The geothermal reservoir of Hainaut: the result of thermal convection in a carbonate and sulfate aquifer

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Résumé

Le réservoir géothermique du Hainaut : Le résultat de la convection thermique dans un aquifère carbonaté et sulfaté. Le réservoir géothermique du Hainaut est un aquifère fissuré karstique, composé de calcaires et dolomies du Carbonifère inférieur, de direction E-W, et affectés d’un pendage moyen de 10 à 15° sud. Dans la région de Saint-Ghislain, des niveaux d’anhydrite massive sont présents dans les calcaires du Viséen moyen et supérieur. Les formations équivalentes latéralement sont des brèches d’effondrement, suggérant que l’ensemble de la série d’anhydrites et les carbonates interstratifiés ont été sujets à la karstification. L’hypothèse de l’existence d’un karst profond dans le Viséen du Hainaut est supportée par plusieurs indices, par exemple la présence de nombreux puits d’effondrement karstiques à travers les terrains du Carbonifère supérieur. Le Bassin de Mons sus-jacent est également tenu (partiellement du moins) pour une conséquence de la subsidence karstique due aux dissolutions dans le Viséen. Des anomalies thermiques, chimiques et isotopiques dans les sources et puits de pompage de l’aquifère dinantien sub-affleurant confirment la remontée d’eaux géothermiques profondes et leur mélange avec les eaux peu profondes. Les écoulements et transferts de chaleur ont été simulés dans un modèle simplifié. Les résultats confirment l’existence de larges boucles de convection dans le réservoir dinantien. Le développement du karst dans le Dinantien profond du Hainaut est relié à l’augmentation de perméabilité elle-même due à l’activité tectonique extensive mise en place au moins à partir du Jurassique terminal. Cette estimation temporelle est étayée par des arguments sédimentologiques présents dans les dépôts crétacés du Bassin de Mons.

Abstract

The geothermal reservoir of Hainaut mainly consists in a fissured and karstic carbonate aquifer. It is composed of thick Lower Carboniferous limestone and dolostone formations with an E-W direction and a 10-15° south dip. In the Saint-Ghislain area, several layers of massive anhydrite are interbedded in the Upper and Middle Visean carbonate. Coeval formations in other areas consist of a collapse breccia suggesting that the entire anhydrite/carbonate sequence have been subjected to karstification. The existence of a deep karst in the Visean of Hainaut is supported by several indications, as, for example, the occurrence of abundant karstic pipes observed in the whole Upper Carboniferous formations. The overlying Mons Basin is also thought to be (at least partly) the result of karstic subsidence in the Visean basement. Anomalies in temperature and/or chemical and isotopic signatures in springs and water catchment wells of the Dinantian outcrop suggest moderate uprising flow of geothermal deep groundwater and mixing with shallow groundwater. Flow and heat transfers have been simulated using simplified models. Results corroborate the existence of large thermal-induced convection loops within the Dinantian reservoir. Karst development in the deep Lower Carboniferous strata of Hainaut is related to an increase of permeability due to tectonic activity that initiated at least at the end of Jurassic, that allowed the initiation of thermal convection. This time estimation is consolidated by sedimentologic data on Cretaceous deposits in the Mons Basin.

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