ABSTRACT

Geochemical analysis was undertaken on a 3.75 metre cored interval of apparently monotonous laminated, black, organic-rich shales from the Upper Devonian to Lower Carboniferous Exshaw Formation of southern Alberta. Utilizing a combination of hand-specimen description, Rock-Eval pyrolysis, optical petrography and inorganic geochemistry, the shale is divided into: 1) a lower organic-poor and silt-rich interval; and 2) an upper organicand clay-rich interval.

The Exshaw shales were deposited in a marine shelf setting below the influence of storm wave-base on the block faulted unstable craton of western North America. Bottom waters were anoxic. The lower region of the core includes a series of sharp-based, silt-rich layers that exhibit low TOC, HI and organic-proxying elements, whereas OI, C_org./N_org. ratio and silt-sized quartz detritus exhibit high values. These layers are interpreted as sediment gravity flows sourced from paleobathymetric high features, and transported silt-sized quartz and allochthonous degraded marine organics to the site of deposition. Concurrently, the redoxcline was depressed in the water column, facilitating the degradation of settling autochthonous organic matter.

In contrast to the lower section, geochemistry of upper parts of the core reflects an increase in primary productivity and consequent shoaling of the redoxcline in the water column. This is evidenced by an increase in TOC, HI and organic-matter proxying elements, and a decrease in the OI and C_org./N_org. ratio. As a consequence of shoaling of the redoxcline in the water column, a greater proportion of relatively labile organic matter was preserved.

This study demonstrates that factors in addition to bottom water anoxia govern organic matter accumulation and preservation of organic-rich sedimentary facies. Geochemical evidence suggests that these factors include sediment size, primary productivity, organic source and contemporaneous diagenesis of organic matter in the water column.

RESUME

Des analyses geochimiques furent entreprises sur une carotte de 3,75 m provenant d'un intervalle de schiste argileux apparemment monotone, lamine, noir, et riche en matieres organiques, de la formation Exshaw du Devonien superieur a Carbonifere, inferieur dans le sud de l'Alberta. En combinant la description d'echantillons megascopiques, la pyrolyse Rock-Eval, la petrographie optique et la geochimie organique, le schiste argileux est classe de la facon suivante: 1) un intervalle inferieur pauvre en matiere organique et riche en microgres; et 2) un intervalle superieur riche en matiere organique et en argile.

Les schistes argileux de la formation Exshaw furent deposes sur un plate-forme marine, en-dessous de la base d'influence des vagues de tempete sur le craton instable, compose de blocs failles, de l'ouest nord-americain. Les eaux de fond etaient anoxiques. La partie inferieure de la carotte inclut un ensemble de couches riches en microgres et a base nette, qui sont pauvres en COT (carbone organique total), ont un IH (indice d'hydrogene) peu eleve ainsi qu'une faible teneur en composantes substituts aux elements organiques, tandis que l'IO (indice d'oxygene), le rapport C_org./N_org. et les quantites de quartz detritique de dimensions silteuses sont eleves. Ces couches sont interpretees comme representant des mouvements de masses de sediments provenant d'anciens elements bathymetriques eleves, et ayant transporte du quartz silteux et des matieres organiques marines allochtones degradees jusqu'au lieu de sedimentation. Simultanement, le redoxcline etait deprime dans la colonne d'eau, facilitant ainsi la degradation de la matiere organique autochtone qui se depose.

Par contraste avec la partie inferieure, la geochimie des parties superieures de la carotte refletent un accroissement dans la capacite de production primaire et par consequent un changement dans le redoxcline dans la colonne d'eau. La preuve de ceci se trouve dans une augmentation du COT, de l'IH et des elements qui agissent comme substitut a la matiere organique, et une diminution de l'IO et du rapport C_org./N_org. Comme consequence du changement du redoxcline dans la colonne d'eau, une plus grande proportion de matiere organique relativement labile fut conservee.

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Cette etude demontre que d'autres facteurs, en plus des conditions anoxiques des eaux de fond, controlent l'accumulation et la conservation de la matiere organique dans les facies sedimentaires riches en matiere organique. Des preuves geochimiques suggerent que ces facteurs comprennent la granulometrie des sediments, la capacite de production primaire, la source de matiere organique et la diagenese contemporaine de la matiere organique dans la colonne d'eau.

Traduit par Marc Charest.