datacion trazas fision noury
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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 !