ISSN:
1437-3262
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Geosciences
Description / Table of Contents:
Abstract This paper presents data and preliminary interpretations on the diagenesis of Early Paleozoic continental margin deposits along a traverse of the Quebec Appalachians near Quebec City, Canada. Regional variations in diagenesis were studied using the thermal maturation of organic matter in shales (reflectance measured on asphaltic bitumen, 105 samples) and illite crystallinity (330 samples). These revealed a regional southeastward increase in grade from the late middle and late stage of diagenesis to epimetamorphism, which is reflected in the distinction of four zones: Zone I representing the late middle diagenetic stage has a mean reflectance in oil (R0) between 1.0 and 1.5% and illite crystallinity between 5.5 and 8.0 mm. Zone II (late diagenetic stage) is characterized by R0=1.5–2.6% and illite crystallinity between 3.5 and 5.5 mm. Anomalously poor illite crystallinities in Zone II (i. e. 5.5 to 8.0 mm) were obtained for black shales, in which improvement of crystallinity lags behind red and green shales. Zone II is subdivided into subzones IIA and IIB. In the former, reflectance and illite crystallinity increase, within individual nappes, as a function of age or depth of burial. In the latter no such dependence is observed, instead diagenetic grade increases regionally in a southeastward direction as it does in zones III and IV. Zone III represents the anchizone in which observed reflectance values R0 range from 2.6 to 4.0% and illite crystallinities from 2.0 to 3.1 mm. In Zone IV (epizone) illite crystallinity is less than 2.0 mm (In terms of reflectance the anchi-zone/epizone boundary was not defined). Zones I and IIA are anomalous in that lower tectonic units are diagenetically less altered than higher tectonic units: R0 varies from 1.71 to 2.30% for the highest tectonic unit (Cambrian Chaudière Nappe), 1.53 to 1.90% (Cambro-Ordovician Bacchus Nappe) and 1.08 to 1.46% (Lower Ordovician Pointe-de-Lévy Nappe) for the middle tectonic units, and 1.01 to 1.15% for the lowest tectonic unit (Middle Ordovician Quebec Promotory Nappe). Thermal maturation and mineral diagenesis in zone IIA are probably due solely to sedimentary burial at the original site of deposition (by an estimated 6 to 7 km of younger sediments) because in this zone the highest diagenetic grade occurs in the highest tectonic unit. Diagenesis in the nappes of zone I probably required additional tectonic burial by the higher nappes because original sedimentary thicknesses that once overlay these Lower and Middle Ordovician rocks appear insufficient to have caused the observed degree of diagenesis. Diagenesis in zone IIA, therefore, was most likely formed entirely before orogenesis; in zone I it is probably partly pre-orogenic in origin and has been transported during nappe-movement. In contrast, diagenesis and metamorphism in zones IIB to IV are interpreted as related to regional synorogenic heating in conjunction with the Taconic orogeny. Thermal maturation levels in zone I indicate that the rocks have not yet passed the “oil window” which is of interest for petroleum exploration in Quebec. An extended English version of this paper is in preparation for the Bulletin of Canadian Petroleum Geology (Ogunyomi et al., ms.).
