Les accumulations sédimentaires sont marquées par de nombreux arrêts de sédimentation ou hiatus formant des discontinuités. Sur les plates-formes carbonatées marines, les discontinuités de type hardground (ou fond durci) sont marquées par des surfaces lithifiées lors d’un processus diagénétique de cimentation synsédimentaire, ce fond étant alors perforé par des organismes lithophages comme certains bivalves. Les discontinuités forment d’importantes surfaces stratigraphiques qui peuvent être utilisées à l’échelle du bassin pour corréler les limites des séquences stratigraphiques et reconstruire les géométries sédimentaires. Bien que ces surfaces soient couramment utilisées en stratigraphie séquentielle, le moment et la durée de leur lithification et de la cristallisation des premiers ciments restent peu explorés. Dans cette étude, les premiers ciments calcitiques obturant l’espace inter-granulaire des calcaires du Jurassique des bassins de Paris et Aquitain ont été datés, directement sur les lames minces d’échantillons, par la géochronologie U-Pb. La cohérence ou la légère déviation entre l’âge des ciments et l’âge stratigraphique des discontinuités illustre le fait que la cimentation s’est produite au début de l’histoire diagénétique. La méthode géochronologique in situ permet de dater de très petits ciments, ici d’une taille inférieure à 200 micromètres. Les âges obtenus sur les ciments en dents de chien, (âge à 163.5±6.0 Ma, soit ± 3.7% à 2σ) et les ciments microstalactitiques (âge à 164.0±9 Ma, ± 5.5% à 2σ) sont très cohérents avec les âges supposés de la sédimentation. D’autres âges obtenus montrent que la 1ère cimentation du sédiment peut se réaliser jusqu’à 20 Ma après le dépôt. Outre la datation de la diagenèse, la bonne cohérence entre l’âge des dépôts et les âges obtenus sur certains ciments suggère que la géochronologie in situ U-Pb sur calcite serait une méthode prometteuse pour dater les limites des séquences stratigraphiques et affiner, dans le futur, l’échelle des temps géologiques du Jurassique.
Géochronologie U-Pb sur calcite appliquée à la lithification des hardgrounds et à la datation des limites de séquences stratigraphiques
Benjamin Brigaud1, Simon Andrieu2, Thomas Blaise1, Frédéric Haurine1, Jocelyn Barbarand1
1Université Paris-Saclay, CNRS, GEOPS, 91405 Orsay, France
2BRGM, 3 avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060 Orléans, France
Les discontinuités de type hardground sur les plates-formes carbonatées forment d’importantes surfaces stratigraphiques qui peuvent être utilisées à l’échelle du bassin pour corréler les limites des séquences stratigraphiques. Bien que ces surfaces soient couramment utilisées en stratigraphie séquentielle, le moment et la durée de leur lithification et de la cristallisation des premiers ciments restent peu explorés. Dans cette étude, les premiers ciments calcitiques obturant l’espace inter-granulaire des carbonates du Jurassique des bassins de Paris et Aquitain ont été datés par géochronologie U-Pb dans cinq hardgrounds. La position stratigraphique, le cadre séquentiel à haute résolution et leur contexte sédimentologique permettent d’attribuer ces hardgrounds à des limites de séquence de 3ème ordre, correspondant à des limites de type maximum regressive surface. La cohérence ou la légère déviation entre l’âge des ciments et l’âge stratigraphique des discontinuités illustre le fait que la cimentation s’est produite au début de l’histoire diagénétique. Les âges obtenus sur les ciments en dents de chien (âge à 163.5±6.0 Ma, soit ± 3.7% à 2σ) et les ciments microstalactitiques (âge à 164.0±9 Ma, ± 5.5% à 2σ) sont très cohérents avec les âges supposés de la sédimentation contrainte à la précision des zones biostratigraphiques à ammonites. Cela permet d’entrevoir que la géochronologie in situ U-Pb sur calcite serait une méthode prometteuse pour dater les limites des séquences de dépôt et affiner, dans le futur, l’échelle des temps géologique du Jurassique.
