Contributions du thermomètre Δ47 et du chronomètre U-Pb à l’étude de l’histoire diagénétique, thermique, et hydrogéologique des réservoirs carbonatés du Jurassique Moyen du bassin de Paris

Paired Δ47 geothermometry and U/Pb geochronometry to reconstruct the diagenetic, thermal and fluid-flow histories of carbonate rocks in sedimentary basins : case of the Paris basin

• Auteur / Autrice : Xavier Mangenot
• Direction : Magali Ader, Marta Gasparrini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre. Géochimie
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR-Institut de physique du globe de Paris (2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Rudy Swennen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magali Ader, Marta Gasparrini, Conxita Taberner, Magali Bonifacie, Stefano M. Bernasconi, Laurie Barrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rudy Swennen, Conxita Taberner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Parisien, Bassin (France)

Géothermie

Inclusions fluides

Thermométrie

Réservoirs carbonatés

Diagenèse

Mots clés libres

Diagenèse des carbonates

Thermométrie Δ47

Chronométrie U-Pb

Inclusions fluides

Bassin de Paris

Histoire thermique

Thermo-chronologie Δ47 /(U-Pb)

Carbonate diagenesis

Δ47 thermometry

U-Pb chronometry

Fluid inclusions

Paris basin

Thermal history

Δ47 /(U-Pb) thermo-chronology

Résumé

Dans l’étude de la diagenèse des formations silico-clastiques ou carbonatées, il est souvent difficile de contraindre la température et l’âge des différents épisodes de cimentation ou de recristallisation. Le premier objectif de ce travail de thèse était de tester le potentiel de deux outils isotopiques récents (le géothermomètre des « clumpedisotopes » Δ47 et le géochronomètre U-Pb par analyse ponctuelle sur lame mince) dans le cadre de l’étude de la diagenèse des carbonates. Le deuxième objectif était de préciser l’histoire diagénétique, thermique, ethydrogéologique des réservoirs carbonatés du bassin de Paris. Pour atteindre ces deux objectifs, nous avons étudié des ciments de calcite et dolomite collectés dans les calcaires du Jurassique Moyen du dépocentre du bassin de Paris. La bonne caractérisation pétrographique et sédimentologique de ces échantillons, et le couplage entre les géothermomètres Δ47 et inclusions fluides, nous ont permis d’accéder à plusieurs informations de premier ordre. Premièrement, nous montrons que le Δ47 permet de reconstruire simultanément et précisément la température de formation des ciments diagénétiques dans la gamme 60-100°C (avec une précision de ~3-5°C) et la composition isotopique en oxygène des fluides (δ18Owater) à partir desquels ces ciments ont précipités (avec une précision de ~ 1‰). Deuxièmement, nous présentons une amélioration des connaissances de l’histoire thermique et des périodes de paléo-circulation des fluides à l’échelle régionale dans le bassin de Paris. Notamment, le croisement du géothermomètre Δ47 avec la méthode de datation U-Pb nous a permis pour la première fois de poser des contraintes thermo-chronologiques absolues sur l’ensemble des phases de circulations de fluides étudiées. Plus largement, ce couplage Δ47 /(U-Pb) inédit dévoile un champ d’application nouveau en thermo-chronologie de basse température (10-100°C). Nous anticipons que ce travail initie de nombreuses applications pour l’étude des histoires thermiques des bassins sédimentaires, via l’analyse de la diagenèse des carbonates

Diagenesis studies of both siliciclastic and carbonate rock units face the difficulty of constraining the temperature and age of the successive episodes of mineral crystallization. The first objective of this PhD work was to test the potential of two recent isotopic tools (the "clumped isotopes" Æ47 geothermometer and the laser ablation U-Pb geochronometer ) to integrate conventional carbonate diagenesis studies. The second objective was to reconstruct the diagenetic, thermal, and hydrogeological histories of the Middle Jurassic carbonate reservoirs of the Paris Basin. To achieve these goals, we studied calcite and dolomite cements mostly collected in the basin subsurface (exploration cores). The good petrographical and sedimentological characterization of the studied samples, together with the analysis of fluid inclusions and ?47 thermometry for determining the temperature and the chemical and isotopic compositions of the mineralizing fluids, allowed us to reach several first-order information. First, we show that Æ47 allows to simultaneously and precisely reconstruct the formation temperature of diagenetic cements in the range 60-100 ¡C (with an accuracy of ~ 3-5 ¡C) and the oxygen isotopic composition of the parent fluids (d18Owater) with a precision of ~ 1 ä. Secondly, this work improves our knowledge on the thermal history and past fluid-flows occurring at the basin scale. In particular, the coupling of the Æ47 thermometer with the U-Pb chronometer permitted for the first time to set absolute thermo-chronological constraints on every fluid-flow episodes investigated. More broadly, this unprecedented Æ47/(U-Pb) coupling reveals a new field of application in the low-temperature thermo-chronology field (10-100 ¡C). We anticipate that this pioneer thermo-chronological approach will induce many future applications in the study of sedimentary basins via carbonate diagenesis studies