DIAGENESIS IN THE NEOGENE CLASTIC SEDIMENTS OF THE

BENGAL BASIN, BANGLADESH

A t h e s i s s u b m i t t e d f o r t h e d e g r e e of D o c t o r of P h i l o s o p h y of t h e U n i v e r s i t y of L o n d o n .

by

MD. BADRUL IMAM B.Sc., M.Sc., DIC.

D e p a r t m e n t of G e o l o g y . R o y a l S c h o o l of M i n e s . I m p e r i a l C o l l e g e of S c i e n c e & T e c h n o l o g y . L o n d o n . A u g u s t 1 9 8 3

ABSTRACT

T h i s t h e s i s d e s c r i b e s t h e p e t r o g r a p h y a n d b u r i a l d i a g e n e s i s o f t h e N e o g e n e s a n d s t o n e s a n d s h a l e s i n a p r o g r a d i n g d e l t a i c s e q u e n c e i n t h e B e n g a l B a s i n o f B a n g l a d e s h . The Surma g r o u p , c o n s i s t i n g o f m a r i n e s h a l e s a t t h e b a s e o v e r l a i n by d e l t a i c t o p a r a l i c s a n d s t o n e s and s h a l e s , i s s u c c e e d e d by t h e T i p a m g r o u p - a s a n d s t o n e d o m i n a t e d u n i t o f t h e t e r r e s t r i a l f l u v i a t i l e o r i g i n . The s e q u e n c e a p p e a r s t o be d e v o i d o f s i g n i f i c a n t p e t r o l e u m s o u r c e r o c k s .

P e t r o g r a p h i c a 1 1 y , t h e s a n d s t o n e s o f t h e Surma g r o u p a r e r e p r e s e n t e d t y p i c a l l y by s u b 1 i t h a r e n i t e s w h i l s t t h e s a n d s t o n e s o f t h e T i p a m g r o u p a r e s u b a r k o s e s . T h e r e a r e two d e p t h - r e l a t e d d i a g e n e t i c z o n e s i n t h e s a n d s t o n e s : from s u r f a c e t o 2 0 0 0 m no c e m e n t a t i o n h a s o c c u r r e d i n e i t h e r t h e Tipam g r o u p or t h e t o p o f t h e Surma g r o u p ; from 2 0 0 0 m t o 4 4 9 1 m+ s i g n i f i c a n t c e m e n t a t i o n h a s a f f e c t e d t h e p o t e n t i a l r e s e r v o i r p r o p e r t i e s o f many o f t h e s a n d s t o n e s o f t h e Surma g r o u p . The p a r a g e n e t i c s e q u e n c e o f d i a g e n e t i c e v e n t s i n t h e N e o g e n e s a n d s t o n e s i n d i c a t e s two p h a s e s . The f i r s t p h a s e r e p r e s e n t s an a l k a l i n e c o n d i t i o n o f t h e p o r e w a t e r s , u n d e r w h i c h c h l o r i t e a u t h i g e n e s i s , s i d e r i t e c r y s t a l l i z a t i o n , e a r l y p o i k i l o t o p i c F e - c a l c i t e c e m e n t a t i o n , i l l i t e c o a t i n g , q u a r t z o v e r g r o w t h c e m e n t a t i o n and l a t e F e - c a l c i t e c e m e n t a t i o n t o o k p l a c e s e q u e n t i a l l y . The s e c o n d p h a s e marks t h e c h a n g e from a l k a l i n e to a c i d i c c o n d i t i o n o f t h e p o r e w a t e r u n d e r w h i c h p a r t i a l d i s s o l u t i o n o f s o m e r o c k c o m p o n e n t s a n d t h e c r y s t a l l i z a t i o n o f k a o l i n i t e t o o k p l a c e . E a r l y p o i k i l o t o p i c F e - c a l c i t e , l a t e F e - c a l c i t e and q u a r t z o v e r g r o w t h s a r e t h e m o s t i m p o r t a n t p o r o s i t y r e d u c i n g c e m e n t s . C h l o r i t e r i m s o n d e t r i t a l q u a r t z , h o w e v e r , e f f e c t i v e l y r e t a r d o r i n h i b i t q u a r t z o v e r g r o w t h

ii

d e v e l o p m e n t , t h u s p r e s e r v i n g p o r o s i t y . S e c o n d a r y p o r o s i t y w a s c r e a t e d by t h e p a r t i a l d i s s o l u t i o n o f t h e c a l c i t e c e m e n t s , d e t r i t a l f e l d s p a r s and some l i t h i c g r a i n s i n t h e d e e p e r z o n e .

The p r e d o m i n a n t m i n e r a l s i n t h e N e o g e n e s h a l e s a r e i l l i t e , k a o l i n i t e , c h l o r i t e , i 1 1 i t e / s m e c t i t e , q u a r t z and f e l d s p a r , w h i l s t c a l c i t e , d o l o m i t e and s i d e r i t e o c c u r i n m i n o r t o t r a c e a m o u n t s . The m o s t i m p o r t a n t d i a g e n e t i c c h a n g e w i t h d e p t h o f b u r i a l i s t h e g r a d u a l l o s s o f t h e s m e c t i t e c o m p o n e n t s i n t h e i 1 1 i t e / s m e c t i t e m i x e d l a y e r c l a y s due t o t h e i r t r a n s f o r m a t i o n t o i l l i t e l a y e r s . The d i a g e n e t i c t r a n s f o r m a t i o n o f s m e c t i t e t o i l l i t e h a s n o t l e d t o c o m p l e t e i l l i t i z a t i o n o f t h e m i x e d l a y e r c l a y s a t t h e t o t a l d e p t h s t u d i e d . D e c r e a s e o f k a o l i n i t e a t and b e l o w 4 5 3 0 m c o u l d be d i a g e n e t i c , h u t i t c o u l d a l s o be due t o d i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n t o f c l a y p a r t i c l e s due t o c h a n g e i n d e p o s i t i o n a l e n v i r o n m e n t . The d e c r e a s e i n c a l c i t e b e l o w a b o u t 3 5 0 0 m r e p r e s e n t s d i a g e n e t i c d i s s o l u t i o n o f t h i s m i n e r a l w i t h b u r i a l d e p t h . The d i a g e n e s i s o f s h a l e h a s t a k e n p l a c e w i t h o u t r e s p e c t t o f o r m a t i o n b o u n d a r i e s and m a i n l y d e p e n d s on t e m p e r a t u r e . D i a g e n e s i s o f t h e s h a l e s i s b e l i e v e d t o h a v e i n f l u e n c e d t h e c e m e n t a t i o n i n t h e a d j a c e n t s a n d s t o n e s . The S i 4 + r e l e a s e d from t h e s m e c t i t e t o i l l i t e t r a n s f o r m a t i o n may h a v e p r o v i d e d a s o u r c e o f s i l i c a c e m e n t , and t h e d i s s o l u t i o n o f c a l c i t e i n s h a l e s c o u l d be a s o u r c e f o r t h e l a t e c a l c i t e s i n t h e a d j a c e n t s a n d s t o n e s •

i i i

ACKNOWLEDGEMENTS

T h i s r e s e a r c h was s u p p o r t e d f o r most of t h e t i m e by t h e Commonwealth S c h o l a r s h i p C o m m i s s i o n i n t h e U .K. f o r w h i c h I am e x t r e m e l y g r a t e f u l . I am a l s o g r a t e f u l t o P e t r o b a n g l a , t h e N a t i o n a l O i l Company of B a n g l a d e s h , f o r p r o v i d i n g me w i t h t h e s a m p l e m a t e r i a l which h a s f o r m e d t h e b a s i s of t h i s w o r k .

I w i s h t o thank my s u p e r v i s o r s P r o f e s s o r R. S t o n e l e y and D r . H. Shaw f o r t h e i r g u i d a n c e and a d v i c e d u r i n g t h e r e s e a r c h p e r i o d , and f o r r e a d i n g and c o m m e n t i n g on t h e d r a f t m a n u s c r i p t . I wou ld l i k e t o thank P a u l Grant f o r h i s h e l p w i t h t h e S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e w o r k . I am a l s o g r a t e f u l t o Ray C u r t i s f o r h e l p i n g and a d v i s i n g me on t h e x - r a y d i f f r a c t i o n w o r k . Thanks a r e a l s o due t o M. Rahman f o r h i s h e l p and s u g g e s t i o n s i n t h e o r g a n i c g e o c h e m i s t r y i n v e s t i g a t i o n s . I a l s o a c k n o w l e d g e many h e l p f u l d i s c u s s i o n s w i t h Dr . R . C . S e l l e y , e s p e c i a l l y on s a n d s t o n e d i a g e n e s i s , and w i t h D r . R . R . F . K i n g h o r n on t h e o r g a n i c m a t t e r . I s h o u l d l i k e t o t h a n k f o r t h e s k i l l f u l t e c h n i c a l h e l p s p r o v i d e d by Dick G i d d e n s , M a r t i n G i l l and Roy H o d g k i n s o n . I a l s o t h a n k Ian W i l l i a m s o n f o r h i s a d v i c e on t h e p r o d u c t i o n of t h e t h e s i s and G i l l D a v i e s f o r t y p i n g i t .

