The North Pyrenean Frontal Thrust: structure, timing and late fluid circulation inferred from seismic and thermal-geochemical analyses of well data

Le Chevauchement Frontal Nord Pyrénéen : structure, timing et circulation de fluide tardif déduits d’analyses sismiques et thermo-géochimiques de données de puits

¹ Université de Pau et Pays de l’Adour, E2S UPPA, CNRS, TOTAL, LFCR, UMR 5150, 64000 Pau, France
² TOTAL EP R&D, CSTJF, Avenue Larribau, 64018 Pau, France
³ M&U SAS, 3 Rue des Abattoirs, 38120 Saint-Égrève, France
⁴ Géosciences Environnement Toulouse (GET), Université de Toulouse, UPS, Univ. Paul Sabatier, CNRS, IRD, CNES, 14 av. Edouard Belin, F-31400 Toulouse, France

^* Corresponding author: guillaume.barre.2@ulaval.ca

Received: 8 April 2021
Accepted: 5 October 2021

Abstract

During orogenesis, large-scale thrusts as orogenic fronts can act as conduits and/or barriers for fluid flow. Unravelling the timing and modes of tectonic activation of large-scale faults is crucial to understanding the relationship between fluid flow and deformation. The North Pyrenean Frontal Thrust (NPFT) corresponds to a major basement-involved thrust responsible for the northward overthrust of the pre-orogenic sediments on top of the Aquitaine Foreland Basin. This study questions the timing of activation of this thrust, its geometry, the nature of the last fluids, which circulated there, and its role on the circulation of fluids. The structural study confronted to published thermochronology data led to determine the timing of the two tectonic activations during the NPFT compression phase and to relate them to the fluid circulations. We constrain the first activation at Campanian times and link it to the leak of the deep gas reservoir present in depth, as the NPFT acted as a conduit. Then the NPFT acted as a barrier, probably due to the breccia consolidation during the Paleocene quiescence period. Finally, the Eocene-Oligocene reactivation led to fluid circulation of high salinity fluids from the Triassic evaporites leaching. This latter event is associated with a fracturing event and the late generation of calcite veins studied here. This is the first study in the Pyrenees directly applied to the NPFT which uses the association between fluid inclusions study, seismic and thermochronological data. It highlights that the NPFT may be an important structure responsible of the leakage of deep hydrocarbons reservoirs. It also shows the importance of the determination of the activation steps of large-scale faults to decipher the origin of fluid circulations in space and time.

Résumé

Au cours d’une orogenèse, les chevauchements majeurs en tant que fronts orogéniques peuvent agir comme conduits et/ou barrières pour la circulation de fluides. Il est essentiel de comprendre la chronologie et le mode d’activation de telles failles à grande échelle, pour comprendre la relation entre les circulations fluides et la déformation. Le Chevauchement Frontal Nord Pyrénéen (CFNP) correspond à un chevauchement majeur ancré dans le socle et responsable du chevauchement vers le nord des sédiments pré-orogéniques au sommet du Bassin d’avant-pays Aquitaine. Cette étude interroge le timing d’activation de ce chevauchement, sa géométrie, la nature des derniers fluides qui y ont circulé et son rôle dans la mise en circulation de ces fluides. L’étude structurale confrontée à des données de thermochronologie déjà publiées, a conduit à déterminer la chronologie des deux activations tectoniques de la phase de compression du CFNP et à les relier aux circulations fluides. Nous contraignons la première activation au Campanien et a probablement conduit à la fuite du réservoir de gaz présent en profondeur, le CFNP jouant le rôle de conduit. Ensuite, il a agi comme une barrière, probablement en raison de la consolidation de la brèche pendant la période de quiescence du Paléocène. Enfin, la réactivation Eocène-Oligocène a conduit à une circulation de fluides très salés issus du lessivage des évaporites du Trias. Ce dernier événement est associé à un événement de fracturation et à la génération tardive des veines de calcite étudiées ici. Il s’agit de la première étude dans les Pyrénées directement appliquée au NPFT qui utilise une association entre étude des inclusions fluides et données sismiques et thermochronologiques. Elle met en évidence que le NPFT peut être une structure importante responsable de la fuite des réservoirs d’hydrocarbures profonds. Elle montre également l’importance de la détermination des étapes d’activation des chevauchements de grande échelle pour déterminer l’origine des circulations fluides dans l’espace et le temps.