Category: Publication

Fév 04

News INSU : Exhumation récente de l’avant-pays alpin en relation avec des chevauchements profonds

Une équipe française composée de chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre (ISTerre/OSUG, CNRS / IRD / UGA / IFSTTAR / Université Savoie Mont Blanc) et du laboratoire Géosciences Paris Sud (GEOPS/IPSL, CNRS / Université Paris Sud) a publié les premières données thermochronologiques basses températures permettant de quantifier la séquence d’enfouissement et d’exhumation de sédiments détritiques au front de l’arc alpin dans la région de Digne (Alpes de Haute Provence). L’histoire thermique modélisée de ces bassins indique que les sédiments détritiques tertiaires ont été recouverts, entre – 12 et – 6 Ma, par 3 à 4 km d’épaisseur de nappe sédimentaire mésozoïque puis ramenées à la surface grâce à la formation d’un relief progressivement érodé. Cette exhumation régionale est interprétée par les chercheurs comme étant liée à la propagation de la déformation compressive dans la croûte supérieure de l’avant pays alpin par chevauchements et écaillage du socle cristallin.

@news INSU
Vendredi, 3 février 2017

 

 

 

 

 

 

 

Coupes tectoniques schématiques illustrant l’évolution de la déformation de l’avant-pays européen, de – 12 Ma à l’actuel. (A) Entre – 12 Ma et – 6 Ma, bassins tertiaires et couverture sédimentaire sont enfouis sous la nappe de Digne. (B) À partir de – 6 Ma, l’écaillage du socle par chevauchements produit un soulèvement régional et une érosion conduisant à une demi-fenêtre d’érosion, où affleure actuellement les bassins tertiaires.

 

Voir en ligne : Lire l’intégralité de l’article sur le site web de l’INSU

Source:

Schwartz, S., Gautheron, C., Audin, L., Dumont, T., Nomade, J., Barbarand, J., Pinna-Jamme, R., van der Beek, P., 2017. Foreland exhumation controlled by crustal thickening in the Western Alps. Geology. 45(2):139-142

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Jan 28

Dynamique sédimentaire et diagenèse d’une bordure de plateforme carbonatée

Pour améliorer notre connaissance de la distribution des propriétés réservoirs (porosité et perméabilité) dans les bordures des plateformes carbonatées, la connexion entre les faciès, la stratigraphie séquentielle et les processus diagénétiques précoces (diagenèse ou lithification du sédiment très rapide après le dépôt) des discontinuités a été étudiée sur la bordure de plateforme oolithique bathonienne du nord-est du Bassin Aquitain (région d’Angoulême).

Huit faciès ont été déterminés le long d’une coupe reliant des affleurements sur une distance d’environ 60 kilomètres. Ils se distribuent dans (1) le pied de pente, (2) la bordure de plateforme progradante, (3) le cordon oolthique, (4) la plateforme intérieure ouverte, (5) le foreshore et (6) le continent. La transition entre les faciès de plateforme interne et de pied de pente est marquée par des clinoformes longs de plus de cents mètres. La production carbonatée est confinée dans la plateforme interne peu profonde et exportée vers le large, entrainant la progradation des clinoformes dont l’angle était compris 20° et 25°. La profondeur de la zone de transition entre les faciès de grainstones oolithiques et les alternances marno-calcaires, à la base de la pente a pu être estimée entre 40 m et 75 m.

Architecture stratigraphique de la bordure de la plateforme carbonatée du Bassin aquitain, associée aux faciès sédimentaires

La dynamique sédimentaire varie de façon similaire au sein des quatre séquences identifiées au cours du Bathonien. Pendant le dépôt des cortèges transgressifs, la sédimentation est essentiellement localisée sur la plateforme interne et l’export de carbonate est négligeable. Pendant le dépôt des cortèges de haut niveau marin, l’export de carbonate augmente, générant la progradation de la bordure de plateforme. Les maximas de régression se marquent par des hiatus sédimentaires sur la plateforme interne, où une même discontinuité passe latéralement d’une surface subaérienne à un hardground marin. L’érosion des hargrounds sous des conditions de fort hydrodynamisme entraine l’export puis le dépôt d’intraclastes précocement cimentés le long de la pente de la bordure de plateforme, formant le cortège de bas-niveau marin.

