Diagenetic concretions as a tool to constrain palaeo-fluid circulation in fault zones and folded strata

Abstract

La presente Tesi di Dottorato è focalizzata allo studio dei paleo-flussi di fluidi all’interno di zone di faglia e strutture plicative che coinvolgono sedimenti silico-clastici a basso grado di litificazione. Il flusso di fluidi attraverso i sedimenti deformati è testimoniato dalla presenza di cementazione selettiva, spesso sottoforma di concrezioni diagenetiche e masse di minerali. Le alterazioni diagenetiche sono di primaria importanza nello studio delle interazioni tra fluidi e rocce-sedimenti deformati, per ricostruire le condizioni idrologiche ed il ruolo rivestito dai sedimenti coinvolti nella deformazione. Questo tipo di analisi è di particolare importanza nel valutare l’influenza sulla compartimentalizzazione dei reservoir. Durante il progetto triennale di Dottorato è stata studiata la modalità di crescita e di sviluppo delle concrezioni carbonatiche all’interno di zone di faglia o strati deformati all’interno di strutture plicative. All’interno di queste strutture, le concrezioni sono state impiegate come traccianti di paleo-flussi di fluidi e dalla loro forma è stata dedotta la direzione del flusso. Attraverso le analisi geochimiche è stato possibile vincolare l’ambiente diagenetico e sedimentario in cui è avvenuta la precipitazione dei cementi ed allo stesso tempo è stata identificata la natura dei fluidi responsabili della cementazione. L’analisi di dettaglio delle proprietà petrofisiche dei sedimenti coinvolti nella deformazione, ha permesso di valutare l’influenza della deformazione sul comportamento idraulico. Tutti gli aspetti menzionati precedentemente sono mirati al riconoscimento del ruolo idrologico di faglie e pieghe che interessano sedimenti silico-clastici debolmente litificati, le quali rivestono un ruolo fondamentale nel fase di esplorazione e sfruttamento dei reservoir di idrocarburi ed acquiferi.

This Ph. D Thesis is focused on the palaeo-fluid flow through fault zones and folded strata affecting poorly lithified siliciclastic sediments. Within deformed sediments, fluid flow is witnessed by the presence of selective cementation, often in the form of diagenetic concretions and mineral masses. These diagenetic alterations are of primary importance to study the interaction between fluids and deforming rocks in different hydrologic conditions, with implications for compartmentalization of geofluid reservoirs. During this 3-years project, we investigated the geometry, spatial distribution and growth mode of carbonate concretions hosted in both extensional fault zones and syn-tectonic strata tilted during progressive folding. In such settings, concretions were used as markers of palaeo-fluid flow, and their shape allowed to infer the direction of flow. By integrating field and laboratory data, diagenetic environment in which selective cementation occurred was constrained, as well as the nature and the geochemical conditions of cementing fluids. A detailed analysis of the petrophysical properties of sediments involved in deformation, allowed to understand the impact of deformation upon the hydraulic behaviour. All the aspects previously described were aimed to investigate the hydrological role played by faulted and folded poorly cemented siliciclastic sediments, which is worth to be assessed especially for the exploration and exploitation of hydrocarbon reservoirs and groundwater reserves.