La géologie du golfe du Mexique (GOM) est dynamique, dirigée non pas par la tectonique des plaques mais par le mouvement des corps salins de subsurface. Les dépôts de sel, vestiges d’un océan qui existait il y a quelque 200 millions d’années, se comportent d’une certaine manière lorsqu’ils sont recouverts de sédiments lourds. Ils se compactent, se déforment, se pressent dans les fissures et se gonflent dans les matériaux sus-jacents.
Cette tectonique du sel continue de sculpter les strates géologiques et le plancher océanique dans le GOM comme peu d’autres endroits sur Terre. En raison de cette tectonique saline et de l’apport constant de sédiments dans le bassin par les rivières, le plancher océanique du GOM est un terrain en constante évolution. La bathymétrie est mûre avec des failles et des escarpements actifs, des blocs d’effondrement et des glissements, des canyons et des canaux, des vagues de sédiments, des pockmarks et des volcans de boue, et d’autres suintements naturels de pétrole et de gaz.
À présent, un nouvel ensemble de données régionales sur les fonds marins créé par le Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) du ministère américain de l’Intérieur révèle cet environnement dynamique avec une nouvelle clarté étonnante. Les données comprennent des relevés sismiques détaillés réalisés à l’origine par 15 sociétés différentes impliquées dans l’industrie pétrolière et gazière. Le BOEM a obtenu la permission de diffuser publiquement les données propriétaires pertinentes dans une carte agrégée du plancher océanique téléchargeable gratuitement.
Avec une résolution aussi fine que 149 mètres carrés par pixel, soit à peu près l’empreinte d’une maison individuelle américaine, la carte bathymétrique du BOEM a une résolution au moins 16 fois supérieure à celle de la carte historiquement utilisée pour le nord du GOM. La plupart de ces pixels de la taille d’une maison dans la nouvelle carte sont à 1, 2 et 3 kilomètres de profondeur sous l’eau, et le produit en contient 1,4 milliard, ce qui en fait une carte gigapixel.
Comment le sel est-il arrivé là ?
On suppose que le sel a précipité de l’eau de mer hypersaline lorsque l’Afrique et l’Amérique du Sud se sont éloignées de l’Amérique du Nord au cours du Trias et du Jurassique, il y a environ 200 millions d’années. Le GOM était initialement un bassin fermé et restreint dans lequel l’eau de mer s’est infiltrée puis évaporée dans un climat aride, provoquant l’hypersalinité (similaire à ce qui s’est passé dans le Grand Lac Salé dans l’Utah et la Mer Morte entre Israël et la Jordanie).
Le sel a rempli le bassin à des profondeurs de milliers de mètres jusqu’à ce qu’il soit ouvert à l’océan Atlantique ancestral et retrouve par conséquent une circulation marine ouverte et des salinités normales. Au fil des temps géologiques, les deltas fluviaux et les microfossiles marins ont déposé des milliers de mètres supplémentaires de sédiments dans le bassin, par-dessus l’épaisse couche de sel.
Le sel, soumis à l’immense pression et à la chaleur d’être enterré à des kilomètres de profondeur, s’est déformé comme du mastic au fil du temps, suintant vers le haut en direction du plancher océanique. Le sel en mouvement a fracturé et faussé les sédiments fragiles sus-jacents, créant à son tour des voies naturelles pour que le pétrole et le gaz profonds s’infiltrent vers le haut à travers les fissures et forment des réservoirs dans les couches géologiques moins profondes.
L’ancien ? Pas si vite
La carte de bathymétrie la plus populaire du nord du Golfe du Mexique a été la version générée dans les années 1990 par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), le National Geophysical Data Center (NGDC) et le Gulf of Mexico Coastal Ocean Observing System (GCOOS) de l’A&M du Texas. Les organisations l’ont compilé à l’aide de données provenant de divers levés sonar multifaisceaux et de lignes sismiques bidimensionnelles espacées de plusieurs kilomètres, ce qui permet d’obtenir une résolution allant jusqu’à 2500 mètres carrés par pixel. Il s’agit d’une excellente résolution, géophysiquement parlant, et depuis 2 décennies, la carte est un ensemble de données régionales respecté et populaire au sein de la science, du monde universitaire et de l’industrie pétrolière et gazière.
