ABSTRACT
The Upper Devonian Rimbey-Meadowbrook reef trend is an extensive subsurface carbonate aquifer system in the southern part of the Western Canada Sedimentary Basin and is compared with Swan Hills, Leduc and Wabamun carbonates of west-central Alberta. These Devonian levels are part of a structural homocline that crops out near its northeastern end and stretches for several hundred kilometers southwestward into the deepest part of the basin.
Most Devonian carbonates are pervasively dolomitized into grey matrix dolomite, which commonly comprises about 85–90 vol % of the rocks. Despite its large regional extent and subsurface depths (0 to 6500 m), the Rimbey-Meadowbrook reef trend displays little if any systematic variations in petrography or geochemistry. Stratigraphic, petrographic and geochemical evidence suggest that the grey matrix dolomite formed at depths of about 500–1500 m from marine pore waters with relatively minor modification by water-rock interaction. Volumetrically minor amounts of calcite and dolomite cements, replacive and cement anhydrite, and elemental sulfur and hydrocarbons fill some of the remaining porosity.
The volumetrically minor intermediate burial (>600–1500 m) dolomite cements and deep burial saddle dolomite and calcite cements occur as coarse-crystalline spars in secondary porosity. Intermediate burial dolomite cements display a slight decrease down the reef trend in δ18O values (-4 to -7 ‰ PDB) with increasing depth that correspond to slightly elevated 87Sr/86Sr ratios. Fluid inclusions of these dolomite cements are highly saline and have relatively uniform homogenization temperatures (122 to 131°C), suggesting that they formed from relatively hot fluids before significant basin tilting.
Deep burial (>2000–3000 m) saddle dolomites are rare in the Rimbey-Meadowbrook reef trend and the available fluid inclusion homogenization temperatures increase with burial, suggesting that they precipitated under normal geothermal gradients after significant tectonic tilting. The calcites fall into two groups, a relatively early and a relatively late group. The relatively early calcites follow a 30°C/km geothermal gradient when corrected for pressure, whereas the later calcites that formed as a by-product of thermochemical sulfate reduction follow a 20 to 25°C/km gradient and may reflect cooler post-Laramide conditions.
The deep basin of west-central Alberta includes the Obed, Kaybob South, Fox Creek, Pine Creek and Simonette fields from the Swan Hills, Leduc and Wabamun stratigraphic levels. Replacement matrix dolomites in all three stratigraphic levels are similar in terms of textures, trace elements and C, O and Sr isotopes, and to those of the Rimbey-Meadowbrook reef trend. In addition, fault-controlled, late-stage burial dolomitization is evident in the Swan Hills, Kaybob South and Simonette buildups, and in the Wabamun Pine Creek Field. Homogenization temperatures from fluid inclusions in saddle dolomites range from about 127 to 167°C and late calcites have similar Th ranges from 124 to 164°C. Temperatures for anhydrite are cooler, ranging from 104 to 116°C, and suggest secondary alteration of inclusions at present reservoir temperatures and/or that some anhydrite was remobilized at somewhat cooler conditions after maximum burial.
Downdip to the southwest in the Obed buildup, deep burial calcite cements in fractures and vugs have highly radiogenic 87Sr/86Sr ratios (0.7252) and highly depleted δ13C values (minimum -27.1 ‰ PDB), indicating incorporation of oxidized carbon from Thermochemical Sulphate Reduction (TSR). In other buildups, δ13C values of late calcite cements are not as depleted in their carbon isotopic values (0.9 to -10 ‰ PDB). Radiogenic Sr occurs updip to the northeast in saddle dolomite and calcite cements (Swan Hills, Kaybob South 0.7221, 0.7310; Simonette 0.7370, 0.7369; Leduc Pine Creek 0.7140, 0.7195; Wabamun Pine Creek 0.7150, 0.7188). The radiogenic 87Sr/86Sr signal appears to be derived from fluids that had interacted with the crystalline basement and/or overlying Proterozoic/Lower Cambrian clastics. It is possible that at least some radiogenic Sr was injected into the Devonian section by tectonic loading during the Laramide Orogeny.
The Rimbey-Meadowbrook reef trend and the Devonian carbonates in the west-central Alberta deep basin are similar in terms of overall diagenetic phases and their characteristics. The late-stage cements exhibit somewhat higher temperatures in the deep basin of west-central Alberta. The regions differ mainly in radiogenic Sr with all west-central Alberta late-stage dolomite and calcite cements being more radiogenic, especially along established or inferred faults as in Kaybob South, Swan Hills Simonette and Wabamun Pine Creek fields. The west-central Alberta calcites also contain lighter δ13C (-3.5 to -10.0 ‰ PDB) and even lower (0 to –27 per mil) in some high sour gas fields like Obed.
RÉSUMÉ
L’alignement de récifs de Rimbey-Meadowbrook du Dévonien supérieur est un système étendu d’aquifère de carbonate dans la partie sud du bassin sédimentaire de l’Ouest du Canada et est comparé ici avec les carbonates de Swan Hills, de Leduc et de Wabamun du centre-ouest de l’Alberta. Ces horizons du Dévonien font partie d’un homoclinal structural qui affleure près de sa terminaison nord-est et qui s’étend sur plusieurs centaines de kilomètres vers le sud-ouest, jusque dans la partie la plus profonde du bassin.
