LES INCLUSIONS FLUIDES ET LEURS APPLICATIONS DANS LA RECHERCHE ET LA PROSPECTION

MINIÈRE ET PÉTROLIÈRE

Présenté par:

Samira SAIFIDépartement des gisements miniers et pétroliers

Université M’Hammed Bouguerra, Boumerdès, Algérie2011 - 2012

CONTENU DE LA PRÉSENTATION

• Définitions des inclusions fluides• Genèse des inclusions fluides et contexte géodynamique• Mode d ’analyses des inclusions fluides• Classifications des inclusions fluides • • Classification génétique • • Classification selon le remplissage• Mécanismes de piégeage des inclusions fluides• Les règles de Roedder• Protocole d’analyses des inclusions fluides• La mécrothermométrie• Glossaire des phases de transition des inclusions fluides• Paramètres déterminés à partir de la microthermométrie• Les inclusions fluides dans les minéralisations hydrothermales• Les inclusions fluides dans la recherche pétrolière• ConclusionsRéférences bibliographiques

Henry Clifton Sorby (1826-1908)

le père fondateur de la discipline (1840-1860) publiant en 1858 ‘On the Microscopical Structure of Crystals’ Quart. J. Geol. Soc. London. (Photographie extraite de Shepherd et al., 1985)

Petites cavités à l’intérieur d’un minéral, remplies par des fluides piégées au cours de la croissance du minéral ou après sa formation. Les cavités peuvent contenir une ou plusieurs substances:• vapeur (V) - H2O, CO2, CH4, N2, H2S• liquide (L)- H2O, CO2, petrole• solide (S) - NaCl, KCl, hématite, anhydrite, muscovite, magnétite, carbonates…etc

Définition des inclusions fluides

Exemples de dessins d'inclusions de l'article de Sorby (1858a)

Les minerais • Des cristaux bien développés dans les veinules et dans les altérations

Roches magmatiques

• Quartz• l’apatite dans les carbonatites • les phénocristaux dans les roches volcaniques

Pegmatites • Quartz, béryl ,tourmaline

Roches métamorphiques

•Quartz dans les veinules et les ségrégations

Roches sédimentaires

•Fluides diagénétiques piégés dans les fractures, les vacuoles, les géodes et dans les différents ciments et croissances diagénétiques.

Les différentes roches étudiées

Les inclusions fluides sont des petites quantités du fluide hydrothermal, piégées

dans les cristaux de la minéralisation

C’est un échantillon du fluide hydrothermal

responsable de la précipitation d’un minéral

> mm • Spécimens d’exposition

3 à 20 µm •Analyses de microthermométrie

5 µm • La plus petite taille exploitable pour l’étude des inclusions du H2O et CO2

1,5 µm • La plus petite taille exploitable pour l’étude des inclusions du H2O ou CO2

Les minéraux les plusObservables1. Quartz2. Fluorite3. Halite4. Calcite5. Apatite6. Dolomite7. Sphalérite8. Barytine9. Topaze10. Cassitérite

Les éléments les plus fréquents dans les cavités• Na, K, Li, • Mg, Sr, Ca, Ba

MODE D’ANALYSES DES INCLUSIONS FLUIDES

1ANALYSES

NON-DESTRUCTIVES

2ANALYSES

DESTRUCTIVES

1. OPTICAL MICROSCOPY AND VIZALIZING TECHNIQUES

Petrographical microscope • Fluid inclusion abundance, chronologyCL-Microscopy /SEM-CL •Textural relations with host mineral, secondary quartzUV-Microscope • detection of hydrocarbonsIR-Microscope • visualisation of fluid inclusions in semi-opaque and opaque e minerals (e.g. cassiterite, chromite, sphalerite, pyrite)TEM • dislocations /micro-cracks around FI

2. MICROTHERMOMETRY • composition and molar volume

3. VIBRATIONAL SPECTROSCOPYLaser excited micro-Raman • composition of non-aqueous fluids, spectroscopy identification of daughter crystals FT-IR • detection of CO2, H2O, hydroxyl, ...Fluorescence spectroscopy • detection of hydrocarbons

