Roches

Dépôts de schiste bitumineux d'Estonie et de Suède



Réimpression de: United States Geological Survey Scientific Investigations Report 2005-5294Par John R. Dyni

Estonie et Suède schistes bitumineux

Carte des gisements de kukersite dans le nord de l'Estonie et de la Russie (emplacements après Kattai et Lokk, 1998; et Bauert, 1994). Aussi, zones de schiste d'alun en Suède (emplacements après Andersson et al., 1985). Cliquez pour agrandir la carte.

Estonie

Les gisements de kukersite ordovicien d'Estonie sont connus depuis les années 1700. Cependant, l'exploration active n'a commencé qu'en raison des pénuries de carburant provoquées par la Première Guerre mondiale. L'exploitation à grande échelle a commencé en 1918. La production de schiste bitumineux cette année-là était de 17 000 tonnes par exploitation à ciel ouvert et, en 1940, la production annuelle atteint 1,7 million de tonnes. Cependant, ce n'est qu'après la Seconde Guerre mondiale, à l'époque soviétique, que la production a augmenté de façon spectaculaire, atteignant un sommet en 1980 lorsque 31,4 millions de tonnes de schiste bitumineux ont été extraites de onze mines à ciel ouvert et souterraines.

La production annuelle de schiste bitumineux a diminué après 1980 pour atteindre environ 14 millions de tonnes en 1994-95 (Katti et Lokk, 1998; Reinsalu, 1998a) puis a recommencé à augmenter. En 1997, 22 millions de tonnes de schiste bitumineux ont été produites à partir de six mines souterraines à chambre et pilier et de trois mines à ciel ouvert (Opik, 1998). Sur ce montant, 81% ont été utilisés pour alimenter des centrales électriques, 16% ont été transformés en produits pétrochimiques et le reste a été utilisé pour fabriquer du ciment ainsi que d'autres produits mineurs. En 1997, les subventions de l'État aux sociétés de schistes bitumineux se sont élevées à 132,4 millions de couronnes estoniennes (9,7 millions de dollars américains) (Reinsalu, 1998a).

Les gisements de kukersite occupent plus de 50 000 km2 dans le nord de l'Estonie et s'étendent vers l'est en Russie vers Saint-Pétersbourg où il est connu sous le nom de gisement de Leningrad. En Estonie, un gisement de kukersite un peu plus jeune, le gisement Tapa, recouvre le gisement Estonie.

Jusqu'à 50 lits de kukersite et de calcaire riche en kérogène alternant avec du calcaire biomicritique se trouvent dans les formations de Kõrgekallas et Viivikonna d'âge Ordovicien moyen. Ces lits forment une séquence de 20 à 30 m d'épaisseur au milieu du champ d'Estonie. Les lits individuels de kukersite ont généralement une épaisseur de 10 à 40 cm et peuvent atteindre jusqu'à 2,4 m. La teneur en matières organiques des lits de kukersite les plus riches atteint 40 à 45% en poids (Bauert, 1994).

Les analyses Rock-Eval de la kukersite la plus riche d'Estonie montrent des rendements en huile pouvant atteindre 300 à 470 mg / g de schiste, ce qui équivaut à environ 320 à 500 l / t. Le pouvoir calorifique de sept mines à ciel ouvert varie de 2 440 à 3 020 kcal / kg (Reinsalu, 1998a, son tableau 5). La majeure partie de la matière organique provient de l'algue verte fossile, Gloeocapsomorpha prisca, qui a des affinités avec la cyanobactérie moderne, Entophysalis major, une espèce existante qui forme des tapis d'algues dans les eaux intertidales à très peu profondes (Bauert, 1994).

Les minéraux de matrice dans la kukersite estonienne et les calcaires interstratifiés comprennent principalement de la calcite à faible teneur en Mg (> 50%), de la dolomite (<10-15%) et des minéraux siliciclastiques, notamment du quartz, des feldspaths, de l'illite, du chlorite et de la pyrite (<10-15%) . Les lits de kukersite et les calcaires associés ne sont évidemment pas enrichis en métaux lourds, contrairement au schiste Dictyonema de l'Ordovicien inférieur du nord de l'Estonie et de la Suède (Bauert, 1994; Andersson et al., 1985).