My s p e c i a l t h a n k s t o my w i f e N a z n e e n , w h o s e e n t h u s i a s m and c a r e c o n t i n u e d t o k e e p me g o i n g d u r i n g t h e d i f f i c u l t p e r i o d s of t h i s r e s e a r c h w o r k .

iv

C O N T E N T S

A b s t r a c t ii A c k n o w l e d g e m e n t s iv C o n t e n t s v L i s t o f F i g u r e s i* L i s t o f T a b l e s xiii L i s t o f a b b r e v i a t i o n s xv

CHAPTER 1 . INTRODUCTION

1 . 1 Aim and s c o p e o f p r e s e n t work 1 1 . 2 D i a g e n e s i s - a r e v i e w 3 1 . 3 S a m p l i n g 4

CHAPTER 2 . GEOLOGY OF BENGAL BASIN

2 . 1 I n t r o d u c t i o n 10 2 . 2 P h y s i o g r a p h i c f e a t u r e s 12

2 . 2 . 1 R e c e n t f l u v i a l and d e l t a i c p l a i n 12 2 . 2 . 2 P l e i s t o c e n e t e r r a c e s 14 2 . 2 . 3 T e r t i a r y h i l l r a n g e s 14 2 . 2 . 4 B e n g a l d e e p s e a f a n 14

2 . 3 T e c t o n i c f r a m e w o r k 16 2 . 3 * 1 I n t r o d u c t i o n 16 2 . 3 . 2 S t a b l e s h e l f 16 2 . 3 * 3 H i n g e z o n e 18 2 . 3 * 4 B e n g a l f o r e d e e p 20

2 . 4 S t r a t i g r a p h y 23 2 . 4 * 1 I n t r o d u c t i o n 23 2 * 4 * 2 P r e - T e r t i a r y s t r a t i g r a p h y 26 2 . 4 * 3 T e r t i a r y t o R e c e n t s t r a t i g r a p h y 27

2 . 4 * 3 * 1 P a l e o g e n e 33 2 . 4 * 3 * 2 N e o g e n e 35 2 . 4 * 3 * 3 B e n g a l a l l u v i u m 40

v

2 . 5 E v o l u t i o n and s e d i m e n t a t i o n h i s t o r y o f B e n g a l B a s i n 4 0

CHAPTER 3 . PETROGRAPHY OP SANDSTONE I - DETRITAL PHASES

3 . 1 I n t r o d u c t i o n 46 3 . 2 A n a l y t i c a l t e c h n i q u e s 46 3 . 3 T e x t u r e 49 3 . 4 P o r o s i t y 50 3 . 5 D e t r i t a l C o m p o s i t i o n 52

3 » 5 « 1 Framework g r a i n s 52 ( a ) Q u a r t z 52 ( b ) L i t h i c g r a i n s 55 ( c ) F e l d s p a r s 58 ( d ) C h l o r i t e 59 ( e ) Mica 61 ( f ) Heavy m i n e r a l s 61 ( g ) O r g a n i c m a t t e r 61 ( h ) F o s s i l 63

3 . 5 . 2 M a t r i x 63 3 . 6 S a n d s t o n e c l a s s i f i c a t i o n 64 3 • 7 D i s c u s s i o n 67

CHAPTER 4 . PETROGRAPHY OF SANDSTONE I I - DIAGENETIC PHASES

4 . 1 I n t r o d u c t i o n 74 4 . 2 A u t h i g e n i c c l a y m i n e r a l s 74

4 . 2 . 1 C h l o r i t e ' 74 4 . 2 . 2 K a o l i n i t e 81 4 . 2 . 3 I l l i t e 85

4 - 3 A u t h i g e n i c n o n - c l a y m i n e r a l s 87 4 . 3 . 1 Q u a r t z 87 4 . 3 - 2 F e r r o a n c a l c i t e 98 4 . 3 . 3 D o l o m i t e 102 4 . 3 . 4 S i d e r i t e 102 4 . 3 . 5 F e l d s p a r 104 4 . 3 . 6 P y r i t e 104

vi

CHAPTER 5 . DIAGENETIC PROCESSES IN SANDSTONE

5 . 1 I n t r o d u c t i o n 106 5 . 2 P a r a g e n e t i c s e q u e n c e 106 5 . 3 C o m p a c t i o n o f s e d i m e n t s 108

5 . 3 . 1 P h y s i c a l p r o c e s s e s 108 5 . 3 . 2 P h y s i c o - c h e m i c a l p r o c e s s e s 114

5 . 4 C h l o r i t e a u t h i g e n e s i s 119 5 . 5 S i d e r i t e c r y s t a l l i z a t i o n 122 5 . 6 E a r l y p o i k i l o t o p i c F e - c a l c i t e c e m e n t a t i o n 124 5 . 7 I l l i t e c r y s t a l l i z a t i o n 125 5 . 8 Q u a r t z o v e r g r o w t h c e m e n t a t i o n 126 5 . 9 L a t e F e - c a l c i t e ( w i t h m i n o r d o l o m i t e ) c e m e n t a t i o n

and r e p l a c e m e n t 131 5 . 1 0 P a r t i a l d i s s o l u t i o n o f r o c k c o m p o n e n t s and

d e v e l o p m e n t o f s e c o n d a r y p o r o s i t y 134 5 . 1 1 K a o l i n i t e c r y s t a l l i z a t i o n 141

CHAPTER 6 . MINERALOGY AND DIAGENESIS OF SHALE

6 . 1 I n t r o d u c t i o n 145 6 . 2 M e t h o d s o f S t u d y 146

6 . 2 . 1 Whole r o c k a n a l y s i s 146 6 . 2 . 2 C l a y m i n e r a l a n a l y s i s 147

6 . 3 M i n e r a l o g y o f s h a l e 148 6 . 3 . 1 N o n - c l a y m i n e r a l s 148

( a ) Q u a r t z 1 4 8

( b ) F e l d s p a r s 1 4 8

( c ) C a l c i t e 1 5 2

( d ) D o l o m i t e 152

( e ) S i d e r i t e 1 5 2

v i i

6 . 3 . 2 C l a y m i n e r a l o g y 152 ( a ) I l l i t e 152 ( b ) C h l o r i t e 152 ( c ) K a o l i n i t e 153 ( d ) I l l i t e / S m e c t i t e m i x e d l a y e r c l a y 156

6 . 3 . 3 N a t u r e o f i l 1 i t e / s m e c t i t e m i x e d l a y e r c l a y m i n e r a l 162

( a ) 5A peak m i g r a t i o n 164 ( b ) S a d d l e / 1 7 A r a t i o 166 ( c ) 1 7 / 1 0 A r a t i o 170

6 . 4 D i a g e n e s i s o f s h a l e 174 6 . 4 . 1 I I l i t e / S m e c t i t e m i x e d l a y e r c l a y 174 6 . 4 . 2 O t h e r m i n e r a l s 179 6 . 4 . 3 D i s c u s s i o n 1 8 0

CHAPTER 7 . CONCLUSIONS 184

7 . 1 S a n d s t o n e D i a g e n e s i s 184 7 . 2 S h a l e D i a g e n e s i s 190 7 * 3 C o m p a r i s o n w i t h o t h e r d i a g e n e t i c m o d e l s 193

BIBLIOGRAPHY 198

APPENDIX 2 1 3

vi i i

LIST OF FIGURES CHAPTER 1 Page 1 . 1 B e n g a l B a s i n i n t h e v i c i n i t y o f t h r e e l a r g e

t e c t o n i c f e a t u r e s o f t h e e a r t h . 2 1 . 2 L o c a t i o n o f w e l l s f r o m w h i c h s a m p l e s were t a k e n . 6 1 . 3 S a m p l e l o c a t i o n s i n w e l l s ( c o l u m n a r s e c t i o n ) . 7 CHAPTER 2 2 . 1 L o c a t i o n o f t h e B e n g a l B a s i n . 11 2 . 2 B e n g a l B a s i n and a d j a c e n t a r e a s . 11 2 . 3 P h y s i o g r a p h i c f e a t u r e s o f t h e B e n g a l B a s i n a r e a . 13 2 . 4 P r e s e n t t o p o g r a p h y and c h a n n e l s y s t e m o f B e n g a l d e e p

s e a f a n i n t h e Bay o f B e n g a l . 15 2 . 5 M a j o r t e c t o n i c e l e m e n t s i n t h e B e n g a l B a s i n . 17 2 . 6 B a s e m e n t c o n f i g u r a t i o n o f t h e B e n g a l B a s i n . 17 2 . 7 Geo 1 o g i c a l - g e o p h y s i c s c r o s s s e c t i o n s h o w i n g t h e 'D'

r e f l e c t o r ( S y l h e t 1 s t f m ) , B e n g a l B a s i n . 19 2 . 8 T e c t o n i c c l a s s i f i c a t i o n i n B a n g l a d s h . 21 2 . 9 G e o l o g i c a l s k e t c h map o f B a n g l a d e s h . 24 2 . 1 0 I s o p a c h , a p p r o x i m a t e N e o g e n e s e c t i o n i n B e n g a l

