PALEVO 1631-0683 Elsevier S1631-0683(02)00068-4 10.1016/S1631-0683(02)00068-4 Research article History of Sciences / Histoire des sciences Sequence stratigraphy evolution since 1970 Évolution de la stratigraphie séquentielle depuis 1970. Ravenne Christian christian.ravenne@ifp.fr IFP, 1 et 4, av. de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison cedex, France 1 6 S1631-0683(00)X0007-3 415 438 © 2002 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS 2002 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS Full (PDF)

This paper will address mainly industrial aspects of sequence stratigraphy since the seventies: new advances in seismic marine acquisition and large efforts for margins exploration, provided continuous 2D set of data, from platform environment to deep marine basins, revealing the importance of non-deposition periods. The seismic stratigraphy then allowed the development of the sequence stratigraphy at the end of the eighties and during the nineties. At the end of the eighties, a crucial need was formulated to quantify geology. The solution has been the use of sequence stratigraphy, as it was proven later that this tool was the key for understanding and then for prediction.

Cet article porte surtout sur les aspects et développements industriels de la stratigraphie séquentielle depuis le début des années 70 : les progrès de la sismique marine et l’exploration intensive des marges océaniques ont permis d’obtenir des données 2D de haute qualité et continues, depuis la plate-forme jusqu’aux domaines de bassins profonds. Cette période a vu la création de la stratigraphie sismique, qui à son tour a permis le considérable développement de la stratigraphie séquentielle à la fin des années 1980 et durant les années 1990. À la fin des années 1980, est apparue la nécessité de quantifier les informations et connaissances géologiques pour répondre aux besoins de l’industrie. La solution fut l’application des concepts de la stratigraphie séquentielle, qui se sont révélés être les outils clés pour la compréhension de l’évolution des systèmes sédimentaires et leur prédiction.

 seismic stratigraphy, sequence stratigraphy, reservoir characterisation presented Written on invitation of the Editorial Board Introduction

This paper will address mainly industrial aspects (exploration and reservoir characterisation) of sequence stratigraphy. However, academic and industrial aspects are very close together and progresses are interacting. D’Orbigny was at the origin of the stratigraphic scale and he clearly emphasised the importance of discontinuities and hiatus separating the main stages 〚107〛. Such a stratigraphic scale, taking in account the advances carried out in more than 150 years, with the essential support of micropalaeontology, was the basis for hydrocarbon exploration until the middle of the sixties. In the seventies, new advances have been made in seismic marine acquisition and large efforts were carried out for margins exploration, thus providing continuous 2D dataset, from platform environment to deep marine basins. Vail published the first lecture note on Seismic Stratigraphy in 1976 〚116〛. Both, seismic data plus the Vail’s course brought new insights in stratigraphy with the obvious lateral and vertical changes in seismic facies (remember the starting and fundamental point with Walther 〚130〛 and Gressly 〚33〛) and revealed the importance of non-deposition periods. In marine environment, huge catastrophic events were observed, with their evolution going up to a complete re-sedimentation.

The seismic stratigraphy then allowed the development of the sequence stratigraphy at the end of the eighties and during the nineties. In fact, at the end of the eighties, a crucial need was formulated by the managers of the main oil companies: how to really integrate geological knowledge in fluid-flow simulator, and so, how to quantify geology? The answer has been the use of sequence stratigraphy, as it was proven later that this tool was the key for understanding and then prediction, even though at its emergence a lot of engineers and researchers were opposed to this tool. Consequently, a large amount of specific studies devoted to sequence stratigraphy were and are still carried out.

 Status of knowledge; problems 10 years ago

The main problem encountered in reservoir characterisation is to predict the reservoir geometry and its lithological content from sparse well data (1D data, Fig. 1), poorly or not cored. It will be shown later that the key point to solve this problem is the application of sequence stratigraphy concepts. They were just emerging 15 years ago and they were strong controversies about them among the geologists. Thus, the right part of Fig. 2 displays the schematic interpretation of a gas storage in a fluvial environment carried out at that time, after a flattening using the Sinemurian/Hettangian contact. That was the type of correlation it was possible to do, even more than thirty wells were available, entirely cored and precisely described by confirmed sedimentologists. Production data quickly revealed that this scheme was not correct. The correct one is presented on the left side of Fig. 2. It has been obtained after the sequence stratigraphy study of a field analogue that has demonstrated the importance of minor levels as correlation markers. Several other studies demonstrated the power of sequence stratigraphy as a predictive tool, but, first, it is necessary to go back to seismic stratigraphy as if it was the new departure of sequence stratigraphy, even if the bases were formulated more than 100 years ago by Walther 〚130〛.

 Observation and description in seismic stratigraphy: ‘deep-sea fans’ Beginning of seismic stratigraphy

Thirty years ago, the geological knowledge was ignored in seismic interpretation. This can be easily explained as they were to many computations at the beginning of seismic reflection interpretation; so the interpretation was mainly carried out by engineers with a strong background in mathematics. Geologists and geophysicists were used to work in different divisions and, generally, the geologist was only authorised to work on the line drawing prepared by the geophysicist. Some special processing was created to reinforce the continuity of the reflectors, such as the coherency amelioration. Thus, it was possible to obliterate large incised valleys in subhorizontal formation when these valleys were filled with horizontal layers! However, considerable progress in acquisition and processing were made in the sixties and in the seventies, allowing a relatively direct interpretation. Vail and the Exxon School were the first ones to introduce an accurate methodology for seismic interpretation in 1976 〚116〛. This interpretation was based on a precise study of the seismic reflector’s characteristics: continuity, ‘frequency’, amplitude, configuration, etc. This study has to be done in the sequence framework, such a sequence being defined by the recognition of the under and overlying unconformities and of their possible conformable prolongation. Remember that the importance of such unconformities was demonstrated by d’Orbigny more than 150 years ago! These characteristics then allowed the definition of seismic facies units. The lateral and vertical evolutions of these seismic facies units, still in the sequence framework, provide the keys for the depositional environment and for the content of such sequences. Vail, as a former student of Sloss 〚109〛, 〚110〛 and 〚111〛 and the Exxon School have established the bases of sequence stratigraphy after the study of seismic and well data gathered in marine environment, mainly in passive margin context, where seismic data display the full evolution from platform to deep environments. At that time, having in mind the seismic resolution power, around 50 m, emphasis was done on sequences of some hundreds meters thick and with a duration of 3 to 5 millions years, which is called sequence order 3. Following exactly the rules formalised by Vail et al. (1, definition of unconformities by the reflection termination, 2, definition of sequence by their boundaries – unconformities and their conformable prolongations –, 3, accurate study of the reflections in order to define homogeneous families called seismic facies units, 4, study of their lateral and vertical evolution, 5, well calibration if possible), the seismic stratigraphy interpretation is a powerful predictive interpretation method where geology is taken into account. This method, which has been largely diffused in France 〚84〛, provided the bases of sequence stratigraphy. A good illustration of seismic stratigraphy studies is provided in the dissertations of Le Nir 〚57〛 and Lafont-Petassou 〚53〛. Time lines on seismic are very precise even the absolute age is not known. The distinction between the different unconformities and the line drawing allow the building of a chronostratigraphic chart (Fig. 3), which clearly displays the hiatus importance: either on a seismic section or on an outcrop, the time non-represented by sediments can be of the same value, even more, than the time represented by sediments. However, the main result obtained by Vail et al. is not the method but the link established between the depositional sequence, its main constituting parts and the relative sea level 〚42〛, 〚73〛, 〚74〛, 〚83〛, 〚85〛, 〚118〛, 〚119〛 and 〚122〛. The underlying unconformity results of a relative sea level fall. The main depositional sequence with all the typical characteristics occurs when the relative sea level falls below the edge of the platform. Immediately after the beginning of the fall, basin floor fan is deposited, constituting the initial part of the low-stand system tract. The following systems tracts are then developed with the rise of relative sea level: middle and upper parts of the low-stand system tract with the low-stand slope fan and low-stand wedge, transgressive system tract that develops after the rise overlies the edge of the platform and still increases, then the high-stand system tract which develops when the relative sea level becomes stable. The upper boundary is formed at the next major fall. Several and important progresses have been carried out since the end of the seventies. As Vail et al. were working in different parts of the world, they discovered that falls and rises were appearing simultaneously, conducting them to the elaboration of the eustatic chart, which provides a tool to date seismic sequence without wells. This eustatic chart displays different orders (from 1, large basin evolution under tectonic control, to 6, climatic control), depending of the causes and amplitudes of the fall and rise cycles. All these concepts were very useful for the understanding of ‘deep sea fans’.

