Étude sismo-structurale du bassin de Tarfaya-Boujdour Onshore

Afrique SCIENCE 06(2) (2010) 49 - 59 ISSN 1813-548X, http://www.afriquescience.info

Youness ELBATAL et al.

Étude sismo-structurale du bassin de Tarfaya-Boujdour Onshore Youness ELBATAL1*, Malika AADJOUR1, Najib SABER1, Rachid ELABIBI2 et Mohamed NAHIM2

1Université Hassan II-Mohammedia-Casablanca, Faculté des Sciences Ben M’Sik, Département de Géologie,

BP 7955 Casablanca, Maroc 2Office National des Hydrocarbures et des Mines (ONHYM), Maroc

_______________ * Correspondance, courriel : younesselbatal @yahoo.fr

Résumé

Le Bassin mèso-cénozoïque de Tarfaya-Boujdour, qualifié de zone à perspective pétrolière, est parmi les bassins sédimentaires ayant connu une histoire assez particulière. L’étude sismo-structurale du bassin a permis, d’identifier des éléments structuraux, liés à l’extension accompagnant le rifting et l’ouverture de l’atlantique central. L’effet modéré des phases alpines conditionne l’évolution du bassin, comme le dépôt de plate-forme jurassique liée à une subsidence modérée, affectée de variations spatio-temporelles de l’Est vers l’Ouest et du Nord vers le Sud. L’évaluation du potentiel pétrolier effectuée dans la zone a montré l’existence d’une roche mère d’âge Cénomano-Turonien (Crétacé supérieur), riche en matière organique de type II qui se développe dans toutes les zones entre Tarfaya et Boujdour. L’étude sismo-structurale des puits forés dans la région a permis, de mieux caractériser cette roche mère, capable de générer des hydrocarbures. En effet, la maturation de la roche mère d’âge Cénomano-Turonien augmente du Nord vers le Sud et de l’Est vers l’ouest tout en permettant à celle-ci d’être marginalement mature à mature dans la zone de Boujdour. Mots-clés : sismo-structurale, Tarfaya-Boujdour, roche mère, potentiel pétrolier, Cénomano-Turonien,

maturation.

Abstract Seismo-structural study of the Onshore Tarfaya Boujdour Basin

The mèso-cenozoic Basin of Tarfaya-Boujdour, qualified zone with oil prospect, is among the sedimentary basins having known a rather particular history. The sismo-structural study of the basin allowed, to index some elements structural, bound to the extension accompanying the rifting and the opening of the central Atlantic under the moderate effect of the alpine phases conditioning the evolution of the basin, like the punt deposit forms Jurassic subjected to a moderated subsidence, affected space-time variations of the East towards the West and North towards the South. The evaluation of the oil potential carried out in the zone showed the existence of a bed rock of age Cénomano-Turonien (Cretaceous superior), rich in organic matter of type II and which develops in all the zones between Tarfaya and Boujdour.

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The interpretation of the drilled wells allowed, bettering characterizing this bed rock, able to generate liquid hydrocarbons and to conclude the presence from possible bed rocks in the area of Boujdour. Indeed, the maturation of the source rock of Cénomano-Turonien age increases North towards the South and by the East towards the west while making it possible this one to be marginally mature with mature in the zone of Boujdour. Keywords : seismo-structural, Tarfaya-Boujdour, Source rock, petroleum potential, Cenomanian-Turonian,

maturation.

1. Introduction

L'ouverture du rift atlantique a été accompagnée par la mise en place de couches géologiques riches en matières organiques. Ceci, à permis l’installation de nombreux bassins pétroliers, plus particulièrement là où l'embouchure des fleuves, apportent des masses de sédiments, à des profondeurs d'enfouissement plus grandes. Parmi ses bassins figure le Bassin de Tarfaya-Boujdour, objet de notre étude, qui fait partie des bassins dits méso-cénozoïques qualifiés de zone à perspective pétrolière suite a la présence d’indices d’huile. Ces indices signalés en Mauritanie et dans les bassins marocains au nord qui marquent l’importance économique des systèmes pétroliers actifs tout au long de la marge nord-ouest du continent africain. Ils se manifestent surtout dans les sédiments Cénomanien-Turoniens qui ont fait l’objet de plusieurs études et recherches. L'objectif principal de cette étude sera axé sur l’évaluation des systèmes pétroliers du bassin sud marocain Tarfaya-Boujdour (Onshore). Une attention particulière est accordée au système crétacé supérieur à la lumière des données existantes en offshore et en onshore dont [1-5] : - La présence de bonnes roches mères au Crétacé supérieur [6], prouvées par les forages onshore et