B a s i n . C o n t o u r i n t e r v a l i n 1 km. 28 2 . 1 1 R e g i o n a l c r o s s s e c t i o n a c r o s s B e n g a l B a s i n . 29 2 . 1 2 A T r a d i t i o n a l i n t e r p r e t a t i o n o f t h e T e r t i a r y

s t r a t i g r a p h y ( p o s t E o c e n e ) i n B a n g l a d e s h . 31 2 . 1 2 B R e - i n t e r p r e t a t i o n o f t r a d i t i o n a l T e r t i a r y

s t r a t i g r a p h y ( p o s t E o c e n e ) i n B a n g l a d e s h . 31 2 . 1 2 C L o c a t i o n map f o r F i g . 2 . 1 2 A and 2 . 1 2 B . 32 2 . 1 3 G e n e r a l i z e d c o l u m n a r s e c t i o n o f N e o g e n e o f B e n g a l

B a s i n . 37 2 . 1 4 B r e a k u p and m i g r a t i o n o f I n d i a n p l a t e f r o m

G o n d w a n a l a n d • 45

i x

CHAPTER 3

3 . 1 S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e , JEOL JSM 3 5 . 48 3 . 2 V a c u l i z a t i o n i n F e l d s p a r . 60 3 « 3 S e r i c i t i z a t i o n i n f e l d s p a r . 60 3 . 4 O r g a n i c m a t t e r i n N e o g e n e s a n d s t o n e . 62 3«5 F o r a m i n i f e r a f o s s i l i n N e o g e n e s a n d s t o n e . 62 3 . 6 S a n d s t o n e c l a s s i f i c a t i o n s c h e m e . 65 3 . 7 A Q u a r t z - f e l d s p a r - 1 i t h i c s t r i a n g u l a r p l o t f o r Surma

g r o u p s a n d s t o n e s . 66 3 . 7 B Q u a r t z - f e l d s p a r - 1 i t h i c s t r i a n g u l a r p l o t f o r Tipam

g r o u p s a n d s t o n e s . 66 3 . 8 Q u a r t z - f e l d s p a r - l i t h i c s t r i a n g u l a r p l o t f o r t h e

N e o g e n e s a n d s t o n e s f rom t h e o n s h o r e B e n g a l B a s i n and t h e B e n g a l d e e p Sea f a n c o m p l e x . 71

CHAPTER 4 4 . 1 C h l o r i t e r i m s a r o u n d d e t r i t a l g r a i n s . 76 4 . 1 A M o r p h o l o g y o f c h l o r i t e r i m s . 76 4 . 2 C h l o r i t e r i m s a r o u n d d e t r i t a l g r a i n s . 77 4 . 3 & 4 * 4 C h l o r i t e r o s e t t e s i n t h e p o r e s p a c e . 79 4 . 5 Growth o f c h l o r i t e i n t o t h e p o r e f rom t h i c k

c h l o r i t e r i m . 80 4 . 6 R e p l a c e m e n t o f f e l d s p a r by c h l o r i t e . 8 0 4 . 7 B o o k s o f k a o l i n i t e p l a t l e t s . 82 4 . 8 A K a o l i n i t e c e m e n t f i l l i n g p o r e s p a c e s . 82 4 . 8 B K a o l i n i t e c e m e n t c h o k i n g p o r e s p a c e s . 83 4 . 9 V e r m i c u l a r g r o w t h o f k a o l i n i t e . 83 4 . 1 0 I n s i t u a l t e r a t i o n o f f e l d s p a r t o k a o l i n i t e . 84 4 . 1 1 I l l i t e c o a t i n g on d e t r i t a l g r a i n s . 84-4 . 1 2 I l l i t e d r a p i n g o v e r c h l o r i t e r i m . 86 4 . 1 3 D u s t l i n e o f i l l i t e c l a y b e t w e e n d e t r i t a l q u a r t z

g r a i n and q u a r t z o v e r g r o w t h . 88

x

4 - 1 4 E u h e d r a l q u a r t z o v e r g r o w t h s e n v e l o p e d by l a t e c a l c i t e c e m e n t . 88

4 . 1 5 - 4 . 1 7 I n c i p i e n t q u a r t z o v e r g r o w t h s . 9 0 - 9 1 4 . 1 8 - 4 . 2 2 Advanced ( t e r m i n a t e d ) q u a r t z o v e r g r o w t h . 9 1 - 9 3 4 . 2 3 & 4 . 2 4 D i s t i n g u i s h i n g q u a r t z o v e r g r o w t h by

c a t h e d o l u m i n e s c e n c e m i c r o p h o t o g r a p h . 95 4 - 2 5 L a t e c a l c i t e and d o l o m i t e f i l l i n g p o r e s . 99 4 . 2 6 R e l i c q u a r t z g r a i n a f t e r r e p l a c e m e n t by c a l c i t e . 99 4 . 2 7 P o i k i l o t o p i c c a l c i t e c e m e n t f i l l i n g p o r e s . 101 4 . 2 8 E u h e d r a l t o s u b h e d r a l a u t h i g e n i c s i d e r i t e

f i l l i n g p o r e s . 103 4 . 2 9 F e l d s p a r o v e r g r o w t h . 105 CHAPTER 5 5 . 1 P a r a g e n e t i c s e q u e n c e o f d i a g e n e i c e v e n t s i n t h e

N e o g e n e s a n d s t o n e , B e n g a l B a s i n . 107 5 . 2 & 5 * 3 P l a s t i c d e f o r m a t i o n o f s o f t l i t h i c g r a i n s . 110 5«4 C r i t e r i a f o r r e c o g n i t i o n o f p s e u d o m a t r i x . 111 5»5 & 5 . 6 S o l u t i o n p i t s i n d i c a t i n g p r e s s u r e s o l u t i o n

b e t w e e n q u a r t z g r a i n s . 117 5 . 7 I r r e g u l a r i t i e s o f s u r f a c e o f c o n t a c t s w h e r e

p r e s s u r e s o l u t i o n t o o k p l a c e . 118 5 . 8 I l l i t e d r a p i n g o v e r c h l o r i t e r i m s . 118 5 . 9 Eh-pH d i a g r a m s h o w i n g a p p r o x i m a t e s t a b i l i t y f i e l d

o f i m p o r t a n t s e d i m e n t a r y m i n e r a l s . 123 5 . 1 0 E u h e d r a l q u a r t z o v e r g r o w t h s e n v e l o p e d by l a t e

c a l c i t e c e m e n t . 127 5 . 1 1 R e p l a c e m e n t o f q u a r t z o v e r g r o w t h by l a t e c a l c i t e

c e m e n t . 127 5 . 1 2 & 5 . 1 3 P a r t i a l d i s s o l u t i o n o f f e l d s p a r g r a i n s . 136 5 . 1 4 O v e r s i z e p o r e c r e a t e d by d i s s o l u t i o n o f f e l d s p a r

g r a i n . 137 5 . 1 5 C o r r o d e d g r a i n b o u n d a r i e s a s s o c i a t e d w i t h p o r e

s p a c e . 137 CHAPTER 6

mmmdlviii

6 . 1 X - r a y d i f f r a c t o g r a m s s h o w i n g b u l k m i n e r a l o g y o f s h a l e (Surma g r o u p ) . 150

6 . 2 X - r a y d i f f r a c t o g r a m s s h o w i n g b u l k m i n e r a l o g y o f s h a l e . (Surma g r o u p ) . 151

6 . 3 Use o f HC1 l e a c h e d s a m p l e f o r k a o l i n i t e i d e n t -i f i c a t i o n . 154

6 . 4 D e c r e a s e o f k a o l i n i t e w i t h d e p t h i n N e o g e n e s h a l e (Surma G r . ) . 155

6 . 5 I d e n t i f i c a t i o n o f i l 1 i t e / s m e c t i t e m i x e d - l a y e r c l a y . 158 o 6 . 6 G r a d u a l d e c r e a s e o f 17 A peak i n t e n s i t y w i t h

i n c r e a s i n g d e p t h i n t h e N e o g e n e s h a l e s f r o m M u l a d i - 1 w e l l , B e n g a l B a s i n . 159

o 6 . 7 G r a d u a l d e c r e a s e o f 17 A peak i n t e n s i t y w i t h i n c r e a s i n g d e p t h i n t h e N e o g e n e s h a l e s from B e g u m g a n j - 1 w e l l , B e n g a l B a s i n . 160

o 6 . 8 G r a d u a l d e c r e a s e o f 17A peak i n t e n s i t y w i t h i n c r e a s i n g d e p t h i n t h e N e o g e n e s h a l e s f rom BODC-2 w e l l , B e n g a l B a s i n . 161

o 6 . 9 Graph o f " S a d d l e / 1 7 A i n t e n s i t y r a t i o a s a f u n c t i o n o f i l l i t e / s m e c t i t e e x p a n d i b i 1 i t y . 168 o 6 . 1 0 Graph o f 1 0 : 1 7 A i n t e n s i t y r a t i o a s a f u n c t i o n o f

i l l i t e / s m e c t i t e e x p a n d i b i 1 i t y . 171 6 . 1 1 The r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p e r c e n t a g e o f s m e c t i t e &

n a t u r e o f i n t e r s t r a t i f i c a t i o n a s shown w i t h r e s p e c t t o d e p t h o f b u r i a l . 178

6 . 1 2 V a r i a b l e t h e r m a l s t a b i l i t y o f K a o l i n i t e . 183 CHAPTER 7 7 . 1 D e c r e a s e o f p o r o s i t y w i t h d e p t h o f b u r i a l i n t h e

N e o g e n e s a n d s t o n e , B e n g a l B a s i n . 186 7 . 2 P o r e w a t e r c o n d i t i o n and d i a g e n e t i c s e q u e n c e . 188 7 . 3 I n f l u e n c e o f s h a l e d i a g e n e s i s i n t h e c e m e n t a t i o n

o f a d j a c e n t s a n d s t o n e s i n t h e N e o g e n e s e q u e n c e o f t h e B e n g a l B a s i n . 192

7 . 4 C o m p a r i s o n o f t h e N e o g e n e s h a l e d i a g e n e s i s i n t h e B e n g a l B a s i n w i t h t h o s e o f U . S . G u l f C o a s t B a s i n and t h e N i g e r D e l t a . 197

xi i

list of tables.

