Academic literature on the topic 'Diagenèse argileuse'

ResumeL'analyse semi-quantitative, avec une microsonde électronique CAMEBAX, met en évidence des variations chimiques significatives dans des assemblages simples de minéraux argileux. La méthode est décrite et deux applications sont présentées et interprétées en termes de genèse et de paléoenvironnement. La microgéochimie d'illites et de chlorites du Crétacé inférieur (Marge du Maroc) évolue vers le haut de la série (diminution du magnésium) et semble influencée par une diagenèse salifère transformant des argiles détritiques. Des chlorites hypermagnésiennes apparaissent dans les sédiments les plus profonds, et autorisent l'hypothèse d'une authigenèse en milieu confiné. Les différentes smectites étudiées a la limite basalte-sédiment des sites 105 et 384 du DSDP (NW Atlantique) peuvent aisément être distinguées par leur microgéochimie avec Mg, Na, K, Al, Fe, Ti. Elles reflètent diverses sources volcaniques et leurs caractères sont très différents de ceux des smectites terrigènes communes.

Les sédiments cénozoïques du prisme d'accrétion de la ride de la Barbade (Leg o. D. P. 110, sites 672 et 671) de la chaîne intérieure Orientale vénézuélienne sont étudiés par analyses sédimentologiques, diffractométriques, électromicroscopiques, géochimiques, et par analyse thermique différentielle. Dans le domaine immergé du prisme d'accrétion, les variations verticales des assemblages argileux traduisent essentiellement les changements paléotectoniques, paléoclimatiques et paléogéographiques. Le climat, chaud et hydrolysant de l’Eocène au Miocène inférieur, subit un refroidissement à partir du Miocène supérieur marqué par une augmentation de l'illite et de la chlorite. Les sources sédimentaires varient en fonction des modifications des réseaux hydrographiques de l'Orénoque et de l'Amazone, mais aussi de la tectonique. Des périodes d'instabilité tectonique sont reconnues de l'Eocene moyen à l'oligocène inférieur, à la limite Miocène-pliocène (chaîne Vénézuéla-trinidad) et à la limite Pliocène-Pléistocene (Andes). La comparaison des cortèges argileux du Site 672 (dépourvu d'empreinte tectonique) et du site 671 (montrant des redoublements tectoniques et des migrations de fluides) ne met en évidence aucune modification des assemblages, pour des sédiments contemporains. De plus, les smectites ne présentent pas de modifications minéralogiques ou chimiques en relation avec les zones faillées ou de migration de fluides. Dans la chaîne intérieure orientale du Vénézuéla, les variations des cortèges argileux sont essentiellement contrôlées par la lithologie et résultent d'une évolution diagénétique. Les études stratigraphiques régionales montrent que la région n'a pas été soumise à une charge sédimentaire importante. Le processus diagénétique pourrait résulter d'une surcharge tectonique associée à des migrations de fluides, ou à un gradient géothermique élevé

Ce travail tente de caractériser les modifications structurales affectant les minéraux argileux lors de leur diagenèse d'enfouissement. Ces évolutions structurales ont été décrites dans la littérature comme résultant d'une transformation illite-smectite, par l'intermédiaire d'édifices interstratifiés dont la teneur en feuillets illitiques augmente avec la profondeur d'enfouissement. Historiquement, la diffraction des rayons a été l'outil privilégié pour mettre en évidence ces évolutions structurales du fait des modifications induites sur les profils de raies caractéristiques de ces interstratifiés. Afin de permettre une identification objective des interstratifiés, souvent présents en mélanges complexes de phases aux caractéristiques proches, une méthode de traitement numérique (décomposition) des diffractogrammes de rayons X a été développée afin d'en isoler les différentes contributions élémentaires. L'identification minéralogique est ensuite réalisée par comparaison des paramètres (position, largeur à mi-hauteur) déterminés pour chacune de ces contributions avec les valeurs obtenus sur des diffractogrammes calculés sur la base de modèles structuraux. Ces modèles intègrent la teneur en illite (smectite) des interstratifiés, l'état d'hydratation des smectites, la taille des domaines cohérents de diffraction, ainsi que des paramètres permettant de décrire l'ordre partiel ou la ségrégation. Cette méthodologie a enfin été appliquée sur des échantillons provenant de plusieurs puits forés dans le bassin de Paris et décrivant une section E-W, ainsi que sur des échantillons provenant des séries de référence du Gulf Coast. En s'appuyant sur l'analyse morphologique et chimique des particules argileuses de ces séries réalisée par Didier Champion, les résultats obtenus permettent de proposer des mécanismes réactionnels pour la transformation minéralogique observée. En particulier, la diminution de la teneur en smectite des interstratifiés correspond à la croissance de feuillets illitiques autour des particules pré-existantes par un processus analogue au mûrissement d'Ostwald. La chimie du pôle illite est fixe et présente une charge de ~0.9 par O10(OH)2.

