2011- DIAGENEZA ÎN CONTEXTUL STRATIGRAFIEI SECVENȚIALE

1. IntroducereStudii realizate în ultimele două decenii au arătat ca unele procese diagenetice, cum

ar fi cimentarea cu calcit sau cuarț, coincid cu anumite suprafețe stratigrafic secvențiale. Aceasta sugerează faptul că procesele diagenetice găsesc condiții propice de desfășurarea în timpul formării respectivelor suprafețe stratigrafic secvențiale.

Aplicarea singulară a conceptelor stratigrafic secvențiale permite predicția faciesurilor sedimentare, oferind informații asupra calității rocilor rezervor (granulometrie și sortare) în funcție de sistemul lor depozițional. Pe baza acelorași principii, se poate stabili și distribuția în coloanele litologice a barierelor fluidelor și a potențialelor pachete de roci cu rol de etanșare a rezervoarelor (mudstone, siltite și argile).

Modelele stratigrafic secvențiale clasice nu oferă informații directe asupra evoluției postdepoziționale a rocilor rezervor. Abordarea sinergică a principiilor stratigrafic secvențiale și diagenezei permite predicția distribuției spațiale și temporale a alterării diagenetice și astfel a evoluției post-depoziționale a calității rezervoarelor grezoase. Poate oferi, de asemenea, informații asupra ecranelor și barielor diagenetice în calea circulației fluidelor și deci a compartimentării diagenetice a rezervoarelor și rocilor de sigilare.

Cunoașterea principiilor stratigrafic secvențiale poate contribui la înțelegerea parametrilor care controlează diageneza superficială, cum ar fi (fig. 1):

- modificarea chimismului fluidelor de pori de la meteoric la salmastru sau marin; regresiunile duc la expunerea subaeriană a șelfurilor și la spălarea depozitelor costiere de către apele meteorice → substituirea apelor de pori marine cu unele meteorice; transgresiunile induc procese inverse, respectiv substituirea apelor de pori meteorice cu ape marine; apele de pori din domeniul paralic și marin de adâncime mică sunt puternic influențate de apele depoziționale, variind de la meteorice la mixte (marine+meteorice → salmastre) la marine, de sistemele depoziționale și de fluxul de masă și ratele reacțiilor diagenetice;

- timpul de rezidență al sedimentelor în anumite condiții chimice; de exemplu ridicarea rapidă a nivelului de bază va crea condițiile diagenezei prin intermediul apelor marine, iar coborârea rapidă a nivelului de bază asigură instalarea proceselor diagenetice sub acțiunea apelor meteorice, procese controlate de climă

- compoziția detritică și ponderea granulelor extra- și intrabazinale controlată de tectonica bazinală, condițiile climatice, geologia ariei sursă și fluctuațiile nivelului mării (de bază);

- prezența și abundența materiei organice;- arhitectura sistemelor depoziționale; se referă în principal la:

o grosimea și geometria corpurilor de roci,o raportul nisip:pelit care, în schimb, controlează modul de curgere al

fluidelor.Alți parametri care influențează diageneza rocilor, dar nu se pot fi obținuți din analiza

stratigrafic secvențială sunt:- paleoclimatul;- domeniul tectonic al bazinului;- compoziția apei mării.Domeniul depozițional exercită un control puternică asupra evoluției diagenetice a

secvențelor depoziționale. Controlul este mai puternic în timpul eodiagenezei.Procesele diagenetice includ:- procese eodiagenetice care se desfășoară la suprafață sau la adâncimi mici de

îngropare (0-2 km, <70°C), chimismul apelor de pori fiind controlat de chimismul apelor de la suprafață (meteorice sau marine);

- procese mesodiagenetice se desfășoară la adâncimi mari (> 2 km, >70°C) sub influența apelor de formațiune;

- procese telodiagenetice care apar în timpul uplifting-ului, eroziunii și incursiunii apelor meteorice.

2. Diageneza și stratigrafia secvențială: o abordare integratăS-a constatată că procesele de alterare diagenetică exprimate prin produsele lor diferă

in funcție de suprafețele stratigafic secvențiale ale secvenței depoziționale și de intervalele de sisteme depoziționale în care apar.

