Influence du contexte sédimentaire et de la diagenèse sur les propriétés pétrophysiques du Dogger calcaire de l’est du bassin de Paris

Benjamin Brigaud soutiendra sa thèse le lundi 7 décembre 2009 à 14 h 30, amphithéâtre d’Orbigny.

Résumé
Afin d’évaluer les influences paléo-environnementales et diagénétiques sur les propriétés pétrophysiques du Dogger calcaire de l’Est du Bassin de Paris, des approches variées sont utilisées dans ce travail : (1) synthèse stratigraphique, (2) analyses sédimentologiques d’affleurements et forages, (3) séquençages diagénétiques et quantification volumétrique des ciments, (4) géochimie isotopique (?¹³C, ?¹⁸O, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) sur des fragments biogènes (bivalves) et sur des ciments, (5) mesures pétrophysiques (ondes acoustiques, porosité, perméabilité, RMN, sismique).
L’analyse sédimentologique d’un grand nombre de coupes et de 4 forages carottés répartis sur un profil Langres-Nancy, révèle 18 faciès attribuables à 5 environnements de dépôts caractéristiques d’un profil de rampe carbonatée. L’interprétation géométrique et séquentielle met en évidence dix séquences de dépôt de 3ème ordre, pouvant être regroupées en 4 intervalles biosédimentaires. Ces 4 intervalles sont marqués par des producteurs carbonatés et par des morphologies de rampe différents. Les ?¹⁸O et ?¹³C des fragments biogènes et l’évolution des cortèges argileux suggèrent que des changements environnementaux tels que la température, l’humidité et la pCO₂ ont, en partie, contrôlé l’existence de ces intervalles bio-sédimentaires.
Les descriptions pétrographiques, géométriques et géochimiques des surfaces sommitales des dix séquences de dépôt montrent que 4 d’entre elles (SB5, SB6, SB7 et SB8) sont émersives, conséquence de chutes eustatiques identifiables dans l’ensemble du Bassin de Paris, uniquement durant le Bathonien. Les variations des paléotempératures dans le domaine NW téthysien au cours du Dogger montrent que ces chutes eustatiques sont cohérentes avec un possible contrôle glacio-eustatique pendant un intervalle sensiblement plus froid. Ces surfaces émersives ont favorisé une stabilisation minéralogique (disparition ou réduction de l’aragonite et de la calcite magnésienne) et une lithification précoce du sédiment qui a ainsi mieux résisté à la compaction physique et physico-chimique pendant l’enfouissement.
Huit phases minérales mésogénétiques comprenant 3 générations de calcite, de la pyrite, de la silice, 2 générations de dolomite et de la fluorine se sont succédées depuis le Jurassique moyen. En moyenne 70 % du volume de ces ciments sont formés par 2 zones successives de sparites de blocage (Bc1 et Bc2). Leurs signatures isotopiques indiquent des fluides parents météoriques ou mixtes. L’intégration de l’histoire géologique régionale, marquée par des épisodes d’émersion de grande ampleur dans le Bassin de Paris au Crétacé inférieur, laisse supposer que ces 2 zones de sparites sont liées à des circulations météoriques profondes au cours du Berriasien et de l’Aptien-Albien.
Les phases diagénétiques postérieures à Bc2 (dolomite baroque, sparite de blocage Bc3, fluorine) ne constituent en moyenne que 20 % du volume total des ciments. Leurs caractéristiques pétrographiques et isotopiques  indiquent des précipitations à partir de fluides météoriques ayant transité par l’aquifère triasique. Des circulations hydrothermales empruntant des fractures engendrées par l’extension oligocène sont suspectées en être à l’origine.
Deux niveaux poreux (np1 et np2), insterstratifiés dans les niveaux totalement cimentés et compactés du Bathonien sont détectés au niveau de la zone de transposition de l’Andra. Leur perméabilité est variable, elle est élevée lorsque les niveaux sont macroporeux et correspondent à des grainstones de shoals oolitiques, elle est faible lorsque les faciès sont boueux (dépôts de lagon protégé) et dominés par de la microporosité inter-cristalline. L’existence de np1 et np2 semble tributaire d’une histoire sédimento-diagénétique particulière qui peut être résumée en 3 actes :
(1) lithification et stabilisation minéralogique précoce sous des surfaces d’émersion (SB7 et SB8) ;
(2) faibles recharges météoriques au Crétacé en raison de l’écran latéral formé par les Marnes à Rhynchonelles ;
(3) faibles recharges hydrothermales durant l’Oligocène.
Ces 3 facteurs ne se sont conjugués qu’au niveau de np1 et de np2, sur une épaisseur cumulée de moins de  20 m, à comparer aux 210 m totalement compactés et/ou cimentés formant le reste du Dogger.

Mots-clés

carbonate, géochimie isotopique, pétrophysique, diagenèse, sédimentologie, microfaciès, stratigraphie, paléoclimats, Jurassique, bassin de Paris

Jury

Maurice Pagel, université Paris-sud 11 – rapporteur
Jacques Pironon, université de Nancy – rapporteur
Frédéric Boulvain, université de Liège – examinateur
Christophe Rigollet, BRGM – examinateur
Alain Trouiller, Andra – examinateur
Benoît Vincent, Cambridge Carbonates – invité
Jean-François Deconinck, université de Bourgogne – directeur de thèse
Christophe Durlet, université de Bourgogne – encadrant

kc_data:

a:8:{i:0;s:0:"";s:4:"mode";s:0:"";s:3:"css";s:0:"";s:9:"max_width";s:0:"";s:7:"classes";s:0:"";s:9:"thumbnail";s:0:"";s:9:"collapsed";s:0:"";s:9:"optimized";s:0:"";}

kc_raw_content:

 

Influence du contexte sédimentaire et de la diagenèse sur les propriétés pétrophysiques du Dogger calcaire de l’est du bassin de Paris

Benjamin Brigaud soutiendra sa thèse le lundi 7 décembre 2009 à 14 h 30, amphithéâtre d'Orbigny.

