Exercices Exercice n 1

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1 Exercices Exercice n 1 Décrire la typologie. Quelle information va nous apporter chaque type? Bodnar (2003) Fluid inclusions : methods and interpretation. Mac Short Course n 32 1/14

2 Exercice n 2 Une inclusion fluide (de composition H 2 O) homogénéise à 200 C. a. Quelle est sa densité? b. En supposant un gradient géothermique de 40 C/km, déterminer à quelle température elle s est formée. Données : 1 bar = 10 5 Pa relation entre la profondeur z (km) et la pression (kbar) : o en régime lithostatique : o en régime hydrostatique :!! P = z 4 P = z 10 Figure 1 : Diagramme température de l eau pure. Les courbes sont les isochores exprimées en cm 3 /mol 2/14

3 Exercice n 3 I. Informations générales et but de l étude L objectif du travail réalisé est de déterminer les conditions de formation de surcroissances de quartz d un échantillon d une formation gréseuse. La conséquence de la présence de CH 4 sur l évaluation des conditions pression-température sera aussi discutée. II. Etude expérimentale Un échantillon a été prélevé dans une épaisse série gréseuse. L échantillon provient d un forage d une profondeur de 5000 m. Les grès sont constitués de grains de quartz et de feldspath cimentés par de la calcite. Une représentation schématique de cet échantillon est présentée sur la Figure 1. traits en pointillés : limite des surcroissances de quartz Figure 1 : représentation schématique d une portion de lame provenant de l échantillon Raconter l histoire diagénétique de cet échantillon Les inclusions ont été observées en fonction des minéraux hôtes et de leur disposition dans le cristal. Commenter le schéma établi en laboratoire (Figure 1). Vous en tirerez notamment des éléments sur la typologie des différentes populations d inclusions et la chronologie par rapport aux minéraux hôtes et entre les différentes populations d inclusions. En laboratoire, la succession chronologique de photos suivante (Figure 2) a été réalisée sur une inclusion de type F. Commenter en détail cette séquence de photographies. Rappeler notamment la signification de la température eutectique et celle de la fusion de la glace. 3 / 14

4 -20,0 C Début de fusion Dernier glaçon -21,2 C -3,0 C Figure 2 : Succession de microphotographies prises lors des expériences de microthermométrie 4 / 14

5 La température d homogénéisation d inclusions a été mesurée. La distribution est présentée sur la Figure 3. Figure 3 : histogramme de distribution des températures d homogénéisation Commenter ces données. III. Interprétations Déduire des données la salinité de l inclusion. Considérant le fait que le remplissage de l inclusion est de 5%, en déduire la densité de l inclusion. Représenter sur la Figure 4 l isochore, dont l équation est : P(bars) =19,65" T( C) # 2942,41 En déduire les conditions de formation de l inclusion. L analyse Raman de la vapeur a révélé qu elle est composée de CH 4. La densité du CH 4 est évaluée à 0,45! g/cm 3. Calculer la densité de l inclusion en prenant en compte le CH 4. Les conditions de formation seront établies sur la Figure 4. Comment les relations de phases sur cette figure. Déterminer l isochore de cette inclusion et la représenter sur la Figure 5. Déduire, dans chacun des cas (système H 2 O et système H 2 O-CH 4 ), la température. IV. Conclusions A partir des éléments apportés dans les interprétations précédentes, concluez sur l influence de la présence de CH 4 dans l inclusion sur les conditions pression-température de formation? Quelle erreur commet-on si on néglige le méthane (et de tout gaz en général) dans les inclusions? 5 / 14

6 Figure 4 : Diagrammes composition - température pour différents systèmes 6 / 14

7 Figure 5 : diagramme température - pression dans le système H 2 O-CH 4 pour une salinité de l eau de 5 %poids NaCl. Les valeurs sur les isochores sont les densités en g/cm 3. Sel(s) en solution Température eutectique ( C) Composition eutectique (%poids salt) Sel 1 Sel 2 NaCl KCl CaCl MgCl NaCl-KCl %NaCl 5.81 %KCl NaCl-CaCl %NaCl 29.4 %CaCl 2 NaCl-MgCl %NaCl %MgCl 2 NaCl-LiCl Tableau 1 : Valeurs de quelques points eutectiques de systèmes eau-sel(s) 7 / 14

8 Exercice n 4 Une étude d inclusions fluides a été entreprise dans une formation gréseuse jurassique de la Mer du Nord. Des échantillons montrent l existence de ciments quartzeux soit en sur-croissances autour des grains de quartz détritiques, soit en remplissage de fractures recoupant grains détritiques et sur-croissances. La problématique générale est de déterminer, grâce aux inclusions fluides, le timing de formation des ciments quartzeux par rapport à l histoire thermique du bassin et aux épisodes de migration des fluides dans le cadre général de la génèse et de la migration des hydrocarbures. L examen des lames minces permet de mettre en évidence plusieurs phases diagénétiques (figure 1). Figure 1 : Schéma montrant les différentes diagénétiques dans le grès (Burkey et al., 1989) Racontez l histoire diagénétique de la roche (vous identifierez sur le schéma chacun des types d inclusions et les placerez dans un schéma chronologique) La microphotographie suivante (figure 2) montre la formation de surcroissances de quartz (noté quartz 1). 8 / 14

