la datación por el método de trazas de fisión

La datación por el método de trazas de fisión.

Mélanie Noury

Aplicaciones a laexploración minera y petrolera

Plan

• Bases de la termocronología de baja temperatura

• Análisis por trazas de fisión• Aplicaciones de las trazas de fisión a la

industria petrolera• Aplicaciones de la termocronología a la

industria minera

Bases de la termocronología de baja temperatura

Termocronómetros

Ehlers, 2001

Termocronómetros de baja temperatura

75 °C

350 °C

Ehlers, 2001

Tectonica

Clima

ErosiónSedimentació

n

Porqué utilizar la termocronología de baja temperatura ?

• Los datos termocronologicos son relacionados con :– La transmisión del calor en la corteza superior – Los procesos que cambian la estructura termal de

la corteza superior, como :• Geodinamica/tectónica de placas• Tectonica (fallamiento)• Erosión • Flujos de fluidos• Topografía/relieve• Volcanismo


• Historia tiempo-temperatura de las rocas• Historia de la exhumación (inicio, duración y

cuantificación)• Desarrollo del relieve• Historia termal de las cuencas sedimentarias• Análisis de las fuentes sedimentarias


Geocronología

• Utiliza la radioactividad natural para fechar “absolutamente”:

• Nd cantidad del isótopo hijo al tiempo t ,

• Nd0 cantidad inicial del

isótopo hijo, • Np cantidad del isótopo padre• l constante de decaimiento.

)1e(0

tpdd NNN l

Parent Daughter

87Rb 87Sr147Sm 143Nd 235-238U-232Th 206-8Pb + 4He40K 40Ar39Ar 40Ar176Lu 176Hf

Parent Daughter

87Rb 87Sr147Sm 143Nd 235-238U-232Th 206-8Pb + 4He40K 40Ar39Ar 40Ar176Lu 176Hf

Geochronología

• Utiliza la radioactividad natural para fechar “absolutamente”:

• Nd cantidad del isótopo hijo al tiempo t ,

• Nd0 cantidad inicial del

isótopo hijo, • Np cantidad del isótopo padre• l constante de

decaimiento.

1ln1 0

p

dd

NNN

tl

Temperatura de cierre

Por la alta temperatura, el isótopo hijo se difunde al exterior del sistema (el cristal).

El decaimiento radioactivo en un sistema abierto

Braun et al., 2006

40K

40Ar

t

Temperatura de cierre

El decaimiento radioactivo en un sistema cerrado

40K

40Ar

t

La temperatura es suficientemente baja para que el isótopo hijo esté completamente retenido dentro del mineral:

En cada momento, la cantidad del isótopo hijo es una función del tiempo y de la cantidad inicial. Braun et al., 2006

Termocronómetros

Ehlers, 2001

Termochronología

Un enfriamiento monótono permite una interpretación simple de las edades termocronologicas.

Multiple-method thermochronology

Rápido

Lento

Termocronología

Un recalentamiento puede parcialemente reiniciar el termocronómetro y reconstruír la historia será más difícil.

40K

40Ar

t

Braun et al., 2006

Análisis por trazas de fisión

Formada por fisión espontánea del 238U que daña la red cristalina

¿ Qué es una traza de fisión ?

• Minerales utilizados :apatita, zircon, titanita

Fleischer et al. (1975)

Formación de las trazas : función lineal del tiempo

t1/2 para la fisión espontanea del 238U 91015 años

= 9 millión de billones de años

Se puede determinar la edad de una muestra conociendo la densidad de trazas y su concentración en uranio.


• Las trazas son orientadas aleatoriamente

• Las trazas de fisión se pueden observar con un microscopio solamente después de un ataque químico

Trazas de fisión en un zircon


Mostrear

6-8 kg de roca.500 g. si tenemos una fraccion densa

• Pulverización de las rocas• Tamización 100-200 µm• Separación mineral

(mesa vibrante)

Preparación de las muestras

Separación mineral

ZirconesApatitas

Apatitas y zircones separados

Zircon grains mounted in Teflon®Hot plate for zircon mounting

Montar los zircones en Teflon®

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

Pulimiento

Pulimiento

6 etapas

• Ataque quimico para revelar las trazas– Apatitas : 20s a 28°C en

HNO3

– Zircones : varias horas a 228°C en NaOH+KOH.

• El ataque quimico es mas rapido en las partes defectuosas del mineral como las trazas

Revelar las trazas

Ataque quimico

• Ataque quimico para revelar las trazas– Apatitas : 20s a 28°C en

HNO3

– Zircones : varias horas a 228°C en NaOH+KOH.

• El ataque quimico es mas rapido en las partes defectuosas del mineral como las trazas

Revelar las trazas

Revelar las trazas

Revelar las trazas

Contando 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 !

¿ Qué hacer ?

• Trazas atacadas visibles en la superficie del grano

• Poner en la superficie un detector externo que no contiene uranio

=> Mica blanco

muscovite sheet

El método del detector externo

• Determinación del contenido en U utilizando el 235U

• La proporción entre 238U y 235U es estable en el universo (7.2527x10-3)

• Irradiación con neutrones


muscovite sheet

muscovite sheet

• Se produce una fisión inducida de los atomos de 235U en el grano

• Formación de trazas inducidas en el mica y en el grano


• Ataque quimico de las trazas inducidas en el mica durante la irradiación con HF a 48% durante 18 min a 20°C.