Bauert (1994, p. 418-420) a suggéré que la séquence de kukersite et de calcaire a été déposée dans une série de «ceintures empilées» est-ouest dans un bassin marin subtidal peu profond adjacent à une zone côtière peu profonde du côté nord de la mer Baltique près de la Finlande. L'abondance de macrofossiles marins et la faible teneur en pyrite indiquent un environnement d'eau oxygénée avec des courants de fond négligeables comme en témoigne la continuité latérale généralisée de lits de kukersite uniformément minces.

Kattai et Lokk (1998, p. 109) ont estimé les réserves prouvées et probables de kukersite à 5,94 milliards de tonnes. Reinsalu (1998b) a effectué un bon examen des critères d'estimation des ressources estoniennes de schiste bitumineux de kukersite. En plus de l'épaisseur du mort-terrain et de l'épaisseur et de la qualité du schiste bitumineux, Reinsalu a défini un lit de kukersite donné comme constituant une réserve, si le coût de l'extraction et de la livraison du schiste bitumineux au consommateur était inférieur au coût de la livraison du quantité équivalente de charbon d'une valeur énergétique de 7 000 kcal / kg. Il a défini un lit de kukersite comme une ressource comme ayant un indice énergétique supérieur à 25 GJ / m2 de surface de lit. Sur cette base, les ressources totales de kukersite estonienne dans les lits A à F (fig. 8) sont estimées à 6,3 milliards de tonnes, ce qui comprend 2 milliards de tonnes de réserves "actives" (définies comme des schistes bitumineux "à exploiter"). Le dépôt Tapa n'est pas inclus dans ces estimations.

Le nombre de forages exploratoires dans le champ d'Estonie dépasse 10 000. La kukersite d'Estonie a fait l'objet d'une exploration relativement approfondie, tandis que le gisement de Tapa est actuellement en phase de prospection.

-Dictyonema Shale

Un autre gisement de schiste bitumineux plus ancien, le schiste marin de Dictyonema d'âge Ordovicien inférieur, est à la base de la majeure partie du nord de l'Estonie. Jusqu'à récemment, peu d'informations ont été publiées sur cette unité, car elle était secrètement exploitée pour l'uranium à l'époque soviétique. L'unité varie de moins de 0,5 à plus de 5 m d'épaisseur. Un total de 22,5 tonnes d'uranium élémentaire a été produit à partir de 271 575 tonnes de schiste Dictyonema provenant d'une mine souterraine près de Sillamäe. L'uranium (U3O8) a été extrait du minerai dans une usine de traitement à Sillamäe (Lippmaa et Maramäe, 1999, 2000, 2001).

L'avenir de l'exploitation des schistes bitumineux en Estonie est confronté à un certain nombre de problèmes, notamment la concurrence du gaz naturel, du pétrole et du charbon. Les mines à ciel ouvert actuelles dans les gisements de kukersite devront éventuellement être converties en opérations souterraines plus coûteuses à mesure que le schiste bitumineux est exploité. Une grave pollution de l'air et des eaux souterraines résulte de la combustion des schistes bitumineux et de la lixiviation des métaux traces et des composés organiques des tas de déblais laissés par de nombreuses années d'exploitation et de traitement des schistes bitumineux. La remise en état des zones minées et des tas de schistes usés associés et des études visant à améliorer la dégradation environnementale des terres minées par l'industrie du schiste bitumineux sont en cours. La géologie, l'exploitation minière et la remise en état du gisement de kukersite d'Estonie ont été examinées en détail par Kattai et al. (2000).

Schiste bitumineux - Menu Pays

Suède

Le schiste d'alun est une unité de marinite riche en matière organique noire d'environ 20 à 60 m d'épaisseur qui a été déposée dans un environnement de plateau marin peu profond sur la plate-forme baltoscandienne stable du point de vue tectonique au Cambrien jusqu'au début de l'Ordovicien en Suède et dans les régions adjacentes. Le schiste d'alun est présent dans les valeurs aberrantes, en partie délimitées par des failles locales, sur les roches précambriennes du sud de la Suède ainsi que dans les calédonides perturbées tectoniquement de l'ouest de la Suède et de la Norvège, où il atteint des épaisseurs de 200 m ou plus en séquences répétées en raison de poussées multiples défauts (fig.14).

