ABSTRACT

Sedimentological and organic petrological studies of two organic-rich deposits from basin to shallow-water settings have provided new insights into depositional controls on carbonate hydrocarbon source rocks, especially the role of organic productivity versus preservation. Organic facies, as defined by incident light microscopy and maceral assemblages, have been correlated with depositional facies and cycles to exemplify first-order controls on source rock accumulation. Areally widespread basin-floor laminites from the Upper Devonian Duvernay Formation were examined along the foreslope of the Redwater reef complex, east-central Alberta. Total organic carbon (TOC) contents and organic facies vary with depositional facies, and within and between cycles. The most organic-rich laminites correspond to the deepest water, most condensed basin successions with the farthest backstepped reef margins. The paucity of algal bloom organic facies indicates that normal productivity prevailed throughout deposition of the Duvernay laminites at Redwater. Our results indicate that the primary control on organic matter accumulation was preservation initiated by bottom-water anoxia which developed at depths as shallow as 40 to 50 m. Secondary and tertiary controls on TOC and organic facies include degree of dilution from reef-shed sediment and cyclically controlled, sediment-ladened flows that moved down the reef slope and temporarily induced oxygenated conditions into deep bottom waters, upsetting basin stratification.

Maceral “planktonic” assemblages in the Duvernay Formation reflect the degree of near-surface water agitation. Distinct organic facies correlate with selected depositional facies and the degree of bioturbation, suggesting a shared hydrodynamic control between near-surface water agitation and bottom-water oxygenation. In distal, downslope settings with low wave agitation, organic matter was preserved due to bottom-water anoxia. The resulting highly organic-rich laminites consist of: (1) the most basinward organic facies, OF A, dominated by small, but also minor large, Prasinophyte alginites; and (2) a more bankward organic facies, OF B, containing similar small Prasinophytes and significant acanthomorphic acritarchs. In the shallower, more proximal foreslope settings, where wave-agitated and oxygenated conditions prevailed, TOC is low to intermediate and the organic facies (OF C) is characterized by the same maceral assemblage as OF B plus persistent coccoidal alginites and sporinites.

The Middle Devonian Lower Keg River Member occurs as a widespread carbonate ramp in north-central Alberta and was examined in the transition from the Senex platform to the La Crete Subbasin. In the La Crete Subbasin the potential hydrocarbon source rock is a metre-thick laminite (the bituminous marker) which was deposited in water depths of only 20-40 m. In contrast to the Duvernay Formation, high organic productivity (planktonic) was the first-order control on the accumulation of organic matter. The widespread occurrence of “algal bloom” organic facies (OF BL, OF BL1), as defined by algal akinete cells and abundant, variably degraded, large and thick-walled Prasinophyte phycomas, in the bituminous marker and coeval, platformal green shales is evidence for episodic high productivity along a shallow ramp. The high rates of organic productivity led to the development of an anoxic zone, at times virtually throughout the entire water column, and preservation of organic matter. Periodic deoxygenation of near-surface waters also fostered mass kills of pelagic organisms. In a proximal ramp setting, influx of terrigenous clastic sediment shed off the Peace River Arch, combined with oxygenated conditions, resulted in dolomitic shales with low TOC and reduced source rock potential.

