INTERPRETATION SISMIQUE 2D DU BLOC
SENEGAL OFFSHORE SUD « SHALLOW »

Le Système Pétrolier 

Le système du pétrolier requiert un certain nombre d’éléments à savoir :  Une roche-mère mature C’est la roche où se forment les hydrocarbures. Elle est issue de la transformation de sédiments riches en matière organique qui se déposent généralement sur les fonds océaniques. À l’échelle des temps géologiques, les sédiments marins s’enfoncent et se solidifient tandis que la matière organique (sous l’effet de l’enfouissement et de la température géothermique) se décompose en hydrocarbures liquides et gazeux.  Chemin de migration Une fois formés, les hydrocarbures qui sont des fluides, ont tendance à se déplacer par migration vers des endroits où la pression est plus faible (Figure 7). Expulsés de la roche mère, ils se déplacent dans des couches poreuses perméables. S’il n’y a pas d’obstacle imperméable empêchant leur ascension, les hydrocarbures peuvent atteindre l’air libre : c’est la dismigration. Si les hydrocarbures rencontrent, à l’inverse, une couche imperméable qui arrête leur migration vers la surface, ils sont alors piégés sous cette couche. Figure 7 : Migration des hydrocarbures (google.com). 

 Roche réservoir et roche couverture 

La roche réservoir se définit comme une roche où des hydrocarbures s’accumulent. De densités plus faibles que l’eau, les hydrocarbures de la roche-mère migrent vers la surface à travers les couches de roches sédimentaires. Au cours de cette migration, les hydrocarbures peuvent rencontrer une couche imperméable. Ils se retrouvent piégés en dessous de ce « toit » (appelé roche-couverture), au sein d’une roche poreuse et perméable (Figure 8) qui devient la roche réservoir et les hydrocarbures se déplacent à l’intérieur de ses pores. Le volume des pores varie selon le type de roche. Exemple : gravier grossier (37% du volume), sable selon la granulométrie (10 à 50%), grés (10 à 20%), calcaire oolithique (13 à 17%). Figure 8 : Migration d’hydrocarbures de la roche mère à la roche réservoir (google.com).  Un piège Pour que les hydrocarbures puissent s’accumuler en quantité suffisante sous une couverture imperméable et former un réservoir, il faut que les pièges aient une forme particulière favorable. Trois types classiques de pièges sont schématisés ci-dessus (figure 9). Les couches marrons correspondent aux couvertures. Figure 9 : Les différents types de pièges d’hydrocarbures (google.com).  a : Le piège en forme de dôme correspond à un piège anticlinal.  b : nous avons un piège limité par une faille inverse, qui constitue une barrière imperméable dans le bassin.  c : nous avons un piège mixte (tectono-sédimentaire) limité par un dôme de sel, le sel étant un matériau totalement imperméable, et c’est cette structure qu’on rencontre dans notre zone d’étude. 

Caractérisation des roches mères 

 Caractérisation pétrographique En géologie pétrolière, une roche mère est une roche riche en matière organique solide connue sous le nom de kérogène. Ce sont des roches à granulométrie fine telles que les argiles, schistes, marnes et souvent les calcaires à grain fin ; les dimensions des pores étant largement inférieures à 1µm. Les roches mères se déposent le plus souvent dans un bassin anoxique, dans les milieux très calmes comme les dépressions marines ou lacustres. Elles sont classées suivant la quantité et le type de matière organique mesurés généralement en poids % TOC (Carbone Organique Total). 