offshore et par les données de terrain, notamment, les affleurements des schistes bitumineux de concentration très élevée en carbone organique totale (COT) [7-14] dans la région de Tarfaya et plus particulièrement l’indice d’huile récolté au niveau du puits IRE 120/1180. Ces résultats ont permis d’approcher l'environnement de dépôt de ces roches mères afin d’orienter l'exploration pétrolière avenir.

- Le développement de roches réservoirs détritiques, d’âge Crétacé et Tertiaire et de roches réservoirs carbonatées, d’âge Jurassique.

- L’existence de forts indices d’huile, s’étalant sur toute la colonne stratigraphique depuis le Trias jusqu’au Tertiaire.

A la lumière de ces données, des études géochimiques, stratigraphiques et sismiques ont été réalisées, pour pouvoir définir le style structural de l’onshore du bassin Tarfaya-Boujdour et aussi suivre l’évolution de la roche mère, du Nord vers le Sud et de l’Est vers l’Ouest du bassin. Cadre géographique et géologique La région onshore du bassin de Tarfaya-Boujdour, se situe entre les parallèles 26°N et 28°N, elle correspond au tronçon de la marge Atlantique entre la ville de Tarfaya au Nord et celle de Boujdour au Sud (Figure 1). Elle est limitée à l’Ouest par l’Océan Atlantique, et à L'Est par la République de la Mauritanie. Cette zone couvre une superficie de 53753 Km2 (Soit 5375 300 HA). De point de vue géologique Le bassin méso-cénozoïque de Tarfaya-boujdour, comme ceux de Mauritanie, du Sénégal au Sud et celui d'Essaouira au Nord.

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Ces bassins côtiers formaient une marge continentale passive [15,16] soumise aux apports sédimentaires et à la subsidence.

Figure 1 : Carte géologique simplifiée des différentes zones du Maroc (D’après la carte géologique du Maroc échelle 1 :1,000,000 (1985))

Dans le bassin Tarfaya-Boujdour, la série jurassique, mise en évidence dans la partie Est et Nord Est, est analogue à celle développée dans le bassin d’Agadir. Le Crétacé inférieur est représenté par des dépôts mixtes, clastiques (dominants) et carbonatés. Les environnements de dépôts sont très variés : milieu continental, lagunaire, néritique et marin profond. L’épaisseur de ces dépôts est très variable, dépassant parfois les 2500 mètres.

Le Crétacé supérieur est transgressif sur les terrains sous-jacents, avec des faciès gréseux à silteux présentant des passées de dolomie gréseuse et de calcaire argileux. Ces dépôts traduisent un environnement marin lagunaire à néritique interne. Il s’approfondit progressivement entraînant le dépôt d’argile calcaire à intercalations de calcaire. Le maximum de transgression a été atteint au Cénomanien terminal-Turonien basal et au Campanien [3-5]. Le Maastrichtien a été caractérisé par une chute du niveau marin entraînant des dépôts relativement moins profonds. La fin du Crétacé supérieur est marquée par une discordance à l'échelle du bassin. Sur certaines parties de la plate-forme carbonatée, une mince couche de sédiments du Paléogène repose en discordance sur les strates crétacées. Les dépôts ont continué dans le Miocène sous forme d'argiles épaisses et de grés fins [17-24] (Figure 2).