NMR contribution in sub-horizontal well for porosity-permeability heterogeneity characterization in limestones: implications for 3D reservoir prediction and flow simulation in a world class geothermal aquifer
Maxime Catinat1,2 Benjamin Brigaud1, Miklos Antics2
1Université Paris-Saclay, GEOPS, CNRS, 91405 Orsay, France
2GEOFLUID, 165 Rue de la belle étoile, 95700 Roissy CDG, France
3IFP Energies Nouvelles, 1-4 Avenue de bois préau, 92852 Rueil-Malmaison, France
4BRGM, 3 Avenue Claude Guillemin, 45100 Orléans
5Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, UVSQ, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, 91191, Gif-sur-Yvette, France
With around 50 heating networks today operating, the aera around Paris is the European region which concentrates the most heating network production units in terms of deep geothermal energy. In France, the energy-climate strategy plans to produce 6.4TWh in 2023, compared to 1.5TWh produced in 2016 [1]. Despite an exceptional geothermal potential, the current average development rate of 70MWh/year will not allow this objective to be achieved, it would be necessary to reach a rate of 6 to 10 times higher. The optimization of the use of deep geothermal energy is a major challenge for France, and in Ile-de-France, which has a population of nearly 12 million inhabitants. This project aims to reconstruct and simulate heat flows in the Paris Basin using an innovative methodology (1) to characterize, predict and model the properties of reservoirs (facies, porosity, permeability) and (2) simulate future circulations and predict the performance at a given location (sedimentary basin) on its geothermal potential. This study focuses on a high density area of well infrastructures around Cachan, (8 doublets, 1 triplet in 56 km2). A new sub-horizontal doublet concept has been recently (2017) drilled at Cachan to enhance heat exchange in medium to low permeability formations [2]. Nuclear Magnetic Resonance (NMR T2) logs have been recorded in the sub-horizontal well (GCAH2) providing information on pore size distribution or permeability. We integrated all logging data (gamma ray, density, resistivity, sonic, NRM T2) of the 19 wells in the area and 120 thin section observations from cuttings to derive a combined electrofacies-sedimentary facies description. A total of 10 facies is grouped into 5 facies associations coded in all the 19 wells according to depths and 10 3rd order stratigraphic sequences are recognized. The cell size of the 3D grid was set to 50 m x 50 m for the XY dimensions. The Z-size depends on the thickness of the sub-zones, averaging 5 m. The resulting 3D grid is composed of a total of nearly 800 000 cells. After upscaled, facies and stratigraphic surfaces are used to create a reliable model using the “Truncated Gaussian With Trends” algorithm. The petrophysical distribution “Gaussian Random Function Simulation” is used to populate the entire grid with properties, included 2000 NMR data, considering each facies independently. The best reservoir is mainly located in the shoal deposits oolitic grainstones with average porosity of 12.5% and permeability of 100 mD. Finally, hydrodynamic and thermal simulations have been performed using Pumaflow to give information on the potential risk of interference between the doublets in the area and advices are given in the well trajectory to optimize the connectivity and the lifetime of the system. NMR data, especially permeability, allow to greater improve the simulations, defining time probabilities of thermal breakthrough in an area of high density wells.
Référence
[1] Ministère de la Transition écologique et solidaire, Stratégie Française pour l’énergie et le climat, Programmation pluriannuelle de l’énergie. 2019.
[2] Wielemaker, E. Cavalleri, C., Dahlhaus, L., Reynaldos A., Sosio,G., Ungemach, P., Antics, M., Davaux, M., 2020. Delineating the geothermal structure and flow properties in a sub-horizontal well with the use of wireline and LWD data in a multiphysics approach. SPWLA 61st Annual Logging Symposium
Contribution de la photogrammétrie par drone à la modélisation 3D des hétérogénéités des réservoirs carbonatés (carrière de Massangis, Bassin de Paris)
Hadrien Thomas1, Benjamin Brigaud1, Hermann Zeyen1, Bertrand Saint-Bezar1, Thomas Blaise1, Elodie Zordan2, Simon Andrieu3, Benoît Vincent4, Eric Portier5, Emmanuel Mouche6, Hugo Chirol1
1Université Paris-Saclay, CNRS, GEOPS, 91405, Orsay, France
2Schlumberger, Software Integrated Solutions, Le Palatin 1, 1, Cours du Triangle, 92 936, La Défense, Cedex, France
3BRGM, 3 Avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060, Orléans, France
4Cambridge Carbonate Ltd., 1 rue de Varoux, 21120, Marey-sur-Tille, France
