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La datacin por el mtodo de trazas de fisin.Mlanie Noury
Aplicaciones a laexploracin minera y petroleraBuenas tardes a
todos, Primero disculpe mi accento, si hay alguno problema, puedo
hablar en francs tambien !Gracias para darme la occasin de
presenter el metodo de trazas de fision, es el metodo que utilizo
para mi tesis doctoral.Entonces hoy voy a hablar de este metodo y
de sus aplicaciones en la industria 1PlanBases de la termocronologa
de baja temperaturaAnlisis por trazas de fisinAplicaciones de las
trazas de fisin a la industria petroleraAplicaciones de la
termocronologa a la industria minera
Bases de la termocronologa de baja
temperaturaTermocronmetros
Ehlers, 2001Cronometros que se utilizan en geologia.Corresponden
a temperaturas. Permiten fechar temparutara de la rocas.Por
ejemplo4Termocronmetros de baja temperatura
75 C350 CEhlers, 2001FT apatite entre 80 y 110 centigradosFT
zircones entre 220 y 250 C5
TectonicaClimaErosinSedimentacinPorqu utilizar la termocronologa
de baja temperatura ?Processos que afectan los isotermos / la
estructura termica de la tierra.6
Los datos termocronologicos son relacionados con :La transmisin
del calor en la corteza superior Los procesos que cambian la
estructura termal de la corteza superior, como
:Geodinamica/tectnica de placasTectonica (fallamiento)Erosin Flujos
de fluidosTopografa/relieveVolcanismoPorqu utilizar la
termocronologa de baja temperatura ?Vamos a fechar cosas
relacionadas con estos procesos7Historia tiempo-temperatura de las
rocasHistoria de la exhumacin (inicio, duracin y
cuantificacin)Desarrollo del relieveHistoria termal de las cuencas
sedimentariasAnlisis de las fuentes sedimentarias
Porqu utilizar la termocronologa de baja temperatura ?Se puede
conocer mas sobre :8GeocronologaUtiliza la radioactividad natural
para fechar absolutamente:
Nd cantidad del istopo hijo al tiempo t ,Nd0 cantidad inicial
del istopo hijo, Np cantidad del istopo padrel constante de
decaimiento.
Parent Daughter87Rb 87Sr147Sm 143Nd 235-238U-232Th 206-8Pb +
4He40K 40Ar39Ar 40Ar176Lu 176Hf
Funciona con el mismo principio que la geochronologia 9Parent
Daughter87Rb 87Sr147Sm 143Nd 235-238U-232Th 206-8Pb + 4He40K
40Ar39Ar 40Ar176Lu 176Hf
GeochronologaUtiliza la radioactividad natural para fechar
absolutamente:
Nd cantidad del istopo hijo al tiempo t ,Nd0 cantidad inicial
del istopo hijo, Np cantidad del istopo padrel constante de
decaimiento.
Temperatura de cierrePor la alta temperatura, el istopo hijo se
difunde al exterior del sistema (el cristal).
El decaimiento radioactivo en un sistema abiertoBraun et al.,
200640K40ArtUn concepto muy importante para entender lo que vamos a
ver despues esla T de cierrePadres dan hijos por decaimiento
radioactivo.Los hijos no hacen parte de la red cristalina . LEERLa
T corresponde a la vibracion de los atomos. => Cero
absoluto=> Cuando el mineral vibre mucho, los atomos hijos,
ademas si son gases, salen del mineral
11Temperatura de cierreEl decaimiento radioactivo en un sistema
cerrado40K40ArtLa temperatura es suficientemente baja para que el
istopo hijo est completamente retenido dentro del mineral:
En cada momento, la cantidad del istopo hijo es una funcin del
tiempo y de la cantidad inicial.
Braun et al., 2006Al contrario si En este caso ..se dice que el
sistema o el mineral esta cerrado.
12Termocronmetros
Ehlers, 2001Cada mineral tiene una temperatura de cierre
diferente por cada metodo13TermochronologaUn enfriamiento montono
permite una interpretacin simple de las edades
termocronologicas.