En ce qui concerne la diagenèse, les ciments précoces sont uniquement localisés un mètre sous les discontinuités sédimentaires dans les dépôts de plateforme interne. Leur absence dans les calcaires de la bordure de plateforme est due à un taux de sédimentation continu, conséquent (1) de l’export des sédiments carbonatés vers le large et (2) de conditions hydrodynamiques plus faibles. Ces conditions particulières font des bordures de plateformes carbonatées un des seuls environnements où des faciès grainstones ne sont pas associés avec le développement de ciments précoces. Dans le cas de la plateforme étudiée, les faciès de sa bordure sont très poreux, peu colmatés par la calcite de blocage lors de l’enfouissement, et forme un excellent réservoir (roche poreuse et perméable).

Andrieu S., Brigaud B., Barbarand J., Lasseur E., 2017. Linking early diagenesis and sedimentary facies to sequence stratigraphy on a prograding oolitic wedge : the Bathonian of western France (Aquitaine Basin). Marine and Petroleum Geology. 81, 169-195

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Nov 08

Info INSU: Pourquoi trouve-t-on des roches très poreuses à plus de 3,5 km de profondeur

Pourquoi des réservoirs d’hydrocarbures sont-ils présents à de grandes profondeurs alors que les lois d’enfouissement prédisent une réduction drastique de la porosité ? C’est la question à laquelle des chercheurs de Géosciences Paris Sud (GEOPS, CNRS / Université PARIS-SUD) et de la société ENGIE ont répondu, au moins en partie, en réalisant une étude pétrographique et minéralogique de roches prélevées au large de la côte nord-ouest de l’Australie lors de compagnes de forages profonds. Ils ont également ainsi montré que les formations sableuses déposées dans des estuaires, et maintenant très enfouies, sont des cibles de choix pour la prospection pétrolière.
@INSU-CNRS

Retrouvez l’intégralité de l’article sur le site de l’INSU

Graphical Abstract

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A – Reconstruction de l’estuaire permien (il y a 270 Ma), localisé alors à 200 km au large de l’Australie. B – Observation au microscope électronique à balayage des agrégats de précurseurs argileux et des tapissages de chlorite ferreuse.

Source :

Saïag, J., Brigaud, B., Portier, E., Desaubliaux, G., Bucherie, A., Miska, S., Pagel, M., 2016. Sedimentological control on the diagenesis and reservoir quality of tidal sandstones of the Upper Cape Hay Formation (Permian, Bonaparte Basin, Australia). Marine and Petroleum Geology. 77, 597-624

Voir en ligne : site web INSU

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Nov 02

Le développement des plateformes carbonatées jurassiques contrôlé par un cycle orbital

Comme l’annonce la revue Sedimentary Geology dans le volume 345 à paraître en novembre 2016, les phases de croissance et de déliquescence des plateformes carbonatées dans l’océan téthysien au cours du Jurassique étaient contrôlées par des changements climatiques à long terme, eux-mêmes déterminés par un cycle orbital de 9 millions d’années.

Les plateformes carbonatées sont des écosystèmes marins à la biodiversité très riche et sensible qui se retrouvent aujourd’hui à des latitudes tropicales tout autour du globe. Pour mieux comprendre comment ces environnements sont impactés par les changements climatiques et environnementaux à long terme, les roches qui constituaient une ancienne plateforme carbonatée dans l’ouest de la France au cours du Jurassique, il y a environ 160 millions d’années, ont été étudiées. La France constituait alors la partie ouest d’un grand océan appelé océan téthysien.

L’équipe dirigée par Simon Andrieu et composée de chercheurs de l’Université Paris-Sud, de l’Université de Bourgogne-Franche-Comté et du Brgm, a ainsi reconstitué l’évolution de cette plateforme carbonatée au cours des 18 millions d’années de son histoire. Les sédiments carbonatés sont très dépendants de l’existence d’organismes précipitants leur coquille ou squelette en carbonate de calcium (CaCO3), comme les huîtres, les coraux, les algues vertes ou les échinodermes (crinoïdes, oursins). Après leur mort, l’action des vagues sur le fond de la mer fractionne ces squelettes ou coquilles en débris souvent inférieurs à 2 mm. L’accumulation des différents types de débris squelettiques, avec d’autres éléments non-coquillers comme les oolites (petites concrétions de CaCO3 précipitants dans des eaux chaudes) forme un dépôt sédimentaire ; la composition de ce dépôt va permettre au sédimentologue de caractériser un « faciès sédimentaire ». Au jurassique, deux grands types de faciès sédimentaires se sont déposés dans les eaux peu profondes de l’océan téthysien : (1) un faciès photozoan, riches en coraux et oolites, typiques d’eaux oligotrophiques, c’est-à-dire pauvres en nutriments (plancton) ; et (2) un faciès hétérozoans, riches en échinodermes, bryozoaires et bivalves, typiques d’eaux mésotrophiques à eutrophiques (riches en nutriments).

