Early diagenesis in a potential oil shale: evidence from calcite concretions in the Upper Devonian Kettle Point Formation, southwestern Ontario Available to Purchase

Organic-rich, black shales of the Kettle Point Formation contain metre-sized, spherical to subspherical ferroan calcite concretions. Their texturally massive centres are composed of coarsely crystalline pseudospar whereas the margins consist of thick fringes of fibrous calcite. Finely crystalline ferroan dolomite and pyrite are scattered throughout the concretions and their shale host. Concretion calcite δ¹³C values are variable, ranging from -4 to -13 ‰ (PDB); δ¹⁸O values range from -4 to -7 ‰ (PDB). The highest δ¹³C and lowest δ¹⁸O values occur near the margins of the concretions.

Widespread precipitation of ferroan dolomite and pyrite occurred at shallow burial depths below the sediment-water interface during the early stages of bacterial sulphate reduction. Ferroan calcite, initially as an equant pseudospar impregnation of the uncompacted terrigenous mud and then later as displacive fibres, followed as sulphate reduction became more prevalent. Pyrite precipitated once again near the termination of concretion growth, still within the zone of sulphate reduction. The general increase in δ¹³C from distinctly negative values near the centres of the concretions to less negative values at their margins reflects an increase in the contribution of ¹³C-enriched HCO₃^- generated during biogenic methane formation in the surrounding organic-rich sediments. Calcite δ¹⁸O values at the centres of the concretions indicate initial precipitation from slightly modified seawater. The decrease in calcite δ¹⁸O with growth of the concretions resulted from higher temperatures of precipitation with burial, more evolved pore waters, or both. Stable isotopic data support field and petrographic evidence indicating that these concretions were initiated within centimetres of the dysoxic to anoxic sediment-water interface and continued to grow to depths of a few hundred metres.

Des schistes argileux noirs et riches en matière organique de la formation Kettle Point renferment des concrétions de calcite ferrifère, de formes sphériques à subsphrériques et de dimensions dans l’ordre de mètres. La structure massive de leurs centres est composée de pseudospath cristallin grossier tandis que leurs marges consistent en épaisses franges de calcite fibreuse. De la dolomie ferrifère et de la pyrite, sous forme de fins cristaux, sont répandues à travers les concrétions et le schiste argileux qui les entoure. Les teneurs en δ¹³C de la calcite des concrétions sont variables, allant de -4 à -13 ‰ (PDB); les teneurs en δ¹⁸O s’étendent entre -4 et -7 ‰ (PDB). Les teneurs en δ¹³C les plus élevées et les teneurs en δ¹⁸O les plus basses se trouvent près des marges des concrétions.

La précipitation répandue de la dolomie ferrifère et de la pyrite se produisit à des profondeurs d’enfouissement peu profondes au-dessous du contact sédiment-eau lors des premières étapes de la réduction bactérienne des sulfates. La calcite ferrifère, au début formée comme imprégnation de pseudospath équidimensionnel des boues terrigènes meubles et plus tard comme fibres de remplacement, fut ensuite formée lorsque la réduction des sulfates devint plus fréquente. La pyrite se précipita à nouveau vers la fin de la période de croissance des concrétions, toujours dans la zone de la réduction des sulfates. L’augmentation générale des teneurs en δ¹³C, de valeurs distinctement négatives près du centre des concrétions à des valeurs moins négatives dans les zones marginales, reflète l’augmentation de l’apport de HCO₃-enrichi en ¹³C produit lors de la formation de méthane d’origine biologique dans les sédiments environnants riches en matière organique. La teneur en δ¹⁸O de la calcite au centre des concrétions indique qu’elle fut précipitée au début à partir d’eau de mer légèrement modifiée. La diminution de la teneur en δ¹⁸O de concert avec la croissance des concrétions fut le résultat des températures de précipitation plus élévées qui accompagnent l’enfouissement, des eaux de pores plus développées, ou des deux. Les données sur les isotopes stables appuient les preuves apportées par les observations de terrain et pétrographiques qui indiquent que la croissance de ces concrétions a été amorcée à moins de quelques centimètres du contact sédiment-eau dysoxique à anoxique et se poursuivit jusqu’à des profondeurs de quelques centaines de mètres.

Traduit par Marc Charest