P a g e

1 . 1 . P a r t i c u l a r s o f w e l l s and s a m p l e s u s e d i n t h e p r e s e n t s t u d y . 5

2 . 1 . S t r a t i g r a p h i c s u c c e s s i o n i n B a n g l a d e s h . 25 3 . 1 . S t a i n i n g f o r c a l c i t e & d o l o m i t e . 4 7 3 . 2 . G r a i n s i z e and p o r o s i t y o f t h e s t u d i e d N e o g e n e

s a n d s t o n e s from t h e B e n g a l B a s i n . 51 3 * 3 . Q u a n t i t a t i v e e s t i m a t i o n o f r o c k c o m p o n e n t s i n N e o g e n e s a n d s t o n e , B e n g a l B a s i n . 53 3»4« R e l a t i v e a b u n d a n c e o f l i t h i c g r a i n t y p e i n

r e p r e s e r n t a t i v e N e o g e n e s a n d s t o n e s (Surma g r . ) o f t h e B e n g a l B a s i n . 57

3 « 5 - C o m p a r i s o n o f t h e r e c a l c u l a t e d Q t z - F e l d - l i t h • p e r c e n t a g e s o f t h e B e n g a l d e e p s e a f a n N e o g e n e s a n d s t o n e s w i t h t h o s e o f t h e o n s h o r e B e n g a l B a s i n N e o g e n e s a n d s t o n e s . 70

3 . 6 . C o m p a r i s n o f t h e l i t h i c g r a i n t y p e s i n t h e o n s h o r e B e n g a l B a s i n N e o g e n e s a n d s t o n e s w i t h t h o s e o f t h e B e n g a l d e e p s e a f a n N e o g e n e s a n d s t o n e 72

4 . 1 . R e l a t i o n s h i p s b e t w e e n t h e d e v e l o p m e n t o f q u a r t z o v e r g r o w t h and c h l o r i t e r i m s i n N e o g e n e s a n d s t o n e s o f t h e B e n g a l B a s i n . 97

5 . 1 . R e l a t i v e a b u n d a n c e o f s o f t l i t h i c g r a i n s among t h e t o t a l l i t h i c s i n t h e N e o g e n e s a n d s t o n e s ( S u r m a

g r o u p ) f rom t h e B e n g a l B a s i n . 113 5 . 2 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n n a t u r e o f g r a i n c o n t a c t ,

p r e s s u r e s o l u t i o n and q u a r t z o v e r g r o w t h s i n t h e N e o g e n e s a n d s t o n e s , B e n g a l B a s i n . 115

5 - 3 . T o t a l o r g a n i c c a r b o n p e r c e n t a g e s i n t h e N e o g e n e s h a l e s ( S u r m a g r . ) o f t h e B e n g a l B a s i n . 140 5 . 4 . P o r o s i t y r e d u c t i o n by K a o l i n i t e c e m e n t i n t h e

N e o g e n e s a n d s t o n e s (Bhuban f o r m a t i o n ) f rom t h e B e n g a l B a s i n . 144

6 . 1 . Bu lk m i n e r a l o g y o f t h e r e p r e s e n t a t i v e s h a l e s f r o m t h e M u l a d i - 1 w e l l s , B e n g a l B a s i n . 14,9

x i i i

6 . 2 . C o m p o s i t i o n a l d e p e n d e n c e o f t h e manner o f i n t e r -s t r a t i f i c a t i o n o f i l l i t e / s m e c t i t e mixed l a y e r c l a y . 163

6 . 3 - R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c o m p o s i t i o n o f i 1 1 i t e / s m e c t i t e m i x e d l a y e r c l a y and t h e ( 0 0 2 ) / ( 0 0 3 ) 1 ? p e a k p o s i t i o n . 165

6 . 4 « E s t i m a t i o n o f s m e c t i t e p e r c e n t a g e s i n t h e i l l i t e / s m e c t i t e c l a y by t h e S a d d l e / 1 7 ^ i n t e n s i t y r a t i o m e t h o d 169

6 . 5 « E s t i m a t i o n o f t h e s m e c t i t e p e r c e n t a g e s i n t h e i l 1 i t e / s m e c t i t e c l a y by t h e 17: 1 oX h e i g h t r a t i o m e t h o d 172

7 . 1 • C o m p o s i t i o n o f t h e p a r a g e n e t i c s e q u e n c e o f t h e d i a g e n e t i c e v e n t s i n t h e N e o g e n e s a n d s t o n e s o f t h e B e n g a l B a s i n w i t h t h o s e o f some o t h e r d e l t a i c s a n d s t o n e s . 194

xiv

L i s t o f a b b r e v i a t i o n s u s e d i n t h e t h e s i s

C a l c . - C a l c i t e Cemt . - Cement C e m e n t n . - C e m e n t a t i o n C h l o r . - C h l o r i t e C r s . - C o a r s e C r y s t . - C r y s t a l l i z a t i o n D i s s o l . - D i s s o l u t i o n D o l . - D o l o m i t e E r u p . - E r u p t i o n F e l d . - F e l d s p a r F e r r g . - F e r r u g i n o u s F i s s . - F i s s u r e F m . - F o r m a t i o n G r . - Group G r v l . - G r a v e l 1 1 1 . - I l l i t e I l l / S e c . - I l l i t e / S m e c t i t e I n t e r s t r . - I n t e r s t r a t i f i c

K a o l . - K a o l i n i t e L a c u s t . - L a c u s t r i n e L i t h . - L i t h i c g r a i n L s t . - L i m e s t o n e M e t a . - M e t a m o r p h i c M a t r x . - M a t r i x O v e r g r t h . - O v e r g r o w t h P o i k . - P o i k i l o t o p i c P r e c i p . - P r e c i p i t a t i o n P e h l . - P e b b l e Q t z . - Q u a r t z R a n . - Random R e p l . - R e p l a c e m e n t S s t . - S a n d s t o n e S h . - S h a l e S i d . - S i d e r i t e V o l . - V o 1 c a n i c

xv

CHAPTER 1

INTRODUCTION

1 . 1 AIM AND SCOPE OF PRESENT WORK

T h e a i m o f t h e p r e s e n t r e s e a r c h work was t o s t u d y t h e d i a g e n e s i s i n r e s p o n s e t o b u r i a l t h a t h a s o c c u r r e d i n t h e N e o g e n e c l a s t i c r o c k s o f t h e B e n g a l B a s i n , B a n g l a d e s h .

The B e n g a l B a s i n , mos t o f w h i c h i s o c c u p i e d by B a n g l a d e s h , i s l o c a t e d i n t h e z o n e w h e r e t h r e e l a r g e g e o t e c t o n i c f e a t u r e s o f t h e E a r t h ' s c r u s t come t o g e t h e r , i . e . , t h e H i m a l a y a n m e g a - a n t i c l i n o r i u m , t h e Arakan Yoma g e a n t i c l i n e a n d t h e P r e - C a m b r i a n I n d i a n S h i e l d ( F i g . 1 . 1 ) , a n d c o n t a i n s t h e l a r g e s t d e l t a i c d e p o s i t i o n a l s y s t e m o f t h e p r e s e n t w o r l d . Yet t h e g e o l o g y o f t h e B e n g a l B a s i n i s n o t a d e q u a t e l y known. G e o l o g i c a l c o n c e p t s h e r e s u f f e r from t o o much g e n e r a l i z a t i o n (Khan, 1 9 8 0 ) . The s t r a t i g r a p h y now i n u s e i s n o t w e l l e s t a b l i s h e d and t h e v a r i o u s r o c k u n i t s a r e r a t h e r l o o s e l y d e f i n e d . C u r r e n t e f f o r t s t o e s t a b l i s h a b e t t e r d e f i n e d s t r a t i g r a p h y a r e a t a n e a r l y s t a g e ( B r u n s c h w e i l l e r , 1 9 8 0 ; L e i t z and K a b i r , 1 9 8 2 ) . No work h a s b e e n r e p o r t e d on t h e d i a g e n e s i s o f t h e s e d i m e n t s , a n d t h e i r p e t r o g r a p h y i s a l s o p o o r l y d e s c r i b e d . No c l a s s i f i c a t i o n ( n o m e n c l a t u r e ) o f t h e N e o g e n e s a n d s t o n e s h a s b e e n a t t e m p t e d , n e i t h e r h a s t h e m i n e r a l o g y o f t h e s h a l e s b e e n r e p o r t e d . G e o l o g i c a l s t u d i e s i n t h e B e n g a l B a s i n w e r e d o n e a l m o s t e x c l u s i v e l y i n t h e p a s t i n c o n n e c t i o n w i t h e c o n o m i c m i n e r a l e x p l o r a t i o n s , e s p e c i a l l y p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n . S i n c e t h e f i r s t d r i l l i n g i n 1 9 1 0 ( 760 m ) , 3 9 e x p l o r a t o r y w e l l s h a v e b e e n d r i l l e d i n B a n g l a d e s h r e s u l t i n g i n 12 g a s d i s c o v e r i e s . The B e n g a l B a s i n , one o f t h e l a r g e s t g e o s y n c l i n e s i n t h e w o r l d , h a s n o t r e c e i v e d t h e a t t e n t i o n i t d e s e r v e s f r o m r e s e a r c h w o r k e r s . The p r e s e n t work on t h e d i a g e n e s i s o f t h e N e o g e n e c l a s t i c s e d i m e n t s may be an i m p o r t a n t , a l t h o u g h s m a l l ,

1

F I G 1.1 B E N G A L B A S I N A N D T H E T H R E E L A R G E T E C T O N I C

F E A T U R E S OF T H E E A R T H

1 2

c o n t r i b u t i o n t o t h i s o t h e r w i s e u n k n o w n a s p e c t o f t h e g e o l o g y o f t h e B e n g a l B a s i n .

