Chemical, textural, and microstructural evolution of Ca-carbonates and sulphates during diagenesis : an experimental study

Abstract

Minerals have a chemical composition and crystal structure that reflect the pressure and temperature conditions of the environment in which they formed. When the conditions change, minerals usually undergo transformations to adapt themselves to these new conditions. When these transformations take place in subsurface conditions, where pressure and temperature are usually low, they are commonly driven by the action of a fluid and involve the replacement of the primary minerals by secondary phases. The presence of a fluid triggers the replacement reaction to take place through an interface coupled dissolution-precipitation (ICDP) mechanism. This mechanism makes the kinetics of the transformation to be much faster than if the transformation were developed by diffusion in solid state. Due to the ubiquity and relevance of mineral replacement reactions in subsurface geological environments, numerous experimental studies on the development of these processes in different systems have been carried out over the last two decades. However, many of the parameters controlling these fluid-driven mineral replacement processes are still poorly understood. This PhD thesis seeks to advance in this understanding. With this aim, experiments have been designed to experimentally study the replacement of calcium carbonate and sulphate phases through dissolution-crystallisation reactions that take place in the temperature range between 25°C and 200°C. The thesis is divided into 5 result chapters, which are presented as scientific article and address two major problems...Los minerales tienen una composición química y una estructura cristalina que reflejan las condiciones de presión y temperatura del entorno en el que se formaron. Cuando las condiciones cambian, los minerales sufren transformaciones para adaptarse a las nuevas condiciones del entorno. Cuando estas transformaciones tienen lugar en condiciones subsuperficiales, donde la presión y la temperatura son bajas, es común que estén catalizadas por la acción de un fluido que conduzca al reemplazamiento de los minerales primarios por fases secundarias. La presencia de un fluido hace que la reacción de reemplazamiento tenga lugar a través un mecanismo acoplado de disolución-cristalización. Este mecanismo facilita que la cinética de la transformación sea mucho más rápida que si se desarrollara por difusión en estado sólido. Debido a la ubicuidad y relevancia de las reacciones de reemplazamiento mineral en los entornos geológicos subsuperficiales, a lo largo de las últimas dos décadas se han realizado numerosos estudios experimentales acerca del desarrollo de estos procesos en distintos sistemas. Sin embargo, todavía no se comprenden bien muchos de los parámetros que controlan los procesos de reemplazamiento mineral mediados por fluidos. Esta tesis doctoral busca avanzar en esta comprensión. Para ello, se han diseñado experimentos orientados a estudiar experimentalmente el reemplazamiento de carbonatos y sulfatos cálcicos a través de reacciones de disolución-cristalización que se desarrollan en el rango de temperaturas entre 25°C y 200°C. La tesis está dividida en 5 capítulos de resultados, que se presentan en forma de artículo científico y que abordan dos grandes problemas...