TITRE DE LA PRÉSENTATION - Exploration-Production · Field samples (14) c c 26 samples Assabet (...

Histoire thermique et d’enfouissement des séries protérozoïques et paléozoïques de l’Adrar de

Mauritanie, Bassin de Taoudenni : Apport des inclusions fluides et de la thermochronologie

Jean-Pierre Girard, Total, CSTJF, 64000 Pau, France

Les bassins cratoniques anciens présentent souvent une difficulté particulière dans la reconstruction de leur histoire. Il est en effet généralement ardu de contraindre les évolutions thermiques et les paléo-enfouissements en raison d’épisodes, parfois nombreux et successifs, d’uplift et érosion. C’est le cas notamment du bassin de Taoudenni, Afrique de l’Ouest, qui fait l’objet d’un regain d’intérêt pour la prospection pétrolière. Ce large bassin cratonique abrite une épaisse série sédimentaire siliciclastique et carbonatée d’âge protérozoïque et paléozoique. La présence de sédiments mésozoïques n’y est pas reconnue, mais des dépôts Jurassique-Crétacé connus plus au Nord pourraient avoir été présents et érodés. Par ailleurs, les sédiments sont traversés par de nombreuses intrusions doléritiques d’âge Permien à Jurassique, qui ont pu affecter sensiblement l’histoire thermique des sédiments. L’objectif de ce travail était donc d’évaluer, à l’échelle régionale de l’Adrar de Mauritanie, les paléo-régimes thermiques et les épaisseurs de sédiments érodés en utilisant une approche basée sur la caractérisation des inclusions fluides dans les ciments diagénétiques et la thermochronologie (FT et He) sur apatite et zircon.

L’étude a porté sur une large série d’échantillons d’affleurements et de forages, représentant la section stratigraphique dans son ensemble depuis le Méso-Protérozoïque jusqu’au Dévonien. Les résultats permettent de tirer les conclusions suivantes : 1) la région de l’Adrar a connu une histoire thermique et d’enfouissement à la fois complexe et variable spatialement; 2) les températures d’enfouissement maximales enregistrées dans les formations protérozoïques sont élevées, pouvant atteindre 150-200°C ; 3) des régimes thermiques moins chauds semblent avoir prévalu dans la zone Nord-Est de l’Adrar en relation avec des érosions importantes et/ou des gradients géothermiques plus faibles; 4) un épisode d’uplift et refroidissement est documenté vers ~100-150 Ma, associé à une érosion de près de 3km de sédiments probablement mésozoïques; 5) les fluides diagénétiques étaient principalement des saumures de salinité variable (8-25 wt% eq. NaCl); 6) des températures anormalement élevées (>200°C) sont enregistrées en overprint, et sont à relier à la mise en place des intrusions doléritiques.

Ces observations apportent des informations critiques à la compréhension de l’histoire géologique et d’enfouissement des séries sédimentaires anciennes du bassin de Taoudenni.

HISTOIRE THERMIQUE ET D’ENFOUISSEMENT DES SÉRIES

PROTÉROZOÏQUES ET PALÉOZOÏQUES DE L’ADRAR DE MAURITANIE,

BASSIN DE TAOUDENNI :

APPORT DES INCLUSIONS FLUIDES ET DE LA THERMOCHRONOLOGIE

Jean-Pierre GIRARD – TOTAL E&P, Pau

RST 2016, Caen

CONTEXT & ISSUES

RST 2016, 24-28 octobre, Caen - JP Girard 2

Taoudenni basin, Mauritania: A very challenging exploration !

• Huge largely under-explored area (only 2 wells drilled in 70’s)

• Very old Proterozoic mixed clastic-carbonate sediments

• Uncomplete knowledge of geology, structural & burial history

In 2010-2013, TOTAL drilled 2 exploration wells

No economical discovery, but documentation of an efficient

Proterozoic petroleum system (SR, migration, accumulation…)

Some key issues …

What paleo-thermal regimes ? Any influence from intrusions ?

What maximum paleo-burial ? How much sediment removal ?

