Caractérisation des hétérogénéités réservoirs dans les carbonates continentaux du Cénozoïque du bassin de Paris : Liens entre faciès sédimentaire, diagénèse et propriétés pétrophysiques - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2023

Characterization of reservoir heterogeneities in Cenozoic continental carbonate of the Paris Basin : Links between sedimentary facies, diagenesis and petrophysical properties

Caractérisation des hétérogénéités réservoirs dans les carbonates continentaux du Cénozoïque du bassin de Paris : Liens entre faciès sédimentaire, diagénèse et propriétés pétrophysiques

Kévin Moreau
  • Function : Author
  • PersonId : 1269842
  • IdRef : 271056207

Abstract

Interest in continental carbonates has been growing in recent years to better define their use in terms of geological reservoir (geothermal, water, storage), materials (building stone) or geotechnics, especially in the Grand Paris metropolis. However, these carbonates are spatially heterogeneous, making predicting the variable acoustic or flow properties difficult. Aiming to apprehend these heterogeneities better, this study establishes relationships between petrophysical properties, facies, and diagenesis of continental carbonates. Multi-approach study (sedimentology, biostratigraphy, diagenesis, geochemistry, organic matter) on the Maisse well allowed to establish a new reference sedimentary section of the southern Paris Basin Cenozoic, where the stratigraphic setting was initially poorly constrained. Thanks to basin scale correlations, a new classification of facies and depositional environments is proposed based on their relationship to the marine domain. The coastal lake is marked by rare marine incursions (Bartonian-Rupelian), whereas the inland lake is disconnected from the marine domain (Rupelian and Aquitanian). The Eocene aridification phase caused the deposition of evaporites in the coastal lake and the formation of calcretes in the associated palustrine domain. In contrast, the more temperate climate of the Oligocene and Miocene favoured the deposition of microbial facies in the inland lake and less developed palustrine facies. The diagenesis is restricted to local recrystallisation in coastal lake facies and emersion surfaces in inland lake facies, while the cementation, dissolution, or replacement modify palustrine facies. U-Pb dates a period of karstification and cementation overlapping the end of the Rupelian and the Chattian. Karstified lacustrine and palustrine carbonates were deposited at the same time as the beginning of the karstification during the Rupelian, demonstrating the earliness of diagenesis in these environments. This karstification also corresponds to a major sedimentary hiatus in the Chattian linked to an uplift of the basin. During the basin deformation periods, other cementation phases are recorded in the Burdigalian and Messinian. Continental carbonates show significant variability in porosity (1.7 to 40.5%) and permeability (10-3 mD to 2 D) values. At the plug scale, permeability is controlled by carbonate dissolution resulting in vuggy pores and the possible presence of a thin isopachous calcite surrounding the pores. These pores are mainly found in palustrine carbonates, in which acoustic velocities are abnormally high at a given porosity, all the while rare in lacustrine facies, where predictive models can anticipate velocities. The subaerial indications at the tops of the beds cause vertical anisotropy and result in horizontal preferential drains throughout the formation.
L'intérêt porté aux carbonates continentaux n'a cessé de croitre ces dernières années pour leur usage comme réservoir géologique (géothermie, eau, stockage), comme matériaux (pierre de construction) ou pour la géotechnique, notamment dans la métropole du Grand Paris. Cependant, ces carbonates sont très hétérogènes, causant des variations spatiales des propriétés acoustiques ou d'écoulement difficilement prévisibles. Pour mieux prédire ces hétérogénéités, ce travail vise à établir des relations entre les propriétés pétrophysiques, les faciès et la diagénèse des carbonates continentaux du Cénozoïque du bassin de Paris. L'étude multi-approche (sédimentologie, biostratigraphie, diagénèse, géochimie, matière organique) du forage de Maisse a permis d'établir une nouvelle coupe sédimentaire de référence pour le sud du bassin, où le cadre stratigraphique était mal contraint. Une nouvelle classification des environnements de dépôt et des faciès est proposée en fonction de leur relation avec le domaine marin. Le lac côtier se marque par l'occurrence de rares incursions marines (Bartonien-Rupélien), tandis que le lac intérieur est totalement déconnecté du domaine marin (Rupélien et Aquitanien). La phase d'aridification de l'Eocène se traduit par le dépôt d'évaporites dans le lac côtier et la formation de calcretes dans le domaine palustre associé. Au contraire, le climat plus tempéré de l'Oligocène et du Miocène implique la formation de faciès microbiens dans le lac intérieur et de faciès palustres peu développés. La diagénèse est limitée à des recristallisations locales dans les faciès lacustres côtiers, et aux surfaces d'émersion dans les faciès lacustres intérieurs, tandis que des phases de cimentation, de dissolution ou de remplacement modifient les faciès palustres. Une période d'intense karstification et de cimentation est datée par U-Pb de la fin du Rupélien au Chattien. Les carbonates lacustres et palustres karstifiés se sont déposés lors du début de cette phase au Rupélien, démontrant la précocité de la diagénèse dans ces environnements. Cette karstification correspond ensuite à une grande lacune sédimentaire au Chattien en lien avec un soulèvement généralisé du bassin. D'autres phases de cimentation sont enregistrées au Burdigalien et au Messinien lors de périodes de déformation du bassin. Les carbonates continentaux étudiés présentent une grande variabilité de valeurs de porosité (1,7 à 40,5 %) et de perméabilité (10-3 mD à 2 D). À l'échelle de la carotte, la perméabilité est contrôlée par les pores vacuolaires provenant de la dissolution du carbonate et par la cimentation ou non d'une fine épaisseur de calcite isopaque autour des pores. Ces pores se retrouvent principalement dans les carbonates palustres, pour qui les vitesses acoustiques sont anormalement élevées pour une porosité donnée, tandis qu'ils sont rares dans les faciès lacustres, où les vitesses peuvent être anticipées par les modèles prédictifs. Les indices d'émersion aux toits des bancs provoquent une anisotropie verticale et sont à l'origine de drains préférentiels horizontaux à l'échelle de la formation.
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Cite

Kévin Moreau. Caractérisation des hétérogénéités réservoirs dans les carbonates continentaux du Cénozoïque du bassin de Paris : Liens entre faciès sédimentaire, diagénèse et propriétés pétrophysiques. Sciences de la Terre. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPASJ014⟩. ⟨tel-04160716⟩
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