4. PARTICLE BEAMS TECHNIQUESElectron microprobe (EPMA) • inclusions near the sample surfaceProton probes: PIXE, PIGE, SXRFElectron synchrotron

1. ANALYSES NON-DESTRUCTIVES

(Van den Kerkhof, non publié)

ANALYSES DE L’ENSEMBLE

1. MECHANICAL • Crushing stage non-aqueous fluids, qualitative2. STEPWISE HEATING

Acoustic emission (AE) 'Decrepitometry' • finger print of fluid inclusion contentGas chromatography • bulk fluid compositionMass spectrometry • bulk fluid composition, isotopes3. CRUSH AND LEACH combined with • composition of aqueous fluids, element ratios,micro-chemical analysis, AAS, etc. dissolved daughter crystals

ANALYSES ÉLÉMENTAIRES

1. EPMA or SIMS (opened inclusions) • identification daughter minerals, compositionO of FI (freezing method)2. LA-ICPMS • composition including trace elements

2. ANALYSES DESTRUCTIVES

(Van den Kerkhof, non publié)

Classification des inclusions fluides

1Classification

génétique (chronologique)

2Classification selon la nature des fluides en

inclusion

Classification des inclusions fluides

1. Classification génétique (chronologique)

Types des IFs Définition Tailles et formes

Inclusions fluides primaires

• Formées sur les imperfections de la surface d’un cristal ou d’un minéral lors de la précipitation. Elles contiennent le fluide présent au moment de la croissance.

• Grandes tailles 100 à 500µm.• Isolées et de formes variables.• Certaines cavités ont la forme du minéral hôte :cristal négatif.

Inclusions fluides pseudo- secondaires

• Formées dans les microfractures qui peuvent affecter le minéral durant sa croissance.

• Tailles entre 10 et 100µm.• Formes variables des cavités.• Regroupées en alignements et pouvant traverser les zones de croissance.

Inclusions fluides secondaires

•formées une fois la croissance du cristal s'est achevée ,le long des fractures mais aussi le long des plans de clivage et des macles.

• Tailles petites et formes variables.• Regroupées en alignements traversant les zones de croissance et les fissures intérieures à inclusions pseudo-secondaires.

Inclusions fluides = IFs

Inclusions individuelles

(Groupement 3D)

Larges inclusions(en relation avec le minéral hôte)

Position isolée des autres inclusions

(distance >5x diamètre)

Inclusion renfermant une phase solide.Elle peut exister

commeInclusion solide dans

le cristal hôte

a. Un cristal simple b. Un cristal zoné

(Roedder´s rules, Roedder 1979) (Van den Kerkhof & Hein, 2001)

Dire

ction

de

la c

rois

sanc

e

IFs succèdent une Inclusion solide

(ou fluide) ou une croissance

IFs formées par une inclusion

solide (ou fluide) ou une croissance

IFs formées après le colmatage d’une

ancienne croissance fissurée

IFs formées dans les zones de croissance

Formation suivant

croissance architectur

ale

Formation au centre d’un

cristal à croissance allongée

Formation le long de l’intersection

des plans de croissance

Distribution des IFs primaires formées dans différents minéraux.

A. Calcite; B. Dolomite; C. Anhydrite; D. silicification de Quartz; E. albitisation du feldspath; F. halite en Chevron; G. gypse.

Goldstein et Reynolds, 1994- modifié

Terminologie des alignements

Trail terminology (Vollbrecht, 1989) établie apatir des travaux de Simmons et Richter (1976) et Kranz(1983).

a: Distinction entre les inclusions transgranulaires, intergranulaires, et intragranulaires.

1: transgranular, -grain2: intergranular, -grain3: intragranular, -grain4: intragranular (grain bd to grain bd.)5: intragranular (grain bd into interior6: interphase7: transphase

b: Les inclusions fluides intergranulaires

1: cleavage plains2: deformation lamellae3: deformation bands4: subgrain boundaries5: twinning lamellae

Type des IFs Caractéristiques Exemples

Inclusions monophasées

1. Inclusions monophasées liquides: remplies d'un liquide: eau, une solution saline ou du pétrole.2. Inclusions monophasées gazeuses: une phase vapeur de faible densité (CO2, CH4, N2).

