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Stratigraphie et Pétrole
Christian Ravenne
To cite this version:
Christian Ravenne. Stratigraphie et Pétrole . Géologie appliquée. Université Pierre & Marie Curie
-Paris 6, 2001. �tel-01760927�
Université Pierre et Marie Curie – Paris VI
UFR des Sciences de la Terre et Evolution des Milieux Naturels
(UFR 928)
Stratigraphie et Pétrole
Travaux et activités scientifiques présentés pour l’obtention du
diplôme :
Habilitation à diriger des recherches
par
Christian Ravenne
Directeur de Recherche associé
Institut Français du Pétrole
Travaux exposés le : 21 Novembre 2001
Devant le jury composé de :
Jean Dercourt : Professeur, Université de Paris VI, Membre de l’Institut,
Secrétaire Perpétuel de l'Académie des Sciences
Emile Elewaut : Secrétaire général de EuroGeosurveys, rapporteur
Jean-Pierre Henriet : Professeur Docteur, Université de Gent
Jean Marcoux : Professeur, Université de Paris VII, rapporteur
Ghislain de Marsily : Professeur, Université de Paris VI, rapporteur
André Monaco : DR1, Université de Perpignan, rapporteur
Lucien Montadert : Vice-Président de Beicip-Franlab
RESUME
Ce mémoire porte sur l’ensemble de l'activité de re-cherche menée à l’IFP depuis 1972. Après quatre années consacrées à l’étude des marges du Sud Ouest Pacifique, le fil conducteur de mes activités devient la stratigraphie qu’elle soit sismique ou séquentielle. Il comprend deux parties : le mémoire lui-même et la notice de titres et travaux.
Le mémoire est composé de quatre chapitres résu-mant les résultats importants des travaux effectués en insistant sur ceux qui ont une portée méthodologique. L’ordre chronologique est conservé pour souligner l’évolution des idées et des méthodes.
Le premier concerne l’étude des marges actives du Sud-Ouest Pacifique avec la découverte ou la précision de plusieurs traits structuraux et porte déjà les prémices de la stratigraphie sismique. Le second traite de l’introduction en France, de l’essor et de la diffusion de la stratigraphie sismique. Le troisième porte sur l’étude des cônes détritiques sous-marins avec la large utilisa-tion des méthodes de la stratigraphie sismique, les inte-ractions entre les apports des travaux à terre et ceux de sismique marine et enfin l’application des expériences en canal et en cuve à l’interprétation des dépôts gravi-taires. Ces résultats auront une influence importante sur le développement de la stratigraphie séquentielle.
Le quatrième montre la puissance de l’outil strati-graphie séquentielle pour la caractérisation des réser-voirs pétroliers et gaziers et la participation du groupe que j’ai animé au développement des concepts. Cette période d’activité (la plus longue et qui a impliqué le plus de chercheurs) s’est traduite par le développement d’une géologie quantitative et par la création de métho-des et de logiciels permettant l’utilisation directe métho-des connaissances géologiques. Elle a été marquée par l’instauration d’une pluridisciplinarité effective et effi-cace sur laquelle j’insisterai durant tout le mémoire. Dans ce chapitre, je souligne le rôle moteur que l’IFP a tenu dans le renouveau de la sédimentologie et de la stratigraphie en France.
Chacun de ces chapitres comporte un paragraphe sur l’état des connaissances à l’époque où les travaux ont été entrepris de façon à faire ressortir nos apports, un concernant les enjeux des recherches, un sur les travaux réalisés et un sur les principaux résultats.
Un cinquième chapitre présente les perspectives des travaux futurs concernant les actions de recherche et de développement qui pourraient être entreprises et celles que je souhaiterai initier concernant l’évolution de la stratigraphie.
Enfin, sont présentées les principales conclusions, la bibliographie et la notice de titres et travaux.
SOMMAIRE
SOMMAIRE... 3
LISTE DES FIGURES ... 5
REMERCIEMENTS ... 6
PREAMBULE ... 8
CHAPITRE 1 : LES MARGES ACTIVES DU SUD OUEST PACIFIQUE ... 9
E
TAT DES CONNAISSANCES... 9
E
NJEUX... 9
T
RAVAUX EFFECTUES... 9
R
ESULTATS... 10
CHAPITRE 2 : STRATIGRAPHIE SISMIQUE ... 18
E
TAT DES CONNAISSANCES... 18
E
NJEUX,
LE PROJETFAGIS ... 18
T
RAVAUX REALISES... 18
R
ESULTATS... 18
CHAPITRE 3 : LES CONES DETRITIQUES SOUS MARINS ... 20
E
TAT DES CONNAISSANCES... 20
E
NJEUX... 20
T
RAVAUX REALISES... 20
R
ESULTATS... 21
Campagnes à la mer ... 22
Cap Ferret ... 22 Bahamas ... 29 Indus ... 33Terrain ... 36
Annot ... 36 Vercors ... 38Expérimentations ... 39
En canal noyé ... 39 En cuve ... 41CHAPITRE 4 : SEDIMENTOLOGIE, STRATIGRAPHIE ET CARACTERISATION DE
RESERVOIR... 42
E
TAT DES CONNAISSANCES... 42
B
UT DU PROJET... 43
E
NJEUX... 43
T
RAVAUX EFFECTUES:
1)
Y
ORKSHIRE,
R
OYAUMEU
NI,
J
URASSIQUEM
OYEN... 44
Principaux résultats de la phase 1 : analyse des données de terrain du site 1 ... 46
Principaux résultats de la phase 2 : Elaboration du Modèle Géostatistique ... 47
Etablissement de coupes géologiques simplifiées :... 47
Etude de la répartition des lithofaciès : ... 47
Analyse variographique des indicatrices des faciès : ... 49
Mise en œuvre de la méthode de simulations :... 51
Transformation des lithofaciès et changement d’échelle :... 52
Contrôles du modèle : Yorkshire, site de Ravenscar, et stockage souterrain :... 53
T
RAVAUX EFFECTUES:
2)
A
UTRES CHANTIERS... 56
Yorkshire 3 (Royaume Uni; 1989-1990)... 56
Roda (1990-1993), Cajigar (1990-1993), Poulseur (1990-1993), ... 56
Almedina (Espagne, 1990-1992) ... 57
Mesaverde (USA, 1991-1993)... 58
Retour sur les Grès d'Annot (France, 1995-2002?) ... 58
Algérie, Tunisie (1995-1998) ... 59
Autres chantiers ... 59
T
RAVAUX EFFECTUES:
3)
A
PPLICATION A DES GISEMENTS REELS... 59
El Borma ... 59
Ghawar (Arabie Saoudite, 1998)... 60
CHAPITRE 5 : TRAVAUX FUTURS ET RESULTATS ATTENDUS ... 63
A
COURT TERME(
UN A DEUX ANS)... 63
S
I LA POSSIBILITE SE PRESEN
TAIT…... 66
CONCLUSIONS ... 67
BIBLIOGRAPHIE... 68
TITRES ET TRAVAUX ... 76
CURRICULUM
VITAE ... 76
RESUME
DES
ACTIVITES... 76
DETAIL
DES
ACTIVITES... 78
TRAVAUX EFFECTUES, RESPONSABILITES... 78
Résumé... 78
Sismiques réfraction et réflexion (Ingénieur de recherches) ... 78
Stratigraphie sismique... 78
Cônes détritiques sous-marins ... 78
Géologie de Production (Chef de Projet)... 79
Autres activités ... 80
ENSEIGNEMENT ... 81
TUTORAT (DIRECTION IFP) ET/OU COENCADREMENT DE THESES ... 82
Sismique Réfraction... 82
Stratigraphie sismique... 82
Cônes détritiques sous-marins ... 82
Expériences en canal. Modélisation des turbidites ... 82
Géologie de gisement ... 82
JURY DE THESES ... 82
Rapporteur... 83
Examinateur ... 83
PARTICIPATION A COMMISSIONS A INSTANCES NATIONALES... 85
AUTRES RESPONSABILITES... 85
DIVERS ... 86
DISTINCTIONS ... 86
MISSIONS A LA MER... 86
MISSIONS A TERRE... 86
PUBLICATIONS ... 87
COMMUNICATIONS
AUX
CONGRES... 91
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Plan de position des campagnes Austradec. ...10
Figure 2 : Carte isopaque des bassins de Nouvelle Calédonie et de Fairway. ...11
Figure 3 : Carte structurale des rides de Lord Howe à Norfolk. ...12
Figure 4 : Profil Austradec 105. ...13
Figure 5 : Profil Austradec 108 ...13
Figure 6 : Coupes sériées dans l'arc des Nouvelles Hébrides...14
Figure 7 : Coupes transversales à l'arc des Nouvelles Hébrides. ...15
Figure 8 : Schéma structural des Nouvelles Hébrides...15
Figure 9 : Cartes structurale et isopaque de la région Salomon-Nouvelle Irlande...16
