Objectifs
- Comprendre la formation des roches mères et leur rôle dans la géologie pétrolière.
- Identifier les conditions favorables à la maturation du pétrole.
- Analyser les processus de migration du pétrole et les types de pièges pétroliers.
- Évaluer l'importance des microfossiles dans la recherche pétrolière.
- Appliquer les connaissances acquises à des études de cas réels.
Prérequis
- Connaissances de base en géologie générale.
- Compréhension des processus sédimentaires.
- Notions élémentaires de chimie organique.
Le charbon et le pétrole sont des roches sédimentaires biogéniques.
Le charbon est d’origine plutôt végétale et il ne s’est formé que dans la seconde moitié du carbonifère (le houiller). Le carbonifère inf (conglomérat dans les Alpes) est stérile.
Pour qu’il y ait formation de charbon, il faut des apports végétaux importants et des éléments détritiques pour recouvrir rapidement ces déchets dans un climat équatorial ou tropical humide. Les dépôts de charbon sont liés aux vestiges hercyniens : Appalaches, Oural, Massif central, Ardennes. Le charbon est de formation lacustre plutôt que maritime.
Toutes les périodes ont été plus ou moins favorables à la formation de pétrole. Il faut une quantité suffisante de matière organique qui en général se dépose dans les mers. Le pétrole lacustre est rare.
L’histoire d’un gisement pétrolier est complexe dans le temps et dans l’espace car il y a migration du pétrole.
L’enfouissement selon les régions doit atteindre de 1 à 10km mais surtout la température atteinte doit être restée dans la fenêtre à huile. L’histoire d’un champ de pétrole s’étale sur 5 à 400Ma.
1 – dépôt de matières organiques dans un bassin sédimentaire.
2 – Maturation de ce dépôt pour former du kérogène au sein d’une roche pétrolifère appelée roche mère. Il est nécessaire que l’enfouissement permette d’atteindre une température suffisante mais pas trop élevée (entre 65,5 et 150°C). Il y a beaucoup de roches mères dans la terre mais l’extraction du pétrole en est difficile car il y est très dispersé. La maturation par échauffement jusqu’à une température comprise dans la fenêtre à huile peut se faire des Ma après l’enfouissement.
3 – sous l’action de la pression, il y a migration du pétrole jusqu’à une roche magasin (migration primaire). C’est en général une roche poreuse dans l’environnement plus ou moins proche de la roche mère, c’est la véritable roche pétrolifère exploitable.
Pour la recherche des gisements, les étapes sont les suivantes :
- a – rechercher s’il y a des roches mères dans une région.
- b – l’histoire d’une éventuelle roche mère a-t-elle présenté des conditions favorables à la maturation ?
- c – y a-t-il des roches magasin possibles dans l’environnement de la roche mère.
4 - Il y a ensuite une migration secondaire correspondant à une remontée du pétrole vers la surface sous l’effet de la pression. S’il parvient en surface on parle de dismigration et le pétrole s’altère en bitume. S’il rencontre une formation géologique qui le piège, il y reste et devient un champ pétrolifère exploitable.
En profondeur il y a compétition entre les écoulements d’eau et de pétrole, ce dernier est plus léger que l’eau.
Dans les Alpes, il n’y a pas de pétrole car l’orogenèse a porté les roches mères à plus de 200°C. Il reste des traces qui sont les terres noires et quelques sources naturelles de méthane sortant de terre comme à Meylan ou à Pélenfrey (fontaines ardentes). Lorsque la température dépasse la limite supérieure de la fenêtre à huile, le pétrole se transforme en gaz qui s’échappe.
Dans le kérogène, on retrouve de la matière organique gélifiée, des débris organiques et des microfossiles. Ce sont ces microfossiles qui sont recherchés par les pétroliers comme témoins de l’existence de roches mères. Ces microfossiles sont de très bons marqueurs de l’environnement et ils permettent de savoir si les conditions ont pu être favorables. Dans les Alpes on rechercherait dans les terres noires du jurassique.
Par exemple les conditions sont favorables lorsqu’il y a formation de blocs basculés ce qui crée des fosses marines assez profondes et isolées favorables à une maturation en l’absence d’oxygène (milieu réducteur). Les dépôts contemporains de la formation des rifts (synrifts) sont foncés à cause de la présence de résidus organiques alors que les dépôts post rifts sont clairs.
L’enfouissement des roches mères se fait par subsidence l'échauffement est fonction de la profondeur et de l’intensité du gradient géothermique ce qui fait que la fenêtre à huile 65,5°C
On peut trouver du méthane lorsque la fenêtre n’a pas été atteinte ainsi que lorsque la température maximale a été longuement dépassée (gaz sec). Exemple des forages pour construire la déviation de Bourg d’Oisans qui ont provoqué la sortie de méthane (origine lacustre, le lac de Bourg d’Oisans existe depuis 20000 environ).
Pour la recherche pétrolière il faut donc trouver la roche mère et reconstituer son histoire pour savoir s’il y a eux maturation correcte ou non. On recherche ensuite de la roche magasin dans les roches environnantes (au-dessus, sur les cotés ou en dessous).
La roche magasin doit être perméable aux hydrocarbures, cette perméabilité varie avec les fluides concernés en fonction de leur tension superficielle. Par exemple la pierre ponce à une forte porosité mais les alvéoles ne sont pas connectées entre elles et cette roche est imperméable et c’est pour cette raison qu’elle flotte sur l’eau.
Dans une roche, il y a donc un certain taux de vide correspondant à des cavités plus ou moins connectées. Ceci définit un premier taux de porosité. Ensuite cette porosité peut être plus ou moins utilisable en fonction de la tension superficielle du fluide concerné.
On définit la porosité primaire qui est associée à la texture de la roche. Le sable est très poreux et a une bonne perméabilité, l’argile est très poreuse mais il n’y a pas de connexion, elle est imperméable. La porosité secondaire est associée à une diagenèse incomplète, une altération ou des fractures. Par exemple, dans la région grenobloise le calcaire tithonique aurait pu faire une roche magasin a condition qu’il soit suffisamment fracturé.
La migration secondaire se fait sous l’effet de la pression, le pétrole migrant vers des zones de plus faible pression. Elle se poursuit jusqu’à un obstacle qui piège le pétrole ou jusqu’à la surface.
Les pièges potentiels pour le pétrole sont d’origine soit tectonique soit sédimentaire.
Lors des premières recherches pétrolières, les gisements trouvés étaient tous associés à des diapirs de sel et pendant un certain temps la présence de pétrole et les diapirs ont été associés.
Parfois la roche mère est aussi le piège comme dans les lentilles sableuses ou les récifs
Schéma de pièges sélectifs
