Étude de la surpression des fluides et de la fracturation : apport à l'étude des réservoirs et à la compréhension de la déformation tectonique dans les bassins à intérêt pétrolier en Tunisie

Study of fluid overpressure and fracturing : Contribution to the study of reservoirs and the understanding of tectonic deformation in basins with petroleum interest in Tunisia

• Auteur / Autrice : Nabil Abaab
• Direction : Mabrouk Montacer, Alain Zanella
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 12/07/2022
• Etablissement(s) : Le Mans en cotutelle avec Université de Gabès (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Planétologie et Géosciences (Nantes) - Laboratoire de Planétologie et Géosciences - Le Mans
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Faouzi Zagrarni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Roure, Riadh Ahmadi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jamel Ouali, Julia F. W. Gale

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plis (géologie)

Évaporites

Mudstone

Beef (géologie)

Tunisie

Fracturation hydraulique

Mots clés libres

Surpressions de fluides

Beef (géologie)

Fractures parallèles à la stratification

Tunisie

Fracturation hydraulique

Fluid overpressure

Beef (geology)

Bedding-parallel veins “BPV"

Tunisia

Hydraulic fracturing

Résumé

Les veines sub-horizontales "BPV" sont communes dans les bassins sédimentaires à travers le monde dans les strates à faible perméabilité. La compréhension de ces structures géologiques est d'une grande importance en ce qui concerne leur relation avec les processus naturels de fracturation hydraulique affectant les schistes riches en matières organiques en raison des surpressions de fluide, en particulier pour le beef de calcite. De nombreux exemples de beef gypseuse sont présents dans les mudstones et les roches évaporitiques. C'est le cas de la formation Bouhedma dans la chaîne des Chotts du Nord, dans le sud de la Tunisie. Dans cette étude, nous étudions le BPV afin de comprendre le contexte de formation de telles caractéristiques géologiques. Le long de l'anticlinal de Zemlet el Beidha (ZBAS) localisé dans la chaîne des Chotts du Nord, très peu de descriptions mentionnent des VBP dans la Formation de Bouhedma (Hauterivien-Barrémien). Dans notre étude, nous avons effectué 3 coupes transversales principales et nous avons signalé de nombreuses occurrences de VBP dans cette région, exclusivement localisées dans la formation de Bouhedma. La distribution des VBP semble être très dépendante de la composition de la roche hôte. Ainsi, les VBP sont plus abondants dans les couches évaporitiques et les mudstones de la Formation de Bouhedma. Dans les couches évaporitiques, les VBP sont très discontinus (jusqu'à 1 m de longueur) et minces (jusqu'à 6 cm d'épaisseur). Elles montrent souvent une forme d'interconnexion dessinant un réseau dense et complexe de fractures remplies. Dans les mudstones, les BPV sont plus continues et plus épaisses (souvent plus de 5 cm d'épaisseur). Les interfaces entre les roches évaporitiques et les mudstones localisent les VPE les plus continues et les plus épaisses (jusqu'à 50 cm d'épaisseur). Les VBP ne sont pas distribués géographiquement de façon aléatoire. En effet, elles sont particulièrement nombreuses le long des membres des anticlinaux, ainsi que plus épaisses. En ce qui concerne les structures internes des VBP, les fibres de gypse sont presque toujours courbées et présentent une forme sigmoïdale marquant une déformation intense pendant leur croissance. Lorsque les VBP sont localisées le long de la charnière du pli, les fibres montrent un motif sigmoïde en "S" sur une branche et un motif sigmoïde en "Z" sur l'autre branche. Cette observation structurelle démontre que la croissance des BPV est coexistant avec le plissement du bassin. Nous avons également effectué une analyse structurelle sur l'orientation des fibres. La tendance majeure des fibres est 140°-180° N. L'histoire tectonique de la chaîne des Chotts du Nord est complexe. Néanmoins, nous démontrons que la croissance et donc l'ouverture de la BPV a été coexistant avec la période de raccourcissement avec une orientation NW-SE. Cette direction est cohérente avec les structures tectoniques majeures, comme l'orientation des axes de failles et de plis au cours du Miocène. Dans cette étude, nous montrons que les VBP de composition gypseuse sont très nombreux dans la chaîne des Chotts du Nord en Tunisie, notamment le long de la ZBAS. Ils sont distribués en fonction de la composition de la roche hôte. Les interfaces sédimentaires sont des discontinuités mécaniques majeures localisant les VBP. La croissance des VBP s'est produite pendant le raccourcissement et le plissement des roches sédimentaires au cours du Miocène.

Bedding-parallel veins “BPV” are common in sedimentary basins worldwide within strata with low-permeability. The understanding of such geological structures is of great important regarding their relationship with natural hydraulic fracturing processes affecting organic-rich shales due to fluid overpressures, especially for BPV of calcite composition. Many examples of BPV of gypsum composition occur in mudstones and evaporitic rocks. This is the case in the Bouhedma Formation in the Northern Chotts range, Southern Tunisia. In this study, we investigate the BPV in order to understand the context of formation of such geological features. Along the Zemlet el Beidha anticline (ZBAS) localized in the Northern Chotts range, very few descriptions mentioned BPV within the Bouhedma Formation (Hauterivian- Barremian). In our study, we performed 3 main cross-sections and we reported many occurrences of BPV in this area, exclusively localized within the Bouhedma Formation. The distribution of BPV appears to be very dependent of the host rock composition. Thus, BPV are more abundant within evaporitic layers and mudstones of the Bouhedma Formation. In evaporitic layers, BPV are very discontinuous (up to 1 m in length) and thin (up to 6 cm thick). They often show an interconnection shape drawing a dense and complex filled fractures network. In mudstones, BPV are more continuous and thicker (often more than 5 cm thick). Interfaces between both evaporitic rocks and mudstones localized the more continuous and thicker BPV (up to 50 cm thick). BPV are not randomly geographically distributed. Indeed, they are especially numerous along limbs of anticlines, as well as thicker. Regarding, internal structures within BPV, fibers of gypsum are almost always curved showing sigmoidal shape marking an intense deformation during their growth. When BPV are localized along fold hinge, fibers show “S” sigmoid pattern on a limb and “Z” sigmoid pattern on the other limb. This structural observation demonstrates that BPV growth is coeval with the folding of the basin. We also performed a structural analysis on the orientation of fibers. The major trend for fibers is 140°-180° N. The tectonic history of the Northern Chotts range is complex. Nevertheless, we demonstrate that the growth and thus the opening of BPV was coeval with the shortening period with NW-SE orientation. This direction is consistent with major tectonic structures, as faults and folds axis orientation during the Miocene. In this study, we show that BPV of gypsum composition are very numerous in the Northern Chotts range in Tunisia, especially along the ZBAS. They are distributed in function of the composition of the host rock. Sedimentary interfaces are major mechanical discontinuities localizing the BPV. BPV growth occurred during the shortening and folding of sedimentary rocks during the Miocene.