9 Figure 2 : microphotographie montrant les surcroissances de quartz (zones de nuances de gris différentes) autour de grains détritiques (zone arrondi gris clair notée Qz dét) Qz dét Suite à cette première phase, des fractures se sont développées dans le grès et sont remplies par un quartz (appelé quartz 2) (non montré en microphotographie). Quelles sont les postulats et les limites de la méthode des inclusions fluides? Quatre zones de croissance ont été étudiées, dans chacune d elle, une zone «Fluid Inclusion Assemblage» (FIA) a été étudiée (zones notées 13-1, 21-4, 24-7, 24-3) (voir Figure 1). Des inclusions ont aussi été étudiées dans une fracture à quartz 2. Dans les FIA, les inclusions fluides étudiées sont toutes biphasées, liquide+vapeur. Rappeler en quoi consiste la démarche d étude par «Fluid Inclusion Assemblage» (FIA) et quels sont les deux avantages de cette approche. Les inclusions sont considérées comme primaires. Rappeler la définition d une inclusion primaire et celle d une inclusion secondaire. Quels sont les critères qui permettent de distinguer une inclusion primaire d une inclusion secondaire? Les données microthermométriques sont présentées dans la figure 3. 9 / 14

10 Figure 3 : données microthermométriques (températures d homogénéisation) obtenues sur les inclusions fluides dans les différentes zones de croissances (voir figure 2) et dans une veine remplie par du quartz. Rappeler ce qu est le stretching (ou élargissement des inclusions) et quel rôle ce processus a sur les températures d homogénéisation. Commenter la distribution des mesures des températures d homogénéisation. Les températures de fusion de la glace s échelonne entre entre -5,5 et -6,1 pour les FIA 13-1, 21-4, 24-7, entre -6,9 et -7,4 C pour la FIA 24-3, et entre -8,9 et -9,3 C pour les inclusions de la fracture. La température eutectique a été mesurée à -21,2±0,2 C dans un certain nombre d inclusions. Quelle est la chimie des fluides (quel est le système chimique qui représente le mieux le contenu des inclusions)? Rappeler quelles sont les transitions de phases observées dans une inclusion fluide lors d un cycle de refroidissement (+25 à -100 C) et leur signification. Déterminer les intervalles de salinité pour les différentes FIA à l aide de la figure / 14

11 Figure 4 : diagramme salinité-température (courbe de fusion de la glace) pour différents système H 2 O-sels Rappeler le principe de la microscopie Raman. Quelles pourraient être les informations (tout type d informations) apportées par cette technique? L isochore d une inclusion de ce type se calcule par l équation : P(bars) = At+B expression dans laquelle P est la pression en bars, t la température en C et A et B : A = a+b*th+0, *th*th B = 0,0061+(0,2385-a)*Th-(0, b)*Th 2 avec a = 28,73 et b = -0,06477 et Th est la température d homogénéisation ( C). Qu est-ce qu une isochore? 11 / 14

12 Tracez sur la figure 5 une isochore représentative du fluide piégé dans chacune des FIA (vous prendrez une valeur moyenne de salinité et une valeur moyenne de température d homogénéisation). La température de piégage des inclusions de la FIA 13-1 a été estimée par un géothermomètre indépendant : 112 C. Qu est-ce qu un géothermomètre? Quel géothermomètre connaissez-vous qui pourrait être appliqué dans le cas de cette étude? Calculer le gradient géothermique lors de la formation des ces inclusions. En supposant que le gradient géothermique déterminé précédemment soit resté le même pendant la formations des autreq FIA et de la fracture, déterminer la pression de formation des inclusions des autres FIA et dans les inclusions de la fracture à quartz 2. Reconstituez l histoire de cet échantillon. Vous utiliserez la figure 6 pour replacer les phases de cimentation dans l histoire de l enfouissement du bassin et le timing par rapport à la maturation de la matière organique et la phase de migration des hydrocarbures. Rappels Expression du géotherme : T = Gz+ T 0 avec : T = température en C G = gradient géothermique en C/km z = profondeur en km T 0 = température de surface (10 C pour le fond marin) En régime lithostatique : P (kbar) = z (km) / 4 En régime hydrostatique : P (kbar) = z (km) / / 14

13 Figure 5 : diagramme température-pression. Courbe représentée : courbe liquide-vapeur de l eau (+ sel) 13 / 14

14 Figure 6 : Schéma d évolution de l enfouissment (km) en fonction de l âge (modifié d après Burley, 1989) 14 / 14

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