Abstract:
Résumé Cet article présente des données et interprétations préliminaires sur la diagenèse de dépôts de bordure du continent du Paléozoique inférieur recoupés dans une coupe transversale aux Appalaches Québecoises, au niveau de Québec, Canada. A la fin de l'Ordovicien, pendant l'orogenèse taconique, les sédiments détritiques d'eau profonde de la pente et du talus continental cambro-ordovicien de l'est de l'Amérique du Nord furent intensivement déformés, partiellement métamorphisés et tectoniquement transportés sur les dépôts de plate-forme en bordure orientale et méridionale du Bouclier canadien. Le style tectonique du domaine externe de l'orogène taconique dans la région de Québec est caractérisé par des structures imbriquées et des nappes reposant sur des plans de chevauchement peu inclinés en profondeur. Le chevauchement et le mouvement des nappes ont déterminé des inversions d'âge dans les sequences des relations bathymétriques des sédiments: les roches les plus jeunes apparaissent dans les unités tectoniques les plus inférieures; les roches déposées le plus loin sur le talus continental et probablement aux plus grandes profondeurs apparaissent maintenant dans les unités tectoniques (nappes) les plus élevées. Les variations régionales de la diagenèse furent étudiées en examinant dans les schistes argileux le degré de maturation thermique de la matière organique (mesures de réflectivité de pyrobitumes d'asphalte: 105 échantillons) et le degré de cristallinité de l'illite (330 échantillons). Les shales montrent une augmentation régionale du degré de diagenèse du domaine externe au domaine interne de l'orogène, ce qui était attendu, mais aussi d'intéressantes anomalies, en l'occurance une diminution des niveaux de maturation thermique en descendant dans l'empilement de nappes. Quatre zones passant de la diagénèse au métamorphisme illustrent l'augmentation vers le sud-est de la diagénèse. La zone I représente un stade médian-terminal de diagénèse, avec une réflectance moyenne (R0) de 1.0 à 1.5% et des cristallinités d'illite de 5.5 à 8.0 mm. La zone II (stade terminal de diagénèse) est caractérisée par des réflectance R0 de 1.5 à 2.6% et des cristallinités d'illite de 3.5 à 8.0 mm. Dans la zone II, les cristallinités de l'illite étaient plus faibles dans les shales noirs (5.5–8.0 mm) que dans les shales rouges et verts (inférieurs à 5.5 mm). A l'intérieur de chaque nappe des zones I et IIA, la réflectance et la cristallinité de l'illite augmentent avec l'augmentation d'âge ou de profondeur d'enfouissement. Cependant, l'enfouissement tectonique dans la zone IIA ne se traduit pas par une augmentation de diagénèse. Il y a plutôt une diminution de la réflectance dans l'empilement des nappes: elle varie de 1.71 à 2.30% pour l'unité tectonique la plus élevée (nappe de la Chaudière, Cambrien), de 1.53 à 1.90 % (nappe de Bacchus, Cambro-Ordovicien) et de 1.08 à 1.27% (nappe de la Pointe-de-Lévy, Ordovicien inférieur) pour les unités tectoniques intermédiaires, et de 1.01 à 1.15% pour l'unité tectonique inférieure (nappe du Promontoire de Québec, Ordovicien moyen). La zone IIB diffère de la zone IIA par l'indépendance du degré de diagenèse et de l'âge stratigraphique, i. e. la profondeur d'enfouissement à l'intérieur de chaque nappe. Comme dans les zones III et IV le degré de diagénèse dans la zone IIB augmente régionalement vers le domaine interne. La zone III représente l'anchizone, avec des valeurs de réflectance de 2.8 à 4.0% et des cristallinités d'illite de 2.2 à 3.1 mm. Dans la zone IV (épizone), la cristallinité de l'illite est inférieure à 2.0 mm. Par la réflectance la bordure entre l'anchizone et l'épizone n'était pas determinée. La maturation thermique et la diagénèse minérale de la sous-zone IIA sont probablement uniquement dues à l'enfouissement sédimentaire au gîte original de déposition (sous une épaisseur estimée à 6 à 7 km de sédiments plus jeunes), parce que dans cette zone les degrés de diagénèse les plus élevés apparaissent dans les unités tectoniques les plus élevées. Le moindre degré de diagénèse des nappes de la zone I, sous-jacentes à la sous-zone IIA, requiert un enfouissement tectonique additionnel sous les nappes susjacentes, car le seul couvert sédimentaire originel de ces roches de l'Ordovicien inférieur et moyen aurait été insuffisant pour expliquer le degré de diagénèse observé. La diagénèse dans la sous-zone IIA est donc probablement pré-orogénique et indépendante du mouvement des nappes. En contraste, la diagénèse et le métamorphisme des zones IIB à IV sont associés aux manifestations calorifiques régionales reliées à l'orogénèse taconique et sont donc synorogéniques, parce que les limites de ces zones diagénétiques recoupent les limites des nappes et que le degré de diagénèse est indépendant de l'âge stratigraphique. Les niveaux de maturation thermique dans la zone I indiquent que les roches n'ont pas encore dépassé la »fenêtre d'huile«, ce qui est important pour l'exploration pétrolière au Québec. Un rapport plus détaillé de ces découvertes, en anglais, est en préparation pour le Bulletin of Canadian Petroleum Geology (Ogunyomi et al., ms.).