Figure 10 : Profil Austradec 315. ...17
Figure 11 : Modèle de corrélation d'après F. Lafont. ...19
Figure 12 : Contours bathymétriques principaux extraits de la carte de Berthois...22
Figure 13 : Contours bathymétriques principaux extraits de la carte "Sea-Beam". ...23
Figure 14 : Plan de position des profils Cap-Ferret...24
Figure 15 : Succession des faciès sismiques observés dans les dépôts résultant d'un arrachement...25
Figure 16 : Profil CF 111, impression de chevauchement. ...26
Figure 17 : Profil ST 35...27
Figure 18 : Profil ST 7 à comparer au profil ST 35 (figure 17). ...28
Figure 19 : Profil CF 108, dune hydraulique?...28
Figure 20 : Plan de position et bathymétrie des 2 zones étudiées aux Bahamas...29
Figure 21: Plan de position des lignes sismiques de la campagne Eleuthera...30
Figure 22 : Comparaison des signatures sismiques d'un cône carbonaté et d'un cône silico-clastique...31
Figure 23 : Profils BAC E7 et E12, empilement de corps glissés...31
Figure 24 : Transition du corps glissé entièrement déstructuré à un corps organisé...32
Figure 25 : Plan de position des profils sismiques de la campagne Indus. ...33
Figure 26 : Un système chenal-levées de l'Indus. ...33
Figure 27 : Profils sériés parallèles à la marge de l'Indus montrant 4 séries principales de plate-forme entaillées par les canyons. ...34
Figure 28 : Dépôts gravitaires observés en sismique (Cap Ferret) et sur affleurements (Annot s.l.)...37
Figure 29 : Barre à granules et "séquence" type...38
Figure 30 : Complexité des 3 barres apparentes constitutives des remplissages de canyons...39
Figure 31 : Evolution d'une bouffée turbide et sédimentation associée aux différentes phases. ...40
Figure 32 : Problèmes rencontrés par l'ingénieur de réservoir...43
Figure 33 : Exemple de corrélation de type "layer cake" classique à comparer à la section réelle...43
Figure 34 : Plan de position des sites du chantier Yorkshire. ...45
Figure 35 : Alternances de chenaux et de plaine alluviale dans le site de Long Nab. ...46
Figure 36 : Schéma montrant la disposition des 3 prismes de dépôts de la formation de Scalby...47
Figure 37 : Courbes de proportion horizontale et verticale...48
Figure 38 : Signature sur une courbe de proportion de 2 systèmes fluviatiles méandriformes déposés avec des taux d'accommodation différents...49
Figure 39 : Coupe de terrain subdivisée tous les 10 m en puits fictifs...49
Figure 40 : Famille de variogrammes calculées le long de lignes parallèles au niveau de référence et variogrammes moyens pour des lithologies différentes. ...50
Figure 41 : Comparaison des 2 schémas de réservoir obtenus avant et après la prise en compte d'un niveau de calcrête comme niveau de référence. ...52
Figure 42 : Courbes de proportion calculées avec mauvais et bon niveau de référence. ...53
Figure 43 : Les 2 simulations obtenues à partir des courbes de proportion de la figure précédente...54
Figure 44 : Simulations en lithologies avec une grande portée et une petite portée. ...54
Figure 45 : Simulation de réservoirs : enchaînement des étapes...55
Figure 46 : Courbes de proportions obtenues à partir 1) de données de carottes, 2) des electrofaciès. ...60
Figure 47 : Pseudo matrice de proportions calculée sur tout le secteur. ...61
Figure 48 : Section 2D extraite d'une simulation 3D en electrofaciès. ...61
Figure 49 : Détail de la section précédente. ...62
Figure 50 : Bloc 3D représentant la simulation en lithotypes. ...62
Figure 51 : Bloc 3D représentant la simulation des zones à très forte perméabilité. ...63
REMERCIEMENTS
Les remerciements ci-dessous s’adressent aux per-sonnes et aux organismes qui ont eu une action importante sur mes travaux de recherche et/ou sur le déroulement de ma carrière et qui ne seront pas mentionnés au cours de ce mémoire lors des différents travaux effectués.
Je commencerai tout d’abord par Pierre Bellair et sa famille, notamment Alain et Nicole, le premier m’ayant d’une part vraiment donné le goût de la géologie et de ses possibilités et d’autre part me paraissant un modèle à imi-ter : un homme de sciences, qui avait participé à des aven-tures (Sahara, Antarctique) qui me faisaient rêver, qui était membre du groupe de haute montagne, qui était capable de réparer un véhicule et dont l’esprit était encore très vif (ce-la semble discourtois mais reflète (ce-la vision que j’avais compte tenu des différences d’âge, etc.). Il m’a inscrit là où il enseignait : à l’Université de Paris et c’est lui qui m’a conseillé de suivre le cours de Géophysique Générale et ensuite celui du DEA de Géophysique Appliquée, pré-voyant le rôle croissant futur de ces disciplines. Les se-conds furent un soutien actif durant toutes les années d’études et notamment la première pendant laquelle Alain est venu me chercher tous les jours étant alors handicapé par un accident de voiture.
A l’Université, la plupart des enseignements étaient prodigués par des professeurs remarquables tels que Jean Aubouin, Pierre Routhier, Gabriel Lucas, Jean Coulomb (le premier à citer l’expansion des fonds océaniques et les travaux de Xavier Le Pichon ; j’ai gardé longtemps une pe-tite rancune contre lui car je dus passer une nouvelle fois l’examen de Géophysique Générale ; Jean Coulomb après m’avoir fait lire ma copie quand j’étais venu lui demander les causes de mon échec me disant que si il avait pu la lire il n’y aurait eu aucun problème !), Louis Cagniard (tout était si clair durant son cours, mais quelles difficultés après !) et Hubert Curien. Je voudrai encore remercier très vivement Colette Queuille et Pierre Morat pour leur sou-tien vite mué en amitié durable lors du DEA. Je ne peux pas quitter le domaine de l’enseignement sans remercier Jean-Pierre Bertrand et Jacques Guillemot, mes deux pro-fesseurs principaux à l’ENSPM, à qui je dois les complé-ments de formation qui m’ont permis de valoriser les ac-quis antérieurs.
Trois personnes ont définitivement marqué ma vie pro-fessionnelle. Lucien Montadert fut mon responsable à l’IFP pendant toute ma carrière -excepté pendant de rares interruptions mais durant lesquelles il continuait à exercer une surveillance active- et qui est devenu très vite un ami sûr. Michel Steinberg, dont j’enviais, entre autres, l’assurance et la sûreté de jugement au cours des diverses commissions auxquelles nous participions, a permis la ré-alisation de plusieurs actions entreprises et a souvent contribué à l’élargissement de mes responsabilités collec-tives en dehors de l’IFP. Je lui dois aussi beaucoup sur le plan personnel. Enfin, Jean Dercourt, que j’aurais déjà dû citer lors des enseignements, est, je le subodore, à la sour-ce de nombreux événements marquants de ma carrière. Ses conseils et son action à l’IFP furent et sont toujours très pertinents et je lui dois certains développements récents de mon activité. Dois-je aussi le remercier de son amicale pression pour la mise en œuvre de ce mémoire surtout qu’en me demandant cette rédaction, il a ajouté qu’étant donné mon âge notamment, ce mémoire devrait constituer
une sorte de testament… Je dois ajouter que sa de-mande fut très fortement appuyée par Daniel De-croocq, directeur scientifique de l’IFP, par Jacqueline Lecourtier qui lui succéda et par Ghislain de Marsily. Je suis obligé de reconnaître le bien-fondé de leur ac-tion et les en remercie encore à ce titre.
