Petrography and isotope geochemistry of diagenetic carbonates in the lower Cape Phillips Formation, Cornwallis Island, Arctic Archipelago, Canada

The lower member of the Cape Phillips Formation (Late Ordovician - Early Silurian) on northeastern Cornwallis Island is a sequence of interbedded carbonates and shales that preserves a continuous record of diagenesis that started with the formation of early diagenetic, nonferroan calcite concretions and ended with precipitation of late stage nonferroan calcite in vugs and fractures. δ¹³C values of concretion calcite range from -9.3 to +5.8‰ (PDB), indicating formation from pore waters influenced by bacterial sulphate reduction and methane generation. δ¹⁸O values of concretionary calcite range from -11.2‰ to -4.3‰ (PDB) but the reasons for the variable and negative δ¹⁸O values remain unclear. Dolomite replaced concretions and bedded limestones during later burial. Nonferroan saddle dolomite cement also precipitated during burial, prior to hydrocarbon migration. After hydrocarbon migration, late stage calcites, characterized by δ¹⁸O values ranging from -22.2‰ to -6.1‰ (PDB), occur as dedolomite and as cement in vugs and cross-cutting fractures. Their negative and variable δ¹⁸O values can be best explained by a variable hydrothermal input into calcite-precipitating pore waters. δ¹³C values in late stage calcites range from -32.2 to +4.8‰ (PDB), with the more negative values likely related to hydrocarbon-oxidizing reactions, a conclusion supported by the presence of minor secondary, fluorescent hydrocarbon-bearing inclusions.

The petrographic and geochemical evidence from the carbonates of this study is consistent with regional organic maturation data indicating that these rocks reached temperatures within the oil window. Hydrothermal effects, if real, must have been short-lived and were probably restricted to fracture zones. Elsewhere in the region, probably coeval hydrothermal fluids produced economically significant Mississippi Valley-type Pb-Zn mineralization.

Le membre inférieur de la formation Cape Phillips (Ordovicien supérieur - Silurien inférieur) dans la partie nord-est de l’île Cornwallis est composé d’une séquence de roches carbonatées et de schistes argileux interstratifiés qui documente le récit continu de la diagénèse qui débuta tôt avec la formation de concrétions calcaires non-ferrifères et s’acheva avec la précipitation de calcite non-ferrifère de stade tardif dans des vacuoles et des fractures. Les valeurs de δ¹³C de la calcite des concrétions se situent entre -9,3 et +5,8‰(PDB), indiquant qu’elle fut formée à partir d’eaux de pores influencées par la réduction bactérienne des sulfates et la production de méthane. Les valeurs de δ¹⁸O de la calcite des concrétions se situent entre -11,2‰ et -4,3‰(PDB), mais les raisons pour les valeurs variables et négatives de δ¹⁸O demeurent incertaines. Les concrétions et les calcaires lités furent remplacés par de la dolomie durant l’enfouissement tardif. Du ciment de dolomie “saddle” non-ferrifère fut aussi précipité durant l’enfouissement, avant la migration des hydrocarbures. Après la migration des hydrocarbures, les calcites de stade tardif, caractérisées par des valeurs de δ¹⁸O se situant entre -22,2‰ et -6,1‰(PDB), se retrouvent sous forme de dédolomie et de ciment dans des vacuoles et des fractures transversales. Leurs valeurs négatives et variables de δ¹⁸O peuvent être le mieux expliquées par un apport hydrothermal variable dans les eaux de pores à partir desquelles est précipitée la calcite. Les valeurs de δ¹³C dans les calcites de stade tardif se situent entre -32,2 et +4,8‰(PDB), les valeurs les plus négatives étant vraisemblablement reliées aux réactions d’oxydation des hydrocarbures, une conclusion soutenue par la présence de petites quantités d’inclusions secondaires contenant des hydrocarbures fluorescents.

Les preuves pétrographiques et géochimiques provenant des roches carbonatées de cette étude sont en accord avec les données de maturation organique à l’échelle régionale, indiquant que ces roches atteignirent des températures situées dans la fenêtre pétrolifère. Les effets hydrothermaux, s’ils ont existé, ont dû être de courte durée et furent probablement limités au zones fissurées. Ailleurs dans la région, des fluides hydrothermaux probablement contemporains, produisirent une minéralisation en Pb-Zn à valeur économique du type vallée du Mississippi.

Traduit par Marc Charest.