Multiple-method thermochronologyRpidoLentoDiferentes metodos
=> historia termica 14TermocronologaUn recalentamiento puede
parcialemente reiniciar el termocronmetro y reconstrur la historia
ser ms difcil. 40K40ArtBraun et al., 2006Problema :
Vamos a ver que la trazas de fision pueden resolver este
problema !15Anlisis por trazas de fisinAntes de explicarle
principios del metodo,Voy a hablar de aspectos practicos 16
Formada por fisin espontnea del 238U que daa la red
cristalina
Qu es una traza de fisin ? Minerales utilizados :apatita,
zircon, titanita
Fleischer et al. (1975)Dao dentro de la red cristalina.Energia
liberada, los atomos hijos se repelan danando la red.17 Qu es una
traza de fisin ?
Tienen este forma conicaEso son fotos de lo que sepodria ver en
los cascos de los austronautas americanos cuando fueron en la
luna.Es el dap que hiso el viento solar en los cascos.18Formacin de
las trazas : funcin lineal del tiempo
t1/2 para la fisin espontanea del 238U 91015 aos= 9 millin de
billones de aos
Se puede determinar la edad de una muestra conociendo la
densidad de trazas y su concentracin en uranio. Qu es una traza de
fisin ?
Las trazas son orientadas aleatoriamente
Las trazas de fisin se pueden observar con un microscopio
solamente despus de un ataque qumicoTrazas de fisin en un zircon Qu
es una traza de fisin ?Como hacemos para obtener este
imagen20Mostrear
6-8 kg de roca.500 g. si tenemos una fraccion densa
Pulverizacin de las rocasTamizacin 100-200 mSeparacin mineral
(mesa vibrante)
Preparacin de las muestrasMachucador =>
ArenaTamizacionMinerales densos => lavamos la arena con mesa
vibrante gardar parte densa.Apatitas (entre 3.1 y 3.2 -
Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)) y zircones (3.9 - 4.8 ZrSiO4)
22
Separacin mineralFranz =>eliminar parte maeticaLicores densos
=> partes entre 3.1 y 3.3 por apatitas y arriba de 3.3 por
zircones23Separacin mineral
ZirconesApatitas
Apatitas y zircones separadosApatitas => transparentes
achaparradosZircones => de transparente a rojizo, gran relieve y
son aciculares25
Zircon grains mounted in Teflon
Hot plate for zircon mountingMontar los zircones en Teflon26
Montaje de apatita
Montar las apatitas en epoxy
Zircon o apatita con trazas latentes (invisibles)
Montar los granos en epoxy o Teflon
Pulir para exponer una superficie interna
PulimientoPulimiento
6 etapasAtaque quimico para revelar las trazasApatitas : 20s a
28C en HNO3Zircones : varias horas a 228C en NaOH+KOH.
El ataque quimico es mas rapido en las partes defectuosas del
mineral como las trazas
Revelar las trazas
Ataque quimicoAtaque quimico para revelar las trazasApatitas :
20s a 28C en HNO3Zircones : varias horas a 228C en NaOH+KOH.
El ataque quimico es mas rapido en las partes defectuosas del
mineral como las trazasRevelar las trazas
Revelar las trazasImagen de lo que obtenemos32
Revelar las trazasContando las trazas se puede conocer la
cantidad de fisiones que se producieron desde el cierre del
sistema. Pero no se conoce la cantidad inicial de atomos padres !
Qu hacer ?Trazas atacadas visibles en la superficie del grano
Poner en la superficie un detector externo que no contiene
uranio=> Mica blanco
muscovite sheetEl mtodo del detector externoEl mtodo del
detector externo
Determinacin del contenido en U utilizando el 235U
La proporcin entre 238U y 235U es estable en el universo
(7.2527x10-3)
Irradiacin con neutrones
El mtodo del detector externo
muscovite sheetmuscovite sheetSe produce una fisin inducida de
los atomos de 235U en el grano
Formacin de trazas inducidas en el mica y en el grano
El mtodo del detector externo
Ataque quimico de las trazas inducidas en el mica durante la
irradiacin con HF a 48% durante 18 min a 20C.