 Deep sea fans

At the end of the seventies, oil companies discovered that several reservoirs supposed to be deposited in platform environments were in fact deposited in deep-sea marine environment. Some of the deep-sea fan characteristics were already known, mainly with the studies published by Mutti 〚78〛, Mutti and Ricci-Lucchi 〚79〛 and 〚80〛, Walker 〚127〛 and 〚128〛, Walker and Mutti 〚129〛. Extensive exploration was then carried out on modern deep sea fans to understand their general evolution. Thus, in France, offshore campaigns were realised by IFP, CEPM, Elf, SNPA, Total, often with CNEXO, in the Biscay Bay (Cap Ferret), Indus fan, Bahamas, among others. At the same time, IFP leaded several studies on the Annot sandstones, focused on observations at seismic scale, to better interpret seismic data. Gravity deposits were studied by IFP and CEMAGREF by experiments in flume and in tank in order to better understand lateral and vertical evolution of the constituting facies.

 Cap Ferret campaigns

Cap Ferret deep sea fan is quite complex, as different sources of sediment are acting. It has been intensively studied in the 1980s 〚13〛, 〚14〛, 〚15〛, 〚16〛, 〚77〛, 〚81〛, 〚82〛 and 〚93〛 One of the main points observed in theses campaigns was the importance of huge collapses, from 10 to 50 km3. Theses collapses that could be already observed on the map dressed by Berthois et al. 〚3〛 affect mainly the northern flank and the relative edge of platform of the Cap Ferret depression. Such collapses evolve as in Fig. 4: a sedimentary body A, mainly constituted of chaotic reflections with some still organised reflections, followed by a body B, entirely constituted of chaotic reflections, then followed by a body C, constituted of well-organised, convergent, and high-frequency reflections 〚86〛. Coming back to seismic stratigraphy, this lateral evolution of seismic facies clearly displays the evolution of sedimentary facies in the same sequence and the chaotic facies indicates gravitary processes induced by collapses and slidings. Before this type of acquisition, it was difficult to associate in field studies all theses facies associations in a same sequence, resulting from a unique cause. Fig. 5 (Eleuthera fan in the Bahamas) displays a zoom in the transition zone between chaotic facies and entirely resedimented parts. It can be seen with the interfingering between chaotic reflections and well-organised reflections that, in fact, several minor slidings successively occur in the same large collapse event.

The Annot sandstone studies were started because of an immediate correlation in term of size with seismic data and because a strong background existed since the former works of Bertrand 〚4〛, 〚5〛 and 〚6〛, Bouma 〚9〛, Gubler 〚34〛, Kerckhove 〚48〛 and 〚49〛 and Stanley 〚112〛, 〚113〛 and 〚114〛. New studies conducted from 1980 to 1985 with ENSPM and Dolomieu students 〚15〛, 〚40〛, 〚43〛, 〚44〛, 〚88〛, 〚91〛, 〚99〛 and 〚103〛 have revealed a typical organisation, as shown on the lower part of Fig. 6, central section of the main gravitary events. It can be noted that the main sedimentary bodies were quite different of the Bouma sequence 〚9〛, but very similar to the high-density turbidites described by Lowe 〚59〛, 〚60〛 and 〚61〛. This organisation has been explained by the flume experiments (Fig. 6) carried out on turbidity surges 〚55〛, 〚56〛, 〚86〛, 〚89〛 and 〚97〛, as seismic data have displayed the importance of huge collapses for fan edification. Former experiments were carried out by Kuenen 〚50〛, Kuenen and Migliorini 〚51〛, Luthi 〚62〛 and 〚63〛, Middleton 〚68〛, 〚69〛, 〚70〛 and 〚71〛, Middleton and Hampton 〚72〛, but they were mainly focused on density currents. Primary aim of theses studies was to bring new insights in seismic interpretation. Thus, Fig. 7 displays that onlapping of high-amplitude, high-continuity reflections (upper part, A) can be interpreted as the contact of sandstone layers against argillaceous slope (Chalufy’s onlaps), continuous reflections (upper part, D) as massive sandstone layers and chaotic reflections (B) as mainly shaly formations 〚86〛, 〚91〛, 〚97〛 and 〚99〛. Similar results have then been obtained in the carbonate deep sea fans of Bahamas 〚58〛, 〚94〛, 〚95〛 and 〚100〛.

 Indus campaign (1978)

Indus platform and the relative deep sea fan have been studied at the end of the 1970s 〚12〛, 〚96〛 and 〚98〛. The two sections in Fig. 8, the upper one being located at the edge of the platform, the lower one in the basin, display the different periods of sedimentation in these two environments as a function of the relative sea level. The Indus platform is wide (more than 100 km). When the relative sea level is high, there is enough accommodation space on the platform to keep all the sediments coming from the river. It conducts to the succession of well-organised subhorizontal reflections on the platform. When the sea level falls, erosion of the former sediments occurs on the continental side of the platform going up to the formation of huge palaeocanyons on the edge of the platform. Three palaeocanyons have been recognised (yellow, blue and red, below and on the west side of the present Indus canyon). There is not enough space for the transiting and eroded sediments and they accumulate in the basin, forming large channel-levees systems. Three main channel-levees systems are observed, corresponding to the three main phases of erosion. In the basin, when the sea level is high, only a doublet of reflections draping the channel levees systems can be observed. These observations were confirming the formation of canyon in relative sea level fall enounced by Vail 〚116〛, and Vail et al. 〚117〛, when the platform is wide, in opposition to another school, which was in favour of their formation in relative high sea level, but based on observations on narrow platform 〚10〛.

 Quantification and modelling based on high-resolution sequence stratigraphy

At the end of the 1980s, the layer-cake model was still dominant in reservoir modelling (Fig. 9, left), mainly because geologists were unable to translate their knowledge in number grid. Geology was mainly highly qualitative. During the Niper Congress, held in 1986, a lot of managers, knowing that geology was not taken in account in these models, wanted a five-leg sheep: a geologist who will be sedimentologist, structuralist, but also reservoir engineer, mathematician, etc., in order to really introduce geology in reservoir models, so as to quantify it 〚54〛 and 〚132〛. IFP, which already had a former experience in this domain, with the pioneering work of Montadert 〚75〛, 〚76〛 and 〚124〛, decided to work on this problem and to develop new methods and tools. Another problem was to create a true ‘multi-disciplinarity’, as the weight of corporatisms was very strong, and consequently to get a common language.

This work began at the end of 1986 in Yorkshire (Middle Jurassic, UK): an analogue outcrop of the so-called BRENT Formation in North Sea 〚18〛 and 〚125〛. The work included two phases: the first one with data acquisition on outcrops, with drillings and by radar and seismic, the second one was the elaboration of the geostatistical model. Two wells were provided (with core description, sedimentological studies, wire-line data) to five reservoir geologists. The result is presented on the left side of Fig. 9, a typical layer-cake model. These geologists knew that the reality was different, but, as they were unable to prove what they were expecting, the possible other representations were refused by reservoir engineers. The reality is presented on the right side of Fig. 9, with the full number of wells and taking into account the observations carried out on the cliff face, 10 m apart of the well line. The red colour indicates the good reservoirs. It is easy to see the difference between the two interpretations and their impact in terms of economy.

Too many parameters can be studied to describe sedimentary formations. The problem was to select the adequate ones. Very quickly, it appeared that sequence stratigraphy was the only method for studying the sedimentary evolution in a correct framework and to get the pertinent parameters for computations. Since the very important works of Sloss 〚109〛, 〚110〛 and 〚111〛, Wheeler 〚133〛 and 〚134〛, Swift 〚115〛, sequence stratigraphy has been in constant progress 〚17〛, 〚19〛, 〚26〛, 〚28〛, 〚36〛, 〚37〛, 〚38〛, 〚45〛, 〚64〛 and 〚123〛 focusing on higher resolution 〚24〛, 〚46〛 and 〚47〛 and is still evolving with all the studies devoted to reservoir characterisation 〚120〛 and 〚121〛. Sequence stratigraphy studies require a precise facies definition as described by Reineck and Singh 〚106〛 and Reading 〚105〛. The method itself has been accurately explained by Homewood et al. 〚39〛. The predictive power of sequence stratigraphy for spatial localisation and geometry of sedimentary bodies in depositional sequences, elaboration of quantitative and modelling tools was demonstrated, since 1987 〚22〛 and 〚23〛. At that time, even later, lithostratigraphy correlation was still operating. The sedimentological description could be accurate but the correlations were wrong, as shown in Fig. 10: lithostratigraphic correlations displayed on top lead to a false continuity of the good reservoir rocks, here the shoreface, the reality being the lower part of the figure, where the correlation is based on time lines, indicating no connection between the wells. Several outcrops studies have been devoted to quantitative data acquisition but also for the amelioration/elaboration of the sequence stratigraphic concepts. Finally, as explained by Lafont 〚52〛, the best way for correlation was to use the more distal facies corresponding to the maximum flooding surface and then to use the vertical stacking pattern to do the other correlations (Fig. 11).