Je dois encore remercier Lucien Montadert qui a initié le projet « Géologie de Production », pressen-tant ses enjeux et son développement, et qui m’a ac-cordé sa confiance pour conduire ce projet. Ensuite je remercie Pierre Simandoux et Pierre Chaumet, qui, ingénieurs de réservoir de formation, ont soutenu ce projet alors que la culture des compagnies était loin de porter sur l’intégration des disciplines. Je dois aus-si remercier Pierre Jacquard et Jean-Claude Balacéa-nu qui ont permis le démarrage du projet. Celui-ci n’aurait pu débuter ni ensuite se poursuivre sans le soutien important de la CEE avec trois projets Ther-mie (DG 17). Le preTher-mier chantier notamment a été très lourd où quasiment toutes les techniques disponi-bles ont été utilisées et où l’équipe impliquée a pu at-teindre, voire dépasser 50 personnes en même temps dans la phase d’acquisition des données. Enfin, le soutien de Gaz de France a permis la première valida-tion sur cas réel.
L’équipe initiale comprenait trois géologues (Yves Mathieu, Christian Ravenne et Jean-Luc Rud-kiewicz), un ingénieur réservoir (Dominique Guéril-lot) et trois géostatisticiens (Hélène Beucher, Chantal de Fouquet et Alain Galli) de l’Ecole Nationale Supé-rieure des Mines de Paris (ENSMP) associée très étroitement au projet. Je tiens à remercier les cher-cheurs du Centre de Géostatistiques (et surtout Alain Galli et Hélène Beucher) avec qui la collaboration débutée en 1986 est toujours excellente et son direc-teur d’alors : Georges Matheron, toujours ouvert aux discussions, disponible et créateur des algorithmes que nous utiliserions par la suite. Les enjeux et les ré-sultats obtenus ont conduit très rapidement à un ac-croissement très important de l’équipe avec de nou-veaux chercheurs et de très nombreux doctorants. Du fait de la taille atteinte, le projet initial a été subdivisé en deux projets. L’équipe restant dans le premier pro-jet comprenait entre 20 et 25 chercheurs, environ 3 à 5 doctorants et un post-doctorant par an. Je ne citerai que les noms des principaux collaborateurs à ce projet (en plus des précédents cités) : Guy Désaubliaux, Bri-gitte Doligez, Rémi Eschard qui a, depuis janvier 1998, pris mon relais dans la direction de ce projet, Frédérique Fournier, Pascal Houel, Charlie Lamiraux, Jean-Claude Lecomte, Olivier Lerat, Philippe Joseph et Frans Van Buchem. Le deuxième projet créé a été dirigé par Dominique Guérillot et comprenait entre autres Pierre Lemouzy, Isabelle Morelon et Daniel Rahon ; il était principalement dévolu à l’intégration des contraintes dynamiques dans les simulations et aux changements d’échelle. L’équipe de l’ENSMP suivait la même évolution avec entre autres la partici-pation de Serge Séguret et de Gaëlle Le Loc’h.
De même, ce fut un réel plaisir de collaborer avec nos collègues d’AGIP (et surtout Claudia Rossini et Bruno Volpi), d’abord de par leur convivialité et
en-suite par le même besoin de pousser l’exploration des pos-sibilités du logiciel Heresim. Je voudrais aussi remercier le professeur Matavelli grâce à qui la 2ème étude de validation
fut possible. Brigitte Doligez pour l’IFP, Hélène Beucher pour ARMINES et pour AGIP se souviennent, j’en suis sûr, du travail laborieux que constitua la correction des er-reurs comme d’ailleurs celui de l’utilisation du logiciel dans l’état où il était à cette époque.
Les travaux menés dans le cadre européen m’ont per-mis de connaître et d’apprécier Emile Elewaut (à l’époque, il travaillait à TNO, aux Pays Bas) avec qui la rédaction des projets (pourtant très lourde) était rondement menée ! Une complicité très forte s’est nouée, à la grande surprise de son directeur pour qui Emile était quelqu’un au caractè-re très affirmé… Il est bien sûr devenu un ami.
Je remercie aussi Claude Sallé, mon premier directeur, qui, après quelques années parfois conflictuelles m’a en-suite encouragé et soutenu, Christian Bois et Bernard Du-rand, les suivants, qui ont soutenu le travail effectué. Jean Burrus, qui, avant de devenir mon directeur suivant, a d’abord été et est resté un collègue et un ami aux avis par-fois acerbes, souvent justifiés et avec qui toute discussion était ouverte, enfin Dominique Guérillot, mon directeur ac-tuel, qui sera évoqué de nouveau dans l’aventure de la ca-ractérisation des réservoirs. Je ne peux remercier toutes les personnes avec qui tant de différentes activités ont été par-tagées avec plaisir (scientifiques, techniques, culturelles, sportives, sociales avec la participation au Comité d’Entreprise, etc.) mais que ces personnes soient certaines que le souvenir de ce que je leur dois et celui des activités passées est toujours très vif dans ma mémoire.
De nombreux collègues universitaires seront cités après. Je souhaite remercier ici ceux devenus des amis au gré de différentes commissions et avec qui des moments intenses ont été partagés. Avant tout, je remercie un orga-nisme : le CNRS, pour ma participation à deux mandats du Comité National. Je ne connais malheureusement pas les noms des personnes à qui je dois d’y avoir été nommé. La participation au travail du Comité est souvent lourde (je me souviens d’avoir eu à étudier plus d’un mètre linéaire de rapports et de notices la première année) et parfois ten-due (admissibilités aux différents concours) mais la riches-se des connaissances diverriches-ses qui en découle compenriches-se largement les inconvénients.
Ma participation à mon premier Comité m’a permis sur le plan scientifique de connaître l’existence des gyres et d’autres phénomènes océaniques qui me furent très utiles dans l’étude des cônes sous-marins. C’est aussi lors de ce premier Comité que j’ai réellement appris en quoi devait consister mon travail de chercheur simplement en regar-dant les modèles que constituaient la majeure partie des membres : travail de recherche bien sûr, valorisation de celle-ci, actions « grand public », enseignement, encadre-ment d’étudiants et de jeunes chercheurs, participation à des actions d’intérêt collectif, prises de responsabilité mais aussi recherche des financements pour réaliser les travaux. La mobilité n’était pas encore un des facteurs déterminants mais elle découlait naturellement à l’IFP.
Parmi les nombreuses personnes rencontrées je voudrai mentionner celles avec lesquelles les échanges furent (et pour la plupart le sont encore) les plus fructueux tout en étant très conviviaux : Micheline Clocchiati (quel accord pour l’examen des dossiers), Jean Marcoux (bien plus qu’une mémoire et aux conseils toujours éclairés), Patrick
de Wever (idem Marcoux et ces deux-là ajouteront d’eux-mêmes ce que je ne mentionne pas), Jean-Patrick Respault (les points sur les i) Marcel Lemoine (les mélèzes mordorés dans le Briançonnais), Max Deynoux (les montées dans le Vercors), Maurice Re-nard (le seul à se lever à la 1ère réunion de bilan du
programme Dynamique et bilan de la terre de l’INSU, il y a plus de 10 ans, pour défendre l’intérêt de la stra-tigraphie séquentielle !), Ghislain de Marsily (intro-duction dans un autre monde de modélisateurs entraî-nant ainsi de nouvelles ouvertures, et co-encadrement de travaux), et enfin, j’ai plaisir à remercier André Monaco, qui outre le fait qu’il ait accepter de partici-per à ce jury, m’a initié très tôt aux couches néphéloï-des.
