Développement et application de la méthode Uranium-Plomb à la datation des carbonates diagénétiques dans les réservoirs pétroliers, et apport à la reconstruction temporelle de l'évolution des propriétés réservoir

Development and application of uranium-lead methodology to diagenetic carbonate dating in petroleum reservoirs and contribution to temporal reconstruction of petrophysical properties evolution.

• Auteur / Autrice : Nicolas Godeau
• Direction : Bruno Hamelin, Pierre Deschamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 14/05/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEREGE Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (Aix-en-Provence ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurie Reisberg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Deschamps, Jean David, Jean-Pierre Girard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Randall Richardson Parrish, Rudy Swennen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagenèse

Spectrométrie de masse

Datation -- Méthode uranium-thorium

Datation Uranium-Plomb. Datation U-Pb

Pièges (géologie pétrolière)

Réservoirs carbonatés

Géochronologie

Mots clés libres

Carbonates

Géochronologie

U-Pb

Diagenèse

Carbonates

Geochronology

U-Pb

Diagenesis

Résumé

L'apport de contraintes chronologiques absolues sur les différents évènements et processus qui ont modelé la Terre constitue un des défis majeurs dans de nombreux domaines des sciences de la terre et de l'environnement. C'est en particulier le cas pour les bassins sédimentaires qui jouent un rôle économique majeur en étant sources d'importantes ressources naturelles, en particulier en hydrocarbures. L'objectif de cette thèse est de développer la datation absolue des minéraux secondaires carbonatés par la méthode U-Pb. Ces minéraux, quasi ubiquistes dans les réservoirs, témoignent des processus diagénétiques, tectoniques et des circulations fluides qui ont affecté ces systèmes. Au cours de cette thèse, plusieurs développements méthodologiques ont été mis en œuvre avec pour objectifs de repousser les limites de la méthode U-Pb. Des techniques d’analyses innovantes, comme le couplage ablation laser/SF-ICP-MS ou la sonde ionique, ont été testées et ont permis d’accroître de plusieurs ordres de grandeur la résolution spatiale des analyses U-Pb. Ces méthodes, couplées à la méthode plus classique de dilution isotopique ont été appliquées avec succès dans différents contextes d’exploration pétrolière permettant notamment d’apporter des contraintes temporelles sur des éléments clés du système pétrolier, comme le timing de la création/préservation du réservoir ou encore de la migration des hydrocarbures. Les différents résultats obtenus ont permis de dresser une synthèse des contextes les plus favorables à l’application de la méthode U-Pb, et de donner ainsi une vision d’ensemble du potentiel de la datation U-Pb sur carbonates secondaires appliquée aux réservoirs pétroliers.

Absolute chronological constraints on the different events and processes that have shaped the Earth constitute a major challenge in numerous realms in Earth and Environmental sciences. In particular this is the case for sedimentary basins that play a major economic role as being source of important hydrocarbon resources. The objective of this thesis is to develop absolute uranium-lead dating methodology on secondary carbonate minerals. This ubiquitous mineral phase in petroleum reservoirs testifies their complex geodynamic and diagenetic histories. In this study, several developments were implemented in order to circumvent the limits of U-Pb methodology. Innovative analysis techniques such as laser ablation coupled with SF-ICP-MS or ion probe were tested to increase the spatial resolution of the U-Pb analysis by several orders of magnitude. These methodologies coupled to the more traditional isotope dilution was successfully applied in different oil exploration context allowing to bring absolute constraints on key diagenetic events such as creation/preservation of reservoir properties or hydrocarbon migration. The results obtained during this study allowed to draw a synthetic model of the most favorable contexts for U-Pb method and gives an overview of the U-Pb dating potential to secondary carbonates applied to petroleum reservoirs.