The Cretaceous Source Rocks in the Zagros Foothills of Iran Les roches mères Crétacé de l'avant-pays du Zagros en Iran : un exemple de bassin intracratonique de grande dimension

• Main Authors: Bordenave M. L., Huc A. Y.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-11-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1995044
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189

Almost all the oil production of Iran is concentrated in a small portion of the Zagros orogenic belt, the 40,000 Sq km Dezful Embayment of the Khuzestan province. The accumulation of oil results from a Cretaceous/Tertiary petroleum complex which includes 6 source rock layers of unequal importance, i. e. the basal part of the Garau Formation (Neocomian), the Gadvan (Barremian), the Kazhdumi (Albian), the Ahmadi (Early Cenomanian), the Gurpi (Senonian) and the Pabdeh (Eocene). These layers generated 99% of the onshore Iranian oil reserves, trapped into two main reservoirs, the Asmari (Early Miocene) and Bangestan (Cenomanian) limestones which contained 330 billions barrels of original oil in place, corresponding to more than 7% of the current global reserves. This paper discusses the distribution of Cretaceous source rocks in the Iranian Foothills and the Iranian side of the Gulf, and the geological, oceanological and climatic factors which favored dysoxic to anoxic conditions and the deposition of organic-rich sediments. The impact of each of these source rocks on oil accumulations is also briefly considered. Among Cretaceous source rocks, two of them, the Neocomian Garau deposited over Lurestan, NE Khuzestan and the northeastern part of the Gulf, and the Albian Kazhdumi, deposited in the central part of the Dezful Embayment, have excellent characteristics with initial organic carbon sometimes higher than 10%, Hydrogen Indices (HI) in the 600 g HC/kg C range and maximum thickness in excess of 300 m. Their organic matter is mainly algal with high sulfur content, qualifying them as IIs type. They were deposited in well established depressions included in an overall shallow water intracratonic basin communicating with the Southern Tethys Ocean. These depressions became anoxic as the result of a water stratification caused by the conjunction of high stand waters, humid climate and the existence of a sill separating the depression from the open sea. On the contrary, the Gadvan and Gurpi Formations were deposited in poorly defined depressions where dysoxic conditions prevailed in few limited areas only, i. e. SE Khuzestan and NW Fars for the Gadvan and in a narrow NW-SE trough extending from Lurestan to North Fars for the Gurpi. In these areas, Gadvan and Gurpi have only marginal potentials, TOC values in the 1-2% range and HI varying from 150 to 400 g HC/kg C. The impact of the various source rocks is extremely variable. In Lurestan, rich Garau potential source rocks are seldom associated with valid traps. The basinal Oligosteginatight facies of the Sarvak remains most often associated with Garau facies, and the excellent Asmari reservoir is breached in the Lurestan structures as the result of the Lurestan uplift during Pliocene. Therefore, only few small fields are related to Garau source rocks, accumulated in the Sarvalk and Ilam, when deposited under a high energy facies in SE Lurestan. In Central and Southern Dezful Embayment, very prolific thick mature Kazhdumi source rocks associated with excellent reservoirs, very large structures and the efficient Gachsaran cap rock, formed one of the most efficient Petroleum Systems, which would account for the accumulation of more than 95% of the onshore Iranian oil in place. An impressive gathering of giant fields, namely Ahwaz, Agha Jari, Bibi Hakimeh, Gachsaran, Mansuri, Marun and Rag-e Sefid, located in an area of 40 000 Sq km, are originated from the Kazhdumi source rocks. The contribution of other Cretaceous source rocks, i. e. Gadvan and Gurpi, is assumed to be negligible, because of their poor characteristics and their limited areal extent. The Gurpi is immature or marginally mature in most of the study area, with the exception of the NE Khuzestan and the deeper synclinorial areas of Central Khuzestan, where it may have generated very limited amounts of oil. <br> La plus grande partie de la production pétrolière d'Iran est concentrée dans une petite partie de la chaîne du Zagros, constituée par les 40 000 km2 du Dezful Embayment , une zone déprimée située dans la province du Khuzistan. Les accumulations d'huile