Je dois beaucoup évidemment à tous les étudiants que j’ai encadrés ou dont j’ai participé à l’encadrement mais ici je dois remercier tous les res-ponsables de doctorants qui ont eu l’obligeance de m’inviter à participer à des jurys de thèse ou pire en-core (ce terme est employé pour le travail qui sera à accomplir pour remplir ce rôle) à être rapporteur car ce fut et c’est toujours une occasion précieuse d’augmentation des connaissances (même si cela est douloureux quand il s’agit de morphologie mathéma-tique, de modélisation géostatismathéma-tique, voire de modé-lisation numérique !) et parfois de découvrir des cher-cheurs avec qui des collaborations s’établiront ulté-rieurement. Parmi ceux-ci, je dis un grand merci à René Blanchet qui m’invita à être rapporteur de la thèse de troisième cycle d’un jeune homme à la per-sonnalité très affirmée : François Guillocheau qui fait justement partie de ceux avec qui une longue collabo-ration s’est établie, se poursuivant toujours avec une amitié et des plaisirs partagés. En citant François, je dois aussi citer tout de suite Thierry Jacquin dont je reparlerai plus longuement dans le mémoire. Ces deux chercheurs comprendront très bien pourquoi je les accole. Je dois encore un autre grand merci à Pier-re Mechler qui m’a souvent proposé des étudiants pour effectuer des thèses à l’IFP et qui a permis en-suite leur soutenance.
Je tiens à honorer la mémoire de Pierre Beghin - sportif de haut niveau, mort au cours d’une expédition dans l’Himalaya - avec qui j'ai collaboré pendant plus de dix ans car il devint très rapidement un excellent ami et c’est avec lui que j’ai découvert la pluridisci-plinarité dont il sera beaucoup question un peu plus loin. Les travaux menés en commun apportèrent des résultats qui purent être valorisés dans chacune des disciplines et ni Pierre, ni moi n’avions l’impression d’être au service de l’autre. C’était un homme très discret et il fallait insister pour qu’il évoque quelques souvenirs de ses expéditions. J’ai toujours le regret que, malgré ses propositions, nous n’ayons jamais pu grimper ensemble dans les Grès d’Annot ou dans les falaises du Vercors pour contrôler tous les deux les séquences que nous modélisions. Mon subconscient devait sans aucun doute me signaler les limites de mes possibilités ! Je remercie aussi Gérard Brugnot, alors responsable du service nivologie au CEMA-GREF qui a toujours favorisé ma collaboration avec Pierre Beghin
Je remercie vivement Albert Bally qui déjà m’avait rendu de grands services pour mes premières publications sur les travaux de reconnaissance du sud-ouest Pacifique. « Bert », ancien chef d’exploration de Shell, a été ensuite professeur avec Peter Vail à la Rice University à Houston. Connaissant les travaux que nous menions, il a insisté pour que je prenne contact avec Robin Wright-Dunbar, elle aus-si professeur à Rice, pour examiner les affleurements du Mesaverde (Etats Unis). Ce fut le début d'un long chantier très prometteur et les résultats obtenus sont toujours d'ac-tualité.
Je tiens à rendre hommage à Arezki Boudjéma pour ses qualités tant humaines que scientifiques avec qui j'avais débuté un projet de grande ampleur sur la synthèse du Trias algérien et qui fut assassiné peu de temps après le début de notre collaboration. Sa compétence était unani-mement reconnue par ses collègues et par la communauté internationale. Sonatrach a perdu un cadre technique de très haute valeur et nous un ami. Ce projet était passion-nant sur le plan scientifique et je voudrais particulièrement remercier Pierre Jacquard, à l’époque directeur général de l’IFP et Daniel Morel, directeur central, pour nous avoir permis de nous lancer dans cette aventure malgré les conditions difficiles qui régnaient à l'époque.
Je dois remercier ici tous les collègues qui ont par-ticipé à l'étude de Ghawar car son rythme fut très sou-tenu et je leur demandais souvent de réaliser des tra-vaux à la limite des possibilités des outils : Yves Cou-ry, Jean-Marc Chautru, Olivier Fonta et Denis Camus de BEICIP-FRANLAB, Jean-Claude Sabathier, Eric Gross, Frédérique Fournier, Jean-Claude Lecomte et Jean-Marc Daniel de l’IFP, Guillaume Vola de Géo-math. Enfin je remercie Jean-Paul Loreau de l’Université de Dijon qui a fortement contribué à no-tre compréhension et au contrôle des phénomènes dia-génétiques.
Je dois beaucoup pour ce mémoire, comme pour toutes les publications antérieures et les nombreux rapports à toute notre équipe technique : Josette Bru-maud, Yolande Calot-Martin, Denis Deldique, Nadia Doizelet, Meryem Jehl, Marcel Gorin, Patrick Le Foll et à notre bibliothécaire Pierrette Démoulin. Qu’ils soient assurés de toute ma reconnaissance pour leur travail et pour la qualité de celui-ci.
Enfin merci à Maurice Grevisse dont le « Bon Usage » toujours présent durant toute la phase de ré-daction est une autre source d’enrichissement même si je suis passé à côté de quelques unes de ses recom-mandations.
PREAMBULE
L’ensemble de mon activité de recherche a presque toujours été dirigé par la stratigraphie qu’elle soit sis-mique ou séquentielle, les deux ayant des influences ré-ciproques importantes. Même les premières années, pendant lesquelles la finalité du travail était orientée vers la description et la compréhension des marges ac-tives, ont permis d’amorcer les descriptions dans le sens de la stratigraphie sismique en posant déjà les questions qui ne furent résolues que plus tardivement.
Les travaux cités dans ce mémoire reflètent mon ac-tivité à l’IFP depuis 1972. Ces travaux ont été réalisés grâce principalement aux supports scientifique, techni-que et financier de l’IFP. Toutefois, les missions à la mer ou à terre ont été rendues possibles grâce au soutien de divers organismes (CNEXO puis IFREMER, ORS-TOM, DHYCA avec le CEPM et le COPREP) et à celui de compagnies pétrolières (TOTAL, SNPA, SNEAP, ELF). Les grands projets et grandes études effectués l’ont été grâce au soutien supplémentaire de plusieurs organismes (CEE, DHYCA avec le FSH) et/ou compa-gnies (ELF, AGIP, GDF, MARAVEN, PETROBRAS, SAUDI ARAMCO, SONATRACH, TOTAL, etc.). Les sigles des compagnies ou des organismes cités sont ceux qui étaient en usage à l’époque des travaux.
La quasi-totalité de ces travaux a été menée en col-laboration souvent étroite avec des chercheurs du CNRS
(M. Cremer, M. Deynoux, T. Jacquin, A. Mauffret, P. Patriat, etc.), de l’ORSTOM (J. Dubois, G. Pascal, A. Lapouille, etc.), du CEMAGREF (P. Beghin, G. Bru-gnot), de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Pa-ris (A. Galli, H. Beucher, C. de Fouquet, C. Lantuéjoul, G. Le Loc’h, G. Matheron, J. Rivoirard, S. Séguret et H. Wackernagel), de différentes Universités (F. Guillo-cheau, JP. Loreau, P. Mechler, J. Perriaux, C. Queuille, M. Steinberg, M. Tesson, etc.) et avec des ingénieurs (dont les noms seront rappelés au cours des études) de plusieurs compagnies. Ils ont impliqué très tôt des grou-pes pluridisciplinaires. Enfin, il faut noter la participa-tion active de nombreux étudiants de l’ENSPM durant leur stage de fin d’étude, de DEA et de doctorants.
