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Thèse Année : 2003

Composite microstructural anisotropies in reservoir rocks: consequences on elastic properties and relation with deformation

Anisotropies microstructurales composites dans les roches réservoir: Conséquences sur les propriétés élastiques et relation à la déformation

Résumé

From diagenesis to tectonic stress induced deformation, rock microstructures always present some anisotropy
associated with a preferential orientation, shape or spatial arrangement of its constituents. Considering the consequences
anisotropy has on directional transport properties and compliance, as the geological history it carries,
this approach has received a particular attention in numerous works. In this work, the microstructural features
of various sedimentary rocks were investigated through direct observations and laboratory measurements in naturally
deformed and undeformed blocks, samples being considered as effective media. All investigated samples
were found to be anisotropic with respect to the physical properties we measured (i.e. ultrasonic P-wave velocity,
magnetic susceptibility, electrical conductivity). Considering that P-wave velocities can be described by a second
order tensor, we applied to the velocity data the same inversion procedure as the one routinely used in magnetic
studies, which provided an efficient tool to estimate and compare these 3d anisotropies with respect to the original
sample geographical position. In each case, we tried to identify as thoroughly as possible the microstructural
source of the observed anisotropies, first by the mean of existing models, then through direct observations (optic
and electronic microscopy). Depending on the rock investigated, anisotropy was found to be controlled by pore shape, intergranular contact distribution, preferentially oriented microcracks interacting with compaction pattern
or pressure solution cleavages interacting with each other. The net result of this work is that P-wave velocity
anisotropy can express the interaction between different microstructural features as well as their evolution during
deformation.
La microstructure d'une roche sédimentaire, y compris lorsque celle-ci n'a pas subi de déformation tectonique, présente toujours une ou plusieurs caractéristiques anisotropes liées à la forme, l'orientation préférentielle ou l'arrangement de ses éléments constitutifs. Du fait des conséquences qu'ont ces anisotropies sur des propriétés physiques telles que les propriétés de transport ou la déformabilité, comme de l'histoire géologique qu'elles recellent, leur étude a constitué l'objet de nombreux travaux. Dans ce travail, les microstructures de roches présentant des degrés de déformation variés ont été analysées par examen direct (microscopie) et à travers différentes mesures de propriétés physiques réalisées en laboratoire (vitesse de propagation d'onde P ultrasonique, susceptibilité magnétique, conductivité électrique). Tous les échantillons étudiés ont présenté un comportement anisotrope vis-à-vis des propriétés mesurées. Faisant l'hypothèse que les vitesses d'onde P peuvent être représentées par un tenseur symétrique de rang 2, nous leur avons appliqué la même procédure d'inversion que celle qui est utilisée en routine pour traiter les données de susceptibilité magnétique. Cette méthode s'est avérée être un outil efficace d'estimation
spatiale des anisotropies acoustiques. Dans chaque cas, nous avons tenté d'attribuer aux anisotropies mesurées une origine microstructurale, d'abord en utilisant des modèles élastiques, puis par analyse des microstructures.
Parmi les roches étudiées, il a été mis en évidence un contrôle des anisotropies par un allongement préférentiel
des pores, par une anisotropie de distribution des contacts intergranulaires, par l'orientation préférentielle d'un
réseau de fissures interagissant avec un terme de compaction ou par une composition entre plans de microschistosit
é. Le résultat principal de ce travail est le fait que les anisotropies de vitesse d'onde P ultrasonique peuvent
exprimer la composition d'anisotropies présentes à l'échelle microstructurale, ainsi que leur évolution au cours
de la déformation.
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  • HAL Id : tel-00006750 , version 1

Citer

Laurent Louis. Anisotropies microstructurales composites dans les roches réservoir: Conséquences sur les propriétés élastiques et relation à la déformation. Géologie appliquée. Université de Cergy Pontoise, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006750⟩
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