As the aim of this project was to provide a 3D grid of numbers informed with geological knowledge to reservoir engineers, so to inform unknown volume with geological data from sparse and generally 1D data (wells wire-line data), it was decided to carry out the project in close association with geostatisticians to perform stochastic model. The work then began with the Centre of Geostatistics of the Paris School of Mines (mainly Matheron, Galli, Beucher, de Fouquet). The bases for the methodology of simulation were relatively quickly determined 〚11〛, 〚20〛, 〚25〛, 〚35〛, 〚65〛, 〚66〛, 〚90〛, 〚101〛, 〚102〛 and 〚108〛. One quantifying tool was evident: variograms for spatial distribution of lithofacies, but geostatisticians wanted to get also quantitative values of these lithofacies. For that, a specific tool has been created: proportion curves 〚104〛 and 〚126〛 (Fig. 12), which will furnish the second other value to be entered in the stochastic modelling. These proportion curves can be computed parallel or perpendicularly to a reference level corresponding to a depositional palaeo-horizontal level. Computations are carried out in the sequence stratigraphy framework. This tool has very quickly revealed its powerfulness for the checking of correlation level and for sequence stratigraphy analysis, even for the depositional environment, as shown in Fig. 13. The proportion curve (top) has been computed with the digitised (every 10 m) outcrop corresponding to fluvial environment 〚67〛. The reference level is a calcrete level (lacustrine palaeo-horizontal level) located at the top. The sandstones in red display two typical shapes, corresponding to two different accommodation spaces: the upper one, with the sharp increase in sandstone at level 100, corresponds to fluvial deposits with a low accommodation space, the lower one, with the symmetrical shape, to a high accommodation space. Fig. 14 shows vertical proportion curve computed with data coming from nine cored wells on right, and computed with wire-line data coming from 15 wells 〚87〛. The studied period covers less than 1 million years in the Tithonian. The dolomite, in red to pink, clearly displays a decreasing upward with five peaks that indicate cycles of around 200 000 years each one. These proportion curves combined with variogram computations allow stochastic simulation, as shown in Fig. 15. The methodology for such simulations and the weight of sequence stratigraphy have been intensively improved since the beginning of the 1990s 〚7〛, 〚8〛, 〚21〛, 〚27〛, 〚87〛 and 〚92〛. Such simulations can be now realised with pixel, Boolean or mixed methods, with a stationary or non-stationary behaviour, and constrained by seismic data 〚131〛.

 Future

Many studies devoted to high-resolution sequence stratigraphy and reservoir characterisation have been carried out since 1986. However, the outcrops have been selected either for their quality or to solve specific problems addressed by industry. It seems very important to carry out systematic studies in the framework of second order cycles. Why? Because this order is conditioning the overall geometry of the order-3 sequences in the large regressive–transgressive cycle, as shown in Fig. 16 〚41〛, following the intensive work of Arnaud-Vanneau 〚1〛 and Arnaud 〚2〛. Then, internal heterogeneities, vertical and lateral facies evolution will depend on the location of the subsequent sequences in this large cycle. Accommodation space, and so roughly eustacy is one of the main controlling factors for geometry and facies distribution (Fig. 17). Such systematic studies could be focused in a first step on the extreme points of second-order cycles and then on what happens when sea level rises are in phase or phase opposition between orders 2 and 3, then on the same study with order 4, then on sea-level falls, then on inflexion points, etc. (Fig. 18). Such studies will allow a greater accuracy of deterministic models as the one developed by Granjeon (Fig. 19) 〚30〛, 〚31〛 and 〚32〛. Fig. 20 displays on the IUGS chart some of the studies carried out by IFP in terms of high-resolution sequence stratigraphy for the last 10 years. It seems that many periods have been studied. However, if each study is located on palaeogeographic map, as for instance, for the Late Cretaceous (Fig. 21), it can be seen that only few environments have been studied: western interior sea in North America and Oman Margin. Future works should take into account, not only the cycle succession, but also the latitudinal location, the general tectonic context and the large climatic period, in order to get a global view of the sedimentary systems at each period.

 Conclusion

Society, Industry and Academy require more quantified knowledge on the sedimentary environment, with a higher time resolution and a more precise definition of the palaeoenvironments in order to be able to produce accurate deterministic modelling. As the data are generally sparse, the answer to this request could be only done with integrated studies in stratigraphy, and more precisely, with the use of high-resolution sequence stratigraphy. Such integrated studies must include all the disciplines: palaeontology, micropalaeontology, sedimentology, geochemistry, magnetism, seismic, mathematics, etc. The expected results will not only concern Stratigraphy, but also they will contribute to the development of each one of these disciplines and, more particularly, of Palaeontology and Micropalaeontology, which are the unique disciplines for life evolution studies and understanding/prediction of environments.

 Acknowledgements

The author wishes to express his gratitude to P. Taquet and M.-T. Vénec-Peyré for the possibility to present the above results at the International Symposium ‘Alcide d’Orbigny’, held in Paris in 2002. The work discussed in this review was achieved mainly thanks to the IFP’s scientific, technical, and financial support. The major projects and extensive studies conducted were also backed by the EEC (basis of HERESIM 2D, supported by EC TH 01.070/86 from 1986 to 1990; validation of the Heresim methodology and 3D software supported by EC OG/0097/FR/IT, from 1991 to 1994; quantification reservoir modelling constrained by wells and seismic data supported by EC project OG/115/95 from 1995 to 1998) and by several organisations (DHYCA with FSH) and/or companies (ELF, AGIP, GDF, MARAVEN, PETROBRAS, SAUDI ARAMCO, SONATRACH, TOTAL, etc.). A large part of the work was done in often close cooperation with researchers of the ‘École nationale supérieure des mines de Paris (A. Galli, H. Beucher, C. de Fouquet, C. Lantuéjoul, G. Le Loc’h, G. Matheron, J. Rivoirard, S. Séguret et H. Wackernagel), various universities (F. Guillocheau, J.-P. Loreau, etc.) and with engineers (whose names are given in the reference list) of several companies. Very early, they involved multidisciplinary groups. Also noteworthy was the active participation of numerous students of the ENSPM during their final year courses, DEA diploma and PhD dissertations. The work done at IFP was initiated by L. Montadert. All the studies described in this paper were completed in close cooperation with many IFP researchers: R. Eschard, B. Doligez, P. Joseph, G. Desaubliaux, O. Lerat, D. Granjeon, J.-C. Lecomte, Y. Mathieu, J.-L. Rudkiewicz, F. Van Buchem, L.-Y. Hu, D. Guérillot, F. Fournier, P. Houel, P. Lemouzy, J.-M. Daniel are those with whom the projects of the last ten years were achieved. Many thanks have to be expressed to L. Cosentino, Y. Coury, D. Camus, J.-M. Chautru, and J. Burrus, of Beicip-Franlab, and to J. Cole, from Saudi Aramco, with whom the last study on a ‘giant’ in Saudi Arabia was carried out. Finally, the author wants to thank N. Doizelet, Y. Calot-Martin, P. Le Foll, D. Deldique, M. Jehl, J. Brumaud, E. Jacquet, J.-C. Sabathier, E. Gross, and W. Choueiri for their essential technical assistance.

 Version abrégée Introduction

Cet article porte essentiellement sur les aspects industriels (exploration et caractérisation de réservoir) de la stratigraphie séquentielle. Alcide d’Orbigny fut à l’origine de l’échelle stratigraphique et il montra l’importance des discontinuités et hiatus séparant les principaux étages 〚107〛.

Cette échelle stratigraphique, s’ajoutant aux progrès réalisés durant les 150 années qui suivirent, fut le support de l’exploration pétrolière jusqu’au milieu des années 60. Les progrès de l’acquisition sismique marine et l’exploration intensive des marges dans les années 70 fournirent des données 2D de haute qualité, montrant l’évolution des systèmes sédimentaires, depuis la plate-forme jusqu’aux domaines profonds. Vail publia son premier cours sur la stratigraphie sismique en 1976 〚116〛. Ces données sismiques soulignèrent l’importance des variations latérale et verticale des faciès sismiques (variations mises en évidence pour les terrains sédimentaires par Walther 〚130〛 et par Gressly 〚33〛). Elles révélèrent aussi l’importance des périodes de non-dépôt.

