sédimentologue

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[Publication Sedimentology] Les tapissages argileux dans les estuaires: exemple de l’estuaire de la Gironde

L’étude intitulée «Detrital clay grain coats in estuarine clastic deposits: origin and spatial distribution within a modern sedimentary system, the Gironde Estuary (south‐west France)» par Maxime Virolle, Benjamin Brigaud, Raphaël Bourillot, Hugues Féniès, Eric Portier, Thibault Duteil, Julius Nouet, Patricia Patrier et Daniel Beaufort vient d’être acceptée pour publication dans la revue Sedimentology.

Porosity and permeability may be preserved in deep sandstone reservoirs by clay coating (mainly chlorite), which limits quartz overgrowths. Chloritization around quartz grains results mainly from mineralogical transformations of pre‐existing clays. It is fundamental to study those clay precursors to better understand and predict the location and distribution of clay coatings in subsurface sandstones for petroleum or geothermal prospecting. This paper reports a high‐resolution analysis of the composition, distribution and fabric of clays along a modern estuary, the Gironde (south‐west France). The scale of the study ranges from thin sections, through sand bar bodies, up to the entire estuary. Results show that clays are detrital and deposited at the same time as sand grains despite strong hydrodynamic conditions. Clays bind to medium‐grained sands forming detrital clay grain coats. On average, 26% of detrital sand grains are coated along the entire length of the estuary. Coat thickness varies from 1 μm to more than 200 μm, and coat coverage exceeds 30% in some samples. The turbidity maximum zone position (surface water turbidity from 1 to 10 g.l−1) in the estuary, which is controlled by seasonal variations in hydrodynamic processes, significantly impacts the location of the maximum clay content and the abundance of coated grains in sandy facies along the estuary. Flocculation in the water column results in the accumulation of suspended matter and contributes to the high turbidity in the estuary. Exopolymeric substances produced by diatoms are observed both in the field and by cryo‐scanning electron microscopy, suggesting that they may play a major role in binding detrital clay around sand grains. Finally, tidal bars and heterolithic point bars in the estuary funnel and estuarine channels are prime sedimentological targets for finding clay coatings and potentially good reservoir quality in deeply buried sandstones.

 

Carottage des barres sableuses d’un estuaire : comprendre le dépôt d’argile dans des sables

Dans les réservoirs géologiques silicoclastiques -estuariens notamment- la présence de tapissages argileux souvent en chlorite (clay coatings en anglais) autour des grains de quartz limitent grandement le développement des surcroissances de quartz. Les tapissages argileux permettent ainsi la préservation de bonnes propriétés réservoirs à de très grandes profondeurs (>4000 m), là où normalement les sédiments sont complètement cimentés. Dans ces formations détritiques, même si le lien entre présence de tapissages argileux et préservation de bonne porosité-perméabilité est maintenant bien admis, il existe beaucoup d’incertitudes sur l’origine du dépôt ou de la formation d’argiles dans les grès. Normalement, au moment du dépôt, le tri des grains engendré par l’hydrodynamisme empêche les argiles de se déposer en même temps et au même endroit que les sables. Pourtant, certains sédiments sableux contiennent des argiles en quantité non négligeable dans le registre fossile ou moderne. Il s’avère que les conditions de dépôt des argiles (<4 µm) avec du sable grossier au moment de la sédimentation dans un environnement à fort hydrodynamisme est un paradoxe sédimentologique qu’il convient de mieux appréhender. Afin de mieux comprendre les processus à l’origine du dépôt simultané d’argiles et de sables, et d’améliorer la prédiction de la distribution spatiale des roches réservoirs en sub-surface (notamment celles formées dans des estuaires fossiles), il a été envisagé d’étudier les sédiments déposés actuellement dans un estuaire hyper-turbide : l’estuaire de la Gironde (Sud-Ouest, France).



