La formation de la Vaca Muerta, dans le bassin de Neuquén (Argentine), constitue le gisement non conventionnel le plus important d’Argentine. Dès lors, cette formation à la fois roche mère et roche réservoir a suscité un intérêt particulier dans le monde pétrolier afin de comprendre l’architecture des corps sédimentaires et la distribution de la matière organique de ce réservoir. L’étude menée dans le cadre de cette thèse se base sur la sédimentologie, la stratigraphie, la minéralogie et la géochimie dans le but de comprendre la logique de mise en place des systèmes de dépôt et les conditions d’oxygénation du milieu. Le but final de ce travail est de comprendre les conditions de dépôt et de préciser la relation stratigraphique entre les intervalles riches en matière organique et l'évolution du bassin (interactions entre remplissage et déformations/structuration). L’étude de sismique 3D menée dans la partie orientale du bassin a permis de déterminer un système de dépôt dominé par la houle, et montrer l’impact de la tectonique locale sur la géométrie des clinoformes et le contrôle eustatique des séquences sismiques. L’étude de terrain centrée dans un premier temps sur l’anticlinal de Picún Leufú en partie méridionale du bassin puis sur d’autres secteurs le long d’un transect nord-sud de plus de 500 km de long, a permis de mettre en évidence deux grands secteurs ayant évolué distinctement. Un secteur centro-méridional qui évolue pendant l’intervalle Tithonien-Valanginien depuis un environnement de plateforme silicoclastique vers un environnement de rampe mixte; ce secteur est alimenté essentiellement depuis le sud et le transport des sédiments vers le large est assuré par la combinaison entre des courants de dérive littorale, des courants de tempêtes et des courants gravitaires. Le second secteur au nord du bassin correspondant à la zone de Malargüe, et montre un environnement de rampe carbonatée pérenne pendant tout l’intervalle Tithonien-Valanginien. L’analyse et la synthèse stratigraphique des différents secteurs étudiés montrent un signal stratigraphique homogène avec la mise en place de cinq séquences transgressives-régressives dans le bassin pendant l’intervalle Tithonien-Valanginien. L’étude minéralogique et géochimique a permis d'évaluer l’impact du climat sur les terres émergées et par conséquent sur la distribution des sédiments vers le large. La géochimie révèle des conditions oxiques de la colonne d’eau faisant suite à une période initiale euxiniques qui coïncident avec le dépôt des niveaux les plus riches en matière organique. Enfin, la synthèse entre le signal stratigraphique et le signal géochimique montre l’existence de 4 ou 5 intervalles relativement riches en matière organique et préférentiellement localisés dans les cortèges transgressifs. / The Vaca Muerta Formation is the principal source rock in the Neuquén Basin (Argentina). It constitutes also the major unconventional play in Argentina. Therefore, the Vaca Muerta formation stirs up large interest in the oil industry to understand the architecture and the organic matter distribution of this reservoir. Our study proposes an integrated approach, using sedimentology, stratigraphy, mineralogy and geochemistry in order to understand the depositional system and the paleoenvironmental conditions. The ultimate goal of this work is to clarify the stratigraphic relationship between organic-rich level and the basin filling. In the eastern part of the Neuquén basin, the study of 3D seismic allowed us to identify a wave-dominated depositional system and assess the role of the local tectonic and the eustatic control through seismic geometry. We carried out extensive field investigation, including logs and sampling, first in the Picún Leufú Anticline (southern part of the basin) and second, on several areas along a N-S trend over 500 km distance. This study allowed to define two major sectors which evolve differently. The first one corresponds to the central and southern part of the basin (from Picún Leufú Anticline to Chos Malal). There, an evolution from a siliciclastic shelf to a mixed ramp setting is observed during the Tithonian-Valanginian interval. Sediments were redistributed along the shoreface by longshore currents and further transported by storm and gravitary currents basinward. The second sector corresponds to Malargüe area (North area). It displays a perennial carbonate ramp during the Tithonian-Valanginian interval. Sequence stratigraphy analysis of all areas shows an homogeneous signal with five transgressive-regressive sequences in the basin. The geochemistry and clay mineralogy indicate the climate role in the evolution of the sedimentary environments. Geochemistry displays a “normal marine” environment with oxic waters and short-lived episodes of euxinia that coincides with the organic-rich levels. Lastly, the integrated approach, connecting stratigraphy end geochemistry shows four to five organic-rich intervals that coincide with the transgressive systems tract.