Notes:
Zusammenfassung In diesem Beitrag werden erste, vorläufige Ergebnisse zum Diageneseablauf in einer Traverse durch den altpaläozoischen Kontinentalrand der Appalachen in Quebec vorgelegt. Diagenesestudien an Tonschiefern dieser Region haben die zu erwartende regionale Zunahme des Diagenesegrades mit Annäherung an die Internzone bestätigt, zugleich aber das unerwartete Ergebnis erbracht, daß in der unmittelbaren Umgebung von Québec City der Grad der thermischen Beeinflussung der Sedimente innerhalb der Deckenstapels von oben nach unten abnimmt. Die generelle Zunahme in Richtung auf die Internzone kommt in der Unterscheidung von vier, von NW nach SE aufeinanderfolgenden Diagenese -bzw. Metamorphosezonen zum Ausdruck, die aufgrund des Reflexionsvermögens inkohlter organischer Substanz (asphaltisches Pyrobitumen, 105 Proben) und der Illitkristallinität (330 Proben) vorgenommen wurde: Zone I umfaßt das späte Mittelstadium der Diagenese mit mittleren Reflexionswerten R0 von 1,0 bis 1,5% und Illitkristallinitäten Hb von 5,5 bis 8,5 mm, Zone II das diagenetische Spätstadium mit R0=1,5–2,6% und Hb=3,5–8 mm. Die Überschneidung bei den Illitkristallinitäten in Zone I und II kommt durch anomal hohe Werte (5,5–8,0 mm) von Schwarzschiefern in Zone II zustande. Zone II wird unterteilt in Subzone IIA, in welcher Reflexionsvermögen und Illitkristallinität innerhalb einzelner Decken in Abhängigkeit von dem Alter bzw. der sedimentären Versenkungstiefe zunehmen, und Subzone IIB, in welcher der Diagenesegrad regional in südöstlicher Richtung unabhängig vom stratigraphischen Alter bzw. der Versenkungstiefe zunimmt. Der Vergleich der Decken in den Zonen I und IIA untereinander zeigt eine Abnahme des Reflexionsvermögens mit zunehmender tektonischer Versenkungstiefe: Im höchstgelegenen Deckenstockwerk (kambrische Chaudière-Decke, Zone IIA) variiert R0 von 1,71 bis 2,30%, im mittleren Deckenstockwerk von 1,53 bis 1,90% (kambro-ordovizische Bacchus-Decke, Zone IIA) bzw. 1,08 bis 1,46% (unterordovizische Pointe-de-Levy-Decke, Zone I) und in der tiefsten Deckeneinheit (mittelordovizische Québec Promontory-Decke, Zone I) von 1,01 bis 1,15%. Zone III umfaßt die Anchizone mit beobachteten Reflexionswerten R0 von 2,8 bis 4,0 und Illitkristallinitäten von 2,2 bis 3,1 mm. In Zone IV (Epizone) liegen die Illitkristallinitäten unter 2,0 mm. Die Grenze Anchizone/Epizone bei der Reflexion wurde nicht erfaßt. Thermischer Reifungsgrad und Mineraldiagenese von Subzone IIA sind vermutlich allein auf sedimentärer Überlagerung im ehemaligen Ablagerungsraum (durch schätzungsweise 6 bis 7 km jüngere Sedimente) zurückzuführen, während der geringere Diagenesegrad in Zone I unter Beteiligung tektonischer Überlagerung durch die Decken der Sub-zone IIA zustande gekommen sein dürfte. Die Diagenese in Subzone IIA. ist daher vermutlich ausschließlich, in Zone I dagegen teilweise präorogen erzeugt und bei der Deckenstapelung mittransportiert worden. Diagenese und Metamorphose in den Zonen IIB bis IV werden im Gegensatz dazu als Folge synorogener regionaler Aufheizung im Zusammenhang mit der takonischen Orogenese gewertet.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02104553
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