La stratigraphie sismique entraîna le développement de la stratigraphie séquentielle à la fin des années 80 et durant les années 90. À la fin des années 1980, de nombreux dirigeants de compagnies pétrolières exprimèrent le besoin d’intégrer les connaissances géologiques dans les modèles dynamiques de simulation des réservoirs, donc de quantifier ces connaissances. La solution fut l’utilisation des concepts de la stratigraphie séquentielle et il fut largement démontré ultérieurement que ces concepts étaient la clé pour comprendre et prédire l’évolution des corps sédimentaires.

 État des connaissances à la fin des années 1980

Le principal problème rencontré en caractérisation de réservoir concerne la prédiction de la géométrie des réservoirs et de leur lithologie à partir de données de puits relativement rares (Fig. 1). Les concepts de la stratigraphie séquentielle émergeaient à ce moment et faisaient l’objet d’intenses controverses entre les géologues. La partie droite de la Fig. 2 montre l’interprétation schématique d’un stockage de gaz après horizontalisation au contact Sinémurien/Hettangien, réalisée à cette époque, en utilisant les données des 30 puits disponibles, entièrement carottés et décrits minutieusement par des sédimentologues confirmés. Les données de production montrèrent vite que ce schéma était incorrect. L’image correcte est présentée sur la partie gauche de la Fig. 2, obtenue après une étude en stratigraphie séquentielle d’un analogue de terrain de ce stockage. Cette étude montra l’importance de niveaux mineurs, comme les niveaux de corrélation à l’échelle du réservoir. De nombreuses autres études démontrèrent par la suite le pouvoir prédictif de la stratigraphie séquentielle.

 Observation et description des cônes détritiques sous-marins en stratigraphie séquentielle

Trente ans auparavant, l’interprétation sismique ignorait les connaissances géologiques ; compte tenu de l’importance des calculs à effectuer, celle-ci était effectuée par des ingénieurs de formation surtout mathématique. Les progrès considérables en acquisition et en traitement réalisés dans les années 1960 et 1970 permirent une interprétation directe par les géologues. Vail et l’école d’Exxon furent les premiers à formaliser la méthode d’interprétation sismique en 1976 〚116〛. Cette interprétation s’appuie sur une étude précise des caractéristiques des réflexions sismiques : continuité, « fréquence », amplitude, configuration, etc., et doit être menée dans le cadre de la séquence de dépôt, définie par la reconnaissance des discontinuités sus- et sous-jacentes et de leurs prolongements conformes. Ces caractéristiques permettent ensuite de définir des unités de faciès sismique, dont les évolutions latérale et verticale conduiront à l’interprétation des environnements de dépôt. Vail, ancien étudiant de Sloss 〚109〛, 〚110〛 and 〚111〛 et l’école d’Exxon ont ainsi jeté les bases de la stratigraphie sismique, puis séquentielle. La méthode a ensuite été largement diffusée en France 〚84〛. Les thèses de Le Nir 〚57〛 et Lafont-Petassou 〚53〛 constituent de bons exemples d’études en stratigraphie sismique. Les lignes temps en sismique sont très précises, mais en âges relatifs, et permettent d’établir des chartes chronostratigraphiques (Fig. 3). Celles-ci soulignent l’importance de la durée des hiatus, souvent équivalente à la durée correspondant aux sédiments déposés et préservés. Le principal résultat obtenu par Vail et al. est la liaison entre la séquence de dépôt et le niveau relatif de la mer 〚42〛, 〚73〛, 〚74〛, 〚83〛, 〚85〛, 〚118〛, 〚119〛 and 〚122〛. Les travaux de Vail et al. dans différentes parties du monde montrèrent que les grands cycles de montée et de baisse du niveau relatif de la mer étaient simultanés, conduisant ainsi à l’élaboration de la charte eustatique. Cette charte montre différents ordres (de 1, évolution des bassins sous contrôle tectonique, à 6, contrôle climatique). Tous ces concepts vont permettre d’étudier les cônes détritiques sous-marins.

 Cônes détritiques sous-marins

À la fin des années 1970, de nombreuses compagnies pétrolières découvrirent que plusieurs réservoirs attribués à des environnements de plate-forme avaient été déposés en milieu marin profond. Une certaine connaissance de ces cônes existait déjà avec les travaux de Mutti 〚78〛, Mutti et Ricci-Lucchi 〚79〛 and 〚80〛, Walker 〚127〛 and 〚128〛, Walker et Mutti 〚129〛, mais insuffisante pour répondre aux besoins pétroliers. Une exploration intensive des cônes modernes fut lancée pour comprendre les grandes lignes de leur évolution. Ainsi, en France, des campagnes à la mer furent menées par l’IFP, le CEPM, Elf, SNPA, Total, souvent avec le Cnexo, dans le golfe de Gascogne (cap Ferret), l’Indus, les Bahamas entre autres. L’IFP dirigea au même moment des études sur les grès d’Annot, focalisées sur des observations à l’échelle sismique, afin d’améliorer l’interprétation des sections sismiques. Les dépôts gravitaires furent étudiés par l’IFP et le Cemagref au moyen d’expériences en canal et en cuve pour cerner les évolutions latérale et verticale des faciès.

 Campagnes « cap Ferret »

Le cône de Cap Ferret est très complexe, du fait de son alimentation par plusieurs sources de sédiments. Il a été intensivement étudié dans les années 80 〚13〛, 〚14〛, 〚15〛, 〚16〛, 〚77〛, 〚81〛, 〚82〛 and 〚93〛. Un des résultats majeurs obtenu est l’importance des collapses, de 10 à 50 km3. Ces collapses pouvaient déjà être observées sur la carte dressée par Berthois et al. 〚3〛. L’évolution de ces collapses est présentée sur la Fig. 4 (voir légende) 〚86〛. L’évolution latérale des faciès sismiques montre l’évolution des faciès sédimentaires dans la même séquence : le faciès chaotique indique un processus gravitaire induit par les collapses et glissements. Avant l’acquisition de ce type de données, il était très difficile d’associer de tels faciès sur le terrain à une même séquence. La Fig. 5 (cône d’Eleuthera aux Bahamas) montre la zone de transition entre les faciès chaotiques et ceux entièrement resédimentés.

Les études sur les grès d’Annot furent initiées à cause (1) de leur corrélation immédiate en terme de puissance avec les données sismiques et (2) d’un acquis important avec les travaux de Bertrand 〚4〛, 〚5〛 and 〚6〛, Bouma 〚9〛, Gubbler 〚34〛, Kerckhove 〚48〛 and 〚49〛 et Stanley 〚112〛, 〚113〛 and 〚114〛. Les nouvelles études menées de 1980 à 1985 avec les étudiants de l’ENSPM et de l’institut Dolomieu 〚15〛, 〚40〛, 〚43〛, 〚44〛, 〚88〛, 〚91〛, 〚99〛 and 〚103〛 révélèrent une organisation et une évolution typiques, schématisées sur la partie inférieure centrale de la Fig. 6. Cette organisation est assez différente de la séquence de Bouma 〚9〛, mais très proche des turbidites à haute densité décrites par Lowe 〚59〛, 〚60〛 and 〚61〛. Cette organisation a pu être expliquée par les expériences (Fig. 6) menées sur les bouffées de densité 〚55〛, 〚56〛, 〚86〛, 〚89〛 and 〚97〛, puisque les données sismiques avaient montré l’importance des collapses dans l’édification des cônes. Des expériences antérieures avaient été réalisées par Kuenen 〚50〛, Kuenen et Migliorini 〚51〛, Luthi 〚62〛 and 〚63〛, Middleton 〚68〛, 〚69〛, 〚70〛 and 〚71〛, Middleton et Hampton 〚72〛, mais elles portaient principalement sur des courants de densité. Le but initial de ces études de terrain et des expériences était d’améliorer l’interprétation sismique. La Fig. 7 (voir légende) résume les principaux acquis 〚86〛, 〚91〛, 〚97〛 and 〚99〛. Des résultats très proches ont été obtenus dans le cône carbonaté des Bahamas 〚58〛, 〚94〛, 〚95〛 and 〚100〛.