2.1. Diageneza și suprafețele stratigrafic secvențiale

2.1.1. Limitele secvenței (sequence boundaries)Procesele diagenetice legate de dezvoltarea limitelor de secvențe includ:- infiltrarea mecanică a argilelor;- formarea caolinitului ;- formarea porozității intragranulare în depozitele pe care le decapitează.Infiltrarea mecanică a argilelor apare în depozitele nisipoase, de regulă costiere, ale

intervalului de sisteme depoziționale de highstand de sub limita secvenței prin:- percolarea apelor încărcate cu sedimente fine sub talvegurile râurilor din văile

incizate;- percolarea apelor încărcate cu sedimente fine pe interfluvii.

Infiltrarea mecanică a argilelor. Este de asteptat ca infiltrarea mecanică a argilei să fie mai intensă în climatele uscate caracterizate de poziții coborâte ale oglinzilor freatice (cu zonă vadoasă groasă). În cazul climatelor umede, datorită pozițiilor înalte ale oglinzilor freatice procesele de infiltrare mecanică a argilelor sunt limitate superficial (1 m de ex în gresiile cretacice din SUA).

Potențialul de conservare al argilelor infiltrate mecanic în gresiile de sub limitele de secvențe este mic acolo unde acestea sunt amalgamate ulterior de suprafețe de ravinement de valuri (dezvoltate în timpul transgresiunii) din cauză reprelucrării nisipurilor.

Formarea caolinitului și porozității intergranulare. Depozitele nisipoase de dedesubtul discordanțelor subaeriene (segmente ale limitelor de secvențe) pot fi percolate de apele meteorice care pot dizolva granulele instabile (micele și feldspații) și duce la formarea mineralelor argiloase, pe de o parte, și a porozității intergranulare, pe de alta.

În condițiile climatelor uscate și semi-uscate, însă, volumul redus al apelor meteorice inhibă alterarea mineralelor instabile. Același efect îl are și timpul scurt de expunere subaeriană a nisipurilor.

Condițiile favorabile formării porozității intergranulare și caolinitului sub discordanețe subaerine sunt:

- timp îndelungat de expunere;- climat umed.Procesele diagenetice facorizate cde cele două condiții de mai sus se pot manifesta

până la 200 m adâncime sub discordanța subaeriană (ex. discordanța Cimmeriană cratacică din Marea Nordului).

2.1.2. Flooding surfaces, maximum regressive surfaces (transgressive surfaces) și maximum flooding surfaces

Procesele diagenetice legate de aceste suprafețe includ:- cimentarea carbonatică (calcit, dolomit, siderit) și formarea pseudomatricei în

faciesurile de pavaj transgresiv;- cimentarea cu calcit, pirită și caolinit a gresiilor de deasupra și de dedesubtul

suprafețelor de inundare asociate cu cărbuni;- formarea glauconitului.Suprafețele de inundare (care definesc parasecvențele), suprafețele de maximă

regresiune și, respectiv, inundare sunt marcate, de multe ori, de depozite de pavaj formate prin acțiunea valurilor asupra substratului și acumularea sedimentelor ”vânturate” în timul transgresiunilor. Compoziția detritică a acestor pavaje, controlată parțial de tipul substratului de sub pavaj, este de mare importanță pebtru tipul proceselor de alterare ulterioare.

Proximal-distal același pavaj ca prezenta compoziție diferită, de la bogat în intraclaste la bogat în bioclaste:

- pavajul bogat în intraclaste va fi caracterizat de pseudomatrice abundentă formată prin compactarea mecanică a intraclastelor și a celorlalte fragmente ductile care sunt deformate și injectată în porii intergranulari;

- pavajul bogat în bioclaste carbonatice va fi predominant cimentat cu calcit, dolomit și/sau siderit; cimentarea în această situație apare datorită prezenței bioclastelor care reprezintă sursă de ioni pentru, dar și nuclee de cimentare; dezvoltarea cimentului este favorizată de timpul prelungit de rezidență al sedimentelor în aceleași condiții chimice la interfața apă/sediment din bazinele sedimentare ca o consecintă a ratelor mici de sedimentare ce caracterizează perioadele de formare a suprafețelor de inundare; cimentul sideritic precipită distal în comparație cu cel calcitic sau dolomitic probabil din cauza conținutului mic în materie organică și condițiilor suboxice.

