Un modèle de formation de réservoir contrôlé par la contrainte pour des grès ultra-profonds dans les ceintures de chevauchement d’avant-pays : étude de cas de la formation crétacée de Bashijiqike, zone de Bozi-Dabei, dépression de Kuqa, bassin du Tarim

Pourquoi les roches profondes comptent pour notre avenir énergétique

Au-delà des déserts de l’ouest de la Chine, à plus de 7 à 8 kilomètres de profondeur, des grès fortement compactés renferment d’immenses réserves de gaz naturel. À de telles profondeurs extrêmes, la chaleur et la pression ont expulsé la majeure partie des espaces vides de la roche, rendant le mouvement du gaz difficile. Pourtant, certaines zones produisent bien, tandis que d’autres ne produisent pas. Cette étude pose une question simple mais puissante : de quelle manière l’écrasement et la déformation des roches par les forces orogéniques déterminent-ils où se forment de bons réservoirs et où ils ne se forment pas ?

Un bassin comprimé au pied des montagnes

La recherche se concentre sur la dépression de Kuqa, un bassin d’avant-pays qui s’est formé lorsque les montagnes du Sud Tianshan ont été poussées vers le sud. Avec le temps, rivières et deltas ont déposé des sables qui sont devenus la formation crétacée de Bashijiqike. Bien plus tard, une nouvelle phase de compression a plissé ces couches en une série de plis et de failles de chevauchement. Ce plissement n’a pas seulement incliné les roches ; il a créé des zones structurales distinctes à différentes profondeurs et niveaux de contrainte. Certains blocs ont été soulevés et se trouvent relativement peu profonds, d’autres sont enfouis plus profondément et fortement comprimés, et quelques-uns occupent des positions où la contrainte est concentrée ou relâchée. Les auteurs soutiennent que ces différences de contexte tectonique sont la clé pour comprendre pourquoi certains réservoirs ultra-profonds fonctionnent mieux que d’autres.

À quoi ressemblent de près les pores et les fissures

À partir de carottes de 19 puits, de lames minces et d’images au microscope électronique, l’équipe décrit les minuscules espaces qui stockent et transmettent le gaz. Les grès sont principalement composés de grains de quartz et de feldspath, avec un tri généralement moyen à médiocre et une « ouverture » initiale relativement faible. Aujourd’hui, les pores principaux sont les interstices résiduels entre les grains et de petites cavités creusées par la dissolution chimique du feldspath et des fragments de roche. Parallèlement, les forces tectoniques ont généré des réseaux de microfissures qui coupent à travers les grains. Globalement, la porosité moyenne n’est qu’environ 6 % et la perméabilité est extrêmement faible. Cependant, certains échantillons très fissurés parviennent à transmettre les fluides de manière étonnamment efficace malgré un faible volume de pores, révélant que les fissures peuvent compenser en partie la perte d’espace poreux.

Comment l’enfouissement et la compression à long terme ont remodelé la roche

Les grès de Bashijiqike ont connu une histoire complexe d’enfouissement, de soulèvement et de réenfouissement liée à d’importants épisodes tectoniques. Lors de l’enfouissement initial, la compaction et le ciment carbonaté ont obstrué les pores, tandis qu’un soulèvement ultérieur a permis la dissolution de certains ciments et du feldspath, améliorant temporairement l’espace de stockage. Depuis environ les 5 derniers millions d’années, un enfouissement profond combiné à une forte compression nord–sud a transformé la région en une véritable « cocotte-minute » de pression. À ce stade récent, la compaction est devenue intense, fermant de nombreux pores restants, mais générant en même temps des fractures et permettant à des fluides acides de créer de nouveaux pores par dissolution. Le résultat est un équilibre délicat : trop peu de contrainte et la roche reste relativement ouverte mais peu fissurée ; trop de contrainte et les pores s’effondrent plus vite que les fractures ne peuvent compenser.

Mesurer la contrainte et la déformation à l’intérieur de la Terre

Poursuivant au-delà d’une simple histoire d’enfouissement, les auteurs ont quantifié l’intensité de l’écrasement des roches. Ils ont utilisé des essais d’émission acoustique sur culots de carotte, des diagraphies et des simulations numériques pour estimer les contraintes présentes et passées dans trois directions. Ils ont également mesuré la rigidité des roches (module de Young) et la tendance à se déformer latéralement (coefficient de Poisson). Ces propriétés mécaniques font office d’une sorte de « mémoire » de l’historique des contraintes. À travers quatre zones structurelles disposées du nord au sud, ils ont constaté que la contrainte horizontale maximale augmente d’abord puis diminue, et que les zones soumises à des contraintes plus élevées et à de plus fortes déformations tendent à présenter des roches plus denses et une porosité plus faible. Crucialement, la relation n’est pas uniforme : certaines zones à forte contrainte mais à faibles différences de contrainte conservent de meilleurs systèmes poreux, tandis que les secteurs où la contrainte est fortement focalisée développent des roches serrées et fortement fracturées.

Où se cachent les meilleurs réservoirs profonds

En combinant mesures mécaniques et observations des pores et des fractures, l’équipe identifie trois principaux stades évolutifs : des roches modérément compactes dominées par les pores, un stade mixte où les pores se réduisent mais où les fractures commencent à aider l’écoulement, et des roches très compactes où les réseaux de fractures prédominent. Ils cartographient ensuite ces stades sur différentes positions structurelles au sein de la ceinture de plis et de chevauchements. Les blocs peu profonds en hanging wall et les blocs distaux en footwall, soumis à une compression effective plus faible, conservent une porosité relativement élevée (souvent proche ou supérieure à 10 %) mais présentent moins de fractures. En revanche, les zones centrales du footwall subissent une contrainte concentrée, conduisant à une porosité très basse (souvent inférieure à 5 %) mais à des systèmes de fractures denses. Ce schéma explique pourquoi certains gisements de gaz ultra-profonds se comportent comme des réservoirs classiques à pores, tandis que d’autres fonctionnent comme des systèmes contrôlés par les fractures malgré des types et âges de roche similaires.

Ce que cela signifie pour la recherche de gaz future

Pour un public non spécialiste, la leçon clé est que la profondeur seule ne détermine pas si une couche rocheuse ultra-profonde fera un bon réservoir de gaz. Ce qui importe tout autant, c’est comment, où et pendant combien de temps les roches ont été comprimées par la croissance des montagnes voisines. En transformant des mesures de rigidité des roches et de contrainte in situ en un modèle « contrôlé par la contrainte–déformation », cette étude montre comment prédire les zones dominées par des pores ouverts versus celles dominées par des fractures. Cette perspective offre aux équipes d’exploration une nouvelle manière d’utiliser les diagraphies standard et les données mécaniques pour cibler les zones les plus prometteuses dans certains des gisements de gaz les plus profonds et les plus difficiles de la planète.

Citation: Wang, C., Zhong, D., Mo, T. et al. A stress-controlled reservoir formation model for ultra-deep sandstones in foreland thrust belts: case study of the cretaceous bashijiqike formation, bozi-dabei area, kuqa depression, tarim basin. Sci Rep 16, 11432 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42156-0

Mots-clés: réservoirs en grès ultra-profonds, compression tectonique, Dépression de Kuqa, évolution des pores et des fractures, géomécanique