La thermométrie RSCM: un outil pour la prospection minière? - Journée " mines en France "
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Journée « mines en France » Le jeudi 16 juin 2016
La thermométrie RSCM:
un outil pour la prospection minière?
Romain Augier, Thomas Poitrenaud, Cécile Gautier
La prospection minière L’exploration minière est une des plus anciennes activités humaines. Son but est de prévoir les sites susceptibles d’accueillir une concentration minérale. Une campagne d’exploration « moderne » et complète va souvent utiliser différentes méthodes complémentaires. Mineurs de la Grèce antique; Reproduction d’une plaquette en Terre cuite; Charles Daremberg et Edmond Saglio 2
La prospection minière
> Méthodes géologiques (sélection des zones favorables)
* Documentation (rapports, cartes géologiques, « archéologie minières »)
* Prospection « au marteau »
Pyrite/Quartz, Rapport annuel 2015 Variscan Mines; Carte de Quintin, Sagon (1976) 3
La prospection minière
> Méthodes géochimiques (distributions élémentaires, isotopiques)
Teneur en Au dans le sol; Rapport annuel 2015 Variscan Mines 4
La prospection minière > Méthodes géophysiques (fonction des propriétés physiques des terrains) * Conductivité/résistivité électrique * Densité * Susceptibilité magnétique * Radioactivité… Carte d’anomalies de propriétés électromagnétiques obtenues par VTEM; Rapport annuel 2015 Variscan Mines 5
La prospection minière > Forages (vérification des hypothèses, des géométries) Implantation des forages PAM2, 5 et 19 et exemple de carottes de forage; Rapport annuel 2015 Variscan Mines 6
D’autres méthodes?
A part les gisements de ressources minérales liés aux bassins sédimentaires et aux
roches résiduelles, une part très importante des gisements est associé au magmatisme
ou à l’hydrothermalisme donc à de la chaleur.
Ainsi, décrire précisément la géométrie d’un
champs (fossile) de température peut
conduire à contraindre la position et la
géométrie du corps qui en est responsable.
De quels outils dispose t-on?
Lien roche intrusive et minéralisations dans le gisement de Salau (Ariège) 7
Comment reconstruire un champs de température?
*Utilisation des minéraux du métamorphisme
-Etude de la distribution des isogrades du métamorphisme
Mise en évidence d’une série
métamorphique continue du faciès schistes
verts à l’anatexie.
Carte du massif du Tanneron et détail d’association à
Biotite-Staurolite-Kyanite; Rolland et al. (2008) 8
Comment reconstruire un champs de température?
*Utilisation des minéraux du métamorphisme
-Etude de la distribution des isogrades du métamorphisme
-Méthodes thermo(baro)métriques (composition chimique des minéraux)
Exemple de pseudosections; Delchini et al. (2016) 9
Comment reconstruire un champs de température?
*Utilisation des minéraux du métamorphisme
- Etude de la distribution des isogrades du métamorphisme
- Méthodes thermo(baro)métriques (composition chimique des minéraux)
- Cristallinité de l’illite
Mise en évidence d’unité au grade
métamorphique contrasté et des accidents
qui les séparent.
Coupe et carte d’un segment du prisme de Shimanto
(Japon); Hara et Kimura, (2008) 10Comment reconstruire un champs de température?
*Utilisation des minéraux du métamorphisme
- Etude de la distribution des isogrades du métamorphisme
- Méthodes thermo(baro)métriques (composition chimique des minéraux)
- Cristallinité de l’illite
- Inclusions fluides
- Méthodes basées sur l’évolution thermique de la MO
Mise en évidence d’unité au grade
métamorphique contrasté et des accidents
qui les séparent.
Coupe et carte d’un segment du prisme de Shimanto
(Japon); Hara et Kimura, (2008) 11Méthodes basées sur l’évolution thermique de la matière organique
La matière organique (MO: CH4,CnH2nOn) est presque systématiquement présente dans
les roches métamorphiques d’origine sédimentaire.
Grès de plage: >0,1%
Sédiments océaniques profonds: 0,1-0,4%
Carbonates de plateforme: 0,2%-0,5%
Argilites de plateforme: 1%-3% (5%-10%)
Palynofaciès (Holocène); Pichevin (2002)
Exemple des turbidites du prisme Shimanto (Japon); Raimbourg et al. (2014) 12Evolution thermique de la matière organique
La matière organique évolue dès les premiers stades d’enfouissement.
