Diagenesis in Mesozoic sandstones from Spitsbergen and the North Sea — A comparison

Mesozoic and Tertiary sandstones on Spitsbergen are generally tight and well cemented while Mesozoic and Tertiary sandstones from the North Sea include highly porous reservoir rocks.It is concluded that one of the most important controlling mechanisms for preservation of porosity is the build up of high pore pressures which effectively reduce pressure solution at grain contacts and the incidence of quartz overgrowth.High pore pressures are most commonly developed in onlapping sedimentary sequences with an effective shale seal like in the North Sea.Extensive diagenetic growth of kaolinite at the expence of clastic feldspar, which is commonly observed, requires a large flux of low salinity water. The most probable mechanism is fresh ground water drive through sandstones which have served as aquifers. During the late stages of burial (1–3 kms) the diagenetic reactions must have taken place within an isochemical semi-closed system. Calculations show that porewater expelled from compacting shales is insufficient to cause significant changes in the bulk chemistry of thick sandstones. Microprobe analyses carried out on Jurassic sandstones from the Statfjord field show that there are a continuous series of transitions from clastic mica to illite and kaolinite as indicated by a gradual loss of potassium. Evidence is presented to show that silica cementation is retarded in the presence of clastic mica while carbonate and feldspar cementation is favoured in this local high pH environment between sheets of mica. Electron probe analyses show that diagenetic feldspar overgrowths are pure potassium feldspar with a composition significantly different from that of clastic feldspar. During late diagenesis the porewater was most probably near equilibrium with the reactive phases.

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Zusammenfassung Die mesozoischen und tertiären Sandsteine von Spitzbergen sind im allgemeinen gut zementiert, während die gleichalten Sandsteine aus der Nordsee hochporöse Speichergesteine umfassen.Man erkennt, daß die Erhaltung der Porosität auf einen hohen Porenwasserdruck zurückzuführen ist. Dadurch wird Drucklösung an Kornkontakten sowie Weiterwachsen von Quarz verhindert.Hoher Porendruck entsteht gewöhnlich da, wo überlappende Sedimentserien mit einer Abdichtung durch Schiefer vorliegen—wie in der Nordsee.Ausgedehntes diagenetisches Wachstum von Kaolinit auf Kosten klastischer Feldspäte erfordert einen hohen Durchfluß von niedrigsalinem Wasser. Der wahrscheinlichste Mechanismus ist in einem Grundwasserstrom zu suchen, der durch die Sandsteine fließt, die als Wasserleiter dienen. Während der späten Stadien der Absenkung (1–3 km) müssen diese diagenetischen Reaktionen in einem halbgeschlossenem isochemischen System abgelaufen sein. Berechnungen aus Porenwasser, das von Schiefern gewonnen wurde, zeigen, daß dieses nicht ausreicht, bedeutende änderungen in der Gesamtchemie mächtiger Sandsteine zu bewirken.Mikrosondenanalysen, die an jurassischen Sandsteinen aus dem Statfjord-Feld vorgenommen wurden, zeigen, daß hier eine kontinuierliche Serie von übergängen aus klastischem Glimmer nach Illit und Kaolinit vorliegt. Eine stufenweise Abnahme von Kalium deutet dies an. Quarz-Zementation tritt zurück bei Anwesenheit von klastischem Glimmer, während Karbonat- und Feldspat-Zementation unter den Bedingungen eines hohen pH-Wertes zwischen den Glimmer-Blättern bevorzugt erscheint. Mikrosondenanalysen zeigen, daß der diagenetisch aufgewachsene Feldspat ein reiner Kali-Feldspat ist, der sich beträchtlich von den klastischen Feldspäten unterscheidet. Während der späten Diagenese stand das Porenwasser nahezu im Gleichgewicht mit den reagierenden Phasen.

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Résumé Les grès mésozoÏques et tertiaires du Spitzberg sont en général bien cimentés, tandis que les grès de mÊme âge de la Mer du Nord comprennent des roches-réservoirs très poreuses. On en conclut que l'un des plus importants mécanismes régissant le maintien de la porosité est la mise en jeu de fortes pressions dans les pores de la roche, ce qui effectievement réduit la dissolution par la voie de la pression s'exerÇant au contact des grains et l'intervention de la croissance des grains de quartz.De fortes pressions dans les pores sont le plus couramment développées dans les séquences sédimentaires isolées par un recouvrement argileux, comme dans la Mer du Nord.La croissance diagénétique à grande échélle de la kaolinite aux dépens du feldspath détritique, communément observée, requiert une grande circulation d'eau à faible salinité. Le mécanisme le plus probable est celui de la circulation d'eau douce dans des grès aquifères. Durant les derniers stades de l'enfouissement (1–3 km) les réactions diagénétiques se sont produites dans un système isochimique à moitié fermé. Des calculs montrent que l'eau poreuse chassée des argilites à la suite de leur compaction est insuffisante pour causer des changements de quelqu'importance dans la composition chimique des grès en masses épaisses. Des analyses à la microsonde sur des grès jurassiques de la région du Statfjord montrent qu'il existe une gamme continue de transitions depuis le mica détritique jusqu'à l'illite et la kaolinite, ainsi qu'il ressort de la perte graduelle du potassium. La preuve est donnée que la cimentation par la silice est retardée par la présence de mica détritique, tandis que la cimentation par le carbonate et par le feldspath est favorisée dans ce milieu restreint à pH élevé entre lamelles de mica. Des analyses électroniques montrent que les accroissements diagénétiques de feldspath sont faits de feldspath potassique pur d'une composition notablement différente de celle del feldspath détritique. A la fin de la diagénèse l'eau intersticielle était très probablement proche de l'équilibre avec les phases réagissantes.

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