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© IFP Architecture structurale de la ceinture de Gaspé (Canada) : Imagerie sismique intégrée et application à lévaluation pétrolière Martin Bêche 8 Décembre.

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1 © IFP Architecture structurale de la ceinture de Gaspé (Canada) : Imagerie sismique intégrée et application à lévaluation pétrolière Martin Bêche 8 Décembre 2008 Université Laval Université de Cergy Pontoise IFP

2 © IFP 2 Interprétation sismique et modèle géologique Lacquisition et le traitement des données sismiques fournissent des images qui sont interprétées pour construire un modèle géologique du sous-sol. Linterprétation sismique peut se focaliser : Sur la détermination des structures géologiques (failles, géométrie des couches) Sur la détermination des caractéristiques lithologiques des formations géologiques Le modèle géologique obtenu peut être bâti à léchelle du bassin et du réservoir pétrolier

3 © IFP 3 Exploration en zone davant-pays Limites de limagerie sismique temps : Les images sismiques en temps ne sont pas représentatives de la géométrie dans les milieux complexes Présence de zones sourdes sur les sections sismiques La coordonnée verticale des sections sismiques est donnée par le temps de trajet de propagation de londe sismique Apports de limagerie sismique profondeur : Elle donne des images représentant correctement le sous-sol Meilleure estimation des profondeurs caractérisation des différentes formations géologiques (géométrie) Temps Profondeur

4 © IFP 4 Architecture structurale de la ceinture de Gaspé... : Un double objectif (I) Objectif I : Méthodologie détude de bassin intégrée : Mise au point dune méthode intégrée en imagerie sismique profondeur dans les zones à structure complexe avec la prise en compte des informations géologiques disponibles. Construction des modèles structuraux 2D actuels comme première approche pour lélaboration du modèle structural en 3D.

5 © IFP 5 Architecture structurale de la ceinture de Gaspé... : Un double objectif (II) Objectif II: étude de la ceinture de Gaspé Obtenir des images sismiques profondeur calibrées et cohérentes avec les informations géologiques a priori Élaborer un modèle structural : à partir de linterprétation des images sismiques profondeur intégrer les études de géologie de surface et régionales préciser la géométrie interne et les relations des ceintures taconienne et acadienne Effectuer une modélisation de bassin sur une partie de la zone détude pour y faire une première évaluation du potentiel pétrolier et en déduire des études futures.

6 © IFP 6 Plan de lexposé Présentation de la géologie de la péninsule de la Gaspésie et de la zone détude (partie centrale) Amélioration des images sismiques par migration sismique profondeur : méthode et résultats Interprétation structurale des images sismiques et validation du modèle structural de ceinture de plis et de chevauchement Première étude 2D de modélisation de bassin en Gaspésie : lexemple du synclinal du Lac des Huit Miles Conclusion et perspectives

7 © IFP 7 Lavoie, 2002 La péninsule de Gaspésie : une zone de chevauchement complexe Ceinture taconienne Ceinture acadienne F G Brisebois et Brun, 1994 Géologie régionale

8 © IFP 8 La péninsule de Gaspé : Les trois principaux événements tectoniques O. acadienne Déformation polyphasée dans les unités pré-lochkoviennes, Gaspésie Sud 370 Ma : Plissement terminé 364 Ma : Coulissage terminé Pulsation salinique Remplissage sedimentaire des séquences du Wenlockien au Praguien. Blocs basculés, failles normales O. taconienne Collision marge passive et archipel darc péri-laurentia Géologie régionale Tiré de Bourque et al 2003

9 © IFP 9 Le modèle structural de la ceinture de Gaspé Kirkwood et al., 2004 Géologie régionale Collision Marge passive avec archipel darc volcanique puis obduction (Ord. Sup) Phase extensive, blocs basculés (Silurien Inf. à Moy.) Développement ceinture de plis et chevauchement (fin Silurien à Dévonien Moy.) Malo et al., 2001 Orogenèse taconienne Orogenèse acadienne Pulsation salinique Avant-paysBiseau orogénique Bassin de Gaspésie NW SE Lochkovien NW SE