Caractérisation géochimique

La méthode de Pyrolyse Rock-Eval est conçue pour répondre aux besoins de l’exploration pétrolière et est largement utilisée (Figure 10). Elle fournit en effet, et d’une façon rapide, les différentes informations sur le potentiel pétrolier des séries rencontrées, la nature des kérogènes et leur état de maturation. Elle consiste à traiter un échantillon de roche-mère afin d’extraire et de déterminer quantitativement les hydrocarbures libres (par thermo-vaporisation) et les hydrocarbures potentiellement liés dans le kérogène (par craquage thermique) (Espitalie, 1986). Ce procédé permet d’évaluer :  Le carbone organique total (TOC) qui indique la richesse de la roche en matière organique et sa prédisposition à générer des hydrocarbures. La teneur en matière organique est exprimée en pourcentage pondéral de carbone organique par rapport à la roche totale ;  Le potentiel en hydrocarbures libres (gaz, huile) contenu dans la roche ;  Le potentiel en hydrocarbures résiduels : c’est la quantité d’hydrocarbure générée par pyrolyse et qui présente les hydrocarbures qui auraient été générés si la roche avait atteint un stade de maturation suffisant ;  L’indice d’hydrogène (IH) ; indice d’oxygène (IO) et le potentiel pétrolier sont calculés à partir de ces données. Quelques résultats géochimiques dans la zone  Dans le puits Wolof-1, la teneur en matière organique au Néocomien est en moyenne de 0,93% avec un maximum de 2,84%.  Au niveau de Grand Large Ouest-1, la teneur en matière organique est estimée à 5,39% pour l’Albien et l’intervalle correspondant à la roche mère a été érodé au Turonien et au Cénomanien.  Dans le puits Casamance Maritime-2, la teneur en matière organique est estimée à 6,74% au Turonien et 4,5% au Cénomanien. Nous avons un excellent intervalle de la teneur en matière organique totale au Cénomano-Turonien (TOC compris entre 2 et 9%). Figure 10 : La dernière version ROCK-EVAL commercialisée en 1966 (google.com). 

LA METHODE D’ACQUISITION SISMIQUE MARINE 2D (ACQUISITION ET TRAITEMENT)

 Les méthodes d’explorations sismiques consistent à provoquer des ébranlements dans le soussol et à enregistrer en surface les ondes réfléchies sur les couches géologiques ou réfractées le long de certaines interfaces. Les ébranlements ainsi créés se propagent dans le sous-sol par ondes progressives, et suivant le type de trajet de l’onde sismique. On distingue deux catégories principales qui correspondent aux deux grandes classes de méthodes sismiques (Lavergne, 1986) : – La sismique réfraction : Elle utilise des ondes le long des interfaces entre les niveaux géologiques. Elle convient en particulier à certaines applications de génie civil et d’hydrologie ; – La sismique réflexion : Elle utilise Les ondes réfléchies le long des interfaces entre les niveaux géologiques. Dans ce chapitre, nous allons étudier en détail la méthode sismique de réflexion, principale méthode utilisée dans les campagnes d’acquisition de données géophysiques dans notre zone d’étude. 

 Sismique réfraction

 La sismique réfraction a été la première technique utilisée dans l’exploration pétrolière durant les années 1920. Cette méthode nécessite un traitement complet du champ d’onde enregistré. 2Les possibilités de traitement actuelles favorisent la méthode réflexion pour le domaine pétrolier. Pour ce dernier, la sismique réfraction est utilisée pour déterminer les caractéristiques des couches superficielles et les paramètres de la zone altérée (Figure 11). Figure 11 : Principe de la sismique réfraction en mer (google.com). II.2. Sismique réflexion La sismique réflexion permet de visualiser les structures géologiques en profondeur grâce à l’analyse des échos d’ondes sismiques (Figure 12). Le principe consiste à envoyer une onde acoustique et d’en mesurer numériquement l’écho à partir d’une série de capteurs sismiques placés en surface. Les réflexions détectées sont causées par des changements de densité et de vitesse de propagation des ondes dans le milieu étudié. Figure 12 : Principe de la sismique réflexion en mer. En fonction de la nature de déplacement des ondes, quatre (04) catégories d’ondes ont été identifiées (Figure 13). : Les différents types d’ondes sismiques (google.com).  Les ondes longitudinales ou onde P : on les appelle également des ondes de volumes ou de compression. Elles se déplacent par compensation-dilatation. Le mouvement des particules est de même direction que la propagation (Henry, 1997) ;  Les ondes transversales ou onde S : contrairement aux ondes P, leur déplacement est perpendiculaire à la direction de propagation. Ce sont des ondes de volumes dites de cisaillement. Elles ne se propagent pas dans l’eau, et aident donc à délimiter les paramètres des roches (Henry, 1997) ;  Les ondes complexes ou ondes de surface : les plus connues sont les ondes de Rayleigh (onde R) mais aussi celles de Love (onde L). Elles se propagent de façon elliptique le long de la surface du sol entre les composantes verticales des ondes P et S. Ces ondes  de surfaces peuvent être utilisées pour déterminer les caractéristiques de la zone altérée en sismique réflexion (Mari et al, 1997). À terre, lors de l’acquisition, les ondes de Rayleigh rencontrées sont appelées des ondes de bruits. 