Les schistes noirs, équivalents en partie aux schistes d'alun, sont présents sur les îles d'Öland et de Götland, sous-tendent des parties de la mer Baltique, et poussent le long de la côte nord de l'Estonie où ils forment le schiste de Dictyonema de l'âge de l'Ordovicien précoce (trémadocien) (Andersson et al., 1985, leurs figures 3 et 4). Le schiste d'alun représente un dépôt lent dans des eaux peu profondes et presque anoxiques peu perturbées par l'action des vagues et du courant de fond.

Le schiste d'alun du Cambrien et de l'Ordovicien inférieur de Suède est connu depuis plus de 350 ans. C'était une source de sulfate d'aluminium et de potassium qui était utilisée dans l'industrie du tannage du cuir, pour fixer les couleurs dans les textiles et comme astringent pharmaceutique. L'exploitation des schistes pour l'alun a commencé en 1637 à Skåne. Le schiste d'alun était également reconnu comme une source d'énergie fossile et, vers la fin des années 1800, des tentatives ont été faites pour extraire et raffiner les hydrocarbures (Andersson et al., 1985, p. 8-9).

Avant et pendant la Seconde Guerre mondiale, Alum Shale a été répliqué pour son pétrole, mais la production a cessé en 1966 en raison de la disponibilité de fournitures moins chères de pétrole brut. Pendant cette période, environ 50 millions de tonnes de schiste ont été extraites à Kinnekulle dans le Västergötland et à Närke.

Le schiste d'alun est remarquable pour sa teneur élevée en métaux, y compris l'uranium, le vanadium, le nickel et le molybdène. De petites quantités de vanadium ont été produites pendant la Seconde Guerre mondiale. Une usine pilote construite à Kvarntorp a produit plus de 62 tonnes d'uranium entre 1950 et 1961. Plus tard, du minerai à plus haute teneur a été identifié à Ranstad dans le Västergötland, où une mine à ciel ouvert et une usine ont été établies. Environ 50 tonnes d'uranium par an ont été produites entre 1965 et 1969. Au cours des années 80, la production d'uranium à partir de gisements à haute teneur ailleurs dans le monde a provoqué une baisse du prix mondial de l'uranium à des niveaux trop bas pour exploiter avec profit l'usine de Ranstad, et il a fermé ses portes en 1989 (Bergh, 1994).

Le schiste d'alun a également été brûlé avec du calcaire pour fabriquer des «parpaings», un bloc de construction poreux léger qui était largement utilisé dans l'industrie de la construction suédoise. La production s'est arrêtée quand on s'est rendu compte que les blocs étaient radioactifs et émettaient des quantités inacceptables de radon. Néanmoins, le schiste d'alun demeure une ressource potentielle importante d'énergie fossile et nucléaire, de soufre, d'engrais, d'éléments en alliage métallique et de produits en aluminium pour l'avenir. Les ressources énergétiques fossiles du schiste d'alun en Suède sont résumées dans le tableau 6.

La teneur organique en schiste d'alun varie de quelques pour cent à plus de 20 pour cent, étant la plus élevée dans la partie supérieure de la séquence de schiste. Les rendements pétroliers, cependant, ne sont pas proportionnels au contenu organique d'une zone à l'autre en raison des variations de l'histoire géothermique des zones sous-jacentes à la formation. Par exemple, à Skåne et Jämtland, dans le centre-ouest de la Suède, le schiste d'alun est trop mûr et les rendements en huile sont nuls, bien que la teneur organique du schiste soit de 11 à 12%. Dans les zones moins touchées par l'altération géothermique, les rendements pétroliers varient de 2 à 6 pour cent selon le test Fischer. L'hydrorétortage peut augmenter les rendements du test Fischer de 300 à 400 pour cent (Andersson et al., 1985, leur fig. 24).

Les ressources en uranium du schiste d'alun de Suède, bien que de faible teneur, sont énormes. Dans la région de Ranstad, dans le Västergötland, par exemple, la teneur en uranium d'une zone de 3,6 m d'épaisseur dans la partie supérieure de la formation atteint 306 ppm, et les concentrations atteignent 2000 à 5000 ppm dans de petites lentilles d'hydrocarbures de type charbon noir (kolm ) dispersés dans la zone.

Le schiste d'alun dans la région de Ranstad est à la base d'environ 490 km2, dont le membre supérieur, de 8 à 9 m d'épaisseur, contient environ 1,7 million de tonnes d'uranium métal (Andersson et al., 1985, leur tableau 4).