A l’IFP, les travaux menés ont été initiés par L. Montadert. R. Pelet y a apporté son soutien parfois cri-tique. Ils ont tous été réalisés en étroite collaboration avec de nombreux chercheurs de l’IFP : J. Letouzey, G. Jacquart, R. Vially, A. Mascle, P. Trémolières, O. de Charpal, B. Biju-Duval furent des premières étapes. R. Eschard, B. Doligez, P. Joseph, G. Desaubliaux, O. Le-rat, D. Granjeon, JC. Lecomte, Y. Mathieu, JL. Rud-kiewicz, F. Van Buchem, LY. Hu, D. Guerillot sont ceux avec qui les travaux des dix dernières années ont été conduits.
CHAPITRE 1 : LES MARGES ACTIVES DU SUD OUEST PACIFIQUE
Ce chapitre présente une partie des travaux que j'ai réalisés de 1972 à 1982 : participation à l'élaboration des cam-pagnes sismiques Austradec II à IV, participation aux camcam-pagnes Fred H. Moore (1973), Austradec II (1975), Austradec III (1979), interprétation de ces campagnes et diffusion des résultats (rapports, publications et communications).
ETAT DES CONNAISSANCES
La fin des années 1960 a été marquée par la révo-lution de la tectonique des plaques (avec l’apport majeur de Le Pichon reconnu par toute la communauté interna-tionale) faisant suite au très fort intérêt porté à l’étude des fonds océaniques par plusieurs universités américai-nes surtout. A cette époque peu était connu de ces fonds, que ce soit leur nature, les processus impliqués dans leur création (et leur destruction/modification dans les mar-ges actives) ou les processus sédimentaires qui affecte-ront les différents types de marges et les bassins océani-ques. Dans de très grands espaces la connaissance de la morphologie de ces bassins était encore limitée et de très nombreux traits structuraux seront découverts dans les années 1970.
Un des moyens d’investigation très performant au-jourd’hui : la sismique réflexion marine, était encore en pleine évolution tant pour les sources des signaux que pour les modes d’acquisition (encore très souvent ana-logiques pour l’acquisition effectuée par les universités et flûtes généralement monotraces), le positionnement (les marins faisaient encore le point) et les traitements
visant à améliorer le rapport signal sur bruit. Les migra-tions d’abord en temps puis en profondeur n’apparaîtront que beaucoup plus tard.
Nous avons toutefois eu la chance dans les études qui allaient être lancées de profiter des résultats des tra-vaux de la base IFP du Verdon sur Mer dirigée par Fail et dont la vocation était l’amélioration de l’acquisition sismique, à terre et en mer. L’IFP avait déjà pressenti l’importance de l’étude des fonds océaniques et avait consacré des efforts importants à sa mise en œuvre dont l’acquisition du premier navire : le « Florence ». Ensuite j’ai eu la chance aussi de profiter des excellentes rela-tions entre Montadert et Fail (et de l’intérêt porté par ce dernier à la géologie), ce fut un atout pour orienter les acquisitions, faire de nouveaux tests, etc.
Enfin, certains soucis se faisaient jour quant au re-nouvellement des ressources minières et le domaine océanique était à ce moment perçu comme pouvant constituer un réservoir pour de nombreuses ressources.
ENJEUX
Au début des années 1970, l’IFP, la CFP, la SNEA(P), l’ORSTOM et le CEPM ont entrepris avec le soutien logistique du CNEXO un vaste projet d’études des marges de divers océans et ce d’abord dans les zo-nes économiques françaises. Ces domaizo-nes d’études se-ront très vite étendus à d’autres régions par la suite. Il fallait progresser assez vite, la plupart des « majors » pétroliers ayant aussi initiés de tels programmes. Les en-jeux étaient en première priorité économiques avec la recherche de nouvelles accumulations sédimentaires et en anticipant sur la possibilité de les exploiter (les fora-ges océaniques ne pouvaient être réalisés que dans des tranches d’eau très faibles). Toutefois, la seconde priori-té, scientifique, révéla très vite sa richesse et acquit ra-pidement un haut niveau de priorité.
La zone économique du Sud-Ouest Pacifique (Nou-velle Calédonie, le condominium des Nou(Nou-velles Hébri-des et les îles Chesterfield qui, comme leur nom ne
l’indique pas, sont françaises) fut ainsi explorée. Deux principaux buts étaient visés : 1) la découverte de nou-veaux bassins sédimentaires et 2) la compréhension et la reconstitution de l’histoire de ces marges. Cet aspect scientifique dépassait l’étude géologique du Sud-Ouest Pacifique et concernait l’établissement de lignes direc-trices pouvant participer au déchiffrage de l’histoire de marges plus complexes ou plus anciennes (Mascle et al, 1977). Je fus impliqué dans cette étude pendant toute sa durée et ce, dès l’élaboration du projet d’étude, pour la préparation des campagnes, l'interprétation des données sismiques et la synthèse des résultats. J’ai très vite assu-ré la responsabilité officieuse de l’étude et des assu-résultats acquis, étant notamment en charge de la rédaction de la plupart des rapports et de celle de plusieurs publications.
TRAVAUX EFFECTUES
Quatre campagnes (AUSTRADEC I à IV) de sis-mique réflexion ont été menées de 1972 à 1980 (figure 1). L’énergie sismique était fournie par une source IFP à implosion nouvelle : le "Flexichoc" (Cholet et al 1979) qui améliorait beaucoup les possibilités pourtant déjà très performantes du "Flexotir" (Cassand et al, 1970). Les ondes sismiques étaient recueillies sur une flûte de 12 ou de 24 traces et l’enregistrement numérique était fait par un laboratoire IFP. Tous les profils effectués étaient positionnés par satellite, ce qui à l’époque
repré-sentait un exploit. Au total, en y ajoutant les données sismiques supplémentaires existantes acquises par di-verses compagnies étrangères dans les eaux territoriales françaises, ce furent plus de 100000 kilomètres de pro-fils sismiques qui ont été interprétés principalement par Aubertin, de Broin, Louis et moi-même, Dunand nous rejoignant pour la dernière synthèse. Des collaborations étroites avec des chercheurs de l’ORSTOM ont été conduites soit sur des secteurs particuliers du domaine géographique, soit sur des thématiques spécifiques. Je
rappellerai surtout celles avec Dubois et Pascal qui fu- rent très fructueuses et engendrèrent une amitié durable.
Figure 1 : Plan de position des campagnes Austradec.
RESULTATS
Ces campagnes ont permis de reconnaître (fig. 2 et 3) les bassins sédimentaires et les principales structures autour de la Nouvelle Calédonie, de la ride de Lord Howe (Launay et al., 1977) et de la région qui s’étend de cette ride à la ride de Norfolk, de l’archipel des îles Salomon, de la région située à l’est de la Nouvelle Gui-née (Nouvelle Irlande, Nouvelle Bretagne, Bassin de Woodlark), et enfin de l’archipel des Vanuatu où un tra-vail particulièrement important fut réalisé. Un nouveau trait structural : la ride de Fairway et le bassin du même nom ont été découverts dans le bassin de Nouvelle Ca-lédonie. Deux d’entre nous (Broin et moi-même)
suggé-rèrent le prolongement de la ride de Fairway dans la ride Ouest Norfolk.
Pour la première fois était menée une tentative d’interprétation en terme de stratigraphie sismique (non encore formalisée à cette époque) en examinant les va-riations latérales et verticales des réflexions et des unités constituées de plusieurs réflexions dans une « séquence homogène ». C’est ainsi que nous avons montré, d’après la distance aux sources d’apport, qu’à l’extrémité nord du bassin de Nouvelle Calédonie, dans sa partie infé-rieure, le remplissage est turbiditique alors que dans le bassin de Fairway il est pélagique.
Figure 2 : Carte isopaque des bassins de Nouvelle Calédonie et de Fairway.
Cette figure montre la subdivision du bassin de Nouvelle Calédonie tel que dénommé antérieurement par la ride de Fairway en bassin de Nouvelle Calédonie s.s. et en bassin de Fairway.
Figure 3 : Carte structurale des rides de Lord Howe à Norfolk.