Inclusions biphasées

1. Inclusions biphasées riches en liquide: la phase liquide est dominante (liquide >50%).2. Inclusions biphasées riches en gaz: la phase vapeur est dominante variant de 50 à 80%.

Inclusions triphasées

• Elles renferment une phase aqueuse saturée en sel, une ou plusieurs phases solides et une phase gazeuse.

Inclusions immiscibles

• la présence de deux liquides immiscibles dont l'un est aqueux, généralement de l'eau; l'autre est souvent un liquide riche en CO2 ou en hydrocarbures.

2. Classification selon la nature des fluides en inclusion

Classification des inclusions fluides et solides dans les

minéraux d’après les observations à température

ambiante

(Shepherd et al.1984)L=liquide, V= vapeur, S=solide, GL=verre

a. Multi-phase fluid inclusion in smoky quartz containing a large bubble ( V) of CO2 , saturated salt solution (L), and various daughter phases denoted by S1, S2, and S3. b. SEM image of an opened fluid inclusion containing three daughter phases (H ) shalite; (S )sylvite; and (A ) asarcanite. from the same location. Samples from Gakara, Burundi.

Mécanismes de piégeage des Inclusions Fluides

a. Piégeage homogène des fluides. A température ambiante et après refroidissement, la séparation des phases peut résulter du rétrécissement, saturation ou l’immiscibilité du fluide homogène à l’origine.

b. Piégeage hétérogène des fluides. Des inclusions fluides sont piégées simultanément, de compositions et rapports de phases différents.

(Van

den

Ker

khof

& H

ein,

200

1)

1. Le fluide piégé était une seule phase homogène2. La cavité n'a pas changé en volume3. Rien n'est ajouté ou perdu après la fermeture de la cavité4. Les effets de la pression sont négligeables ou connus5. L'origine de l'inclusion est connue (par la pétrographie)6. La détermination de T° d’homogénèisation est à la fois précise et exacte.

Les règles de Roedder (1979)

Cependant…

• Le Necking-down • La recristallisation• L'étirement• La décrépitation (Explosion / Implosion)

Pour étudier une inclusion fluide

• Rééquilibration de la cavité qui tend à se régulariser en forme de cristal négatif reproduisant l’architecture cristalline du minéral hôte.

• processus typique de la dissolution/precipitation. Les IFs qui sont à l’origine grandes, plates et irrégulières se divisent en plusieurs petites IFs, mais plus régulières de formes sphériques ou en forme de cristal négatif.

Modifications des Inclusions fluides

1. Le Necking-down: 2. La recristallisation:

• la fuite totale ou partielle des fluides à travers des microfractures crées durant les mesures de la microthermométrie (chauffage et refroidissement).

• Negative crystal shapes (from left to right:quartz, high-temperature quartz, fluorite (or other cubic mineral), Inclusion in noncrystalline material like glass

• Examples of ’’necking down“

• Shapes suggesting changes by overpressure (explosion decrepitation)

• Shapes indicative of changes by underpressure (implosion decrepitation).

• Changement du volume sans perte de matière

Morphologies typiques des IFs après modification

J. To

uret

3. L’étirement:

4. Décrépitation (Implosion/Explosion):

PROTOCOLE D’ANALYSES DES INCLUSIONS FLUIDES

(Van den Kerkhof, 1988 - modifié)

Combinaison d’analyses destructives et d’analyses non- destructives

Calcul de la composition chimique et de la densité de chaque phase,Ainsi que le calcul des isochores

I. Préparation de l’échantillon

plaque épaisse polie sur les deux faces d’une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm

II. Documentation (par Microscopie)

1. Selection des inclusions fluids2. Dessin et microphotographies3. Description des inclusions fluides: a. Classification (1-phase, 2-phases, multiphase, phases solides etc.) b. Age relative de l’inclusion (primaire, pseudosecondaire, secondaire) c. Tailles des Inclusions et leurs morphologies d. Rapports volumétriques entre les phases (degré de remplissage)

III. Microthermométrie

1. Étape de refroidissement (jusqu'à env. -180 °C) avec l'observation de la phase de nucléation (Tn V, CO2 S, etc)2. Étape de réchauffement (-180 jusqu'à env. 35 °C) avec détection des températures des phases de transition (Te, Tff de CO2, Tff glace, Th CO2)3. Étape de chauffage ( jusqu’à + 600°C ) avec détection de Th, Tff sel