I t w a s o r i g i n a l l y i n t e n d e d t o i n c l u d e a s t u d y o f t h e d i a g e n e s i s o f t h e o r g a n i c m a t t e r i n t h e N e o g e n e s h a l e s and t o compare t h e m a t u r a t i o n l e v e l s o f t h i s o r g a n i c m a t t e r w i t h t h e d i a g e n e s i s o f t h e c l a y m i n e r a l s a n d t h e s a n d s t o n e s . The o r g a n i c c a r b o n p e r c e n t a g e s o f a l l t h e s h a l e s a m p l e s s t u d i e d , h o w e v e r , w e r e f o u n d t o he v e r y l o w a n d , a f t e r m a c e r a t i n g s e v e r a l s a m p l e s , i t was f o u n d t h a t t h e o r g a n i c m a t t e r w a s i n s u f f i c i e n t t o make a d e q u a t e d e t e r m i n a t i o n o f m a t u r a t i o n l e v e l s . T h i s l e d t o t h e d e c i s i o n t o c o n c e n t r a t e on t h e i n o r g a n i c d i a g e n e s i s t h a t h a s o c c u r r e d i n t h e s a n d a n d s h a l e o f t h e N e o g e n e s e q u e n c e .

1 . 2 DIAGENESIS - A REVIEW

The t e r m " d i a g e n e s i s " w a s f i r s t i n t r o d u c e d more t h a n a h u n d r e d y e a r s ago by Von Guembel ( 1 8 6 8 ) a s a d e s i g n a t i o n f o r p r o c e s s e s w h i c h a c t on s e d i m e n t s a f t e r d e p o s i t i o n . S i n c e t h e n t h e t e r m h a s b e e n a p p l i e d i n v a r y i n g w a y s t o t h e p o s t - d e p o s i t i o n a 1 , p r e - m e t a m o r p h i c c h a n g e s w h i c h a f f e c t a s e d i m e n t . I t h a s b e e n u s e d , f o r e x a m p l e , f o r ( a ) a l l p h y s i c a l and c h e m i c a l c h a n g e s t h a t o c c u r w i t h i n t h e s e d i m e n t a f t e r d e p o s i t i o n ; ( h ) r e a c t i o n s w h i c h t a k e p l a c e w i t h i n a s e d i m e n t b e t w e e n o n e m i n e r a l and a n o t h e r o r b e t w e e n one or s e v e r a l o t h e r m i n e r a l s and t h e i n t e r s t i t i a l f l u i d s , t h u s r e s t r i c t i n g t h e d e f i n i t i o n t o e s s e n t i a l l y c h e m i c a l r a t h e r t h a n p h y s i c a l p r o c e s s e s a f t e r d e p o s i t i o n ; ( c ) p r o c e s s e s t h a t r e s u l t i n l i t h i f i c a t i o n or c e m e n t a t i o n o f t h e s e d i m e n t s a f t e r d e p o s i t i o n . An e x t e n s i v e r e v i e w o f t h e h i s t o r y and d e v e l o p m e n t o f t h e s t u d y o f d i a g e n e s i s i s g i v e n by D u n o y e r de S e g o n z a c ( 1 9 6 8 ) .

I n t h e p r e s e n t s t u d y , t h e t e r m d i a g e n e s i s i s u s e d t o i n c l u d e a l l t h o s e p r o c e s s e s , c h e m i c a l and p h y s i c a l , w h i c h

1 2

a f f e c t t h e s e d i m e n t a f t e r d e p o s i t i o n , up t o t h e l o w e s t g r a d e o f m e t a m o r p h i s m , t h e g r e e n s c h i s t f a c i e s ( P e t t i j o h n , P o t t e r and S i e v e r , 1 9 7 3 ) .

I t i s r e c o g n i s e d t h a t one c a n o n l y a r b i t r a r i l y d e l i m i t t h e p r o c e s s e s one c a l l s d i a g e n e t i c from t h o s e o f m e t a m o r p h i s m , s i n c e d i a g e n e s i s and m e t a m o r p h i s m r e p r e s e n t a c o n t i n u u m i n t h e g e o l o g i c v a r i a b l e s , p r e s s u r e and t e m p e r a t u r e . B l a t t ( 1 9 7 9 ) i n d i c a t e d t h a t g e n e r a l l y t h e r a n g e o f p h y s i c a l and c h e m i c a l c o n d i t i o n s i n v o l v e d i n d i a g e n e s i s i n c l u d e s t e m p e r a t u r e s o f 0° C t o 200° C, p r e s s u r e o f 1 t o 2 0 0 0 k g / c m . and w a t e r s a l i n i t i e s f r o m f r e s h t o h y p e r s a l i n e . W i n k l e r ( 1 9 6 5 ) c o n s i d e r e d t h a t t h e c r i t i c a l t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e

o b e t w e e n d i a g e n e s i s and m e t a m o r p h i s m w a s 3 0 0 C and w a s a l m o s t i n d e p e n d e n t o f p r e s s u r e . D u r i n g b u r i a l u n d e r n o r m a l g e o t h e r m a l g r a d i e n t s (30° C / k m ) , t h i s t e m p e r a t u r e w o u l d be r e a c h e d a t d e p t h s o f a b o u t 1 0 , 0 0 0 m ( M u l l e r 1 9 6 7 ) .

D i a g e n e s i s i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t e v e n t s i n t h e g e o l o g i c a l h i s t o r y o f a s e d i m e n t . K n o w l e d g e o f d i a g e n e t i c p r o c e s s e s i n s e d i m e n t s i s b e c o m i n g more and more i m p o r t a n t i n a p p l i e d g e o l o g y and p a r t i c u l a r l y i n p e t r o l e u m g e o l o g y . T h i s h a s l e d t o a n i n c r e a s e d i n t e r e s t a n d r a p i d m u l t i p l i c a t i o n o f t h e l i t e r a t u r e on d i a g e n e s i s d u r i n g t h e l a s t d e c a d e . T h e s e s t u d i e s h a v e b e e n r e c e n t l y f a c i l i t a t e d b y t h e i n t r o d u c t i o n o f a d v a n c e d t e c h n i q u e s s u c h a s s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y and C a t h o d o l u m i n e s c e n c e .

1 . 3 SAMPLING

F o r t h e p u r p o s e o f t h e p r e s e n t s t u d y , 40 s a n d s t o n e and 50 s h a l e s a m p l e s w e r e s e l e c t e d f r o m f i v e o n s h o r e and o n e o f f s h o r e p e t r o l e u m e x p l o r a t i o n w e l l s ( T a b l e 1 . 1 and F i g . 1 . 2 ) . A l l t h e s a m p l e s f r o m o n s h o r e w e l l s w e r e t a k e n from c o n v e n t i o n a l c o r e s , w h i l e mos t o f t h o s e f rom t h e o f f s h o r e w e l l a r e f r o m r o c k c u t t i n g s . T h e s e s a m p l e s r a n g e i n d e p t h f r o m 5 0 0 m t o 4 5 5 0 m b e l o w s u r f a c e and b e l o n g t o t h e Tipam

1 2

TABLE 1 . 1 : PARTICULARS OF WELLS AND SAMPLES USED IN THE PRESENT STUDY

W e l l L o c a t i o n D e p t h r a n g e o f s a m p l e s

( m e t e r ) T o t a l no. o f s a m p l e s

M u l a d i - 1 ( o n s h o r e dry h o l e ) M u l a d i - 2 ( o n s h o r e d r y h o l e )

L a t • 2 2 - 5 6 ' 2 4 " N L o n g . 9 0 ° 2 9 ' 16"E

L a t . 2 2 5 5 ' 2 0 " N L o n g . 90° 2 8 , 2 9 " E

5 0 0 - 4 5 3 0

4 4 9 1 - 4 5 5 0

33

B e g u m g a n j - 1 ( o n s h o r e g a s d i s c . )

L a t . 2 2 5 9 ' 1 7 " N L o n g . 91° 1 0 ' 03"E

1 2 0 3 - 3 6 5 6 15

B e g u m g a n j - 2 ( o n s h o r e d r y h o l e )

L a t . 2 3 0 1 ' 0 0 " N L o n g . 91° 08 ' 50"E

3 0 2 8 - 3 5 6 7

T i t a s - 2 ( o n s h o r e g a s w e l l )

L a t . 2 4 00 20 N Long .91° 0 7 ' 14"E

2646-2978 22

BODC-2 ( o f f s h o r e d r y h o l e )

L a t . 2 0 3 5 ' 4 3 " N L o n g . 91° 47 ' 55"E

3 1 1 0 - 4 4 2 0 12

1 2

1 2

FIG. 1.3 S A M P L E LOCATIONS IN THE W E L L S .

depth (m)

muladi-1 beg umganj-1 b e g u m g a nj-2 t i t a s - 2

1000

2000

3000

4000

cc 13

< O.

f—

U-CC 13

CD < be o CD

<

z: cc LL.