 Campagne Indus (1978)

La plate-forme de l’Indus et le cône adjacent ont été étudiés pendant les années 1970 〚12〛, 〚96〛 and 〚98〛. Les deux sections de la Fig. 8, la supérieure, située à la bordure de la plate-forme, l’inférieure, dans le bassin, montrent comment se répartissent les différentes périodes de sédimentation dans ces deux environnements en fonction du niveau relatif de la mer. La plate-forme de l’Indus est large (plus de 100 km). Lorsque le niveau relatif de la mer est haut, l’espace disponible sur la plate-forme est suffisant pour piéger tous les sédiments. Lorsque le niveau relatif de la mer est bas, il y a érosion des sédiments précédemment déposés du côté continental de la plate-forme, allant jusqu’à la formation d’énormes paléocanyons à la bordure de la plate-forme. Trois paléocanyons ont été reconnus (jaune, bleu et rouge, sous et à l’ouest du canyon actuel de l’Indus). Les sédiments érodés s’accumulent dans le bassin, formant de grands systèmes chenaux–levées. Trois d'entre eux ont été reconnus, correspondant aux trois principales phases d’érosion. Dans le bassin, lorsque le niveau relatif de la mer est haut, seul un fin doublet de réflexions drapant les systèmes chenaux–levées se dépose. Ces observations ont confirmé la formation des canyons en période de bas niveau relatif de la mer, telle qu’énoncée par Vail 〚116〛 et par Vail et al. 〚117〛, quand la plate-forme est large, en opposition avec l’autre école, qui était en faveur de leur formation en période de haut niveau relatif, mais qui s’appuyait sur des observations plate-forme étroite 〚10〛, donc avec un faible contrôle des variations du niveau marin.

 Quantification et modélisation basées sur la stratigraphie séquentielle haute résolution

À la fin des années 1980, le modèle dit layer-cake était toujours le modèle dominant pour les simulations dynamiques de réservoir (Fig. 9, à gauche) et cela, surtout parce que les connaissances géologiques n’étaient pas transformées en grille de nombres. La géologie était essentiellement qualitative. Au milieu des années 1980, l’industrie demanda vivement une meilleure prise en compte de la géologie dans les modèles, et donc sa quantification 〚54〛 and 〚132〛. L’IFP, qui avait déjà acquis une expérience certaine sur ce sujet avec les travaux de Montadert 〚75〛, 〚76〛 and 〚124〛, décida de lancer un grand projet pour résoudre ce problème et pour développer de nouveaux outils et méthodes.

Ce projet débuta à la fin de 1986 dans le Yorkshire (Jurassique moyen, Grande-Bretagne), où affleure un analogue de la formation du BRENT en mer du Nord 〚18〛 and 〚125〛. La première phase comportait l’acquisition des données (terrain, forages, carottages, radar et sismique), la deuxième phase consistant en l’élaboration du modèle géostatistique. Deux puits furent fournis (avec la description des carottes, les études sédimentologiques, les diagraphies) à cinq géologues de réservoir de compagnies différentes. Le résultat est présenté sur le côté gauche de la Fig. 9, un modèle layer-cake typique. Ces géologues n’ignoraient pas que la réalité était différente, mais comme ils étaient incapables de fournir une justification quantifiée, toute autre représentation possible était refusée par les ingénieurs de réservoir. La réalité est présentée sur le côté droit de la Fig. 9, avec tous les puits, et en utilisant les observations faites dans la falaise adjacente. L’impact de chacune des deux interprétations en terme économique est évident.

Le principal problème était de déterminer les paramètres adéquats pour la quantification parmi les très nombreux possibles. Il apparut très rapidement que seule la stratigraphie séquentielle pouvait le résoudre. Depuis les travaux antérieurs de Sloss 〚109〛, 〚110〛 and 〚111〛, Wheeler 〚133〛 and 〚134〛, Swift 〚117〛, la stratigraphie séquentielle n’avait pas cessé de progresser 〚17〛, 〚19〛, 〚26〛, 〚28〛, 〚29〛, 〚36〛, 〚37〛, 〚38〛, 〚45〛 and 〚123〛, avec un accent porté sur la très haute résolution 〚24〛, 〚46〛 and 〚47〛 et elle continue d’évoluer, avec les travaux orientés vers la caractérisation de réservoir 〚120〛 and 〚121〛. Les études en stratigraphie séquentielle requièrent une définition précise des faciès sédimentologiques (Reineck et Singh 〚106〛 et Reading 〚105〛). La méthode a été très bien décrite par Homewood et al. 〚39〛. Le pouvoir prédictif de la stratigraphie séquentielle pour la localisation spatiale et la géométrie des corps sédimentaires dans la séquence de dépôt, l’élaboration des outils quantitatifs et de modélisation a été démontrée dès 1987 〚22〛 and 〚23〛, alors que la lithostratigraphie était toujours utilisée. Les descriptions sédimentologiques pouvaient être parfaites, mais les corrélations étaient fausses (Fig. 10). Les corrélations lithostratigraphiques représentées en haut de la figure conduisent à une continuité erronée des bons réservoirs, alors qu’il n’y a pas de connexions entre les puits dans la réalité (partie inférieure de la figure, corrélations basées sur les lignes-temps). En général, comme l’a écrit Lafont 〚52〛, les corrélations doivent débuter en s’appuyant sur les faciès les plus distaux, correspondant aux surfaces d’inondation maximum, puis en comparant les modèles d’empilement vertical.

Ce projet a été mené en étroite association avec les géostatisticiens du Centre de géostatistique de l’École des mines de Paris (Matheron, Galli, Beucher, de Fouquet). Les bases de la méthode de simulation ont été relativement vite obtenues 〚11〛, 〚20〛, 〚25〛, 〚35〛, 〚65〛, 〚66〛, 〚90〛, 〚101〛, 〚102〛 and 〚108〛. Un outil de quantification était évident : les variogrammes pour la distribution spatiale des lithofaciès, mais les géostatisticiens voulaient aussi des valeurs quantifiées de ces lithofaciès. Pour ceci, un outil spécifique a été créé : les courbes de proportion 〚104〛 and 〚126〛 (Fig. 12). Ces courbes de proportion peuvent être calculées parallèlement ou perpendiculairement à un niveau de référence correspondant à un niveau de dépôt paléohorizontal. Cet outil a très vite montré sa puissance pour contrôler les corrélations et pour l’analyse en terme de stratigraphie séquentielle, voire pour la reconnaissance des environnements de dépôt (Fig. 13). La Fig. 14 présente une courbe de proportion verticale, calculée en environnement de plate-forme pour une période inférieure à un million d’années dans le Tithonien. La dolomie (rose et rouge), décroît régulièrement vers le haut, mais présente cinq pics, qui indiquent des cycles d’environ 200 000 ans chacun. Courbes de proportion et variogrammes permettent le calcul de simulations stochastiques (Fig. 15). La méthode pour obtenir de telles simulations et le rôle de la stratigraphie séquentielle ont été considérablement améliorés depuis le début des années 1990 〚7〛, 〚8〛, 〚21〛, 〚27〛, 〚87〛 and 〚92〛. Des simulations sont maintenant réalisées avec des méthodes pixel, booléennes ou mixtes, stationnaires ou non stationnaires, et contraintes par les données sismiques.

 Futur

Un grand nombre d’études en stratigraphie séquentielle haute résolution et dédiées à la caractérisation de réservoir ont été effectuées depuis 1986. Cependant, les affleurements étudiés l’ont été en fonction de leur qualité d’analogues potentiels de réservoirs souterrains. Il semble important de mener maintenant des études systématiques dans le cadre des cycles d’ordre 2, car cet ordre conditionne la géométrie d’ensemble des cycles d’ordre 3 (Fig. 16 〚41〛, appuyé ici sur les travaux de Arnaud-Vanneau 〚1〛 et Arnaud 〚2〛). Les hétérogénéités internes, les évolutions verticale et latérale de faciès, dépendent de la situation des séquences dans ce large cycle. L’espace disponible est très lié à l’eustatisme, qui est un des facteurs de contrôle prédominant pour la géométrie et la distribution des faciès (Fig. 17). De telles études systématiques devraient se focaliser sur les points extrêmes des cycles de second ordre et décrire l’évolution de la signature sédimentaire quand les niveaux de la mer montent simultanément aux ordres 2 et 3, puis à l’ordre 4, puis quand ils sont en opposition de phases, puis lors des baisses de niveaux, etc. (Fig. 18). Ces études devraient renforcer la fiabilité et la précision des modèles déterministes, comme celui développé par Granjeon (Fig. 19) 〚30〛, 〚31〛 and 〚32〛. La Fig. 20 montre sur la charte IUGS la localisation temporelle des récentes études effectuées à l’IFP en termes de stratigraphie séquentielle haute résolution. Une grande partie des périodes a été étudiée. Cependant, si chaque étude est replacée sur une carte paléogéographique (par exemple, Fig. 20), il apparaît clairement que peu d’environnements ont été étudiés. Les travaux futurs ne doivent pas seulement explorer la succession des cycles, mais tenir compte aussi de la situation latitudinale, des contextes tectoniques, etc., de façon à établir des lois générales à l’échelle mondiale.