TARGETED STUDIES


• Fluid Inclusion

=> diagenetic cements in both

clastic/carbonate formations

=> Th (& salinity) of aqueous FI

• Thermochronology

=> Apatite Fission Track Ages (AFTA)

=> Zircon Fission Track Ages (ZFTA)

=> Zircon U-Th/He Ages (Z-He)

• Suite of Paleozoic and Proterozoic formations

• Core, RSWC & field samples

Constrain thermal regimes

(& geographical variation)

Constrain cooling-uplift events

& sediment removal

Approach Objective

STUDY AREA


Study area Prospected area Wells

GEOLOGICAL MAP OF TAOUDENNI BASIN

Note: Colour codes of stratigraphic units in “Geological Map” and of lithostratigraphic units in “Stratigraphic Chart” (right) are identical.

S1 to S4: cored drill holes

Blocks Ta8 / Ta7

QUATERNARYSEDIMENTS

STRATIGRAPHY OF TAOUDENNI BASIN

Formation Group GROUPLITHOLOGY

QUAT.

NE

O-P

RO

TE

RO

ZO

IC

P

ALE

OZ

OIC

ME

SO

ZO

IC

CE

NO

ZO

IC

TO

NIA

NC

RY

OG

EN

IAN

OR

DO

VIC

IAN

DE

VO

NIA

NC

AR

BO

-

NIF

ER

.P

ER

M.

JU

RA

SS

ICC

RE

TA

CE

OU

S.

ZONEOF

INTEREST

Taoudenni

Basin

Atar

Nouakchott

Ouasa-

1

Abolag-1

Ta7-1Ta8-1

Mauritania

Northeastern Taoudenni

Adrar area (East of Atar)

Prospected blocks: Ta8-Ta7

Study area : ~500x400 km

4 wells drilled

- Abolag-1 (1973, AGIP)

- Ouasa-1 (1974, Texaco)

- Ta8-1 (2010, Total)

- Ta7-1 (2013, Total)

STRATIGRAPHY & SAMPLES


After Trompette (1974)

section

Ta8-1Ta7-1

Composite outcrop

section~ 550 My

~ 1.4-1.5 Gy

~ 350 My

REGIONAL

LITHOLOGY

MFS

DE

VO

NIA

N

TE

NE

MO

UJ

I 7

I 6

I 4

I 3

I 9I 8

I11

I10

I12

I13

I15

I14

I16

I17

I18

OR

DO

VIC

IAN

TICHIT

NE

O-P

RO

TE

RO

ZO

IC

VE

ND

IAN

TENIAGOURI

GROUPA

SS

AB

ET

G

RO

UP

AT

AR

G

RO

UP

SILURIAN OUED CHIG

JBELIAT

CA

MB

RIA

N

NO

UA

TIL

OU

JE

FT

P A

L E

O Z

O I

C

STRATIGRAPHYTHICKNESS

inm

I 2

I 1

CH

AR

G

RO

UP

UP

PE

RR

IPH

EA

N

PALEO-PROTEROZOIC -ARCHEAN

I 2b

I 5

ME

SO

-PR

OT

ER

OZ

OIC

LO

WE

R R

IPH

EA

N

EROSION

(up to 1.5 Km)

EROSION

(up to 3.5 km)

PR

OT

ER

OZ

OIC

P

ET

RO

LE

UM

SY

ST

EM

EROSION

(up to 2 km)

Vro= 0.9-1.1 %

LITHOLOGY

SOURCE

ROCK

PA

LE

OZ

OIC

P

RO

TE

RO

ZO

IC

Main SEAL

to OIL

MAIN TARGET

RESERVOIRS

Ultimate

SEAL

MFS

DE

VO

NIA

N

TE

NE

MO

UJ

I 7

I 6

I 4

I 3

I 9I 8

I11

I10

I12

I13

I15

I14

I16

I17

I18

OR

DO

VIC

IAN

TICHIT

NE

O-P

RO

TE

RO

ZO

IC

VE

ND

IAN

TENIAGOURI

GROUP

AS

SA

BE

T

GR

OU

PA

TA

R

GR

OU

P

SILURIAN OUED CHIG

JBELIAT

CA

MB

RIA

N

NO

UA

TIL

OU

JE

FT

P A

L E

O Z

O I

C

STRATIGRAPHYTHICKNESS

inm

I 2

I 1

CH

AR

G

RO

UP

UP

PE

RR

IPH

EA

N

PALEO-PROTEROZOIC -ARCHEAN

I 2b

I 5

ME

SO

-PR

OT

ER

OZ

OIC

LO

WE

R R

IPH

EA

N

PR

EC

AM

BR

IAN

PE

TR

OL

EU

M

SY

ST

EM

Devonian

Ordovician

Cambrian

Neo-Protero

Meso-Protero

FI

AF

TA

ZF

TA

&

Z(H

e)

