la datación por el método de trazas de fisión
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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
• 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
Porqué utilizar la termocronología de baja temperatura ?
• 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
Porqué utilizar la termocronología de baja temperatura ?
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.
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p
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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
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
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.
¿ Qué es una traza de fisión ?
• 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
¿ Qué es una traza de fisión ?
• Pulverización de las rocas• Tamización 100-200 µm• Separación mineral
(mesa vibrante)
Preparación de las muestras
• Zircon o apatita con trazas latentes (invisibles)
• Montar los granos en epoxy o Teflon®
• Pulir para exponer una superficie interna
Pulimiento
• 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
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
El método del detector externo
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
El método del detector externo
• Ataque quimico de las trazas inducidas en el mica durante la irradiación con HF a 48% durante 18 min a 20°C.
El método del detector externo
• Microscopio con luz transmitida y reflejada
• Plataforma X-Y automatizada
• Tableta de digitalizar• Computadora• (Camara digital)
El método del detector externo
• 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)
El método 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 tracks
El método del detector externo
El método del detector externo
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 baja => Nuevas trazas (largas)
Trazas nuevas
Trazas viejas
Cicatrización de las trazas
Las trazas se acortan hasta disaparecer por la cicatrización de la red mineral a alta temperatura.
Cicatrización de las trazas
ZCP
Cicatrización de las trazas
Zona de cicatrización parcialZCP
Las trazas se acortan hasta disaparecer por la cicatrización de la red mineral a alta temperatura.
Las trazas se acortan hasta disaparecer por la cicatrización 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.
Cicatrización de las trazas
ZCP
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
Gallagher et al., 1998
PAZ
Cálculo de las longitudes de trazas
• 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
Di
Diminución de las edades con la temperatura
Green et al., 2004
Lo que se debería encontrar si hubiera solamente soterramiento
La cuenca Otway, Australia
Green et al., 2004
Datos reales
Lo que se deberia encontrar si hubiera solamente soterramiento
La cuenca Otway, Australia
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
La cuenca Otway, Australia
Historia termica calculada si hubiera solamente soterramiento
Green et al., 2004
La cuenca Otway, Australia
Green et al., 2004
Historia termica modelizada en base a los datos reales
La cuenca Otway, Australia
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.
Temperatura y solubilidad del Cu
Solubilidad de la calcopirita en NaCl en función de la temperatura y presión.
Liu & McPhail, 2005
Temperatura y solubilidad del Cu
Cuando la temperatura es alta, el cobre no se deposita.
Liu & McPhail, 2005
Temperatura 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 pequeño volumen de roca
McInnes et al, 2005
Temperatura y solubilidad del Cu
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
Enfr
iam
ient
o m
agm
atico
Enfriamiento por exhumación
La termocronologia en la industria minera
McInnes et al, 2005
Con trazas de fisión y otros metodos, se puede modelizar la profundidad donde se emplazaron los depositos
La termocronologia en la industria minera
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
La termocronologia en la industria minera
Gran diametro,baja concentracion
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
La termocronologia en la industria minera
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.
La termocronologia en la industria minera
Espesor del deposito que ha sido erosionado
No ha podido generar un deposito secundario exótico
La termocronologia en la industria minera
Espesor del deposito que ha sido erosionado
Sí ha podido generar un deposito secundario exótico
La termocronologia en la industria minera
• 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
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