ZD Z <

00 CD ID X CD

•m1-3 •m1 4

•m1-7

•M1-11 •m1-12

•m1-14

•M1-20

•m122

•m 1*25 :m127 m 1 2 8 m1 29a& 29b •M1 BO •m1 31

•m1 34a sr 34b

•m1-35 •m1-36 •mf37a i 37 b • m1-38 • m1 39 •m1-40 •m1-41 •m1-42

•m1-44 •m1-45 •m1-46 • m u 7

ml-49 m1-51

CC

F I G 1.3. ( C o n t i n u e d . )

B O D C - 2 WELL

• b o d c 1 • BODC 2 • BODC 3

• BODC 4 • BODC 5 • BODC 6 • BODC 7

. BOOC 8 : BODC 9

• BODC 11

• BODC 12

a n d t h e S u r m a G r o u p s o f N e o g e n e a g e ( F i g . 1 . 3 ) . No e q u i v a l e n t s t r a t i g r a p h y h a s b e e n e s t a b l i s h e d i n t h e o f f s h o r e w e l l and t h e s a m p l e s c a n o n l y be r e f e r r e d t o a s " N e o g e n e " . S t u d y o f t h e Surma G r o u p h a s b e e n e m p h a s i s e d b e c a u s e o f t h e g r e a t e r a v a i l a b i l i t y o f s a m p l e s f r o m t h a t u n i t •

The s a m p l e s w e r e c o l l e c t e d a s a r e s u l t o f an a g r e e m e n t w i t h P e t r o b a n g l a , t h e N a t i o n a l O i l Company o f B a n g l a d e s h , a c c o r d i n g t o w h i c h t h e a u t h o r w e n t t o D h a k a ( f o r m e r l y s p e l l e d D a c c a ) a t t h e b e g i n n i n g o f t h i s r e s e a r c h p r o j e c t ( D e c e m b e r 1 9 7 9 ) . S e l e c t i o n o f t h e w e l l s f rom w h i c h s a m p l e s c o u l d b e c o l l e c t e d , d e p e n d e d on t h e m a t e r i a l t h a t t h e company w o u l d a g r e e t o r e l e a s e . The s a m p l i n g was made w i t h t h e aim o f c o v e r i n g a s much o f t h e d e p t h r a n g e a s p o s s i b l e i n a p a r t i c u l a r w e l l . H o w e v e r , t h e d i s t r i b u t i o n o f s a m p l e s was d e p e n d e n t on t h e d e p t h s o f t h e c o r e s / r o c k c u t t i n g s , a s w e l l a s t h e i r a v a i l a b i l i t y f o r t h e p r e s e n t s t u d y . F o r t h i s r e a s o n , f o r e x a m p l e , o n l y a v e r y s m a l l d e p t h i n t e r v a l c o u l d b e s a m p l e d f r o m t h e T i t a s - 2 w e l l ( F i g . 1 . 3 ) . A d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f e a c h o f t h e s a m p l e s h a s b e e n i n c l u d e d i n t h e a p p e n d i x . No w i r e l i n e l o g s w e r e a v a i l a b l e f o r t h i s s t u d y and l i t h o l o g i c l o g s o f t h e w e l l s w e r e made a v a i l a b l e f o r c o n s u l t a t i o n o n l y i n t h e Dhaka o f f i c e o f t h e o i l company p r o v i d i n g t h e s a m p l e s .

T h e a u t h o r a l s o m a d e a f i e l d t r i p w i t h a t e a m o f g e o l o g i s t s f r o m P e t r o b a n g l a t o t h e n o r t h e a s t e r n S y l h e t d i s t r i c t o f B a n g l a d e s h , i n o r d e r t o c o l l e c t a d d i t i o n a l s a m p l e s o f N e o g e n e r o c k s , e x p o s e d a l o n g t h e a n t i c l i n e s o f t h e f o l d e d b e l t . But t h e i r u s e was l a t e r a b a n d o n e d b e c a u s e t h e i n t e n s e w e a t h e r i n g h a s made t h e r o c k s u n s u i t a b l e f o r a s t u d y o f d i a g e n e s i s . The a u t h o r a l s o made a s h o r t t r i p t o t h e h e a d q u a r t e r s o f t h e O i l and N a t u r a l Gas C o m m i s s i o n o f I n d i a a t D e h r a D u n , I n d i a , t o e x p l o r e t h e p o s s i b i l i t y o f o b t a i n i n g i n f o r m a t i o n on r e l e v a n t r e s e a r c h w o r k s i n t h e I n d i a n p a r t o f t h e B e n g a l B a s i n .

1 2

CHAPTER 1

GENERAL GEOLOGY OF BENGAL BASIN

2 . 1 INTRODUCTION

The B e n g a l B a s i n i s s i t u a t e d in t h e n o r t h e a s t e r n p a r t o f t h e I n d i a n s u b c o n t i n e n t w i t h m o s t o f i t o c c u p i e d b y B a n g l a d e s h , w h i l s t t h e r e s t o f i t l i e s i n t h e I n d i a n s t a t e o f W e s t B e n g a l t o t h e w e s t and T r i p u r a and Assam t o t h e e a s t ( F i g . 2 . 1 and 2 . 2 ) . The B a s i n i s b o r d e r e d t o t h e w e s t by t h e P e n i n s u l a r S h i e l d o f I n d i a c o n s i s t i n g o f a n A r c h a e a n b a s e m e n t c o m p l e x w i t h s m a l l a r e a s o f Gondwana s e d i m e n t s i n i n t r a c r a t o n i c b a s i n s p l u s a f ew e x p o s u r e s o f U p p e r M e s o z o i c v o l c a n i c s ( F i g . 2 . 2 ) . To t h e n o r t h , t h e B a s i n i s b o r d e r e d by t h e S h i l l o n g M a s s i f , a p p a r e n t l y a n o r t h e a s t e r l y c o n t i n u a t i o n o f t h e A r c h a e a n b a s e m e n t o f t h e P e n i n s u l a r S h i e l d t h r o u g h t h e s o - c a l l e d G a r o - R a j m a h a l Gap. The e a s t e r n b o u n d a r y i s marked by t h e N a g a - L u s h a i o r o g e n i c b e l t w h i c h c o n s i s t s c h i e f l y o f a z o n e o f h i g h l y f o l d e d T e r t i a r y and p o s s i b l y C r e t a c e o u s d e p o s i t s , b o r d e r e d t o t h e n o r t h w e s t by a c o m p l e x z o n e o f t h r u s t f a u l t s . A l t h o u g h t h e s o u t h e r n b o u n d a r y h a s n o t b e e n d e l i n e a t e d , t h e b a s i n i s b e l i e v e d t o be open t o t h e Bay o f B e n g a l ( S e n g u p t a 1 9 6 6 ) . The t o t a l t h i c k n e s s o f s e d i m e n t s i n t h e B e n g a l B a s i n e x c e e d s 1 6 , 0 0 0 m w i t h t h e N e o g e n e e x c e e d i n g 5 , 0 0 0 m a r o u n d t h e c e n t e r o f t h e b a s i n ( P a u l and L i a n 1 9 7 5 ) . The B a s i n r e p r e s e n t s a u n i q u e c o m b i n a t i o n o f a l a b i l e e n v i r o n m e n t i n a g e o s y n c l i n a l t r o u g h u n d e r c o m p r e s s i o n w i t h t h e c o n c u r r e n t d e v e l o p m e n t o f a m e g a d e l t a p a r a l l e l t o t h e n o r t h s o u t h a x i s o f t h e t r o u g h ( B r u n s c h w e i l l e r 1 9 8 0 ) .

