Academic literature on the topic 'Modélisation stratigraphique 3D'

Les progrès récents en géologie, et en particulier en stratigraphie génétique, ont permis de mieux appréhender l'étude du remplissage sédimentaire des bassins sur des échelles de temps de quelques centaines de milliers à dizaines de millions d'années, et d'espace de l'ordre de la dizaine à la centaine de kilomètres. Le but de notre travail est la conception d'un modèle déterministe numérique permettant la simulation de ce remplissage sédimentaire. Trois types de modélisation sont actuellement développées : les modèles géométriques, diffusifs et particulaires. Parmi ces approches, nous avons retenu l'approche diffusive, seule approche permettant la simulation du remplissage des bassins sédimentaires aux échelles de temps et d'espace envisagées. Nous avons ainsi conçu un modèle diffusif, baptisé Dionisos (Diffusion Oriented - Normal and Inverse - Simulation Of Sedimentation). L'étude de lois utilisées en mécanique des fluides et de leurs enregistrements dans les sédiments sur de grandes échelles de temps et d'espace nous a permis de concevoir une équation de diffusion reliant le flux de sédiments, s'écoulant en chaque point du bassin, à la pente (énergie de l'écoulement de l'eau), au flux d'eau (capacité de transport de l'eau) et à un coefficient de diffusion (efficacité du transport). Afin de simuler le transport de plusieurs lithologies, nous avons de plus défini une couche superficielle d'altération au sein de laquelle s'effectue l'ensemble de ce transport. Les applications de ce modèle diffusif sur des cas théoriques et sur des cas réels ont montré que ce modèle restitue les implications des concepts de la stratigraphie génétique (partitionnement volumétrique et distorsion des unités génétiques) et les géométries sédimentaires observées. Le modèle est ainsi physiquement et géologiquement cohérent. Ces applications du modèle Dionisos ont de plus illustré différents retours possibles vers les informations géologiques, tant au niveau des cas théoriques (relation entre bathymétrie et sablosité, évolution de la pente du littoral, ... ) qu'au niveau des cas réels (affinement de la définition des bathymétries, ... ). Malgré ces résultats encourageants, il reste cependant différents points à tester, améliorer ou développer, tels que la prise en compte de la dérive littorale et des écoulements turbiditiques, ainsi que la production des carbonates. Ainsi, couplé avec des modèles tectoniques, le modèle Dionisos devrait permettre de mieux appréhender l'influence à diverses échelles des processus tectoniques sur la sédimentation.

Les plateformes carbonatées sont typiquement caractérisées par une architecture sédimentaire et stratigraphique complexe qui s’exprime à une échelle qui peut dépasser le simple affleurement. Ce travail est centré sur les dépôts Barrémien (Crétacé inférieur) de la falaise de Gresse-en-Vercors (sud-est de la France) qui nous procure une fenêtre d’observation à l’échelle de la sismique à travers une bordure de plateforme – analogue des réservoirs du Moyen Orient - idéale pour étudier en continu et à grande échelle le développement des plateformes carbonatées. Cette falaise de 500 m de haut pour 25 km de long permet d’étudier la transition entre les dépôts de peu profonds de la plateforme et ceux du bassin. De nouvelles données biostratigraphiques montrent que la série de plate-forme de Gesse-en-Vercors est essentiellement Barrémien inférieur. Quatre séquences stratigraphiques ont été définies, avec deux épisodes complets de plateforme, séparés par trois « drowning ». Les nouvelles données numériques hautes résolutions (nuage de points LIDAR et photos géoréférencées hautes résolutions) acquises par hélicoptère permettent la réalisation d’un DEM 3D haute résolution pour l’ensemble de l’affleurement. L’intégration des observations stratigraphiques et du DEM dans gOcad abouti à la création d’un modèle 3D en continu de l’architecture stratigraphique et de la répartition des facies de l’affleurement qui peu être utilisé pour interprétations stratigraphiques et sédimentologiques. Le modèle géologique qui en résulte démontre que les données numériques d’affleurement et la modélisation géologique en 3D sont des outils pertinents pour tester la caractérisation des affleurements carbonatés et les modèles conceptuels de système de plateformes carbonatées. Il permet d’appréhender les variations subtiles de profils sédimentaires et d’établir une mosaïque de facies à haute résolution tout au long de la plateforme à l’échelle de la sismique. Cette approche est particulièrement critique en ce qui concerne la caractérisation 3D des clinoformes et des cortèges de dépôts sédimentaires dans un modèle non cylindrique tel que la plateforme carbonaté : par exemple, un prisme de bas niveau apparent ou des lobes distaux qui « onlappent » en 2D correspondent en réalité à des progradations en contexte de haut niveau en 3D
