Date: 07 Septembre 2016 à 14h00
Lieu: ENSEIRB-MATMECA
amphi INP
Dans de nombreuses provinces du monde, les réservoirs pétroliers et gaziers sont rentrés dans une phase mature de production, les ressources restantes étant généralement localisées dans des pièges stratigraphiques subtils. A l’échelle du puit, les cuttings et les carottes forment le premier niveau d’observation en fournissant des informations sédimentologiques sur la succession verticale des séries sédimentaires. Ces données sont complétées par l’utilisation d’outils diagraphiques de l’ordre d’une dizaine de centimètres de résolution. Les données sismiques, de résolution verticale et horizontale d’une dizaine de mètres, fournissent des informations stratigraphiques et géométriques à l’échelle régionale. Entre les deux, aucun outil de subsurface ne permet l’acquisition, à une échelle suffisamment significative, des données géologiques qui sont pourtant indispensables à l’interprétation de l’architecture stratigraphique des réservoirs (figure 1). Idéalement, les études géologiques de terrain offrent la possibilité d’analyser le faciès d’une roche et la géologie régionale d’une zone tout en permettant de voir l’ensemble des échelles d’observation entre ces deux ordres de grandeur (Nichols, 2015). Les études géologiques de terrain fournissent ainsi des informations géologiques qui permettent de combler l’écart de résolution entre les données de puits et les données d’imagerie sismique.
Figure 1: Résolution spatiale des différents outils et méthodes couramment utilisés en géologie pour caractériser des données géologiques (modifié de Pickup and Hern (2002)).
D’une manière plus spécifique, les analyses stratigraphiques, sédimentologiques et séquentielles d’un système sédimentaire à l’affleurement aboutissent à la détermination des facteurs allogéniques (eustatisme, subsidence, climat,…) et autogéniques (processus physico-chimiques et biologiques, pente,…) contrôlant la géométrie, la nature et la réparation des dépôts dans le temps et dans l’espace. En d’autres termes, cela revient à caractériser les paramètres contrôlant l’acheminement et le dépôt des sédiments (sediment-routing system) entre le cours d’eau supérieur d’une montagne (source) et les zones d’accumulation sédimentaire principales: plaine alluviale, delta, bassin profond (sink) (Allen, 2008). Cette approche source-to-sink permet de caractériser comment, quoi, combien, où et pourquoi sont accumulés les sédiments. Les systèmes deltaïques sont depuis longtemps des cibles d’exploration préférentielles dans l’industrie du gaz et du pétrole. L’établissement des caractères classiques et spécifiques de ce type de système sédimentaire à l’affleurement permet d’améliorer considérablement la prédiction de la distribution des réservoirs d’origine fluvio-deltaïque.
Après les travaux de stratigraphie et de cartographie peu détaillés et de portée régionale (Puigdefàbregas, 1975), les séries paléogènes du bassin d’Ainsa ont fait l’objet d’études ponctuelles focalisées sur les déformations tectoniques (Muñoz, 1992; Millán, 1996; Poblet et al., 1998; Soto and Casas, 2001; Fernández et al., 2012; Mochales et al., 2012; Muñoz et al., 2013) ou sur les systèmes deltaïques (De Federico, 1981; Lafont, 1994; Wadsworth, 1994; Dreyer et al., 1999; Callot et al., 2009; Arbués et al., 2011; Moody, 2014). Le complexe deltaïque du Sobrarbe est une unité sédimentaire deltaïque dominée par les processus fluviatiles dont l’accumulation, au sein du bassin d’Ainsa, est contrôlée tectoniquement par la migration vers le sud et vers l’ouest des déformations pyrénéennes entre le Lutécien moyen et le Bartonien (Wadsworth, 1994; Dreyer et al., 1999). A cette période, le bassin d’Ainsa, alors séquence piggy-back, est bordé à l’ouest et à l’est par les anticlinaux actifs de Boltaña et de Mediano actuellement orientés selon un axe nord/sud. Le bassin comporte plusieurs autres plis synsédimentaires intra-bassinaux d’amplitude moindre ayant influencé la répartition locale des sédiments. Le complexe deltaïque du Sobrarbe est préservé, au sein du synclinal de Buil, sur plus de 1000 m d’épaisseur et sur plus de 15 km de long. Les séries sédimentaires sont caractérisées par un ensemble de séquences très hautes fréquences organisées en empilement aggradant, régressif ou transgressif. Le complexe deltaïque du Sobrarbe, par la continuité exceptionnelle de ces affleurements, permet d’observer, à très haute résolution, l’architecture stratigraphique et sédimentaire d’un système fluvio-deltaïque syntectonique accumulé dans un contexte compressif de bassin d’avant-pays.