sont associées à un système pétrolier d'âge Crétacé/Tertiaire comprenant six niveaux roches mères d'importance inégale : la partie inférieure de la formation Garau (Néocomien) et les formations Gadvan (Barrémien), Ahmadi (Cénomanien inférieur), Gurpi (Sénonien) et Pabdeh (Eocène). Ces intervalles sont à l'origine de 99 % des réserves d'huile découvertes à terre en Iran et produites dans deux réservoirs principaux : les calcaires de l'Asmari (Miocène inférieur) et du Bangestan (Cénomanien). Ces réservoirs contiennent 330 milliards de barils en places, soit plus de 7 % des réserves mondiales actuelles. Cet article aborde le problème de la distribution des roches mères de l'avant pays iranien et de la partie iranienne du golfe Arabo-Persique. Les facteurs géologiques, océanologiques et climatiques favorisant la mise en place des conditions dysaérobiques et anaérobiques et le dépôt de sédiments riches en matière organique sont discutés. Le rôle de chacune de ces roches mères dans l'approvisionnement des accumulations d'huile est rapidement évoqué. Deux des roches mères Crétacé : la formation Garau déposée au Néocomien dans la région du Luristan, du nord-est du Khuzistan et de la partie nord-est du golfe Arabo-Persique et la formation Kazhdumi, déposée à l'Albien dans la partie centrale du Dezful Embayment, présentent un excellent potentiel pétrolier avec des valeurs initiales (avant maturation thermique) de carbone organique pouvant parfois dépasser 10%, des Index d'Hydrogène (IH) de l'ordre de 600 mg HC/g C et une épaisseur maximum supérieure à 300 m. La matière organique sédimentaire, d'origine algaire, contient de fortes teneurs en soufre, ce qui la qualifie comme un kérogène de type IIS. Ces roches mères se sont déposées dans les dépressions bien marquées faisant partie d'un bassin intracratonique peu profond en communication avec la Téthys. Ces dépressions ont acquis un caractère anoxique en réponse à une stratification des eaux favorisée par un haut niveau marin, un climat humide et l'existence d'un seuil séparant cette région de l'océan ouvert. En revanche, les roches mères des formations Gadvan et Gurpi se sont déposées dans des dépressions faiblement ébauchées où les conditions dysaérobiques ont pu s'établir. Ces roches mères ont des extensions limitées au sud-est du Khuzistan et au nord-ouest du Fars pour la formation Gadvan et au couloir étroit d'orientation nord-est s'étendant du Luristan au nord du Fars pour la formation Gurpi. Dans ces zones d'existence, les roches mères des formations Gadvan et Gurpi ont des potentiels pétroliers plus modestes avec des teneurs en carbone organique de l'ordre de 1 à 2 % et des Index d'Hydrogène compris entre 150 et 400 mg HC/g C. La contribution de ces différentes roches mères est extrêmement variable. Au Luristan, la roche mère Garau bien que présentant un fort potentiel est rarement associée avec des pièges efficaces : la formation Garau est associée le plus souvent à un faciès plus profond et argileux, peu perméable, du Bangestan : le faciès à Oligostigena . D'autre part, l'excellent réservoir de la formation Asmari est érodé dans le coeur des structures par suite du soulèvement du Luristan au Pliocène. En conséquence, seuls des petits champs associés à la roche mère Garau, situés dans la partie sud-est du Luristan se sont accumulés dans les formations Sarvak et Ilam quand ceux-ci correspondent à des faciès de haute énergie. Dans les parties centrales et méridionales du Dezful Embayment , la roche mère Kazhdumi, qui présente un fort potentiel et une maturité thermique adéquate, est associée à d'excellents réservoirs, à de très larges structures et à une couverture efficace de la formation Gachsaran et forme un système pétrolier extrêmement prolifique. Ce système pétrolier est responsable de l'accumulation de plus de 95 % de l'huile en place des champs à terre iraniens. Un nombre impressionnant de champs géants sont rassemblés sur une surface de 40 000 km2, notamment les champs de Ahwaz, Agha Jari, Bibi Hakimeh, Gachsaran, Mansuri, Marun et Rag-e-Sefid. Tous ont pour origine la roche mère Kazhdumi. La contribution des autres roches mères Crétacé est considérée comme négligeable en raison de leur faible potentiel et de leur extension limitée. La roche mère Gurpi est immature à faiblement mature dans la plupart de la zone étudiée, à l'exception du nord-est du Khuzistan et de zones synclinales profondes dans le Khuzistan central où elle a pu être à l'origine de petites quantités d'huiles accumulées.