 Acquisition des données sismiques

 L’acquisition concerne la transmission et l’enregistrement de l’énergie acoustique se propageant à travers la terre, puis réfléchie sur les interfaces géologiques et qui remonte à la surface où l’onde est enregistrée. L’acquisition en sismique réflexion est obtenue par la mise en œuvre sur le terrain de système d’émission, de détection et d’enregistrement appropriés. En offshore, le principe d’acquisition en sismique 2D généralement utilisé est celui de la couverture multiple (Waters, 1978). Il consiste à enregistrer plusieurs fois un même point miroir à l’aide de tir et de trace différentes. Les signaux générés en séries de point déterminent l’ordre de la couverture. Les traces ou signaux proviennent d’un même point miroir (point de réflexion sur une interface). Le rapport signal sur bruit est amélioré après addition des traces affectant chaque point miroir (Figure 14). Figure 14 : Acquisition en couverture multiple.

Les sources d’émission d’ondes

 Le dispositif d’émission permet de créer les ébranlements qui donnent naissance aux ondes sismiques. En sismique marine ou lacustre, la source d’énergie est essentiellement impulsive : canon à air comprimé (Figure 15), canon à eau qui peut avoir comme inconvénient la production d’un effet bulle. L’alimentation du canon à air comprimé est assurée par un compresseur à haute pression embarqué à bord du navire. Figure 15 : Sources sismiques marines (Google.com). I

Les détecteurs sismiques ou capteurs

 En sismique marine : les capteurs sont des hydrophones ou éléments piézoélectriques sensibles à la variation de pression en milieu aquatique. Ils transforment le signal retour en voltage électrique. Les hydrophones sont disposés dans une flûte sismique, long tuyau traîné derrière le bateau, et placés directement sur le canon à air qui va permettre un enregistrement du signal à la source (figure 16). Les ondes réfléchies par les interfaces sont captées par les hydrophones. Chaque capteur enregistre la position d’un point de l’interface qui est à mi-distance entre source et récepteur qui va constituer la trace sismique (Mc Quillin et al, 1979). Figure 16 : Hydrophones placés à bord d’un bateau lors d’une campagne sismique (Google image, modifiée).

 Le dispositif d’enregistrement

 Il s’agit d’un laboratoire d’enregistrement numérique (Figure 17). Le dispositif est constitué d’un ensemble d’éléments dont chacun joue un rôle bien déterminé. Ainsi nous avons : – Un préamplificateur et filtre analogiques : ils permettent d’enregistrer les fréquences du signal sismique, en éliminant les signaux indésirables ;  – Un multiplexeur : qui permet de commuter les canaux sismiques en laissant un temps entre chaque commutation ; – Un amplificateur à cadrage de gain : il permet de conserver la précision de l’enregistrement ; – Un convertisseur analogique-numérique : il permet de convertir le signal issu de l’amplificateur en un mot codé binaire ; – Un formateur : il s’agit d’un ensemble de circuits qui permet la mise en forme de l’information numérisée avant l’enregistrement sur bande magnétique ; – Un dérouleur de bande : il permet l’enregistrement de l’information sortie du formateur en bande magnétique ; – Un système de rejeu : son rôle est de contrôler la bonne qualité des enregistrements.