Dans le cadre du projet Claycoat, collaboration scientifique entre l’Université Paris Sud, l’École Nationale Supérieure en Environnement, Géoressources et Ingénierie du Développement durable (ENSEGID) de Bordeaux, l’Université de Poitiers et Engie, 10 campagnes de carottage sur des barres sableuses remplissant l’estuaire de la Gironde ont été réalisées entre novembre 2015 et mai 2017. Ces campagnes de carottage, pilotées par Maxime Virolle (Univ. Paris-Sud) ont permis de réaliser 10 carottes sédimentaires pour un total de 50 m carottés dans 3 barres sableuses positionnées dans l’estuaire entre Bordeaux et le phare de Richard (barres de Bordeaux, de Plassac et de Richard). La description des carottes permet de reconstituer l’histoire de formation de ces barres sableuses remplissant actuellement l’estuaire de la Gironde depuis 6 000 ans, bien calée par les datations réalisées au carbone 14 et au Cs/Pb sur les matières organiques et sédiments récoltés sur les carottes. L’observation au microscope des échantillons a permis de mettre en évidence la présence quasi systématique d’argile (essentiellement smectite et illite) dans les sables, formant des agrégats de plusieurs dizaines de micromètres collés sur la surface des grains de quartz. Au sein des agrégats argileux, d’autres éléments sont identifiables tels que la pyrite, des éléments carbonatés ou des diatomées. Les diatomées sont observées tout le long de l’estuaire dans les échantillons, et les biofilms qu’elles produisent pourraient jouer un rôle important dans le collage des particules argileuses à la surface de grains détritiques, participant ainsi au piégeage des argiles dans les sables de l’estuaire de la Gironde. Ces argiles qui tapissent en partie les grains détritiques constitueraient un précurseur important à la formation de coatings bien cristallisés si, lors de l’enfouissement, elles se transforment en minéraux argileux bien cristallisés (chlorite et/ou illite) recouvrant la totalité des grains de quartz et préservant la porosité et la perméabilité à de grandes profondeurs.

L’origine et la distribution spatiale de ces argiles dans les sédiments sableux sont donc des enjeux majeurs dans la prospection de réservoirs pour le stockage de gaz ou la géothermie haute-énergie.

[EOS-AGU] Une crise des plate-formes carbonatées à l’origine d’un refroidissement globale

Retrouvez l’article dans le volume 92 numéro 40 du 4 octobre 2011 dans EOS résumant l’étude de Yannick Donnadieu, Gilles Dromart, Yves Goddéris, Emmanuelle Pucéat, Benjamin Brigaud, Guillaume Dera, Christophe Dumas, Nicolas Olivier intitulée « A mechanism for brief glacial episodes in the Mesozoic greenhouse » parue dans la revue Paleoceanography n°26, PA3212 [PDF] en 2011.

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Nouvelle publication en diagenèse couplant températures Δ47, δ18O de l’eau et datations U-Pb

L’étude intitulée «Improving paleohydrological and diagenetic reconstructions in calcite veins and breccia of a sedimentary basin by combining Δ47 temperature, δ18Owater and U-Pb age» par Maurice Pagel, Magali Bonifacie, David A. Schneider, Cécile Gautheron, Benjamin Brigaud, Damien Calmels, Alexandre Cros, Bertrand Saint-Bezar, Philippe Landrein, Chelsea Sutcliffe, Donald Davis, Carine Chaduteau est acceptée pour être publiée dans la revue Chemical Geology.