IV. Traitement des résultats de la microthermométrie

• La méthode d’analyse microthermométrique permet de mesurer sous le microscope optique les changements de phases dans une inclusion fluide lors des variations de températures. • L’installation est conçue autour d’une platine chauffante et réfrigérante de type CHAIXMECA ou LINKAM, d’un coffret de mesure et de régulation électronique couplé à un ordinateur.• Le domaine de variation thermique couvert pour ces platines varie de -180° à +600°C avec un pas de 5°C/minute.• L’échantillon est chauffé par une résistance et refroidi par de l’azote liquide.• L’étalonnage de la platine est réalisé en mesurant le point de fusion des substances pures que l’on met à la place de l’échantillon.

La microthermométrie

Système microthermométrique LINKAM couplé à un microscope Olympus.

Le système LINKAM comprend une platine chauffante THMSG600 et un système de contrôle de la température totalement automatisé.

Le microscope BX51 a été spécialement conçu pour l'étude des inclusions fluides avec un agrandissement allant jusqu'à 200X et la possibilité d'observer en lumière transmise, réfléchie, infrarouge et par fluorescence UV.

Glossaire des phases transition des inclusions fluides durant la microthermométrie

1. La température de piégeage (Tp) Trapping temperature (Tt)

2. La température d’homogénéisation (Th) Homogenization temperature (Th)

3. Les températures de fusion Fusion temperatures

a. La température eutectique (Te) Eutectic temperature (Te)b. La température de début de fusion (Tdf) Initial (First) melting temperature (Ti)c. La température de fin de fusion (Tff) Final melting temperature (Tm)

4. La température de nucléation (Tn) Nucleation temperature (Tn)

5. La température de décrépitation(Td) Decrepitation temperature (Td)

6. La métastabilité

7. La salinité

Glossaire des phases transition de dans les inclusions fluides

1. La température de piégeage (Tp) Trapping temperature (Tt)

• La température de formation de l’inclusion fluide, exprimée en °C.

2. La température d’homogénèisation (Th) Homogenization temperature (Th)

• La température à laquelle une IF passe d’un état hétérogène (multi phases) à un état homogène (une seule phase), exprimée en °C.

3. Les températures de fusion : Fusion temperatures

a. La température eutectique (Te) Eutectic temperature (Te)

• Elle correspond à la formation du premier liquide reconnaissable d’une phase donnée après une cristallisation (congélation) complète de l’inclusion fluide durant le stade de refroidissement, exprimée en °C.

b. La température de début de fusion (Tdf) Initial (First) melting temperature (Ti)

• Elle correspond à la formation du premier liquide d’une phase donnée après une cristallisation complète de l’inclusion fluide. Cela durant l’étape du chauffage graduel après la congélation. Elle correspond à Tdf glace pour les solutions aqueuses, Tdf de calthrate pour les inclusions à CO2 gazeux, exprimée en °C.

Tdf = Te sauf: cas d’une inclusion à gaz ou à phase gazeuse dominante

c. La température de fin de fusion (Tff) Final melting temperature (Tm)

• Elle correspond à la fusion total de la phase cristallisée . Cela durant l’étape du chauffage graduel après la congélation. Elle correspond à Tff glace pour les solutions aqueuses, Tff de calthrate pour les inclusions à CO2 gazeux, exprimée en °C.

4. La température de nucléation (Tn) Nucleation temperature (Tn)

• Température à laquelle une phase donnée apparait à tous stades durant la microthermométrie, exprimée en °C.

5. La température de décrépitation(Td) Decrepitation temperature (Td)

• Température à laquelle la cavité de l’inclusion fluide rompe irréversiblement: durant le chauffage: Explosion (Expansion des fluides) ou durant la congélation: Implosion (cristallisation de la glace). Exprimée en °C.

6. La métastabilité

• Présence d’une phase donnée dans des conditions thermodynamiques attribuées à une autre phase, Exemple: la persistance de la glace dans des températures supérieures à O°C.

