Modalité de formation des biseaux turbiditiques sur les pentes continentales en contexte de marges escarpées

par Laurent Daghdevirenian

Thèse de doctorat en Sciences de la planète et de l'univers

Sous la direction de Sébastien Migeon et de Jean-Loup Rubino.

Soutenue le 30-11-2018

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Université de Nice (établissement de préparation) , Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Géoazur (laboratoire) .

Le président du jury était Carole Petit.

Le jury était composé de Carole Petit, Thierry Mulder, Francesco Latino Chiocci, Serge Berné, Johann Schnyder.

Les rapporteurs étaient Thierry Mulder, Francesco Latino Chiocci.


  • Résumé

    Les systèmes sédimentaires turbiditiques ont de tout temps présenté un intérêt pour la recherche académique et industrielle. Ils correspondent à d’importantes accumulations sous-marine, à l’organisation complexe et se développant au pied des marges continentales. Les processus gravitaires assurant le transport des matériaux au sein de ces systèmes sont variés et organisés selon un continuum longitudinal évoluant depuis les dépôts les plus concentrés vers des courants turbulents à l’aval via des effets de perte de charge et d’incorporation d’eau. Parmi les nombreux paramètres contrôlant l’organisation de ces systèmes, l’inclinaison de la pente continentale apparait comme un paramètre majeur. Les découvertes récentes de réservoirs pétroliers au pied de marges dites abruptes, associées à des pièges stratigraphiques suscitent un intérêt particulier des industriels sur les modalités de mise en place de ces systèmes à la transition entre la zone de bassin et la pente. L’analyse des architectures de dépôt, et des variations hydrodynamiques des écoulements, dans ces zones critiques de fermeture des réservoirs apparait comme cruciale d’un point vu académique et pétrolier. Les systèmes turbiditiques du bassin de Tabernas en Espagne (Tortonien supérieur/Messinien préévaporitique) d’une part, les Grés d’Annot dans le bassin du Sud-Est (France, Eocène/Oligocène) d’autre part et enfin les systèmes Crétacés de la marge Ivoirienne se développent dans des contextes de marge abrupte. Ils présentent des profils de pentes escarpées constituant de bons analogues adaptés à l’étude de la mise en place de ce type de réservoirs pétroliers. Ce travail se base sur des données de terrain (relevés de logs sédimentologiques, cartographie, mesure de paléo-courant) et sur l’analyse d’un bloc de sismique 3D le long de la marge Ivoirienne pour renforcer la pertinence des comparaisons. Les dépôts de ces systèmes turbiditiques témoignent des processus de ségrégation des écoulements avec un piégeage préférentiel des particules les plus grossières localisé au niveau des variations de pente le long du thalweg. Ces variations de la topographie sont à l‘origine de ressaut hydraulique entrainant une modification des écoulements. L’étude fine de l’architecture et de la mise en place de ces dépôts formant le biseau amont de ces systèmes sur la pente, apporte des avancées inédites sur les continuums de dépôts des écoulements au sein des zones de canyon et à la transition canyon/bassin. De plus, cette analyse met en évidence l’impact des zones de rupture de pente et du phénomène de ressaut hydraulique pouvant en découler. Le caractère pseudo tridimensionnel de tous les affleurements étudiés, semble au moins partiellement valider l’existence de biseaux amonts des systèmes turbiditiques. Néanmoins aucun d’entre eux ne permet de documenter le recouvrement amont par des argiles ; lesquelles assureraient en conditions réelles la qualité de la couverture. En amont de ces zones de biseaux, la présence de zone de By-pass des écoulements gravitaires apparait liée à l’augmentation de la pente et aux transformations des écoulements au passage des zones de ressaut hydraulique. Les modalités de biseaux amont des systèmes turbiditiques sont directement reliées à la présence de zone de changement de pente, où le phénomène de ressaut hydraulique entraine le dépôt d’une partie de la charge sédimentaire la plus grossière des écoulements sous forme de lags deposits s’accompagnant ou non d’une érosion partielle du fond marin. Cette érosion peut prendre la forme de structure du type plunge and pool dans le cas d’une diminution importante de la pente. Les biseaux peuvent également se mettre en place par des phénomènes d’érosion/dépôts régressifs sur la pente. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une thèse CIFRE en partenariat avec l’université Côte d’Azur, le groupe TOTAL et le laboratoire de Géoazur.

  • Titre traduit

    Modality of up-stream longitudinal pinch-out formation in turbidite system on steep margins context


  • Résumé

    Turbidite systems present both academic and industrial interest for research. They correspond to important marin accumulations developing at the base of the continental slope, with a complex organization. The gravitational processes for transporting materials within these systems are varied and organized along a longitudinal continuum evolving from the most concentrated deposits to turbulent downstream currents through pressure drop and water incorporation effects. Among the many parameters controlling the organization of these systems, the inclination of the continental slope appears as a major parameter. The recent discoveries of oil reservoirs at the foot margins considered as “steep” associated with stratigraphic traps arouse particular industrial interest in the methods of setting up these systems at the transition between the basin zone and the slope. The analysis of the deposition architectures, and the hydrodynamic variations of the flows in these critical zones of field appears as crucial from an academic and petroleum point of view. The turbidite system of the Tabernas Basin in Spain (Upper Tortonian / Messinian Pre-Evaporitic), the Annot Sandstone in the South-East Basin (France, Eocene / Oligocene) and the Cretaceous system of the Ivorian margin develop in steep margin contexts with steep slopes profiles constituting good analogs adapted to the study of this type of stratigraphic trap. This work is based on field data (sedimentological log survey, cartography, paleocurrent measurement) and on the analysis of a 3D seismic block along the Ivorian margin to reinforce the relevance of the comparisons. Deposits of these turbidite system indicate segregation processes with preferential trapping of the coarser particles located in the upstream zones at the level of the slope break along the thalweg. These variations of the topography initiated a hydraulic jump causing a change in the flow condition. The detailed study of the architecture and the formation of these deposits forming the upstream pinch-out on the slope brings a new light on the continuity of these sandbodies within the zones of canyon and the transition canyon / basin. In addition, this analysis highlights the impact of the slope failure zones and the hydraulic jump phenomenon that may result. The pseudo-three-dimensional character of all outcrops studied seems to validate the existence of upstream pinch-out of turbidite systems. Nevertheless, none of them allows to document the upstream recovery by clays; which would ensure in real conditions the quality of the cover. Upstream of these pinch-out, the presence of by-pass zones appears related to the increase of the slope gradient and the flows transformations while crossing the hydraulic jump. The upstream pinch-out modalities of turbidite systems are directly related to the presence of a slope break where the hydraulic jump phenomenon causes the deposition of a part of the coarsest sediment load as lags deposits accompanied partial erosion of the seabed, often taking the form of plunge and pool in the case of a significant decrease of the slope. This work was conducted as part of a CIFRE thesis in partnership with the Côte d'Azur University, the TOTAL group and the Géoazur laboratory.


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