En comparant l’évolution de la production carbonatée dans l’ouest de la France avec une compilation des données de faciès composants d’autres plateformes de la partie ouest de l’océan téthysien, il a été mis en évidence deux phases de croissance généralisées des plateformes carbonatées alternant avec deux phases de déliquescence. Les phases de forte croissance sont constituées essentiellement par des faciès photozoans, les coraux et les oolites favorisant une accumulation rapide de sédiments carbonatés.

La production carbonatée a ensuite été comparée avec la fluctuation cyclique (cycle de 9 Ma) de la composition en carbone de l’eau de l’océan téthysien. Les deux phases de forte croissance des plateformes carbonatées correspondent à des périodes caractérisées par un faible δ13C de l’océan, marquant un climat très sec perturbé par de courtes moussons, défavorables à la présence de nutriments dans l’océan. Les eaux pauvres en nutriments sont très favorables à la prolifération des coraux ou à la genèse des oolites, édifiant ainsi rapidement d’imposantes plateformes.

Au contraire, les phases de faible production carbonatée, alors principalement limitée à la sédimentation de faciès heterozoans, correspondent à des périodes de fort δ13C dans l’océan, caractérisant un climat humide qui favorise le transfert de nutriments des continents vers l’océan. Les périodes où l’océan est riche en nutriments ont été très défavorables à la sédimentation carbonatée, car les producteurs importants de CaCO3 comme les coraux, les algues vertes ou les oolites se sont montrés plus rares dans la partie ouest de l’océan téthysien.

Le développement des plateformes carbonatées a donc été directement relié aux changements climatiques à long-terme, dont l’évolution a été grandement déterminée par un cycle orbital à 9 millions d’années.

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Figure : Reconstruction de la plateforme carbonatée de l’ouest de la Téthys au cours de deux périodes (1) Aalénien (172 Ma) et (2) Limite Callovien/Oxfordien (163 Ma)

Andrieu, S., Brigaud, B., Barbarand J., Lasseur, E., Saucède T., 2016. Disentangling the control of tectonics, eustasy, trophic conditions and climate on shallow-marine carbonate production during the Aalenian-Oxfordian interval : from the western France platform to the western Tethyan domain. Sedimentary Geology. 345, 54-84

Voir en ligne : Lien vers l’article Science direct

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Jan 10

Actu INSU 2016: La fluorine du Morvan à la Une

Retrouver l’article de l’INSU sur les travaux de l’équipe Relief, Bassin et Ressources de l’UMR GEOPS.
http://www.insu.cnrs.fr/node/5605

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Déc 23

Actu INSU: les travaux de RBR à la Une

Retrouver l’article de l’INSU sur les travaux de l’équipe Relief, Bassin et Ressources de l’UMR GEOPS.
http://www.insu.cnrs.fr/node/5580

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Sep 15

Impact de la composition chimique de l’apatite sur la thermochronologie (U-Th)/He

L’article « Impact of apatite chemical composition on (U-Th)/He
thermochronometry: An atomistic point of view » vient d’être publié dans le Geochimica et Cosmochimica Acta.

 

La méthode de thermodatation (U-Th)/He sur apatite est très couramment utilisée pour déterminer l’âge de la création de relief et les vitesses d’exhumation des chaînes de montagne mais aussi pour déterminer l’évolution thermique des bassins sédimentaires. Cependant, la compréhension des phénomènes de diffusion de l’He pour ce minéral est encore mal contraint et l’interprétation des âges (U-Th)/He peut s’avérer délicate. Dans le cadre de l’ANR HeDiff (http://www.hediff.u-psud.fr/), une équipe pluridisciplinaire de chercheurs de GEOPS et de l’IPN d’Orsay a réalisé une étude multi-échelle dans le but de déterminer les phénomènes de la diffusion de l’He. Les coefficients de diffusion ont été déterminés à l’aide d’une approche théorique combinant des calculs à l’échelle atomique (calcul quantique) et à l’échelle macroscopique sur une super maille cristalline pour deux compositions chimiques d’apatite. Les résultats permettent de déterminer de manière très précise les coefficients de diffusion de l’He. La température de fermeture (Tc) varie entre 35 et 45°C. Ces Tc sont plus faibles que celle mesurées pour des cristaux naturels (50-60°C) ce qui nous permettra d’améliorer la caractérisation de l’évolution du comportement diffusif pour tous les cristaux naturels.