Factorii care controlează formarea calcitului și nu a dolomitului (sau invers) nu sunt cunoscuți. Cele două tipuri de carbonați pot apărea și simultan, cimentând același pavaj. S-a observat, totuși, că dolomitul tinde să se formeze în timpul transgresiunilor (TST) în special când se asociază cu sisteme deltaice în care influența valurilor este mai mică. Calcitul, în schimb, pare să fie mai frecvent în pavajele formate pe fondul regresiunii (regresiune forțată timpurie) și asociat cu depozite deltaice dominate sau influențate de valuri.

Suprafețele de inundare costiere sunt definite pe baza sistemelor depoziționale care vin în contact, faciesuri marine peste strate de cărbuni de ex. Diageneza superficială sau după îngropare a materiei organice (cărbunilor) poate duce la dezvoltarea concrețiunilor de pirită, a comentării localizate cu calcit (până la 3 m grosime) și a caolinitului în gresiile de deasupra și dedesubtul suprafețelor:

- concrețiunile de pirită se pot forma în gresiile de deasupra și de dedesubtul stratelor de cărbuni datorită reducerii sulfaților care este accentuată de abundența materiei organice din stratele de cărbuni și de volumul mare de ape marine bogate în sulfați cu care intră acestea în contact în timpul transgresiunii.

- calcitul din stratele cimentate apare în gresiile de peste stratele de cărbuni, imediat deasupra suprafeței de inundare și se menține numai atâta cât se extinde stratul de cărbune, fie spre uscat, fie spre mare; apare în urma alterării materiei organice care determină modificarea pH-ului apelor de pori (de face alcaline);

- caolinitul se formează în special în nisipurile de sub stratele de cărbuni asociate cu suprafețele de inundare; apele meteorice percolează stratele de cărbuni sau de turbă și devin puternic acide datorită prezenței acizilor organici (rezultați din alterarea microbiană a materiei organice) și a CO2; apele acidificate dizolvă feldspații și micele (ca și alte minerale instabile; silicaţi complecşi → ioni în soluţie + minerale arg.) și reprecipită minerale argiloase sub stratele de cărbuni;

- glauconitul se formeză în mod tipic pe segmentul suprafeței de inundare (fie ea fs, mrs sau mfs) extins pe șelful extern; pe aceste suprafețe glauconitul poate fi acumulat fie mecanic, prin acțiunea valurilor și mareelor, fie in situ (glauconit autohton); glauconitul autohton se formează când:

o ratele de sedimentare sunt mici (aport mic de material siliciclastic pe șelf); cele mai mici rate de sedimentare pe șelful distal se asociază cu mfs astfel că există o creștere pe verticală a abundenței glauconitului de la o parasecvență la alta a TST între mrs și mfs; volumul de glauconit scade apoi ascendent de la o parasecvență la alta în HST;

o se stabilesc niște condiții slab reducătoare (datorită prezenței unei cantități mici de materie organică) unde Fe2+ Fe3+ o perioadă suficient de lungă de timp.

Apariția glauconitului la limitele de parasecvențe, mrs și mfs face ca aceste suprafețe să fie utilizate ca markere stratigrafice regionale bune.

2.2. Diageneza și intervalele de sisteme depoziționale Există procese diagenetice care sunt mai probabile în anumite intervale de sisteme

depoziționale. FSST+LST – sisteme costiere și marine de adâncime mică:Gresiile care reprezintă umpluturile văilor incizate conțin, de regulă, o cantitate mai

mare de caolin, iar granulele de feldspați prezintă urme de dizolvare mai frecvent decât gresiile care constituie depozitele de estuar sau marine ale LST, TST și HST. Explicația constă în contactul mai îndelungat cu apele meteorice în prima situație. În zonele climatice calde și umede contemporane percolarea apelor meteorice este un fenomen cât se poate de evident care accentuează dizolvarea silicaților și formarea caolinitului. În climatele semi-aride unde aportul de ape meteorice este limitat caolinitul se poate forma în cantități mici sau poate lipsi. În schimb, în nisipurile aluviale se pot infiltra mecanic argile smectitice care, eventual, se vor transforma în pelicule de clorit dezvoltate în jurul granulelor și/sau illit în timpul diagenezei. Formarea illitului în loc de clorit este favorizată de albitizarea feldspaților potasici detritici. În unele cazuri apar granule cu pelicule de clorit atât în gresiile fluviale de LST, cât și în cele estuarice de TST, indicând că formarea lor nu este neapărat legată de infiltrarea mecanică a argilei, nici de un anumit sistem depozițional sau interval de sisteme depoziționale.

