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)

Abstract

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.