Voir en ligne : Publication à Geochimica et Cosmochimica Acta

Capture d’écran 2015-09-15 à 07.40.48Cécile Gautheron, UMR 8148 GEOPS, Université Paris-Sud

 

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Sep 15

Nouvel article sur le Haut-Atlas marocain: secteur d’Imini

L’article « The three main steps of the Marrakech High Atlas building in Morocco:
Structural evidences from the southern foreland, Imini area » vient d’être publié dans le Journal of African Earth Sciences.

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Sep 15

Nouvel article Journal of Geophysical Research

L’article « Postrift history of the eastern central Atlantic passive margin: Insights from the Saharan region of South Morocco » vient d’être publié dans le Journal of Geophysical Research.

 

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Sep 04

Influence du cycle du carbone sur des écosystèmes marins riches : les plateformes carbonatées

Les activités anthropiques aboutissent à un relargage important de CO2 qui entraine un enrichissement en carbone de l’atmosphère, contribuant ainsi au réchauffement actuel de la planète. Il est important de comprendre l’influence des changements du climat et du cycle du carbone sur la vie, et notamment sur des écosystèmes à la biodiversité très riche et sensible comme le sont les plateformes carbonatées (Bahamas, Grande barrière de corail, Maldives, Nouvelle-Calédonie…).
Pour cela, nous avons étudié des roches qui formaient une ancienne plateforme carbonatée en France (Nord du Bassin Aquitain) il y a environ 100 millions d’années (Crétacé). Le niveau des océans était alors bien plus élevé qu’aujourd’hui et la température de l’eau de mer en France était comparable avec celle des mers tropicales actuelles.
Nous avons reconstitué l’évolution de cette plateforme carbonatée pendant plus d’un million d’années en nous intéressant par exemple à sa morphologie et à la vie qui s’y développait.
Le δ13C est proportionnel au rapport entre deux isotopes du carbone : 13C/12C, le 12C étant enrichi dans la matière organique constituant le plancton marin. Une augmentation de ce rapport dans l’océan est associée à un stockage de carbone organique dans les sédiments, lors d’anoxie de l’océan. L’absence d’oxygène dans la colonne d’eau est provoquée par des blooms de production organique, consommant l’oxygène, et favorisés entre autres par l’augmentation du transfert de nutriments lors de périodes chaudes, marquées par l’augmentation du CO2 atmosphérique. Ces anoxies empêchent la matière organique de se dégrader. Le signal isotopique du carbone enregistré dans les sédiments marins est donc un bon marqueur du cycle du carbone.
Dans notre travail, l’étude des microfaciès carbonatés d’eaux peu profondes a permis d’en reconstituer deux types. Le premier est un faciès photozoan, riches en coraux, peloïdes et oolites, typique d’eaux oligotrophiques, c’est-à-dire pauvre en nutriments organiques (plancton). Le deuxième est un faciès heterozoan, riches en échinodermes, rudistes, bryozoaires et brachiopodes, typique d’eaux mésotrophiques à eutrophiques (riches en nutriments). L’analyse du δ13C a permis de reconstituer ses variations dans l’océan de manière très fine pendant la période géologique du Cénomanien (environ 95 Ma). Notre travail montre que l’augmentation du δ13C (>2,5‰) de l’océan Atlantique et Téthys est corrélé à un bouleversement de l’écosystème de la plateforme carbonatée : les coraux disparaissent au profit des bivalves, échinodermes et bryozoaires. L’augmentation du δ13C indique probablement une hausse de la productivité primaire de l’océan, impactant les plates-formes carbonatées d’eaux très peu profondes. Ce changement en termes de biodiversité est associé avec un changement de morphologie de la plate-forme marquée par l’apparition de cordons sableux (à débris bioclastiques d’échinodermes) et de bioconstructions à rudistes. Lorsque le δ13C augmente encore davantage (>3‰), les roches carbonatées disparaissent au profit de sédiments argileux et la vie devient beaucoup plus rare.
Cette étude tend à montrer que le cycle du carbone a une influence importante sur des écosystèmes très riches tels que les lagons ou les récifs coralliens.