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Figure 2 : Coupe synthétique des séries Méso-cénozoïques du Bassin de Tarfaya-Boujdour

2. Matériel et méthodes

L’étude stratigraphique de la zone étudiée ; a été faite a partir de la description lithologique des puits (logs de chantier).l’attribution stratigraphique est basée sur les caractères lithologiques et par corrélation avec des puits bien datés. Ainsi, certaines datations ont été modifiées et de nouvelles interprétations sont proposées. Cette étude comprend les données de douze puits onshore, établie à partir des données de rapports de fin de sondages et à partir des rapports géologiques pour les puits qui n’ont pas de rapports de fin de sondages. Les différentes formations rencontrées dans le bassin de Boujdour, le caractère principale de leur environnements successifs et les événements qui ont générés les discontinuités et les lacunes seront étudiés à partir des analyses des données de puits pétroliers : D2-9,41A-1,41A-2, CORC 23-2, CORC 23-1, A32-1, Abratil et IRE1181/120. L’analyse des images satellitaires et la détermination des linéaments structuraux qui se fait par le biais du logiciel ARCGIS, a été réalisée à l’aide des images LAND SAT de haute à très haute résolution, et seuls les résultats validés sur le terrain sont présentés. L’identification des roches mères potentielles, la détermination de leur maturité, de leurs paramètres cinétiques et de leur répartition sont réalisées par l’examen rapide d’échantillons de roches (carottes ou déblais) au moyen de la pyrolyse Rock-Eval [25-27]. La région étudiée est parcourue par 2293 km de lignes sismiques réparties en 37 profils TA, LA et TF avec : 16 lignes NW-SE, 12 lignes NE-SW, 7 lignes E-W et 2 lignes N-S ; qui couvrent la totalité du bassin Tarfaya-Laâyoune (Figure 3). La méthode utilisée et celle de la sismique réflexion.

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Figure 3 : Plan de position de différents puits et de lignes sismiques traversant le bassin de Tarfaya-Laayoune onshore

3. Résultats et discussion L’interprétation des images satellites de haute à très haute résolution, couplée avec les travaux de géologie de terrain, a permis de déduire que : Des fractures isolées ne montrant aucun système conjugué visible, ont été mises en évidence dans la région de Tarfaya. Elles affectent les formations du Crétacé supérieur et montrent des directions allant de N40 à N100 (Figure 4).

Figure 4 : Image satellite haute résolution des environs d’Akhefenir montrant des fractures de direction N100 et N70 affectant le Turonien supérieur avec des Suintements possible détectés sur l’image

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Dans la région de Boujdour, deux systèmes de fractures et diaclases associés avec des failles normales, ont été reconnus sur images satellites et validés sur le terrain. De l’étude lithostratigraphique et environnementale on peut retenir ce qui suit : - La série jurassique, mise en évidence dans la partie Est et Nord Est, est analogue à celle développée

dans les bassins de Tarfaya- Agadir. - Le Crétacé inférieur est représenté par des dépôts mixtes, clastiques (dominants) et carbonatés. - Les environnements de dépôts sont très variés : milieu continental, lagunaire, néritique et marin

profond. L’épaisseur de ces dépôts est très variable, dépassant parfois les 2500 mètres. Il est à noter que les centres des dépôts des séries d’age Crétacé inférieur migrent une d’Est vers l’Ouest.

- Le Crétacé supérieur est transgressif sur les terrains sous-jacents, avec des faciès gréseux à silteux présentant des passées de dolomie gréseuse et de calcaire argileux. Ces dépôts traduisent un environnement marin lagunaire à néritique interne. Il s’approfondit progressivement entraînant le dépôt d’argile calcaire à intercalations de calcaire. Le maximum de transgression a été atteint au Cénomanien terminal -Turonien basal et au Campanien. Le Maastrichtien a été caractérisé par une chute du niveau marin entraînant des dépôts relativement moins profonds.

- Le Paléocène - Eocène moyen, à sédimentation clastique et carbonatée, sont caractérisés par : • Des dépôts de milieu marin néritique externe à bathyal supérieur à l’Ouest du bassin ; • Des dépôts de milieu néritique peu profond à l’Est.