Le tracé des isochrones de la couverture sédimentaire souligne les grands traits structuraux de cette région. Les rides (axes hauts) sont soulignées en jaune et les bassins en bleu. Le bassin de Nouvelle Calédonie s.s., souligné en violet pâle, présente la plus grande épaisseur rencontrée dans cette région.
Dans le bassin de Nouvelle Calédonie au sens large, trois séries principales furent reconnues (Dubois et al, 1974, Ravenne et al, 1977b), séparées par deux discor-dances majeures (fig. 4, profil Aus 105), une correspon-dant à un niveau du Crétacé supérieur, l’autre à la limite Eocène-Oligocène. L’épaisseur moyenne du remplissa-ge est de l’ordre de trois kilomètres. Trois principaux types de sédiments sont rencontrés :
- détritiques et terrigènes, à proximité des terres émer-gées et donc surtout dans le bassin de Nouvelle Calé-donie s.s. (c. à d. la partie orientale du bassin comprise entre la ride de Fairway et l’île ;
- pélagiques : boues calcaires avec quelques intercala-tions siliceuses surtout dans le bassin de Fairway ; - volcanoclastiques.
Figure 4 : Profil Austradec 105.
Vers 6,5 sec TD, l’horizon c souligné par des tirets correspond à la discordance du Crétacé supérieur ; la limite sous le I correspond à la discordance Eocène-Oligocène. La forme en coin qui se développe vers l’est entre ces 2 discordances souligne le remplissage par des dépôts turbiditiques en provenance de la Nouvelle Calédonie.
Dans l’archipel des Vanuatu, les éléments structu-raux constitutifs de l’arc insulaire et leur morphologie furent précisés (Ravenne et al , 1977a, Dugas et al 1977) dans les segments nord et sud de l’arc en utilisant (après une anamorphose manuelle que j’effectuai pour avoir des documents comparables) plus de 20000 km de sismique (figures 5 et 6). D’ouest en est furent iden-tifiés : la fosse océanique, un mur interne avec une ou deux ruptures de pente et un bassin suspendu intermé-diaire entre la rupture de pente supérieure et l’arc fron-tal, l’arc frontal lui-même, un bassin sédimentaire mé-dian comportant un axe volcanique actif sur son flanc est et finalement un système horst-graben complexe sé-parant l’arc du plateau océanique récent : le plateau nord fidjien. Dans ce plateau, nous enregistrâmes des ré-flexions quasiment horizontales qui nous posèrent beau-coup de problèmes : croûte litée ou artéfacts ? Ce type
de croûte océanique litée est maintenant bien connu mais cela paraissait invraisemblable à l’époque.
Les traits structuraux étaient beaucoup moins évi-dents à différencier dans le segment central de l’archipel (figures 6, 7 et 8). Le mur interne de la fosse est très ré-duit : le prolongement du mur interne tel qu’il est obser-vé dans les segments nord et sud étant occupé par les îles d’Esperitu Santo et de Malekula. Il semble, du moins ce fut notre interprétation, que la partie ouest d’Esperitu Santo est constituée par les deux ruptures de pente observées dans le segment nord après leur sur-rection provoquée par l’arrivée récente de la Zone de Fractures d’Entrecasteaux et de ses points hauts associés dans la zone de subduction. Cette interprétation fut confortée quand nous découvrîmes avec Pascal que nous arrivions à la même conclusion par des moyens diffé-rents : lui avec l’étude des mécanismes au foyer, moi avec les données de sismique réflexion.
Figure 5 : Profil Austradec 108
La zone à faible définition des réflexions entre 5 et 7 secondes correspond à des dépôts volcanoclastiques. Le pendage des couches bleu et orange à l’WSW suggère le basculement lié à l’arrivée de la ride d’Entrecasteaux dans la zone de subduction.
Figure 6 : Coupes sériées dans l'arc des Nouvelles Hébrides.
Cette figure montre la projection de tous les profils tirés dans la région des Nouvelles Hébrides. Noter surtout l’évolution morphologique du flanc interne de la fosse (schématisée sur les figures suivantes) avec l’amplification du bas-sin intermédiaire à mi pente en allant des extrémités Nord et Sud vers le centre.
Figure 7 : Coupes transversales à l'arc des Nouvelles Hébrides.
Schéma montrant l’impact de l’arrivée dans la zone de subduction de la ride d’Entrecasteaux à l’ouest de la coupe cc’ sur la profondeur de la fosse et sur le changement de morphologie du flanc interne de celle-ci.
Figure 8 : Schéma structural des Nouvelles Hébrides.
Ce schéma structural a été établi en utilisant plus de 20000 km de profils sismiques (figure 5). Les parties nord et sud sont très semblables. La partie centrale montre de nombreuses différences et on y voit notamment comment les 2 ruptures de pente de la partie nord viennent buter dans Esperitu Santo, suite, ainsi que nous l’avons proposé, à l’entrée de la zone de fractures d’Entrecasteaux dans la zone de subduction.
Nous montrâmes ensuite que la Nouvelle Irlande et l’archipel des îles Salomon avaient appartenu (fig. 9 et 10) durant la majeure partie de leur histoire à un arc in-sulaire simple similaire à celui de l’archipel des Vanuatu dans ses segments nord et sud, de comportement et de traits structuraux identiques (Broin et al, 1977). La mar-ge active actuelle de l’archipel des îles Salomon se su-perpose sans relation de genèse immédiate à cet arc in-sulaire antérieur. Les traits structuraux de l’arc antérieur
résultent de l’ancienne subduction de la plaque Pacifi-que sous la plaPacifi-que Indo-Australienne au CénozoïPacifi-que moyen. L’arrivée dans la zone de subduction du plateau d’Ontong Java au Miocène stoppa ce fonctionnement et provoqua, avec la poursuite des mouvements relatifs des plaques, la création d’une nouvelle marge active au sud de la Nouvelle Bretagne et de l’archipel des îles Salo-mon.
Figure 9 : Cartes structurale et isopaque de la région Salomon-Nouvelle Irlande.
La partie supérieure de la figure montre tous les traits structuraux qui encadrent le bassin des Salomon et son prolon-gement dans le bassin de Nouvelle Irlande. La direction prédominante est NW-SE. Ces traits structuraux sont affectés par des accidents décrochants NNE-SSW. La partie inférieure montre les isopaques des dépôts sédimentaires. Les zones dé-pourvues de sédiments correspondent aux axes volcaniques bordant les bassins.
Figure 10 : Profil Austradec 315.
Le remplissage sédimentaire du bassin de Nouvelle Irlande illustre la complexité de l’histoire de cette région. On peut supposer que l’essentiel de la sédimentation s’est effectuée dans des strates horizontales comte tenu de la configuration des réflexions. La remontée vers le NE de la série jaune et de la partie inférieure de la série bleue est vraisemblablement provoquée par l’arrivée du plateau d’Ontong Java dans la zone de subduction. L’inclinaison vers l’E de la partie supé-rieure de la série bleue et de la série rouge indique une remontée différentielle du flanc SW de l’arc. Seule la série verte n’a pas été affectée par des déformations ultérieures.
De nombreux autres résultats scientifiques furent publiés et réunis in Symposium international "Géody-namique du sud-ouest Pacifique", Eds Technip, Paris, 1977, qui regroupe la majeure partie des communica-tions présentées lors de ce symposium (Nouméa, 1976). Certains résultats sont restés confidentiels. Je me sou-viens qu’à l’époque plusieurs ingénieurs des compa-gnies pétrolières participantes s’étonnaient de ce que leurs compagnies puissent être associées à une telle étu-de, jugeant celle-ci vraiment trop académique. Pourtant, une dizaine d’années plus tard, avec la reprise de l’exploration dans les zones économiques françaises, d’autres ingénieurs de ces compagnies s’étonnèrent du fait que les publications aient été autorisées ! La finalité économique peut ne pas être immédiate.
Enfin, comme le montrent d’autres articles de l’ouvrage cité, les traits structuraux, précisés et mieux
définis avec la sismique utilisée dans un domaine de marge active intra-océanique, donc avec une faible cou-verture sédimentaire, participèrent à la compréhension de régions soit avec une couverture sédimentaire plus importante soit ayant subi une histoire structurale plus complexe.