Carbonate platforms are characterized by complex sedimentary and stratigraphic architectures that can be expressed at length scale exceeding single outcrops. This work focuses on the Barremian (Lower Cretaceous) deposits of the Gresse-en-Vercors cliff (southeastern France) that provide a seismic-scale slice though a platform margin - analogous to Middle East reservoirs - ideal to study large scale carbonate platform developments in continuous. The cliffs are 500 m high and extend for 25 km along depositional dip, straddling the transition from shallow water platform to deeper basin. New biostratigraphical data shows that the Vercors platform is mainly Lower Barremian. Four stratigraphic sequences were defined, with two complete platform stages, separated by three drowning events.New high-resolution numerical data (LIDAR point-set and high-resolution georeferenced photos) obtained by helicopter survey, allowed the realization of a 3D high-resolution DEM over the entire outcrops. Integrating the stratigraphic observations and the DEM in gOcad result in a continuous 3D stratigraphic architecture and facies model of the carbonate outcrop that can be used for stratigraphic and sedimentological interpretations. The resulting geological model demonstrates that outcrop numerical data and 3D geological modeling are pertinent tools for improving carbonate outcrop characterization and conceptual models of carbonate platform systems. It allows to establish subtle sedimentary profiles and high resolution facies mosaic along seismic scale platform trend. This approach is particularly critical for the 3D characterization of clinoforms and stratigraphic system tracts in non-cylindrical carbonate systems: for example, apparent low stand wedge or distal onlapping lobes in 2D are in reality prograding high stand systems in 3D

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la modélisation numérique des propriétés et des géométries des systèmes sédimentaires et des réservoirs à partir de données d’affleurements. Les séries sédimentaires du Cénomanien au Coniacien inférieur de la marge carbonatée du Bassin Sud-Provençal (SE, France), spatialement continues à l’affleurement, ont servi de support à ce travail. Deux approches ont été réalisées : (1) l’acquisition de données numériques (scanner laser, sismique réflexion, forages, photographies aériennes, MNT et paramètres structuraux) complétant les données existantes (cartes, logs stratigraphiques) et (2) la modélisation géologique numérique 3D. Le géomodeleur gOcad a permis de construire des modèles gigognes réalistes intégrant les différentes unités stratigraphiques. L’intégration des données dans un cadre géoréférencé cohérent a nécessité le développement de protocoles basés sur l’adaptation d’outils de géomodélisation. La construction des modèles stratigraphiques à différentes échelles a nécessité une hiérarchisation des étapes de la modélisation. Les distributions spatiales des faciès, simulées par gaussiennes tronquées, ont montré que les résultats sont influencés par l'espacement entre les puits, la résolution des grilles stratigraphiques et les connaissances géologiques a priori. La modélisation basée-processus a permis de reconstruire les géométries et la distribution des faciès en simulant numériquement les processus qui les ont générés. Par cette approche, il a été possible d’estimer les paléo-conditions de formation des dépôts et les principaux facteurs de contrôle (morphologie inclinée de la surface initiale, accommodation positive et production carbonatée)
The objective of this thesis is to improve the numerical modelling of properties and geometries of reservoirs and sedimentary systems from outcrop data. This work focuses on the Cenomanian to early Coniacian deposits of the carbonate margin of South Provence Basin (SE, France) that display spatially continuous outcrops. Two approaches have been carried out: (1) the construction of a new numerical database including laser scan, seismic, wells, aerial orthophotos, DEM, and structural dips, added to the existing geological data (maps, stratigraphical logs) and (2) the 3D numerical geological modelling. The gOcad software allowed consistent nested models integrating different stratigraphic units to be built. The integration of these data within a geo-referenced framework required a specific workflow