Recherche d'indicateurs sédimentaires, diagénétiques et structuraux de prédiction des corps dolomitiques réservoirs : application à la plate-forme carbonatée oxfordo-portlandienne des Causses Méjean (France)

Study of sedimentary, diagenetic and structural effects on the genesis of a dolomitized reservoir body during the upper jurassic : application to Oxfordian - Early Kimmeridgian carbonate platform of Causse Méjean area, SE France

• Auteur / Autrice : Hamza Salem Bobaker Al Matoni
• Direction : Corinne Loisy, Adrian Cerepi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies (terre, eau, image)
• Date : Soutenance le 24/11/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Montaigne-Humanités (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géoressources et Environnement (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : François Fournier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Corinne Loisy, Adrian Cerepi, Bruno Garcia, Anne-Christine Da Silva, Rudy Swennen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Fournier, Bruno Garcia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isotopes

Oxygène

Carbone -- Isotopes

Diagenèse

Dolomie

Plates-formes carbonatées

Jurassique supérieur

Mots clés libres

Jurassique supérieur

Rampe carbonatée

Dolomie

Diagenèse

Isotopes de l'oxygène et du carbone

Upper Jurassic

Carbonate ramp

Dolomite

Diagenesis

Oxygen and carbon isotopes

Résumé

Les systèmes dolomitiques réservoirs présentent un intérêt scientifique et économique important en relation avec les recherches des géoressources fossiles et le stockage d’énergie. Ainsi, les recherches de cette thèse se sont orientées vers la compréhension des différents facteurs sédimentaires, diagénétiques et tectoniques permettant de prédire les caractéristiques pétrophysiques des corps calcaires et dolomitiques et d’identifier leurs implications sur les propriétés réservoir. La plateforme du Causse Méjean est caractérisée par une bonne diversité des microfaciès du Jurassique supérieur avec d'excellents exemples de corps dolomitiques au sein des faciès calcaires encore préservés. Trois coupes ont été étudiées : Les Tripiers, Les Bastides et Meyrueis. Des études pétrographiques et géochimiques indiquent que les carbonates de plate-forme ont été affectés par des processus diagénétiques complexes créant quatre types différents de dolomies à différents stades. La dolomite de type 1 (D1) est constituée de dolomite très fine à finement cristalline (≤ 4 μm), formée par remplacement précoce de la boue carbonatée, peu de temps après le dépôt à faible profondeur pendant la syn-diagenèse. La dolomite de type 2 (D2) est constituée de cristaux fins à moyens (dolomicrosparite) avec des valeurs de δ18O et δ13C allant respectivement de -3,60 à -7,49 ‰ PDB et +1,87 à -8,00 ‰ PDB. Elle remplace les calcaires d'origine au cours de la diagenèse éogénétique. La dolomite de type 3 (D3) est constituée de cristaux moyens à grossiers (dolosparite) avec des valeurs de δ18O et δ13C allant respectivement de -3,20 à -7,23 ‰ PDB et de +0,12 à -8,04 ‰ PDB. La dolomite de type 4 (D4) avec des cristaux grossiers à très grossiers, a des valeurs de δ18O et δ13C comprises respectivement entre -3,46 et -7,69 ‰ PDB et +2,62 à -6,07 ‰ PDB. Les dolomites de type 3 et 4 sont considérées comme étant formées par des processus de recristallisation en contexte d’un enfouissement peu profond à intermédiaire au cours de la diagenèse éo-mésogénétique. En effet, les observations en cathodoluminescence, les mesures de diffraction aux rayons X, couplées aux isotopes δ18O et δ13C et aux analyses en fluorescence de rayons X (XRF) montrent une preuve de recristallisation de la dolomite ou une génération différente de dolomitisation. Les phases de recristallisation donnent lieu à différentes textures de dolomite, allant des cristaux de dolomie à cristaux moyens à grossiers (D3) à des cristaux de dolomite plus grossiers (D4) avec des valeurs isotopiques appauvries en δ18O hors d'équilibre reflétant des conditions de température d'enfouissement accrues. Les signatures isotopiques dolomitiques d'origine restent malheureusement inconnues, en raison de la surimpression diagénétique de l'eau météorique et de la dédolomitisation partielle. Par ailleurs, les analyses pétrophysiques ont permis de déterminer six corps réservoirs calcaires et dolomitiques selon la porosité, la perméabilité en relation avec leurs faciès sédimentaires et diagénétiques. Les analyses pétrophysiques indiquent généralement une forte hétérogénéité dans les valeurs de porosité (entre 4-9 %), dans la géométrie et les tailles des pores selon les faciès sédimentaires ou diagénétiques. Paradoxalement, on note une bonne perméabilité au sein du réservoir (101 mD en moyenne). Ces variations importantes entre porosité et perméabilité dépendent essentiellement de l'intensité de l'évolution diagénétique et surtout du processus de dolomitisation. L'amélioration de la porosité et de la perméabilité sont liées aux phénomènes de dissolution et de fracturation tandis que la réduction de la porosité et perméabilité sont liées aux phénomènes de cimentation et de compaction.

