la diagénèse d'enfouissement et l'évolution des fluides dans un contexte structural (jurassique, moyen et haut-atlas, Maroc)

Les bassins atlasiques exposent des dépôts mésozoïques et constituent le meilleur exemple de régime tectonique extensif/compressif sur la côte ouest africaine. Même si de nombreux travaux portent sur leur évolution tectonique et sédimentaire, les études portant spécifiquement sur les processus diagénétiques à l’œuvre au sein de ces bassins restent peu nombreuses. L’objectif de cette thèse est l’analyse détaillée des processus diagénétiques et de la variation de la composition des fluides en circulation pendant les différents stades de l’évolution des bassins atlasiques de rift inversés. Il s’agit d’une étude sédimentologique, diagénétique et géochimique de trois localités choisies au sein des bassins atlasiques (Moyen et Haut Atlas) afin de représenter trois secteurs géodynamiques bien distincts, à savoir le dépôt centre (localité Aït Moussa), une zone de faille majeure (localité Tunnel de la Légion) et la plate-forme carbonatée (localité Aït Athmane). L’établissement de la chronologie relative des différentes générations de fractures sur la base des entrecoupements permet d’identifier les générations de fractures associées à chacun des stades diagénétiques (éodiagénèse, mésodiagénèse et télodiagénèse). L’analyse pétrographique et géochimique des ciments en remplissage de ces fractures permet de discuter leur origine et d’établir un modèle paragénétique pour chacune des localités étudiées, depuis l’ouverture des bassins de rift jusqu'à la formation des chaînes atlasiques marocaines. Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de l’éodiagenèse est le plus complexe, tandis que pour les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion, c’est le stade de la mésodiagénèse qui est considéré comme le plus important en termes de nombre de générations de fractures ouvertes et de type de fluides associés. Le contexte structural a aussi une influence importante sur les stades diagénétiques et sur l’histoire thermique des dépôts sédimentaires. Dans la localité d’Aït Moussa, le modèle de l’évolution de la maturité thermique réalisé en utilisant les valeurs de la réflectance de la vitrinite a révélé que la profondeur maximale est de 3.7 km et qu’elle a été atteinte à la fin du Crétacé/début Paléogène avec une température diagénétique maximale d’environ 120ºC. Dans la localité du Tunnel de la Légion, les valeurs de Tmax (470ºC et 500ºC) obtenues indiquent que les dépôts sédimentaires ont atteint des températures diagénétiques dépassant la fenêtre à huile. Les bassins atlasiques renferment un système pétrolier de type rift et plate-forme et combinent un fort potentiel de roches mères – réservoirs. Le système pétrolier du domaine atlasique est assez bien documenté mais certains aspects tels que le stade de la génération et la migration des hydrocarbures sont mal connus. Dans cette étude, les données pétrographiques et les analyses géochimiques associées ont permis de déterminer la chronologie relative de la phase de génération des hydrocarbures ainsi que les conduits utilisés pendant le stade de la migration. Dans la localité d’Aït Moussa, le stade de la génération des hydrocarbures est enregistré sous forme d’inclusions fluorescentes dans les cristaux de dolomie (dolomie-2 et -3). Ce stade débute au Jurassique supérieur – Crétacé inférieur (ca. 150 Ma) et les hydrocarbures restent sous pression jusqu’à l’ouverture des fractures associées au début de la télodiagénèse (Éocène supérieur). Dans la localité du Tunnel de la Légion, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l’ouverture des fractures conjuguées (Crétacé supérieur – Paléocène inférieur) et continu jusqu’au début de la phase de la compression tectonique (Éocène supérieur). Dans la localité d’Aït Athmane, le stade de la génération des hydrocarbures est synchrone à l'ouverture de la deuxième génération de fractures et se poursuit après le début de la phase de la compression tectonique. Les chromatogrammes (CG et CG-SM) obtenus des échantillons prélevés des localités étudiées montre une distribution similaire des n-alcanes avec un maximum à n-C17 et n-C19. Les analyses des biomarqueurs révélent que la matière organique présente dans les localités d’Aït Moussa et de Tunnel de la Légion est d’origine marine (kérogène type II et I), et les faibles différences sont liées à la maturation thermique et à la migration. Une stratégie d'exploration devrait prendre