adapted to the modelling tools. The construction of stratigraphic models at different scales required a workflow based on hierarchical modelling steps. The spatial distributions of facies simulated by truncated Gaussian method have shown that results are significantly influenced by inter-well spacing, resolution of the stratigraphic grids and a priori geological knowledge. The stratigraphic forward modelling allowed us to reproduce the sedimentary geometry and facies distribution by the numerical simulation of genetic processes. This process-based model allowed the paleo-conditions of sedimentation and the main controlling factors (initial topographic geometry, positive accommodation and carbonate production) to be estimated

Les dépôts gravitaires carbonatés peuvent former d'importants volumes à la transition plate-forme/bassin; notamment en domaine tropical où les biotopes néritiques carbonatés sont de prolifiques usines à sédiments pouvant être redéposés dans le milieu marin profond adjacent. Ce travail porte sur les dépôts gravitaires carbonatés d'âge Crétacé de la Péninsule du Gargano (SE Italie). Une cartographie géologique détaillée et la modélisation numérique 3D (supportées par un MNT obtenu par LIDAR héliporté) ont été couplées à des analyses sédimentologiques et biostratigraphiques afin de caractériser l'évolution spatiale et temporelle de systèmes de dépôts gravitaires distincts. Les surfaces stratigraphiques 3D ont été restaurées afin d'évaluer l'impact de la paléo-topographie sur la distribution spatiale et la géométrie des corps. La corrélation avec les séries de plate-forme de même âge a permis d'établir les relations entre nature des resédimentations (sables vs. brèches) et le niveau marin. Les données qualitatives et quantitatives d'affleurements ont permis de générer des modèles numériques 3D de lithofacies à partir de méthodes de simulations stochastiques. Enfin, des mesures des paramètres physiques des roches ont été couplées à des analyses pétrographiques afin de d'évaluer l'impact de la fabrique sédimentaire et des types poreux sur les propriétés acoustiques et réservoirs de ces carbonates. Cette approche multidisciplinaire démontre l'importance du couplage de méthodes d'analyses de terrain dites «traditionelles» avec des donnés numériques et la modélisation 3D afin d'améliorer la caractérisation et les modèles des systèmes et réservoirs sédimentaires
Carbonate gravity flow deposits can form significant volumes at the platform-to-basin transition; especially because tropical shallow-water carbonate environments are major sediment factories, the products of which, early lithified or not, are likely to be redeposited in the adjacent deep marine domain. This work has focused on the Cretaceous resedimented carbonates of the Gargano Peninsula (SE Italy). Extensive geological mapping and 3-D numerical modelling (supported by a LIDAR DEM) were associated to sedimentologic and biostratigraphic analyses to assess the spatial and temporal evolution of distinct deep-water depositional systems. Key 3-D stratigraphic surfaces were restored to investigate the impact of the paleo-topography on the geometry and spatial distribution of the gravity flow deposits. Correlation with the coeval shallow-water platform series has served to assess the relationships between the nature of the resedimented carbonates (i.e. bioclastic sands versus breccias) and sea level. Qualitative and quantitative outcrop data were transferred into 3-D numerical models of lithofacies that were generated at seismic scale with stochastic simulation methods. Finally, petrophysical measurements were coupled with quantitative petrographic analyses to assess the impact of sedimentary fabrics and pore types on acoustic and reservoir properties of carbonate gravity flow deposits. This multidisciplinary approach demonstrates that coupling traditional field work analyses with outcrop numerical data (e.g. LIDAR-derived) and 3-D geological modelling is a relevant method for improving outcrop characterization and conceptual models of sedimentary systems and reservoirs

