Caractérisation géophysique d'un réservoir de plateforme carbonatée basée sur une étude analogue d'affleurement (Onshore, Liban)

Reservoir characterization in frontier basins remains a challenge for exploration efforts. The Levant Basin, located in the easternmost part of the Mediterranean region, represents a frontier basin that is extensively mapped in terms of seismic survey but lacks well log calibration. The sparse data coverage results in substantial uncertainties in seismic interpretation and evaluation of reservoir properties. In the absence of well data, outcrop analogues can play a key role in the characterization of subsurface carbonate platforms. The main objective of this thesis is to characterize a large-scale Cenomanian – Turonian carbonate platform located northern Lebanon based on integrating sedimentological characterization with geophysical and petrophysical measurements. The investigation of the onshore analogue outcrop allows to constrain the carbonate platform’s properties on onshore seismic data. The developed approach is first applied to the Mid – Late Bathonian limestones of Massangis quarry (Oolithe Blanche formation), representing an analogue of the geothermal reservoir targeted by many municipalities in the Ile-de-France region. Sedimentologic description is completed for the studied outcrop and petrographic analysis is accomplished for representative samples. A total of 1000 acoustic velocities are acquired at 40 kHz to generate a 2D synthetic seismogram. The sedimentologic and acoustic characterization of the section allows to understand the influence of facies variation and diagenetic features (firm grounds, bioturbation, stylolites, etc) on the acoustic measurements and the generation of seismic reflectors. The studied outcrop in Kfarhelda northern Lebanon is a Cenomanian – Turonian shallow marine carbonate platform representing Sannine and Maameltain formations. The formations represent bedded limestones with important Turonian rudist-rich rudstones. A thorough sedimentary description is completed for the 400 m-thick carbonate platform. P-wave velocity is acquired directly on the outcrop, and the petrophysical properties are measured on 44 representative samples. The data are used to generate a 1D synthetic seismogram with a 25 Hz Ricker wavelet. The resulting reflectors are mainly (1) high amplitude reflectors at the limit between two facies with contrasting physical properties enhanced by diagenesis, (2) moderate amplitude reflectors corresponding to stratigraphic limits at the transition between facies, and (3) very low amplitude reflectors in karstified units. The integration of outcrop and seismic data is based on the generation of the synthetic seismogram. Interpretation and seismic facies analysis are completed for the 2D onshore seismic profile acquired in 2013. The best fit between the synthetic seismic and seismic profile resulted in the identification of two distinctive reflectors related to the Marly Limestone Zone causing sharp contrast in acoustic impedance, and the overlying channel facies characterised by higher porosity. The approach developed in this thesis work highlights the importance of combining sedimentologic and acoustic measurements together with synthetic seismic modelling to identify the geological origin of seismic reflectors and improve the seismic interpretation in terms of facies and reservoir properties.La caractérisation des réservoirs dans les bassins frontières reste un défi en termes d’exploration et de production de la ressource. Le Bassin du Levant, situé dans la partie la plus orientale de la mer Méditerranée, représente un bassin frontière largement cartographié par des acquisitions sismiques mais qui manque de calibrations diagraphiques. Le manque de données entraîne des incertitudes dans l'interprétation sismique et l'évaluation des propriétés du réservoir. En l'absence de données de puits, les analogues d'affleurements apparaissent comme un outil essentiel pour la caractérisation des plates-formes carbonatées enfouies parfois sous plusieurs kilomètres de sédiments. L'objectif principal de cette thèse est d'intégrer des informations sédimentologiques avec des mesures géophysiques et pétrophysiques afin de caractériser une plate-forme carbonatée Cénomanienne-Turonienne située au nord du Liban. L'investigation de l'analogue d'affleurement permet de mieux contraindre les propriétés de la plate-forme carbonatée sur des données sismiques 2D. Cette approche d’abord été testée et appliquée aux calcaires du Bathonien moyen-supérieur de la carrière de Massangis (formation de l’Oolithe Blanche), représentant un analogue du réservoir géothermal « moyenne température » ciblé par de nombreuses communes de la région Ile-de-France. Une description sédimentologique et pétrographique est réalisée sur un affleurement de la carrière de Massangis. Un total de 1000 vitesses acoustiques sont acquises à une fréquence de 40 kHz ont servi à générer un sismogramme synthétique 2D. La caractérisation sédimentologique et acoustique de l'affleurement permet de comprendre l'influence des variations de faciès et des caractéristiques diagenétiques (firm ground, bioturbation, stylolites) sur les mesures acoustiques et la génération de réflecteurs sismiques. L'affleurement étudié à Kfarhelda au nord du Liban est une plate-forme carbonatée Cénomanienne – Turonienne déposée en environnement marin peu profond. Il représente les formations Sannine et Maameltein caractérisées par des accumulations de rudiste. Une description sédimentaire est réalisée pour la plate-forme carbonatée de 400 m d'épaisseur. La vitesse des ondes P été mesurée directement en surface des roches exposées et les propriétés pétrophysiques mesurées sur 44 échantillons représentatifs. Ces données de vitesses et de densités ont permis de générer un sismogramme synthétique 1D avec une ondelette de Ricker à 25 Hz. Les réflecteurs obtenus sont principalement : (1) des réflecteurs de forte amplitude à la limite entre deux faciès aux propriétés physiques contrastées renforcées par la diagenèse, (2) des réflecteurs d'amplitude modérée correspondant aux limites stratigraphiques à la transition entre faciès, et (3) des réflecteurs de très faible amplitude dans les unités karstifiées. L'intégration des données d'affleurement et des données sismiques se fait au travers du sismogramme synthétique. L'interprétation et l'analyse des faciès sismiques sont réalisées à partir du profil sismique terrestre 2D acquis en 2013. Une étape de calibration entre la sismique terrestre 2D et la sismique synthétique acquise sur affleurement est nécessaire. De cette calibration, deux réflecteurs se distinguent : le premier représente la "Marly Limestone Zone" associée à un fort contraste d'impédance acoustique, et le second représente le contraste entre des carbonates massifs et des carbonates avec des faciès de chenaux caractérisés par une porosité plus élevée. L'approche développée dans ce travail de thèse permettent de mettre en évidence l'importance de combiner des mesures sédimentologiques et acoustiques avec une modélisation sismique synthétique, pour identifier l'origine géologique des réflecteurs sismiques et améliorer l'interprétation sismique en termes de faciès et de propriétés de réservoir