L’exploration marine se poursuivra encore à un rythme élevé pendant près de 15 ans et je continuerai à participer à différentes campagnes d’acquisition, à leur interprétation et à la diffusion des résultats obtenus après une brève mais importante interruption. En effet, celle-ci permit l’introduction et la diffusion en France de la stratigraphie sismique. Je crois me souvenir qu’à cette époque seul Cramez de CFP connaissait cette méthode développée par les géologues du groupe Exxon et tenue confidentielle.
CHAPITRE 2 : STRATIGRAPHIE SISMIQUE
Ce chapitre sera peu détaillé. Cette partie de mon travail est toutefois rappelée car ses résultats auront une importan-ce considérable dans mes interprétations des profils sismiques ultérieures, importan-celles de mes collaborateurs et importan-celles des nom-breux doctorants et stagiaires que j’ai encadré ou dont j’ai participé à l’encadrement. Ils vont entraîner la remise en cau-se de nombreucau-ses interprétations géologiques et corrélations. Les résultats principaux concernent l’extraordinaire varia-tion latérale des faciès sismiques au sein d’une même séquence de dépôt en milieu marin, l’importance des phénomènes gravitaires, etc. Enfin le développement de la stratigraphie sismique sera à l’origine de celui de la stratigraphie séquen-tielle.
ETAT DES CONNAISSANCES
Avant les années 70 et ce encore durant ces années, l’interprétation des données sismiques était effectuée dans les compagnies par des géophysiciens, physiciens ou mathématiciens de formation et très rarement par des géologues. Ceux-là favorisaient surtout les traitements qui permettaient d’améliorer et de renforcer la continui-té des réflexions tels que l’AMCO (amélioration de co-hérence). Ce genre de traitement efface une grande par-tie de l'information et il a ainsi conduit des géophysi-ciens de Elf à corréler des plates-formes d’âge Jurassi-que et Crétacé avec un remplissage de canyon d’âge Quaternaire, la discordance d'érosion ayant été gommée et les réflexions de part et d'autre artificiellement rabou-tées ! Nous étions quelques géologues à avoir la double formation géologue et géophysicien et donc nous te-nions compte de nos connaissances géologiques pour l’interprétation des profils. Nos résultats étaient cepen-dant très discutés, voire décriés, justement à cause de la prise en compte des connaissances géologiques et des incertitudes mises en avant par les géophysiciens. Enco-re aujourd’hui de nombEnco-reux géophysiciens considèEnco-rent qu’une interprétation géologique en terme de lithologie est très risquée puisqu’une réflexion résulte d’un par-cours complexe.
ENJEUX, LE PROJET FAGIS
Le projet de recherche « FAGIS » commun entre SNEA(P) et IFP a été créé fin 1977 pour améliorer les résultats de l’interprétation sismique. En effet l’acquisition et le traitement de la sismique étaient très coûteux alors que le temps dévolu à l’interprétation était faible ; de plus, très peu de concepts guidaient l’interprétation. Les enjeux étaient donc clairement de fournir des guides documentés et si possible validés aux interprétateurs.
TRAVAUX REALISES
J’ai eu la chance de recevoir le premier cours de Vail (1976) sur la stratigraphie sismique juste avant le début du projet dont j’assurais la synthèse bibliographique. Ce cours de Vail -ancien élève de Sloss, ce dernier a gran-dement contribué à l'évolution de la stratigraphie sé-quentielle (1949, 1963, 1988)- en a constitué l’élément essentiel d’autant plus que ce premier cours comportait toutes les réserves et hésitations en faisant un outil po-tentiellement très riche par rapport au mémoire AAPG 26 (1977) ultérieur qui tronquait une grande partie des réserves émises. Il a servi de support à la rédaction de quatre rapports (Ravenne, 1978, 1981) qui ont été diffu-sés à plus de mille exemplaires. J’ai ensuite enseigné
cette méthode dans plusieurs universités et animé plu-sieurs séminaires. Le plus important, pour moi, fut celui qui portait sur les variations eustatiques, terme que je jugeais incorrect compte tenu des connaissances et que je transformais en variations d’épaisseur de la tranche d’eau sur les plates-formes. Certes c’était plus long et plus lourd mais précis et utilisable en laissant de côté les conflits d’interprétation. Des entretiens fréquents avec Vail ont ensuite porté sur des points de désaccord telles que les chutes trop brutales (pour moi) du niveau de la mer qu’il supposait. Ces discussions puis les nombreu-ses missions de terrain communes m’ont toujours mon-tré un chercheur très ouvert, analysant et testant toutes les hypothèses. Il est à noter que le rapport sur les varia-tions d’épaisseur de la tranche d’eau… a été initialement le plus remis en cause par notre partenaire industriel car jugé trop académique ; il considérait donc que sa rédac-tion avait correspondu à une perte de temps. Deux ans après, ce jugement était totalement modifié.
A la suite de cette étude, Bôt (CFP) et moi avons en-trepris une étude de synthèse sur la Mer du Nord surtout focalisée sur le Cénozoïque. Les grands profils régio-naux disponibles n’étaient quasiment pas utilisés pour étudier les séquences de cette ère et ils nous paraissaient très riches pour étudier toutes les séquences et les évolu-tions des faciès dans cet environnement relativement peu profond. Sous ma direction plusieurs étudiants ont réalisé avec ces profils, soit leur travail de fin d’études de l’ENSPM, soit leur travail de thèse. Je rappellerai surtout la thèse de Le Nir (1987) qui est restée long-temps une référence. Le Nir a ensuite pendant plusieurs années pris mon relais pour enseigner les méthodes de la stratigraphie sismique.
RESULTATS
Le principal résultat est la méthode d’interprétation largement utilisée, diffusée, enseignée et qui reste une référence. Cette méthode repose sur une observation ri-goureuse de tous les paramètres sismiques (continuité, amplitude, fréquence apparente, configuration, termi-naisons des réflexions, recherche des discontinuités, etc.), puis sur leur classement au sein d’unités homogè-nes (appartenant à la même « séquence » de dépôt) pour définir des « faciès » sismiques et ensuite sur l’étude en trois dimensions de leurs variations latérales et vertica-les. L’interprétation n’intervient qu’après la réalisation de ces trois étapes.
L’emploi de cette méthode a conduit d’abord à un tout nouveau mode d’interprétation, objectif et prédictif, contrôlé par des géologues de formation puis à revoir certains traitements trop destructeurs de l’information contenue dans les données sismiques. De nombreux
nouveaux concepts sédimentologiques et stratigraphi-ques seront par la suite obtenus lors de l’application de la méthode aux profils de grande exploration. En effet ces profils étaient effectués sur de grandes distances qui, dans le sens des apports, débutaient souvent près de la côte et se terminaient dans les bassins océaniques francs, permettant ainsi d’étudier l’évolution des dépôts. Les nouveaux concepts ont permis le développement de la stratigraphie séquentielle.
