Analyse et interprétation de l’UBI ® du forage EST 205

Le forage EST 205 est le forage qui a été réalisé au centre du Puits Auxiliaire. Dans ce forage, foré en boue à huile, un autre outil d’imagerie de paroi a été utilisé à la place du FMI® :l’outil UBI®. Cette partie porte principalement sur la transition entre l’Oxfordien inférieur et l’Oxfordien moyen.

4.3.1 Les aspects techniques de l’outil UBI®

La sonde Schlumberger UBI® (Ultrasonic Borehole Imager) est adaptée de la sonde USI® (UltraSonic

Imager) introduite en 1990. La sonde UBI® est une sonde d’imagerie ultrasonique ou acoustique. Cet

outil est utilisé dans le cas des forages à boue à huile (Serra & Serra, 2000). Les imageries acoustiques reflètent essentiellement les irrégularités et micro-rugosités de la paroi du trou. Ces dernières peuvent être liées à des paramètres géologiques (variations de lithologie, de perméabilité, de porosité,…) influençant le coefficient de réflexion des ondes ultrasoniques et leur amplitude. Mais elles peuvent aussi être engendrées par le trépan ou par la turbine (cas de figures hélicoïdales parfois observées sur certaines images).

Le UBI produit une image acoustique à haute résolution. Dans l’outil UBI, le transducteur émet des impulsions ultrasoniques et mesure le temps de trajet et l’amplitude de l’écho résultant. L’émetteur peut opérer à deux fréquences : 250 et 500 kHz. A 500 kHz, le faisceau acoustique est de 8,6 mm. La vitesse d’enregistrement et l’échantillonnage sont adaptés en fonction de la résolution requise. Un échantillonnage vertical de 5,08 mm (0,2 in.) requiert une vitesse d’enregistrement de 425 pieds/h. L’échantillonnage azimutal à la fois en amplitude et en temps de trajet est de 2°, correspondant à 180 échantillons par rotation. Pour les mesures d’amplitude, la résolution est de 0,05 dB pour une plage dynamique de 80 dB (Serra & Serra, 2000). Pour les mesures de rayon, la résolution est de 0,075 mm à 500 kHz. Une normalisation dynamique sur un mètre est appliquée en général à la fois aux images d’amplitude et de rayon (temps de trajet aller).

1

Indice de préservation : rapport entre le nombre de coupes où une unité biostratigraphique est reconnue et le nombre total de coupes observées (Collin et al., 1999)

4.3.2 Etude de la limite entre la zone à Cordatum et la zone à Plicatilis sur le UBI dans EST 205

Sur la Figure 38, vers 441 m un changement a lieu sur les images UBI® entre des alternances de bancs

carbonatés et argileux régulières et métriques de 450 à 441 m et des niveaux carbonatés plus resserrés au dessus de 441 m.

Dans le rapport de suivi scientifique du fonçage des puits et du creusement des

galeries (DRP3EDF04018), parmi

l’inventaire des objets sédimentologiques et

diagénétiques remarquables, figure à

441,26 m un objet appelé « fond ferme1,

ralentissement du taux de sédimentation, surface bioturbée ». La description est la suivante : « limite de couche irrégulière qui suit les contours des nodules de cristallisation de calcaire – calcaire argileux en bas et marne en haut. Cette surface est le départ de terriers verticaux à obliques qui traversent le niveau calcaire ». L’environnement de dépôt est décrit comme étant calme avec des périodes d’énergie plus fortes qui entraînent des ondulations sur le toit calcaire.

Figure 38 : Images UBI entre 437 et 448 m dans EST 205 (Images données par E. Diaz, Schlumberger)

Les données biostratigraphiques dans la partie supérieure de la couche d’argilites du Callovo-

1

Fond ferme : angl. Firmground. Terme à ne pas confondre avec Hardground (fond durci). Firmground : substrat encore meuble qui peut être affecté par des bioturbations.

Oxfordien dans le puits auxiliaire sont les suivantes :

• 442,87 m : Thurmanelles (Brachiopodes). Fréquent à l’Oxfordien moyen, zone à Plicatilis, sous-

zone à Vertebrale.

• 445,77 m : Oxfordien inférieur, zone à Cordatum, sous-zone à Cordatum très probable car

présence du genre Peltoceratoides, genre inconnu dans la sous-zone à Vertébrale.

La limite entre la zone à Cordatum et la zone à Plicatilis peut être située entre 445,77 et 442,87 m. A 442,87 m, seuls des brachiopodes fréquents dans la zone à Plicatilis ont été identifiés. Il est possible que la zone à Plicatilis débute plus haut dans la série. La limite entre la sous-zone à Cordatum et la sous-zone à Vertebrale est bien visible en Ardèche (D. Marchand et J. Thierry, communication orale, 2005). Elle correspond à une discontinuité, à un changement lithologique radical. Il est donc probable que la discontinuité visible vers 441 m sur le UBI® (Figure 38) soit confirmée par la discontinuité marquant la limite entre la zone à Cordatum et la zone à Plicatilis dans le puits auxiliaire.