 Conclusion

La Société, les mondes académiques et industriels ont de plus en plus besoins d’informations quantifiées sur les bassins sédimentaires, avec une résolution temporelle accrue et une définition précise des paléoenvironnements pour disposer de modèles déterministes encore plus performants. Les données étant rares, éparses, la réponse à ce besoin ne pourra se faire que par des études en stratigraphie intégrée, incluant toutes les disciplines : paléontologie, micropaléontologie, sédimentologie, géochimie, magnétisme, sismique, mathématiques, etc. Les résultats escomptés ne concerneront pas uniquement la stratigraphie, mais ils contribueront au développement de chacune des disciplines, et plus particulièrement de la paléontologie et de la micropaléontologie, qui constituent les disciplines principales pour l’évolution de la vie et la compréhension/prédiction des environnements.

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Problems encountered by the reservoir engineer 〚87〛 and 〚92〛. The well data in the possession of the reservoir engineer are 1D and widely spaced. With these data, it is very difficult to reconstruct the real image (at right). At this scale (about 100 m thickness), only a rigorous sequence stratigraphy and high-resolution analysis can help to differentiate between the genetically homogeneous series, to evaluate the hiatuses and erosion unconformities, and to identify the marker horizons of the deposition palaeo-horizontals.

Problèmes rencontrés par l’ingénieur de réservoir 〚87〛 and 〚92〛. Les données de puits dont dispose l’ingénieur de réservoir sont 1D et très espacées. Il est très difficile à partir de ces données de restituer l’image réelle (à droite). À cette échelle (environ 100 m d’épaisseur), seule une analyse en stratigraphie séquentielle rigoureuse et haute résolution permet de différencier les séries homogènes génétiquement, d’évaluer les hiatus et les discordances d’érosion et de reconnaître les horizons marqueurs de paléo-horizontales de dépôt.

Comparison of two reservoir schemes obtained before and after consideration of the calcrete level as a datum level 〚67〛 and 〚87〛. The right-hand figure corresponds to the reservoir image used by the company to construct the flow simulation models. The datum level used for the calculations was the base of the Sinemurian. All the wells (about 35) were cored continuously and produced a highly complete set of logs. The analysis and sedimentological description had been extremely thorough. The problem that soon emerged was the inability to fit the model to the operating results and dynamic simulations. The right-hand figure was made possible by the consideration of calcrete levels (about some centimetres) as correlation levels. These very fine levels had been clearly been observed, but having no reservoir related property, had been ignored. Their importance was demonstrated in the study of the Almedina site, which had been selected as an analogue for the study of this field. A comparison of the two figures reveals the meaninglessness of the calculations made in parallel and perpendicular to the initial datum level, because in reality (left hand figure), these calculations concerned stratigraphically different series and could even intersect unconformities, whereas they must be made in a precise stratigraphic context.

Comparaison des deux schémas de réservoir obtenus avant et après la prise en compte d’un niveau de calcrète comme niveau de référence 〚67〛 and 〚87〛. Le schéma de droite correspond à l’image du réservoir utilisée par la compagnie pour l’établissement des modèles de simulation d’écoulement. Le niveau de référence utilisé pour les calculs était la base du Sinémurien. Tous les puits (environ 35) étaient carottés en continu et disposaient d’un jeu de diagraphies très complet. L’analyse et la description sédimentologique avaient été très poussés. Le problème qui apparut rapidement était l’impossibilité de caler ce modèle avec les résultats d’exploitation et des simulations dynamiques. Le schéma de droite a été rendu possible par la prise en compte des niveaux de calcrète (de l’ordre de quelques centimètres) comme niveaux de corrélation. Ces niveaux très fins avaient bien été observés, mais, ne possédant aucune propriété liée au réservoir, avaient été occultés. Leur importance a été mise en évidence dans l’étude du site d’Almédina, qui avait été choisi comme analogue pour l’étude de ce champ. On peut constater, en comparant les deux figures, le non-sens des calculs effectués parallèlement et perpendiculairement au niveau de référence initial, puisque dans la réalité (figure de gauche) ces calculs portent sur des séries stratigraphiquement différentes et peuvent même recouper des discordances, alors qu’ils doivent être effectués dans un contexte stratigraphique précis.

Chronostratigraphic chart (modified from 〚116〛).

Schéma chronostratigraphique (d’après 〚116〛, modifié).

Cap-Ferret, succession of seismic facies observed in deposits resulting from a pull-apart (after 〚86〛 and 〚93〛). On the profile (CF110), the unit bounded by the orange contours shows the evolution of the sedimentary dynamics after a massive pull-apart (lower profile). From upstream to downstream (or from right to the left of the figure) are successively observed a body A, in which the reflection fragments are still visible, attesting to the incomplete fracturing of the pull-apart body, then a body B, in which only the chaotic reflections are visible, attesting to the complete remobilisation of the material, and finally a body C, well organised, with a fan shape in the upstream direction resulting from a sedimentation in density surge processes. This unit appears to be multiphase in detail.

Succession des faciès sismiques observés dans les dépôts résultant d’un arrachement (d’après 〚86〛 and 〚93〛). Sur le profil CF110, l’ensemble limité par les contours orange montre l’évolution de la dynamique sédimentaire après un arrachement en masse (profil inférieur). De l’amont vers l’aval (soit de la droite vers la gauche de la figure) sont successivement observés un corps A, où des fragments de réflexion sont encore visibles, témoignant de la fracturation incomplète du corps arraché, puis un corps B, où seules des réflexions chaotiques sont visibles, témoignant de la complète remobilisation du matériel et, enfin, un corps C, bien organisé, avec une forme en éventail vers l’amont, résultant d’une sédimentation dans des processus de bouffée turbide. Cet ensemble apparaît pluriphasé dans le détail.

Bahamas, transition from a completely destructured sliding body to an organised body (after 〚87〛, 〚93〛 and 〚94〛). The reflections are completely chaotic in the slip front, attesting to completely fractured material. These reflections are reorganised eastward, reflecting the deposition of a completely remobilised material replaced in suspension.

Bahamas, transition du corps glissé entièrement déstructuré à un corps organisé (d’après 〚87〛, 〚93〛 and 〚94〛). Les réflexions sont entièrement chaotiques dans le front de glissement, témoignant d’un matériel entièrement fracturé. Ces réflexions se réorganisent vers l’est, témoignant ici du dépôt d’un matériel entièrement remobilisé et remis en suspension.

Evolution of a surge type and sedimentation associated with the different phases (after 〚87〛). The upper part shows the evolution of a surge type (characterised by the flow of a finite quantity of dense fluid). Note the formation of the hydraulic jump at the slope break of which the energy is considerable (serves to tear off pebbles from the substratum); many slope breaks generally exist in a margin or canyon profile. Note also in stage 5 the presence of a fluid tongue in front of the surge and under it while protecting the substratum from erosion. The lower part shows the deposits corresponding to each one of the flow phases.

Évolution d’une bouffée turbide et sédimentation associée aux différentes phases (d’après 〚87〛). La partie supérieure montre l’évolution d’une bouffée turbide (caractérisée par l’écoulement d’une quantité finie de fluide dense). Il faut noter la formation du ressaut hydraulique à la rupture de pente, dont l’énergie est considérable (elle permet d’arracher les galets mous au substratum) ; il existe généralement de nombreuses ruptures de pente dans un profil de marge ou de canyon. Il faut noter, aussi à l’étape 5, la présence d’une langue de fluide à l’avant de la bouffée et sous celle-ci, qui protège le substratum de l’érosion. La partie inférieure montre les dépôts correspondant à chacune des phases de l’écoulement.

Gravity deposits observed on seismic marine data (Cap-Ferret) and on outcrops (Annot s.l.) (after 〚87〛). The field-seismic comparisons helped to propose possible interpretations of certain configurations (which also depend on the available material). Inset A in the seismic profile shows the terminations of the high amplitude, sub-horizontal reflections in onlap against the inclined low-amplitude reflections. The analogy with photograph A (Chalufy) suggests a deposit of sandstones against slope clays. Insets A and D on the seismic profile again show high amplitude sub-horizontal reflections, which can be interpreted as relatively massive sandstone deposits by comparison with photographs C (summit of la Blanche) and D (Avalanche Mountain). Inset B shows high-amplitude, sub-horizontal reflections eroded and overlain by chaotic reflections. The latter were normally interpreted as ‘high-energy’ deposits, and hence potentially rich in sand. The comparison with photograph B (Black Head) shows that it could be mainly argillaceous deposits and hence without any reservoir property. The vertical sizes of photographs and of the seismic profile are relatively comparable (about 500 m for inset A, 200 m for photographs A, C and D, 400 m for photograph B.

