Géochimie des eaux dans la région de Bozhi‑Dabei, bassin du Tarim, et implications pour l’accumulation de gaz naturel en profondeur

Pourquoi l’eau sous un gisement de gaz compte

Très profondément, sous des déserts et des massifs montagneux, d’immenses réserves de gaz naturel sont enfermées dans des roches à des kilomètres sous nos pieds. On pense généralement au gaz lui‑même, mais cette étude montre que l’eau piégée et produite avec le gaz peut agir comme une archive secrète. En lisant les empreintes chimiques et isotopiques de ces eaux dans le gisement de Bozhi–Dabei du bassin du Tarim en Chine, les auteurs reconstituent comment les pluies, les mers anciennes et la matière organique enfouie ont agi ensemble pendant des millions d’années pour remplir un vaste réservoir profond de gaz.

Deux types d’eaux souterraines très différents

Les chercheurs ont prélevé des eaux dans des puits forés à 4 à 7 kilomètres de profondeur dans des niveaux de grès crétacé. Ils ont constaté que toutes les eaux produites ne se valent pas. Une partie est de « l’eau de formation » qui séjourne dans les roches depuis des temps géologiques, chargée en sels dissous et autres ions. L’autre partie est de « l’eau condensée » qui se forme quand du gaz chaud se refroidit en remontant vers la surface, donnant un liquide beaucoup plus frais et dilué. En comparant la teneur en solides dissous totaux, les ions majeurs et les isotopes hydrogène‑oxygène, l’équipe a pu séparer l’eau de formation salée et ancienne de cette eau condensée plus légère, et identifier les puits où les deux se mêlent.

Des pluies et des couches salines à une saumure profonde

La chimie de l’eau de formation indique deux origines principales. La plupart a commencé comme eau de pluie et d’origine fluviale qui a infiltré la surface puis a circulé à travers d’épaisses couches de sel. En dissolvant ce sel, elle a enrichi sa composition en sodium et chlorure, devenant une saumure concentrée. Une part plus faible mais cruciale provient d’une eau de mer qui avait envahi la région aux temps triasique et jurassique. Cette eau de mer a ensuite évaporé et été piégée dans des boues riches en matière organique. Là, à mesure que la matière végétale enfouie se transformait en huile et en gaz, l’eau de porosité s’est enrichie en iode, un oligo‑élément fortement lié à la matière organique. Finalement, cette saumure riche en iode a migré vers le haut avec le gaz naturel jusqu’aux réservoirs gréseux.

Suivre l’iode pour retracer la migration du gaz

Parce que l’iode possède une forme radioactive à longue durée de vie, l’iode‑129, il peut servir d’horloge naturelle. Les auteurs ont mesuré l’iode‑129 dans les eaux de formation et construit un modèle pour estimer quand la saumure riche en iode, et le gaz qui l’accompagnait, sont entrés dans différentes parties du gisement. Bien que les âges absolus restent imprécis, le schéma relatif est clair : certains puits de la partie orientale du gisement ont été chargés plus tôt, avec un gaz moins mature, tandis que d’autres ont reçu plus tard des pulsatons de gaz plus « sec » plus riche en méthane. Cette séquence concorde avec l’histoire des grands failles inverses qui traversent la région ; à mesure que les failles individuelles s’ouvraient au fil du temps, elles ont offert de nouveaux chemins pour que les saumures porteuses de gaz remontent des roches‑mères profondes vers le réservoir.

Un mélange changeant façonné par la géologie profonde

L’étude révèle aussi que la chimie de l’eau piégée a continué d’évoluer. En circulant à travers des grès riches en divers minéraux, la saumure a échangé des éléments avec la roche, enrichissant l’eau en composants tels que le lithium et le potassium. Parallèlement, des épisodes répétés d’entrée d’huile puis de gaz dans le réservoir ont déplacé des fluides antérieurs et les ont mélangés avec des saumures nouvellement arrivées et, plus récemment, avec de l’eau condensée formée lors de la production. Le résultat final est un mélange complexe mais interprétable qui enregistre à la fois les mouvements de fluides et la modification de la structure du bassin sur des dizaines de millions d’années.

Ce que cela signifie pour l’exploration du gaz profond

Pour un non‑spécialiste, le message clé est que l’eau dans les gisements de gaz profonds est bien plus qu’un sous‑produit gênant. Dans le gisement de Bozhi–Dabei, ses sels dissous et ses isotopes montrent que les eaux de pluie, les mers anciennes et les roches riches en matière organique ont contribué aux réservoirs actuels, et que le gaz est arrivé en plusieurs vagues distinctes guidées par des failles croissantes et des scellés salins épais. En traitant l’eau de formation comme une narratrice géologique — en particulier en utilisant des traceurs comme l’iode‑129 — les scientifiques peuvent mieux localiser l’origine du gaz, comment et quand il a migré, et pourquoi certaines structures profondes contiennent de grandes accumulations de gaz tandis que d’autres n’en contiennent pas.

Citation: Chen, J., Fan, Y., Jia, W. et al. Water geochemistry in the Bozhi-Dabei area, Tarim Basin and its implications for natural gas accumulation in deep basin. Sci Rep 16, 11039 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38393-y

Mots-clés: eau de formation, gaz naturel profond, bassin du Tarim, isotopes de l’iode, migration des fluides