FSST+LST - sisteme marine de adâncime mareCoborârea nivelului de bază (FR) crează condiții pentru:- incursiunea apelor meteorice nesaturate în sedimentele expuse ale HST și

depozitele nisipoase de FSST → dizolvarea granulelor instabile + caolinizare și cimentare cu calcit blocky la poikilotopice

- eroziunea depozitelor de șelf în timpul formării văilor incizate; granulele intrabazinale (de ex intraclastele pelitice, glauconitul și bioclastele) derivate din eroziunea șelfului sunt tranzitate spe bazinul adânc (povârniș, glacis, câ,pie bazinală) împreună cu granulele extrabazinale (cuarț, feldspați, fragmente litice) derivate din aria sursă prin văile incizate-canioane → conurile de FSST și LST;

acumularea grosieră este localizată în lobii active, restul sistemelor fiind caracterizate de procese de acumulare pelagică.

TST și HST - în domeniul marin de adâncime micăGresiile acestor intervale de sisteme depoziționale vor fi cimentate de carbonați

(calcit în principal) cu mai mare probabilitate decât cele ale FSST și LST. Posibile explicații ar fi:

- în timpul transgresiunilor amprenta fluvială este restricționată până la frontul deltelor;

- sedimentele grosiere sunt blocate în estuare, fluxul lor spre larg fiind mult diminuat, ceea ce duce la un grad mai mare de reprelucrare a nisipurilor de pe șelf de către valuri; prin reprelucrare o cantitate mare de bioclaste este încorporată în nisipuri, ceea ce mărește șansa cimentării lor ulterioare cu material carbonatic.

Intervalele de sisteme depoziționale de transgresiune și highstand sunt favorabile dezvoltării stratelor de cărbuni astfel că procesele diagenetice legate de acestea (formarea piritei, calcitul care cimentează stratele și caolinul) vor caracteriza mai degrabă suprafețele de inundare ale parasecvențelor acestor intervale. Pseudomatricea din depozitele de pavaj caracteristice suprafețelor de inundare vor fi mai extinse lateral in TST deoarece procesele erozive din shoreface vor afecta depozitele fine acumulate în câmpiile costiere/deltaice și în retroplaja.

Gresiile domeniului paralic din HST, eventual și LST (excluzându-le pe cele din văile incizate), sunt acumulate mai ales în delte dominate de procese fluviale care progradează ca rezultat al diminuării ratei de generare a spațiului de acumulare. În aceste condiții în dreptul gurilor de debușare granulele sunt acoperite de pelicule de diferite tipuri de clorit (berthierină = precursor al chamositului, cu formula (Fe2+; Fe3+; Al; Mg)2-

3(Si;Al)2O5(OH)4 sau odinit (Fe3+;Mg;Al;Fe2+)2-5(Si;Al)2O5(OH)4). Ratele mari de îngropare a acestor sedimente sub fundul mării promovează stabilirea unor condiții post-oxice, reducătoare de Fe, favorabile formării berthierinei.

TST și HST - în domeniul marin de adâncime mareÎn timpul transgresiunilor peste șelfuri se creează condiții pentru:- modificarea chimismului apelor de pori, de la meteoric la marin, ceea ce poate

duce la precipitarea dolomitului și a mineralelor sub formă de pelicule în jurul granulelor (cuarț sau berthierină);

- diminuarea ratelor de sedimentare și subalimentarea bazinelor distale (șelf distal, povârniș, glacis, câmpie bazinală); pe șelful distal și povârniș se întrunesc condițiile formării glauconitului și ale cimentării cu carbonați microcristalini fenomen accentuat de fluxul de Ca și C care pătrunde odată cu apele marine în porii sedimentelor.

Sedimentarea pe câmpia bazinală în TST și HST va fi dominată de procese pelagice și hemipelagice. Condițiile diagenetice de pe șelful distal (cimentările) vor avea un impact indirect, dar important, asupra compoziției și evoluției ulterioare a sedimentelor din bazinul adânc, iar aceasta, la rândul ei, asupra evoluției ulterioare a sedimentelor în condiții superficiale și după îngropare.