Approche spatio-temporelle des mécanismes de la propagation des failles normales : des modélisations analogiques à la sismique 3D

Spatio-temporal approach of normal fault propagation mechanisms : from experimental models to 3D seismic datasets

• Auteur / Autrice : Denis Marchal
• Direction : Michel Guiraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pièges stratigraphiques (géologie pétrolière)

Modèles en géologie

Rupture, Mécanique de la

Modèles géométriques

Failles (géologie)

Résumé

Dans le domaine pétrolier, le rôle des failles normales est déterminant quant au piégeage des hydrocarbures en domaines extensifs. L'évaluation des quantités d'hydrocarbures piégés, en particulier en limite de structures, nécessite une bonne compréhension de la géométrie 3D des extrémités de failles et des processus de propagation associés. Pour étudier les mécanismes liés à la propagation des failles normales, deux types de modélisations analogiques sont réalisés : (1) essais de propagation d'un défaut préexistant dans des matériaux analogues translucides, suivis en vidéo et (2) déformation extensive de modèles dimensionnés de type bicouche sable / silicone, imagée par tomographie à rayons X (scanner médical). Ce type d'approche permet d'étudier l'évolution de la géométrie d'une faille normale et d'analyser les mécanismes de la propagation defailles en 3D au cours du temps. Les résultats obtenus permettent de proposer un modèle conceptuel spatio-temporel (4D) de propagation de failles normales néoformées. Quel que soit le type de modélisations, des failles secondaires disposées en échelon sont initiées dans le prolongement de la faille principale. Les mécanismes de propagation d'une faille normale'résultent essentiellement des processus de connexion entre les failles secondaires, entre failles secondaires - faille principale et de branchement entre deux failles principales. Ces processus de connexion sont à l'origine des différents types d'ondulations observées sur les plans de failles. Afin de valider le modèle, la morphologie détaillée des failles normales néoformées naturelles est analysée à partir de blocs sismiques 3D (Delta du Niger, Golfe de Gabès) et d'exemples de terrain (Oklo, Gabon). Les structures extensives naturelles sont interprétées à l'aide des séquences 4D, élaborées à partir des modélisations analogiques. L'influence de l'héritage structural sur la géométrie et la propagation des failles normales néoformées est également abordé.

In petroleum geology, normal faulting is a major process in the formation of oil traps in extensional domains. Evaluating the quantities of hydrocarbons trapped, especially at the edges of structures, requires thorough knowledge of the 3D geometry of fault tips and their propagation mechanisms. To study the propagation mecanisms of normal faults, two types of analog modeling are conducted here: (1) propagation tests of pre-existing fauHs in translucid analog materials with video monitoring and (2) extensional deformation of two-Iayer sand/silicone scale models with X-ray tomograph imaging (medical scanner). This type of approach makes it possible to analyze fault propagation mechanisms in three dùnensions over the course oftime. The results are used to develop a conceptual model of the propagation of neoformed normal faults within a spatio-temporal (4D) framework. Whichever type of analogue model is used, secondary faults arranged in en échelon patterns arise at the tips of the main fault. Normal fault propagation mechanisms results mainly from connection processes between the secondary faults, between secondary faults and the main fault, and from the junction of two main faults. These connection processes are the source of the different types of undulation observed on fault planes. To validate the theoretical model, detailed morphology of natural neoformed normal faults is analysed by means of 3D seismic blocks (Niger Delta, Gulf of Gabes) and field examples (Oklo, Gabon). The natural extensional structures are interpreted using 4D sequences developed by analog modeling. The influence of the structural heritage (reactivation of a deep fault) on the geometry and propagation of neoformed normal faults is also considered.