Clay mineral diagenesis in Rotliegend aeolian sandstones of the southern North Sea

Abstract

The distribution of diagenetically-formed clay minerals in Rotliegend dune sandstones of the Southern North Sea Basin is closely related to the following factors: (i) the petrography of the sandstones, (ii) the paleoburial depth and tectonic setting of the area, (iii) the thickness of gas-generating Carboniferous strata underlying the Rotliegendes, and (iv) the facies distribution of the overlying Zechstein. The diagenetic clay minerals are mainly conversion products of feldspars and, to a lesser extent, of detrital clays and micaceous lithic fragments. Sandstones containing dominant drusy illitic and chloritic clay minerals have been buried to depths > 3000 m; if kaolinite is the dominant clay mineral, burial depths were less. Sandstones containing feldspars (detrital and authigenic) up to approximately 7% of bulk volume have permeabilities that are about four times higher than sandstones with similar amounts of kaolinite, and as much as 200 times higher than sandstones with similar amounts of illite and/or chlorite.

Resume

Les minéraux argileux de diagénèse dans les grès de dunes du Rothliegend du Bassin méridional de la Mer du Nord sont distribués selon les facteurs suivants: (i) la pétrographie des grès, (ii) la profondeur d'enfouissement et la mise en place tectonique du domaine (iii) l'épaisseur des strates sous-jacentes au Rothliegend, qui sont du Carbonifères et génératrices de gaz, (iv) la distribution des faciès de Zechstein qui le surmontent. Les minéraux argileux de diagenèse sont essentiellement des produits de transformation de feldspaths et en moindre quantité d'argiles détritiques et de fragments de roches micacees. Les grès à dominante d'illites et chlorites formant géodes, ont été enfouis à des profondeurs dépassant 3000 m. Si la kaolinite domine, les profondeurs d'enfouissement sont moindres. Des grès contenant des feldspaths (détritiques ou authigènes) jusqu'à 7% du volume total, présentent des perméabilités environ quatre fois supérieures aux grés contenant des proportions voisines de kaolinite et jusqu'á 200 fois celles des grès avec les mêmes teneurs en illite et (ou) chlorite.

Kurzreferat

Die Verteilung diagenetisch gebildeter Tonminerale in Dünensandsteinen des Rotliegenden im südliehen Norseebecken, steht in enger Beziehung zu den folgenden Faktoren: (i) der Sandsteinpetrographie (ii) der ehemaligen Absenkungstiefe und tektonischen Umgebung des Geländes (iii) der Mächtigkeit von gasführenden Karbon-Schichten unter dem Rotliegenden und (iv) der Faziesverteilung des darüberliegenden Zechsteins. Die diagenetischen Tonminerale sind hauptsächlich Umwandlungsprodukte von Feldspäten und, in geringerem Umfang, von detritischen Tonen und glimmerhaltigen Gesteinsfragmenten. Sandsteine, die überwiegend drusenförmigen Illit und Chlorit enthalten, sind bis in Tiefen > 3000 m abgesenkt worden. Ist Kaolinit das dominierende Tonmineral, so war die Absenkungstiefe geringer. Sandsteine, die Feldspäte (detritisch oder authigen) bis zu angenäbert 7% ihres Gesamtvolumens enthalten, besitzen Permeabilitäten welche ungefähr vier mal höher sind als bei Sandsteinen mit ähnlichen Kaolinitgehalten, und so gut wie 200 mal höher sind als bei solchen mit ähnlichen Illitund/ oder Chloritgehalten.

Resumen

La distribución de los minerales de la arcilla, formados diagenéticamente en las areniscas de las dunas rotliegendenses de la zona sur de la cuenca del Mar del Norte, está estreehamente relacionada con los siguientes factores: (1) la petrografia de las areniscas (2) la profundidad de paleoenterramiento y emplazamiento tectónico del area (3) la potencia de los niveles carboniferos generadores de gas, infrayacentes al rotliegendense, y (4) la distribución de facies del zechstein suprayacente. Los minerales de la arcilla diagenéticos son productos de la conversión de los feldespatos y, en menor extensión, de las arcillas detriticas y fragmentos liticos micaeeos. Las areniscas que contienen ilita y clorita han sido enterradas a profundidades superiores a 3000 m mientras que las areniscas ricas en caolinita lo han sido a profundidades menores. Las areniscas que contienen feldespatos (detriticos o autigenos) hasta un 7% aproximadamente del volumen total, tienen permeabilidades que son alrededor de 4 veces mas altas que las areniscas con cantidades similares de caolinita y unas 200 veces mas alta que las areniscas con cantidades similares de ilita y/o clorita.