- L’Eocène supérieur est caractérisé par des dépôts clastiques sablo-gréseux traduisent un environnement marin peu profond, néritique interne avec des apports détritiques importants synchrones de l’orogenèse alpine.

- Le Miocène-Quaternaire est caractérisé par un environnement marin peu profond, marginal dans la zone côtière du bassin. La présence de faciès grossier suggère la proximité de la source d’apports. Les dépôts hémipélagiques de l’offshore profond, très riches en microfaune, traduisent un environnement marin profond, bathyal.

La corrélation stratigraphique des forages montre, une variation latérale de faciès et une remarquable diminution d’épaisseur de la série méso-cénozoïque en allant de l’Ouest vers l’Est. Ces variations latérales de faciès ainsi que cet affaissement vers l’Ouest et le redressement du bassin vers l’Est, seront illustrés par l’interprétation des profils sismiques qui ont été acquis dans le bassin de Tarfaya-Boujdour. (Figure 5)

Figure 5 : Corrélation stratigraphique Est-Ouest des puits D2-9,41A-1,41A-2, CORC 23-2, CORC 23-1, A32-1, Abratil et IRE1181/120

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L’évaluation du potentiel pétrolier dans la zone Dakhla-Laayoune a montré l’existence de roches mères très riches en matière organique de type II, susceptibles de générer des hydrocarbures liquides .Les réservoirs sont d’âge Crétacé supérieur. (Figure 6)

Figure 6 : Diagramme S2 vs TOC, montrant le type de matière organique des échantillons d’âge Turonien (bassin de Tarfaya, ONHYM (2003)).

Les analyses géochimiques des échantillons d’huile et de roche du puit IRE 120/1180 (Tableau 1), situé à Boujdour ont montré, l’existence d’une série d’environ 1000 m d’épaisseur, formée d’une alternance de niveaux marneux et calcaires d’âge Crétacé supérieur et Tertiaire. Ceux-ci se sont avérés riches en matière organique et se trouvent marginalement matures au droit du puits, ils ont permis toutefois la génération d’une huile lourde qui se trouve encore en place. Les résultats des analyses Rock Eval du corellien STAR-1 (Tableau 1) situé à Tarfaya, a confirmé le caractère roche mère de type II et immature des échantillons du Cénomano-Turonien

Tableau 1 : Synthèse des résultats des analyses Rock -Eval des échantillons des puits STAR-1 et d’IRE1181/120 (ONYHM 2003)

Puits STAR-1 IRE 1181/120

Nombre d’échantillons 45 44 Intervalle (m) 109.83-529 1560-1180 Max. Min. Max. Min. TOC (℅) 16.07 7.37 11.82 3.70

S1 (MgHc/gRock) 3.82 1.46 8.46 2.61

S2 (MgHc/gRock) 104.06 47.23 84.97 23.05

HI (MgHc/gTOC) 723 619 719 556 Tmax (°C) 425 412 432 428

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Il ressort de cette synthèse sur la richesse et la maturation des roches mères potentielles, développées dans la zone de Laayoune-Dakhla, que le Crétacé supérieur pourrait se trouver dans la fenêtre à huile au Sud de Tarfaya. L’étude sismique après avoir tracé les limites stratigraphiques sur les sections traversant les forages, on élargie nôtre interprétation en croisant chaque profil avec les autres sections qui les recoupent, et en faisant coïncider les horizons pointés aux intersections des profils, ceci qui nous a permis de rapporter les donnés sur toutes les sections. Ainsi, la discordance tertiaire qui n’apparaît que sur les sections sismiques traversant la partie SW du bassin a été identifiée .Cette discordance d'âge Miocène supérieur correspond à une surface ravinant, qui a érodé tout le Crétacé inférieur voir une partie du Jurassique supérieur et montre des chenaux dont la profondeur maximale peut atteindre 1000 ms soit 1200 m (Figure 7)

Figure 7 : Profil Sismique montrant clairement la discordance tertiaire au SW du bassin de Tarfaya Dans le crétacé supérieur, une forte discordance de ravinement bien marquée dans les régions méridionales est totalement affectée par la discordance tertiaire où l'importance de ravinement s'accentue vers les régions sud-occidentales du bassin (Figure 6).

