The Bolivian Source Rocks. Sub Andean Zone. Madre de Dios. Chaco

Les roches mères de Bolivie. Subandin. Madre de Dios. Chaco

¹ YPFB
² Institut Français du Pétrole

Abstract

A complete study of source-rock geochemical data has been carried out for the Bolivian foothills and foreland (Sub Andean Zone, Chaco and Madre de Dios) in order to quantify the petroleum potential of the area. Overall available data have been compiled in a database, and a synthesis of the results is presented here. Besides the classical mid-Devonian source rocks (Tequeje Fm in the north, Limoncito Fm in the center and Los Monos Fm in the south), others may be just as important : theTomachi Fm (late Devonian) in the north of the country and the Copacabana Fm. (late Carboniferous-early Permian) in the northern Sub Andean Zone. Both present an excellent potential with S2 up to 40 mg HC/g and average values larger than 10 mg HC/g on few hundred meters. The latest Cretaceous (Flora Fm in the northern Sub Andean Zone) also presents locally a high potential but has almost no influence, its thickness being quite reduced. Almost all the source rocks matured during the Neogene due to the subsidence in the Andean foreland and, locally, in the piggyback basins, and are thus involved in the current petroleum system. Silurian and Lower Paleozoic units also contain thick shale beds, but these source rocks were mature before the Jurassic in most of the country, except in the Chaco, the Boomerang and the central Sub Andean Zone, where the Silurian is not nowadays overmature and may play an important role. The different zones are compared based on their Source Potential Index (SPI) which indicates that the richest areas are the northern Sub Andean Zone and the Madre de Dios basin with SPI greater than 10 t/m². Since these two areas remain almost unexplored and, at least for the northern Sub Andean zone, present very large structures, these results allow to be optimistic about the possibilities for future exploration.