La stratigraphie séquentielle était animée alors par deux écoles (très schématiquement l’une repose sur la définition des discontinuités – école d’Exxon et Vail -, l’autre sur les surfaces d’inondation maximale – Galloway, 1989, Cross , 1988-). Celle animée par Vail découlait de la stratigraphie sismique qu'il avait formali-sé de façon rigoureuse (1976, 1977). L'essentiel de mon travail portait sur l'interprétation des données sismiques et je suivais donc la démarche proposée par Vail. Ce-pendant, lorsque je donnais des cours ou quand je diri-geais des étudiants, j’insistais sur la première tâche qui consistait en rechercher des terminaisons des réflexions de façon à déterminer les discontinuités. Ces disconti-nuités et/ou leur prolongement conforme permettaient à leur tour de cerner les séquences de dépôt au sein des-quelles le travail sur les faciès sismiques pouvait débu-ter. C’était ce que j’enseignais mais pas exactement ce
que je pratiquais quand j’interprétais des sections. Je commençais certes par la recherche des terminaisons et très vite je passais à la recherche des réflexions de haute fréquence apparente les plus continues possibles qui m’aidaient à séparer des ensembles de réflexions où là je pouvais reprendre la recherche des terminaisons. C’était déjà en fait l’utilisation simultanée des deux ty-pes de surface et donc des deux écoles. J’ai ensuite très vite inclus ce commentaire dans mes cours. En effet ce qui importe est de déchiffrer, comprendre puis prédire les évolutions latérale et verticale des dépôts. La défini-tion des séquences, dans un cas : une succession conti-nue de strates limitée par des discontinuités souvent dia-chrones, dans l'autre : une succession de strates pouvant être affectée par des érosions internes mais limitée par des strates continues et relativement synchrones, n'affec-te pas la compréhension de l'ensemble sédimentaire. Par contre, il sera parfois plus aisé de reconnaître soit les discontinuités, soit les horizons les plus continus. L'ex-périence montre que la détermination des surfaces d'inondation rend plus aisée les corrélations de coupe à coupe, en commençant par la corrélation des épisodes majeurs, puis par celle d'épisodes moins marqués per-mettant de mettre en évidence la disparition de certaines unités, cette technique est très bien illustrée (figure 11) dans le mémoire de thèse de Lafont (1994).
Figure 11 : Modèle de corrélation d'après F. Lafont.
La 1ère corrélation est effectuée sur le faciès le plus distal après avoir reconstitué les motifs généraux d’empilement
CHAPITRE 3 : LES CONES DETRITIQUES SOUS MARINS
ETAT DES CONNAISSANCES
Vers la fin des années 1970, plusieurs compagnies pétrolières ont constaté que de nombreux réservoirs pé-troliers supposés être localisés dans des environnements de plate-forme l’étaient (ou pouvaient l’être) dans des environnements de cônes détritiques sous-marins. Ceux-ci étaient très peu connus si ce n’est à terre avec prinCeux-ci- princi-palement les travaux de Mutti (1974a, 1974b, 1975), Normark (1970, 1974, 1978), Walker (1967, 1973, 1978), Bouma (1962), Stanley (1961, 1975, 1978). Des expériences de modélisation analogique des courants turbides réalisées par Kuenen (1937, 1950, 1956, 1957, 1964) et Middleton (1966a et b, 1967, 1970, 1973) per-mettaient une première compréhension du fonctionne-ment et du développefonctionne-ment des dépôts gravitaires. L’importance des effondrements gravitaires en mer était surtout connue par leurs effets dévastateurs sur les li-gnes téléphoniques. A cette époque le Comité d’études pétrolières marines lança un programme d’étude ciblé sur les cônes détritiques sous-marins (deep sea fans). Certaines accumulations sédimentaires avaient déjà été reconnues sur les pentes des marges stables et en pied de pente pendant les campagnes sismiques de grande ex-ploration (Golfe de Gascogne, 1969, Méditerranée, 1970, GéoManche, 1975, Cap-Vert, 1980) ; ces profils trop espacés ne permettaient pas leur caractérisation.
Sur le plan technique l’acquisition et le traitement des données sismiques avaient progressé. L’équipe du Verdon sur Mer qui avait développé le Flexichoc (Cho-let et al., 1979), source à implosion très performante par la qualité du signal produit et qui évitait les effets néfas-tes de bulle, venait de mettre au point une nouvelle source : le mini Flexichoc (Grau, 1981), toujours basée sur le principe de l’implosion. Cette source avait une puissance plus faible, donc une moindre profondeur de pénétration, mais un pouvoir de résolution accru par rapport aux sources conventionnelles. Pour donner un ordre de grandeur, une source conventionnelle offrait un pouvoir de résolution d’environ 50 m dans des séries traversées entre 1000 et 3000 mètres sous le fond alors que celui du mini Flexichoc atteignait 10 mètres, avan-tage notable pour l’étude précise des séries sédimentai-res. Le manque de puissance pouvait être compensé par la mise en service simultanée ou légèrement décalée de plusieurs sources.
La possibilité de décaler le moment de l’implosion de chacune des sources fut peu de temps après utilisée par Thillaye du Boullay (1977, 1979a) pour obtenir des indications sur le pendage dans le sens transversal au déplacement du bateau et ainsi d’étudier les premiers profils avec une information 3D contrôlée (1979b). Ce fut précieux dans l’étude des parties accidentées des pentes, des cicatrices d’arrachement, etc., car dans ces cas les origines des réflexions sont diverses et ne pro-viennent que pour partie du sous-sol situé sous la verti-cale de la ligne joignant la source d’émission à la flûte de réception des signaux, effet qui s’amplifie avec la diminution de profondeur. J’insiste sur ce point car il est souvent occulté et en première et rapide interprétation on a tendance à considérer que le profil observé ne contient que des réflexions situées dans le même plan.
Des progrès ont été réalisés ensuite dans l’amélioration de la focalisation du signal émis et maintenant la quasi généralisation de la sismique 3D évite cet écueil (Wal-ton, 1972, Brown, 1986, Weimer et Davis, 1996).
Le traitement des données sismiques avait aussi considérablement progressé et nous profitâmes très ra-pidement de la réalisation de la couverture multiple à bord, ce qui permettait immédiatement une première in-terprétation solide et ainsi la possibilité d’orienter la sui-te de la campagne ou de reprendre un profil.
Enfin le CNEXO venait d’acquérir le « Sea Beam », sondeur multifaisceaux. Celui-ci permettait d’établir des cartes bathymétriques d’une précision inégalée jus-qu’alors, source très appréciable dans l’amélioration de la connaissance des fonds marins avec notamment la couverture spatiale fournie et la possibilité de la mise en évidence de l’évolution des fonds lors d’acquisitions ré-pétées.
ENJEUX
Il s’agissait essentiellement d’enjeux économiques très proches de ceux qui avaient conduit au lancement de l’exploration généralisée des fonds marins : recon-naissance de zones potentiellement favorables au pié-geage d’hydrocarbures et augmentation du domaine mi-nier. Le but était d’obtenir un (des) modèle(s) d’organisation des cônes détritiques sous-marins et de leurs caractéristiques. Sur le plan scientifique il s’agissait de développer des connaissances quasiment inexistantes en France, voire de découvrir de nouveaux ensembles sédimentaires et de comprendre les processus responsables de leur mise en place.
TRAVAUX REALISES
Plusieurs campagnes à la mer furent entreprises en Méditerranée (golfe du Lion, Briend et al, campagne HR1, 1981, Gubian et al, campagne LIGO 1, 1981, Briend et al, campagne LIGO 2, 1982), dans l’océan Atlantique (Cap Ferret, Morice, campagne Seafer 2, 1981, Coumes et al, campagne CF1, 1981, 1982, Cre-mer, 1983, Ravenne et al, 1983b, Cremer et al, 1985, Orsolini et al, 1984, Nely et al, 1985, Ravenne et al, 1988c), Bahamas, LeQuellec et al, campagne BACAR 2, 1983, Ravenne et al, 1984, 1985, Ravenne et al, 1988d) et dans l’océan Indien (cône de l’Indus, Coumes
et al, campagne Indus, 1978, Ravenne et al, 1986,
Ra-venne et al, 1988b). Je citerais uniquement les trois der-nières d’une part à cause de la qualité des résultats obte-nus et d’autre part à cause de ma participation im-portante, parfois prépondérante, dans l’interprétation de leurs profils. J’ai participé à l’élaboration des pro-grammes d’acquisition des campagnes Cap Ferret et Bahamas et aux campagnes elles-mêmes. Cette partici-pation m’a permis de connaître tous les événements qui ont affecté leur déroulement (comme par exemple les ar-rêts de tir, les pannes de positionnement, etc.) et d’en tenir compte lors de l’interprétation.
Afin d’améliorer l’interprétation des données sis-miques acquises dans les environnements de cônes sous-marins, j’ai initié une longue série de travaux (auxquels
