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 ¹⁸O 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

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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 T_h 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 ¹³C values (minimum -27.1 ‰ PDB), indicating incorporation of oxidized carbon from Thermochemical Sulphate Reduction (TSR). In other buildups, ¹³C 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 ¹³C (-3.5 to -10.0 ‰ PDB) and even lower (0 to -27 ‰) in some high sour gas fields like Obed.

RESUME

L'alignement de recifs de Rimbey-Meadowbrook du Devonien superieur est un systeme etendu d'aquifere de carbonate dans la partie sud du bassin sedimentaire de l'Ouest du Canada et est compare ici avec les carbonates de Swan Hills, de Leduc et de Wabamun du centre-ouest de l'Alberta. Ces horizons du Devonien font partie d'un homoclinal structural qui affleure pres de sa termination nord-est et qui s'etend sur plusieurs centaines de kilometres vers le sudouest, jusque dans la partie la plus profonde du bassin.

La plupart des carbonates du Devonien sont dolomitises de facon penetrative sous la forme d'une matrice grise de dolomite, qui comprend communement pres de 85-90 % du volume des roches. Malgre sa grande etendue regionale et ses differentes profondeurs de subsurface (0 a 6500 m), l' alignement de recif de Rimbey-Meadowbrook montre peu, sinon aucune variation systematique de petrographie ou de geochimie. Les evidences stratigraphiques, petrographiques et geochimiques suggerent que la matrice de dolomite grise s'est formee a des profondeurs d' environ 500-1500 m a partir d' eaux de porosite de nature marine, avec des modifications relativement mineures par l'interaction eau-roche. Des quantites volumetriques 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 porosite remanente.

Les ciments de dolomite d'enfouissement intermediaire (>600-1500 m) sont en volume mineur et les ciments de dolomite en selle et de calcite se presentent sous des formes de spath a cristaux grossiers dans la porosite secondaire. Les ciments de dolomite d'enfouissement intermediaire montrent une faible baisse des valeurs de ¹⁸O (-4 a -7‰ PDB) en se deplacant vers le bas de l'alignement de recif et avec l'augmentation de la profondeur, et qui correspond a des valeurs elevees de rapports ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr. Les inclusions fluides de ces ciments de dolomite sont hautement salines et ont des temperatures d'homogeneisation relativement uniformes (115 a 132°C), suggerant qu'ils se sont formes a 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 recifs de Rimbey-Meadowbrook et les donnees disponibles pour leurs inclusions fluides montrent une augmentation de la temperature d'homogeneisation avec l'enfouissement, suggerant qu'elles ont precipite sous des gradients geothermiques normaux apres une inclinaison tectonique significative. Les calcites se retrouvent dans deux groupes, l'un relativement precoce et l'autre relativement tardif. Les calcites relativement precoces suivent un gradient geothermique de 30°C/km, lorsque corrige pour la pression, alors que les calcites tardives, qui se sont formees comme un sous-produit de la reduction thermochimique de sulfate, suivent un gradient de 20 a 25°C/km, ce qui peut refleter 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

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matrice de remplacement dans tous les trois horizons stratigraphiques sont similaires en terme de texture, d'elements traces, et d'isotopes de C, O et Sr, et sont aussi similaires a celles de l'alignement de recif de Rimbey-Meadowbrook. De plus, la dolomitisation controlee par les failles de phase tardive est evidente dans les constructions de Swan Hills, Kaybob South et Simonette, et dans le champ de Wabamun Pine Creek.

Les temperatures d'homogeneisation derivees des inclusions fluides dans les dolomites en selle varient d'environ 127 a 167°C et les calcites tardives ont des variations de Th similaires allant de 124 a 164°C. Les temperatures pour l'anhydrite sont plus froides, allant d'environ 104 a 116°C, suggerant que l'alteration secondaire des inclusions aux temperatures presentes de reservoir et/ou qu'une partie de l'anhydrite a ete remobilisee a des conditions quelque peu plus froides, apres 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 cavites ont rapports ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr hautement radiogeniques (0.7252) et des valeurs ¹³C hautement appauvries (minimum -27.1‰ PDB), indiquant l'incorporation de carbone oxyde a partir du TSR. Dans d'autres constructions, les valeurs en ¹³C des ciments de calcite tardive ne sont pas aussi appauvries quant a leur valeur isotopique du carbone (-3.5 a -10‰ PDB). Le Sr radiogenique se presente 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 apparait etre derive de fluides qui ont interagit avec le socle cristallin et/ou les metasediments du Proterozoique. Il est possible qu'au moins une partie du Sr radiogenique a ete injecte dans la colonne sedimentaire du Devonien par la mise en charge tectonique par les Front et Main Ranges durant l'orogenese des Laramides.

L'alignement de recif de Rimbey-Meadowbrook et les carbonates du Devonien dans le centre-ouest de l'Alberta sont similaires en terme de leurs phases diagenetiques generales et de leurs caracteristiques. Les ciments de phase tardive montrent des temperatures quelque peu plus hautes dans le bassin profond du centre-ouest de l'Alberta. Les regions different principalement de par le Sr radiogenique de tous les ciments de dolomite et de calcite de phase tardive du centreouest de l'Alberta, etant plus radiogeniques, particulierement le long de failles connues ou inferees 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 ¹³C leger (-3.5 a -10.0‰ PDB), encore plus bas (0 a -27 ‰) dans certains des champs de gaz sulfure comme Obed.

Traduit par Lynn Gagnon