Andrieu, S., Brigaud, B., Rabourg, T., Noret, A., 2015. The Mid-Cenomanian Event in shallow marine environments : Influence on carbonate producers and depositional sequences (northern Aquitaine Basin, France). Cretaceous Research. 56, 587-607

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Mai 10

Publication dans Gondwana Research: Structure lithosphérique du nord de la Chine

The paper « Lithospheric structure of the North China Craton: Integrated gravity, geoid and topography data » by Ya Xu, Hermann Zeyen et al. has been accepted for publication in Gondwana Research. The joint inversion of gravity, geoid and topography data was used to study the crust and lithosphere structure of North China Craton. It compared the different lithosphere structures with other geophysical studies and discussed the lithosphere thinning in North China Craton with integrated geophysical analysis.

Abstract:

The lithospheric structure of ancient cratons provides important constraints on models relating to tectonic evolution and mantle dynamics. Here we present the 3D lithospheric structure of the North China Craton (NCC) from a joint inversion of gravity, geoid and topography data. The NCC records a prolonged history of Archean and Paleoproterozoic accretion of crustal blocks through subduction and collision building the cratonic architecture, which was subsequently differentially destroyed during Mesozoic through extensive magmatism. The thermal structure obtained in our study is considered to define the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB) of the NCC, and reflects the density variations within the mantle lithosphere. Employing the Moho depths from deep seismic sounding profiles for the inversion, and based on repeated computations using different parameters, we estimate the Moho depth, LAB depth and average crustal density of the craton. The Moho depth varies from 28 to 50 km and the LAB depth varies from 105 to 205 km. The LAB and Moho show concordant thinning from West to East of the NCC. The average crustal density is 2870 kg·m- 3 in the western part of the NCC, higher than that in the eastern part (2750 kg·m- 3). The results of joint inversion in our study yielded LAB depth and lithospheric thinning features similar to those estimated from thermal and seismic studies, although our results show different depth and variations in the thickness. The lithosphere gently thins from 145 to 105 km in the eastern NCC, where as the thinning is much less pronounced in the western NCC with average depth of about 175 km. The joint inversion results in this study provide another perspective on the lithospheric structure from the density properties and corresponding geophysical responses in an ancient craton.

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Mai 03

Nouvel article: ressources minérales (fluorine)

L’article intitulé Evidence for an Early Cretaceous mineralizing event above the basement/sediment unconformity in the intracratonic Paris Basin: paragenetic sequence and Sm-Nd dating of the world-class Pierre-Perthuis stratabound fluorite deposit par Morgane Gigoux, Guillaume Delpech, Catherine Guerrot, Maurice Pagel, Thierry Augé, Philippe Négrel et Benjamin Brigaud est prêt pour publication dans la revue Mineralium Deposita.

Le sous-sol français renferme l’une des plus importantes réserves de fluor du monde. En effet, la fluorine est l’un des seuls minéraux contenant assez de fluor pour être exploité : près de 5,5 Millions de tonnes de ce minéral sont présents dans des gisements localisés en Bourgogne, ce qui place la France au sixième rang mondial des pays ayant des réserves connues. Le fluor est un élément hautement important pour l’économie française car beaucoup d’industries en dépende. Le fluor est indispensable à la fabrication de nombreux composants permettant à la France d’être en bonne position dans le domaine de l’énergie ou de l’automobile. C’est un élément de base utilisé pour séparer les isotopes de l’U dans la fabrication des combustibles nucléaires, ou pour la fabrication de l’acide fluorhydrique (HF) qui permet d’éliminer tous les oxydes inorganiques dans l’industrie du verre, des aciers inoxydables (automobile, éolienne, hydrolienne…) ou du silicium des semi-conducteurs (électronique, photovoltaïque, voiture électrique), ou encore dans son utilisation comme catalyseur des réactions du butène dans le raffinage du pétrole. Son utilisation s’invite même dans notre vie quotidienne en composant nos dentifrices, les mousses synthétiques de nos matelas, les gaz réfrigérants de nos réfrigérateurs ou nos casseroles au téflon. A ce titre, le fluor est classé par l’Union Européenne comme un élément critique du fait de son importance économique et de notre quasi totale dépendance des importations venant de Chine.
Des chercheurs de l’Université Paris-Sud, en collaboration avec le brgm ont examiné de très près les réserves françaises en essayant d’en caractériser leur origine. L’objectif final est simple : mieux comprendre leur formation permettra de mieux orienter les futures prospections. Les gisements observés de l’échelle de l’affleurement jusqu’à l’échelle microscopique par différentes méthodes les ont conduit à déterminer très précisément l’âge de formation de ces gisements afin de pouvoir les intégrer dans une histoire géodynamique globale. Ces travaux sont publiés dans la revue Mineralium Deposita.

