Sedimentary hints of seismic reflectors into an oolithic carbonate analogue reservoir study case on the “Oolithe Blanche” (Burgundy, France)

Origines sédimentaires des réflecteurs sismiques dans un analogue de réservoir carbonaté : étude de cas sur l’Oolithe Blanche (Bourgogne, France).

¹ IFP Energies nouvelles, 1-4 avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison, France
² ISTO, Université d’Orléans, UMR 7327, Orléans, France
³ Department of Earth Sciences, Utrecht University, Utrecht, the Netherlands
⁴ GEOSCIENCES, Mines Paris – PSL, Fontainebleau, France
⁵ Université Paris-Saclay, CNRS, GEOPS, 91405, Orsay, France
⁶ Institut universitaire de France (IUF), Paris, France
⁷ Notre Dame University (NDU), Louaize, Lebanon

^* Corresponding author: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Received: 10 December 2025
Accepted: 19 May 2026

Abstract

Although 3D and even 4D seismic imaging have advanced significantly, some acoustic patterns in carbonate reservoirs remain poorly understood. Diagenetic effects are still largely overlooked in interpreting reflectors within these complex sedimentary systems. We present a field study based on an outcrop of a well-known carbonate formation, the “Oolithe Blanche” of the Paris Basin (Burgundy, France). This formation is currently one of the preferred targets for medium enthalpy geothermal exploitation in the Paris Basin. A quarry working face is meshed with a decimetric resolution. Each cell of the grid is characterized from a sedimentological point of view and assigned to a dominant facies. Using a portative device, the 2D section is acoustically investigated by measuring horizontal and vertical P- and S- waves velocities. P-wave velocities measurements contribute to calculate synthetic seismic using a wavelet frequency allowing to highlight reflectors and seismic facies inside the section. Comparison between the synthetic seismic profile and the facies description provides us three main results. Firstly, the study allows us to characterize the acoustic role of the cross-beds visible in two carbonate facies of the site. These structures preferentially accelerate acoustic waves, suggesting lower porosity and permeability in this facies. Secondly, the seismic reflectors align with the boundaries of rudstone facies. The initial lithological contrast is amplified by a firm ground atop the underlying structure, increasing acoustic impedance and enhancing the seismic response beyond that of a simple facies change. Finally, small-scale karst structures have been described and appear to generate a chaotic seismic facies at the outcrop scale.

Résumé

Malgré l'utilisation généralisée de l'imagerie sismique 3D voire 4D pour la caractérisation de réservoirs géologiques, certaines particularités des réservoirs carbonatés sont encore mal comprises d'un point de vue sismique. En particulier, les effets diagénétiques ne sont pas toujours bien pris en compte dans l'interprétation des réflecteurs observés dans ces réservoirs. Nous proposons ici une étude de terrain centrée sur un affleurement typique d'une formation carbonatée bien connue, l’« Oolithe Blanche » du Bassin Parisien. Cette formation est actuellement l'une des cibles privilégiées pour l'exploitation géothermique à moyenne enthalpie dans le bassin, avec de nombreux doublets implantés dans les métropoles d’Ile-de-France. Le site d’étude se situe en Bourgogne, dans une carrière près du village de Massangis. Un maillage de résolution décimétrique a été dessiné sur un des fronts de taille abandonnés de la carrière. Chaque cellule de la grille est caractérisée d'un point de vue sédimentologique et se voit attribuer un faciès dominant. A l'aide d'un oscilloscope portatif, la coupe 2D a été étudiée acoustiquement en mesurant les vitesses horizontales et verticales des ondes P et S. Une sismique synthétique est ensuite calculée à partir des vitesses des ondes P et en utilisant une ondelette de fréquence centrale adaptée aux dimensions de la coupe. Trois résultats majeurs ont émergé de la comparaison entre la description des faciès et le profil sismique. Premièrement, notre étude a permis de caractériser le rôle acoustique des litages obliques visibles dans deux faciès carbonatés du site. Ces structures apparaissent comme des zones de vitesses rapides des ondes acoustiques, donc potentiellement des zones moins poreuses et moins perméables. D'autre part, les réflecteurs sismiques observés sur la coupe correspondent aux limites d'un faciès particulier, celui à texture rudstone. Le contraste lithologique initial induisant un réflecteur sismique est renforcé par la présence d'une surface partiellement indurée et bioturbée lors de la sédimentation (firm ground) interprétée au sommet de la structure sous-jacente. Cette surface indurée permettrait d'augmenter localement les impédances acoustiques et donc de créer un contraste encore plus fort que le simple changement de faciès. Enfin, des structures karstiques à petite échelle ont été décrites et semblent générer un faciès sismique chaotique à l'échelle de l'affleurement.