Dépôts gravitaires observés en sismique (Cap Ferret) et sur affleurements (Annot s.l.) (d’après 〚87〛). Les comparaisons terrain–sismique permettent de proposer des interprétations possibles de certaines configurations (ce qui dépend aussi du matériel disponible). L’encadré A sur la sismique montre des terminaisons de réflexions de forte amplitude, sub-horizontales, en onlap, contre des réflexions inclinées, de faible amplitude. L’analogie avec la photo A (Chalufy) suggère un dépôt de grès contre des argiles de pente. Les encadrés A et D sur la sismique montrent de nouveau des réflexions de forte amplitude, sub-horizontales, qui peuvent être interprétées comme des dépôts de grès relativement massifs par comparaison avec les photos C (cime de la Blanche) et D (montagne de l’Avalanche). Enfin, l’encadré B montre des réflexions de forte amplitude, sub-horizontales érodées et recouvertes par des réflexions chaotiques. Ces dernières étaient classiquement interprétées comme des dépôts de « haute énergie » et donc potentiellement riches en sable. La comparaison avec la photo B (Tête Noire) montre qu’il peut s’agir de dépôts principalement argileux et donc sans aucune propriété de réservoir. Les tailles verticales des photos et du profil sismique sont relativement comparables (environ 500 m pour l’encadré A, 200 m pour les photos A, C et D, 400 m pour la photo B).

A channel-levee system of the Indus (after 〚87〛 and 〚90〛). It is primarily important to observe the vertical and horizontal scales. The upper profile is located just before the platform/slope break, at nearly 200 m depth. The present canyon has its maximum depth at this point (about 1500 m). The three yellow, green and red pickings show the western margin of the three main systems of previous canyons that migrated from west to east (Coriolis force? Impact of the uplift of the Murray ridge?). The lower profile shows two channel-levee systems, one levee of up to 1000 m at its maximum thickness. Other channel-levee systems are visible below. Note the doublet of reflections draping each one of these units and which corresponds to the period of starvation of the inputs.

Un système chenal–levées de l’Indus (d’après 〚87〛 and 〚90〛). Il est important, en premier lieu, de noter les échelles verticale et horizontale. Le profil supérieur est situé juste avant la rupture plate-forme/pente par près de 200 m de profondeur. Le canyon actuel y présente sa profondeur maximum (environ 1500 m). Les trois pointés jaune, vert et rouge marquent la bordure occidentale des trois systèmes principaux de canyons antérieurs, qui migrent de l’ouest vers l’est (force de Coriolis ? impact de la surrection de la ride de Murray ?). Le profil inférieur montre deux systèmes de chenaux-levées, une levée pouvant atteindre 1000 m à son épaisseur maximum. D’autres systèmes chenaux–levées sont visibles au-dessous. On notera le doublet de réflexions qui drape chacun de ces ensembles et qui correspond à la période de starvation des apports.

Example of conventional ‘layer-cake’ type of correlation to be compared with the real section 〚87〛 and 〚90〛. Wells 2 and 10 (left) were supplied to reservoir geologists of five different companies. They all more or less made the correlations shown in this diagram, most of them being aware that these correlations did not reflect reality. However, lacking any means to quantitatively justify more thorough interpretations, in order to satisfy the next user (the reservoir engineer), they had to furnish this type of correlation to supply the ‘layer-cake’ models. The image on the right corresponds to reality (nine wells plus the image of the cliff located 10 m before the well line). Note the considerable increase in good reservoirs (clean sandstones shown in red), including the appearance of two levels that were previously nonexistent. This type of prediction is nonetheless possible with the analysis of the high-resolution sequence stratigraphy data and the results can be quantified to supply stochastic models. The argillaceous sandstones are coloured orange, silty clays are coloured yellow and clay is represented white.

Exemple de corrélation de type layer-cake classique, à comparer à la section réelle 〚87〛 and 〚90〛. Les puits 2 et 10 (schéma de gauche) ont été fournis à des géologues de réservoir de cinq compagnies différentes. Tous ont à peu près effectué les corrélations montrées sur ce schéma, la plupart d’entre eux étant conscients que ces corrélations ne reflétaient pas la réalité. Cependant, n’ayant aucun moyen de justifier de façon quantitative des interprétations plus poussées, ils devaient, pour satisfaire l’utilisateur suivant (l’ingénieur de réservoir), fournir ce type de corrélation afin d’alimenter les modèles dits layer-cake. L’image à droite correspond à la réalité (neuf puits, plus l’image de la falaise située 10 m devant la ligne de puits). On notera l’augmentation considérable des bons réservoirs (grès propres notés en rouge), dont l’apparition de deux niveaux, inexistants auparavant. Ce type de prédiction est cependant possible avec l’analyse des données en stratigraphie séquentielle haute résolution et les résultats peuvent être quantifiés pour alimenter des modèles stochastiques. Les grès argileux sont coloriés en orange, les argiles silteuses en jaune et l’argile en blanc.

Comparison between lithostratigraphy and sequence stratigraphy correlations. Even if the sedimentological description was accurate, such lithostratigraphy correlations were often carried out and still frequent 10 years ago. They were responsible of the creation of a certain number of ‘Formations’ such as the BRENT one. It is easy to see that these correlations were introducing reservoir management problems regarding to the reality provided by sequence stratigraphy correlation based on time lines (after 〚24〛).

Comparaison entre les corrélations lithostratigraphiques et de stratigraphie séquentielle. Même si la description sédimentologique était précise, de telles corrélations lithostratigraphiques ont souvent été réalisées, et de manière encore fréquente il y a 10 ans. Elles étaient responsables de la création d’un certain nombre de « formations », telles que celle appelée BRENT. Il est facile de réaliser que ces corrélations introduisaient des problèmes de gestion de réservoirs, si l’on s’en tient à la réalité, traduite par la corrélation de stratigraphie séquentielle basée sur les lignes de temps (d’après 〚24〛).

Sequence Stratigraphy, correlation model (after 〚52〛 and 〚86〛). The first correlation is made on the most distal facies after having reconstructed the general stacking motifs (from distal to proximal). The subsequent peaks are then correlated so as to underscore the hiatus.

Stratigraphie séquentielle, modèle de corrélation (d’après 〚52〛 and 〚86〛). La première corrélation est effectuée sur le faciès le plus distal, après avoir reconstitué les motifs généraux d’empilement (du distal vers le proximal). Les pics suivants sont ensuite corrélés, permettant ainsi de souligner les lacunes.

Horizontal and vertical proportion curves 〚87〛 and 〚92〛. At the top left are shown five wells discretised into lithotypes that serve to calculate the proportion curves. The case shown here is simple: isopach series without erosional unconformity either at the top or at the wall. The level that serves as a datum (deposition palaeo-horizontal at the scale of the site) is generally selected along a flooding surface, if possible maximum. The horizontal proportion curve (at bottom left) is calculated by summating the lithotypes along a vertical (in the sequence or unit analysed) and ordered according to their appearance in the sequence. This curve helps to identify problems of correlation and the stationary or non-stationary character of the deposits. The vertical proportion curve is obtained by calculating the percentage of each lithotype level by level (parallel to the datum level).

Courbes de proportion horizontale et verticale. En haut à gauche sont représentés les cinq puits discrétisés en lithotypes, qui vont servir au calcul des courbes de proportion. Le cas présenté ici est simple : série isopaque, sans discordance d’érosion, ni au toit ni au mur. Le niveau qui sert de référence (paléo-horizontale de dépôt à l’échelle du site) est généralement choisi le long d’une surface d’inondation, si possible maximum. La courbe de proportion horizontale (en bas à gauche) est calculée en sommant les lithotypes le long d’une verticale (dans la séquence ou l’unité étudiée) et ordonnés selon leur apparition dans la séquence. Cette courbe permet de mettre en évidence les problèmes de corrélation et le caractère stationnaire ou non des dépôts. La courbe de proportion verticale est obtenue en calculant niveau par niveau (parallèlement au niveau de référence) le pourcentage de chaque lithotype.