7. La salinité

• Quantité de solutés dans une solution aqueuse à la température Tff de glace. Les solutés sont les électrolytes (NaCl, CaCl2) ou les non-électrolytes (CO2, H2S).La salinité est exprimée en Equi. % poids (NaCl) ou Equi. % poids (CaCl2)

Température de piégeage (Tp)

Densité (d)

Pression de piégeage (Pp)

Composition chimique X

Salinité

La paléothermobarométrie au moment de la

précipitation

Les caractéristiques géochimiques

des fluides minéralisateurs

Paramètres déterminés à partir de la microthermométrie

1. Température et pression de piégeage (PTp)

Déterminés à partir des isochores et la température d’homogénéisation Th:Généralement Tp =Th, Si Tp ≠ Th on fait une correction de pression

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Th Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Te en C° Diagnose

–83C° à –74C°

–55C° à –49,8C°

–38C° à –33,0C°

–23,5C° à –21,2C°

–5C° à +1,2C°

•Contenant les systèmes Li et Br•Contenant les systèmes CaCl2 sans Li et Br•Contenant les systèmes MgCl2 et FeCl2(3)•Système NaCl dominant•Sulfates et carbonates

Propriétés eutectiques des solutions salines(Hein, Compact course, 1990)

2. La composition chimique X

T° eutectique (Te) ou T° de début de fusion (Tdf)

⇒ systèmes des fluides ⇒La composition chimique

3. La salinitéLa température de fin de fusion (Tff) la salinité⇒

En utilisant les diagrammes de salinité pour chaque système

0.1oC

-20.8oC

Ice + NaCl.2H2O + V

Ice + L+ V

L + V NaCl +L+V

NaCl.2H2O+L+ VTfm

Weight % NaCl

Tem

pera

ture

o C

-50

25

-25

0

Tm(ice)

30 20 10 0

Le système H2O-NaClLe système H2O-CaCl2

Potter et al. (1978) et Linke (1965)

4. La densitéLa température d’homogénéisation (Th) la densité⇒

En utilisant les abaques de densité ou en volume molaire pour les systèmes à gaz

(a) Densities of liquid and gas phases (b) The molar volume of the liquid phase

(Van den Kerkhof & Thiéry, 2001)

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350

Isochore (g/cc)

Boiling L=V

curve

Critical point

Liquid water

0.95 0.80

0.60

Dry steam -Vapour

Système H2O

Principe de la geothermométrie des inclusions fluidesDiagramme Pression/température pour l’eau pure

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

Considérant une inclusion fluide piégée à une température (Tt) et pression (Pt) données

En refroidissant, l’inclusion suit le cheminement d’une isochore PT jusqu’à ce quelle coincide avec la courbe L=V

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

Au delà de ce point, l’inclusion refroidit le long de la courbe L=V et on assiste à la nucléation d’une bulle de vapeur

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

Le refroidissement continu provoque un retrécissement du liquide et une expansion de la bulle de vapeur

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

En chauffant l’inclusion le long de la courbe L=V, le liquide s’étale et la bulle se retrécie

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Th Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

La bulle de vapeur disparait totalement à la température d’homogénèisation (Th)

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Th Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Isoc

hore

Système H2O

Seul le point (Th) défini l’isochore le long de la quelle l’inclusion refoidit naturellement

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Th Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

Donc, avec une chauffe continuelle, l’inclusion suit son isochore originelle

Pres

sure

KBa

r

Temp oC

1.0

0.5

050 150 350Th Tt

PtIsochore (g/cc)

L=V curve

Critical point

Liquid

Vapour

0.95 0.80

0.60

Système H2O

La différence entre Th et Tt est dite correction de pression (Pressure Correction)

Réchauffement

Refroidissement

Comportement d’une inclusion fluide biphasique gaz-liquide durant la microthermométrie

Phase de chauffage

350oC

25oC

-100oC

0oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

Temperature of Homogenisation Th

Phase de refroidissement jusqu’à la congélation

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oCFreezing after Supercooling

Phase de réchauffement

350oC

25oC

0oC

-100oC

First melting temperature - Tfm

L’Eutectique = composition

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oC

350oC

25oC

0oC

-100oCLast ice melting temperature Tm(ice)

Tff (glace) détermine la salinité

• L’étude des inclusions fluides permet de bien comprendre le mode de la mise en place des minéralisations hydrothermales en déterminant les caractéristiques géochimiques des fluides minéralisateurs piégés dans les cavités ainsi que les conditions thermodynamiques qui ont régnées durant la précipitation.• Ces buts peuvent être atteints par l’étude des inclusions fluides dans les minéraux des minerais et de leurs gangues.