en considération le stade du début de la génération des hydrocarbures et les fractures associées par rapport à la formation des roches réservoirs.The Atlas basins of Morocco expose the history of two closely related Jurassic intracontinental rift basins corresponding to the Middle and the High Atlas. These sedimentary basins represent one of the best examples of extensive/compressive tectonic regime on the west coast of Africa and although they have a quite similar sedimentary history they have undergone different thermal evolution. This work is to explore the effect of these differences in terms of diagenesis and fluid flow. Several tectonic and sedimentary studies on the Atlas basins exist though very few of them focuse on the characterization of diagenetic processes. This study is based on an integrated petrographic and geochemical approach to further our basic understanding on petrogenesis and diagenetic fluid compositions. It focuses on diagenetic processes and fluid compositions related to different diagenetic stages in three locations representing: 1) the depocentre (loc. Aït Moussa); 2) a major fault zone (loc. Tunnel de la Légion); and 3) the carbonate platform (loc. Aït Athmane). Diagenetic stages are divided into three stages (eodiagenesis, mesodiagenesis and telodiagenesis) using stratiform and tectonic stylolites as markers. Relative chronology of fracture generations and stylolites based on cross-cutting relationships enables to assign fracture generations to each diagenetic stages. Detailed paragenetic and geochemical analysis on fracture and pore-filling cements help to establish the paragenetic sequences and to illustrate the relationship between different diagenetic mineral phases in a time/space-resolved petrogenetogram. Geochemical analyses have been done in ordre to investigate the nature and the origin of diagenetic fluids circulating in the study areas from the rifting period until the formation of the Atlas Mountains. Various diagenetic processes including cementation, dissolution, compaction, recrystallization, replacement, dolomitisation, and dedolomitisation are observed at the different locations. At Aït Athmane, eodiagenetic stage is essentially controlled by sea level fluctuations while telodiagenetic stage was tectonically controlled by the circulation of ascending fluids through major faults enriched in lead and hydrocarbon. The thermal maturity model based on vitrinite reflectance (Ro 0.85 and 1.34 %) analysis on samples from Aït Moussa indicates a maximum burial depth around 3.7 km, reached during Upper Cretaceous to Early Paleogene, with a maximum diagenetic temperature of approximatly 120ºC. Tmax values calculated from argillaceous limestones at Tunnel de la Légion range from 470ºC to 500ºC indicating overmature sedimentary successions in the area. Both Atlas rift basins contain a rift-type and a platform-type petroleum system, a situation that also applies to the numerous Atlantic-type, margin-related rift basins that formed during Triassic – Jurassic rifting along western Africa. The petroleum system of the Atlas basins is fairly well documented, but certain aspects as hydrocarbon generation and migration stages are poorly understood. At the locality of Aït Moussa, hydrocarbon generation stage is recorded as fluorescent inclusions in dolomite crystals (dolomite-2 and -3) and starts in the Late Jurassic - Early Cretaceous (approx. 150 Ma). Hydrocarbon fluids remained normally pressured until the opening of late diagenetic fractures during Late Eocene tectonic compression. At the locality of Tunnel de la Légion, hydrocarbon generation stage begins with the opening of conjugate fractures during Late Cretaceous – Early Paleocene and continue until the begining of tectonic compression (Late Eocene). At the locality of Aït Athmane, hydrocarbon generation stage is synchronous to the opening of the second generation of fractures and continues after the begining of tectonic compression. The GC and GC-MS chromatograms of samples taken from the three location shows a very similar n-alkanes pattern with a maximum at n-C17 and n-C19. Biomarker analyses revealed that the origin of the organic matter in the localities of Aït Moussa and Tunnel de la Légion is marine (kerogene type II and I) and the small differences are related to thermal maturation and to migration. An exploration strategy should consider the begining of hydrocarbon migration stages and associated fractures relative to the rock reservoir formation