La nouvelle carte du BOEM, dérivée exclusivement de données sismiques tridimensionnelles, ne couvre pas une aussi grande superficie que la carte NOAA/NGDC/GCOOS, mais sa résolution améliorée et la taille constante des pixels révèlent des caractéristiques géologiques non découvertes et auparavant mal résolues sur la pente continentale, la province des minibasins salins, la plaine abyssale, le cône du Mississippi, ainsi que le plateau et l’escarpement de la Floride. Cependant, en raison de la couverture plus réduite de la nouvelle carte, la carte historique continuera à être très utile.
Base de données sismiques du BOEM
Les chercheurs du BOEM ont construit la carte à l’aide de la base de données confidentielle de relevés sismiques tridimensionnels du BOEM, chaque relevé ayant été initialement tiré par l’industrie pétrolière et gazière dans sa recherche d’hydrocarbures. En tant que bureau responsable de la délivrance des permis de levés géophysiques dans les eaux fédérales offshore, le Code des règlements fédéraux des États-Unis réserve au BOEM le droit de demander une copie de chaque levé après qu’il a été traité et nettoyé pour répondre à des normes de qualité spécifiques.
Après avoir reçu un levé d’un entrepreneur géophysique ou d’une compagnie pétrolière, les scientifiques du BOEM utilisent les données pour aider à d’autres tâches réglementaires importantes, comme l’évaluation de la géologie pour les réservoirs potentiels et découverts de pétrole et de gaz. En 2017, cette base de données sismiques tridimensionnelles confidentielles couvrait 350 000 kilomètres carrés dans le golfe du Mexique, une zone plus grande que l’État du Nouveau-Mexique. Les sondages les plus anciens de cette base de données remontent aux années 1980.
Deepwater Horizon et la première carte intégrée
Dans un effort continu depuis 1998, le BOEM a utilisé cette base de données pour cartographier le plancher océanique à travers des centaines de sondages dans le but d’identifier les substrats de sol dur potentiels aux suintements de pétrole et de gaz d’origine naturelle qui conviennent aux communautés benthiques de coraux et d’organismes chimiosynthétiques (par exemple, les moules, les palourdes et les vers tubulaires). Ces organismes consomment les hydrocarbures et le sulfure d’hydrogène libérés par ces suintements.
Lorsque la tragique marée noire de Deepwater Horizon s’est produite en 2010, les biologistes marins de la division d’évaluation des dommages aux ressources naturelles de la NOAA avaient besoin d’une carte détaillée des fonds marins entourant l’incident pour modéliser combien de ces communautés benthiques ont pu être affectées. Les biologistes de la NOAA, conscients de la vaste base de données sur les fonds marins du BOEM, ont demandé à ses géoscientifiques de créer une carte semi-régionale que la NOAA pourrait utiliser pour modéliser la zone affectée par le panache de pétrole.
L’effort a nécessité que les chercheurs conçoivent une méthode pour combiner leurs multiples cartes superposées des fonds marins de la région du déversement, réalisées à l’aide de différentes études sismiques 3D, en une seule surface quadrillée. Grâce à cela, l’idée d’une carte gigapixel encore plus large est née.
Créer une grille gigapixel
Ayant développé la méthode et livré la carte aux biologistes, les géoscientifiques ont réalisé le potentiel dont ils disposaient : Ils pouvaient combiner le reste de leurs cartes du plancher océanique pour couvrir la majeure partie du nord du GOM en eaux profondes.