Stratigraphy Samples

SIMPLIFIED CROSS SECTION


study area (Ta1-Ta8-Ta7-Ta29-Ta6)

Ta7-1

study area (Ta1-Ta8-Ta7-Ta29-Ta6)

~ 500 km

WELLS


Vertical depth not to scale

Actual TD: 3743 m/RT

Actual Stratigraphy & LithologyTa8-1

DST#1

Core # 2

Core # 1

Core # 3

Core # 4

TD = 3487m MD

C1-2

C1-3

C1-4

Mud loss

Total losses

Partial

mud losses

DEV

ON

IAN

TEN

EMO

UJ

I13

I15

I14

I16

CAM

BRIA

NO

RD

OVI

CIA

N TICHIT

N E

O –

P R

O T

E R

O Z

O I

CP

A L

E O

Z O

I C

A S

S A

B E

T

E L

H A

S S

I A

N E

STRATIGRAPHY

TEN

IAG

OU

RI

GR

OU

PN

OU

ATIL

OU

JEFT

“ CONTINENTAL

INTERCALAIRE”

OUED CHIGSILURIAN

CAR

B.V

E N

D I

A N

UPP

ER R

IPH

EAN

JBELIAT

GROUP

I17

OUARKZIZ /

EL GUETTARA

CRETAC.20’’

133/8’’

95/8’’

I18

Ouasa-1

DE

VO

NIA

N

“ CONTINENTAL

INTERCALAIRE”

TE

NE

MO

UJ

I 7

I 6

I4/5

I 3

I 9

I 8

I11

I10

I12

I13

I15

I14

I16

OR

DO

VIC

IAN

UP

PE

R R

IPH

EA

N

TICHIT

N E

O –

P R

O T

E R

O Z

O I

C

V E

N D

I A

N

TE

NIA

GO

UR

I G

RO

UP

AS

SA

BE

T E

L H

AS

SIA

NE

AT

AR

GR

OU

P

DST#1

DST#2

SHOWS

DST#3DST#4

Core # 1

Core # 2

DST#5

SHOWS

TD = 2941.32m MD

Phi%

10-15

14

13-23

15

2-3

1-2

5

1-2

1-5

0.5-3

SILURIAN

UPPER

CRETAC.

OUED CHIG

JBELIAT (?)

STRATIGRAPHY

CA

MB

RIA

N

NO

UA

TIL

OU

JEF

T

P A

L E

O Z

O I

C

20’’

133/8’’

Diam. change

from 121/4 ’’ to 81/2 ’’

Open hole

I17

Open hole

(TEXACO, 1973)

LOW

ER

RIP

HE

AN

ME

SO

-PR

OTE

RO

ZO

IC

Abolag-1

Pre

dri

ll p

rim

ary

an

d s

ec

on

da

ry ta

rge

ts

1

1

2

2

2

Ta7-1

TD: 3743 m MD 3291 m 3487 m 2941 m

Paleozoic

Neo -

Proeterozoic

Meso -

Proeterozoic

As

sa

be

tG

pA

tar

Gp

Many diabase

intrusions

Regional Ages

~ 150-250 Ma

Local or regional

heating effect ?

FLUID INCLUSION SAMPLES


Ta4

Ta29

23°

22°

21°

20°

19°

14° 13° 12° 11° 10° 9° 8° 6°

Ta1

Ta6Ta5

Ta10

Ta3Ta2

Ta8

Ta7

Ouasa 1

Abolag-1

Ta8-1

7°

Assabet (Neo-Pro.)

Nouatil(Cambrian)

Oujeft(Ordovician)

Tenemounj (Devonian)

Atar (Meso-Pro.)