L’équilibrage de structures géologiques 3D est une méthode de validation d'un modèle structural par analyse de sa déformation au cours du temps. L’équilibrage étant basé sur le principe de conservation de la matière (i. E. De volumes) une approche tridimensionnelle est plus satisfaisante que les approches 2D classiquement utilisées. Toutefois, la troisième dimension génère des difficultés supplémentaires. Il faut être capable de construire le modèle initial. Nous avons utilisé GOCAD pour résoudre ce problème. L’approche discrète a base de triangles proposée dans GOCAD, permet de construire des modèles géologiques complexes. En contrepartie, il nous fallait être capable d'adapter le maillage au problème pour lequel le modèle a été réalisé. Une surface n'étant pas nécessairement dépliable, nous proposons une étude préalable des courbures afin d'obtenir des informations précieuses au dépliage tout comme pour l'étude du plissement et la détection de failles. Nous avons développé un algorithme de respect de l'aire des surfaces au cours de la déformation. Le but étant de déplier un modèle complet, nous sommes capables de combiner le respect du volume des couches avec le respect de l'aire des surfaces. Nous proposons aussi une méthode de cisaillement simple qui permet de déplier certains modèles (notamment en extension) et de faire une mise à plat rapide permettant aux sédimentologies de faire des corrélations entre puits tout en respectant le modèle structural. Enfin, un modèle pouvant être composé de plusieurs blocs délimités par des failles, l'ajustement entre blocs rigides dépliés indépendamment, que nous proposons, rétablit la cohérence du modèle. Ces méthodes permettent aux géologues de déplier des modèles complexes et de tester la validité de leurs hypothèses sur la géométrie de la structure actuelle et sur le mode de déformation

Une méthode originale de modélisation 3D de faciès a été développée afin de prendre en compte simultanément les données de forage et sismiques disponibles, des règles sédimentologiques de répartition des sédiments ainsi que des principes de stratigraphie séquentielle génétique. Plusieurs champs de probabilité de faciès sont générés, intégrant chacun une ou plusieurs informations telles que les relations entre faciès et paléopaysage, les transitions latérales de faciès, le contrôle stratigraphique sur la migration des corps sédimentaires, le partitionnement volumétrique des sédiments, les diagénèses potentielles. Ces différents cubes de probabilités sont ensuite combinés en tenant compte de la redondance des informations qu’ils traduisent. La méthodologie proposée fournit ainsi un cadre extensible d’intégration et de combinaison d’informations d’origine et de type divers, parfois redondantes et dont le poids dans le modèle final peut être pondéré en fonction de leur incertitude
An original method for the generation of 3D facies model has been implemented. It simultaneously accounts for well and seismic data, sedimentological rules describing the spatial distribution of rock types, or sequence stratigraphy principles. Different probability cubes are computed by integrating one or several pieces of information controlling the facies occurrence: the relationship binding the facies to the paleolandscape, the lateral transitions of facies, the stratigraphic control of shoreline migration, the sediment volume partitioning or the diagenesis potential. The generated probability cubes can then be combined, considering the redundancy of the data they express. The suggested methodology provides therefore an extensible framework for the integration and the combination of data from diverse origins and types, sometimes redundant and whose weight in the final model can be balanced according to the data uncertainty

Le projet ferroviaire Lyon-Turin offre l’opportunité de disposer de nombreuses données du sous-sol dans le secteur de Modane-Aussois (Briançonnais, France) qui, combinées aux structures géologiques de surface permettent de progresser dans la connaissance des processus de subduction continentale, d’exhumation et de collision dans les Alpes. Plusieurs étapes dans l’exhumation sont mises en évidence : - Un empilement des unités de couverture à la faveur de chevauchements vers le NW (D1-D2) permet l’exhumation entre 37 et 35 Ma depuis des conditions de HP BT (1. 02 GPa - 350°C) jusqu’à 0. 75 GPa – 380°C. - Des zones de cisaillement normale à vergence est (D3) datée entre 35 et 31 Ma sont activent entre 0. 75 GPa – 380°C et 0. 4 GPa et 300°C. Au cours de cette phase un réchauffement partiel (0. 57 GPa, 430°C) est enregistré. - Deux phases de déformations cassantes successives terminent cette histoire géologique. La première est caractérisée par une direction d’extension N-S avec une direction de raccourcissement E-W à verticale qui a eu lieu entre 31 et 20 Ma. La seconde est marquée par une direction d’extension E-W et une direction de raccourcissement N-S à verticale qui débute vers 5 Ma et qui est toujours active. Par ailleurs le développement de méthodes de traitement de données de reconnaissance pour la descenderie et les forages ont permis de mieux comprendre la formation et la géométrie finie des principaux contacts tectoniques. La modélisation 3D (modeleur géologique du BRGM) a été utilisée tout au long de cette thèse afin de vérifier la cohérence géométrique des données, dans un secteur où la géométrie est complexe et les données de reconnaissance abondante
