Evolution diagénétique dans la craie pélagique dolomitisée du crétacé supérieur du bassin de Paris (région de Provins, France)

Abstract.

Two deep scientific boreholes, named Poigny 701 and Sainte-Colombe 702, located in the Paris Basin near Provins (Seine-et-Marne, France), recovered a complete Upper Cretaceous chalk succession. A correlation between the boreholes lithostratigraphy, reflexion seismic profiles and diagenetic patterns shows that major velocity variations measured in the seismic reflection profiles correspond to dolomitized chalk intervals. Dolomitisations occurred during early and burial diagenesis. The understanding of these complex diagenetic events has an important economic consequence on the static correction of the chalk formation in the Paris Basin. Optimisation of petroleum prospecting below chalk cover is thus possible. The chalk series of the 701 and 702 boreholes range from the Cenomanian to the upper Campanian. In this succession, micrite has a primarily biogenic origin; it consists of pelagic organisms, indicative of warm seawater with values around 25°C. Several hiatuses occur in the 701 borehole. These hiatuses indicate the existence of particular hydrodynamic conditions. Deep-water channels were locally recognised in the Paris Basin as in Normandy and Picardy. In the 702 borehole, massive dolomitisation affected the upper meters of sediment below the sea floor. This early phase of massive dolomitisation was induced by slow circulation of a magnesium-rich seawater mass, along the seawater/sediment interface. Thus, this area was a zone of intense marine circulation between the North-West infralittoral and the South-West bathyal domains, across the London-Paris Basin. Magnesium-rich seawater had as origin the recrystallisation of the biogenic peri-plateform carbonates. During both dolomitisation and dissolution of the calcite matrix of the massive dolomite, the calcite had cemented chalk around the massive dolomite body. After deposition, the chalk series was progressively compacted and lithified by burial calcite cement. During the late Campanian-Maastrichtian, the burial compaction of the chalk and thermal gradient reached their maximum, as compressive stresses from the Pyrenean orogenesis affected the Paris Basin. At this time, compaction of the massive dolomite induced the expulsion of magnesian-rich fluids into the underlying already compacted chalk series. In 702 borehole, a diffuse dolomitisation then affected strongly underlying the chalk series. In 701 borehole, this diffuse dolomitisation affected slightly the lower half of the chalk series. Laterally, dolomitisation decreases gradually and affected a only smaller thickness of the chalk series, disappearing laterally. During the progressive emergence of the Paris Basin, from the Paleogene to the Quaternary, the chalk series were partially invaded by continental fresh water. Thus partial dedolomitisation affected the massive dolomite, whereas total dedolomitisation affected only the upper first meters of it.

Resume.

Deux forages scientifiques, appelés Poigny 701 et Sainte-Colombe 702 (Provins, Seine-et-Marne, France) ont permis de reconnaître la cause des anomalies de vitesses mesurées dans les profils sismiques. Elles résultent de dolomitisations syn-sédimentaire et d’enfouissement de la craie du Crétacé supérieur. Cette craie est constituée originellement d’organismes pélagiques de mer chaude. Dans le forage 701, des hardgrounds indiquent l’existence d’un régime hydrodynamique particulier au Campanien inférieur. Au même moment, dans le forage 702, une dolomitisation massive a affecté les premiers mètres des sédiments au fond de la mer. Elle a été engendrée par la lente circulation d’une masse d’eau de mer enrichie en magnésium sous l’interface eau de mer/sédiment. Ce magnésium pourrait provenir de la recristallisation d’éléments biogéniques du domaine de péri-plateforme situé au nord-ouest du Bassin de Paris. Très rapidement après son dépôt, la craie a été soumise à une compaction progressive et une diagenèse calcitique d’autant plus marquées que l’enfouissement était important. Au Campanien supérieur-Maastrichtien, l’enfouissement était maximal avec une anomalie thermique positive, dans un régime compressif pyrénéen naissant. A ce moment, une dolomitisation diffuse affecta la craie sous l’intervalle de dolomite massive. Enfin, lors de l’émersion progressive du Bassin de Paris, à partir du début du Cénozoïque et jusqu’au Quaternaire, la masse de craie fut progressivement envahie, au moins à son sommet, par de l’eau douce continentale, ce qui provoqua une dédolomitisation partielle.