Les inclusions fluides dans les minéralisations

hydrothermales

Application des inclusions fluides dans les minéralisations hydrothermales

1. La paragenèse à travers les inclusions fluides

A. Relation entre les IFs et la minéralisationB. Paragenèse des différentes inclusions fluides

2. Détermination du type de la minéralisation hydrothermale

3. La provenance des fluides minéralisateurs

4. La détermination de l’origine des saumures (Brine Solutions)

Application des inclusions fluides dans les minéralisations hydrothermales

1. La paragenèse à travers les inclusions fluides

A. Relation entre les IFs et la minéralisation

• Evidence d’une Co-précipitation: (microscopie optique) étude pétrographique des inclusions fluides piégées dans la minéralisation elle-même.

B. Paragenèse des différentes inclusions fluides

• Classification génétique (IFs primaires, pseudo-secondaires, secondaires) •Etablissement d’un ordre chronologique d’apparition des inclusion fluides dans différentes minéralisations en utilisant la technique de la cathodoluminéscence (CL)

Représentation schématique d’une veine colmatée, illustrant de multiples phases de minéralisation et de génération de microfractures, chacune est relative à des familles d’inclusions fluides. (Qz-quartz, cc - calcite, gn - galène; SPH – sphalérite).

(Wilkinson, 2001)

2. Détermination du type de la minéralisation hydrothermale

Etablissement des graphes (Th) Vs. La salinité (Equiv.% poids (NaCl)

(Wilkinson, 2001)

Abaque des Temperatures d’homgénèisation en fonction de la salinité.Les contours sont exprimés en densités de sel (g cm-3) en se basant sur la saturatation en NaCl–H2O. Abaques generée par l’equation d’etat (PVT) de Zhang and Frantz 1987.En utilisant le programme informatique FLINCOR de Brown, 1989.

Exemple de données d’inclusions fluides dans des veines minérales dans “the Irish base metal ore field” . D’après Everett et al.1999a et Wilkinson (unpublished)

anh, anhydrite; ba, barite; bor, borates; cc, calcite; chlor, alkali earth and transitional metal chlorides; cpy, chalcopyrite; daw, dawsonite; dol, dolomite; fluor, fluorite; hal, halite; hm, hematite; ksp, K-feldspar; mt, magnetite; qz, quartz; sph, sphalerite; sulph, various sulphides; syl, sylvite; wolf, wolframite.

Les caractéristiques des IFs dans les minéralisations hydrothermales

(Wilkinson, 2001)

3. La provenance des fluides minéralisateurs

En étudiant le contenu volatil dans les IFs: N2, Ar, He• Fluides magmatiques• Fluides sédimentaires• Source de circulation superficielle ou profonde des fluides météoriques

Ternary diagrams illustrating typical gas compositions of fluids from various sources.

Redrawn from Norman and Musgrave1994.

4. La détermination de l’origine des saumures (Brine Solutions)

En étudiant les halogènes: Cl, Br, Na

Etablissement des graphes: Cl Vs. Br Cl/Br Vs. Na/Br ; Cl/Br Vs. Na/Cl Cl/Br Vs. Ca/Cl ; Cl/Br Vs. Mg/Cl

• Eau de mer• Eau de mer partiellement évaporée• Butor de saumures (eau de mer évaporée au-delà du point de la précipitation de l’halite)• Les exemples ci-dessus, dilués ou mélangés• Fluides ayant acquis leur salinité par la dissolution de l’halite

Halogen discrimination diagrams modified after Viets et al., 1996.