5.Conclusion

La première observation, après processing, du FMI® dans EST 322 permet de mettre en évidence des

alternances de niveaux conducteurs (foncés) et plus résistants (clairs) qui correspondent, sur les carottes, à des alternances de niveaux argileux et carbonatés. Ces alternances semblent cycliques et l’épaisseur des cycles peut être quantifiée dans certains intervalles. Une variabilité verticale est mise en évidence ainsi qu’une variabilité à l’échelle du trou de forage.

D’autres objets, observés sur les images FMI® vers 517 m dans EST 312 correspondent à des nodules.

Le FMI® permet donc de mettre en évidence les phénomènes diagénétiques dans la partie supérieure

des argilites du Callovo-Oxfordien. Ces nodules, quand ils ont une taille inférieure au diamètre du trou de forage, entrent dans la catégorie des résidus de BorTex®. Ces derniers ont également une organisation périodique. L’observation des affleurements de la Clue de Vançon ou de Bevon (Bassin du Sud-Est) a montré que les nodules passent latéralement de nodules dispersés à des nodules coalescents ou encore à des bancs calcaires. Ces nodules se développent dans des niveaux plus carbonatés que l’encaissant. L’organisation périodique de ces niveaux peut être liée à un contrôle orbital créant des alternances régulières de marnes et de niveaux calcaires. Dans des zones sans

carottes des forages EST 342 et EST 312, des nodules ont été mis en évidence sur les images FMI®

dans des niveaux carbonatés corrélables avec ceux présents vers 517 m dans EST 322.

Des mesures de calcimétrie effectuées sur 5 échantillons du forage EST 322 montrent une relation linéaire entre les teneurs en carbonate et la conductivité de la matrice. Pour confirmer cette hypothèse, des mesures supplémentaires ont été réalisées au niveau des forages FSP. Des travaux ont été menés pour comprendre quelle est l’origine de l’éventail de valeurs de conductivité associé aux faibles teneurs en carbonate (20-30%). Les hypothèses sont l’existence d’un biais métrologique et/ou l’influence du quartz. Des premières mesures par DRX semblent écarter la dernière hypothèse. Les fortes valeurs conductrices associées à de faibles teneurs en carbonate pourraient être liées aux types d’argile ou à la présence de minéraux conducteurs tels que la pyrite. Un échantillonnage très serré, tous les 5 cm, a été effectué dans le forage EST 322 dans la partie supérieure de la formation. L’objectif est d’approfondir la relation entre la BC et la calcimétrie dans des zones à plus de 30 % de CaCO3. Une relation existe entre la BC et les teneurs en carbonate. La conductivité de la matrice présente l’avantage, par rapport aux analyses sur carotte, de suivre quasiment en continu l’évolution des teneurs en carbonate dans la formation callovo-oxfordienne.

Des cycles métriques ou plurimétriques sont observés vers 520 m dans EST 322. Le premier intervalle

mais des cycles de 50 cm d’épaisseur. Le nombre de niveaux carbonatés identifiés sur le FMI® et datés des horizons à lamberti/ praelamberti varie latéralement. Des niveaux supplémentaires sont observés à la base du Callovien supérieur dans EST 312 sur le FMI®. Ces niveaux condensés sont connus (et parfois décrits comme l’équivalent latéral du RIO). Les diagraphies conventionnelles telles que les résistivités et le gamma ray montrent la présence de carbonates (les analyses chimiques le confirment) mais ne permettent pas de distinguer l’épaisseur et le nombre précis de cycles au niveau du Callovien supérieur. L’étude des biozonations à ammonites confirme l’interprétation du FMI® et montre des variations latérales d’épaisseur des horizons au Callovien supérieur voire des lacunes : horizon à

athleta.

Un deuxième intervalle présentant des cycles plus resserrés est visible vers 517 m sur le FMI®. Ces niveaux condensés sont différents de ceux présents vers 575 m sur les images dynamiques. La zone à Cordatum nettement réduite dans le forage EST 322 par rapport à HTM 102 et Saint-Blin-Semilly semble confirmer ces condensations. Un hiatus lié à l’absence de la sous-zone à Costicardia n’est pas confirmé.

Vers 441 m, sur le UBI® du forage EST 205 (situé au centre du puits auxiliaire), un changement important de périodicité est observé. Les cycles sont plus resserrés au dessus de 441 m. Lors du suivi scientifique du fonçage du puits auxiliaire, un « fond ferme » a été décrit à 441,26 m. Ce fond ferme est associé à un ralentissement du taux de sédimentation. La limite entre la zone à Cordatum et la zone à Plicatilis peut avoir lieu vers 441-442 m. Cette limite a été observée par D. Marchand et J. Thierry (2 mars 2005) en Ardèche et représente une discontinuité, avec un changement radical de la faune. Le FMI® permet donc de mettre en évidence une cyclicité marquée par des alternances de niveaux conducteurs et résistants et semble être un outil prometteur pour quantifier les variations du taux de sédimentation au sein des argilites.

Chapitre 4

1. Introduction sur les cycles orbitaux ...85