Depositional History of an Upper Carboniferous Organic-Rich Lacustrine Shale from East Greenland

ABSTRACT A 15 m thick Upper Carboniferous lacustrine unit from East Greenland has been studied in detail by sedimentological, palynological and organic geochemical methods with the purpose of elucidating the depositional history and assessing the implications for hydrocarbon exploration. The analytical results indicate that the lower, shaly part represents quiet deposition of clay-sized mineral grains, calcite, fish, and ostracod remains in a deep anoxic lake. The upper, sandy-shaly part was deposited in prograding fluviatile mouth bars and in protected bays where organic debris and plant material were concentrated. The lake formed rapidly, probably due to tectonic activity, and its depositional history was simple, reflected by a single coarsening-upward sequence. The two main depositional environments are easily separated on the basis of a number of analytical parameters, which mainly reflect anaerobic versus aerobic decomposition of the organic matter. The lower hypolimnic facies has a high content of organic carbon and a high Hydrogen Index. The organic content is dominated by amorphous kerogen; trilete spores are abundant compared to monosaccate pollen. The organic matter is classified as Type I/II kerogen with a good to excellent potential for liquid hydrocarbons. In contrast, the shales of the upper epilimnic facies have a varying organic content and a low Hydrogen Index. The organic content is dominated by woody and coaly material; monosaccate pollen are frequent compared to spores. The organic matter is classified as Type III/IV with a poor hydrocarbon potential. The thermal maturation level was determined by vitrinite reflectance, spectral fluorescence, coloration (TAI), pyrolysis, and GC data. All these data suggest that the shale is at the onset of petroleum generation. The extract composition is characterized by a high content of saturated hydrocarbons in the waxy range and a characteristic odd/even predominance, and thus is similar to petroleum generated from other lacustrine source rocks. RESUME Une unite lacustre datant du Carbonifere superieur et epaisse de 15 m, situee dans l'est du Groenland, a ete etudiee en detail a l'aide de methodes sedimentologiques, palynologiques et de geochimie organique, afin d'elucider son histoire sedimentaire et d'evaluer les implications sur l'exploration pour les hydrocarbures. Les resultats d'analyse indiquent que la partie inferieure et argileuse represente des conditions de sedimentation tranquille de particules de dimensions argileuses, de calcite, de poissons, et de restes d'ostracodes dans un profond lac anoxique. La partie superieure, argileuse-sableuse, a ete deposee dans un milieu de bancs d'embouchure fluviatile s'avancant vers la mer et de baies protegees ou les debris organiques ainsi que la matiere vegetale furent concentres. Le lac se forma rapidement, probablement a cause de l'activite tectonique, et son histoire sedimentaire fut simple, tel que demontre par la presence d'une seule sequence dont la granulometrie augmente vers le haut. Les deux principaux milieux de sedimentation peuvent etre facilement distingues a l'aide d'un certain nombre de parametres analytiques, qui refletent surtout la decomposition anaerobique versus aerobique de la matiere organique. Le facies inferieur hypolimnique a une haute teneur en carbone organique et un index d'hydrogene eleve. La teneur en substance organique est dominee par le kerogene amorphe; les spores triletes sont abondants a comparer au pollen monosaccate. La matiere organique est classee comme etant du kerogene de type I/II, avec un potentiel pour les hydrocarbures liquides evalue comme bon a excellent. Par contraste, les schistes argileux du facies superieur epilimnique ont une teneur en matiere organique qui varie et un index d'hydrogene peu eleve. La teneur en matiere organique est dominee par les substances ligneuses et charbonneuses; le pollen monosaccate est frequent a comparer aux spores. La matiere organique est classee comme etant du type III/IV, qui a un faible potentiel pour les hydrocarbures. End_Page 273------------------------ Le niveau de maturation thermale a ete determine a l'aide de la reflectance de la vitrinite, la fluorescence spectrale, la coloration (TAI), la pyrolyse, et des donnees de "GC". Toutes ces donnees suggerent que le schiste argileux est au debut de l'etape de production d'hydrocarbures. La composition de l'extrait est caracterisee par une haute teneur en hydrocarbures satures du type cireux et une predominance impair/pair caracteristique, et donc est semblable au petrole engendre a partir d'autres roches meres lacustres. Traduit par Marc Charest.