10 © IFP 10 Étude de la partie centrale de la Gaspésie Profils sismiques à travers la ceinture acadienne : 2001-MRN-10b 2001-MRN-08 Imagerie sismique de la Faille de Schickshock Sud Analyse structurale Synclinal du Lac des Huit- Miles Anticlinal de Causapscal Faille de Shickshock Sud Ceinture taconienne Ceinture acadienne N 010 km 67°00' W 48°30' N Synclinal du Lac des Huit Miles Anticlinal de Causapscal Géologie régionale

11 © IFP 11 Imagerie sismique et géologie structurale Modèle de vitesse prof. ~ Points de tir Interprétation sismique ~ Étude géologique C – Interprétation structurale Données sismiques et géologiques A – Acquisition de données B – Imagerie sismique profondeur Imagerie sismique

12 © IFP 12 Données géologiques initiales et mesures Observations de terrain (pendages) Mesures de vitesse en laboratoire Géologie de surface Puits La Veyrendrie Mesures de géochimie de surface Imagerie sismique Roy 2008

13 © IFP 13 Inversion des temps de trajet et migration profondeur Étape 1 : Pointé des temps de trajet sismique associés à des réflecteurs sur la section sismique en temps Étape 2 : Construction du modèle de vitesse en fonction de la profondeur, par tomographie de réflexion Étape 3 : Application des traitements de migration profondeur pour obtenir une image sismique en profondeur (application possible sur la section somme et sur les points de tir) Imagerie sismique

14 © IFP 14 Lexemple du synclinal du lac des Huit Miles L'étude dimagerie sismique s'est centrée sur : les couples - faille et réflecteur associé - situés sous le synclinal des Huits-Miles et sur la faille des Shickshock Sud. la détermination de variations de vitesse associées aux lithologies Faille de Shickshock Sud Synclinal du Lac des Huits Miles Faille du synclinal du Lac des Huits Miles Réflecteur des Shickshock Réflecteur du Lac des Huits Miles NW SE 4.5s Imagerie sismique

15 © IFP Imagerie de la base du synclinal modèle par bloc (B) Modèle lisse (C ) modèle initial par bloc issu dune interprétation préliminaire amélioration du modèle de vitesse lisse par inversion des temps de trajet de la base du synclinal => Confirmation des vitesses élevées ~ m/s => géométrie plus précise de ce réflecteur par amélioration, étape par étape, du modèle de vitesse et prise en compte des données de géologie de surface Imagerie sismique

16 © IFP 16 2 – Faille sous la base du synclinal Accessibilité à des événements structuraux détectables sur les points de tir élémentaires et diffus sur limage sismique en temps Détermination des pendages de failles interprétation des failles et des réflecteurs associés sur limage profondeur Imagerie sismique

17 © IFP Faille de Shickshock Sud Mise en évidence de nouveaux réflecteurs sur les images sismiques profondeur Ces événements ne sont pas visibles sur les sections temps La modélisation des temps de trajet calculée lors de linversion tomographique permet de vérifier leur réalité et de les caractériser pendage de 30 à 40° prolongement en profondeur Imagerie sismique

18 © IFP 18 Migration sismique profondeur avant sommation Imagerie sismique Image temps s NWSE 35 km

19 © IFP 19 Migration sismique profondeur avant sommation Imagerie sismique

20 © IFP 20 Migration sismique profondeur avant sommation Imagerie sismique 0 35 km 10 km Image profondeur NWSE

21 © IFP 21 Inversion des temps de trajet et Migration profondeur L'inversion a été utilisée pour déterminer : le pendage de failles la profondeur de réflecteur les variations de vitesse Imagerie sismique La migration a été appliquée sur : la section sommée les points de tir Validation du modèle de vitesse Importance de la prise en compte des contraintes géologiques pour la détermination du modèle de vitesse par inversion des temps de trajet La migration profondeur avant sommation permet de renforcer la continuité des réflecteurs et fournit directement une image sismique en profondeur correcte et fiable (correction des effets dûs aux variations structurales dans le traitement sismique)

