Microfaciès, stratigraphie séquentielle et diagenèse des carbonates du Jurassique de l’Ouest de la France (de la Normandie à la Dordogne) : Influence sur la distribution des propriétés pétrophysiques

Contrat de collaboration BRGM-Université Paris-Sud

Responsable du projet : Benjamin Brigaud

Durée: 3 ans, années: 2013-2016

Thèse: Simon Andrieu (Allocation ministérielle), Support financier BRGM

Résumé

Le Jurassique est connu comme étant une période très favorable pour le développement de plateformes carbonatées dans les bassins ouest-téthysiens. De nombreuses études ont été menées dans divers basins intracratoniques en France, Espagne, Angleterre, Allemagne, Pologne, Suisse ou encore Egypte, permettant d’avoir un cadre biostratigraphique bien contraint. Néanmoins, la part relative des différents facteurs de contrôle (eustatisme, tectonique, chimie de l’océan ou climat) sur le développement des systèmes carbonatés dans ces bassins demeure compliquée à mettre en évidence.
De plus, les formations du Jurassique présentent un intérêt économique et sociétal non négligeable en Europe, qui suscite un regain d’explorations ces dernières années.
Dans la partie Est du Bassin de Paris, les carbonates du Jurassique forment les encaissants d’une couche argileuse dans laquelle l’Andra (Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs) projette la réalisation d’un stockage de déchets radioactifs à l’horizon 2025. En région parisienne ou dans l’Aube et la Marne, les carbonates du Jurassique sont actuellement étudiés pour leur potentiel géothermique ou comme cible possible pour la séquestration de CO2, et constituent un réservoir pétrolier en France. La possibilité d’exploiter des gaz ou huiles non-conventionnels dans les dépôts jurassiques est également étudiées en Angleterre, Allemagne ou Pologne. Ces applications sont contrôlées en grande partie par les propriétés pétrophysiques (porosité-Φ et perméabilité-k) des roches.
Toutes ces problématiques ont permis de montrer les limites actuelles de la connaissance des facteurs contrôlant la distribution de ces propriétés pétrophysiques (Φ-k) dans le Bassin de Paris. En effet, l’impact de l’héritage sédimentaire et des processus diagénétiques sur la variabilité des paramètres Φ-k ne sont pas clairement établis dans les carbonates, notamment du fait de leur grande réactivité chimique.

La partie ouest de la France permet d’avoir accès à des affleurements de bonne qualité sur une bande large de 50 à 100 km allant de la Normandie au nord à la Dordogne au sud. La première étape de la thèse consistera à la réalisation d’une étude de terrain permettant de lever plus d’une centaine de coupes sédimentaires exposant des carbonates aaléniens à oxfordiens du quatre zones d’affleurements définies (Calvados, Orne/Sarthe, Poitou et Charentes). Ce terrain pourra être complétés par l’observation de carottes provenant de forages. Ce premier volet du projet permettra d’examiner de manière fine les microfaciès afin de reconstituer les paléo-environnements de dépôt se succédant du début Jurassique moyen jusqu’à la fin du Jurassique supérieur. Cette partie sédimentologie de faciès et microfaciès devra permettre de fournir un cadre stratigraphique clair illustrant l’architecture des corps sédimentaires carbonatés. Un deuxième volet concernera l’étude de la diagenèse responsable des processus de cimentation et/ou dissolution au cours du temps de ces séries carbonatées à l’aide d’une analyse microscopique (MEB, cathodoluminescence, coloration) et géochimique (isotopes stables de l’oxygène et du carbone). Cette étude diagénétique devra (1) permettre de pister l’influence des émersions syn-sédimentaires sur les changements physico-chimiques et de (2) tracer les paléo-circulations hydrologiques engendrées par la fracturation, l’enfouissement, le soulèvement et/ou l’émersion de la bordure du bassin, consécutifs à des mouvements géodynamiques.
La finalité de ce programme est de mieux appréhender tous les processus diagénétiques, et de mieux comprendre la nature et le timing des cimentations dans ce bassin. La connaissance de ces processus diagénétiques, dans un cadre stratigraphique bien contraint, est essentielle pour améliorer (1) notre compréhension du fonctionnement de cette partie du bassin de Paris, ainsi que d’améliorer (2) les prédictions et l’évolution spatio-temporelle des propriétés physico-chimiques et pétrophysiques dans les carbonates.

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