Les inclusions fluides dans la recherche pétrolière

• L’exploration et le développement dans le domaine pétrolier s’intéressent à l’étude des les inclusions fluides contenant des hydrocarbures (huile et gaz). Les analyses de ces dernières ont pour cibles la roche réservoir, et plus spécialement les minéraux la constituant, à savoir, le quartz, les feldspaths, la calcite et la dolomite.• L’étude des hydrocarbures contenus dans les inclusions fluides nécessite l’utilisation de plusieurs techniques:la microthermométrie, la microfluorescence, la cathodoluminescence, la microscopie optique et électronique…

Application des inclusions fluides dans la recherche pétrolière

1. L’Etablissement de la séquence diagénétique: a. Détermination de la relation entre l’inclusion et le minéral hôte, afin

d’obtenir le timing de remplissage du réservoir et la migration secondaire des hydrocarbures

b. Etablissement de l’ordre chronologique de la mise en place des différents ciments et des fractures intervenant sur les qualités du réservoir.

2. Détermination des différents stades de génération des hydrocarbures: Fenêtre à huile et fenêtre à gaz, en utilisant des fourchettes prédéfinies de (Th) des saumures Brine solutions associées aux inclusions hydrocarbures. • Les résultats obtenus sont combinés à la courbe d’enfouissement (Burial History) traduisant les phases de soulèvement et de subsidence.

Les températures d’homogénèisation Th des saumures (brine solution) combinées à la courbe d’enfouissement montrent deux (02) fourchettes de Th :Une 1ère fourchette (97° – 108°C) issue de la 1ère famille d’IFs étudiées:Elle correspond à la 1ère génération de gaz au Jurassique Supérieur (First gas pool)Une 2ème fourchette (117 °– 128°C) issue de la 2ème famille d’IFs étudiées:Elle correspond à la 2ème génération de gaz au Crétacé Inférieur (Second gas pool)

(Fan et al. 2006), NW China.

3. L’estimation de la maturité de la matière organique:S’obtient en appliquant la technique de la microfluorescence. Les résultats dépendent de la nature du spectre dans lequel la fluorescence est observée Ainsi:- les hydrocarbures aromatiques sont identifiables dans le spectre Infra-rouge,- La diminution des aromatiques et le commencement du craquage de l’huile

en gaz (fenêtre à gaz) sont identifiables dans le spectre Ultra-violet,- Les hydrocarbures sont cramés : pas de fluorescence.

4. La caractérisation des paramètres pétrophysiques du réservoir (Φ et K)Ceci se traduit par une bonne relation corrélative de l’abondance des inclusions

fluides dans la roche réservoir avec les paramètres pétrophysiques.

5. Restauration des propriétés (salinité et composition chimique) des paléo-fluides en circulation responsables de:

a. La migration des hydrocarbures et leurs stockages dans les pièges, b. La destruction des hydrocarbures (fluides oxygénés),c. La détérioration des qualités-réservoirs.

CONCLUSIONS

• L’histoire des inclusions fluides (IFs) est très ancienne. Elle s’étend sur de nombreux siècles et près de deux siècles dans sa phase de recherche scientifique.Durant le demi-siècle passé, la méthode d’analyse des IFs a connu un grand progrès avec l’élargissement des techniques de caractérisation et ses champs d’applications.• L’étude des inclusions fluides est devenue et demeure une des sources d’information les plus importantes pour la géochimie des dépôts hydrothermaux et leur processus de genèse.• L’analyse des inclusions hydrocarbures et son application dans l’exploration pétrolière, ainsi que la compréhension du réservoir a connu un développement rapide durant les deux dernières décades. La corrélation des études conventionnelles du réservoir intègre actuellement les données de la technique des inclusions fluides.Des modèles de la dynamique des fluides et leur comportement dans les systèmes pétroliers (R-mère, R-réservoir, R-couverture, pièges) sont maintenant réalisables en intégrant les résultats issus de l’analyse des IFs .• Les Inclusions fluides méritent de l’importance et de la considération comme l’avait souligné H. C Sorby au début de leurs études scientifiques: « C’est indispensable, et avant tout, c’est un volet fascinant de la pétrologie… »

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Dubois, M. 2003. Les grandes étapes de développement des inclusions fluides. Comité français d'histoire de la géologie (cofrhigeo). http://annales.org/archives/cofrhigeo/dubois1.html. 21p.