22 © IFP 22 Stratigraphie de la ceinture de Gaspé dans la partie centrale 2001-MRN MRN-10b Interprétation structurale Le synclinal du Lac des Huit Miles St Léon Sayabec Val-Brillant Forillon N Synclinal des Mts Berry

23 © IFP 23 Le synclinal du Lac des Huit Miles Interprétation structurale Bêche et al., 2007

24 © IFP 24 Le synclinal du Lac des Huit Miles Interprétation structurale

25 © IFP 25 Localisation du profil 2001-MRN-08 Faille de Shickshock Sud Ceinture taconienne Ceinture acadienne N 010 km 67°00' W 48°30' N Synclinal du Lac des Huit Miles Anticlinal de Causapscal Géologie régionale

26 © IFP 26 Lanticlinal de Causapscal Ligne 2001-MRN-08 Interprétation structurale

27 © IFP 27 Lanticlinal de Causapscal Interprétation structurale

28 © IFP 28 Le synclinal du Lac des Huit Miles Un style de tectonique de couverture compatible avec un style de ceinture de plis et de chevauchement : présence de pli de rampe dans le coeur du synclinal avec épaississement syn-sédimentaire présence dimbrications structurales sous le synclinal dans les formations cambro-ordoviciennes discordance salinique identifiée par le jeu des failles normales dans le doublet Val-Brillant-Sayabec contact taconien-acadien : formations siluro-dévoniennes en discordance sur les formations taconiennes la faille des Shickshock Sud visible en profondeur (>5000m) avec un pendage de 30-40° Une géométrie différente de lanticlinal de Causapscal sur les deux lignes sismiques étudiées Interprétation structurale

29 © IFP 29 La coupe structurale proposée interprétation structurale Ceinture de plis et de chevauchement Rejeu de nombreuses failles taconiennes lors de la pulsation salinique et lOrogenèse acadienne

30 © IFP 30 La coupe structurale proposée Rejeu de failles affectant le socle (Failles des schickshock Sud et Faille de Ste Florence) donc composante de tectonique thick skinned Rejeu de failles avec décollement au dessus du socle grenvillien donc composante de tectonique de thin skinned interprétation structurale

31 © IFP 31 La coupe structurale proposée interprétation structurale Grande variation dépaisseur des couches cambro-ordoviciennes de part et dautre de la faille des Shickshock Sud Soit dû au soulèvement de socle important Soit dû au décalage issu du décrochement

32 © IFP 32 Les différentes étapes dune étude de bassin pour lévaluation pétrolière Construction du modèle structural à lâge actuel à partir des données géologiques Reconstruction de lhistoire du bassin par la modélisation cinématique Simulation de la génération et de la migration des hydrocarbures Évaluation du potentiel pétrolier

33 © IFP 33 Restauration cinématique du synclinal du Lac des Huit Miles Grâce à limagerie sismique en profondeur, la déformation géométrique à travers le temps est mieux contrôlée par léquilibrage de la coupe issue de linterprétation sismique Équilibrage par conservation des longueurs et des épaisseurs (méthode couche par couche) Les formations taconiennes ne peuvent être restaurées à cause de leurs déformations multiples Synclinal du Lac des "Huit-Miles" évaluation pétrolière

34 © IFP 34 Modèles utilisés pour lévaluation pétrolière Roches mères Roches réservoirs 0 10 km Synclinal du Lac des Huit Miles évaluation pétrolière Modèle structural Le Groupe dHonorat (MRI) et la Formation de Forillon contiennent des roches mères potentielles. Les formations de Val Brillant et de St Léon sont des roches réservoirs potentielles.