La plupart des carbonates du Dévonien sont dolomitisés de façon pénétrative sous la forme d’une matrice grise de dolomite, qui comprend communément près de 85-90 % du volume des roches. Malgré sa grande étendue régionale et ses différentes profondeurs de subsurface (0 à 6500 m), l’alignement de récif de Rimbey-Meadowbrook montre peu, sinon aucune variation systématique de pétrographie ou de géochimie. Les évidences stratigraphiques, pétrographiques et géochimiques suggèrent que la matrice de dolomite grise s’est formée à des profondeurs d’environ 500-1500 m à partir d’eaux de porosité de nature marine, avec des modifications relativement mineures par l’interaction eau-roche. Des quantités volumétriques mineures de ciments de calcite et de dolomite, d’anhydrite de remplacement ou sous la forme de ciment, de soufre natif et d’hydrocarbures remplissent une partie de la porosité rémanente.
Les ciments de dolomite d’enfouissement intermédiaire (>600-1500 m) sont en volume mineur et les ciments de dolomite en selle et de calcite se présentent sous des formes de spath à cristaux grossiers dans la porosité secondaire. Les ciments de dolomite d’enfouissement intermédiaire montrent une faible baisse des valeurs de δ18O (-4 à -7 ‰ PDB) en se déplaçant vers le bas de l’alignement de récif et avec l’augmentation de la profondeur, et qui correspond à des valeurs élevées de rapports 87Sr/86Sr. Les inclusions fluides de ces ciments de dolomite sont hautement salines et ont des températures d’homogénéisation relativement uniformes (115 à 132°C), suggérant qu’ils se sont formés à partir de fluides relativement chauds avant que ne survienne une inclinaison significative du bassin.
Les dolomites en selle d’enfouissement profond (>2000-3000 m) sont rares dans l’alignement de récifs de Rimbey-Meadowbrook et les données disponibles pour leurs inclusions fluides montrent une augmentation de la température d’homogénéisation avec l’enfouissement, suggérant qu’elles ont précipité sous des gradients géothermiques normaux après une inclinaison tectonique significative. Les calcites se retrouvent dans deux groupes, l’un relativement précoce et l’autre relativement tardif. Les calcites relativement précoces suivent un gradient géothermique de 30°C/km, lorsque corrigé pour la pression, alors que les calcites tardives, qui se sont formées comme un sous-produit de la réduction thermochimique de sulfate, suivent un gradient de 20 à 25°C/km, ce qui peut refléter des conditions plus froides post-Laramide.
Le bassin profond du centre-ouest de l’Alberta inclut les champs de Obed, Kaybob South, Fox Creek, Pine Creek et de Simonette, correspondant aux niveaux stratigraphiques de Swan Hills, de Leduc et de Wabamun. Les dolomites de matrice de remplacement dans tous les trois horizons stratigraphiques sont similaires en terme de texture, d’éléments traces, et d’isotopes de C, O et Sr, et sont aussi similaires à celles de l’alignement de récif de Rimbey-Meadowbrook. De plus, la dolomitisation contrôlée par les failles de phase tardive est évidente dans les constructions de Swan Hills, Kaybob South et Simonette, et dans le champ de Wabamun Pine Creek.
Les températures d’homogénéisation dérivées des inclusions fluides dans les dolomites en selle varient d’environ 127 à 167°C et les calcites tardives ont des variations de Th similaires allant de 124 à 164°C. Les températures pour l’anhydrite sont plus froides, allant d’environ 104 à 116°C, suggérant que l’altération secondaire des inclusions aux températures présentes de réservoir et/ou qu’une partie de l’anhydrite a été remobilisée à des conditions quelque peu plus froides, après l’enfouissement maximum.
Dans la construction d’Obed, en aval-pendage vers le sud-ouest, les ciments de calcite d’enfouissement profond dans les fractures et cavités ont rapports 87Sr/86Sr hautement radiogéniques (0.7252) et des valeurs δ13C hautement appauvries (minimum -27.1 ‰ PDB), indiquant l’incorporation de carbone oxydé à partir du TSR. Dans d’autres constructions, les valeurs en δ13C des ciments de calcite tardive ne sont pas aussi appauvries quant à leur valeur isotopique du carbone (-3.5 à -10 ‰ PDB). Le Sr radiogénique se présente en amont-pendage vers le nord-est dans les ciments de dolomite en selle et de calcite (Swan Hills, Kaybob South 0.7221, 0,7310; Simonette 0.7370, 0.7369; Leduc Pine Creek 0.7140, 0.7195; Wabamun Pine Creek 0.7150, 0.7188). Le signal radiogenique 87Sr/86Sr apparaît être dérivé de fluides qui ont interagit avec le socle cristallin et/ou les métasédiments du Protérozoïque. Il est possible qu’au moins une partie du Sr radiogénique a été injecté dans la colonne sédimentaire du Dévonien par la mise en charge tectonique par les Front et Main Ranges durant l’orogenèse des Laramides.
L’alignement de récif de Rimbey-Meadowbrook et les carbonates du Dévonien dans le centre-ouest de l’Alberta sont similaires en terme de leurs phases diagénétiques générales et de leurs caractéristiques. Les ciments de phase tardive montrent des températures quelque peu plus hautes dans le bassin profond du centre-ouest de l’Alberta. Les régions diffèrent principalement de par le Sr radiogénique de tous les ciments de dolomite et de calcite de phase tardive du centre-ouest de l’Alberta, étant plus radiogéniques, particulièrement le long de failles connues ou inférées comme dans les champs de Kaybob South, Swan Hills Simonette et Wabamun Pine Creek. Les calcites du centre-ouest de l’Alberta contiennent aussi du δ13C léger (-3.5 à -10.0 ‰ PDB), encore plus bas (0 à –27 ‰) dans certains des champs de gaz sulfuré comme Obed.
Traduit par Lynn Gagnon
