Dynamique des systèmes évaporitiques d’un bassin d’avant-pays salifère et processus diagénétiques associés au contexte halocinétique : exemple du bassin de Sivas en Turquie

Dynamic of the evaporitic systems in a foreland salt basin and diagenetic processes related to the halokinetic context : example of the Sivas Basin in Turkey

• Auteur / Autrice : Alexandre Pichat
• Direction : Guilhem Hoareau, Jean-Paul Callot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 09/05/2017
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Total (2000-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut Carnot Energies du futur (Grenoble (Isère))
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Brigaud, John Warren
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Guillocheau, Emmanuelle Vennin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sivas (Turquie)

Mots clés libres

Évaporite

Recyclage évaporitique

Diagenèse

Avant-pays

Tectonique salifère

Evaporite

Evaporite recycling

Diagenesis

Foreland

Salt tectonics

Résumé

Ce manuscrit présente la dynamique des dépôts évaporitiques du bassin de Sivas en Turquie et évalue l’impact diagénétique de ces évaporites sur les analogues de réservoirs gréseux. Cette étude s’effectue dans un bassin d’avant-pays ayant la spécificité d’avoir enregistré une intense tectonique salifère, marquée notamment par la présence de mini-bassins oligo-miocènes. Les résultats présentés s’appuient sur des relevés cartographiques de terrain, des descriptions sédimentaires ainsi que sur des analyses pétrographiques et géochimiques.Les premières évaporites du bassin se forment à l’Eocène supérieur lorsque l’avant-pays perd progressivement sa connexion avec le domaine marin, en conséquence de la propagation de la chaine de plis et de chevauchements. La fermeture océanique s’accompagne d’une diminution drastique des apports clastiques. Les faciès turbiditiques évoluent alors vers des dépôts argilo-carbonatés propres à un bassin affamé et anoxique. Les évaporites commencent par précipiter dans des bassins en piggy-back précocement isolés du reste de l’avant-pays. Par surrection tectonique, ces dépôts subissent un démantèlement gravitaire qui induit des accumulations de gypses détritiques au front de la chaîne. Avec l’augmentation des conditions de salinité de l’ensemble du bassin, des plateformes évaporitiques s’établissent ensuite sur les domaines peu profonds et nourrissent en fond de bassin des turbidites de gypse. Enfin, dans un plan d’eau devenu peu profond, l’essentiel de l’avant pays est comblé par de la halite aujourd’hui lessivée en surface. Tout au long de l’Oligo-Miocène, les évaporites éocènes induisent des déformations halocinétiques. Les sels diapiriques sont alors dissous et recyclés sous forme de dépôts gypsifères qui précipitent en domaine continental, au sein d’environnements sebkhaïques à lacustres peu profonds. Ces évaporites de seconde génération ont pu connecter différents émissaires diapiriques pour constituer ce que nous nommons « une canopée resédimentée ». Les sulfates recyclés se sont également accumulés sur des émissaires diapiriques en cours de déflation pour ainsi former de véritables mini-bassins évaporitiques secondaires encapsulés. Sur toute la bordure nord du bassin, et en continuité latérale d’une canopée salifère, les évaporites recyclées ont formé des accumulations majeures de gypse sélénitique lacustre.L’étude diagénétique des grès continentaux de mini-bassins montre une paragenèse ayant été contrôlée au premier ordre par la composition minéralogique des grains détritiques. Ainsi, dans les grès fortement polygéniques, des fluides salins et alcalins probablement dérivés du lessivage des émissaires diapiriques ont interagi avec les grains réactifs pour induire la précipitation précoce de ciments analcitiques. Ces derniers paraissent également avoir été favorisés dans les mini-bassins isolés hydrographiquement par des reliefs diapiriques. Plus localement, des phénomènes de gypsification se sont produits au niveau de dépôts faillés ou fracturés et positionnés à proximité immédiate de structures salifères. Les fluides salins impliqués circulaient par l’intermédiaire de la porosité créée par l’endommagement tectonique.L’ensemble des résultats présentés trouvent des analogies avec d’autres bassins salifères, actuels ou anciens, affectés par des déformations halocinétiques en contexte continental (e.g. le bassin Précaspien, le bassin du Zechstein ou le Great Kavir en Iran).

This manuscript focuses on the various evaporitic systems of the Sivas Basin (Turkey) and assesses the diagenetic impact of saline fluid flow on silicoclastic reservoir analogues. This study takes place in a foreland basin that has the peculiarity of having recorded halokinetic deformations, as evidenced by outcropping Oligo-Miocene mini-basins structures. The results are based on geological field mapping and sedimentary descriptions complemented by petrographic and geochemical analyses.The first evaporites of the basin precipitated during the Late Eocene when the foreland progressively lost its connection with the oceanic domain, as a result of the northward propagation of the fold-and-thrust-belt. Such event first resulted in sediment-starved conditions, with siliciclastic turbidites grading to muddy- and organic-rich facies. The evaporites then formed in early isolated piggy-back basins and were subsequently reworked in the foredeep by tectonically-induced gravitational collapses. With increasing saline conditions, evaporitic platforms developed in shallow-water domains of the foreland, and fed gypsum turbidites in the deep-water setting. Finally, after the general establishment of shallow-water hypersaline conditions, most of the available space was filled by halite deposits, nowadays entirely dissolved at the surface.During the Oligo-Miocene, Eocene evaporites induced halokinetic deformations. The diapiric salts were then recycled as gypsiferous deposits precipitated in sabkha to shallow-water lacustrine setting within salt-walled mini-basins. Such evaporitic deposits of second-generation were able to connect different diapiric structures, forming what we define as a “resedimented canopy”. The recycled evaporites also accumulated in depleting diapiric stems, resulting in the development of peculiar encased evaporitic mini-basins. Finally, along the northern border of the basin, the recycled evaporites formed massive accumulations of lacustrine selenitic gypsum southward connected to a spreading salt canopy.The diagenetic study of Oligocene continental sandstones emplaced within mini-basins highlights a paragenesis controlled at first order by the detrital composition. For instance, in the less sorted sandstones, saline-alkaline fluids, probably resulting from the leaching of diapiric salts, interacted with reactive grains to produce analcitic cements at shallow burial. These cements also seem to have been favored in mini-basins that were hydrographically isolated by diapiric reliefs. More locally, in fractured to faulted sandstones close from a diapiric structures, the porosity has been early to lately occluded by gypsum cements. The saline fluids inducing such cementation were fed by the diapiric evaporites, and reached the reservoirs through the fracture or fault-related porosity.All of these results may find relevant analogies with other ancient or present-day evaporitic basins affected by halokinetic deformation in continental setting (e.g. the Precaspian Basin, the Zechstein Basin or the Great Kavir in Iran).