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Raymond MICHELS
QU’EST-CE QU’UNE
ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE?
L’IDEE CONDITIONNE
L’ACTION
MODELE DE
GISEMENT
Modèle théorique
qui décrit
- la nature des éléments
- la géométrie
- Les mécanismes de formation
d’un gisement
de ressources minérales
ou énergétiques
ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE
Ressource hydrocarbonée:
Pétrole, gaz
C, H, O associés en structures
moléculaires hydrocarbonées
GEOCHIMIE
Elles ne font pas partie des minéraux constitutifs du manteau ou de la croûte terrestre
Carbonates
CO2
H2O
Roches sédimentaires
Charbon
Pecopteris (Senftenbergia) plumosa
Carbonifère, Westphalien, Sarre
Les êtres vivants
Photosynthèse
CO2 + H2O
Structures
hydrocarbonées
C, H, O, N
Productivité
primaire océanique
La vie est la
principale source de
molécules
hydrocarbonées
Bloom phytoplanctonique
MODIS
Productivité primaire océanique
La répartition est fortement contrainte par la
géométrie des masses continentales.
From Degens and Mopper, 1976; after Koblentz-Mishke et al., 1970
Accumulation de carbone organique
dans les sédiments des marges continentales
Il faut protéger la matière organique
de la dégradation en l’incorporant dans les sédiments
STRUCTURATION DE LA COLONNE D’EAU
DANS UNE ZONE D’UPWELLING
Modèle d’environnement de dépôt
pour la Formation Barnett shale (Mississippien)
Louks and Ruppel (2007)
A l’interface
eau-sédiment… R
ecycla
ge
P
rés
erv
atio
n
D’après Huc (1995)
O2=0
Environnement aérobie
O2=0
Environnement anaérobie
Des
sédiments à
grain fin
Exemple d’anoxie de grande ampleur:
l’Océan Atlantique du Crétacé
Albien 112-99 Ma Aptien 125-112 Ma
Paleomap Project
www.scotese.com
Certaines
périodes de
l’histoire de la
Terre sont
propices à la
préservation
de la matière
organique
Marcellus
Shale Wooford
Shale
Domanik
Shale Exshaw
Shale
Les sédiments riches en matière organique
du Dévonien
Orminston & Oglesby (1995)
ROCHES (MARINES) A GRAIN FIN:
ARGILES, ARGILITES (BLACK-SHALES)
CARBONATES
Woodford shale,
Devonian, USA
Woodford shale,
Devonian, USA
Toarcian shale,
Jurassic, France
Lo
wer
Barn
ett
Sh
ale
Silicate mud
Carbonate mud
Mineralogy DES FORMATIONS FORTEMENT
HETEROGENES
A L’ECHELLE DES GRAINS
Louks and Ruppel (2007)
Kimmeridge shale
Jurassic, UK
100 µm
Microscopie optique transmission
MEB/MET
Alum shale
Sw
DES FORMATIONS FORTEMENT
HETEROGENES
A L’ECHELLE DES GRAINS
%C27 %C29
%C28
Plantes sup.
Estuaire ou baie
Marin ouvert
Plancton
SIM
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
500
550
600
650
700
750
F
Lacune
SIM
Domaine proximal
Influence
continentale
Contexte
confiné
Influence marine
STERANES
MATIERE ORGANIQUE HETEROGENE
Domaine distal
QU’EST-CE QU’UNE
ROCHE-MÈRE PÉTROLIÈRE?