S1

Ta7-1

Core samples (12)

Field samples (15)

Pa

leo

zo

icP

rote

rozo

ic

27 samples

Field samples

FLUID INCLUSIONS - OCCURRENCE & TYPE


Quartz

Quartz

Quartz

Dolomite

(vein)

SWNE

SE

Quartz

Dolomite

ultimate seal

North

seal to oil

Quartz

Quartz

Quartz

Quartz

Dolomite

Quartz (vein)

Ta2- 4-29 Ta2-Ta8 Ta8 Ta7-Ta29 Ta29-Ta6 Ta6-Ta10

North

transect

Atar-Richat Well

Ta8-1

Ouarane NE

Ouarane

Ouasa-1

Abolag-1& Ta7-1

Ta7-1

Quartz

Dolomite

Quartz

Dolomite

Quartz overgrowth

Dolomite

Th HISTOGRAM - AQUEOUS FI


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290

Fluid inclusion Th (°C)

Paleozoic sandstones

Neo-Proterozoic

sandstones (Assabet Group)

Meso-Proterozoic carbonates (Atar Group)

burial temperatures intrusion heating

~ 100oC

~ 210oC

~ 240oC

Regional or

local heating ?

(data Fia, UK and U. Paris-Sud, Fr)

THERMOCHRONOLOGY - CLOSURE TEMPERATURES


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290

Fluid inclusion Th (°C)

Paleozoic sandstones

Neo-Proterozoic

sandstones (Assabet Group)

Meso-Proterozoic carbonates (Atar Group)

burial temperatures intrusion heating

~ 100oC

~ 210oC

~ 240oC

80-50°C

Anhealing

Temp. range

Apatite He

Apatite FT

Zircon FT

Zircon He

Approximate

closure Temperature

~ 110oC

~ 180oC

~ 240oC

THERMOCHRONOLOGY SAMPLES


well samples (12)

Field samples (14)

Pa

leo

zo

icP

rote

rozo

ic

26 samples

Assabet(Neo-Pro.)

Nouatil(Cambrian)

Tenemounj & Oujeft(Devonian Ordovician)

Atar (Meso-Pro.)

14°

Ta4

Ta29

13° 12° 11° 10° 9° 8° 6°

Ta1

Ta6

Ta5

Ta10

Ta3Ta2

Ta8

Ta7

Abolag 1

Ta8-1

BJ6044

7°

3*

4*

Ouasa-1Ta7-1

Field samples

AFTA : well core/cuttings

ZFTA/He: Field sampleswell Ouasa-1

ZFTA & Z-(He) (Neo-Proterozoic, Assabet Ss)


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Zircon FT Ages (Ma)

Ta6 BR6049a

Ta29 2011-02-29

Ta29 2011-02-25

OUASA-1 1024

0

1

2

3

4

5

6

7

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Zircon He Ages (Ma)

Ta6 BR6948c

Ta6 BR6049a

Ta29 2011-02-29

Ta29 2011-02-25

OUASA-1 1024

Diabase

Diabase

Assabet

deposition

Assabet

deposition

Wide range of ZFT Ages

(closure temperature ~240oC)

No uniform resetting due to

regional-scale thermal event

Significant range of Z-(He) Ages

(closure temperature ~180oC)

(data A2Z, USA)

Z-(He) AGES (Neo-Proterozoic, Assabet Ss)


Youngest

Z-(He) ages

consistent

with diabase

age range

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 100 200 300 400

Zir

co

n (

U-T

h)/

He

Ag

e (M

a)

[ U ] e (ppm)

Ouasa-1 1024

2011-02-25

2011-02-29

BR6049a

BR6048c

Diabase

age range

(data A2Z, USA)

AFTA (Entire section)


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 100 200 300 400 500D

ep

th (

m R

T)

Apatite FT pooled Age (My)

Me

so

-Pro

tero

zo

ic

contaminated

samples

106 181

Ma Ma

Ne

o-P

rote

rozo

icP

ale

ozo

ic

Cleanest samples

Ta8-1

Ta7-1

Ta7-1 Ordovician SS

Ta7-1 Neo-Proterozoic SS

Cooling-uplift

event around

~ 100-120 Ma

Cooling

was ~70oC

Removal of

~ 2.8 km of

sediments (GG 25oC/km)

Hefty inverse modelling

(data A2Z, USA and U. Paris-Sud, Fr)

CONCLUSIONS


Adrar of Mauritania records a complex variable thermal-burial history

Burial temperatures in the Proterozoic reservoirs reached >100-150oC

Diabase intrusions (Trias-Jurassic) induced over-heating to >200oC

Over-heating affected large volumes of rocks locally, but was short-lived

No evidence for a regional long-lived thermal event

Major cooling-uplift event in the mid Cretaceous (~100-120 Ma)

Significant removal (~ 2.8 km) of Jurassic/Cretaceous sediments

Maximum burial of Proterozoic reservoirs may have been > 6 km

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