Abstract

This paper presents the results of brittle tectonic, palaeostress inversion, and hydrothermal mineralisation studies of the Hvalfjörður low-temperature geothermal field in Southwest Iceland. This geothermal field (including two pronounced thermal anomalies) is located in the highly altered core area of an extinct and deeply eroded Tertiary central volcano. Most of the geothermal water appears to be conducted by vertical extension fractures. Palaeostress analysis indicates a rather complex stress history, with four major trends of extension involving normal and strike-slip faulting modes as well as dyke injection. Analysis of the data on the relative chronology indicates that these four regimes were closely intricate in time and space. The most important regime is a NW-SE, rift-perpendicular extension related to the oceanic rifting in Iceland. This trend partly controls the past (Pliocene-Early Pleistocene) hydrothermal activity in the Hvalfjörður area; however, an E-W rift-oblique extension also occurred with a N-S trending fracture system including normal faults, dykes and veins that show higher levels of hydrothermal mineralisation. Currently, there is strong hot-water convection, producing a thermal anomaly, in this N-S-trending fracture system. Our study highlights the paleostress evolution and the development of fracture systems in Hvalfjörður, including the past geothermal history; nevertheless the most efficient tool in geothermal prospection in such complex area remains the shallow geothermal survey. It has proved successful in many localities in Early Pleistocene to Miocene rocks where no surface indication of geothermal activity exists.

Abstract

Cet article présente les résultats d’études de tectonique cassante, de reconstitution des paléocontraintes et de minéralisation hydrothermale du champ géothermique du Hvalfjörður dans le sud-ouest Islande. Ce champ géothermique (qui inclut deux anomalies thermiques importantes) est situé dans la zone centrale fortement altérée d’un volcan tertiaire, éteint et profondément érodé. Les circulations d’eaux semblent suivre des fractures verticales. L’analyse tectonique cassante en termes de paléocontraintes a révélé un niveau de complexité relativement élevé, avec quatre grandes directions d’extension, impliquant à la fois des failles normales et décrochantes ainsi que des injections de dykes. L’analyse des données de chronologie relative indique que ces quatre régimes extensifs ont été étroitement intriqués, dans le temps et l’espace. Le régime le plus important, en extension NW-SE, est perpendiculaire au rift islandais et a contrôlé en partie l’activité hydrothermale haute-température passée du Hvalfjörður (Pliocène-Pléistocène inférieur). Cependant, une extension E-W a également été reconnue, liée à un système de fractures N-S incluant des failles normales, des dykes et des veines indiquant des niveaux élevés de minéralisation hydrothermale. Ce réseau de fractures N-S est actuellement le siège d’un système convectif chaud produisant une anomalie thermique. Notre étude met en évidence l’évolution des paléocontraintes et le développement de systèmes de fractures dans le Hvalfjörður, de même que l’histoire géothermique ancienne ; néanmoins l’outil le plus efficace dans une zone aussi complexe demeure la prospection géothermique superficielle. Cette méthode a fait ses preuves dans une trentaine de localités, dans des formations datées du Miocène au début du Pléistocène, où il n’existait aucune indication de surface d’activité géothermique.

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