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) contends 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.

RESUME

Les etudes sedimentologiques et petrographiques du contenu organique de deux depots organiquement riches provenant de milieux s'echelonnant de basinal a d'eau peu profonde ont fourni de nouveaux eclaircissements sur les controles de la sedimentation sur les roches mere de carbonate d'hydrocarbure, surtout le role de la productivite organique versus la conservation. Les facies organiques, comme ils ont ete definis par microscopie incidente et les

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assemblages maceraux, ont ete mis en correlation avec les facies et les cycles de sedimentation pour exemplifer les controles de premier ordre des accumulations de roches mere. Les laminites du bassin et de la plate-forme repandues regionalement sur la Formation Duvernay du Devonien superieur ont ete examinees le long de l'avant-pente du recif compose de Redwater, de la partie du centre-est de l'Alberta. Le carbone organique total varie avec les facies de sedimentation et a l'interieur et entre les cycles. Les laminites les plus organiquement riches correspondent aux eaux les plus profondes, avec des sequences stratigraphiques les plus condensees dans le bassin possedant les marges de recif les plus en retrait. Le manque de facies organiques d'efflorescences algulaires indique qu'une productivite normale predominait pendant la sedimentation des laminites de Duvernay a Redwater. Nos resultats indiquent que le controle principal sur la sedimentation de la matiere organique etait la conservation initiee par l'eau oceanique profonde depourvue d'oxygene qui s'est developpee a des profondeurs aussi peu que 40 a 50 m. Les controles secondaires et tertiaires de carbone organique total et les facies organiques incluent un niveau de dilution des sediments provenant des recifs et des debits, controles par cycle, qui se sont ecoules vers le bas du recif et qui ont cree temporairement des conditions avec de l'oxygene dans l'eau oceanique profonde, derangeant la stratigraphie du bassin.

Les assemblages maceraux "planctonique" dans la Formation Duvernay indiquent le niveau de l'agitation de l'eau pres de la surface. La correlation distincte de facies organiques avec les facies de sedimentation choisis et le niveau de bioturbation, suggere un controle hydrodynamique partage entre l'agitation de l'eau pres de la surface et l'oxygenation de l'eau oceanographique profonde. Dans les milieux distaux allant vers le bas avec des vagues a faible agitation, les matieres organiques etaient conservees a cause de l'eau oceanique profonde anoxique. Les laminites tres organiquement riches qui en resultent consistent de: 1) du facies organique sedimentaire le plus profond, OF A, domines par des petites, mais egalement quelques rares larges, alginites Prasinophytes et 2) d'un facies 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, ou les conditions de agitees par les vagues et oxygenees predominaient, le carbone organique total s'echelonne de faible a intermediaire et le facies organique (OF C) est caracterise par le meme assemblage organique que OF B avec des alginites et sporinites coccoidaux plus persistents.

Le Membre Lower Keg River du Devonien moyen se presente comme une rampe de carbonates repandus dans la region du centre-nord de l'Alberta et a ete examine dans la transition de la plate-forme Senez au sous-bassin La Crete. La roche mere possible dans le sous-bassin est une laminite d'une epaisseur d'un metre (le marqueur bitumineux) qui a ete deposee dans l'eau a des profondeurs de seulement 20 a 40 m. Par contraste a la Formation Duvernay, la production organique elevee (planctonique) etait un controle de premier order sur l'accumulation de la matiere organique. L'occurence repandue de facies organiques "efflorescences algoides" (OF BL, OFBL1), telle que definie par les cellules algoides akenes et des phycomes Prasinophytes a parois epaisses, abondantes, variablement degradees et large, dans le marqueur bitumineux et les shales verts de plate-forme et coeval temoignent la productivite episodique elevee le long d'une rampe peu profonde. Les taux eleves de productivite organique ont mene au developpement d'une zone anoxique, a visuellement tout moment de la colonne d'eau et la conservation de la matiere organique. La desoxygenation periodique des eaux pres de la surface stimulant egalement l'extermination collective des organismes pelagiques. Dans un milieu proximal de rampe, l'entree de sediments terrigene clastique provenant de l'arche de Peace River, accompagne de conditions oxygenees, donna comme resulta des shales dolomitiques avec un faible indice de carbone organique total et une reduction de la possibilite de roche mere.

Traduit par Marie Louise Tomas