Grano Mica

El método del detector externoMontaje Mica

• Microscopio con luz transmitida y reflejada

• Plataforma X-Y automatizada

• Tableta de digitalizar• Computadora• (Camara digital)


• Recuento 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)


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 tracks



Así se conoce el tiempo t desde cúal la muestra pasó la temperatura de cierre del sistema ¡ Pero un recalentamiento puede parcialmente reiniciar el termocronometro !

La temperatura aumenta => Las trazas cicatrizan

Cicatrización de las trazas

La temperatura baja => Nuevas trazas (largas)

Trazas nuevas

Trazas viejas


Las trazas se acortan hasta disaparecer por la cicatrización de la red mineral a alta temperatura.


ZCP


Zona de cicatrización parcialZCP



Es un processo non-lineal, fuertamente dependiente de la temperatura

Se puede hacer modelos numericos para estudiar la historia termica de las muestras.


ZCP

Trazas confinadas y horizontales

Enfriamiento rapido

Trazas largas

ZCP ZCP

Enfriamiento continuo

Distribución asimetrica

Gallagher et al., 1998

Cálculo de las longitudes de trazas

Calentamiento continuo

Trazas cortas

PAZ

Enfriamiento Calentamiento

Distribuciónbimodal


PAZ

Cálculo de las longitudes de trazas


Perfiles edad / altitud

Trazas largas

PAZ

Enfriamiento rapido


Perfiles edad / altitud

PAZ

Enfriamiento continuo

Distribución asimetrica

Aplicaciones de las trazas de fisión a la industria petrolera

Termocronómetros y formación de hidrocarburos

AFT ZCP

ZFT ZCP

• El « AFTA » permite definir las areas donde la fase principal de formación de hydrocarburos sucede a la formación de las estructuras trampas.

=> Mapas de las areas más favorables a la preservación de hidrocarburos

• Se puede saber si se tiene diferentes episodios termicos

=> Probabilidades de encontrar hidrocarburos acumulados y preservados hasta ahora.

Trazas de fisión y exploración petrolera

La cuenca Otway, Australia

Stratigraphic age

Green et al., 2004


Stratigraphic age

Di

Diminución de las edades con la temperatura

Green et al., 2004

Datos reales


Green et al., 2004

Lo que se debería encontrar si hubiera solamente soterramiento


Green et al., 2004

Datos reales

Lo que se deberia encontrar si hubiera solamente soterramiento


Las trazas son más cortas que los valores que deberíamos encontrar. Esta muestra ha sido más caliente en el pasado

Green et al., 2004

Datos reales


Historia termica calculada si hubiera solamente soterramiento

Green et al., 2004


Green et al., 2004

Historia termica modelizada en base a los datos reales


Green et al., 2004

Ventana de petroleo

Las rocas madres que han alcanzado la ventana de petroleo tuvieron que depositarse antes de ~100 MaLa generación de petroleo ocurrió sólo entre 90 y 80 Ma.

Aplicaciones de la termocronología a la industria

minera

Termocronómetros y procesos geológicos

Hypogénico

Supergénico

McInnes et al, 2005

Temperatura y solubilidad del Cu

Solubilidad de la calcopirita en NaCl en función de la temperatura y presión.

Liu & McPhail, 2005


Cuando la temperatura es alta, el cobre no se deposita.

Liu & McPhail, 2005


Si la temperatura del fluido hidrotermal baja muy rapidamente : => Los sulfuros de Cu se depositan cerca de la fuente del fluido y en un pequeño volumen de roca

McInnes et al, 2005


En cambio, si la temperatura del fluido no baja rapidamente al traversar la roca, va a generar un halo más grande y con menos concentración de cobre.

McInnes et al, 2005

Ejemplos en el mundo

Karman Belt, IranIndonesia

La termocronologia en la industria minera

McInnes et al, 2005

Enfr

iam

ient

o m

agm

atico

Enfriamiento por exhumación


McInnes et al, 2005


McInnes et al, 2005

Con trazas de fisión y otros metodos, se puede modelizar la profundidad donde se emplazaron los depositos


Pequeño diametro, alta concentración

McInnes et al, 2005

Con trazas de fisión y otros metodos, se puede modelizar la profundidad donde se emplazaron los depositos


Gran diametro,baja concentracion

McInnes et al, 2005


McInnes et al, 2005

Con trazas de fisión y otros metodos, se puede modelizar la profundidad donde se emplazaron los depositos,

su tasa de exhumación y luego lo que ha sido erosionado.

Espesor del deposito que ha sido erosionado


McInnes et al, 2005

Reconstruir la tasa de exhumación de una area mineralizada tiene implicaciones para la explotación.

Permite saber mas o menos en cuanto el deposito primario fue erosionado.y luego la posibilidad de encontrar depósitos segundarios exóticos.



No ha podido generar un deposito secundario exótico



Sí ha podido generar un deposito secundario exótico


• Termocronología 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

Conclusiones

• El metódo de trazas de fisión sobre apatitas y zircones permite fechar los isotermos 100°C y 200°C

• Arriba de estas temperaturas, las trazas cicatrizan.

• Como no es un efecto instantáneo, se puede utilizar las longitudes de las trazas para calcular el camino tiempo-temperatura de la roca

Conclusiones

• Con este metódo, se puede :- fechar la formación 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 !

la datación por el método de trazas de fisión

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