Petrography and sedimentology of Paleogene formations from Nathorstland, Spitsbergen: A diagenetic study of sedimentary facies associations

Abstract

The studied Paleogene successions in the Central Basin Spitsbergen, comprises the Grumantbyen Formation, the Bjørnsonfjellet Member, Battfjellet Formation and the uppermost Aspelin toppen Formation. The objectives have been to describe the petrography and diagenesis relative to sedimentary facies associations. Another minor objective was to compare the reservoir quality of core and outcrop data. This have been done by description,facies interpretation and sampling from the Sysselmannsbreen core and with supplementing sampling from outcrop in the Nathorstland area. The samples have been analyzed by optical microscopy and SEM.

Sandstones of the Grumantbyen Formation are classified as immature arkosic arenite, and the provenance area is suggested to be located in N-NE of the Central Basin. The mineralitic composition differs from the overlaying successions which are classified as immature lithicarenites that are interpreted to have derived from the W-NW. The Grumantbyen formation is interpreted as an offshore bar complex deposited during a regressive sequence. Abundant diagenetic minerals are glauconite, siderite, pyrite and chlorite, which indicate shallow marineconditions. The main porosity reducing factor is estimated to be cementation but compactionis impacting the porosity significantly. Uplift is suggested to have formed secondary porosity.The Bjørnsonfjellet Member is interpreted as basin-floor fans that were deposited duringlowstand. The Battfjellet Formation comprises facies typical of a prograding delta. The stacking of facies shows an overall regressive trend, and the deltaic depoits are capped by the Aspelintoppen Formation which is interpreted as coastal plain deposits with bay infill and crevasse deposits on the coastal plain. The most significant diagenetic minerals in the Bjørnsonfjellet Member and the Battfjellet and the Asplein toppen formations are siderite, chlorite, kaolinite, illite, Fe-dolomite/ ankerite and quartz overgrowths. The diagenesis in thefacies indicates both marine and meteoric influence, due to influx of meteoric water fromfluvial activity. The main porosity loss is dominated by mechanical compaction. Chemical compaction is not prominent in the samples and cementation is further reducing the porosityin a lesser degree. Secondary porosity probably formed as a result of telogenesis, is abundant and the permeability is low. The analyzed core samples show a higher porosity than what is analyzed in the outcrop (≈5%) as a result of clay and carbonate cementation.

Den studerte Paleogene lagrekken i Sentral Bassenget, Spitsbergen omfatter Grumantbyformasjonen, Bjørnsonfjellledded, Battfjellformasjonen og Aspelintopp-formasjonen. Målsettingen ved oppgaven har vært å beskrive petrografi og diagenese i forhold til sedimentære facies inndelinger, samt å sammenligne reservoarkvalitet fra brønndata med data fra blotning. Dette har blitt gjort ved analyse, facies tolkning og prøvetakning fra Sysslemannsbreen kjernen og fra feltarbeid i Nathorstland området. Prøvene har blitt analysert ved hjelp av optisk mikroskopi og SEM.

Sandstein fra Grumantbyformasjonen er klassifisert som umoden arkosisk arenitt, med provenanceområdet tolket å være N-NØ for Sentralbassenget. Den mineralske sammensettningen avviker fra de overliggende lagene, som klassifiseres som umoden litiskarenitt med provenanceområde i V-NV. Grumantbyformasjonen er tolket til å være et offshorebar kompleks avsatt under regresjon. Diagenetiske mineraler som ofte forekommer er glaukonitt, sideritt, pyritt og kloritt, som indikerer grunnmarine av setningsforhold. Den viktigste porøsitetsredusernede faktoren er sementering, men også kompaksjon har redusert porøsiteten betydelig. Heving er foreslått å ha dannet sekundær porøsitet. Bjørnsonfjelleddet tolkes til å være undersjøiske vifter avsatt under lavstands forhold. Battfjellformasjonen omfatter facies typisk for et prograderende delta. Den vertikale organisering av faciesindikerer en overordnet regressiv trend. Aspelintoppen formasjonen er tolket som en kystslette med crevasse og bukt avsetninger. Diagenetiske mineraler som er hyppigst forekommende i Bjørnsonfjellleddet, og Battfjell-og Aspelintoppformasjonene er sideritt, kloritt, kaolintitt, illitt, Fe-dolomitt/ ankeritt og kvarts påvekster. Diagenesen viser både marinog meteorisk påvirkning, grunnet til strøm av meteorisk vann fra fluvialt miljø. Porøsiteten er hovedsakelig redusert på grunn av mekanisk kompaskjon. Kjemisk kompaksjon opptrer i mindre grad, og sementering reduserer porøsiteten yttligere.Sekundær porøsitet trolig dannet av telogenese, forekommer hyppig. Permeabilliteten er generelt lav. De analyserte kjerneprøvene har høyere porøsitet enn prøvene fra felt (≈5%) grunnet sementering av leire og kalsitt.