Diagenesis of Tertiary marlstones in the Vienna Basin

Summary

To investigate the diagenetic changes of Tertiary pelitic sediments in the Vienna Basin a suite of drill core samples from the OeMV-bore-hole Aderklaa 78 has been studied using mineralogical and chemical methods.

The sediments generally correspond to shales and cover a section from 780–2812 m depth. Their mineralogical composition is complex and variable and mainly due to the initial variation in detrital constituents at the time of sedimentation and the local sedimentary environments. Quartz, feldspars (sodic-plagioclase, K-feldspar), carbonates (calcite, dolomite, siderite), phyllosilicates (mica, chlorite, kaolinite, illite-smectite mixed-layers), and pyrite to a minor extent are the essential components of the shales.

The analytical data of bulk samples and the less than 0.2 micron fractions point out that mechanical compaction of the sediments was accom inied by isochemical changes within the shale sequence. The diagenetic overprint of the mineral constituents is revealed by a decrease with depth of K-feldspar and an increase of quartz respectively, but especially by the gradual illitization of smectite via mixed-layer intermediates. Burial diagenesis in this Vienna Basin profile therefore can be expressed by the mineral reaction: K-feldspar+smectite→illite+quartz.

A local reversal in all these trends in the basal Tertiary section can be explained by unusually high magnesium contents of the pore waters which inhibited illitization by promoting the stability of smectite relative to illite.

Zusammenfassung

Zur Feststellung diagenetischer Veränderungen an den neogenen pelitischen Sedimenten des Wiener Beckens wurde eine Serie von Tonmergeln der ÖMV-Tiefbohrung Aderklaa 78 dem Teufenbereich zwischen 780–2812 m entnommen und mineralogisch sowie chemisch untersucht.

Der Mineralbestand der Proben ist primär vom Einzugsgebiet und dem Ablagerungsmilieu der Sedimente geprägt. Quarz, Feldspäte (Albit-reicher Plagioklas, Alkalifeldspat), Karbonate (Calcit, Dolomit, Siderit) und Schichtsilikate (Glimmer, Chlorit, Kaolinit, Illit-Smektit Mischphasen) sowie untergeordneter Pyrit sind die wesentlichen Gemengteile der Ablagerungen.

Die Untersuchungsergebnisse der Gesamtproben und der Fraktionen kleiner 0,2 Mikron zeigen, daß die mechanische Kompaktion der Sedimente von isochemischen Umwandlungsprozessen begleitet wird. Die diagenetische Überprägung des Mineralbestandes äußert sich mit zunehmender Tiefe in der Abnahme des Alkalifeldspates und der Zunahme des Quarzes, vor allem aber in der fortschreitenden Illitisierung des Smektits, die über Mixed-Layer Zwischenbildungen verschiedenen Ordnungsgrades abläuft.

Die Mineralreaktion Alkalifeldspat+Smektit→Illit+Quarz entspricht der versenkungsdiagenetischen Entwicklung dieses Bereiches.

Eine lokale Trendumkehr der mineralogisch-chemischen Veränderungen im Nahbereich zur mesozoischen Basis des Neogens ist mit einer extremen Zusammensetzung der Porenwässer zu erklären, deren hoher Mg-Gehalt eine kontinuierliche Entwicklung des Illitisierungsprozesses verhindert.