El mtodo del detector externo
Grano MicaEl mtodo del detector externoMontajeMicaMicroscopio
con luz transmitida y reflejadaPlataforma X-Y automatizadaTableta
de digitalizarComputadora(Camara digital)
El mtodo del detector externoRecuento de las trazas espontaneas
en los granos=> rs (densidad de trazas espontaneas )
Recuento de las trazas inducidas en la mica=> ri (densidad de
trazas inducidas)
El mtodo del detector externo
l:decay constant of 238U (4.47 x 109 y)lf: fission decay
constant of 238U (8.2 x 1015 y)F : neutron fluxs : cross section of
neutron capture (580.2 x 10-24 cm2)c: geometry factor (0.5)I:
238U/235U ratio (7.2527x10-3)rs, ri:density of spontaneous and
induced tracksEl mtodo del detector externo
El mtodo del detector externoAs se conoce el tiempo t desde cal
la muestra pas la temperatura de cierre del sistema
Pero un recalentamiento puede parcialmente reiniciar el
termocronometro !
La temperatura aumenta => Las trazas cicatrizanCicatrizacin
de las trazas
La temperatura baja => Nuevas trazas (largas)Trazas
nuevasTrazas viejasCicatrizacin de las trazasLas trazas se acortan
hasta disaparecer por la cicatrizacin de la red mineral a alta
temperatura.
Cicatrizacin de las trazasZCPpozo46
Cicatrizacin de las trazasZona de cicatrizacin parcialZCPLas
trazas se acortan hasta disaparecer por la cicatrizacin de la red
mineral a alta temperatura.
pozo47Las trazas se acortan hasta disaparecer por la
cicatrizacin de la red mineral a alta temperatura.
Es un processo non-lineal, fuertamente dependiente de la
temperatura
Se puede hacer modelos numericos para estudiar la historia
termica de las muestras.
Cicatrizacin de las trazasZCP
Trazas confinadas y horizontales
Trazas confinadas y horizontales
Enfriamiento rapidoTrazas largasZCP
ZCPEnfriamiento continuoDistribucin asimetricaGallagher et al.,
1998Clculo de las longitudes de trazas
Calentamiento continuoTrazas cortasPAZEnfriamiento
CalentamientoDistribucinbimodalGallagher et al., 1998PAZClculo de
las longitudes de trazas
Gallagher et al., 1998Perfiles edad / altitudTrazas
largasPAZEnfriamiento rapido
Gallagher et al., 1998Perfiles edad / altitudPAZEnfriamiento
continuoDistribucin asimetricaAplicaciones de las trazas de fisin a
la industria petroleraTermocronmetros y formacin de
hidrocarburos
AFT ZCPZFT ZCPEl AFTA permite definir las areas donde la fase
principal de formacin de hydrocarburos sucede a la formacin de las
estructuras trampas.=> Mapas de las areas ms favorables a la
preservacin de hidrocarburos
Se puede saber si se tiene diferentes episodios termicos=>
Probabilidades de encontrar hidrocarburos acumulados y preservados
hasta ahora.Trazas de fisin y exploracin petroleraLa cuenca Otway,
Australia
Stratigraphic ageGreen et al., 2004La cuenca Otway,
Australia
Stratigraphic ageDiDiminucin de las edades con la
temperaturaGreen et al., 2004
Datos realesLa cuenca Otway, AustraliaGreen et al., 2004
Lo que se debera encontrar si hubiera solamente soterramientoLa
cuenca Otway, AustraliaGreen et al., 2004Datos reales
Lo que se deberia encontrar si hubiera solamente soterramientoLa
cuenca Otway, AustraliaLas trazas son ms cortas que los valores que
deberamos encontrar.Esta muestra ha sido ms caliente en el pasado
Green et al., 2004Datos realesLa cuenca Otway, Australia
Historia termica calculada si hubiera solamente soterramiento
Green et al., 2004
La cuenca Otway, Australia
Green et al., 2004Historia termica modelizada en base a los
datos realesLa cuenca Otway, Australia
Green et al., 2004Ventana de petroleoLas rocas madres que han
alcanzado la ventana de petroleo tuvieron que depositarse antes de
