Structure pore-microfracturée, porosité et propriété gazière des schistes profonds sous couplage lithofaciès-pression de formation

Pourquoi les tout petits espaces dans les roches profondes comptent

Bien en dessous du sud‑ouest de la Chine, le gaz enfermé dans des schistes noirs denses alimente habitations et industries. La quantité de gaz exploitable que contient un schiste — beaucoup ou presque rien — dépend en réalité de deux partenaires discrets : le type de roche et la pression qui la comprime. Cette étude examine les schistes profonds de la formation de Longmaxi dans le bassin du Sichuan pour voir comment la composition rocheuse et la pression souterraine conjuguent leurs effets pour créer — ou écraser — les espaces microscopiques qui stockent le gaz des schistes. Ses conclusions aident à expliquer pourquoi certains puits profonds sont très productifs tandis que d’autres, forés dans la même formation, déçoivent.

Différents types de schistes, différentes fondations

Les chercheurs ont d’abord classé les schistes de Longmaxi en trois lithofaciès principaux. Le schiste siliceux est riche en minéraux durs comme le quartz ; le schiste mixte mêle le quartz à davantage d’argiles ; et le schiste argileux est dominé par des minéraux argileux plus tendres et en feuillets. Ils ont ensuite analysé près de 100 carottes prélevées dans quatre puits forés à travers le bassin, à des profondeurs supérieures à 3 500 mètres et dans des conditions de pression allant de normale à fortement surgonflée. Pour chaque échantillon, ils ont mesuré le carbone organique (la source de génération de gaz), la composition minéralogique, la porosité (la part d’espace vide dans la roche) et la quantité de gaz effectivement présente à l’aide d’essais de désorption sur le terrain.

Comment la pression protège — ou détruit — l’espace poreux

Les images au microscope et les expériences d’adsorption de gaz montrent que la majeure partie de l’espace utile pour stocker le gaz des schistes se situe dans des pores de quelques milliardièmes de mètre et dans des microfractures extrêmement fines. Dans les schistes siliceux riches en matière organique, ces pores forment des réseaux en nid d’abeille à l’intérieur de la matière organique et entre les grains minéraux rigides. Une pression de formation élevée agit comme un étayage interne, aidant la roche à résister au poids des couches sus‑jacentes et à préserver cette micro‑architecture même à des enfouissements dépassant 4 000 mètres. En revanche, les schistes mixtes et argileux se déforment plus facilement. Lorsque les conditions de pression évoluent au cours du temps géologique — notamment lors du soulèvement, quand la surgonflement se perd — leurs pores s’effondrent, rétrécissent de tailles plus grandes à plus petites, et de nombreux espaces qui contenaient autrefois du gaz libre disparaissent.

Ce qui arrive au gaz quand les pores évoluent

Le gaz dans ces schistes existe sous deux formes principales : le gaz libre qui occupe les pores ouverts et les fractures, et le gaz adsorbé qui s’accroche en couches minces aux parois des pores, surtout dans la matière organique et les argiles. L’étude montre qu’à mesure que la porosité diminue, la teneur en gaz libre chute rapidement, en particulier dans les schistes argileux et mixtes, tandis que le gaz adsorbé diminue aussi mais de façon plus progressive. Dans les intervalles les plus favorables, siliceux et riches en organique, la teneur totale en gaz peut atteindre près de 19 mètres cubes par tonne de roche sous forte surgonflement. Là, les grains rigides de quartz et une forte teneur organique agissent de concert : le quartz aide à préserver la structure poreuse, tandis que la matière organique génère du gaz et offre de nombreux sites microscopiques de stockage. Les schistes argileux, en comparaison, tendent à présenter une faible teneur en organique, une mauvaise résistance à la compaction et les réseaux de pores les plus faibles, ce qui en fait de mauvais réservoirs même si leur étanchéité peut aider à sceller le gaz dans des couches voisines.

Profondeur, pression et type de roche agissant ensemble

En comparant de nombreux échantillons à travers les profondeurs et les conditions de pression, les auteurs montrent qu’aucun facteur isolé — ni la profondeur, ni la pression, ni la richesse organique seule — ne peut expliquer la quantité de gaz qu’un schiste profond retiendra. En dessous d’environ 3 000 mètres, une compaction accrue réduit régulièrement l’espace poreux, mais la surgonflement peut partiellement contrebalancer cette compression. Là où la surgonflement est maintenue et où la roche est riche en quartz et en matière organique, les pores et les fractures survivent mieux et le gaz est conservé. Là où la roche est riche en argile ou contient moins d’organique, une même histoire de pression conduit à une perte de pore beaucoup plus sévère. À mesure que la pression diminue plus tard dans l’histoire du bassin, la contribution des gros pores au stockage faiblit, tandis que les petits pores et les surfaces poreuses plus rugueuses deviennent relativement plus importants, même si la capacité globale diminue encore.

Ce que cela signifie pour le gaz de schiste futur

Pour un non‑spécialiste, le message clé est que le potentiel en gaz de schiste profond ne se résume pas à forer plus profond ni à trouver une forte pression. Les meilleurs réservoirs profonds de la formation de Longmaxi sont ces couches siliceuses riches en matière organique qui combinent un squelette minéral solide avec de nombreux pores et microfractures, et qui sont restées surgonflées pendant une grande partie de leur histoire. Les schistes mixtes et argileux perdent généralement à la fois l’espace poreux et le gaz lorsqu’ils sont comprimés puis dépressurisés. Comprendre ce partenariat subtil entre le type de roche et l’évolution de la pression aide les explorateurs à cibler les couches les plus susceptibles de fournir du gaz et à éviter des puits coûteux dans des roches qui, malgré des profondeurs et des âges similaires, ne peuvent tout simplement pas conserver leur espace de stockage microscopique.

Citation: Zhang, Y., Zhang, H., Zhang, L. et al. Pore-micro fracture structure, porosity and gas- bearing property of deep shale under lithofacies-formation pressure coupling. Sci Rep 16, 7303 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38352-7

Mots-clés: gaz de schiste, structure poreuse, pression de formation, bassin du Sichuan, formation de Longmaxi