Mineralogy, texture and porosity of Callovo-Oxfordian argillites of the Meuse/Haute-Marne region (eastern Paris Basin) (original) (raw)

2007, Mémoires de la Société …

The texture and porosity of Callovo-Oxfordian argillites, coming from the Meuse/Haute-Marne region, have been studied at different scales using borehole and laboratory measurements to more spot-like qualitative and quantitative analyses and descriptions of minerals and of the porous space. Due to their limitations and to their resolution, each of the experimental methods used explores differently and often complementarily the porous environment of argillites. The texture is characterised by two-dimensional imaging techniques (optical microscopy, scanning electron microscopy and autoradiography) that provide a view of the material from 0.1 micrometres to a few millimetres or even centimetres. Since borehole measurements are more integrative and representative of the rock in its natural state, they were used to analyse the spatial variability of the porosity. The measurements taken on laboratory samples served to characterise more finely the porous network by providing relevant geometric parameters in order to improve the understanding of the transfer and reaction processes occurring at the interface between fluids and minerals. In the end, a conceptual model for the spatial organisation of the porosity and of the minerals was developed for argillites on the basis of the overall information collected at each step. The reference values for the connected porosity of argillites are obtained by combining the mercury porosity and the calculated porosity in the domain still free from mercury as determined by gas-adsorption techniques. The total connected porosity then varies between 14% for carbonated levels and 19.5% for more argillaceous levels. Those values match those measured in boreholes. In percentage of the total porosity, the macroporosity characterised by mercury porosimetry ranges from 20 to 40%, whereas the mesoporosity resulting from the coupling of mercury porosimetry with nitrogen adsorption oscillates between 60 and 80%. The microporosity determined by nitrogen adsorption is lower than 2%. The relationship between the structure of the porosity and the mineralogy is described by considering 1) the prevailing calcic pole in the upper part of the series around the facies containing argillaceous-limestone beds (lithofacies C2d and C2c, and base of C2b) and 2) the argillaceous pole (lithofacies C2b and C2a). The properties of the porous network are discussed afterwards by reviewing water-saturation effects. Assemblage minéralogique, texture et porosité des argilites du Callovo-Oxfordien de Meuse/Haute-Marne (est du bassin de Paris) Mots-clés.-Injection de mercure, Adsorption d'azote, Minéralogie, Texture, Porosité, Argilites Résumé.-La texture et la porosité des argilites du Callovo-Oxfordien de Meuse/Haute-Marne ont été étudiées à différentes échelles depuis les mesures en forage et en laboratoire jusqu'aux analyses et descriptions plus ponctuelles qualitatives et quantitatives des minéraux et de l'espace poreux. De par leurs limitations et résolution, chaque méthode expérimentale utilisée explore de manière différente et souvent complémentaire le milieu poreux des argilites. La texture a été caractérisée à partir de techniques d'imagerie bidimensionnelles (microscopie optique, microscopie électronique à balayage, autoradiographie), qui apportent une vision du matériau de quelques 0,1 µm à quelques millimètres voir centimètres. Les mesures en forage, plus intégratives et plus représentatives de la roche dans son état naturel, ont permis d'analyser la variabilité spatiale de la porosité. Les mesures conduites sur échantillons en laboratoire ont permis de caractériser plus finement l'espace poreux en fournissant des paramètres géométriques pertinents pour la compréhension des processus de transfert et de réaction à l'interface entre les fluides et les minéraux. In fine, un modèle conceptuel d'organisation spatiale de la porosité et des minéraux a été développé pour les argilites, en cohérence avec la totalité des informations recueillies à chaque étape. Les valeurs de référence de la porosité connectée des argilites sont obtenues en combinant la porosité mercure et la porosité calculée dans le domaine non envahi par le mercure, déterminée par des techniques d'adsorption de gaz. Ainsi, la porosité totale connectée varie entre 14% pour les niveaux carbonatés et 19,5% pour les niveaux les plus argileux. Ces valeurs concordent avec celles mesurées en forage. En pourcentage de la porosité totale, la macroporosité, caractérisée par porosimétrie au mercure, est comprise entre 20 et 40%, la mésoporosité, obtenue en couplant porosimétrie au mercure et adsorption d'azote, est comprise entre 60 et 80% de la porosité alors que la microporosité obtenue uniquement via l'adsorption d'azote est inférieure à 2%. Le lien entre