Abstract

Petrologic and geochemical investigations on several Devonian Crossfield reservoirs west of the Crossfield trend, Alberta, provided new evidence for the role of reflux brines on the formation of early-formed pervasive fine-crystalline matrix dolomite and modification of porosity in these reservoirs. Other associated diagenetic processes during early and late burial history include compaction, recrystallization of early matrix dolomite, precipitation of secondary anhydrite, blocky calcite, saddle dolomite and thermal sulphate reduction (TSR)-related diagenetic minerals.

The evidence for density-driven reflux from the Stettler brines for the formation of the pervasive fine-crystalline matrix dolomite include:

  • 1) dolomitization occurs in sediments that were relatively uncompacted, and the degree of preservation of the original fabrics, such as fenestrae and peloidal grains, is quite significant in the dolomicrite and fine- to medium-crystalline matrix samples;

  • 2) matrix dolomite is relatively fine- to medium-crystalline and ranging from (<10 µm–200 µm) with the mean size range of <100 µm;

  • 3) the fabric of the matrix dolomite ranges from planar-S to nonplanar and is typically non-luminescent to very dully luminescent. Replacement of precursor limestone is generally mimetic, with most original depositional structures preserved;

  • 4) the development of sub-parallel, anastomosing stylolites that were subsequently healed by matrix dolomitization processes suggests that the sediments underwent shallow burial prior to dolomitization. However, subsequent fabric-destructive episodes of stylolitization and the development of dissolution seams cross-cutting dolomite matrix fabrics indicate that most major chemical compaction events occurred with increasing depth and after the pervasive dolomitization of the precursor matrix;

  • 5) oxygen and carbon isotopic composition of the dolomites ranges from δ18O of −6.17 to −4.79‰ (VPDB) and δ13C values of 0.22 to 1.47‰ (VPDB) for all of the dolomicrite and fine-crystalline dolomite matrix samples. These values overlap and/or are slightly lower than the postulated Famennian seawater isotopic signatures, probably representing precipitation from evaporated Famennian seawater. The amount of negative shift in these isotopes is likely the result of recrystallization processes that have affected the matrix dolomite during subsequent burial diagenesis; and

  • 6) 87Sr/86Sr ratios of the matrix dolomites (0.70805 to 0.70830) indicate that the dolomicrite and fine-crystalline dolomite precipitated from Famennian (or slightly evaporated) seawater. The 87Sr/86Sr ratios of primary evaporite are also close to Famennian seawater values, which further suggest that the dolomicrite and fine-crystalline matrix dolomite precipitated from Famennian seawater. Medium-crystalline and coarse-crystalline and matrix dolomites are more radiogenic (0.70949 to 0.71053) and, in conjunction with oxygen/carbon values, may further confirm that recrystallization processes have diagenetically altered matrix dolomites during the burial process.

Résumé

En direction ouest de l’axe préférentiel de Crossfield, en Alberta, les recherches pétrologiques et géochimiques de plusieurs gisements de Crossfield du Dévonien apportent de nouveaux indices sur le rôle des saumures provenant de reflux dans la formation précoce de matrice dolomitique cristalline à grain fin envahissante et la modification de porosité de ces gisements. L’histoire précoce et tardive de l’enfouissement comprend d’autres processus diagénétiques associés : compaction, recristallisation de la matrice dolomitique précoce, précipitation d’anhydrite secondaire, calcite en blocs, dolomie en forme de dos d’âne et minéraux diagénétiques relatifs à la sulphatoréduction thermique (SRT).

Les indices de reflux entraînés par la densité de la saumure de Stettler dans la formation de la matrice dolomitique envahissante à grain fin incluent ce qui suit:

  • La dolomitisation se manifeste dans les sédiments qui étaient relativement non compactés, et le degré de préservation de la fabrique originale, tels que les vacuoles et les grains peloïdaux, se révèle assez significatif dans les échantillons de matrices à grain fin et moyen et de dolomicrite;

  • Les grains relativement fins à moyen de la matrice dolomitique cristalline varient de <10 µm à 200 µm avec un calibre moyen de <100 µm;

  • La fabrique de la matrice dolomitique varie d’une structure planaire-S à non planaire et est généralement non luminescente à luminescente terne. Le remplacement du calcaire précurseur est généralement mimétique avec la plus grande partie de ses structures de dépôt originales préservée;

  • Le développement de stylolithes anastomisés sub-parrallèles qui ont été par la suite consolidés par les processus de dolomitisation de la matrice nous porte à croire que les sédiments ont été enfouis à faible profondeur avant la dolomitisation. Cependant, les épisodes ultérieurs de destruction de la fabrique par la stylotisation et le développement de matrice dolomitique transverse de lame de dissolution indiquent que la plupart des épisodes majeurs de compaction chimique les plus importants sont survenus à des profondeurs croissantes et après la dolomitisation envahissante de la matrice précurseur;

  • La composition isotopique de l’oxygène et du carbone de la dolomie varie comme suit : la valeur δ18O varie de −6,17 ‰ à −4,79 ‰ (VPDB) et la valeur δ13C varie de 0,22 ‰ à 1,47 ‰ (VPDB) pour tous les échantillons de matrice dolomitique cristalline à grain fin et de dolomicrite. Ces valeurs coïncident et/ou sont légèrement inférieures aux signatures isotopiques des eaux marines du Famennien concevables représentant probablement une précipitation causée par évaporation de l’eau de mer du Famennien. Le nombre de décalage négatif de ces isotopes est probablement le résultat des processus de recristallisation ayant affecté la matrice dolomitique durant l’enfouissement diagénétique ultérieur; et

  • Les ratios 87Sr/86Sr des matrices dolomitiques (0,70805 à 0,70830) montrent que la dolomicrite et la dolomie cristalline à grain fin ont été précipitées à partir de l’eau de mer (ou légèrement évaporée) du Famennien. Les ratios 87SR/86 de l’évaporite primaire sont également proche des valeurs de l’eau de mer du Famennien, ce qui suggère également que la dolomicrite et la matrice dolomitique cristalline à grain fin ont été précipitées à partir de l’eau de mer du Famennien. Les matrices dolomitiques cristallines à grain moyen et grossier sont plus radiogéniques (de 0,70949 à 0,71053) et, de concert avec les valeurs de l’oxygène et du carbone, cela pourrait confirmer, en outre, que les processus de recristallisation ont altéré diagénétiquement les matrices dolomitiques durant le processus d’enfouissement.

Michel Ory

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