Top: signature on a proportion curve of two meandering fluvial systems deposited with different accommodation rates 〚67〛 and 〚87〛. The order and colours of the facies are as follows: red, clean sandstone, orange, argillaceous sandstone, yellow, silty clays, pale green, ‘plug’ clays, dark green, alluvial plain clays, blue, lacustrine limestones. The unit between 95 and 100 m shows proportions of clean sandstones and argillaceous sandstones, with a symmetrical shape with respect to a horizontal axis at about 97 m. This signature is characteristic of meandering systems deposited during a period in which accommodation is high. The unit of the same facies of the portion between 100 and 107 m reveals a very asymmetrical form, with a very high proportion of clean sandstones from the contact with the limestones, which then steadily decreases. This signature is characteristic of amalgamated meandering systems deposited during a period of low accommodation. Bottom: ground section subdivided every 10 m into pseudo-wells 〚67〛 and 〚87〛. The field data were first quantified in detail to obtain a reliable database for different environments and for subsequent calculations of the proportion curves and variograms. The image shown here is an extract of the 4 km of cliff that were digitised every 4 km. This database served to plot the previous proportion curve (same key). Note that if only a few wells had been available, the correlation most frequently made of the upper unit would have revealed sandstone unconformities in the bottom portion and a plain summit displaying a clear contact with the clays. Here also, only a detailed analysis in facies sedimentology and sequence stratigraphy serves to differentiate between the ‘plug’ clays and the flood plain clays, and to assign due importance to the lacustrine limestone level as the datum level.

En haut : Signature sur une courbe de proportion de deux systèmes fluviatiles méandriformes, déposés avec des taux d’accommodation différents 〚67〛 and 〚87〛. L’ordre et les couleurs des faciès sont les suivants : rouge, grès propres, orange, grès argileux, jaune, argiles silteuses, vert pâle, argiles de plug, vert foncé, argiles de plaine alluviale, bleu, calcaires lacustres. L’ensemble situé entre 95 et 100 m montre des proportions de grès propres et des grès argileux, avec une allure symétrique par rapport à un axe horizontal situé environ à 97 m. Cette signature est caractéristique de systèmes méandriformes déposés pendant une période où l’accommodation est forte. L’ensemble des mêmes faciès de la partie comprise entre 100 et 107 m montre une forme très asymétrique, avec une très forte proportion de grès propres dès le contact avec les calcaires, qui décroît ensuite régulièrement. Cette signature est caractéristique de systèmes méandriformes amalgamés déposés pendant une période où l’accommodation est faible. En bas : coupe de terrain, subdivisée tous les 10 m en puits fictifs 〚67〛 and 〚87〛. Les données de terrain ont été au début quantifiées de façon très détaillée, pour obtenir une base de données fiables pour différents environnements et pour les calculs ultérieurs des courbes de proportion et des variogrammes. L’image représentée ici est un extrait des 4 km de falaise qui ont été numérisés tous les 4 km. Cette base de données a servi à l’établissement de la courbe de proportion précédente (même légende). Il est à noter que, si seuls quelques puits avaient été disponibles, la corrélation la plus fréquemment effectuée de l’ensemble supérieur aurait montré des discordances des grès à la partie inférieure et un sommet plan, avec un contact franc avec les argiles. Là encore, seule une analyse détaillée en sédimentologie de faciès et en stratigraphie séquentielle permet de différencier les argiles de plug des argiles de plaine d’inondation et d’accorder toute son importance au niveau de calcaire lacustre comme niveau de référence.

Proportion curves obtained from (1) core data, (2) electrofacies 〚87〛. The sector investigated has more than 150 wells. Only nine were cored continuously in the considered interval. The left-hand figure shows the vertical proportion curve obtained with the lithofacies. These nine wells were insufficient to constrain the simulations required on the overall sector (25 × 25 km). It was therefore necessary to use the available logs in the other wells and to determine the electrofacies. The challenge was a severe one, because the tools and techniques had never been employed in such series. The result was conclusive: the right-hand figure shows the proportion curve calculated with 15 randomly distributed wells over the entire sector. The similarity is remarkable, particularly in the evolution of the forms and peak-to-peak. The timescale covered is less than one million years. The two figures show that the major sequence, underscored by the steady decrease in dolomite from the bottom upward, can be divided into six genetic units, with an approximate duration of less than 200 000 years. This precise subdivision only appeared with the statistical analysis. The study of the electrofacies has been accordingly extended to the entire sector (Fig. 16).

Courbes de proportions obtenues à partir (1) de données de carottes, (2) des électrofaciès. Le secteur étudié comporte plus de 150 puits. Seuls neuf ont été carottés en continu dans l’intervalle considéré. La figure de gauche représente la courbe de proportion verticale obtenue avec les lithofaciès. Ces neuf puits étaient insuffisants pour contraindre les simulations à effectuer sur l’ensemble du secteur (25 × 25 km). Il fallait donc utiliser les diagraphies disponibles dans les autres puits et déduire des électrofaciès. Le challenge était important, car les outils et techniques n’avaient jamais été employés dans de telles séries. Le résultat fut concluant : la figure de droite montre la courbe de proportion calculée avec 15 puits aléatoirement répartis sur l’ensemble du secteur. La similitude est remarquable, notamment dans l’évolution des formes et pic à pic. L’échelle de temps couverte est inférieure à 1 million d’années. Les deux figures montrent que la grande séquence, soulignée par la décroissance régulière de la dolomie du bas vers le haut, peut être divisée en six unités génétiques, de durée approximativement inférieure à 200 000 ans. Ce découpage précis n’apparaît qu’avec l’étude statistique. L’étude des électrofaciès a ainsi pu être étendue à tout le secteur (Fig. 16).

3D block representing the simulation in lithotypes 〚87〛. The simulation grid consists of 2.5 m-sided and 50 cm-high meshes. The orange zones are zones where reefs are present. The petrophysical properties of the matrix mainly influence the fluid content and the long-term evolution.

Bloc 3D représentant la simulation en lithotypes 〚87〛. La grille de simulation est constituée de mailles de 2,5 m de côté et de 50 cm de hauteur. Les zones en orange sont les zones où les récifs sont présents. Les propriétés pétrophysiques de la matrice influent principalement sur le contenu en fluide et sur l’évolution à long terme.

Second-order depositional model: application to the Early Cretaceous of the southern Vercors mountains (Hauterivian–Aptian, 132–112 Myr) 〚41〛. The shape and extension of each sequence group is clearly controlled by their location in the order-2 cycle.

Modèle de dépôt de deuxième ordre : application au Crétacé inférieur des monts du Vercors du Sud (Hauterivien–Aptien, 132–112 Ma) 〚41〛. La forme et l’extension de chaque groupe séquentiel sont clairement contrôlés par sa localisation dans le cycle d’ordre 2.

Top: landward stepping stacking pattern. Bottom: Seaward stepping stacking pattern. These figures show the variations in geometry and facies partitioning in order-3 sequences, even if the overall environment is similar 〚22〛.

En haut : schéma d’empilement vers les terres. En bas : schéma d’empilement vers la mer. Ces figures montrent des variations de géométrie et de répartition de faciès dans les séquences d’ordre 3, même si l’environnement global est similaire 〚22〛.

Order-2 (5–50 Myr), 3 (0.5–5 Myr) and 4 (0.1–0.5 Myr) extreme parts. This figure shows what could be specific studies for stratigraphic evolutions and deterministic modelling in examining the sedimentary response when the curves corresponding to the different orders are in phase, and in phase opposition.

Parties extrêmes d’ordres 2 (5–50 Ma), 3 (0,5–5 Ma) et 4 (0,1–0,5 Ma). Cette figure montre ce que pourraient être des études spécifiques d’évolutions stratigraphiques et la modélisation déterministe en examinant la réponse sédimentaire quand les courbes correspondant aux différents ordres sont en phase et en opposition de phase.

Deterministic modelling 〚32〛.

Modélisation déterministe 〚32〛.

Upper Mesozoic and Cainozoic reservoir characterisation studies carried out in IFP in term of sequence stratigraphy (based on IUGS chart).

Études de caractérisation de réservoirs Mésozoïque supérieur et Cénozoïque réalisées à l’IFP en termes de stratigraphie séquentielle (basées sur la charte de l’IUGS).

Late Cretaceous studies carried out in IFP in term of sequence stratigraphy (from C.R. Scotese, CD-Rom on palaeogeographic map archive, 2001, Paleomap project). The two green arrows show that few areas have been investigated and show the necessity to perform other works in different latitudes and tectonic contexts.

Études sur le Crétacé supérieur réalisées à l’IFP en termes de stratigraphie séquentielle (d’après C.R. Scotese, CD-Rom sur l’archive de la carte paléogéographique, 2001, projet Paleomap). Les deux flèches vertes montrent que peu de surfaces ont été étudiées et établissent la nécessité de réaliser d’autres travaux sous des latitudes et dans des contextes tectoniques différents.