RÉSUMÉ

Les études sédimentologiques et pétrographiques du contenu organique de deux dépôts organiquement riches provenant de milieux s’échelonnant de basinal à d’eau peu profonde ont fourni de nouveaux éclaircissements sur les contrôles de la sédimentation sur les roches mére de carbonate d’hydrocarbure, surtout le rôle de la productivité organique versus la conservation. Les faciés organiques, comme ils ont été définis par microscopie incidente et les assemblages macéraux, ont été mis en corrélation avec les faciés et les cycles de sédimentation pour exemplifer les contrôles de premier ordre des accumulations de roches mére. Les laminites du bassin et de la plate-forme répandues régionalement sur la Formation Duvernay du Dévonien supérieur ont été examinées le long de l’avant-pente du récif composé de Redwater, de la partie du centre-est de l’Alberta. Le carbone organique total varie avec les faciés de sédimentation et à l’intérieur et entre les cycles. Les laminites les plus organiquement riches correspondent aux eaux les plus profondes, avec des séquences stratigraphiques les plus condensées dans le bassin possédant les marges de recif les plus en retrait. Le manque de faciés organiques d’efflorescences algulaires indique qu’une productivité normale prédominait pendant la sédimentation des laminites de Duvernay a Redwater. Nos résultats indiquent que le contrôle principal sur la sédimentation de la matiére organique était la conservation initiée par l’eau océanique profonde dépourvue d’oxygéne qui s’est développée à des profondeurs aussi peu que 40 à 50 m. Les contrôles secondaires et tertiaires de carbone organique total et les faciés organiques incluent un niveau de dilution des sédiments provenant des recifs et des débits, contrôlés par cycle, qui se sont écoulés vers le bas du récif et qui ont créé temporairement des conditions avec de l’oxygéne dans l’eau océanique profonde, dérangeant la stratigraphie du bassin.

Les assemblages macéraux “planctonique” dans la Formation Duvernay indiquent le niveau de l’agitation de l’eau prés de la surface. La corrélation distincte de faciés organiques avec les faciés de sédimentation choisis et le niveau de bioturbation, suggére un contrôle hydrodynamique partagé entre l’agitation de l’eau prés de la surface et l’oxygénation de l’eau océanographique profonde. Dans les milieux distaux allant vers le bas avec des vagues à faible agitation, les matiéres organiques étaient conservées à cause de l’eau océanique profonde anoxique. Les laminites trés organiquement riches qui en résultent consistent de: 1) du faciés organique sédimentaire le plus profond, OF A, dominés par des petites, mais également quelques rares larges, alginites Prasinophytes et 2) d’un faciés organique plus vers la rive, OF B, contenant de petits Prasinophytes semblables et des acritarches acarthomorphiques. Dans les milieux d’avant-pente moins profonds, plus proximaux, où les conditions de agitées par les vagues et oxygénées prédominaient, le carbone organique total s’échelonne de faible à intermédiaire et le faciés organique (OF C) est caractérisé par le même assemblage organique que OF B avec des alginites et sporinites coccoïdaux plus persistents.

Le Membre Lower Keg River du Dévonien moyen se présente comme une rampe de carbonates répandus dans la région du centre-nord de l’Alberta et a été examiné dans la transition de la plate-forme Senez au sous-bassin La Crete. La roche mére possible dans le sous-bassin est une laminite d’une épaisseur d’un métre (le marqueur bitumineux) qui a été déposée dans l’eau à des profondeurs de seulement 20 à 40 m. Par contraste é la Formation Duvernay, la production organique élevée (planctonique) était un contrôle de premier order sur l’accumulation de la matiére organique. L’occurence répandue de faciés organiques “efflorescences algoïdes” (OF BL, OFBL1), telle que définie par les cellules algoïdes akénes et des phycomes Prasinophytes à parois épaisses, abondantes, variablement dégradées et large, dans le marqueur bitumineux et les shales verts de plate-forme et coeval témoignent la productivité épisodique élevée le long d’une rampe peu profonde. Les taux élevés de productivité organique ont mené au développement d’une zone anoxique, à visuellement tout moment de la colonne d’eau et la conservation de la matiére organique. La désoxygénation périodique des eaux prés de la surface stimulant également l’extermination collective des organismes pélagiques. Dans un milieu proximal de rampe, l’entrée de sédiments terrigéne clastique provenant de l’arche de Peace River, accompagné de conditions oxygénées, donna comme résulta des shales dolomitiques avec un faible indice de carbone organique total et une réduction de la possibilité de roche mére.

Traduit par Marie Louise Tomas

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