The Lyon Turin railway project gives the opportunity to combine underground data with surface geological data in order to progress on the knowledge of continental subduction and exhumation processes in the Alps. Different exhumation steps have been identified: - A cover nappe stack resulting of thrusting toward the NW (D1-D2), it allows exhumation of HP-LT rocks (from 1. 02 GPa - 350°C to 0. 75 GPa – 380°C) between 37 and 35 Ma. - East verging normal shear zones (D3) occurred between 35 and 31 Ma allowing the exhumation until 0. 4 GPa et 300°C. During this phase, a temperature increase is recorded at 0. 57 GPa, and 430°C. - Two successive brittle deformation phases ended the geological story. The first one occurs between 31 and 21 Ma, and is characterized by N-S extension and E-W to vertical shortening directions. This eformation phase is associated with the whole tilting of the Modane-Aussois area. The second one starts at 5 Ma and is still active today. It is characterized by E-W direction of extension and N-S to vertical direction of shortening. New methods of treatments of bore hole and tunnel dataset lead to better understand the formation and the present day geometry of the mains tectonic contacts. These include on one hand a GIS and VRML numerical treatment of the tunnel forcut pictures and on the other hand the attribution of tectonic contact to D1-D2 or D3 tectonic phases by using the chemical compositions of the phengites. 3D odelling (using 3D geomodeler) has been used during each step of this work in orde to validate the geometrical compatibility between geological scenario and geological data both on the surface and in depth

Dans le domaine pétrolier, le rôle des failles normales est déterminant quant au piégeage des hydrocarbures en domaines extensifs. L'évaluation des quantités d'hydrocarbures piégés, en particulier en limite de structures, nécessite une bonne compréhension de la géométrie 3D des extrémités de failles et des processus de propagation associés. Pour étudier les mécanismes liés à la propagation des failles normales, deux types de modélisations analogiques sont réalisés : (1) essais de propagation d'un défaut préexistant dans des matériaux analogues translucides, suivis en vidéo et (2) déformation extensive de modèles dimensionnés de type bicouche sable / silicone, imagée par tomographie à rayons X (scanner médical). Ce type d'approche permet d'étudier l'évolution de la géométrie d'une faille normale et d'analyser les mécanismes de la propagation defailles en 3D au cours du temps. Les résultats obtenus permettent de proposer un modèle conceptuel spatio-temporel (4D) de propagation de failles normales néoformées. Quel que soit le type de modélisations, des failles secondaires disposées en échelon sont initiées dans le prolongement de la faille principale. Les mécanismes de propagation d'une faille normale'résultent essentiellement des processus de connexion entre les failles secondaires, entre failles secondaires - faille principale et de branchement entre deux failles principales. Ces processus de connexion sont à l'origine des différents types d'ondulations observées sur les plans de failles. Afin de valider le modèle, la morphologie détaillée des failles normales néoformées naturelles est analysée à partir de blocs sismiques 3D (Delta du Niger, Golfe de Gabès) et d'exemples de terrain (Oklo, Gabon). Les structures extensives naturelles sont interprétées à l'aide des séquences 4D, élaborées à partir des modélisations analogiques. L'influence de l'héritage structural sur la géométrie et la propagation des failles normales néoformées est également abordé
In petroleum geology, normal faulting is a major process in the formation of oil traps in extensional domains. Evaluating the quantities of hydrocarbons trapped, especially at the edges of structures, requires thorough knowledge of the 3D geometry of fault tips and their propagation mechanisms. To study the propagation mecanisms of normal faults, two types of analog modeling are conducted here: (1) propagation tests of pre-existing fauHs in translucid analog materials with video monitoring and (2) extensional deformation of two-Iayer sand/silicone scale models with X-ray tomograph imaging (medical scanner). This type of approach makes it possible to analyze fault propagation mechanisms in three dùnensions over the course oftime. The results are used to develop a