Hydrochimie et géochimie isotopique des saumures pétrolières du Trias et du Dogger dans le Bassin de Paris

Hydrochemistry and isotopic geochemistry of oil-field brines from the Trias and the Dogger in the Paris Basin

• Auteur / Autrice : Jean-Michel Matray
• Direction : Jean-Charles Fontes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géochimie isotopique

Eau -- Chimie

Mots clés libres

Saumure pétrolière

Résumé

Les résultats d’analyses chimiques et isotopiques de 85 eaux de formation du Keuper gréseux, Rhétien gréseux et Dogger carbonaté du Bassin de Paris, prélevées pour la plupart à la tête de puits pétroliers, sont discutés. Ils permettent de proposer une reconstitution de l'évolution géochimique et de l'origine de ces eaux. Les eaux du Dogger sont caractérisées par les salinités les plus faibles (1 à 32 g/l). Elles montrent une composition chimique et isotopique pratiquement identiques, à un facteur de dilution près, aux eaux du Keuper dont la salinité varie de 3 à 11O g/1. Les solutions du Rhétien présentent, au contraire, des compositions qui, apparemment, ne peuvent être reliées à celles des autres solutions. D'une manière générale, les eaux les plus salées se rencontrent dans les secteurs les plus profonds du bassin et indiquent un mélange plus ou moins important avec les eaux météoriques infiltrées en bordure de bassin. L'analyse de certains ions conservés (C1-et Br-) révèle que toutes les eaux étudiées sont essentiellement dérivées d'une saumure mère de halite (salinité 320 g/l). Cela est confirmé par leur composition isotopique qui indique un mélange plus ou moins important entre une saumure mère de halite (ᵟ18o= + 5 % vs SHOW, ᵟ2H: 5 % vs SMOW) et plusieurs eaux d'origine météorique. Les saumures de la formation du Rhétien sont marquées par un mélange entre une saumure de dissolution de halite (10 %) et une saumure mère (90 %). La présence de niveaux salifères dans le Keuper et le Muschelkal. K donne à cette solution mère une origine triasique. Comparées à la saumure mère, les eaux étudiées montrent des variations de composition chimique. Des bilans nous permettent d’attribuer ces variations à des processus diagénétiques qui peuvent être précoces, tels que la dolomitisation de la calcite et la formation de gypse ou bien tardifs avec la formation de dolomite, d'illite et d'anhydrite dans les réservoirs gréseux du Keuper et du Rhétien. L'étude pétrographique de ces formations montre d'ailleurs la présence de ces néoformations qui sent absentes dans le réservoir du Dogger et prouvent donc la migration d'une solution triasique vers le Dogger, probablement à la faveur d'accident. Cependant, les différences de composition chimique (Li+, Rb+, SO2- 4) et isotopiques (34s et 87sr) entre les solutions du Dogger et du Trias excluent l'hypothèse d'une migration actuelle des eaux. Un échange avec la matrice gréseuse peut expliquer les variations de teneurs en dans Li+, Rb+ et 87Sr dans les eaux du Trias. La dissolution de minéraux sulfatés en bordure de bassin peut rendre compte de l'excès de teneurs en S02- 4 dans les eaux du Dogger, et cela malgré la présence de bactéries sulfato-réductrices

The results of chemical and isotopic analyses of 85 oil field waters, collected for the most part at the well head, from Keuper, Rhaetian and Dogger reservoirs of the Paris Basin are discussed in order to propose a reconstitution of the geochemical evolution and origin of these waters. The Dogger waters are characterized by the lowest salinities (1 to 32 g/l). They are of a similar chemical and isotopic composition, within the limit of the dilution factor, to those of Keuper (salinity 3 to 110 g/1). Rhaetian waters which have the highest salinities (11O to 220 g/l) present chemical analyses which, apparently, cannot be related to those of the other solutions. From a general point of view, the most saline waters are found in the deepest part of the basin indicating a less important mixture with meteoric waters which are infiltrated at the outcrops located on the south and east rims of the basin. The analysis of soma conservative ions (Cl- and Br-) reveals that all the studied waters are essentially derived from a halite mother brine (salinity 320 g/l). This is moreover confirmed with the isotopic composition of these waters indicating a quite important mixture of the halite mother brine (ᵟ18o= + 5 % vs SHOW, ᵟ2H: 5 % vs SMOW), and the meteoric waters. The Rhaetian brines reflect a halite dissolution affect with 10 % brine dissolution for 90 % mother brine. The presence of triassic salt rocks indicates that the halite mother brine bas a Keuper and/or Muschelkallt origin. Compared with this mother brine, all the studied waters present variations of chemical composition. The composition balance allows us to attribute these variations of diagenetic processes, the early processes with calcite dolomitization (loss of Mg2+ and gain of Ca2+) and gypsum formations and the late ones with neoformation of dolomite. , illite and anhydrite (loss of ca2+, Mg2+ , Mg2+,and k+) in the sandy Rhaetian and Keuper reservoirs. The petrographie study of theses reservoirs shows the presence of these neoformations. These are not present in the Dogger reservoir which proves that there has been migration of a triassic-solution to the Dogger formation, probably through faults. However, the differences of chemical (Li+, Rb+, S02-) and isotopic (34S and 87Sr) composition existing between the Dogger and the Trias formation waters exclude the possibility of an actual migration of the triassic waters. Water-rock interaction could explain the Li+, Rb+ and 87Sr content variations in the triassic waters. The dissolution of sulfate minerals on the rim of the basin could explain the excess of SO 2-4 content in the Dogger formation water in spite of the relatively high bacterian sulfate reduction shown by the H2S presence and the 34S content.