© 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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Architecture structurale de la ceinture de Gaspé (Canada) :Imagerie sismique intégrée et

application à l’évaluation pétrolière

Martin Bêche

8 Décembre 2008

Université Laval

Université de Cergy Pontoise

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Interprétation sismique et modèle géologique L’acquisition et le traitement des

données sismiques fournissent des images qui sont interprétées pour construire un modèle géologique du sous-sol.

L’interprétation 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 l’échelle du bassin et du réservoir pétrolier

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Exploration en zone d’avant-pays

Limites de l’imagerie 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 l’onde sismique

Apports de l’imagerie sismique profondeur : Elle donne des images représentant

correctement le sous-sol Meilleure estimation des profondeurs caractérisation des différentes formations

géologiques (géométrie)

Temps

Profondeur

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Architecture structurale de la ceinture de Gaspé... :Un double objectif (I)

Objectif I : Méthodologie d’étude de bassin intégrée :

Mise au point d’une 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 l’élaboration du modèle structural en 3D.

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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 l’interprétation 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 d’étude pour y faire une première évaluation du potentiel pétrolier et en déduire des études futures.

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Plan de l’exposé

Présentation de la géologie de la péninsule de la Gaspésie et de la zone d’étude (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 : l’exemple du synclinal du Lac des Huit Miles

Conclusion et perspectives

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Lavoie, 2002

La péninsule de Gaspésie : une zone de chevauchement complexe

Ceinture taconienne

Ceinture acadienne

F

G

Brisebois et Brun, 1994

Géologie régionale

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La péninsule de Gaspé :Les trois principaux événements tectoniques

O. acadienneDéformation polyphasée dans les unités pré-lochkoviennes,Gaspésie Sud370 Ma : Plissement terminé364 Ma : Coulissage terminé

Pulsation saliniqueRemplissage sedimentaire des séquencesdu Wenlockien au Praguien.

Blocs basculés, failles normales O. taconienneCollision marge passive et

archipel d’arc péri-laurentia


Tiré de Bourque et al 2003

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Le modèle structural de la ceinture de Gaspé

Kirkwood et al., 2004


Collision Marge passive avec archipel d’arc 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-pays Biseau orogénique

Bassin de GaspésieNW SE

Lochkovien

NW SE

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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 0 10

km

67°00' W

48°3

0' N

Synclinal du Lac des Huit Miles

Anticlin

al d

e Cau

sapsc

al


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Imagerie sismique et géologie structurale

Modèle de vitesse prof. ~ Points de tir

Interprétation sismique ~ Étude géologique

C – Interprétation structuraleC – Interprétation structurale

Données sismiques et géologiques

A – Acquisition A – Acquisition de données de données

B – Imagerie sismique profondeurB – Imagerie sismique profondeur

Imagerie sismique

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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

1000

1500

2000

2500

30000

22.5

45

67.5

90

113

135

158

180

203

225

248

270

293

315

338

X Sec

Imprégné

Y Sec

Imprégné

Z Sec

Imprégné

1000

1500

2000

2500

30000

22

1000

1500

2000

2500

30000

22.5

45

67.5

90

113

135

158

180

203

225

248

270

293

315

338

X Sec

Imprégné

Y Sec

Imprégné

Z Sec

Imprégné

Roy 2008

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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

1000

1500

2000

2500

30000

22.5

45

67.5

90

113

135

158

180

203

225

248

270

293

315

338

X Sec

Imprégné

Y Sec

Imprégné

Z Sec

Imprégné

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L’exemple du synclinal du lac des Huit Miles

L'étude d’imagerie 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

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1 - Imagerie de la base du synclinal

modèle par bloc (B) Modèle lisse (C ) modèle initial par bloc issu d’une

interprétation préliminaire amélioration du modèle de

vitesse lisse par inversion des temps de trajet de la base du synclinal

=> Confirmation des vitesses élevées ~ 5000 - 6000 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

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2 – Faille sous la base du synclinal Accessibilité à des

événements structuraux détectables sur les points de tir élémentaires et diffus sur l’image sismique en temps

Détermination des pendages de failles

interprétation des failles et des réflecteurs associés sur l’image profondeur

Imagerie sismique

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3- 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 l’inversion tomographique permet de vérifier leur réalité et de les caractériser pendage de 30 à 40° prolongement en

profondeur

Imagerie sismique

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Migration sismique profondeur avant sommation

Imagerie sismique

Image temps

0

4.5 s

NW SE35 km

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Imagerie sismique

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Imagerie sismique

0 35 km

10 kmImage profondeur

NW SE

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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)

