Apport de l'analyse paléopiézométrique des macles de la calcite et des stylolites à la compréhension de l'histoire tectonique et d'enfouissement des bassins sédimentaires de la marge ouest-africaine de l'Atlantique Sud
Auteur / Autrice : | Boubacar Bah |
Direction : | Olivier Lacombe, Nicolas Beaudoin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Géologie |
Date : | Soutenance le 12/05/2023 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....) |
Jury : | Président / Présidente : Loïc Labrousse |
Examinateurs / Examinatrices : Juliette Lamarche, Catherine Homberg, Pierre-Alexandre Teboul | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Delvaux, Khalid Amrouch |
Résumé
La présente thèse a pour objectif d'éprouver des méthodologies permettant de reconstituer l'évolution des propriétés réservoirs et de la pression subit par un réservoir. Ce manuscrit présente (1) une caractérisation pétrologique des roches réservoirs avec une estimation du calendrier de l'évolution de la porosité, (2) les résultats une étude paléopiézométrique, et (3) une évolution des contraintes effectives et potentielles (sur)pressions de fluides ayant prévalu dans le réservoir carbonaté au cours de son évolution. Ces éléments permettent de reconstituer l'histoire d'enfouissement et les paléocontraintes subies par des réservoirs carbonatés dans un contexte de marge passive. Pour cela ce travail s'est basé sur une approche couplée de deux outils paléopiézométrique complémentaires combinant l'inversion des macles de la calcite et l'inversion de la rugosité des stylolites. Cette approche a été combinée avec des analyses pétrographiques, géochimiques, géomécaniques et géochronologiques pour bien caractériser le réservoir. Le matériel étudié lors de cette thèse consiste en des carottes de forage offshore récupérées de puits profonds fournis par TotalEnergies situés dans les bassins du Bas Congo et de Kwanza sur la marge ouest africaine de l'océan Atlantique Sud. Ces bassins ont subi un épisode de rifting au Crétacé inférieur (145.5 - 112 Ma). L'étude de la destruction de la porosité des réservoirs pré-sel de la formation TOCA syn-rift d'âge Barrémien (130-125 Ma) à partir de carottes prélevées dans le bassin du Bas Congo a révélé que la porosité initiale avait été réduite à sa valeur actuelle de 4-8% au cours des 35 premiers Ma de son histoire d'enfouissement, atteignant ~10% après seulement 10 Ma, i.e. dans les 400-500 premiers mètres d'enfouissement et que la porosité actuelle n'avait pas évolué de manière significative depuis 95 Ma (fin de la stylolitisation). Cette étude a ainsi montré que les propriétés des réservoirs dans les formations carbonatées bioclastiques telles que la formation TOCA peuvent être largement contrôlés par des processus diagénétiques précoces et très superficiels plutôt que par des réactions mésogénétiques qui se produisent ultérieurement en profondeur dans l'histoire de l'enfouissement. Une étude paléopiézométrique a été réalisée dans le but de reconstituer l'histoire d'enfouissement et des paléocontraintes des formations carbonatées de la TOCA (syn-rift) du Barrémien et Sendji (post-rift) de l'Albien sur la marge ouest africaine. La paléopiézométrie basée sur l'inversion de la rugosité des stylolites et l'inversion des macles de calcite a été combinée à l'analyse de la fracturation, à la datation géochronologique U-Pb du ciment calcitique et à la modélisation de l'enfouissement des deux formations pour reconstruire les orientations et les grandeurs des contraintes horizontales et verticales ayant affecté les deux formations au cours du temps. L'inversion des macles de la calcite réalisée sur des ciments précoces a révélé que les carbonates syn-rift et post-rift avaient enregistré une histoire des paléocontraintes polyphasée, incluant (1) des régimes de contraintes extensifs liés à l'ouverture l'océan Atlantique Sud (145.5-112 Ma), avec un σ3 orienté NE-SW à E-W, et à l'échelle du bassin des failles normales orientées N-S et NE-SW. Cette phase d'extension n'est observée que dans les formations syn-rift. (2) des régimes de contraintes extensifs associés à une tectonique salifère locale affectant les formations post sel, trouvés uniquement dans la formation Sendji (101 à 80 Ma) avec un σ3 orienté ~N-S et ~E-W. (3) Des régimes de contraintes compressifs et décrochants avec un σ1 horizontal orienté ~N-S à NE-SW probablement liés à la collision Afrique-Eurasie. (4) Des régimes de contraintes compressifs et décrochants avec un σ1 horizontal orienté ~E-W que nous avons proposé d’attribuer à la poussée à la ride médio-Atlantique et qui prévalent depuis ~15 - 10 Ma.