Dynamique de mise en place des réseaux d'intrusions sableuses dans les bassins sédimentaires : impact sur l'évolution post-dépôt des réservoirs et le réseau de migration associé

Dynamic of sand intrusion networks emplacement in sedimentary basins : Impact on post-deposition evolution of reservoirs and associated network migration

• Auteur / Autrice : Damien Monnier
• Direction : Aurélien Gay, Patrice Imbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 02/05/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Michel Lopez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélien Gay, Patrice Imbert, Michel Lopez, Michel Guiraud, Régis Mourgues, William Vetel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Guiraud, Régis Mourgues

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vocontienne, Fosse (France)

Kongo-Central (Congo, République démocratique)

Géologie pétrolière

Sédimentologie

Turbidites

Mots clés libres

Injectites

Remobilisations sédimentaires

Turbidites

Bassin du Bas-Congo

Bassin Vocontien

Systèmes pétroliers

Injectites

Sedimentary remobilization

Turbidites

Lower Congo Basin

Vocontian Basin

Petroleum systems

Résumé

Les intrusions sableuses (injectites) sont le plus souvent le produit de la remobilisation post-dépositionnelle des sédiments et de l’injection du sable dans les roches environnantes. Bien que reconnues pour la première fois il y a près de 200 ans, elles ne sont réellement étudiées que depuis quelques dizaines d’années, depuis que les concepts sur les environnements de dépôt dans les domaines marins profonds nous permettent de mieux comprendre les processus de mise en place. Cependant, ces processus restent encore aujourd’hui relativement mal compris. Notre approche repose sur l’étude d’injectites dans le bassin du Bas-Congo à partir de données de sismique et de puits que nous comparerons à un système fossile dans le bassin du sud-est de la France. Nous avons montré que :(1) Dans des systèmes de chenaux turbiditiques enfouis, les dépôts de drapage sur les marges et terrasses de chenaux présentent la même signature géophysique que les injectites de type « wing ». Finalement, le seul critère sismique d’identification des injectites est la présence de réflexions sismiques sécantes vis-à-vis de la stratigraphie associée dans le meilleur des cas au soulèvement des réflecteurs sismiques sus-jacents. (2) Des injectites d’échelle sismique en forme de cône et d’assiette ont été identifiées dans le bassin du Bas-Congo. La remobilisation résulte probablement des pressions anormales induites par l’effet de flottabilité des hydrocarbures piégés dans les marges d’un lobe enfoui sous 160 m de sédiment, puis de l’injection soudaine du sable fluidisé associée à la réactivation de failles.(3) Un réseau d’injectites (dykes, sills/wings et laccolites) s’est formé dans le bassin Vocontien entre la fin de l’Albien supérieur et/ou le début du Cénomanien, depuis un chenal turbiditique de l’Albien inférieur-moyen. La mise en place résulte probablement de la compartimentalisation précoce du chenal au cours de son enfouissement et de l’augmentation du taux de sédimentation générant la surpression et de l’apport ultérieur d’importante quantité de fluides profonds déclenchant l’injection. L’injection du sable a été polyphasée : une première injection a formé des sills et une suivante des dykes. Les sills/wings et les dykes se sont propagés latéralement au chenal source sur environ 2 km et vers la surface sur environ 200 m, mettant en évidence une forte remobilisation latérale plutôt que verticale, contrairement à l’idée classiquement admise à partir de l’interprétation des données sismiques.(4) La formation de ce large réseau d’injectites a été gouverné par des mécanismes d’hydrofracturation. Par conséquent, sa morphologie a été dépendante des hétérogénéités de la roche hôte (milieu isotrope, fracturé), des directions de paléo-contraintes (σ3 = NW-SE) et de la profondeur d’enfouissement de la source (300-600 m) au moment de l’injection. L’étude de ce réseau fossile permet de définir les relations entre morphologie du réseau injecté et état de contraintes au moment de l’injection. Cette relation peut être extrapolée de façon à contraindre la morphologie des réseaux de subsurface au-delà de la visibilité sismique. (5) Les sables injectés dans des lithologies de faible perméabilité témoignent d’un épisode d’échappement de fluide important dans les bassins étudiés mais ont aussi guidé les fluides longtemps après leur formation. Les injectites contribuent ainsi à l’initiation épisodique et la pérennisation de migrations de fluides dans les bassins sédimentaires. Le processus d’injection est associé à l’échappement brutal de fluides, résultant vraisemblablement d’un évènement tectonique et/ou sédimentaire important, et l’architecture des réseaux d’injectites est gouvernée par les paléo-contraintes locales et les hétérogénéités de la roche hôte. Par conséquent, la caractérisation des réseaux d’injectites est une étape importante dans la compréhension de la plomberie des marges, c'est-à-dire l’évolution post-dépôt des bassins sédimentaires.

Sand intrusions (or injectites) are most often the product of post-depositional remobilization of sand leading to its injection into the surrounding rocks. While injectites were recognized for the first time nearly 200 years ago, their emplacement process has been studied for a couple of decades only, since the concepts of deep sea depositional environments have allowed us to better understand their emplacement processes. However, these processes are still relatively poorly understood. Our approach is based on the study of injectites in the Lower Congo Basin from seismic and well data, which we compare to a fossil system in the SE France basin. We have shown that:(1) In buried turbidite channel systems draping deposits on the channel flanks and terraces of channels have the same geophysical signature as ‘wing-like' injectites. Finally, the only criterion for identifying seismic injectites is the presence of bedding-discordant seismic reflections, and in the best case the associated uplift of the overlying seismic reflectors.(2) Seismic-scale conical and saucer-shaped sand injectites have been identified in the Lower Congo Basin. The remobilization is likely due to overpressuring induced by the buoyancy effect of hydrocarbons trapped in the margins of a lobe buried underneath 160 m of sediment, followed by the sudden injection of fluidized sand associated with fault reactivation of faults (with a possible role of nearby salt diapirs).(3) A network of injectites (dykes, sills/wings and laccoliths) was formed in the Vocontian basin during the late Albian and/or early Cenomanian, from a lower-middle Albian turbidite channel. The emplacement is probably due to the early compartmentalization of the channel during its burial and the increase of the sedimentation rate generating overpressure; and the subsequent large influx of deep fluids triggering injection. The injection of sand was polyphased: a first episode formed the sills and another emplaced the dykes. Sills/wings and dykes propagated about 2 km laterally away from the parent sand body and about 200 m up to the surface, revealing a much more extended lateral than vertical reach, contrary to the classically accepted idea from the interpretation of seismic data.(4) The emplacement of this large network of injectites was governed by hydrofracturing. Therefore, its morphology is dependent on the host rock heterogeneity (isotropy, fractures), the paleo-stress orientation (σ3 = NW-SE) and the burial depth of the source (300-600 m) at the time of injection. The study of this fossil network allows us to define the relationship between morphology of the injected network and stress state at the time of injection. This relationship can be extrapolated to constrain the morphology of subsurface networks beyond seismic visibility.(5) Sands injected into low permeability lithologies bear evidence to a major event of fluid escape in the studied basin, but also channeled fluids long after their formation. In this way, injectites both attest to specific episodes of fluid migration in sedimentary basins and contribute to long-lived re-routing of migrating fluids once emplaced.The injection of sand is associated with the sudden escape of fluids, probably resulting from a significant tectonic and/or sedimentary event; in addition, the architecture of injectite networks is governed by the local paleo-stress and heterogeneity in the host rock. Consequently, characterizing injectite networks is an important step in understanding the plumbing systems of continental margins, i.e. the post-depositional evolution of sedimentary basins.