Les géoscientifiques duBOEM ont utilisé des levés 3-D à migration temporelle (dans lesquels la profondeur est présentée en millisecondes parcourues par la sismique induite ou passive, et non en pieds ou en mètres) pour créer la grille originale. Les chercheurs ont ensuite attribué des profondeurs aux cellules de la grille en utilisant un algorithme développé par Advocate et Hood . Ils ont ensuite comparé la grille de profondeur résultante avec plus de 300 pénétrations de puits à travers le GOM pour déterminer l’erreur de conversion temps-profondeur, qui était en moyenne de 1,3% de la profondeur de l’eau.
L’erreur moyenne la plus élevée, 5%, se produit à des profondeurs d’eau inférieures à 150 mètres en raison de la nature de l’acquisition sismique conventionnelle en eaux peu profondes et de la grande variabilité de la température et de la salinité en eaux peu profondes, qui affectent la vitesse du son dans l’eau. Les scientifiques du BOEM ont décidé que les données sismiques acquises sur le plateau peu profond du GOM contiennent souvent trop de bruit pour que l’interprète du plancher océanique puisse déterminer avec précision où l’eau se termine et où les sédiments commencent. Cela signifie que la carte du BOEM ne pouvait pas inclure certaines zones du plateau, ce qui la rend plus petite que la carte historique de la NOAA, qui couvre bien le plateau.
Dans la plage de profondeur de 500 à 3300 mètres (où la plus grande partie de la grille existe), on a calculé que l’erreur moyenne était inférieure à 0,5% de la profondeur de l’eau. Cette faible erreur signifiait que les données de ces profondeurs révéleraient la bathymétrie régionale en eau profonde à la résolution la plus fine jamais créée.
Faire une carte globale
Les géoscientifiques ont commencé avec plus de 200 cartes individuelles du plancher océanique créées à partir de levés 3D datant de la fin des années 1980 aux années 2010. Dans la partie américaine du golfe du Mexique, peu de zones ne sont couvertes que par un seul relevé (certaines sont couvertes par quatre ou plus), et les interprètes devaient les comparer les unes aux autres pour déterminer laquelle a été réalisée à partir des meilleures données. Ils ont créé une mosaïque de plus de 100 de leurs cartes de bathymétrie de la plus haute qualité, couvrant des profondeurs d’eau de 40 à 3379 mètres et interprétées sur des levés sismiques tirés à l’origine par 15 sociétés géophysiques différentes.
Même si le BOEM conserve des copies de toutes les données sismiques, les sociétés d’origine conservent la propriété légale pendant une période de 25 ans. Les fusions et acquisitions au fil des ans ont fait qu’au lieu de devoir demander à 15 sociétés l’autorisation de publier, le BOEM n’a dû la demander qu’à 7 : CGG Services (U.S.), Inc. ; ExxonMobil Corporation ; Petroleum Geo-Services (PGS) ; Seitel, Inc.; Spectrum USA ; TGS-NOPEC Geophysical Company ; et WesternGeco, LLC.
Obtenir la permission de ces sept sociétés a pris des mois, beaucoup plus longtemps que prévu, mais finalement, le BOEM a reçu toutes les autorisations nécessaires et a commencé le processus de publication. La nouvelle grille haute résolution est téléchargeable sur le site web du BOEM. Le site propose également des couches SIG qui classent plus de 34 000 caractéristiques du plancher océanique telles que les pockmarks, les chenaux, les sols durs, les volcans de boue, les suintements naturels et autres.
Les figures 5 à 9 montrent les détails de la carte gigapixel du GOM du BOEM, le résultat de 19 années d’efforts de cartographie.
Remerciements
Nous remercions CGG Services (U.S.), Inc ; ExxonMobil Corporation ; PGS ; Seitel, Inc. ; Spectrum USA ; TGS-NOPEC Geophysical Company ; et WesternGeco, LLC pour nous avoir accordé la permission de publier leurs données.