La « diagenèse » précoce:
Dégradations biochimiques
et polymérisation de la MO
Production des hydrocarbures; d’après Taoist et al., (1974) 13Pourquoi la matière organique?
La matière organique évolue dès les premiers stades d’enfouissement.
La « diagenèse » précoce:
Dégradations biochimiques
et polymérisation de la MO
La catagenèse:
Dégradation thermique
(craquage) et libération
d’hydrocarbures d’abord
lourds (liquides) puis de
plus en plus légers (gazeux)
Production des hydrocarbures; d’après Taoist et al., (1974) 14Evolution thermique de la matière organique? La matière organique évolue dès les premiers stades d’enfouissement. La « diagenèse » précoce: Dégradations biochimiques et polymérisation de la MO La catagenèse: Dégradation thermique (craquage) et libération d’hydrocarbures d’abord lourds (liquides) puis de plus en plus légers (gazeux) La métagenèse: Ultime production de CH4 puis dégradation des hydrocarbures. Le « résidu » s’enrichit en C. Cette évolution peut être caractérisée par la pyrolyse Rock-Eval ou le pouvoir réflectif de la vitrinite. Production des hydrocarbures; d’après Taoist et al., (1974) 15
Une application minière du PR de la vitrinite
La structure moléculaire de la matière organique peut-être
appréciée par le pouvoir réflecteur de la vitrinite. Celui-ci
est relié par une loi empirique à la température.
Utilisation du PR de la vitrinite; Gautier et al. (1985) 16Thermométrie « Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material »
Schéma structural HRTEM
Avec l’augmentation des conditions
métamorphiques, la matière carbonée va
subir une « minéralisation» (carbonisation
et graphitisation).
Sa structure, désordonnée à bas grade
s’organise progressivement avant
l’agencement planaire des cycles
aromatiques et l’expulsion des
hétéroatomes.
Le stade ultime de l’évolution correspond à
l’acquisition de la structure « parfaite », tri-
périodique du graphite.
Evolution de l’allure des spectres de MO ; Beyssac et al. (2002) 17Thermométrie « Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material »
Cette évolution de la « cristallinité » de la
matière carbonée peut être également
suivie par l’évolution de l’allure des
spectres obtenus en spectroscopie Raman.
Le spectre Raman est composé de la bande
« G » correspondant à la structure du
graphite et à des bandes de défaut de la
structures cristalline; chaque bande
correspondant donc à une vibration
spécifique.
Décomposition d’un spectre; Beyssac et al. (2002) 18Thermométrie « Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material »
Cette évolution de la « cristallinité » de la
matière carbonée peut être également
suivie par l’évolution de l’allure des
spectres obtenus en spectroscopie Raman.
Le spectre Raman est composé de la bande
« G » correspondant à la structure du
graphite et à des bandes de défaut de la
structures cristalline.
Cette évolution univoque de l’allure des
spectres (et donc de la structure de la MO)
montre une corrélation nette avec la
température.
Décomposition d’un spectre; Beyssac et al. (2002) 19Calibration et relation thermométrique
Plusieurs géothermomètres empiriques
permettent de remonter à des
températures à partir de caractéristiques
des spectres (aires, LAMH, position…).
Pour Beyssac et al. (2002), le paramètre
de quantification est un rapport d’aires
(« R »). R = D1/(G+D1+D2)
Le géothermomètre T(°C)= -445 R + 641
La calibration a été réalisée à partir de
d’estimations P-T précises sur des séries
métamorphiques « classiques » sur des
roches méso-cénozoïques.
Evolution de l’allure des spectres de MO ; Beyssac et al. (2002) 20Un thermomètre pour les conditions du pic en température
Les réactions sont irréversibles
> Insensible à la rétromorphose
> T. max.
Les résultats (estimations T ou P-T)
accumulés depuis plus de dix ans
confirment que les T. max. (RSCM)
correspondent bien au pic T.
Croisement de différentes techniques thermobarométriaues; Plunder et al. (2012) 21Une gamme d’utilisation qui couvre une grande partie des
conditions de température de la croute
La calibration de Beyssac et al. (2002)
permet de calculer des températures dans
l’intervalle 330°-641°C.
Plus récemment, Lahfid et al. (2007) ont
réalisé une autre calibration pour les
« basses températures » dans l’intervalle
200-330°C.