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Stratigraphie de la ceinture de Gaspé dans la partie centrale

2001-MRN-08

2001-MRN-10b

Interprétation structurale

Le synclinal du Lac des Huit Miles

St Léon

Sayabec

Val-Brillant

Forillon

▲

N

Synclinal d

es Mts Berry

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Bêche et al., 2007

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Localisation du profil 2001-MRN-08

Faille de Shickshock Sud

Ceinture taconienne

Ceinture acadienne

N 0 10

km

67°00' W

48°3

0' N


Anticlin

al d

e Cau

sapsc

al


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L’anticlinal de Causapscal

Ligne 2001-MRN-08


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L’anticlinal de Causapscal Interprétation structurale

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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 d’imbrications 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 l’anticlinal de Causapscal sur les deux

lignes sismiques étudiées


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La coupe structurale proposée interprétation structurale

Ceinture de plis et de chevauchement Rejeu de nombreuses failles taconiennes lors de la pulsation salinique et l’Orogenèse acadienne

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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

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La coupe structurale proposée interprétation structurale

Grande variation d’épaisseur des couches cambro-ordoviciennesde part et d’autre de la faille des Shickshock Sud Soit dû au soulèvement de socle important Soit dû au décalage issu du décrochement

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Les différentes étapes d’une étude de bassin pour l’évaluation pétrolière

Construction du modèle structural à l’âge actuel à partir des données géologiques

Reconstruction de l’histoire du bassin par la modélisation cinématique

Simulation de la génération et de la migration des hydrocarbures

Évaluation du potentiel pétrolier

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Restauration cinématique du synclinal du Lac des Huit Miles

■ Grâce à l’imagerie sismique en profondeur, la déformation géométrique à travers le temps est mieux contrôlée par l’équilibrage de la coupe issue de l’interprétation 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

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Modèles utilisés pour l’évaluation pétrolière

Roches mères

Roches réservoirs

0

10

km



Modèle structural

■ Le Groupe d’Honorat (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.

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Évolution cinématique du bassin La déformation est basée sur la

méthode de décompaction : on ne peut pas prendre en compte la déformation tectonique.

L’environnement de dépôt est plus important que la géométrie.

Pour la période donnée (de l’Ordovicien moyen à l’âge

actuel), prise en compte : du taux de sédimentation, de la compaction, de l’érosion

La calibration de l’érosion 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)


9000m

9000m

9000m

0

0

0

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Évolution et maturité des roches mères

À partir des données géochimiques, il est possible de reconstruire l’évolution des roches mères.

Les roches mères du Groupe de l’Honorat ont été matures et ont produit des HC de 420 Ma (Silurien supérieur) à 391 Ma (Dévonien moyen).

Aujourd’hui, les roches mères du Groupe de l’Honorat sont supramatures.

Les roches mères de la Formation de Forillon sont mature depuis 391 Ma et sont toujours dans la fenêtre à huile.

erosion


imm

atur

e

mat

ure

Forillon

Honorat

Forillon

Honorat

actuel

Silurien sup

Roches mèressu

pram

atur

e

5000 m

9000 m

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Génération et expulsion des hydrocarbures

0 Ma (actuel)

À partir de 417 Ma, les roches mères du Groupe de l’Honorat 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


417 Ma (Silurien sup.)

saturation0

5500m

391 Ma (Dévonien moyen)

migration

12000m

9000m

Roches réservoirs

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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 l’Honorat sont supramatures très tôt dans l’histoire 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


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Conclusion (I) Méthodologie d’étude de bassin intégrée :

Choix d’une technique d’imagerie profondeur adaptée à la complexité structurale intégrant les données géologiques

Apport quantitatif essentiel de l’inversion des temps de trajet : estimation des pendages structuraux et des profondeurs

Étude structurale plus complète et plus fiable grâce à l’interprétation directe des images profondeur

Contrôle de la cohérence 3D des interprétations Utilisation d’une chaîne de logiciels du traitement sismique à la

modélisation de bassin Ce travail permettra la construction d’un modèle bassin 3D Remarque : Céres complexe 2D n’a pu être utilisé en raison de

l'insuffisance des informations géologiques pour la partie taconienne.

Il est nécessaire d’avoir une base de données suffisantes pour pour pouvoir faire un travail complet en modélisation 3D : Données sismiques Données de maturations Données de puits

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Conclusion (II)

Apports géologiques pour la partie 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

l’Orogenèse 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 d’Honorat)

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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