Résumé

Une base de données géochimiques a été mise en place entre 1994 et 1995 à YPFB (Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos) afin de regrouper les connaissances sur les roches mères de Bolivie. Ce travail a été fait dans le cadre de la convention de coopération qui lie depuis 1987 YPFB et l'ORSTOM - Institut Français de Recherche Scientifique pour le Développement en Coopération. L'établissement de cette base de données a permis une synthèse du potentiel pétrolier du pays, la partie concernant le bassin de Madre de Dios, la zone subandine et le Chaco, c'est-à-dire toute la zone potentiellement pétrolière du pays, hors Altiplano, est ici présentée. La base contient actuellement les analyses d'un peu plus de 3000 échantillons. Les roches mères sont Paléozoïques et se sont déposées dans un contexte de bassin d'avant-pays; celui ci s'étendait sur la cordillère ainsi que sur l'avant-pays actuel du Silurien au Permien. Le bassin, restreint initialement à la zone sud-ouest, s'est ensuite étendu vers le nord. La bordure ouest n'est pas connue, elle devait se situer au niveau de l'Altiplano actuel. La bordure est correspond au bouclier Brésilien affleurant actuellement à l'est du pays et sur laquelle se biseaute le Paléozoique. La sédimentation est marine, il s'agit d'une plate-forme carbonatée s'approfondissant au Carbonifère. De nombreuses évidences de diamectites et de figures de resédimentation ont été notées à partir de la fin du Dévonien. Le Trias marque la fin de ces dépôts et se caractérise par une érosion, sans doute due à une phase de rifting avortée. La sédimentation Jurassique et Crétacée est presque toujours continentale et souvent éolienne, il n'y a pas de structuration marquée. Au nord, dans la zone de Madidi, les dépôts du Crétacé terminal (Maestrichian) montrent des intercalations marines riches en matière organique (Fm Flora), alors que son équivalent au centre et au Sud (Fm Cajones) est purement gréseux. Le soulèvement de la cordillère orientale démarre à la fin de l'Oligocène (27 Ma, Sempere et al. , 1990) et le front de compression se déplace ensuite vers l'est. De l'Oligocène terminal au Miocène moyen, la zone subandine actuelle se situe en position d'avant-pays avec une sédimentation restreinte et ne commence à se structurer qu'au Miocène supérieur (11 Ma). Les épais dépôts dans le bassin d'avant-pays ainsi que dans les bassins intramontagneux de type piggyback s'étendent du Miocène à l'Actuel. Bien que continentaux ils ont pu être datés par des tufs. Tous les pièges connus sont structuraux et liés à la déformation actuelle. La roche mère classique de la Bolivie est le Dévonien moyen, formation Tequeje au nord, Limoncito au centre et Los Monos au sud mais d'autres intervalles sont, localement, très importants. Madre De Dios Dans le nord du pays, cinq puits ont été forés dans le bassin de Madre de Dios; ils ont révélé un potentiel exceptionnel pour le Dévonien supérieur, Fm Tomachi, le potentiel pétrolier S2 enregistré atteint parfois 80 mg HC/g et une moyenne de 22 mg HC/g est prouvée sur 250 m. La région n'est pas affectée par la compression andine et il est difficile de définir des structures dans cette zone amazonienne où la végétation est très dense et donc les lignes sismiques coûteuses. Néanmoins le SPI (Source Potential Index) de la zone dépassant les 20 t/m², l'exploration continue bien que les découvertes certifiées ne soient pas encore économiquement importantes. Sub Andin Nord Dans le Sub Andin Nord, la richesse du Dévonien supérieur n'est pas prouvée mais le Dévonien moyen contient un potentiel moyen (S1+S2 initial de 3 mg HC/g) sur environ 800 m. Dans le centre de cette zone, 2 puits ont été forés, Lliquimuni et Tacuaral, qui n'ont pas atteint leurs objectifs du fait de la complexité des structures mais ont prouvé le potentiel de la formation permienne Copacabana. Cette formation est souvent calcaire mais contient dans cette zone environ 300 m d'argile à sa base avec des S2 atteignant 40 mg HC/g et une valeur moyenne de 10 mg HC/g (fig. 9). Ce faciès riche en matière organique est relativement local, dans le basin de Madre de Dios ainsi que sur les bords du lac Titicaca, la formation Copacabana est essentiellement calcaire. Le Silurien n'existe pas au nord, ou est très mince, mais il s'épaissit rapidement vers le sud et son potentiel doit être pris en compte pour la zone d'Isoboro. L'épaisseur des argiles y dépasse 500 m et le potentiel initial est de l'ordre de 6 mg HC/g. Au sud du Sub Andin Nord, la formation Copacabana perd ses qualités de roche mère et les seules roches mères sont le Dévonien et le Silurien. Dans la zone de Madidi, le Crétacé peut aussi avoir ponctuellement une influence, les HI de la formation Flora sont très élevés (plus de 700) et les S2 enregistrés atteignent 17 mg HC/g mais ces argiles sont peu épaisses (environ 50 m) et sont plutôt vues comme une couverture au dessus des réservoirs Jurassique du Beu. Globalement toute la zone du Sub Andin nord possède un SPI de plus de 10 t/m² qui pourrait même être plus élevé si le faciès riche en matière organique du nord s'étend jusqu'au Sub Andin. Il faut noter que cette roche mère avait été initialement considérée comme Carbonifère inférieur (Fm Retama) et qu'il règne une certaine confusion dans les noms utilisés qui, selon les auteurs, sont basés sur des faciès lithologiques ou des limites d'étages établies sur des données de palynologie. D'excellentes, quoique éparses, analyses sur des roches mères Dévonien supérieur à Carbonifère inférieur dans les zones de Madidi et Lliquimuni permettent d'être optimiste sur la présence d'un intervalle plus riche que la moyenne du Dévonien. Centre Dans la zone du Boomerang et du Sub Andin central, la base du Dévonien présente un potentiel correct (S2 moyen de l'ordre de 6 mg HC/g sur une centaine de mètres) et l'ensemble des argiles dévoniennes est roche mère avec un potentiel médiocre (fig. 10). La série peut être très épaisse au sud et s'amincit au nord du fait du biseau du bassin paléozoïque. La géométrie du coude des Andes (Boomerang) est d'ailleurs déterminée par la présence de ce biseau majeur (amincissement de plus de 2000 m des dépôts paléozoïques). Le Silurien possède dans cette zone un potentiel meilleur qu'au nord et au sud avec des COT allant jusqu'à 5%. Le potentiel de chaque structure est fonction de sa position par rapport à ce biseau qui limite l'existence des roches mères et des réservoirs. Sud Dans le Sub Andin Sud, la série paléozoïque est complète (fig. 2) et n'a que très peu été érodée au Trias. Le potentiel du Silurien paraît plus faible que dans la zone centrale. Étant mature avant la fin du Paléozoïque il ne participe vraisemblablement pas au système pétrolier actuel. L'ensemble des argiles du Dévonien, formations Santa Rosa, Icla, Humampampa, Los Monos et Iquiri possède des qualités de roche mère similaires mais le pourcentage sable/argile varie selon les formations (fig. 12). Au total c'est la formation Los Monos, épaisse de 800 m dont la moitié sont des argiles, qui est quantitativement la roche mère la plus importante. Comme ce niveau est aussi un niveau de décollement, il arrive que l'épaisseur de la Fm. Los Monos dépassent les 1 500 m dans les anticlinaux, comme par exemple celui de Camiri (fig. 14). Tous les échantillons provenant de cette zone sont matures à overmatures et le potentiel initial n'est donc pas très bien défini. Un S2 moyen de 5 mg HC/g pour les argiles dévoniennes paraît réaliste, ce qui conduit à un SPI de 5 t/m² compte tenu des épaisseurs connues. Les réservoirs de cette zone se situent dans les sables du Dévonien ainsi que les grès du Carbonifère. Cette zone a été très explorée, 350 puits d'exploration; la plupart des anticlinaux ont montrés des indices d'hydrocarbures, ou même produisent. En terme de réserves, les champs sont de taille limitée, le plus grand de la zone a été Camiri avec une production cumulée depuis sa découverte dans les années 20 de 50 Mb. Il n'a pas encore été définitivement expliqué si ces relativement faibles réserves venaient de la médiocre qualité des roches mères ou de problèmes structuraux qui limiteraient la taille des réservoirs. De même, la grande quantité de gaz trouvée alors que les roches mères sont marines et réputées à huile reste à étudier. Une possibilité serait que les HC lourds générés initialement dans la roche mère n'aient pas été expulsés du fait d'un manque de charge et que la migration ne commence que quand des produits plus légers sont formés. Il en résulte un GOR anormalement élevé. A l'appui de cette hypothèse on enregistre souvent des surpressions (Perez, 1994) dans les argiles roche mère de la formation Los Monos quand elle est dans la fenêtre à huile. Avant pays La zone du Chaco a été assez peu forée, 12 puits sur le haut de Izozog dans les années 70 et 5 sur le bord est du bassin. Ces derniers n'ont pas rencontré de réservoirs et ont été secs bien que les données géochimiques montrent que le potentiel pétrolier du Dévonien et du Silurien reste le même que plus à l'ouest (fig. 11). De façon générale, dans la zone subandine, c'est la zone la moins prospective qui a pour l'instant été le plus forée. Le Sub Andin Nord et la cuenca Madre de Dios restent à explorer et présentent d'un strict point de vue du SPI, un excellent potentiel. Cette étude permet d'être optimiste quant à l'avenir pétrolier de la Bolivie.