Abstract

Listwanite, a carbonate-altered serpentinite commonly associated with gold and mercury mineralization, also represents a natural analogue to CO2 sequestration via in situ carbonation of minerals. The reaction pathways and permeability structure controlling listwanite formation are preserved and exposed at Atlin, British Columbia, where listwanite extends tens of meters into surrounding wallrock. The overall mineralogical transformation is the same as that being considered for industrial sequestration of CO2. In nature, this reaction proceeds via subreactions that are fossilized as spatially distinct zones. Serpentine + olivine + brucite reacted with CO2 to form serpentine + magnesite, then magnesite + talc, and finally magnesite + quartz. These mineralogical transformations are achieved isochemically, except for the volatile species H2O and CO2. Although the first stage of the reaction only accounts for about 5–15% of the carbonation potential of serpentinite, it is very widespread, and therefore may havesequestered a significant portion of the total bound CO2. Moreover, within intact bedrock, the progress of the magnesite + talc reaction generates fracture permeability, which appears to have locally enhanced reaction. The first two reactions combined account for about half of the carbonation potential for serpentinite and have a small associated increase in the volume of solids, which limits porosity loss. They thus hold the greatest promise for in situ mineral carbonation. The carbonation reactions are controlled by the activity of CO2 in the fluid phase. Proponents of industrial mineral-carbonation processes therefore may seek to control the composition of the input gas to preferentially drive carbonation reactions that minimize porosity loss and maximize permeability generation. Magnetite was progressively destroyed during carbonation, which allowed magnetic susceptibility to be used as a proxy for carbonation-reaction progress. It facilitated the mapping of the permeability structure of these systems and delineated subtle variations in reaction progress that might otherwise have gone unnoticed in the field.

Abstract

La listwanite, une serpentinite carbonatée généralement associée à une minéralisation aurifère et mercurifère, représenterait un analogue naturel de la séquestration du CO2via la carbonatation in situ de minéraux. Le déroulement des réactions et la structure de perméabilité régissant la formation de la listwanite sont préservés et visibles à Atlin, en Colombie-Britannique, où la listwanite est structuralement liée à un système de fractures et de perméabilité, et s’étend sur des dizaines de mètres dans la roche-mère intacte. La transformation minéralogique globale est la même que celle qui est à l’étude pour la séquestration industrielle du CO2. Dans la nature, cette réaction procède selon des sous-réactions fossilisées sous forme de zones étalées dans l’espace. Serpentine + olivine + brucite réagissent avec le CO2 pour former serpentine + magnésite, ensuite magnésite + talc, et enfin magnésite + quartz. Ces transformations minéralogiques se déroulent de façon isochimique, exception faite pour les espèces volatiles H2O et CO2. Quoique la première étape de la réaction ne rend compte que d’environ 5–15% du potentiel en carbonatation de la serpentinite, il s’agit d’une réaction très répandue, et donc qui aurait pu avoir piégé une proportion importante du CO2 total. De plus, dans la roche-mère intacte, le progrès de la réaction magnésite + talc produit une perméabilité et des fractures, qui semblent avoir promu la réaction localement. Les deux premières réactions ensemble rendent compte d’environ la moitié du potentiel de carbonatation de la serpentinite, et présentent un faible augmentation du volume des solides, ce qui limite la perte en porosité. Les deux premières étapes de la réaction possèdent donc le plus grand espoir pour une carbonatation in situ. Les réactions de carbonatation sont régies par l’activité du CO2 dans la phase fluide. Les exploitants des processus industriels devraient donc chercher à controller la composition de la phase gazeuse ajoutée afin de forcer les réactions de carbonatation qui minimisent la perte en porosité et maximisent la génération de perméabilité. La magnétite a progressivement été détruite au cours de la carbonatation, ce qui nous a permis d’utiliser la susceptibilité magnétique comme indicateur du progrès de la carbonatation. Ceci a facilité la cartographie de la structure des zones de perméabilité dans ces systèmes et a permis la délinéation de variations subtiles en progrès de la réaction qui autrement auraient bien pu nous échapper sur le terrain.

(Traduit par la Réaction)

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