Diagenèse associée aux discontinuités sédimentaires émersives sur les plates-formes carbonatées : étude intégrée à l'affleurement et en subsurface de la Formation Natih (Cretacé, Oman), évolution des propriétés réservoir

Diagenesis associated with exposure surfaces on carbonate platform : outcrop and suburface integrated study of Natih Formation (Cretaceous, Oman), evolution of reservoir properties

• Auteur / Autrice : Julie Champagne
• Direction : Philippe Razin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et Technologie (Terre, Eau, Image)
• Date : Soutenance le 02/07/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géoressources et Environnement (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Marc Floquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Razin, Rudy Swennen, Christophe Durlet, Carine Grélaud, Benoit Vincent
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Floquet, Rudy Swennen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réservoirs carbonatés

Oman

Plates-formes carbonatées

Mots clés libres

Carbonate

Diagenèse

Moyen Orient

Crétacé

Carbonate

Diagenesis

Middle East

Cretaceous

Résumé

En domaine de plate-forme carbonatée épicontinentale peu profonde, la production sédimentaire est étroitement liée aux variations eustatiques, au climat et à la position paleogéographique. Les périodes d’émersion constituent des phases de non-dépôt durant lesquelles l’arrêt de l’enregistrement sédimentaire peut être relayé par un enregistrement diagénétique. Les transformations associées aux discontinuités (réarrangement des porosités, modifications lithologiques, circulations tardives…) peuvent avoir un rôle déterminant sur les propriétés pétrophysiques des réservoirs carbonatés. La détection des surfaces d’émersion et des produits diagénétiques associés apparaît donc essentielle pour préciser la qualité des réservoirs, par (1) la compréhension des processus sédimento-diagénétiques aux limites de séquence, (2) la comparaison de données d’affleurement et de subsurface, et la caractérisation des géométries des réservoirs associés, (3) l’analyse de l’impact de la diagenèse associée à ces surfaces (amélioration ou détérioration des propriétés réservoir).La Formation Natih d’Oman (Albien sup. – Turonien inf.) se situe au sommet d’une épaisse série de plates-formes carbonatées peu profondes et de grande extension géographique (marge de la Néotéthys). La Formation Natih est subdivisée en quatre séquences majeures (3ème ordre) constituées d’unités transgressives tabulaires à faiblement inclinées (rampe à faciès boueux) et de prismes régressifs progradants plus inclinés (barrière bioclastique bien différenicée protégeant un domaine de lagon interne) (van Buchem et al. 2002). Ces séquences se terminent par une ou plusieurs surfaces d’émersion, pouvant être associées à des incisions (Grélaud et al. 2006). La présente étude porte sur l’analyse diagénétique de ces surfaces d’émersion par l’intégration de données de terrain (Foothills d’Adam, Jebel Akhdar) et de subsurface (carottes de forage et données de puits de champs pétroliers voisins).L’analyse diagénétique détaillée des affleurements et des données de subsurface repose sur l’étude de la chronologie relative et de la répartition spatiale des phases diagénétiques associées aux surfaces d’émersion. Elle démontre la mise en place d’une diagenèse précoce dans des conditions relativement arides qui se traduisent par l’absence de karstification et de phénomènes pédogénétiques bien développés sur la plate-forme émergée. Sous les surfaces, des circulations de fluides météoriques oxydants, alimentés par des recharges latérales, entrainent une dissolution précoce des minéralogies instables et la précipitation de ciments météoriques en domaine phréatique. Cette étude diagénétique est complétée par l’analyse des phases mésogétiques et télogénétiques qui permettent de contraindre la séquence diagénétique de la Formation Natih avec les grandes étapes de déformations tectoniques et d’enfouissement.A partir de ces résultats, les produits diagénétiques et leur impact sur l’évolution des réservoirs peuvent être caractérisés et interprétés pour chaque surface. Ils résultent d'interactions complexes entre des facteurs intrinsèques et extrinsèques comme la dynamique de l'aquifère météorique, le contexte paléogéographique et géodynamique au moment des émersions, la maturité du substrat... Ces paramètres sont effectifs au moment du dépôt et des émersions. Toutefois la préservation des produits éogénétiques peut-être fortement influencée par l'évolution au cours de l'enfouissement qui se caractérise par des phénomènes de compaction, cimentation ou dissolution.

On epeiric carbonate platforms, sediment production and stratigraphic architecture are mainly controlled by sea-level variations, climate and palaeogeographic position. During periods of subaerial exposure, carbonate production/deposition stops and the sedimentary record can then be replaced by the diagenetic record. The diagenetic transformations associated to discontinuity surfaces (rearrangement of porosity distribution, lithological alteration, late fluid circulation …) may have a significant impact on carbonate reservoir properties. The characterization of subaerial exposure surfaces and associated diagenesis is therefore essential to understand and predict reservoir quality. It requires: (1) the study of the sedimentological and diagenetic processes at the sequence boundaries, (2) the integration and comparison of outcrop and subsurface data, including respective reservoir architecture, (3) the analysis of the diagenetic overprint related to these surfaces (enhancement or deterioration of reservoir properties).The Natih Formation (Late Albian – Early Turonian) is the last of a thick succession of Cretaceous epeiric carbonate platforms. It is subdivided into four third-order sequences. In each sequence, the transgressive phase is formed by flat to slightly sloping units (muddy ramp facies) whereas the regressive phase corresponds to a higher angle prograding carbonate ramp with a well developed bioclastic margin protecting an inner lagoon (van Buchem et al. 2002). These sequences are capped by one or several subaerial exposure surfaces, sometimes associated with incisions (Grélaud et al. 2006). The present study focuses on the diagenetic analysis of these emersion surfaces by the integration of outcrop (Adam Foothills, Jabal Akhdar) and subsurface data (neighbouring oil fields from the interior Oman).The detailed study of the lateral distribution and chronology of the diagenetic phases associated with emersion surfaces form the basis for the sedimentological and diagenetic model. The results highlight the development of a meteoric diagenetic system which was probably subject to relatively arid conditions, explaining the absence of karstification and pedogenetic features on the exposed platform. Below the emersion surfaces, the circulation of oxidizing meteoric fluids, laterally sourced, leads to the early dissolution of unstable minerals and the precipitation of meteoric cements in the phreatic domain.This diagenetic study is completed by the analysis of the mesogenetic and telogenetic phases, which allow to constrain the diagenetic sequence in relation with the main phases of deformation and burial of the Natih Formation.These results show the particularities of each subaerial exposure event in terms of diagenetic products and their impact on reservoir properties. They result from complex interrelations between external and intrinsic factors, such as the dynamics of meteoric aquifers, the geodynamic and paleogeographic context during exposure, chemical reactivity ... These are effective during deposition and subaerial exposure. However, the preservation of exposure-related diagenetic features may subsequently be influenced by burial evolution trough competition between compaction, cementation and dissolution.