L’architecture séquentielle du complexe deltaïque du Sobrarbe fait encore l’objet de discussions et de contradictions. Sur trois études majeures réalisées (Wadsworth, 1994; Dreyer et al., 1999; Moody, 2014), trois modèles stratigraphiques différents ont été proposés. Wadsworth (1994) propose une subdivision séquentielle à trois échelles stratigraphiques différentes : trois séquences basse fréquence (équivalentes à des séquences de 3ème ordre), 7 séquences de fréquence intermédiaire (équivalentes à des séquences de 4ème ordre) (figure 2) et enfin un ensemble de séquences de haute fréquence (équivalentes à des séquences de 5 et 6ème ordre). Dans cette étude, Wadsworth (1994) a mis l’accent, par utilisation du modèle d’Exxon, sur la subdivision des séquences de fréquence intermédiaires en trois cortèges de dépôt : le prisme de bas niveau marin, le prisme transgressif et le prisme de haut niveau marin. Un quatrième prisme a été ajouté au précédent, le prisme de haut niveau marin tardif équivalent au prisme de progradation forcée de Hunt and Tucker (1992).
Figure 2: Correspondances séquentielles entre les quatre études majeures portant sur le complexe deltaïque du Sobrarbe (Wadsworth, 1994; Dreyer et al., 1999; Moody, 2014).
A partir du modèle d’Exxon, Dreyer et al. (1999) définit 4 séquences composées comportant chacune un ensemble variable de séquences mineures (figure 2). Ces séquences sont limitées entre elles par des limites de séquence qui sont matérialisées par des niveaux bréchiques. Ces limites de séquence témoigneraient de mouvements structuraux majeurs. Enfin, Moody (2014) propose, à partir d’un travail non publié de Pyke, une subdivision en séquences transgressives-régressives comportant 6 cycles majeures (figure 2). Dans ces trois études, la sédimentation, l’architecture stratigraphique et séquentielle sont contrôlées par le jeu ponctuel de structures tectoniques synsédimentaires d’amplitude variable provoquant des variations du niveau marin relatif.
Ces études, anciennes ou modernes, n’intègrent pas l’ensemble des données géologiques récemment publiées. Ainsi, l’étude chronostratigraphique de Mochales et al. (2012) apporte de données de datation rendant l’ensemble des modèles séquentielles définies précédemment inexactes. Ceux-ci n’intègrent pas non plus les observations sur les structures tectoniques visibles dans les travaux de Soto and Casas (2001), Soto Marin (2003), Fernández et al. (2012), Muñoz et al. (2013) qui jouent un rôle sur le contrôle de la sédimentation et sur l’organisation séquentielle du complexe deltaïque du Sobrarbe.
Les objectifs de cette thèse sont répartis selon deux volets principaux. D’un point de vue strictement scientifique, l’objectif est, à partir des données récemment publiées dans la littérature associés à l’acquisition d’un large jeu de données géologiques de terrain, d’améliorer : (1) l’architecture stratigraphique, séquentielle et paléogéographique du complexe deltaïque du Sobrarbe, (2) la compréhension des processus physico-chimiques et biologiques contrôlant la dynamique des différents environnements de dépôts, (3) l’architecture détaillée des corps sédimentaires le long des profils de dépôts à différents stade d’évolution du delta, et son implication sur l’architecture des réservoirs potentiels (géométrie, hétérogénéités, connections,…). Finalement, les résultats permettront de distinguer les caractères classiques et spécifiques du système fluvio-deltaïque du Sobrarbe afin de pouvoir le comparer à d’autres systèmes deltaïques.
Dans le second volet de cette étude, le modèle géologique du Sobrarbe est utilisé pour réaliser une modélisation sismique synthétique 2D afin de simuler la réponse sismique des propriétés géométriques et faciologiques de cet analogue deltaïque dans des conditions réservoirs. Les résultats de la modélisation ont été comparés à des données sismiques réelles du système deltaïque Nanushuk-Torok localisé dans le bassin d’avant-pays crétacé inférieur de Colville au sein de la National Petroleum Reserve of Alsaka (USA). La série deltaïque Nanushuk-Torok est un bon analogue du complexe deltaïque du Sobrarbe car ces deux systèmes silicoclastiques, développés dans un contexte syntéctonique compressif similaire, comportent les mêmes caractéristiques géométriques et sédimentologiques. La confrontation de données sismiques simulées à des données réelles permet de discuter de la véracité des résultats du modèle sismique synthétique. Cette étude intégrée affleurement-modélisation sismique synthétique-analogue réel de subsurface permet de fournir une combinaison de données architecturales et dimensionnelles, qui est utilisée pour améliorer les interprétations sismiques des systèmes réservoirs gréseux fluvio-deltaïques. De telles études réduisent considérablement les incertitudes associées à la résolution des données de subsurface, ce qui permet une meilleure évaluation économique des réservoirs.