Circulation des fluides et diagenèse du système pétrolier de Lacq : impact de l'évolution géodynamique

Fluid circulation and diagenesis of the Lacq Petroleum System : Impact of the geodynamic evolution

• Auteur / Autrice : Alexy Elias Bahnan
• Direction : Jacques Pironon, Cédric Carpentier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GéoRessources (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Mary Ford
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Pironon, Cédric Carpentier, Rudy Swennen, Anna Travé, Christophe Durlet, Guilhem Hoareau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rudy Swennen, Anna Travé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lacq (Pyrénées-Atlantiques)

Gisements hydrothermaux

Géodynamique

Géologie pétrolière

Fluides -- Migration

Pyrénées-Atlantiques (France)

France

Diagenèse

Mots clés libres

Pétrographie

Géochimie

Diagenèse des carbonates

Inclusions fluides

Modélisation des bassins

Petrography

Geochemistry

Carbonate diagenesis

Fluid inclusions

Basin modeling

Résumé

L'évolution géodynamique des bassins exerce un contrôle majeur sur l'évolution des chemins de circulation, de la température, de la pression et de la chimie des fluides diagénétiques. Ceci influence la diagenèse et les propriétés pétrophysiques des réservoirs. Récemment, les modèles géodynamiques des Pyrénées et du bassin sud aquitain ont été revus et mis à jour pour inclure la participation d'une phase de rifting au Crétacé inférieur qui a évolué vers un amincissement crustal extrême couplé à une exhumation du manteau et suivi d'une inversion pendant le Crétacé supérieur et le paléogène. Ce modèle révisé met en évidence l'impact possible des fluides hydrothermaux sur la diagenèse des réservoirs pétroliers dans le sud du bassin aquitain. Ce travail est basé sur l’étude de trois carottes de forage pénétrant dans les réservoirs du Crétacé supérieur (Lacq supérieur) et du Jurassique supérieur au Crétacé inférieur (Lacq inférieur). À l'aide d'une multitude d'outils pétrographiques et géochimiques et d’une modélisation de bassin, nous documentons comment l'hyperextension aptienne a été couplée à la circulation de fluides riches en Mg qui ont partiellement dolomitisé Lacq profond. Le Mg a été fourni à partir des formations riches en argiles présentes en profondeur, tandis que les fortes salinités sont dues à une interaction avec les évaporites du Trias. Différents épisodes de fracturation au cours de la période post-rift, pendant la convergence N-S, ont permis la connexion entre Lacq inférieur et un réservoir de fluides sursaturés vis-à-vis de la calcite. Une troisième phase de circulation de fluides qui s’est terminée pendant la compression Eocène, a précipité des anhydrites massives dans Lacq profond. Dans le même temps, la diagenèse a été marquée par une circulation de fluides hydrothermaux le long des principales failles et fractures au niveau de la crête de l'anticlinal de Lacq. Des dolomies hydrothermales ont été documentées avec des températures environ 40°C plus élevées que celles des roches hôtes environnantes. Différents épisodes de fracturation liés à l'orogenèse pyrénéenne, ont ensuite été responsables de la précipitation de calcite et d'anhydrite. Il apparait que le chargement en pétrole et en gaz dans Lacq supérieur et Lacq inférieur respectivement, se situe pendant la phase post-orogénique. Par conséquent, il est évident que le cadre géodynamique global et l'évolution géologique des foothills pyrénéens, régis principalement par l'hyperextension Aptienne et la convergence Eocène, ont eu un contrôle significatif sur les types, sources et voies de circulation des fluides diagénétiques, pétroliers et gaziers.

The geodynamic evolution of basins exerts a major control on the evolution of the pathways, temperature, pressure and chemistry of circulating fluids. This in turn influences the diagenesis and petrophysical properties of petroleum reservoirs. Recently, geodynamic models of the Pyrenees and the south Aquitaine basin were revisited and updated to include the involvement of an Early Cretaceous rifting phase that evolved to extreme crustal thinning coupled with mantle exhumation, followed by an inversion and convergence during the Late Cretaceous and the Paleogene. This revised model highlights the possible impact of hydrothermal fluids on the diagenesis of petroleum reservoirs in the southern Aquitaine Basin. This work is based on the study of three drill cores penetrating the Upper Cretaceous (Upper Lacq) reservoirs and the Upper Jurassic to Early Cretaceous (Deep Lacq) reservoirs. Using a multitude of petrographic, geochemical and modeling tools, we document how the Aptian hyperextension was coupled with the circulation of Mg-rich fluids that partially dolomitized Deep Lacq. Mg was provided from the clay-rich formations at depths while salinities were the result of fluid interaction with the Triassic evaporites. Different fracturing episodes during the post-rift stage, when the N-S convergence started, connected Deep Lacq with a pool of fluids oversaturated with respect to calcites. A third fluid pulse, linked to the Eocene compression, precipitated massive anhydrites in Deep Lacq. At the same time in Upper Lacq, diagenesis was marked by orogeny-driven hydrothermal fluid circulations along the major faults and fractures on the crest of Lacq anticline. Hydrothermal dolomites were documented with temperatures nearly 40°C higher than the surrounding host rocks. Different fracturing episodes, related to the Pyrenean orogeny, were later responsible for calcite and anhydrite cementation. The oil and gas infilling of Upper and Deep Lacq respectively are assumed to be post-orogenic. Therefore, it is evident that the overall geodynamic setting and the geologic evolution of the Pyrenean foothills, governed mainly by the Aptian hyperextension and the Eocene convergence, had a significant control on the types, sources and circulation pathways of the diagenetic fluids.