Abstract
Controversy exists regarding the timing of emplacement of oil in the giant Athabasca and Peace River oil sands. Bitumen-cemented sandstones are present in the late Albian Paddy Member of the Peace River Formation; some cemented sandstones formed burrowed firmgrounds and reworked intraclasts, showing that oil was reaching surface by about 101–102 Ma. Estuarine and shallow-marine sandstones of the Paddy Member are exposed on the Peace and Heart rivers in the vicinity of the town of Peace River. Bitumen-cemented sandstone occurs in four stratigraphic settings: 1) An in-situ cement forms locally bedding-transgressive, sheet-like masses in cross-bedded estuarine sandstone; 2) A bitumen-cemented and heavily burrowed layer, 30–60 cm thick, lies immediately beneath a marine transgressive surface and shows that oil infiltrated downward into, and cemented, the upper surface of a shoreface sandbody. The firm sand was subsequently exhumed by transgressive erosion, fractured and burrowed by arthropods; 3) Rounded pebble- to cobble-sized clasts of bitumen-cemented sand lie on the floor of a tidal channel, and the channel floor surface is also stained and burrowed. This case suggests floating oil infiltrated the channel floor at low tide, subsequently hardening prior to erosion and burrowing; 4) Rounded cobble-to boulder-size clasts of bitumen-cemented sandstone, up to 1 m wide and 0.5 m thick, lie on a regional marine ravinement surface cut on the uppermost Paddy shoreface sandstone. The sand was permeated with oil, top-down, then oxidized to form a tough bitumen cement. The bituminous sand was subsequently scoured by waves during marine transgression to form a boulder lag that is enclosed in transgressive marine claystone. All four of these examples show that oil was reaching the Earth’s surface during Paddy time where it infiltrated porous sands to a depth of several decimetres, subsequently degrading and oxidizing to form a tough ‘asphalt pavement’ that attracted a burrowing firmground fauna and was eroded into cohesive intraclasts weighing many tens of kilograms. Pyrolysis proved the bitumen cement to be degraded oil, but it was not possible to identify the source-rock using gas chromatography-mass spectrometry. The Paddy ‘asphalt pavements’ are comparable to cements that form in beach sediments in the wake of catastrophic spills from tanker groundings. A direct analogue is provided by Eocene estuarine sediments in Dorset, U.K. There, bitumen-cemented estuarine sands also formed firmgrounds and intraclasts on channel-floor and marine transgressive surfaces.
Résumé
La controverse existe sur la chronologie de l’emplacement du pétrole dans les sables bitumineux géants de l’Athabasca et de la rivière de la Paix. Du grès cimenté par du bitume est présent dans le niveau de Paddy de l’Albien tardif de la Formation de la rivière de la Paix; en effet, dans le grès cimenté des trous ont été formés dans le sol compacté et les intraclastes remaniés indiquant que le pétrole en atteignait la surface il y a environ 101 Ma à 102 Ma. Le grès estuarien et de mer peu profonde du niveau de Paddy est exposé dans les rivières de la Paix et de Heart à proximité de la ville de Peace River. On peut remarquer le grès cimenté de bitume dans quatre contextes stratigraphiques : 1) du ciment in situ s’est formé localement en masses de feuillets lités transgressifs dans du grès estuarien à stratification oblique; 2) une couche cimentée de bitume, de 30 cm à 60 cm d’épaisseur, considérablement trouée, s’étend immédiatement en dessous d’une surface marine transgressive et montre que du pétrole s’est infiltré vers le bas dans la surface supérieure d’un corps sableux d’avant-plage et a cimenté celui-ci. Le sable ferme a été ultérieurement exhumé par l’érosion transgressive, fracturé et troué par les arthropodes; 3) des clastes sableux de la taille de pierres arrondies à celle de galets cimentés de bitume reposent sur le lit d’un chenal de marée et la surface du lit est également tachée et parsemée de trous. Ce cas nous donne à penser que le pétrole flottant avait infiltré le lit du chenal à marée basse pour s’endurcir plus tard, avant l’érosion et le fouissage; 4) des clastes de grès cimentés de bitume qui varient de la taille du galet à celle du bloc rocheux, allant jusqu’à 1 mètre de largeur et de 0,5 mètre d’épaisseur, reposent sur une surface de ravinement marin régional coupée sur la partie sommitale du grès d’avant-plage de Paddy. Le sable avait été imprégné de pétrole de haut en bas, puis oxydé pour former un ciment bitumeux solide. Le sable bitumineux a été ultérieurement décapé par les vagues durant la transgression marine pour former un décalage de bloc encaissé dans l’argillite transgressive marine. Ces quatre exemples montrent que le pétrole atteignait la surface de la terre à l’époque de Paddy où le pétrole s’infiltrait dans les sables poreux à une profondeur de plusieurs décimètres puis, par dégradation et oxydation, former un « pavage asphaltique » solide ayant attiré une faune fouisseuse de sol compacté lequel s’est érodé en intraclastes cohésifs de plusieurs dizaines de kilogrammes. La pyrolyse a prouvé que le ciment bitumeux était du pétrole dégradé, mais on n’a pu être en mesure d’identifier la roche-mère par le chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectomètre de masse. Le « pavage asphaltique » de Paddy est comparable aux ciments formés dans les sédiments de plage après des déversements catastrophiques causés par l’échouement de pétroliers. Une analogie directe nous est fournie par les sédiments estuariens de l’Éocène du Dorset au Royaume-Uni. À cet endroit, les sables estuariens enrobés de ciment bitumeux ont également formés des sols compactés et des intraclastes sur le lit de chenal et les surfaces marines transgressives.
Michel Ory