Les séquences argileuses peu perméables telles que les argilites callovo-oxfordiennes du bassin de Paris ou les siltites vraconiennes du Gard, ont été choisies pour l'implantation éventuelle d'un laboratoire souterrain destiné à tester les propriétés physico-chimiques de ces formations dans l'éventualité d'un stockage profond de déchets nucléaires. La connaissance et la compréhension des modifications post-sédimentaires sont fondamentales dans la définition de ces propriétés. Le but du présent travail visait donc à évaluer et quantifier ces changements par l'étude de ces roches, en particulier des minéraux argileux. Les échantillons proviennent de deux forages (HTM102 et MAR501). Les principaux minéraux argileux dans le forage HTM102 sont l'illite et les interstratifiés illite/smectite. Les observations au MET et au MEB couplées aux analyses isotopiques K-Ar et Rb-Sr mettent en évidence la néoformation de carbonates (calcite, dolomite) et d'argiles. Celles-ci apparaissent au MET comme des particules authigènes lattées en croissance sur des particules détritiques. La durée et l'extension de ces événements diagénétiques sont difficiles à évaluer du fait d'une contamination systématique des échantillons par une contribution détritique, et ce même dans les fractions les plus fines. Cependant, l'étude d'un niveau de bentonite dans la séquence permet de caler l'époque et la durée de la diagenèse. En assimilant cette bentonite à un pôle authigène, il a été possible de reconstruire les variations des valeurs K-Ar de chaque fraction argileuse dans la séquence. Ainsi, la corrélation observée entre les variations du niveau marin relatif et la formation d'un matériel argileux riche en smectite d'une part, et des chimies de fluides différentes d'autre part, sont autant d'arguments en faveur de réactions diagénétiques en système sinon clos du moins restreint. Les travaux sur le forage MAR501 sont comparables à ceux réalisés sur le forage HTM102, avec également un mélange entre deux populations argileuses d'âge différent. Les glauconites diagénétiques ont permis de caler le Vraconien au voisinage de 93,7 ± 0,3Ma, en accord avec les données stratigraphiques
Very low-permeable argillaceous rocks like Callovo-Oxfordian claystones or Vraconian siltstones were chosen to host a research laboratory built to determine the physico-chemical properties of the host formations for a potential underground disposal of radioactive waste. Knowledge and understanding of post-sedimentary modifications are of prime importance for definition of these properties; evaluation and quantification of the post-sedimentary changes represent the aim of this study, focused specifically on the clay material of the sequences. Samples were taken from two drillings (HTM102 and MAR501). In the HTM102 core samples, illite and mixed-layers illite/smectite are the dominant clay components of most clay fractions. Systematic SEM and TEM observations and isotopic K-Ar and Rb-Sr analyses pointed to diagenetic neoformations of carbonates (calcite, dolomite) and clays. For instance, veils and laths of authigenic clay particles around old detrital ones can distinctly be observed. The epoch, duration and extent of the diagenetic activity(ies) are difficult to evaluate because of an overall detrital contribution even in the finest granulometric fractions. However, analysis of a bentonite layer in the sequence provides a diagenetic reference for the authigenic clay material. Correlation between relative sea level and authigenesis of smectite-rich mineral has been outlined. Chemistry of diagenetic fluids also seems to be reliable with sea level variations. These observations argue in favour of diagenetic activities limited in restricted rock volumes. The case study of MAR501 is close to the HTM102 one: smectite-rich illite/smectite mixed-layers represent the major component of the clay fraction and K-Ar values argue in the sense of a mixing between detrital and younger clay populations. Diagenetic glauconites in the sequence yield an age close to 93,7±0,3Ma for Vraconian level, in agreement with stratigraphical data. The case study of a clay-filled fault within the sequence favors a confined-sequence behaviour. Indeed, no migrations of elements and especially of REE took place during fluid flows, the clay minerals preserving their geochemical properties. All the results favor reliable confinment properties of the low-permeable argillaceous sequences