5CV Associés Engineering, 7 Chemin de la Marouette, 64100, Bayonne, France
6Université Paris-Saclay, CNRS, CEA, UVSQ, Laboratoire des sciences du Climat et de l’environnement, 91191, Gif-sur-Yvette, France
Une acquisition par drone équipé d’un appareil photo haute résolution (12 Mpix) géoréférencée, associée avec les techniques de photogrammétrie, a permis de réaliser une modélisation 3D virtuelle d’un affleurement de roches calcaires avec une précision centimétrique. Celui-ci est ainsi rapidement « transportable » au laboratoire, et permet de localiser les échantillons prélevés, la levée de logs supplémentaires, une cartographique complète et la corrélation des faciès observés sur le terrain. Des données complémentaires peuvent être extraites telles que des mesures de fractures ou de pendages (exemple ici : https://skfb.ly/6RYGF). A titre d’exemple, les calcaires du Bathonien de la carrière de Massangis (Bourgogne) ont été investigués avec cette technique. La carrière couvre une superficie de 0,4 km2 et a longtemps été considérée comme un analogue à l’affleurement du réservoir géothermique de l’Oolithe Blanche, réservoir situé à environ 1500 m de profondeur en région parisienne. Dans notre cas d’étude, le modèle de la carrière de Massangis représente un bon analogue pour représenter un réservoir microporeux et/ou dominé par une porosité secondaire associée à la dédolomitisation. Les espaces poreux rhomboédriques de type moldique associés à la dédolomitisation sont bien exprimés au sein de très grandes dunes sous-marines de 15 à 20 m de hauteur. La photogrammétrie par drone combinée à l’utilisation du Géomodeleur Petrel® est utilisée pour créer un modèle géologique qui reproduit fidèlement l’architecture des faciès observés dans la carrière. La photogrammétrie par drone peut être combinée avec des travaux de terrain pour décrire et localiser les faciès et ainsi contraindre la distribution spatiale des propriétés pétrophysiques. Elle permet également de contraindre les formes des corps réservoir dans une grille fine (XYZ = 1 m x 1 m x 0.5 m) pour des modèles géologiques statiques plus réalistes. Cette méthodologie rapide va aider à fournir des modèles pétrophysiques 3D, de l’échelle micrométrique (pore) à kilométrique, à partir d’analogue d’affleurement pour les réservoirs géothermiques.
Une acquisition par drone équipé d’un appareil photo haute résolution (12 Mpix) géoréférencée, associée avec les techniques de photogrammétrie, a permis de réaliser une modélisation 3D virtuelle d’un affleurement de roches calcaires avec une précision centimétrique. Celui-ci est ainsi rapidement « transportable » au laboratoire et permet de localiser les échantillons prélevés, la levée de logs supplémentaires, une cartographique complète et la corrélation des faciès observés sur le terrain. Des données complémentaires peuvent être extraites telles que des mesures de fractures ou de pendages (exemple ici). À titre d’exemple, les calcaires du Bathonien de la carrière de Massangis (Bourgogne) ont été investigués avec cette technique. La carrière couvre une superficie de 0,4 km2 et a longtemps été considérée comme un analogue à l’affleurement du réservoir géothermique de l’Oolithe Blanche, réservoir situé à environ 1500 m de profondeur en région parisienne.
Dans le cas de cette étude, le modèle de la carrière de Massangis représente un bon analogue pour représenter un réservoir microporeux et/ou dominé par une porosité secondaire associée à la dédolomitisation. Les espaces poreux rhomboédriques de type moldique associés à la dédolomitisation sont bien exprimés au sein de très grandes dunes sous-marines de 15 à 20 m de hauteur. La photogrammétrie par drone combinée à l’utilisation du Géomodeleur Petrel® est utilisée pour créer un modèle géologique qui reproduit fidèlement l’architecture des faciès observés dans la carrière. La photogrammétrie par drone peut être combinée avec des travaux de terrain pour décrire et localiser les faciès et ainsi contraindre la distribution spatiale des propriétés pétrophysiques. Elle permet également de contraindre les formes des corps réservoir dans une grille fine (XYZ = 1 m x 1 m x 0.5 m) pour des modèles géologiques statiques plus réalistes. Cette méthodologie rapide va aider à fournir des modèles pétrophysiques 3D, de l’échelle micrométrique (pore) à kilométrique, à partir d’analogue d’affleurement pour les réservoirs géothermiques.
Contribution of drone photogrammetry to 3D outcrop modeling of facies, porosity, and permeability heterogeneities in carbonate reservoirs (Paris Basin, Middle Jurassic) – Marine Petroleum Geology, 104772
Thomas, H., Brigaud, B., Blaise, T., Saint-Bezar, B., Zordan, E., Zeyen, H., Andrieu, S., Vincent, B., Chirol, H., Portier, E., Mouche, E.