 

Résumé
Afin d’évaluer les influences paléo-environnementales et diagénétiques sur les propriétés pétrophysiques du Dogger calcaire de l’Est du Bassin de Paris, des approches variées sont utilisées dans ce travail : (1) synthèse stratigraphique, (2) analyses sédimentologiques d’affleurements et forages, (3) séquençages diagénétiques et quantification volumétrique des ciments, (4) géochimie isotopique (?¹³C, ?¹⁸O, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) sur des fragments biogènes (bivalves) et sur des ciments, (5) mesures pétrophysiques (ondes acoustiques, porosité, perméabilité, RMN, sismique).
L’analyse sédimentologique d’un grand nombre de coupes et de 4 forages carottés répartis sur un profil Langres-Nancy, révèle 18 faciès attribuables à 5 environnements de dépôts caractéristiques d’un profil de rampe carbonatée. L’interprétation géométrique et séquentielle met en évidence dix séquences de dépôt de 3ème ordre, pouvant être regroupées en 4 intervalles biosédimentaires. Ces 4 intervalles sont marqués par des producteurs carbonatés et par des morphologies de rampe différents. Les ?¹⁸O et ?¹³C des fragments biogènes et l’évolution des cortèges argileux suggèrent que des changements environnementaux tels que la température, l’humidité et la pCO₂ ont, en partie, contrôlé l’existence de ces intervalles bio-sédimentaires.
Les descriptions pétrographiques, géométriques et géochimiques des surfaces sommitales des dix séquences de dépôt montrent que 4 d’entre elles (SB5, SB6, SB7 et SB8) sont émersives, conséquence de chutes eustatiques identifiables dans l’ensemble du Bassin de Paris, uniquement durant le Bathonien. Les variations des paléotempératures dans le domaine NW téthysien au cours du Dogger montrent que ces chutes eustatiques sont cohérentes avec un possible contrôle glacio-eustatique pendant un intervalle sensiblement plus froid. Ces surfaces émersives ont favorisé une stabilisation minéralogique (disparition ou réduction de l’aragonite et de la calcite magnésienne) et une lithification précoce du sédiment qui a ainsi mieux résisté à la compaction physique et physico-chimique pendant l’enfouissement.
Huit phases minérales mésogénétiques comprenant 3 générations de calcite, de la pyrite, de la silice, 2 générations de dolomite et de la fluorine se sont succédées depuis le Jurassique moyen. En moyenne 70 % du volume de ces ciments sont formés par 2 zones successives de sparites de blocage (Bc1 et Bc2). Leurs signatures isotopiques indiquent des fluides parents météoriques ou mixtes. L’intégration de l’histoire géologique régionale, marquée par des épisodes d’émersion de grande ampleur dans le Bassin de Paris au Crétacé inférieur, laisse supposer que ces 2 zones de sparites sont liées à des circulations météoriques profondes au cours du Berriasien et de l’Aptien-Albien.
Les phases diagénétiques postérieures à Bc2 (dolomite baroque, sparite de blocage Bc3, fluorine) ne constituent en moyenne que 20 % du volume total des ciments. Leurs caractéristiques pétrographiques et isotopiques  indiquent des précipitations à partir de fluides météoriques ayant transité par l’aquifère triasique. Des circulations hydrothermales empruntant des fractures engendrées par l’extension oligocène sont suspectées en être à l’origine.
Deux niveaux poreux (np1 et np2), insterstratifiés dans les niveaux totalement cimentés et compactés du Bathonien sont détectés au niveau de la zone de transposition de l’Andra. Leur perméabilité est variable, elle est élevée lorsque les niveaux sont macroporeux et correspondent à des grainstones de shoals oolitiques, elle est faible lorsque les faciès sont boueux (dépôts de lagon protégé) et dominés par de la microporosité inter-cristalline. L’existence de np1 et np2 semble tributaire d’une histoire sédimento-diagénétique particulière qui peut être résumée en 3 actes :
(1) lithification et stabilisation minéralogique précoce sous des surfaces d’émersion (SB7 et SB8) ;
(2) faibles recharges météoriques au Crétacé en raison de l’écran latéral formé par les Marnes à Rhynchonelles ;
(3) faibles recharges hydrothermales durant l’Oligocène.
Ces 3 facteurs ne se sont conjugués qu’au niveau de np1 et de np2, sur une épaisseur cumulée de moins de  20 m, à comparer aux 210 m totalement compactés et/ou cimentés formant le reste du Dogger.

Mots-clés

carbonate, géochimie isotopique, pétrophysique, diagenèse, sédimentologie, microfaciès, stratigraphie, paléoclimats, Jurassique, bassin de Paris

Jury

Maurice Pagel, université Paris-sud 11 - rapporteur
Jacques Pironon, université de Nancy - rapporteur
Frédéric Boulvain, université de Liège - examinateur
Christophe Rigollet, BRGM - examinateur
Alain Trouiller, Andra - examinateur
Benoît Vincent, Cambridge Carbonates - invité
Jean-François Deconinck, université de Bourgogne - directeur de thèse
Christophe Durlet, université de Bourgogne - encadrant