Les séquences argileuses peu perméables telles que les argilites callovo-oxfordiennes du bassin de
Paris ou les siltites vraconiennes du Gard, ont été choisies pour l'implantation éventuelle d'un
laboratoire souterrain destiné à tester les propriétés physico-chimiques de ces formations dans
l'éventualité d'un stockage profond de déchets nucléaires. La connaissance et la compréhension des
modifications post-sédimentaires sont fondamentales dans la définition de ces propriétés. Le but du
présent travail visait donc à évaluer et quantifier ces changements par l'étude de ces roches, en
particulier des minéraux argileux.
Les échantillons proviennent de deux forages (HTM102 et MAR501). Les principaux minéraux
argileux dans le forage HTM102 sont l'illite et les interstratifiés illite/smectite. Les observations au
MET et au MEB couplées aux analyses isotopiques K-Ar et Rb-Sr mettent en évidence la néoformation de carbonates (calcite, dolomite) et d'argiles. Celles-ci apparaissent au MET comme des particules authigènes lattées en croissance sur des particules détritiques. La durée et l'extension de ces événements diagénétiques sont difficiles à évaluer du fait d'une contamination systématique des
échantillons par une contribution détritique, et ce même dans les fractions les plus fines. Cependant,
l'étude d'un niveau de bentonite dans la séquence permet de caler l'époque et la durée de la
diagenèse. En assimilant cette bentonite à un pôle authigène, il a été possible de reconstruire les
variations des valeurs K-Ar de chaque fraction argileuse dans la séquence. Ainsi, la corrélation
observée entre les variations du niveau marin relatif et la formation d'un matériel argileux riche en
smectite d'une part, et des chimies de fluides différentes d'autre part, sont autant d'arguments en
faveur de réactions diagénétiques en système sinon clos du moins restreint.
Les travaux sur le forage MAR501 sont comparables à ceux réalisés sur le forage HTM102, avec
également un mélange entre deux populations argileuses d'âge différent. Les glauconites
diagénétiques ont permis de caler le Vraconien au voisinage de 93,7 ± 0,3 Ma, en accord avec les
données stratigraphiques. L'étude d'une fracture colmatée par une matrice essentiellement argileuse
confirme le caractère confiné de cette séquence. Aucune migration d'éléments, et en particulier de
TR, n'a été mise en évidence lors de la circulation de paléofluides, indiquant que les minéraux
argileux ont conservé leurs propriétés géochimiques.
L'ensemble de ces résultats est en faveur de propriétés de confinement fiables dans le cas des deux séquences argileuses.

Le site expérimental de Tournemire (Aveyron, France), situé sur la bordure ouest du bassin des Causses, est étudié par l'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire (IPSN) comme analogue d'un site de stockage de déchets nucléaires en formation argileuse. Ce travail a porté sur l'évolution des capacités de confinement de la formation au cours de son évolution géologique. Dans le bassin des Causses, une érosion importante au Crétacé entraîne une incertitude sur la dynamique sédimentaire au Crétacé inférieur. Pour résoudre ce problème, l'histoire thermique de cette région a été reconstituée. La modélisation des données traces de fission implique une dénudation rapide des sédiments débutant vers 120-110 Ma, période du bombement durancien dans le bassin du Sud-Est. La modélisation du T_max permet d'envisager le dépôt de 800 à 1600 m de sédiments au Crétacé Inférieur. Ces sédiments sont ensuite démantelés lors de l'érosion crétacée. Les résultats de l'étude des inclusions fluides et le delta 18_O des calcites en remplissage de fracture indiquent la présence de fluides diagénétiques chauds (80 à 120°C) dans les fractures pendant l'extension jurassique, et de fluides froids (30 à 40ʿC) à forte composante météorique pendant la compression éocène. A proximité d'une fracture connectée à l'aquifère sus-jacent, le ciment carbonaté de l'argilite recristallise dans une zone métrique de part et d'autre du plan de faille, mais l'uranium et le thorium restent fixés dans l'encaissant. Les éléments des terres rares sont légèrement remobilisés et migrent vers le plan de faille. En dépit d'une perte d'étanchéité de la formation lors de la compression, l'argilite conserve ses capacités de rétention des éléments radioactifs
The Tournemire experimental site (Aveyron, France) is located on the Western border of the Causses basin and is studied by the French Institute for Nuclear Safety and Protection (IPSN) as natural analogue of a nuclear waste disposal site in shale. This work focused on the variation of the shale confinement capacities during its geological evolution. Sedimentary dynamics are unclear during Early Cretaceous due to an important Cretaceous erosion event. The regional thermal history was reconstructed to solve this problem. Fission tracks modeling reveals a fast denudation of buried sediments beginning at 120-110 Ma and compatible with the development of the Durancian Isthmus in the South-East Basin. T_max modeling agrees with the deposition of 800 to 1600 m thick sediments during Early Cretaceous. These sediments were removed during the Cretaceous erosion event. Fluid inclusion data and delta 18_O in calcite fracture cements indicate they were crystallized from hot (80 to 120ʿC) diagenetic brines during the Jurassic extension and from cold (30 to 40ʿC) fluids with a strong meteoric component during the Eocene compression. Although carbonates were recrystallized in a metric zone in shale near to a fault connected to the overlying aquifer, uranium and thorium remained trapped in shale. Rare earth elements are slightly mobilized and migrate toward the main fault plane. The shale capacity to retain radionuclides remains intact during compression, in spite of an alteration of its sealing capacity

