Trends in Sandstone Diagenesis with Depth of Burial, Viking Formation, Southern Alberta

Abstract

ABSTRACT Hydrocarbon-bearing sandstone reservoirs of the Lower Cretaceous Viking Formation occur over a range of burial depths in the subsurface of the Alberta plains. This fact is exemplified by the Provost, Joffre and Caroline producing fields, where the reservoir sandstones are situated at depths of 925, 1500 and 2500 metres, respectively. The authigenic mineral and porosity trends exhibited by the sandstones from these three fields reflect a depth-gradient control on diagenetic processes, with the burial depth-dependent processes being of two types: 1) internal diagenetic alterations resulting from compaction-related effects and, 2) external mineralogical reactions in adjacent shales which are imprinted in the authigenic minerals of the sandstones via mass transfer of chemical components. Internal diagenetic features resulting from compactional stress are the most prominent trends, and are manifested by a progressive reduction in porosity and an increase in quartz-overgrowth cementation with increase in depth of burial from Provost to Caroline. Diagenetic mineral features resulting from external shale diagnesis are less prominent, but the sandstones from each reservoir contain distinct authigenic clay-mineral and carbonate-mineral assemblages that reflect the different stages of burial diagenesis of the adjacent shales. The depth-dependent trends of mixed-layer illite-expandables chlorite, and calcite ankerite siderite-dolomite with increasing depths of burial, are consistent with established models regarding the mass transfer of mineral by-products during burial diagenesis of thick interbedded shale-sandstone sequences. Depositional controls on diagenesis of the Provost, Joffre and Caroline sandstones are limited compared with the burial-depth controls of compaction and shale diagenesis. Where minor detrital mineralogical variations do occur in the sandstones, they are reflected in the diagenetic features, particularly at shallow depths. But because of the relatively narrow range of detrital composition of the sandstones, minor mineralogically controlled diagenetic features are easily obscured with increasing depth of burial. In the deeper chert-rich reservoir sandstones (Caroline), depositional texture has locally provided a dampening effect on the process of intergranular pore-space reduction by chemical compaction and attendant quartz-overgrowth cementation. TENDANCE DE LA DIAGENESE ET CONTROLE DE LA PROFONDEUR D'ENFOUISSEMENT DES GRES DE LA FORMATION DE VIKING, SUD DE L'ALBERTA RESUME Des gisements a gres riches en hydrocarbures de la formation de Viking Field du Cretace inferieur s'etendent sur une variete de profondeurs d'enfouissement dans la subsurface des plaines albertaines, ce qui est bien notable dans les cas des champs producteurs de Provost, de Joffre et de Caroline, ou les gres de gisement se situent aux profondeurs de 925, de 1500 et de 2500 m respectivement. Les caracteristiques des mineraux authigenes et de la porosite relatives aux gres provenant de ces trois champs demontrent une controle du profondeur de gradient sur le procede diagenetique. Deux genres de procedes diagenetiques deviennent evidents: 1) Des alterations internes diagenetiques qui resultent des effects de compaction et, 2) des reactions externes mineralogiques aux schistes argileux adjacents qui sont imprimees dans les mineraux authigenes des gres par moyen d'un transfert de masse des composantes chimiques. Des caracteristiques internes diagenetiques qui resultent de la contrainte de compaction sont des tendances saillantes et celles-ci de manifestent d'une dimunition progressive de porosite et une accroissement de cimentation quartzeuse avec l'augmentation du profondeur d'enfouissement en allant de Provost vers Caroline. Des caracteristiques de mineraux diagenetiques qui resultent de la diagenese externe des schistes argileux sont moins prononces; neanmoins, les gres de chaque gisement contiennent des mineraux argileux distincts et authigenes et des assemblages de mineraux carbonates qui demontrent les etapes distinctes de la diagenese d'enfouissement des schistes argileux adjacents. Les caracteristiques de la couche mixte des illites extensibles chlorite, et du calcite ankerite siderite-dolomite, varient selon l'augmentation du profondeur d'enfouissement et correspondent aux modeles deja etablis relatifs au transfert de masse des sous-produits mineraux durant la diagenese d'enfouissement de sequences epaisses de schistes et de gres interstratifies. Des controles sur la diagenese de gres de Provost, de Joffre et de Caroline sont mineures compares aux controles du profondeur d'enfouissement de la compaction et de la diagenese des schistes argileux. Au cas ou des variations mineures mineralogiques sont presentes aux gres, elles sont evidents des caracteristiques diagenetiques, particulierement aux niveaux peu profonds. A cause de l'etendue relativement etroite de la composition detritique des gres, des caracteristiques diagenetiques qui correspondent au controle mineralogique sont mineures et demeurent obscurcies avec l'augmentation progressive du profondeur. Dans les gres de gisement plus enfouis et riches en chert (Caroline), la texture a donne localement un effet d'amortissement sur le procede de la reduction du volume des pores intergranulaires par moyen de la compaction chimique et la cimentation d'un accroissement excessif de quartz qui en resulte. Traduit par L. Machan-Gorham End_Page 126------------------------