1 0

FIG 2.1 LOCATION OF THE BENGAL BASIN (After Paul and Lian '75)

FIG 2.2 BENGAL BASIN AND ADJACENT AREAS

(After Sengupta '66) 1 2

2 . 2 PHYSIOGRAPHIC FEATURES

E x c e p t f o r t h e T e r t i a r y h i l l r a n g e s i n t h e e a s t e r n p a r t of t h e b a s i n and a f ew P l e i s t o c e n e t e r r a c e s , a l m o s t t h e w h o l e o f t h e B e n g a l B a s i n i s o c c u p i e d by t h e r e c e n t a l l u v i a l and d e l t a i c f l o o d p l a i n o f t h e G a n g e s - B r a h m a p u t r a r i v e r s y s t e m ( F i g . 2 . 3 ) . The Ganges and t h e B r a h m a p u t r a r i v e r s , d r a i n i n g t h e s o u t h and t h e n o r t h s i d e o f t h e H i m a l a y a r e s p e c t i v e l y , t o g e t h e r h a v e t h e h i g h e s t s u s p e n d e d s e d i m e n t l o a d c a r r i e d t o t h e s e a o f a l l m o d e r n r i v e r s y s t e m s ( C u r r a y and Moore 1 9 7 l ) . T h i s r i v e r s y s t e m t o g e t h e r w i t h i t s n u m e r o u s t r i b u t a r i e s and d i s t r i b u t a r i e s h a s b u i l t up t h e l a r g e s t d e l t a c o m p l e x i n t h e w o r l d - t h e G a n g e s -B r a h m a p u t r a d e l t a ( C o l e m a n 1 9 6 9 ) . P a r t of t h e s e d i m e n t a r y l o a d a r r i v e d t o t h e s e a by t h e Ganges - B r a h m a p u t r a r i v e r s y s t e m p a s s e d v i a t h e " S w a t c h o f no g r o u n d " s u b m a r i n e c a n y o n i n t o t h e d e e p e r p a r t o f t h e Bay o f B e n g a l w h e r e i t f o r m s a v a s t d e e p s e a f a n c o m p l e x . B o t h t h e d e l t a i c p l a t f o r m and t h e d e e p s e a f a n c o m p l e x r e p r e s e n t t h e l a r g e s t s u c h d e p o s i t i o n a l f e a t u r e s o f t h e i r k i n d t o d a y (Graham e t a l , 1 9 7 5 ) .

2 . 2 . 1 R e c e n t f l u v i a l and d e l t a i c p l a i n ( F i g . 2 . 3 ) :

The c o m b i n e d r e c e n t a l l u v i a l and d e l t a i c f l o o d p l a i n o f t h e G a n g e s - B r a h m a p u t r a r i v e r s y s t e m c o v e r s m o r e t h a n 1 2 9 , 5 0 0 s q . km and i s t h e l a r g e s t s u r f a c e p h y s i o g r a p h i c u n i t i n t h e B e n g a l B a s i n . The b r a i d e d a l l u v i a l v a l l e y s o f t h e G a n g e s and t h e B r a h m a p u t r a , f l a n k e d by R e c e n t f l o o d p l a i n s on e i t h e r s i d e , m e r g e s o u t h w a r d w i t h t h e c o m p l e x d e l t a i c p l a i n w i t h n u m e r o u s a b a n d o n e d d i s t r i b u t a r y c h a n n e l s and s t r e a m s c a r s . N u m e r o u s l o w , swampy a r e a s o c c u r i n t h e t o p o g r a p h i c d e p r e s s i o n s o f t h e d e l t a i c f l o o d p l a i n a r e a . A h i g h t i d a l r a n g e i n t h e Bay o f B e n g a l ( 1 0 f t a s c o m p a r e d t o 2 f t i n M i s s i s s i p p i d e l t a ) r e s u l t s i n s t r o n g t i d a l c u r r e n t s and c r e a t e s a n e t w o r k o f d e e p l y s c o u r e d i n t e r c o n n e c t i n g c h a n n e l s and a b r o a d t i d a l p l a i n

1 2

FIG 2.3 PHYSIOGRAPHIC FEATURES OF THE BENGAL

BASIN AREA

1 2

i n t h e c o a s t a l a r e a ( M o r g a n 1 9 7 0 ) . The t i d a l p l a i n i s c h a r a c t e r i s e d by an e x t e n s i v e d e n s e mangrove f o r e s t c o v e r . The G a n g e s - B r a h m a p u t r a d e l t a i c r e g i o n i s a c o n t i n u o u s l y r a p i d l y s u b s i d i n g a r e a a n d m a n y i n s t a n c e s o f r a p i d s u b s i d e n c e i n t h e R e c e n t d e l t a i c p l a i n d e p o s i t s h a v e b e e n r e c o r d e d i n t h e l i t e r a t u r e (Morgan and M c l n t i r e 1 9 5 9 ) .

2 . 2 . 2 P l e i s t o c e n e t e r r a c e s ( P i g . 2 . 3 ) :

A f e w P l e i s t o c e n e t e r r a c e s , r e a d i l y d i s t i n g u i s h a b l e f rom t h e a d j a c e n t R e c e n t f l o o d p l a i n by t h e i r h i g h e r e l e v a t i o n ( 6 m t o maximum o f 30 m a b o v e s e a l e v e l ) a r e p r e s e n t . The s e d i m e n t s c o m p o s i n g t h e t e r r a c e s a r e b e l i e v e d t o h a v e b e e n d e p o s i t e d a s f l o o d p l a i n d e p o s i t s o f e a r l i e r G a n g e s -B r a h m a p u t r a r i v e r s y s t e m s and w e r e l a t e r t e c t o n i c a l l y u p l i f t e d (Morgan and M c l n t i r e 1 9 5 9 ) .

2 . 2 . 3 The E a s t e r n T e r t i a r y H i l l r a n g e ( F i g . 2 . 3 ) :

To t h e e a s t o f t h e B e n g a l d e l t a i c p l a i n and e x t e n d i n g s o u t h i n t o t h e C h i t t a g o n g a n d C h i t t a g o n g H i l l t r a c t d i s t r i c t s r i s e s t h e h i l l r a n g e s r e g a r d e d a s t h e f r o n t a l p a r t o f t h e f o l d e d b e l t o f t h e B e n g a l B a s i n . The h i l l r a n g e s a r e l o n g , n a r r o w , s u b p a r a l l e l w i t h a s u b m e r i d i o n a l t r e n d , a r e s e p a r a t e d by low v a l l e y s ; t h e y c o n s i s t o f Upper T e r t i a r y r o c k s w h i c h h a v e b e e n f o l d e d i n t o a s e r i e s o f a n t i c l i n e s and s y n c l i n e s i n an en e c h e l o n p a t t e r n . The e l e v a t i o n o f t h e h i l l r a n g e s g e n e r a l l y i n c r e a s e s t o w a r d s t h e e a s t w i t h i n c r e a s i n g i n t e n s i t y o f t h e f o l d i n g , t h e maximum e l e v a t i o n b e i n g a l m o s t 1 , 0 0 0 m i n B a n g l a d e s h .

2 . 2 . 4 B e n g a l d e e p s e a f a n ( F i g . 2 . 4 ) :

The B e n g a l d e e p s e a f a n e x t e n d s s o u t h a b o u t 3 , 0 0 0 km from t h e c o n t i n e n t a l s h e l f b r e a k and h a s a w i d t h e x c e e d i n g 1 , 0 0 0 km ; t h e t h i c k n e s s o f s e d i m e n t s o v e r m o s t o f t h e f a n e x c e e d s 3 0 0 0 m w i t h a maximum o f o v e r 1 5 , 0 0 0 m b e n e a t h t h e

1 2

1

Fig. 2.4 Present topography and channel system of Bengal deep sea fan in the Bay of Bengal. Fan valleys are indicated by dotted lines. (After Curray and Moore 1971).

15

d e l t a - f a n i n t e r f a c e ( C u r r a y and Moore 1 9 7 4 ; Graham e t a l . 1 9 7 5 ) . The s u r f a c e o f t h e f a n i s c o n t r o l l e d by a s y s t e m o f t u r b i d i t y c u r r e n t s u b m a r i n e c h a n n e l s s p r e a d i n g m o s t l y from t h e " S w a t c h o f No Ground" s u b m a r i n e c a n y o n a t t h e h e a d o f B a y o f B e n g a l . T h e s u r f a c e m o r p h o l o g y , g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s , s t r a t i g r a p h y and g e o l o g i c a l h i s t o r y o f t h e B e n g a l d e e p s e a f a n c o m p l e x h a v e b e e n s t u d i e d s i n c e 1 9 6 8 and a r e w e l l d o c u m e n t e d i n t h e l i t e r a t u r e ( C u r r a y a n d M o o r e 1 9 7 1 ; C u r r a y and M o o r e 1 9 7 4 ; Graham e t a l . 1 9 7 5 ; Moore e t a l . 1 9 7 4 ; C u r r a y e t a l . 1 9 8 2 ) .

2 . 3 TECTONIC FRAMEWORK

2 . 3 . 1 INTRODUCTION

T e c t o n i c a l l y , t h e B e n g a l B a s i n can be b r o a d l y d i v i d e d i n t o two p a r t s ( F i g . 2 . 5 ) . T h e s e a r e ( l ) The s t a b l e s h e l f i n t h e n o r t h and n o r t h w e s t , c h a r a c t e r i s e d by c o m p a r a t i v e t e c t o n i c s t a b i l i t y and r e d u c e d s e d i m e n t a r y s e c t i o n s and ( 2 ) T h e B e n g a l f o r e d e e p i n t h e s o u t h and s o u t h e a s t , c h a r a c t e r i s e d by g r e a t e r t e c t o n i c m o b i l i t y a n d a v e r y t h i c k s e d i m e n t a r y i n f i l l . T h e s e " two t e c t o n i c u n i t s a r e s e p a r a t e d by a " h i n g e z o n e " r u n n i n g i n a n o r t h e a s t -s o u t h w e s t d i r e c t i o n t h r o u g h t h e m i d d l e o f t h e b a s i n . The s t r u c t u r a l and t e c t o n i c c o n f i g u r a t i o n of t h e B e n g a l B a s i n a r e a h a v e b e e n d e s c r i b e d by B a k h t i n e ( 1 9 6 6 ) , S e n g u p t a ( 1 9 6 6 ) , R a j u ( 1 9 6 8 ) , and Alam ( 1 9 7 2 ) .