KEROGENE MATIERE ORGANIQUE
Rap
po
rt a
tom
iqu
e H
/C
2,0
1,5
1,0
0,5
0
Lac Victoria
Botryococcus
Rapport atomique O/C
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Le diagramme de
Van Krevelen Chimie des
kérogènes
Plancton
Lacs
Plancton
Plateformes
continentales
Plantes Supérieures
Fluvio-lacustre à Delta
Rap
po
rt a
tom
iqu
e H
/C
2,0
1,5
1,0
0,5
0
Lac Victoria
Botryococcus
Rapport atomique O/C
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Le diagramme de
Van Krevelen
Plancton
Lacs
Plancton
Plateformes
continentales
Plantes Supérieures
Fluvio-lacustre à Delta
Chimie des
kérogènes
Rap
po
rt a
tom
iqu
e H
/C
2,0
1,5
1,0
0,5
0
Lac Victoria
Botryococcus
Rapport atomique O/C
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Le diagramme de
Van Krevelen
Plancton
Lacs
Plancton
Plateformes
continentales
Plantes Supérieures
Fluvio-lacustre à Delta
Chimie des
kérogènes
Maturation
thermique
Rap
po
rt a
tom
iqu
e H
/C
2,0
1,5
1,0
0,5
0
Lac Victoria
Botryococcus
Rapport atomique O/C
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30
Le diagramme de
Van Krevelen
Pétrole
+ gaz
Gaz
CO2 + H2O
Plancton
Lacs
Plancton
Plateformes
continentales
Plantes Supérieures
Fluvio-lacustre à Delta
Chimie des
kérogènes
Indicateurs de maturité thermique…
22S/(22S+22R)
C31 Homohopanes
Réflectance
de la vitrinite
Matière organique
Traces de fission apatites (Barbarand, 2012)
Inclusions fluides
…de paléotempératures…
20 µm
10 µm
….et de surpression
PR
ES
SU
RE
(b
ar)
TEMPERATURE (°C)
26
23
12
5 4 0
2
3
TIME
(million years)
1
LA MATURATION THERMIQUE MODIFIE
PROFONDEMMENT LA ROCHE-MERE
FRACTURATION
EXPULSION
CIRCULATION FLUIDES
Wooford shale
Oklahoma, USA
%R0=0,5
%R0=1,0
Modification de la porosité du kérogène
T
OTAL O
IL Y
IELD
(wt%
of
initial sh
ale)
Modification des quantités et qualités de fluides
Modica & Lapierre (2012)
Michels et al. (1995)
20 µm oil
gas
Bourdet & Pironon (2008)
brine
CO2
brine
gas
EX
PU
LS
ION
EF
FIC
IEN
CY
Michels et al. (1995)
QUANTIFIER LES RÉSERVES Lois de comportement
Experimentation
3.0
2.0
1.0
90 140 190 240 290 340
Nb de jours après forage
PC
H4
da
ns
le
fo
rag
e (
mb
ar)
CCH4 = 0,34 mg/L
0
Mesure in situ dans forage → Modèle (Diffusion + advection) → Estimation des teneurs
Pironon et al. (2008)
ROCHE-MÈRE
PÉTROLIÈRE
Gaz et Huile de « schiste »
L’IDEE CONDITIONNE
L’ACTION
Réservoir + couverture
Piège
SYSTÈME PETROLIER
Migration
Roche-mère
potentielle
ROCHE-MÈRE
ACTIVE
D’après Magoon & Dow, 1994
ROCHE MERE
ACTIVE
CONCEPT GEOLOGIQUE
Huile + gaz
Gaz
GISEMENTS CONVENTIONNELS
Réservoir: volume poreux
Pressurisé: production spontanée
Géométrie: Réserve
Ghawar reservoir
GISEMENTS NON CONVENTIONNELS « Gaz et huile de roche-mère »
Pas de production spontanée
Porosité très faible de géométrie complexe Perméabilité très faible
Comment évaluer une géométrie? Une réserve?
Clay
Smoky River, Alberta, Canada
Fracturation hydraulique:
ouverture du réseau de fractures
Total.com µm
mm
cm
dm
m
CONCLUSIONS
Les roches-mères actives ne sont pas des objets
géologiques nouveaux
Leurs propriétés sont toutefois mal connues
(géométrie, pétro-physique, réserve)
Les modes d’exploitation et de gestion
sont à optimiser, inventer
CONCLUSIONS
Quelques verrous de recherche en géologie
L’architecture sédimentaire (environnements de dépôt) : nature
des variations des faciès minéraux et organique
Histoire diagénétique: comment l’enfouissement conditionne les
propriétés pétro-physiques
Histoire thermique: qualification, quantification et répartition de la
ressource
Modèle de réservoir (ressource): « sweet spots »
Modèle spatialisé de comportement mécanique: Fracturation
Chaque roche-mère est unique