Seismic characterization of Cenomanian–Turonian carbonate platform based on sedimentological and geophysical investigation of onshore analogue outcrop (northern Lebanon)

International audienceAbstract Outcrop analogues play a key role in the characterization of subsurface carbonate platforms. The lack of well data and relevant outcrop analogues can result in the misinterpretation of seismic data. To address this issue, we apply an integrated workflow based on sedimentology, geophysics and petrophysics on outcrop analogues present onshore Lebanon, to constrain the carbonate platform's properties on onshore seismic data. A thorough sedimentary description is completed for a 400‐m‐thick Cenomanian–Turonian carbonate platform located in Kfarhelda, northern Lebanon. P‐wave velocity is acquired directly on the outcrop, and the petrophysical properties are measured on 44 samples. A 1D synthetic seismogram is computed with Ricker wavelet 25 Hz resembling seismic resolution. The resulting reflectors are mainly (1) high amplitude reflectors at the limit between two facies with contrasting physical properties enhanced by diagenesis, (2) moderate amplitude reflectors corresponding to stratigraphic limits at the transition between facies and (3) very low amplitude reflectors in karstified units. The integration of outcrop and seismic data is based on the generation of the synthetic seismogram to identify the geological origin of reflectors. The best fit between the synthetic seismic and seismic profile is used to interpret a seismic facies representing bedded limestones of Sannine and Maameltain formations (Cenomanian–Turonian). Two other distinctive reflectors are identified at the boundary of the Marly Limestone Zone, and the Channel facies unit characterized by bioclastic packstone to floatstone. This study highlights the importance of using outcrop analogues to identify the seismic signal of stratigraphic sequences and improve the interpretation of onshore seismic data