Petrography and isotope geochemistry of diagenetic carbonates in the lower Cape Phillips Formation, Cornwallis Island, Arctic Archipelago, Canada

摘要

The lower member of the Cape Phillips Formation (Late Ordovician - Early Silurian) on northeastern Cornwallis Island is a sequence of interbedded carbonates and shales that preserves a continuous record of diagenesis that started with the formation of early diagenetic, nonferroan calcite concretions and ended with precipitation of late stage nonfer-roan calcite in vugs and fractures. δ~(13)C values of concretion calcite range from -9.3 to +5.8 per thousand (PDB), indicating formation from pore waters influenced by bacterial sulphate reduction and methane generation. δ~(18)O values of concretionary calcite range from -11.2 per thousand to -4.3 per thousand (PDB) but the reasons for the variable and negative δ~(18)O values remain unclear. Dolomite replaced concretions and bedded limestones during later burial. Nonferroan saddle dolomite cement also precipitated during burial, prior to hydrocarbon migration. After hydrocarbon migration, late stage calcites, characterized by δ~(18)O values ranging from -22.2 per thousandto -6.1 per thousand (PDB), occur as dedolomite and as cement in vugs and cross-cutting fractures. Their negative and variable δ~(18)O values can be best explained by a variable hydrothermal input into calcite-precipitating pore waters. δ~(13)C values in late stage calcites range from -32.2 to +4.8 per thousand (PDB), with the more negative values likely related to hydrocarbon-oxidizing reactions, a conclusion supported by the presence of minor secondary, fluorescent hydrocarbon-bearing inclusions.%Le membre inférieur de la formation Cape Phillips (Ordovicien supérieur - Silurien inférieur) dans la partie nord-est de l'île Cornwallis est composé d'une séquence de roches carbonatées et de schistes argileux interstratifiés qui documente le récit continu de la diagénèse qui débuta tôt avec la formation de concrétions calcaires non-ferrifères et s'acheva avec la précipitation de calcite non-ferrifère de stade tardif dans des vacuoles et des fractures. Les valeurs de δ~(13)C de la cal-cite des concrétions se situent entre -9,3 et +5,8 per thousand (PDB), indiquant qu'elle fut formée à partir d'eaux de pores influencées par la réduction bactérienne des sulfates et la production de méthane. Les valeurs de δ~(18)O de la calcite des concrétions se situent entre -11,2 per thousand et -4,3 per thousand (PDB), mais les raisons pour les valeurs variables et négatives de δ~(18)O demeurent incertaines. Les concrétions et les calcaires lités furent remplacés par de la dolomie durant l'enfouissement tardif. Du ciment de dolomie "saddle" non-ferrifère fut aussi précipité durant l'enfouissement, avant la migration des hydrocarbures. Après la migration des hydrocarbures, les calcites de stade tardif, caractérisées par des valeurs de δ~(18)O se situant entre -22,2 per thousand et -6,l per thousand (PDB), se retrouvent sous forme de dédolomie et de ciment dans des vacuoles et des fractures transversales. Leurs valeurs négatives et variables de δ~(18)O peuvent être le mieux expliquées par un apport hydrothermal variable dans les eaux de pores à partir desquelles est précipitée la calcite. Les valeurs de δ~(13)C dans les calcites de stade tardif se situent entre -32,2 et +4,8 per thousand (PDB), les valeurs les plus négatives étant vraisemblablement reliées aux réactions d'oxydation des hydrocarbures, une conclusion soutenue par la présence de petites quantités d'inclusions secondaires contenant des hydrocarbures fluorescents. Les preuves pétrographiques et géochimiques provenant des roches carbonatées de cette étude sont en accord avec les données de maturation organique à l'échelle régionale, indiquant que ces roches atteignirent des températures situées dans la fenêtre pétrolifère.