Restauration structurale de la tectonique salifère de la partie centrale du bassin de Santos et des implications pour les systèmes pétroliers

par Savio francis De melo garcia

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers - Cergy

Soutenue le 14-09-2012

à Cergy-Pontoise en cotutelle avec l'Universidade Federal de Ouro Preto , dans le cadre de ED SI - Sciences et Ingénierie , en partenariat avec Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise) (laboratoire) .

Le jury était composé de Jean-Luc Rudkiewicz, André Danderfer Filho.

Les rapporteurs étaient Christian Gorini.


  • Résumé

    The present thesis consists in a real complex case study of halotectonic deformation in the central portion of the Santos Basin passive margin, investigating the complex interactions between deformation and sedimentation and evaluating its impacts on the petroleum systems.Seismic data set and exploration wells were input to the study, which cover an area where halokinetics affect the active petroleum systems. The thickest depocenter of the Santos basin is partially in the study area. The sedimentary infilling history is associated with the Cabo Frio Fault development, linked with a gap of tens of kilometers in the Albian sediments occurrence. Minibasins are under halotectonic compression towards deep waters. The challenges of this work consists in find methods to build and then to restore the structural model in an effective way.Fifteen interpreted horizons were used to build a surface model. Five geological cross-sections were restored and interpolated to get salt and overburden volumes. The restoration successively removes the uppermost layer and decompacts the remaining layers through sedimentary unloading. Restoration also considers the unloading isostatic compensation by flexure of an elastic weak layered lithosphere. The isostasy plays an important role in the tectono-sedimentary control. Its interaction with bathymetry, faults geometry and deposition surface profile constrains the local and regional subsidence. Biostratigraphic data and seismic pattern defined trough time the absolute paleobathymetry.The cross-section restoration has differentiated the major rift phase sequence deformation from three other drift phase sequences above the sal layer.Several 1D geo-histories were reconstructed for different points along the main direction of transport, to control the thickness variations in the 2D sections. 1D and 2D restorations clearly show that salt moves out of the study area and that there is strong coupling between the halotectonic dynamic and the change in the accommodation space.The extrapolation of the restoration results to 3D allows a better compartmentalization between the hemigrabens in the rift phase; highlights the role of structural high in the center of the investigated area and confirms the relation between structural evolution and sedimentation. Two major depocenters were amalgamated by salt deposition over the accentuated relief inherited from the larger vertical tectonic subsidence of the rift phase. The sedimentary infilling reveals the temporal relations of NE-SW and NNW-SSE oriented structures within the higher subsidence compartment in the western sector of the area. Two different ways to restore the sections allowed the uncertainty estimation of the bathymetry and isostatic relationships.The salt layer material conservation assumption, an operational tool, was consistent with the results. The salt volume balance over time showed a good correlation to lateral extension of the continental drift stage.The implications of the restoration scenario on the petroleum systems were only qualitatively interpreted and then compared to the classical backstripping approach. Three main sectors appear: the proximal shelf, the slope and the deepwater sector of the continental rise. The relatively early halotectonics of the proximal sector induces a more fast and short generation whereas, beyond the continental slope region, the petroleum systems is distally more heterogeneous, develops slower, dissipated and differentiated by the halokinesis, with longer refills fronts. The direct impact of salt restoration on the maturity evaluation is actually relatively small, because about 90% of ductile deformation occurred before 65 Ma and a significant part of the generation is ongoing after 65 Ma. On the other hand, the halotectonic restoration is fundamental regarding its impact on the petroleum systems.

  • Titre traduit

    3D structural restoration of halokinesis in the central portion in the Santos Basin. Implications for the Petroleum Systems


  • Résumé

    Ce travail étudie la déformation salifère dans la partie centrale du Bassin de Santos sur la marge Atlantique brésilienne et examine l'interaction complexe entre cette déformation et la sédimentation, ainsi que ses effets sur les systèmes pétroliers. Les données sismiques et les puits disponibles couvrent une zone où l'halocinèse affecte les systèmes pétroliers actifs. Le principal dépôt-centre du bassin est partiellement dans la zone d'étude. L'histoire de remplissage sédimentaire est liée au développement de la faille de Cabo Frio, qui induit un absence des sédiments de l'Albien sur des dizaines de kilomètres. Des mini-bassins dus à la compression salifère se produisent dans la partie la plus distale.Il s'agit dans ce travail de trouver une méthode effective de construire et de restaurer le modèle structural. Quinze horizons stratigraphiques ont été interprétés. Cinq coupes géologiques ont été restaurées et interpolées pour analyser l'évolution temporelle des volumes du sel et des unités encaissantes. La restauration enlève successivement la couche la plus récente et décompacte les couches sous-jacentes en fonction de la charge enlevée. La procédure de restauration prend aussi en compte la compensation flexurale d'une lithosphère élastique et peu épaisse. L'isostasie joue un rôle important dans le contrôle tectono-sédimentaire. Son interaction avec la profondeur d'eau, la géométrie des failles et la surface de dépôt contrôle la subsidence locale et régionale. Des données des puits et les facies sismiques aident à calibrer la paléo-profondeur d'eau.La restauration de coupes différencie la déformation verticale de la phase anté sel des trois autres séquences qui ont été déposées au-dessus du sel. Plusieurs reconstructions 1D illustrent différentes situations le long de la direction principale de transport et permettent de contrôler l'épaisseur des coupes restaurées. Les restaurations 1D et 2D ont clairement montré que le sel s'échappe vers l'est au-delà de la région d'étude. La dynamique du sel se corrèle fortement avec l'espace d'accommodation disponible. L'extrapolation de la restauration au domaine 3D a permis de mieux configurer les demi-grabens de la phase rift, a accentué le rôle des hauts structuraux au centre de la zone étudiée et a montré comment les relations structurales contrôlent la sédimentation. Deux dépôt-centres ont été unis par le déposition de sel sur une topographie escarpée héritée du rifting. Le remplissage du compartiment le plus subsident à l'ouest du modèle a permis des interprétations temporelles par rapport aux structures orientées NE-SW et NNW-SSE. Deux façons de restaurer les coupes ont permis d'évaluer l'incertitude sur la paléo-profondeur d'eau et ses relations avec l'isostasie. L'hypothèse d'une préservation volumique du sel s'est avérée cohérente avec les résultats, puisqu'elle a montré une bonne corrélation avec la distension latérale lors de la dérive continentale.Les implications du scénario restauré sur les systèmes pétroliers ont été interprétées qualitativement et comparées ensuite avec l'approche classique de backstripping. Trois secteurs sont distingués : plateforme, pente et l'eau profonde. La tectonique salifère relativement précoce a induit une génération plus rapide et plus courte pour le secteur plus proche tandis que, au-delà de la pente continentale les systèmes pétroliers distaux sont plus hétérogènes avec un développement ralenti, dissipé et différencié par l'halocinèse, avec de recharges sur des temps plus longs. L'impact direct de la restauration de sel sur l'évaluation de la maturité est relativement faible, puisque 90% de la déformation ductile se produit avant 65 Ma et une partie importante de roches mères ont maturé plus tard. Mais la restauration de la tectonique salifère est essentielle par son impact sur le système pétrolier post déformation.


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