Mass balance and fluid flow constraints on regional-scale dolomitization, Late Devonian, Western Canada Sedimentary Basin

摘要

The source of Mg and the hydrogeologic mechanism by which it is circulated are critical issues for understanding replacement dolomitization because of the extremely large amount of mass exchanged (primarily Mg for Ca) and the volume of parent water fluxed in the process. Mass balance arguments based on dolomite stoichiometry, equilibrium chemistry and basin-scale volumetric data provide the foundation for quantitative analyses of specific dolomite occurrences. When applied to the Western Canada Sedimentary Basin (WCSB), these principles suggest that regional-scale seepage reflux dolomitization probably accounts for the majority of the dolostones. Moreover, the analyses demonstrate why closed-system dolomitization models, such as burial compaction of shale waters, or cannibalization of Mg-bearing strata, such as older dolostones or shales, cannot account for regional dolomite occurrences. The occurrence of "hydrothermal dolomite" (cement and/or replacive phases), which is a localized phenomenon compared to the regional-scale dolostones discussed here, could have cannibalized older reflux-related dolostones in a burial environment, although their origin and age remains to be demonstrated. Upper Devonian dolostones constitute approximately 50% of the volume (1.24 x 10~5 km~3) of contemporaneous shallow-marine carbonates in the WCSB requiring that approximately 4 x 10~(16) kg of Mg be incorporated in the process. Basin-scale mass balance estimates indicate that at least 3 to 9 x 10~(16) kg of Mg were contained in the residual evaporitic seawater brines associated with Upper Devonian evaporite deposits, whereas only about 1 x 10~(14) kg was associated with connate seawater in all the Paleozoic shales in basin.%La source de Mg et le mécanisme hydrogéologique par lequel elle circule sont critiques à la compréhension de la dolomitisation de substitution à cause des quantités énormes de masse substituée (principalement Mg par Ca) et de l'eau d'origine débitée. Toutefois, les arguments du bilan de masse selon la stoichiométrie de la dolomite, l'équilibre chimique et les données volumétriques de l'échelle du bassin fournissent la base des analyses quantitatives d'occurrences spécifiques de dolomites. Ces principes, lorsqu'ils sont appliqués au bassin sédimentaire de l'Ouest canadien, suggèrent que la dolomitisation par le reflux de suitement à l'échelle régionale justifie la majorité des dolostones. De plus, les analyses démontrent pourquoi les modèles de systèmes fermés de dolomitisation, comme l'enfouissement par tassement des eaux de shales ou le cannibalisme des strates avec une teneur de Mg, comme les dolostones ou les shales plus anciens, ne peuvent expliquer la présence de dolomites dans la région. La présence de "dolomites hydrothermales" (phases ciment et/ou de substitution), ce qui est un phénomème très localisé en comparaison avec les dolostones de l'échelle régionale exposés dans le présent article, aurait pu cannibaliser les dolostones plus anciens créés par le reflux dans un environnement d'enfouissement relativement chaud, même si l'origine et l'âge de ces derniers n'ont toujours pas été démontrés. Les dolostones du Dévonien supérieur constituent environ 50 % du volume (1,24 x 10~5km~3) de carbonates contemporains en eau peu profonde du bassin sédimentaire de l'Ouest canadien nécessitant qu'environ 4 x 10~(16) kg de Mg soit introduit au procédé. L'évaluation de bilan de masse à l'échelle du bassin indique qu'au moins 3 à 9 x 10~(16) kg de Mg se trouvait dans les dépôts évaporitiques de l'eau de mer connexes aux dépôts évaporitiques du Dévonien supérieur, alors que seulement 1 x 10~(14)kg ont été associés à l'eau de mer de constitution pour tous les shales paléozoïques du bassin.