Des agrégats composés de minéraux argileux détritiques, formant des tapissages argileux (ou clay coats), enveloppent les grains de sable dans les estuaires modernes. Ces tapissages sont une source potentielle pour le développement de chlorites authigènes lors de l’enfouissement du sédiment. Ce type d’enveloppe argileuse est observé dans de nombreux grès côtiers et estuariens anciens, au sein desquels ils permettent la préservation des propriétés réservoirs en limitant la formation de surcroissances de quartz. Plusieurs études récentes ont questionné le processus d’adhésion entre les sables et les particules de silts et d’argiles au sein des sédiments côtiers. En effet ces deux classes de particules sédimentaires sont normalement ségréguées par les courants de marée.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont proposé de tester le rôle des exopolymères des biofilms à diatomées dans l’adhésion des particules d’argile aux grains de quartz. Pour cela, l’équipe a reproduit les tapissages argileux en laboratoire en mélangeant à température ambiante des exopolymères de l’estuaire de la Gironde avec des standards de minéraux argileux et de sables de quartz. Des analyses en cryomicroscopie électronique à balayage et en microscopie à force atomique ont révélé que ces exopolymères forment un adhésif entre les sables et les argiles via la mise en place de ponts organiques. Des tests colorimétriques et des analyses infra-rouges ont montré que ces exopolymères contiennent principalement des polysaccharides et des protéines, dont certains présentent des fonctions réactives capable d’interagir avec les sables et les argiles. Les chercheurs ont également observé une similitude texturale entre des coats détritiques des grès anciens et les tapissages reproduits au laboratoire, ce qui indique que la présence de tapissages argileux détritiques pourrait être la biosignature d’un développement de biofilm relié à la sécrétion d’exopolymères dans les environnements passés.
En savoir plus
Experimental formation of clay-coated sand grains using diatom biofilm exopolymers – Geology, v. 48
Thibault Duteil, Raphaël Bourillot, Brian Grégoire, Maxime Virolle et al.
L’article intitulé « δ18O, δ13C, trace elements and REE in situ measurements coupled with U–Pb ages to reconstruct the diagenesis of upper Triassic atoll-type carbonates from the Panthalassa Ocean » vient d’être publié à la revue Marine and Petroleum Geology par Giovan Peyrotty, Benjamin Brigaud et Rossana Martini.
Vous trouverez notre dernière étude en diagenèse mettant en évidence des anomalies thermiques passées assez marquées dans le Bassin de Paris par géochronologie U-Pb couplée aux clumped isotopes Delta47 sur calcites Université Paris-SaclayUniversité de Paris
Les géothermomètres sont couramment utilisés pour reconstituer l’histoire diagénétique et thermique des roches sédimentaires. Cependant, la temporalité et l’évolution thermique des événements de circulation de paléofluides restent difficile à évaluer. Dans cette étude, les chercheurs ont mesuré, sur des cristaux de calcite diagénétiques, la température de cristallisation par la méthode « clumped isotopes » des carbonates (ou ∆47) et l’âge de cristallisation par géochronologie U-Pb dans une partie du bassin de Paris dont l’histoire thermique est très bien connue et relativement simple.
Grâce à ces mesures, ils ont fait deux découvertes concernant la cimentation. D’une part qu’elle avait eu lieu en deux étapes associées à des événements majeurs à l’échelle lithosphérique en Europe occidentale : (1) l’ouverture du golfe de Gascogne (vers la transition Jurassique / Crétacé) et (2) la compression pyrénéenne (Eocène) suivie d’une période d’extension assez active à l’Oligocène (ouverture des fossés rhénan et de Limagnes…). D’autre part que s’étaient produites, lors de ces deux événements, des circulations de fluides étonnamment chauds, jusqu’à 110 °C, contrastant avec les températures beaucoup plus basses déduites d’autres géothermomètres. Les chercheurs ont aussi pu mettre en évidence, durant l’Eocène / Oligocène, un gradient thermique horizontal depuis le fossé de Gondrecourt où le fluide minéralisateur se refroidit d’environ 6°C/km en s’éloignant de l’accident tectonique qu’est le fossé. Autre résultat surprenant : les calcites présentant des caractéristiques pétrographiques et d18O identiques peuvent cristalliser dans des fluides différents en termes de nature d18O et de température.
Ces découvertes prouvent que des anomalies de température marquées peuvent ponctuer l’histoire des bassins sédimentaires intracratoniques pendant des périodes de rifting ou d’accrétion océanique, jouant un rôle clé dans l’évolution des propriétés des roches sédimentaires.
Localisation du puits étudié à l’Est du Bassin de Paris @AGBP
Brigaud, B., 2018. Les sédiments marins et côtiers de plate-forme : des environnements de dépôt aux réservoirs et gisements. Processus, propriétés et perspectives. Habilitation à Diriger des Recherches, Université Paris-Sud (Orsay), 498 p. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02546436
L’article intitulé « Facies associations, detrital clay grain coats and mineralogical characterization of the Gironde estuary tidal bars: A modern analogue for deeply buried estuarine sandstone reservoirs » vient d’être publié à la revue Marine and Petroleum Geology par Maxime Virolle, Hugues Féniès, Benjamin Brigaud, Raphaël Bourillot, Eric Portier, Patricia Patrier, Daniel Beaufort, Isabel Jalon-Rojas, Hervé Derriennic, Serge Miska
orcid.org/0000-0001-6961-2177