La qualité des réservoirs est l’un des facteurs « risque » pour l’exploration d’hydrocarbures ou pour le développement futur de la géothermie dans les hydro-systèmes silicoclastiques. Les propriétés réservoirs sont définies par les valeurs de porosité et perméabilité. Dans les réservoirs silicoclastiques profondément enfouis, des coatings de chlorite authigénique autour des grains de quartz permettent de préserver ces propriétés. Les mécanismes régissant la formation et la distribution de ces tapissages sont encore mal connus. Les objectifs de ce projet de thèse sont: (1) de caractériser (minéralogie, cristallochimie, propriétés texturales et microstructurales) et de déterminer la distribution spatio-temporelle des tapissages argileux dans des environnements sédimentaires bien contraints et dans un cadre stratigraphique bien défini; (2) de mieux comprendre les facteurs contrôlant la formation des tapissages argileux dans les réservoirs silicoclastiques; (3) de décrire les processus intermédiaires de formation de chlorite authigénique via différents minéraux précurseurs au cours de l’enfouissement; (4) de prédire la distribution des bonnes propriétés réservoirs en lien avec les coatings argileux. L’analogue moderne choisit dans le cadre de cette étude est l’estuaire de la Gironde où la présence de tapissages argileux détritiques a pu être mise en évidence dans la zone intertidale des barres tidales et barres de méandres, mais aussi dans des carottes sédimentaires de plusieurs mètres de profondeur. Les mécanismes de formation de ces tapissages ont été appréhendés avec l’interaction entre processus hydrodynamiques et biologiques. Des analogies avec des réservoirs gréseux enfouis (>3500m) ont permis de déterminer que les dépôts sableux de barres tidales externes déposées à la fin d’un cycle transgressif sont les cibles privilégiées pour trouver de bonnes propriétés réservoirs dans les réservoirs estuariens. L’évolution des coatings détritiques au cours de l’enfouissement a pu être retracée par l’étude de réservoirs enfouis entre 400 et 1000m de profondeur. Les coatings détritiques se transforment en berthiérine et interstratifié chlorite-smectite vers 600-900m de profondeur et des températures comprises entre 30-40°C. Ces minéraux constituent de véritables précurseurs aux coatings de chlorites ferreuses apparaissant plus en profondeur
The reservoir quality is one of the "risk" factors for hydrocarbon exploration or for the future development of geothermal energy in siliciclastic hydrosystems. Reservoir properties are defined by porosity and permeability values. In deep buried siliciclastic reservoirs, chlorite coatings around quartz grains help to preserve these properties. The mechanisms behind these coatings are still poorly understood. The objectives of this study are: (1) to characterize (mineralogy, crystallography, textural and microstructural properties) and to determine the spatial and temporal distribution of clay and clay coatings in well constrained sedimentary environments and within a well-defined stratigraphic framework; (2) to better understand the factors controlling the formation of clay coatings in siliciclastic reservoirs; (3) to describe the intermediate processes of authigenic chlorite formation via different precursor minerals during burial; (4) to predict the distribution of good reservoir properties in relation to clay coatings. The modern analogue chosen for this study is the Gironde estuary, where the presence of detrital clay grain coats was detected in the intertidal zone of tidal and point bars, but also in pluri-meters long sedimentary cores. The formation mechanisms of these coatings have been investigated with the interaction between hydrodynamic and biological processes. Analogies with buried sandstone reservoirs (>3500m) showed that sand facies of external tidal bars deposited at the end of a transgressive cycle are the preferred targets for finding good reservoir properties in estuarine reservoirs. The evolution of detrital clay grain coats during burial was approached by studying buried reservoirs between 400 and 1000m deep. The detrital coatings are transformed into berthierine and mixed-layer chlorite-smectite at depths between 600 and 900m and temperatures between 30-40°C. These minerals are true precursors to ferrous chlorite coatings that appear at greater depth