Parution du PDF de la Thèse de doctorat de Simon Andrieu

Le PDF de la thèse de Simon Andrien, intitulée « Lien entre diagenèse des discontinuités, faciès sédimentaire et stratigraphie séquentielle : exemple de la plateforme carbonatée de l’Ouest de la France (Aalénien-Oxfordien)« , est maintenant disponible. Cette thèse est le fruit de la collaboration n°P04990 entre le Brgm et l’Université Paris-Sud intitulée « Microfaciès, stratigraphie séquentielle et diagenèse des carbonates du Jurassique de l’Ouest du Bassin de Paris : Influence sur la distribution des propriétés pétrophysiques » qui a permis le bon déroulement du projet avec le financement d’une partie des analyses et du terrain effectué dans les sédiments d’âge jurassique de la partie Ouest de la France (de la Normandie aux Charentes). Cette thèse présente la particularité de consacrer une large partie aux descriptions et analyses de terrain sur une centaine d’affleurements (1ère année) tout en couplant les analyses fines d’échantillons aux (2) microscopes (2ème année) et (3) aux microsondes électronique (Electron probe micro analyser) et ionique (Ion Microprobe Spectrometer IMS). Les objectifs (1) de définir les facteurs contrôlant le développement à grande échelle des plateformes carbonatées intracratoniques et (2) de relier la diagenèse précoce des discontinuités avec les paléoenvironnements et les modèles de stratigraphie séquentielle ont été pleinement atteints. La topographie du socle contrôle la répartition latérale des bathymétries de l’Aalénien jusqu’au Bathonien moyen. La tectonique régionale favorise ou empêche localement la production carbonatée. Les phases de disparition et de croissance de la plateforme observées à l’Ouest de la France sont en fait généralisées à l’échelle des bassins ouest-téthysiens et concomitants d’un cycle climatique d’une période de 9 millions d’années, ce qui suggère l’importance du changement climatique sur la production carbonatée. La production carbonatée est faible pendant les périodes humides et importante au cours des périodes sèches perturbées par de courtes moussons. Des analyses isotopiques (δ18O et δ13C) à haute résolution ont été réalisées sur des ciments précoces variés localisés sous des discontinuités, permettant de reconstituer l’histoire paléoenvironnementale aboutissant à leur formation. Les ciments en dents de chien ainsi que les ménisques et enveloppes micritiques analysées ont précipité directement en calcite faiblement magnésienne dans l’eau de mer. Un nouveau modèle reliant architecture, stratigraphie séquentielle, faciès et diagenèse précoce est proposé pour une bordure de plateforme oolithique. Sur la plateforme interne, les discontinuités passent latéralement de surfaces subaériennes à des hardgrounds marins, dont l’érosion aboutit au dépôt de niveaux à intraclastes sur la bordure de plateforme. La cimentation précoce est uniquement localisée sous les discontinuités et est absente dans la bordure de plateforme où la sédimentation est continue.

Après un post-doc au 1er semestre 2017 à GEOPS, Simon est maintenant ingénieur géologue au BRGM.

PUBLICATIONS

Andrieu S., Brigaud B., Barbarand J., Lasseur E., 2017. The complex diagenetic history of discontinuities in shallow-marine carbonate rocks : New insights from high-resolution ion microprobe investigation of δ18O and δ13C of early cements. Sedimentology.

Andrieu S., Brigaud B., Barbarand J., Lasseur E., 2017. Linking early diagenesis and sedimentary facies to sequence stratigraphy on a prograding oolitic wedge : the Bathonian of western France (Aquitaine Basin). Marine and Petroleum Geology. 81, 169-195 news GEOPS

Andrieu, S., Brigaud, B., Barbarand J., Lasseur, E., Saucède T., 2016. Disentangling the control of tectonics, eustasy, trophic conditions and climate on shallow-marine carbonate production during the Aalenian-Oxfordian interval : from the western France platform to the western Tethyan domain. Sedimentary Geology. 345, 54-84 news GEOPS

MANUSCRIT DE THESE

Andrieu, S., 2016. Lien entre diagenèse des discontinuités, faciès sédimentaire et stratigraphie séquentielle : exemple de la plateforme carbonatée de l’Ouest de la France (Aalénien-Oxfordien). Thèse de doctorat, Université Paris Saclay, 445 pages

Nouvelle publication: « Carbonate diagenesis: investigation of δ18O and δ13C by SIMS »

L’étude intitulée « The complex diagenetic history of discontinuities in shallow-marine carbonate rocks : New insights from high-resolution ion microprobe investigation of δ18O and δ13C of early cements » par Simon Andrieu, Benjamin Brigaud, Jocelyn Barbarand et Eric Lasseur est acceptée pour être publiée dans la revue Sedimentology.

Article en ligne:

http://dx.doi.org/10.1111/sed.12384

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