Interactions between tectonics and hydrothermalism : Implications of the Têt normal fault on hydrothermal circulations and Eastern Pyrénées hot springs distribution.
Interactions entre tectonique et hydrothermalisme : rôle de la faille normale de la Têt sur la circulation hydrothermale et la distribution des sources thermales des Pyrénées Orientales.
Résumé
Non-magmatic hydrothermal systems in mountain ranges are poorly studied compared to extensive ones. They likely involve similar processes than those highlighted for other hydro-geothermal continental systems, however questions remain about : 1) the water origin and the structures responsible for efficient infiltrations, 2) the type of pathways from depth to the hot springs, and the conservation of the draining capacity, 3) the geometry and amplitude of the thermal anomalies and subsequent fluid-rock interactions in the deep transfer zone.In Eastern Pyrénées (France), the alignment of 29 hot springs (29-73°C) along the brittle Têt fault and its related high topography allows studying these processes.The integrative analysis of remote sensing, multi-scale geological field observations and hydrothermal fluid geochemistry, provides strong constraints to establish a realistic 3D numerical model coupling heat transfers with fluid flows. From the infiltration areas to the springs at the surface, we show that :1. The hydrothermal fluids have a meteoric origin and infiltrate at high altitude (>2200 m). Three intersecting fracture sets, resulting from three consecutive tectonic stages, pervasively distribute on the infiltration areas. They probably are efficient structures to transfer fluids through the crust to the hot springs.2. Hot springs are mostly located close to the Têt fault, in its footwall, at the base of the most elevated topography. They always localize in crystalline rocks, at the interface with metasediments, related to unfaulted or faulted contacts by brittle or old ductile faults. Hot spring locations also match with intersections of brittle-fault damage zones.3. Geochemistry of hydrothermal fluids indicates similar rock-water interactions for all the springs, suggesting a transfer zone of similar lithology. There is no mixing with superficial water, suggesting that differences of temperatures between hot springs are related to multiple pathways deriving from a thermal anomaly. In numerical models, flows mainly come from high reliefs in the fault footwall, or circulate along the fault plane. Hot spring temperatures depend on the temperature reached at depth, which depends on the flow depth. Flow distribution in the crust depends on the topography, both of the fault scarp and along the fault. The tops of the topography are infiltration areas, while low elevations are resurgence areas.The understanding of fault and topography-related hydrothermal systems has strong implications for thermalism and for geothermal exploration.
Les systèmes hydrothermaux non-magmatiques en contexte orogénique sont peu étudiés. Les questions qui demeurent sont : 1) quelles sont les structures efficaces pour l'infiltration des fluides météoriques ? 2) quels sont les conduits permettant la remontée des fluides depuis la profondeur jusqu'aux sources, et comment sont-ils entretenus ? 3) quels sont les régimes thermiques, la géométrie et l'amplitude des anomalies thermiques, ainsi que les interactions eau-roche dans la zone profonde ? Dans les Pyrénées Orientales (France), l'alignement de 29 sources hydrothermales (29-73°C) le long de la faille cassante de la Têt et des reliefs associés, permet d'étudier ces processus.L'approche intégrée de l'analyse par télédetection, observations géologiques multi-échelles sur le terrain, et par la géochimie du fluide hydrothermal, permet de contraindre un modèle 3D consistant couplant écoulements et transferts de chaleur. Nos résultats montrent que :1. Les fluides hydrothermaux ont une origine météorique et s'infiltrent en haute altitude (2000 - 2600 m). Les trois familles de fractures associées à trois épisodes tectoniques successifs sont des structures efficaces pouvant assurer les transfers de fluides. L'ouverture de ces fractures (c.-à-d. la perméabilité) dépend de la lithologie.2. Les sources hydrothermales sont principalement localisées dans le mur de la faille, au pieds du large relief formé lors de son déplacement normal (massifs du Canigou, Carança, Puigmal). Elles émergent toujours dans des roches cristallines, à l'interface avec des métasediments. Ce contact peut être normal, ou lié à des failles fragiles ou encore d'anciennes failles ductiles exhumées.3. La géochimie des eaux indique des interactions eau-roche similaires pour toutes les sources, ce qui suggère une zone de transfert aux caractéristiques communes. Les différences de température au sein d'un même groupe de source ne sont pas liées à des mélanges avec des eaux superficielles, suggérant que des conduits secondaires dérivent d'une même anomalie thermique. Dans les modèles numériques, les écoulements proviennent des hauts reliefs essentiellement dans le mur de la faille, ou circulent le long de la faille. Les températures des sources dépendent de la température acquise en profondeur, qui elle même dépend de la profondeur des écoulements. La répartition et la profondeur des écoulements dans la croûte dépend de la topographie, à la fois de l'escarpement et le long de la faille. Les hauts topographiques sont des zones d'infiltration et les bas topographiques des zones de résurgence.La compréhension de ces systèmes a d'importantes implications pour l'exploration géothermique.
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