Le crétacé inférieur, rencontré, dans tous les forages réalisés dans la région, constitue un bon marqueur sismique, qui fait apparaître une discordance montrant par endroits des troncatures d'érosion des niveaux inférieurs (Toplaps) et reste non affecté totalement par la discordance tertiaire. Le toit du Jurassique supérieur a été tracé sur presque toutes les sections sismiques parcourant le bassin et correspond à une forte réflexion continue, montrant par endroit des troncatures d'érosion (Toplaps) des niveaux inférieurs qui peuvent être affectée par des flexures de faible ampleur. A ce niveau on observe : - un pendage général des séries jurassiques vers le SSW - l’absence quasi-totale de failles importantes dans la zone Comme le toit du Jurassique supérieur, le jurassique inférieur a été reporté par le calage des différents puits et tracé sur tous les profils parcourant le bassin. Cet horizon correspond à une forte réflexion continue, montrant par endroit des troncatures d'érosion (Toplaps) des niveaux inférieurs ainsi que des structures de programmation (Down lap) qui montrent que cet horizon correspond bien à une discordance.

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Les dépôts du Jurassique inférieur peuvent être affectés par des failles normales synsédimentaires (Figure 8), qui portent témoignage du rifting triasico-liasique, au cours de la distension alpine et de l'ouverture de l'atlantique centrale.

Figure 8 : Profil Sismique montrant clairement des failles normales synsédimentaires affectant le jurassique Inférieur du bassin de Tarfaya

La cartographie en isochrones du Crétacé inférieur, est celle du toit du Jurassique supérieur a montré des courbes généralement peu ondulées qui ont une structure monoclinale. La profondeur de ces niveaux décroît vers le NE de la région où on assiste à un redressement du bassin. Le bassin s'approfondie de l'Est vers l'Ouest et du NE vers le SW, avec une profondeur maximale de 2150 ms. Cet approfondissement se fait dans la direction NNE-SSW et du NNE vers le SSW qui est liée à la subsidence thermique, qui a régit toute la marge atlantique à l’époque. Il permis d’apporter les sédiments de Crétacé à des profondeurs assez intéressantes (1600 ms), pouvant atteindre la fenêtre à huile. À l’exception de quelques petites structures qui correspondent à des flexions de faible importance qui ont presque la même direction N-S. Il n’y pas de fermetures sismique pour le Jurassique Supérieur. Par contre, au Crétacé inférieur (Figure 9).

Figure 9 : Carte en isochrones au toit du Crétacé inférieur

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Conclusion L’étude sismo-structurale du bassin de Tarfaya-Boujdour, combinée avec l’étude stratigraphique et les données issues des images satellitaires, ont permis de mettre en évidence : - Des éléments structuraux, accompagnant le rifting et l’ouverture de l’atlantique central sous l’effet modéré des phases alpines, conditionnant l’évolution du bassin. - Le dépôt de plate-forme jurassique soumise à une subsidence modérée, affectée de variations spatio-temporelles de l’Est vers l’Ouest et du Nord vers le Sud. - L’extension vers le Sud, des roches mères marneuses d’âge Cénomano-Turonien, représentées sous forme de roches bitumineuses à Tarfaya. - Dans la région de Boujdour, ces roches présentent des caractéristiques géochimiques favorables à la génération du pétrole et du gaz ; - La présence de suintement d’eau de surface, montrant parfois des indices d’hydrocarbures sous forme de bitumes ou sous formes de liserais d’huile avec saponification. Ceci confirme la maturité d’au moins l’une des roches mères existantes dans la zone. - Les sites étudiés ayant montré ces indices sont situés entre Tarfaya et Boujdour. - L’interprétation des profils sismiques et des puits étudiés, nous a permis de conclure que la formation de Tan-Tan d’âge Crétacé inférieur, constitue un bon prospect pour la région.

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