Le crétacé inférieur de l'anticlinal de Bilbao est compose de 8000 m de dépôts a dominante terrigène mis en place dans un bassin en décrochement lors de l'ouverture de la baie biscaye. Cinq coupes décamétriques ont été levées depuis la bordure est du bassin jusqu'au domaine suppose le plus subsident a l'ouest. Ces coupes présentent des séquences deltaques progradantes depuis des faciès argileux de prodelta jusqu'a des faciès gréseux de front deltaques et de barres d'embouchure. Trois coupes ont été levées dans le supra-urgonien (albien supérieur-cénomanien inférieur) le long d'une même ligne temps, et deux autres coupes dans le wealdien (valanginien-barremien). Les grés du wealdien se caractérisent par une cimentation a dominante siliceuse et chloritique, qui contraste avec les grés du supra-urgonien ou domine un ciment carbonate. Cela est attribue a un degré plus avance de la diagenèse dans le wealdien. Dans les deux complexes, les grés se distinguent des shales par des fortes teneurs en fe#2o#3, mgo, alors que les shales montrent des teneurs plus élevées en k#2o, al#2o#3 et tio2. L'influence de la lithologie, plus marquée dans le wealdien, se traduit par l'apparition d'une cimentation chlorotique au sommet des séquences granocroissantes gréseuses et par l'altération de muscovites détritiques en chlorite. Ces deux types de chlorites sont riches en fer et semblent avoir une origine voisine ; toutes deux résultant de la diagenèse profonde. Les éléments nécessaires a leur formation seraient issus, au moins pour partie, de la déstabilisation des carbonates riches en fer de type ankerite.

L'augmentation de la demande énergétique incite les compagnies pétrolières à prospecter dans des zones où les conditions de forage et d'exploitation sont difficiles, comme les réservoirs profondément enfouis qui peuvent présenter des surpressions. Elles sont classiquement expliquées par différents mécanismes parmi lesquels, la libération d'eau par réaction minérale. Nous nous sommes intéressés à la réaction de déshydratation des smectites. Les smectites sont des phyllosilicates et ont la particularité de pouvoir insérer des molécules d'eau dans leur structure, entraînant de fortes variations de volumes. Elles présentent également une grande variabilité chimique. Dans une partie expérimentale, nous avons calculé les paramètres cristallochimiques de smectites dioctaédriques alumino-magnésiennes sodiques ou calciques dans une large gamme de compositions chimiques par analyse Rietveld à partir de diffractogrammes de rayons X pour différents états d'hydratation. La structure chimique a été déterminée par microscopie électronique à balayage munie d'un spectromètre à dispersion d'énergie. Les paramètres de Margules de chaque solution solide ont été déterminés pour un modèle non idéal asymétrique. Il apparaît que l'hydratation est le phénomène principal faisant varier le volume molaire des smectites mais que la composition chimique a un impact également. Dans une partie de modélisation, nous avons combiné les résultats de thermodynamique avec des données de modélisation de bassin afin d'estimer la contribution sur les surpressions dans les bassins sédimentaires, en prenant un exemple dans le delta du Niger, ayant un fort taux de sédimentation et d'épaisses couches argileuses
Since the energetic demand is increasing, the oil companies have to prospect in more hostile drilling conditions, such as in deep buried reservoirs that can present overpressures. Among the mechanisms put in evidence to explain the generation of overpressure there is water released from mineral reaction. This PhD thesis focuses on the contribution of the reaction of smectite dehydration. Smectites are clay minerals belonging to the phyllosilicates swelling family. Their particularity is to incorporate water in their structure, leading to huge volume variations. They present a wide chemical variability: cationic substitutions impart a net negative charge to the 2:1 layer, compensated by interlayer cations, such as Na+ or Ca2+. In a first part, we calculated cell parameters of dioctahedral smectites in the systems SiO2-Al2O3-MgO-Na2O-H2O and SiO2-Al2O3-MgO-CaO-H2O, in a wide range of chemical compositions by Rietveld analysis from X-ray diffraction patterns, for different hydration states. Chemical formulae have been determined by scanning electronic microscopy with an energy dispersive probe. Margules parameters of each solid solution have been determined for a non ideal asymetric model. It appears that hydration is the main factor influencing molar volume variations but chemical composition has an effect too. In a second part, we combined results from the thermodynamic study with data extracted from basin modelling, in order to estimate the contribution of smectite dehydration on overpressure generation in sedimentary basins. The case studied is from Niger Delta, where can be found high sedimentary rates, thick shale layers and overpressures due to undercompaction