conceptual model of the propagation of neoformed normal faults within a spatio-temporal (4D) framework. Whichever type of analogue model is used, secondary faults arranged in en échelon patterns arise at the tips of the main fault. Normal fault propagation mechanisms results mainly from connection processes between the secondary faults, between secondary faults and the main fault, and from the junction of two main faults. These connection processes are the source of the different types of undulation observed on fault planes. To validate the theoretical model, detailed morphology of natural neoformed normal faults is analysed by means of 3D seismic blocks (Niger Delta, Gulf of Gabes) and field examples (Oklo, Gabon). The natural extensional structures are interpreted using 4D sequences developed by analog modeling. The influence of the structural heritage (reactivation of a deep fault) on the geometry and propagation of neoformed normal faults is also considered

Le projet de recherche doctorale porte sur la cartographie, modélisation tridimensionnelle, stratigraphie et lithostratigraphie des sédiments de surface des bassins versants des rivières Saint-François et Chaudière. Ce projet s'inscrivait dans une série de projets initiés par le Ministère du Développement Durable, des Parcs et de l'Environnement du Québec dont l'objectif ultime était de mieux connaître et protéger les eaux souterraines des bassins versants des rivières Chaudière et Saint-François, de la frontière internationale à sa confluence avec le fleuve Saint-Laurent, dans la région de la capitale nationale. Ainsi, la présente recherche constitue un projet d'étude sur la dynamique quaternaire du Sud-Est du Québec qui permet de comprendre la nature et la distribution des sédiments et des séquences quaternaires. Dans ce contexte, un des intrants majeurs dans la détermination des propriétés géologiques régionales est la compréhension de la distribution et de l'architecture tridimensionnelle des sédiments de surface. La compilation et la cartographie des formations superficielles de ces deux bassins versants ont été des objectifs incontournables et requis pour l'analyse tridimensionnelle. Dans les bassins considérés, des dizaines de coupes naturelles ont été analysées et compilées ainsi qu'un grand nombre d'exploitations anthropiques dont les informations s'ajoutent à des milliers de forages de sources diverses. Leur intégration à la stratigraphie existante a permis l'élaboration des cartes d'épaisseurs de dépôts meubles et de la construction d'un modèle tridimensionnel des unités quaternaires pour l'ensemble des deux bassins versants. Le développement du cadre chronologique vient compléter la thèse. Un outil de corrélation stratigraphique basé sur l'âge des dépôts est proposé dans cette étude. Ce programme a pour but de corréler et de distinguer les différentes unités glaciolacustres des Appalaches. Cette nouvelle approche est fondée sur la valeur des rapports Ln/Tn, qui sont l'expression de la luminescence naturelle sur la luminescence induite après irradiation en laboratoire. Malgré une remise à zéro partielle des sédiments, les âges sur les varves de la fin du Sangamonien (85 ± 2 ka), du Wisconsinien moyen (56 ± 6 ka) et du Wisconsinien supérieur (< 24 ± 2 ka) ont permis de situer les séquences glaciolacustres à l'intérieur des cycles connus (stades, interstades et interglaciaires) qui sont eux-mêmes basés sur des axiomes (stratigraphie isotopique océanique et stratigraphie continentale). Un autre objectif principal de cette étude visait à définir les principaux événements de la paléogéographie de cette région. La complexité de la séquence stratigraphique reflète des conditions uniques d'englaciation et de déglaciation dans un secteur caractérisé par des retraits glaciaires à contre-pente, permettant le développement de lacs proglaciaires et la préservation d'un volume de sédiments quaternaires antérieurs à la dernière glaciation. Ces sédiments sont essentiellement associés à l'épisode glaciolacustre de la Formation de Gayhurst. Un travail de synthèse sur l'extension et la caractérisation des sédiments associés à ce lac proglaciaire (Wisconsinien moyen) est proposé afin d'évaluer son extension dans les deux bassins versants. L'âge de 45 ± 5 ka obtenus sur un faciès deltaïque, dans le cadre du programme de datation, indique que cette séquence s'est déposée lors du Wisconsinien Moyen. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cartographie, stratigraphique quaternaire des Appalaches, Basses-Terres du Saint-Laurent, Modélisation géologique 3D, Inlandsis laurentidien, séquences et faciès glaciolacustres, géochronologie.