A Geochemical Characterization and a Biomarker Re-Appraisal of the Oil Families from Southwestern Ontario, Canada. (1998)

ABSTRACT Three geochemically and stratigraphically distinct oil families are found in southwestern Ontario; the Cambro-Ordovician, Silurian and Devonian families. In this study, a total of 34 crude oil samples representing all the major producing horizons were investigated by means of open column liquid chromatography, gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) techniques. The separation into three oil families corresponds well to variability in gross composition and the gasoline range characteristics. The degree of paraffinicity suggests that the Devonian oils are of the lowest and the Cambro-Ordovician of the highest thermal maturity. Cambro-Ordovician and Devonian families show some affinities in their biomarker signatures such as similar normal alkane distributions, low amounts of pristane (Pr) and phytane (Ph) relative to n-alkanes, almost identical Pr/Ph ratios, predominance of Ts over Tm, low gammacerane concentrations and abundant C29 and C27 diasteranes. However, different Carbon Preference Index (C14-C20 range), middle-/long-chain n-alkanes, hopanes/steranes and diasteranes/regular steranes ratios as well as the presence of C30 4-desmethylsteranes in the Devonian oils (absent in Ordovician oils) clearly separate both families. The Silurian family has a distinctly different geochemical composition characterized by a broad, bimodal n-alkane distribution with maxima at C15 and C23 to C25, high concentrations of acyclic isoprenoids with Ph dominating over Pr, a predominance of Tm over Ts, a high concentration of gammacerane, abundant homohopanes with prominent C34 member, low concentrations of tricyclic terpane relative to the C24 tetracyclic terpane and a relatively low abundance of rearranged steranes. The triaromatic steroids ratios (TA I/TA[I+II]) and isomerization of C29 steranes (S/[S+R] and /[+]) indicate that maturity increases from Devonian through Silurian to Ordovician oils. Overall, biomarker characteristics indicate a carbonate/evaporite source rock deposited under hypersaline conditions in a strongly reducing environment for the Silurian oils, and a clastic source formed under dysoxic to anoxic conditions for the Devonian and Cambro-Ordovician oils. Subtle compositional irregularities of Devonian oils are attributed to geographical variabilities in the maturity and composition of source kerogen. Depending on their geographical proximity, Devonian oils may be genetically related to source rocks deposited in either the Michigan or Appalachian basins, or both. Geochemical variations amongst oils of the Silurian family not only identify at least two subfamilies, probably related to variations in their source rocks, but also indicate localized sources and short secondary migration pathways. The geochemical character of the Cambro-Ordovician oil family is typical for oils derived from Ordovician-aged source rocks. However, there is some evidence for a separate source for Cambrian oils. Moreover, variability in gasoline and biomarker parameters indicate that Ordovician oils were generated from different source rocks located in the stratigraphic intervals of their reservoirs (Black River and Trenton, respectively). RESUME Trois familles de petroles, distinctes de facon geochimique et stratigraphique, se retrouvent dans le sud-ouest de l'Ontario: les familles du Cambro-Ordovicien, du Silurien et du Devonien. Dans cette etude, un total de 34 echantillons de petrole brut representant tous les horizons producteurs majeurs ont ete scrutes par le biais des techniques de chromatographie de phase liquide en colonne ouverte, de chromatographie en phase gazeuse (CG) et de chromatographie en phase gazeuse-spectrographie de masse (CGSM). Les trois familles de petrole separees ici correspondent clairement a une variabilite en composition brute et a la gamme des caracteres des essences. Le degre de parafinicite suggere que les petroles du Devonien ont les plus basses maturites thermiques alors que celles du Cambro-Ordovicien montrent les plus hautes. Les familles du Cambro-Ordovicien et du Devonien montrent quelques affinites quant a leur signature de biomarqueur telles que des distributions normales similaires End_Page 350------------------------ en alkane, des bas niveaux de pristane (Pr) et de phytane (Ph) relativement au n-alkane, des taux Pr/Ph presqu'identiques, la predominance du Ts par rapport au Tm, des concentrations en gammacerane et une abondance de diasteranes C29 et C27. Toutefois, les Indices de Preference du Carbone (gamme de C14-C20), les taux de chaines moyennes/longues de n-alkanes, de hopanes/steranes et de disteranes/steranes reguliers, de meme que la presence de C30 4-desmethysteranes dans les petroles du Devonien (absent dans les petroles de l'Ordovicien), separent clairement les deux familles. La famille du Silurien a une composition geochimique tres differente caracterisee par une large distribution bi-modale de n-alkane avec un maxima de C15 et C23 a C25, une haute concentration de gammacerane, un abondance de homohopanes avec une proeminence du membre C34, des basses concentrations de terpane tricyclique par rapport au terpane tetracyclique C24 et une abondance relativement faible des steranes rearranges. Les taux de steroides triaromatiques (TA I/TA[I+II]) et l'isomerisation des steranes C29 (S/[S+R] et /[+]) indiquent que la maturite s'accroit a partir des petroles du Devonien vers ceux du Silurien et enfin de l'Ordovicien. Dans l'ensemble, les caracteres des biomarqueurs indiquent qu'une roche mere de carbonate-evaporite deposee sous des conditions hypersalines dans un environment reducteur pour les petroles du Silurien et une source clastique formee sous des conditions dysoxiques a euxeniques pour les petroles du Devonien et du Cambro-Ordovicien. De subtiles irregularites compositionnelles des petroles du Devonien sont attribuees a des variabilites geographiques dans la maturite et la composition du kerogene source. Dependant de leur proximite geographique, les petroles du Devonien peuvent etre genetiquement relies a des roches meres deposees dans soit le bassin du Michigan, soit le bassin appalachien, ou dans les deux. Les variations geochimiques entre les petroles de la famille du Silurien identifient au moins deux sous-familles probablement reliees a des variations des roches meres, mais indiquent aussi des sources localisees et de courtes voies de migration secondaire. Le caractere geochimique de la famille du Cambro-Ordovicien est typique des petroles derives des roches meres d'age Ordovicien. Toutefois, il existe quelques evidences en faveur d'une source separee pour les petroles du Cambrien. De plus, la variabilite de l'essence et de parametres biomarqueurs indiquent que les petroles de l'Ordovicien furent generes a partir de differentes roches sources situees dans les intervalles stratigraphiques de leur reservoirs (Black River et Trenton, respectivement). Traduit par Lynn Gagnon.