dans le cadre du GRI ZPA : établir un modèle prédictif des roches mères en domaine arctique

Dans un bassin sédimentaire, la localisation et la nature de la matière organique est une connaissance majeure pour déterminer le potentiel pétrolier dudit bassin. C’est le premier élément de la compréhension du système pétrolier.
Depuis plus de 30 ans (Bib), différents modèles de production et de préservation de la matière organique ont été développés, qui expliquent la formation de milieux réducteurs (ou anoxiques) permettant, en l’absence d’apports sédimentaire terrigènes trop importants, de préserver la matière organique produite qui par les algues planctoniques en domaine marin qui par les végétaux des marais péri-littoraux.
Parmi les modèles les plus fameux, citons en domaine marin, le long de la pente continentale, celui des panaches ascendants d’eaux froides (« upwelling », Bib) qui explique la création d’un milieu réducteur par un excès de biomasse marine du à une abondante nourriture du fait du panache froid, conduisant à une surconsommation de l’oxygène du milieu sous-aquatique.
Ces dernières années, période de reprise de l’exploration pétrolière de l’ensemble des bassins mondiaux, ont été marquées par une remise en cause de l’exclusivité de ces modèles, non qu’ils soient inexacts, mais comme insuffisants à rendre compte de la diversité des systèmes pétroliers analysés.
La principale rupture fut de comprendre (Bib) que la matière organique (et principalement la matière organique d’origine continentale) pouvait être transportée, devenant une particule sédimentaire terrigène comme les autres. L’objectif de ce projet de recherche est de développer un modèle prédictif couplant, en amont du système sédimentaire, la production continentale de la matière organique avec le triptyque érosion continentale, transport et sédimentation en domaine sous-aquatique, connaissant les deux paramètres clés que sont la variation du niveau de base (variation du niveau marin ou lacustre relatif) et le flux sédimentaire (sédiments terrigènes et sédiments produits in situ). Il s’agit, en bref, de coupler la sédimentologie de la matière organique avec la stratigraphie séquentielle.

Le domaine étudié est le domaine arctique, avec une comparaison entre la Mer de Laptev (Russie) et le delta de la McKenzie (Canada-USA) durant le Cénozoïque (65-0 Ma). L’intérêt de ce domaine est de présenter une grande diversité de roches mères, depuis des roches mères continentales in situ (charbons, Mer de Laptev) jusqu'à des roches mères continentales détritiques resédimentées en domaine marin (delta de la McKenzie, Mer de Laptev ?), en passant par une roche mère d’origine marine (delta de la McKenzie).

Les données utilisées seront pour la caractérisation de la matière organique et les milieux de dépôts, des puits pétroliers, et pour les géométries sédimentaires et structurales, de la sismique réflexion, disponibles chez TOTAL.

Le domaine arctique, correspond au domaine situé aux alentours du pôle nord, entre le nord du Groenland, le nord du Grand Nord canadien et le nord-est Alaska d’un côté et le nord de la Sibérie (Russie) de l’autre. Ce domaine évolue entre trois grandes périodes (Grantz & Hardt, 2012) :
• Sinémurien – Barrémien : ouverture du bassin amérasiatique (= Bassin canadien), situé entre le nord de l’Amérique du Nord et la ride de Lomonosov, en deux phases, (i) amincissement crustal (195-160Ma) et (ii) épanchement de basaltes de type MORB (132-127,5 Ma) ;
• Barrémien ? - Santonien : épanchement volcanique (trap), correspondant à la grande province magmatique (LIP) de Alpha - Mendeleev, daté par encadrement entre 127,5 et 83, 5 Mar (un âge argon sur basalte à 89 Ma) ;
• Yprésien - Actuel : ouverture de l’Océan eurasien (« Eurasia Basin » = Océan arctique s.s.) depuis 56 Ma (chron 24), séparé de l’Océan nord-atlantique par la zone transformante du Svalbard et de la Sibérie par la zone transformante de Severnyi. Cet océan est bordé par deux rides, la ride de Lomonosov (coté amérasiatique) et la ride Nord Kara – Nord Barents (coté eurasiatique).
Le delta de la McKenzie est situé à la transition entre la croûte continentale nord-américaine et le domaine continental très aminci avec quelques évidences d’émissions basaltiques de type MORB, scellé par la mise en place de la grande province magmatique. Le pied du delta est actuellement à une profondeur moyenne de 4000 m. Le bassin versant du delta de la McKenzie correspond à un bassin sédimentaire singulier, le bassin d’avant-pays des Montagnes rocheuses qui se déforme de 90 à 50 Ma, puis subit les contrecoups de la migration du front des Rocheuses et de la surrection du plateau du Colorado.
La mer de Laptev est située sur une croûte continentale légèrement amincie, en amont de la faille transformante de. Elle est composée de nombreux rifts largement distribués sur le domaine étudié (Franke et al., 2001 ; Drachev et al., 1998 ; Drachev, 2011). Ces rifts fonctionnent depuis le Maastrichtien, avec deux « phases » d’extension (Maastrichtien – Thanétien et Yprésien - Priabonien) et une période de compression (Rupélien - Langhien). Les coupes sismiques indiquent un arrêt du fonctionnement de l’extension courte/moyenne longueur d’onde au Miocène moyen (Drachev et al., 1998). La Mer de Laptev actuelle correspond à une plate-forme marine peu profonde (maxima de 80 m à la rupture de pente sur la zone transformante de Severnyi.).

Plusieurs types de roches mères potentielles, matures ou non, peuvent être identifiés sur des deux bassins.
(1) des dépôts de marais palustres à lacustres, en contexte de rift (mer de Laptev) ou d’avant-pays – « marges » passives (delta de la McKenzie),
(2) des dépôts marins de matière organique continentale resédimentée (delta de la Mc Kenzie, mer de Laptev),
(3) des dépôts marins de matière organique alguaire planctonique (delta de la McKenzie).

Les deux premiers types de roches mères résultent d’une production continentale, préservée in situ (1) ou érodée et transportée (2). Elles sont l’objet de ce projet.

Cécile Robin
Geosciences Rennes
Equipe Dynamique des Bassins
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