Afin de reconstruire une origine de mise en place dans un cadre géodynamique bien contraint, l’information la plus importante à obtenir est l’âge de la minéralisation. L’étude a porté sur un des gisements bourguignons, celui de Pierre-Perthuis (1,4 Mt de fluorine). Le niveau minéralisé se localise dans les premiers niveaux sédimentaires ici dolomitiques, remplissant la base du bassin de Paris dans sa partie sud-ouest, et déposés à la fin du Trias (vers 210 Ma). Les échantillons collectés sur le terrain ont été minutieusement observés à l’aide de plusieurs microscopes : photonique, à cathodoluminescence et électronique. Le gisement renferme environ une trentaine de pourcent de fluorine, le reste étant principalement du quartz et de la barytine. Cette phase d’observation a permis d’identifier et individualiser une même génération de cristaux de fluorine bien homogène sur six échantillons. Les fluorines contiennent une infime quantité d’élément de Terres rares (quelques dizaine de ppm ou 0,001%) dont du Samarium (147Sm ) et Néodyme (143Nd/144Nd). Même en infime quantité, les isotopes du Samarium et Néodyme ont été analysés au spectromètre de masse. Cette méthode géochronologique permet d’obtenir un âge de minéralisation et donc de mise en place du volume de fluorine qui est ici daté du Crétacé inférieur (130 Ma), soit 80 Ma d’année après le dépôt sédimentaire carbonaté. Cette période est marquée par des mouvements géodynamiques importants avec le début de l’ouverture de l’Atlantique centrale, le Rifting du Golfe de Gascogne et des Pyrénées. Ces mouvements se font ressentir jusque dans la moitié nord de la France, où les bordures du bassin de Paris se sont surélevées. Cette surélévation a engendré un gradient hydraulique, qui a pu mettre en mouvement des fluides circulant à la base du bassin. Cette circulation est à l’origine de la mise en place de ces importants gisements en France. Du point de vue de l’exploration, ces minéralisations reconnues sur la bordure affleurante sud-ouest du bassin, pourraient être présentes également dans le même niveau mais à l’intérieur du bassin.

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Avr 26

Nouvel Article « Ressources minérales »

L’article intitulé Detailed mineralogy and petrology of manganese oxyhydroxide deposits of the Imini district (Morocco) par Dekoninck, A., Bernard, A., Barbarand, J., Saint-Bezar, B., Missenard, Y., Lepretre, R., Saddiqi, O., Yans, J. est prêt pour publication dans la revue Mineralium Deposita.

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Nov 18

Article – Modélisation 3D du sous-sol : de l’échelle micrométrique à celle du réservoir

i_forage_profond2L’article intitulé « Characterization and origin of permeability-porosity heterogeneity in shallow-marine carbonates : from core scale to 3D reservoir dimension (Middle Jurassic, Paris Basin, France) » par Benjamin Brigaud, Benoît Vincent, Christophe Durlet, Jean-François Deconinck, Emmanuel Jobard, Niel Pickard, Béatrice Yven et Philippe Landrein est prêt pour une publication dans la revue Marine and Petroleum Geology.

Un des défis dans le domaine des sciences de la terre est d’arriver à mieux appréhender le changement d’échelle entre la caractéristique d’un échantillon de roche observée en laboratoire, parfois jusqu’à l’échelle micrométrique et son comportement in situ, dans le sous-sol à l’échelle plurikilométrique. Ce changement d’échelle peut s’avérer particulièrement important pour comprendre, prédire et ainsi visualiser en 3D certaines ressources présentes dans le sous-sol comme l’eau, les hydrocarbures ou les métaux. Les roches sédimentaires du sous-sol, notamment carbonatées, peuvent former des réservoirs pour les ressources en eau ou en hydrocarbures, dont une forte porosité et perméabilité est un gage de qualité. Ces aquifères ou réservoirs d’hydrocarbures sont étudiés à partir de forages, donnant un aperçu très ponctuel de la qualité, par exemple 2 km de long avec un diamètre ne dépassant pas 20 cm, de l’ensemble de la roche contenant cette ressource, dont le volume total peut atteindre plusieurs milliers de kilomètres cube.

