbolsheim Port aux Pétroles Mittelhausbergen Basel Bruhl 80 articles depuis sept 2014 (DNA) 7 nouveaux permis HT en Alsace Vendenheim Hurtigheim Soultz II (23/9/16) Rittershoffen (7/6/16) Wissembourg Lauterbourg Cronenbourg
23. Before and after 1993 stimulation 23 F UBI Cornet et al., 1997 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts M~4.2 >> M~1.9 (observed)
24. 24 Bourouis & Bernard, 2007 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts Evidence of repeaters related to aseismic slip 1.5 mm/s
25. 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 25 Noise correlation functions filtered between 1 and 5s, for all vertical‐ vertical channel‐pairs of the network. Sorted by (1) distance and (2) azimuth of the station‐pair (measured at the western station, clockwise from north). Map of the area. The black stars indicate the two deep geothermal sites of Soultz‐sous‐Forêts and Rittershoffen. The colored squares correspond to the stations used in this study
26. Extracting the medium response from Ambient seismic noise Convergence toward the Green’s function ‐ The correlation function is stacked over time to increase the signal to noise ratio. ‐ After several days, the Green’s function emerges from the cross‐ correlation functions Comparison between EstOf and the permanent networks ‐ The correlation of 30 days of noise between EstOf sensors (black) gives similar result as the permanent networks (blue)
27. Failles et contraintes régionales 20/03/2017 Lycée Leclerc Saverne 27 From Valley, 2007 Un chargement mécanique naturel Energie élastique potentielle à bien utiliser EGS T=200°C T=10°C Des failles régionales « les conduits » From Heidbach etal, 2016
28. Fluid induced: pressure induced or not ? 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 28 Pressure diffusion D=0.07m/s2 (D=0.05m/s2 in Soultz, 1993) No pressure diffusion .
29. Template matching 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 29 4 hours 2.5 seconds Lengliné et al, GJI, 2017
30. Stress transfer from aseismic slip (?) 3e RST RESIF ‐ Saint‐Jean‐de‐Monts 30 Coulomb stress perturbation from a 1cm left‐lateral aseismic slip