Incertitudes absolues sur la calibration : ±
50°C et ± 30°C, respectivement.
Incertitude relative sur une série
d’échantillons : 10-15°C
Articulation des calibrations; Bellanger (2014) 22Le matériel et les conditions analytiques L’échantillonnage est une étape cruciale: Les échantillons doivent contenir de la matière organique! Les échantillons sont coupés dans le plan structural pour réaliser des lames minces polies d’une épaisseur de 30µm. L’analyse est ponctuelle, in-situ (résolution spatiale 1µm). Les mesures s’effectuent avec des puissances LASER faibles (> 1mW) pour éviter toute graphitisation in-situ. 23
Le matériel
Mesures sous un minéral transparent pour éviter tout artéfact de préparation
(polissage): impossible donc de travailler sur des échantillons non-polis.
Méthode statistique: 15-20 mesures (spectres) ca. 1h-1h30 par échantillon.
600
500
400
300
435 ± 21°C
200
100
0
0 10 20 30
614 ± 13°C
600
500
400
300
451 ± 19°C
200
100
0
0 5 10 15 20 25
Effets de la préparation des lames minces ; Beyssac et al. (2003)Parmi les applications « classiques »…
Un outil puissant pour des séries monotones dépourvues de minéraux index.
Cette étude apporte les
premières estimations
quantitatives du grade
métamorphique des unités
accrétées dans le prisme
orogénique de Taiwan.
Beyssac et al. (2007) 25Parmi les applications « classiques »…
Des contraintes sur la structures thermiques au sein des unités et sur
l’existence/l’importance de contacts tectoniques
Cette étude apporte les
premières contrainte sur la
structure thermique d’un dôme
métamorphique. Le saut de
température de part et d’autre
d’une zone déformée est
interprété comme le décalage le
long d’une zone de cisaillement.
Beaudoin et al. (2015) 26Application au gisement à W/Au de Salau (Ariège)
La zone d’étude se situe dans la zone axiale Paléozoïque des Pyrénées.
Deux intrusions principales et de plus petits corps intrusifs ont été cartographiés.
27Application au gisement à W/Au de Salau (Ariège)
Les intrusions principales sont ceinturées d’auréoles de contact montrant une disposition
assez complexe des isogrades de métamorphisme suggérant la présence de corps cachés.
Les indices de surface à W/Au sont tous localisés dans les auréoles proximales.
Indice d’Aurenere (exploré
en 1985) W et Au (jusqu’à
33g/t).
Gisement de Salau
Autres indices à W/Au. (exploité de 1971 à 1986)
13500 de W*.
Est-ce que l’application de la thermométrie RSCM peut permettre
28
d’identifier des cibles précises pour l’exploration?Application au gisement à W/Au de Salau (Ariège)
80 échantillons ont été prélevés sur la zone d’étude et 40 sur une grande coupe de 60
km afin de caractériser le « fond » qui montrent sur zone des valeurs > à 370°C.
29Application au gisement à W/Au de Salau (Ariège)
Les anomalies locales de température (atteignant plus de 630°C) excèdent ainsi le fond
de plus de 150 voire 250°C! Ceci est vrai tant au voisinage d’intrusions affleurantes que
dans des zones où les intrusions ne sont pas reconnues en surface.
30Application au gisement à W/Au de Salau (Ariège)
De plus, ces anomalies en température viennent se superposer aux anomalies
gravimétriques négatives signant la présence de corps cachés de « faibles » densités.
31Application au gisement à W/Au de Salau (Ariège)
La thermométrie RSCM semble un outil parfaitement adaptée à la prospection minière
des skarns (proximaux) en lien étroit avec des intrusions.
L’application de cette méthode permet, dans le cas du gisement de Salau de contraindre
des zones précises où focaliser la prospection avec des moyens adaptés (forages).
Les résultats corroborent ainsi les
suspicions d’intrusions cachées
en cernant des « points chauds ».
Les perspectives à cours terme
sont de poursuivre ce travail
thermométrique afin de
« fermer » les anomalies.
A plus long terme, l’idée est
d’inverser les données (une
résolution unique) afin de
contraindre au mieux les modèles
de diffusion de la chaleur. Schéma conceptuel sur l’extension en profondeur des 32
intrusions; Michard et Bouquet (1986)Vous pouvez aussi lire