~100 MaLa generacin de petroleo ocurri slo entre 90 y 80
Ma.Aplicaciones de la termocronologa a la industria minera
Termocronmetros y procesos geolgicosHypognicoSupergnicoMcInnes
et al, 2005Temperatura y solubilidad del Cu
Solubilidad de la calcopirita en NaCl en funcin de la
temperatura y presin.Liu & McPhail, 2005MPP = Magnetita,
Pyrita, PyrrhotitaHMP =Magnetita, Hematita, Pyrita, 68Temperatura y
solubilidad del Cu
Cuando la temperatura es alta, el cobre no se deposita.Liu &
McPhail, 2005MPP = Magnetita, Pyrita, PyrrhotitaHMP =Magnetita,
Hematita, Pyrita, 69Temperatura y solubilidad del Cu
Si la temperatura del fluido hidrotermal baja muy rapidamente :
=> Los sulfuros de Cu se depositan cerca de la fuente del fluido
y en un pequeo volumen de rocaMcInnes et al, 200570Temperatura y
solubilidad del Cu
En cambio, si la temperatura del fluido no baja rapidamente al
traversar la roca, va a generar un halo ms grande y con menos
concentracin de cobre.
McInnes et al, 200571Ejemplos en el mundo
Karman Belt, IranIndonesiaLa termocronologia en la industria
minera
McInnes et al, 2005
Enfriamiento magmaticoEnfriamiento por exhumacinLa
termocronologia en la industria mineraMcInnes et al, 200574La
termocronologia en la industria minera
McInnes et al, 2005Cuales son las diferencias entre estos
depositos ?75
Con trazas de fisin y otros metodos, se puede modelizar la
profundidad donde se emplazaron los depositosLa termocronologia en
la industria mineraPequeo diametro, alta concentracinMcInnes et al,
2005Profundidadde emplazamiento correlada al diametro del
deposito76
Con trazas de fisin y otros metodos, se puede modelizar la
profundidad donde se emplazaron los depositosLa termocronologia en
la industria mineraGran diametro,baja concentracionMcInnes et al,
2005Profundidadde emplazamiento correlada al diametro del
deposito77Temperatura y solubilidad del Cu
McInnes et al, 2005La concentracion en cobre depiende mucho de
la profundidad de emplazamiento del deposito.78
Con trazas de fisin y otros metodos, se puede modelizar la
profundidad donde se emplazaron los depositos,
su tasa de exhumacin y luego lo que ha sido erosionado.
Espesor del deposito que ha sido erosionadoLa termocronologia en
la industria mineraMcInnes et al, 2005Profundidad de emplazamiento
correlada al diametro del deposito79Reconstruir la tasa de
exhumacin de una area mineralizada tiene implicaciones para la
explotacin.
Permite saber mas o menos en cuanto el deposito primario fue
erosionado.y luego la posibilidad de encontrar depsitos segundarios
exticos.La termocronologia en la industria minera80
Espesor del deposito que ha sido erosionadoNo ha podido generar
un deposito secundario exticoLa termocronologia en la industria
minera
Espesor del deposito que ha sido erosionadoS ha podido generar
un deposito secundario exticoLa termocronologia en la industria
mineraTermocronologa permite reconstruir las historias tiempo
temperatura de las rocas
El concepto de temperatura de cierre es clave => se fecha
cuando las rocas pasaron un isotermo dado
ConclusionesEl metdo de trazas de fisin sobre apatitas y
zircones permite fechar los isotermos 100C y 200C
Arriba de estas temperaturas, las trazas cicatrizan.
Como no es un efecto instantneo, se puede utilizar las
longitudes de las trazas para calcular el camino tiempo-temperatura
de la rocaConclusionesCon este metdo, se puede :- fechar la
formacin del petroleo en una area - suponer el diametro de
depositos hidrotermales y sus concentraciones - saber si se puede
encontrar depositos secundarios exoticos generados por el deposito
primerio
Conclusiones
Muchas gracias !