35 © IFP 35 Évolution cinématique du bassin La déformation est basée sur la méthode de décompaction : on ne peut pas prendre en compte la déformation tectonique. Lenvironnement de dépôt est plus important que la géométrie. Pour la période donnée (de lOrdovicien moyen à lâge actuel), prise en compte : du taux de sédimentation, de la compaction, de lérosion La calibration de lérosion est faite à partir des mesures de géochimie sur échantillons (Genex®) 0 Ma (actuel) 415 Ma (Dévonien inf.) 406 Ma (Emsien) 391 Ma (Dévonien moyen) évaluation pétrolière 9000m 0 0 0

36 © IFP 36 Évolution et maturité des roches mères À partir des données géochimiques, il est possible de reconstruire lévolution des roches mères. Les roches mères du Groupe de lHonorat ont été matures et ont produit des HC de 420 Ma (Silurien supérieur) à 391 Ma (Dévonien moyen). Aujourdhui, les roches mères du Groupe de lHonorat sont supramatures. Les roches mères de la Formation de Forillon sont mature depuis 391 Ma et sont toujours dans la fenêtre à huile. erosion évaluation pétrolière immature mature Forillon Honorat Forillon Honorat actuel Silurien sup Roches mères supramature 5000 m 9000 m

37 © IFP 37 Génération et expulsion des hydrocarbures 0 Ma (actuel) À partir de 417 Ma, les roches mères du Groupe de lHonorat sont saturées en hydrocarbures et la migration peut commencer. Les failles sont des chemins préférentiels pour que les HC accèdent aux réservoirs. Dans la Formation de Forillon, les HC produits par les roches mères migrent peu. migration évaluation pétrolière 417 Ma (Silurien sup.) saturation m 391 Ma (Dévonien moyen ) migration 12000m 9000m Roches réservoirs

38 © IFP 38 Principaux résultats Potentiel pétrolier du synclinal du Lac des Huit Miles Les roches mères de la Formation de Forillon se trouvent encore dans la fenêtre à huile dans la partie centrale et les roches mères du Groupe de lHonorat sont supramatures très tôt dans lhistoire du bassin (397 Ma). Les failles jouent un rôle important dans les chemins de migration quand elles sont perméables pendant la migration. En leur absence, la migration ne se fait que dans les formations voisines de la roche mère. Limites du modèleTemis2D Nécessité de données géochimiques supplémentaires (données de puits) Nécessité de données géologiques complémentaires pour calibrer les érosions Pas de migration latérale évaluée dans le synclinal => modèle 3D évaluation pétrolière

39 © IFP 39 Conclusion (I) Méthodologie détude de bassin intégrée : Choix dune technique dimagerie profondeur adaptée à la complexité structurale intégrant les données géologiques Apport quantitatif essentiel de linversion des temps de trajet : estimation des pendages structuraux et des profondeurs Étude structurale plus complète et plus fiable grâce à linterprétation directe des images profondeur Contrôle de la cohérence 3D des interprétations Utilisation dune chaîne de logiciels du traitement sismique à la modélisation de bassin Ce travail permettra la construction dun modèle bassin 3D Remarque : Céres complexe 2D na pu être utilisé en raison de l'insuffisance des informations géologiques pour la partie taconienne. Il est nécessaire davoir une base de données suffisantes pour pour pouvoir faire un travail complet en modélisation 3D : Données sismiques Données de maturations Données de puits

40 © IFP 40 Conclusion (II) Apports géologiques pour la p artie centrale de ceinture de Gaspé Ce travail a permis de mettre en évidence : la structuration en plis et chevauchements les reprises des anciennes structures taconiennes lors de lOrogenèse acadienne les roches mères (MRI, Formation de Forillon), les chemins de migration (failles) et les réservoirs potentiels (formations de Sayabec, de Saint Léon et de Forillon et Groupe dHonorat) Il a confirmé le fonctionnement du système pétrolier dans la partie centrale de la Gaspésie Et a permis son évaluation pétrolière


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