Everett, C.E., Wilkinson, J.J., Rye, D.M., 1999a. Fracture-controlled fluid flow in the Lower Palaeozoic basement rocks of Ireland: implications for the genesis of Irish-type Zn–Pb deposits. In: McCaffrey, K.J.W., Lonergan, L., Wilkinson, J.J. _Eds.., Fractures, Fluid Flow and Mineralization. Geological Society of London, Special Publications, vol. 155, pp. 247– 276.Kranz, R.L., 1983. Micro-cracks in rocks: a review. Tectonophysics 100, 449–480.

FAN, A.p., YANG, R.C., FENG, Q., LIU, Y.Q., HAN, Z.Z., 2006. Application of Fluid Inclusions in the Study of Natural Gas Geology in Ordos Basin. Journal of China University of Mining and Technology 16, 443-447 pp.

Goldstein, R.H., 2001. Fluid inclusions in sedimentary and diagenetic systems. Lithos 55, 159–192

Goldstein, R.H., Reynolds, T.J., 1994. Systematics of fluid inclusions in diagenetic minerals. SEPM Short Course 31, Tulsa, 199 pp.

Munz, I.A., 2001. Petroleum inclusions in sedimentary basins: systematics, analytical methods and applications. Lithos 55,193–210

Norman, D.I., Musgrave, J.A., 1994. N2 –Ar–He compositions in fluid inclusions; implicators of fluid source. Geochim. Cosmochim. Acta 58, 1119–1131.

Roedder, E., 1984. Fluid Inclusions, Mineralogical Society of America, Reviews in Mineralogy 12, Washington, D.C., 644 pp.

Roedder, E., 1979. Fluid inclusions as samples of ore fluids. In: Barnes, H.L. _Ed.., Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. 2nd edn. Wiley, New York, pp. 684–737.

Shepherd, T.J., Rankin, A.H., Alderton, D.H.M., 1985. A Practical Guide to Fluid Inclusion Studies. Blackie, Chapman & Hall, 239 pp.

Simmons, G., Richter, D., 1976. Micro-cracks in rock. In: Strens, R.G.J. _Ed.., The Physics and Chemistry of Minerals and Rocks. Wiley, New York, pp. 105–137.

Sorby, H. C. (1858a). On the microscopical structure of crystals indicating the origin of rocks and minerals. Quart. J. Geol. Soc. London, 14, 453-500.

Van den Kerkhof, AM., (1988) CO2-CH4-N2 in fluid inclusions: theoretical modeling and geological applications. Ph.D. Diss. Free Univ., Amsterdam, 206 pp.

Van den Kerkhof, A.M., Hein, U.F., 2001. Fluid inclusion petrography. Lithos 55, 27–47

Van den Kerkhof, A.M., Thiéry, R., 2001. Carbonic inclusions. Lithos 55, 49–68.

Van den Kerkhof, A.M., 2011. Fluides inclusions – Petrography and genetic interpretation of fluid inclusions. Geowissenschaftliches Zentrum der Universität Göttingen (Germany). Course handout: http://www.uni-goettingen.de/de/26174.html. 44p. Van den Kerkhof, A.M., Sosa, G.M., 2012. Fluid inclusions – Petrography and genetic interpretation of fluid inclusions. Dept. Earth & Space Sciences - University of Science and Technology, Hefei, Anhui 230026 (P.R. China). Geowissenschaftliches Zentrum der Universität Göttingen (Germany). Course handout: http://www.uni-goettingen.de/en/26174.html. 57p Viets, J.G., Hofstra, A.H., Emsbo, P., 1996. Solute compositions of fluid inclusions in sphalerite from North American and European Mississippi Valley-type ore deposits: ore fluids derived from evaporated seawater. In: Sangster, D.F. _Ed.., Carbonate-hosted Lead–Zinc Deposits. SEG Special Publication, vol. 4, pp. 465–482.

Vollbrecht, A., 1989. Mikroriß-Analyse im KTB — Datenerhebung U-Tisch Mikroskopie. Unpublished report IGDL, Go¨ttingen.

Wilkinson, J.J., 2001. Fluid inclusions in hydrothermal ore deposits. Lithos 55, 229-272pp.