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La Formación Vaca Muerta constituye una unidad estrtigráfica compuesta por sedimentitas marinas de grano fino acumuladas durante el lapso Jurásico Tardío-Cretácico Temprano en la Cuenca Neuquina, Argentina. En esta Tesis se presenta un estudio sedimentológico y estratigráfico de la Formación Vaca Muerta surgido de la integración de estudios de afloramiento a escala regional y de detalle, y estudios de subsuelo. Los estudios de afloramiento comprendieron, por un lado, la descripción de 7 secciones estratigráficas del intervalo Tithoniano Temprano-Valanginiano Temprano distribuidas entre el centro-oeste de la provincia de Neuquén y el sur de Mendoza, a partir de las cuales se realizó un análisis estratigráfico secuencial y se elaboró un panel de correlación regional N-S que cubre un área de 340 km. Se reconocieron cinco grupos de secuencias depositacionales (GS1-GS5), las cuales comprenden la evolución de un complejo sistema de plataforma-rampa mixta con quiebre de pendiente que abarca desde facies de interior de cuenca/talud (zona central) hasta depósitos de rampa (zona norte), facies de plataforma mixta y depósitos continentales (zona sur). Las secuencias depositacionales se componen de hemiciclos transgresivos de espesor acotado representados por depósitos fangolíticos con abundante contenido de materia orgánica, compuestos de depósitos carbonáticos y mixtos (silicoclásticos-carbonáticos). Por otro lado, con el objetivo de analizar los procesos de transporte y acumulación de parte de las fangolitas bituminosas que integran la Formación Vaca Muerta, se muestrearon intervalos parcialmente cementados en concreciones carbonáticas presentes en la sección condensada basal en afloramientos ubicados en zonas internas. El estudio detallado de las concreciones (escala mm-um) en cortes macroscópicos pulidos, secciones delgadas y muestras de microscopía electrónica de barrido, permitió documentar procesos de transporte y acumulación a partir de flujos de fango, posiblemente desencadenados en zonas de alta pendiente ubicadas en el margen occidental de la cuenca. El transporte por tracción y en suspensión turbulenta habría dado lugar a la acumulación de capas grabadas con laminación ondulítica. Las evidencias petrográficas indican que los flujos de fango habrían sido efectivos en el retrabajo del fondo marino y la redistribución de sedimentos en zonas internas de la Cuenca Neuquina, y asimismo habrían sido importantes mecanismos para la concentración de materia orgánica en depósitos de fangolitas bituminosas (hasta ≈ 6% COT). Los estudios de subsuelo comprendieron el análisis sedimentológico de 387 m de testigos corona correspondientes a 7 pozos exploratorios de la Formación Vaca Muerta. El análisis descriptivo de facies a escala centimétrica permitió documentar la presencia de un sistema de rampa mixta distalmente profundizada, en donde el transporte de sedimentos hacia zonas internas habría ocurrido principalmente a partir de flujos de fango de distinta naturaleza, los cuales habrían interactuado con procesos de decantación desde plumas hemipelágicas y producción biológica en la columna de agua. El patrón de apilamiento de los depósitos muestra arreglos en parasecuencias de ≈ 0,5 a 3 m de espesor, las cuales se agrupan en sets de parasecuencias progradantes/retrogradantes que definen ciclos de alta frecuencia (10-20 m). / The Vaca Muerta Formation is a fine-grained marine stratigraphic unit accumulated during the late Jurassic-Early Cretaceous in the Neuquén Basin, Argentina. This contribution presents a sedimentological and stratigraphic analysis of Vaca Muerta's shales emerged from the integration of regional and detailed outcro research and subsurface data gathered from the study of different well cores. The fieldwork comprised, on the one hand, the description of 7 stratigraphic sections of the Early Tithonian-Early Valanginian interval widely distributed across the western region of the Neuquén province and southem Mendoza province. The sedimentological and sequence-stratigraphic analysis of the different stratigraphic sections allowed integrating them into a regional N-S oriented correlation panel covering an area of 340 km. Five composite depositional sequences were recognized (GS1-GS5). They represent the evolutionof a complex mixed shelf/ramp depositional system comprising from basinal/slope facies (central area) to ramp (northem area) and mixed-shelf to continental deposits (southern area). Depositional sequences are represented by thin, organic-rich (up tu 10 % TOC), mudstone dominated transgressive cycle, whereas regressive cycles are commonly thicker and mainly composed of organic-lean, carbonate and mixed (carbonate/siliciclastic) facies. On the other hand, aiming at studying the transport and accumulation processes of Vaca Muerta's organic-rich shales hand specimen samples of early-diagenetic carbonate concretions were collected from the organic-rich basal condensed section deposited in basinal settings. Concretion samples were thoroughly examined (mm-um scale) integrating the observation of macroscopic polished samples, thin sections and scanning-electron microscope anlyses. The evidence found inside concretions suggest an origin related to muddy underflows, possibly triggered by slope failures on the western margin of the basin. The bedload and suspended-load transport of mud within these muddy underflows would have resulted in the accumulation of graded event mudstone beds exhibiting ripple lamination. Petrographic analysis demonstrates that muddy underflows would have been important mechanisms for reworking the seafloor and redistributing mud in basinal settings. Furthermore, muddy underflows would have been effective processes for organic matter concentration in organic-rich mudstone strata (up to ≈ 6 % TOC). The subsurface studies comprised the sedimentological analysis of seven well cores of the Vaca Muerta Formation, representing a total core data of 387 m. The descriptive facies analysis at centimeter scale allowed the recognition of a distallly steepened mixed ramp system. Sediment delivery to basinal settings was mainly controlled by muddy underflows triggered by different mechanisms. Deposition from muddy underflows would have interacted with fallour processes from buoyant plumes and marine snow from the water column. The stacking pattern of the studied core deposits shows ≈ 0.5 to 3 m-thick parasequences building up progading/retrograding parasequence sets of high-order depositional (10-20 m thick). / TEXTO PARCIAL en período de teletrabajo