Dolomitic reservoir systems represent an important scientific and economic interest in relation with the research of fossil georesource and energy storage. Thus, the research of this thesis was oriented to understand the different sedimentary, diagenetic and tectonic factors to predict the petrophysical characteristics of limestone and dolomitic bodies and to identify their implications on the reservoir properties. The Causse Méjean platform is characterized by a good diversity of Upper Jurassic microfacies with excellent examples of dolomitic bodies within preserved original limestone facies. Three different localities of outcrops were studied : Les Tripiers, Les Bastides and Meyrueis. Petrographic and geochemical studies indicate that the platform carbonates were affected by complex diagenetic processes creating four different types of dolomites at different stages. The dolomite type 1 (D1) consists of very fine to finely crystalline dolomite (≤ 4 μm), formed by early replacement of carbonate mud, soon after deposition at shallow depth during syn-diagenesis. The dolomite type 2 (D2) consists of fine to medium crystals (dolomicrosparite) with δ18O and δ13C values ranging from -3.60 to -7.49 ‰ PDB and +1.87 to -8.00 ‰ PDB, respectively. It replaces the precursor original limestone facies during eogenetic diagenesis. The dolomite type 3 (D3) consists of medium to coarse crystals (dolosparite) with δ18O and δ13C values ranging from -3.20 to -7.23 ‰ PDB and +0.12 to -8.04 ‰ PDB, respectively. Dolomite type 4 (D4) with coarse to very coarse crystals and has δ18O and δ13C values ranging between -3.46 to -7.69 ‰ PDB for δ18O and +2.62 to -6.07 ‰ PDB for δ13C respectively. The Dolomite type 3 and 4 are considered to be formed by recrystallization processes in the context of shallow to intermediate burial during eo-mesogenetic diagenesis. Cathodoluminescence observations, X-ray diffraction measurements coupled with δ18O and δ13C isotopes and XRF analyzes show an evidence of dolomite recrystallization. The recrystallization phases give rise to different dolomite textures, ranging from medium to coarse (D3) to coarser dolomite crystals (D4) with non-equilibrium δ18O depleted isotope values reflecting conditions of increased burial temperature. The original dolomite isotopic signatures unfortunately remain unknown, due to meteoric water diagenetic overprinting and partial dedolomitization. In addition, the petrophysical analyzes allow to determine six limestone and dolomite reservoir bodies according to the porosity, the permeability in relation to their sedimentary and diagenetic facies. The petrophysical analyzes generally indicate a strong heterogeneity in the porosity values (between 4-9 %), in the geometry and the sizes of the pores according to the sedimentary or diagenetic facies. Paradoxically, there is a good permeability within the reservoir (101 mD on average). These important variations between porosity and permeability essentially depend on the intensity of the diagenetic evolution and especially on the process of dolomitization. The improvement of porosity and permeability are linked to the phenomena of dissolution and fracturing processes while the reduction of the porosity and permeability are linked to the phenomena of cementation and compaction.