Une collaboration entre universitaires (Université Paris-Sud et Université de Bourgogne) et industriels (Cambridge Carbonate, Andra, Statoil, Captair) dirigée par Benjamin Brigaud (Géosciences Paris Sud, Université Paris-Sud/CNRS) a apporté une méthode innovante sur ce changement d’échelle en étudiant un ensemble de roches carbonatées épais de 200 m et enfouis à plus de 500 m de profondeur dans l’Est du Bassin de Paris. Cette nouvelle méthode se déroule en cinq étapes. (1) La première consiste à reconstruire précisément, par une étude des faciès sédimentaires, la géométrie de l’ensemble formant un empilement d’une dizaine de couches. (2) La deuxième étape consiste à l’analyse en laboratoire de la perméabilité (de 0,01 mDarcy à 1 Darcy), de la porosité (de 1 à 17%), du rayon de l’espace connectant deux pores entre eux (variant de 0,25 µm à 32 µm) et surtout du signal en résonance magnétique nucléaire (RMN) des roches carbonatées du site prélevées dans un forage, rendant compte de leur hétérogénéité. Sur ces mêmes échantillons, l’espace poreux a été observé à très petite échelle au MEB afin de préciser la forme des pores ou leur variation de taille (de 1 µm à 100 µm). Ces analyses de laboratoire ont permis de redéfinir les équations permettant de calculer à partir du signal RMN, la porosité ou la perméabilité des roches carbonatées. (4) Dans une quatrième étape, le signal RMN a été mesuré dans 12 puits à partir d’une sonde. Les nouvelles équations utilisées ont permis d’avoir un enregistrement continu de la porosité sur presque 2 km. (5) Un logiciel de modélisation géologique performant a été utilisé afin de propager les caractéristiques de perméabilités et porosités mesurées à partir du signal RMN entre les 12 forages dans 109 millions de cellules mesurant 150 m de longueur, 150 m de large et 5 m de hauteur. Les investigations dans les forages permettent de connaître un volume d’environ 20 m3. Ce volume réellement investigué représente 1/1000 d’une cellule du modèle, à comparer aux 109 millions qu’il faut contraindre…

Cette calibration très fine des calculs de perméabilités à partir des signaux RMN mesurés en laboratoire et la mesure de la RMN sur 12 puits en diagraphie permettent d’observer la distribution hétérogène de la porosité et de la perméabilité depuis l’échelle ponctuelle dans les forages à celle d’un réservoir de 400 km3 modélisé en 3D.

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Juin 16

Livre: Bassins sédimentaires – Les marqueurs de leur histoire thermique

livre_mpDepuis une quarantaine d’années, la reconstitution de l’histoire thermique des bassins sédimentaires s’appuie sur les propriétés chimiques, physiques et moléculaires de la matière organique présente dans les sédiments. Puis progressivement, des marqueurs minéraux se sont avérés être d’excellents témoins de cette histoire thermique.

Ce livre (inspiré d’un séminaire de formation continue de l’Université de Paris-Sud) a pour but de présenter d’abord toutes les méthodes organiques et minérales actuellement disponibles incluant celles qui sont apparues très récemment et de se focaliser sur les marqueurs minéraux qui ont atteint un degré de maturité suffisant.

L’histoire thermique est reconstituée à partir de géothermomètres, de chronomètres, de chronothermomètres et enfin de géothermomètres cinétiques ou cumulatifs. La combinaison de toutes ces méthodes aboutit à des histoires dont les implications géodynamiques, pétrolières, minières, environnementales sont très importantes. Il n’existe pas une démarche unique puisque les méthodes utilisées ont des domaines d’application différents, des précisions variables et dépendent de la nature des sédiments.

De niveau master, cet ouvrage s’adresse aux étudiants et aux enseignants mais également à tous les géologues qui s’intéressent à la thermicité des bassins et qui se demandent quelles sont les méthodes qui peuvent permettre de résoudre leurs énigmes.

M. Pagel (coordonnateur), J. Barbarand, D. Beaufort, C. Gautheron et J. Pironon

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