2 . 3 . 2 STABLE SHELF

B o r d e r e d t o t h e w e s t by t h e P r e — C a m b r i a n I n d i a n S h i e l d , t h e s t a b l e s h e l f o c c u p i e s mos t o f West B e n g a l ( I n d i a ) and t h e n o r t h w e s t e r n p a r t o f B a n g l a d e s h and i s c h a r a c t e r i s e d by a s h a l l o w b a s e m e n t s u r f a c e w h i c h d i p s g e n t l y s o u t h e a s t u n d e r t h e i n c r e a s i n g l y t h i c k c o v e r o f s e d i m e n t s . S e n g u p t a ( 1 9 6 6 ) r e c o r d e d a: u n i f o r m i n c r e a s e o f s e d i m e n t t h i c k n e s s

1 2

o ?o LEGEND

(. .] ' 5u»iR.cr.i| olluvium

Liiil Ml° • p,l» - Oliijocrw

I - - 1 E oc wif *T" , _ ' [_. J P u r m o f orb Trn

OokjII MowkluoJ

G71 p•«• C*f*ac»a«Al

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B R AHM* pt,7 K*

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j M H"oni,onj CoolflrlcK ' <

V s v X7"!.'3• •S",U0MG. Lc:

Mym»nnngh Sythtl ( f% f

G j C j •:

DACCA

FIG 2.5 MAJOR TECTONIC ELEMENTS IN THE BENGAL BASIN

FIG 2.6 BASEMENT CONFIGURATION OF THE BENGAL BASIN

Depths in feet (After Sengupta, 1966)

17

f r o m 9 1 5 m ( 3 , 0 0 0 f t ) a t t h e n o r t h w e s t e r n e n d t o a b o u t 8 , 2 3 5 m ( 2 7 , 0 0 0 f t ) a t t h e s o u t h e a s t e r n e d g e o f t h e s h e l f where i t m e e t s t h e h i n g e z o n e ( F i g . 2 . 6 ) . E x c e p t f o r a f ew n o r m a l f a u l t s t h e s h e l f a r e a i s s t r u c t u r a l l y r e l a t i v e l y u n d i s t u r b e d . A v e r y g e n t l e d i p , a b o u t 1 d e g r e e i n t h e w e s t , i n c r e a s i n g t o a b o u t 3 - 5 d e g r e e s t o w a r d s t h e s o u t h e a s t , i s i n d i c a t e d by t h e 'D' r e f l e c t o r , i . e . t h e t o p o f S y l h e t l i m e s t o n e u n i t o f E o c e n e a g e w h i c h f o r m s a s e i s m i c m a r k e r h o r i z o n t h r o u g h o u t t h e s h e l f a r e a . The s o u t h e a s t e r n b o u n d a r y o f t h e s t a b l e s h e l f i s marked a t t h e h i n g e z o n e by a s u d d e n f l e x u r e of t h e 'D' r e f l e c t o r ( F i g . 2 . 7 ) . I n t h e B a n g l a d e s h p a r t of t h e B e n g a l B a s i n , t h e a r e a n o r t h w e s t o f t h e h i n g e z o n e i s r e g a r d e d a s a P r e - C a m b r i a n p l a t f o r m and i s d i v i d e d i n t o t h r e e p a r t s ( B a k h t i n e 1 9 6 6 ) . A s h a l l o w e s t c e n t r a l p a r t , t h e Rangpur s a d d l e i s f l a n k e d t o t h e n o r t h w e s t and s o u t h e a s t by t h e R u h e a s l o p e a n d B o g r a s l o p e r e s p e c t i v e l y ( F i g . 2 . 8 ) . The B o g r a s l o p e l y i n g i m m e d i a t e l y n o r t h w e s t o f h i n g e z o n e r e p r e s e n t s t h e s t a b l e s h e l f a r e a i n B a n g l a d e s h and i s e s s e n t i a l l y a n o r t h e a s t e r n c o n t i n u a t i o n o f t h e West B e n g a l s h e l f . The R a n g p u r s a d d l e i s , i n f a c t , a s h a l l o w l y b u r i e d b a s e m e n t r i d g e w h i c h i s c o n t i g u o u s w i t h t h e S h i l l o n g S h i e l d t o t h e e a s t and t h e I n d i a n P e n i n s u l a r S h i e l d t o t h e w e s t ; t h e s e d i m e n t a r y c o v e r o f t h e b a s e m e n t i s o n l y a b o u t 1 22 - 1 5 0 m t h i c k i n p l a c e s . The R u h e a s l o p e r e p r e s e n t s t h e a r e a n o r t h w e s t o f t h e R a n g p u r S a d d l e and i s c h a r a c t e r i z e d by g e n t l e NW p l u n g e o f t h e b a s e m e n t t o w a r d s t h e S u b - H i m a l a y a n f o r e d e e p .

2 . 3 . 3 HINGE ZONE

The s o u t h e a s t e r n l i m i t o f B e n g a l s h e l f i s marked by a z o n e o f f l e x u r e o f t h e °D' r e f l e c t o r h o r i z o n ( t o p o f E o c e n e S y l h e t L i m e s t o n e u n i t , F i g . 2 . 7 ) . T h i s t r e n d s

o a p p r o x i m a t e l y N 30 E and c o i n c i d e w i t h t h e NE-SW t r e n d i n g C a l c u t t a - M y u m e n s i g h g r a v i t y h i g h - a n i m p o r t a n t t e c t o n i c l i n e a m e n t i n t h e B e n g a l B a s i n . T h e f l e x u r e i n t h e s e d i m e n t s i s b e l i e v e d t o be t h e s h a l l o w e r e x p r e s s i o n o f a

1 2

FIG. 2.7 G E O P H Y S I C A L C R O S S S E C T I O N S H O W I N G THE 'D* REFLECTOR (Sylhet Lst fm) .BENGAL BAS IN. For line of cross section CA-Alsee fig.2.5

(Based on Sengupta 1966)

1 2

d e e p z o n e o f b a s e m e n t a d j u s t m e n t , p o s s i b l y t h e r e s u l t o f a d e e p s e a t e d b a s e m e n t f a u l t , b e t w e e n t h e s t a b l e s h e l f t o t h e n o r t h w e s t and t h e g e o s y n c l i n a l t r o u g h t o t h e s o u t h e a s t ( R a j u 1 9 6 8 ) . I n t h e s h a l l o w e r s u b s u r f a c e l e v e l s o f t h i s h i n g e z o n e , S e n g u p t a (1966) r e p o r t e d an i n c r e a s e d d i p i n t h e D r e f l e c t o r , w h i c h i s 14 t i m e s t h e d i p i n t h e s h e l f a r e a i n W e s t B e n g a l . S i m i l a r l y a 30 km w i d e z o n e o f i n c r e a s e d b a s i n w a r d d i p i s r e p o r t e d i n t h e ' D ' s e i s m i c r e f l e c t o r i n B a n g l a d e s h ( B r u n s c h w e i 1 1 e r a n d Khan 1 9 7 8 ) . R e g i o n a l l y t h e h i n g e z o n e i s s e e n t o c o n t i n u e f r o m C a l c u t t a i n a n o r t h e a s t e r l y d i r e c t i o n t o M y m e n s i n g h and a c c o r d i n g t o E v a n s ( 1 9 6 4 ) e x t e n d s f u r t h e r n o r t h e a s t a c r o s s t h e Dauki f a u l t t o Naga t h r u s t i n Assam ( F i g . 2 . 5 ) .

2 . 3 . 4 BENGAL FOREDEEP

The a r e a t o t h e e a s t and s o u t h e a s t o f t h e h i n g e z o n e i s t h e d e e p e r p a r t o f t h e b a s i n and i s r e f e r r e d t o a s t h e f o r e d e e p o r t h e g e o s y n c l i n a l p a r t o f B e n g a l B a s i n . The a r e a i s c h a r a c t e r i s e d by a g r e a t e r r a t e o f s u b s i d e n c e r e s u l t i n g i n g r e a t e r t h i c k n e s s e s o f s e d i m e n t ( i n e x c e s s o f 8 , 2 3 5 m ) • The maximum s e d i m e n t t h i c k n e s s i n t h e f o r e d e e p a r e a i s more t h a n 1 6 , 0 0 0 m b e n e a t h t h e c o n t i n e n t a l s h e l f o f B a n g l a d e s h (Moore e t a l . 1 9 7 4 ) . The e a s t e r n b o u n d a r y o f t h e B e n g a l f o r e d e e p w i t h t h e N a g a - L u s h a i o r o g e n i c b e l t i s b e y o n d t h e e a s t e r n b o r d e r o f B a n g l a d e s h . A t h i c k s e q u e n c e o f T e r t i a r y s a n d y - a r g i l l a c e o u s s e d i m e n t s c o n s t i t u t e s t h e m a j o r p a r t o f t h e s e d i m e n t a r y i n f i l l i n t h e f o r e d e e p a r e a . S t r u c t u r a l l y t h e B e n g a l f o r e d e e p i s d i v i d e d i n t o two p a r t s ( F i g . 2 . 8 ) a s ( a ) W e s t e r n p l a t f o r m f l a n k and ( b ) E a s t e r n f o l d e d f l a n k ( B a k h t i n e 1 9 6 6 ) .

( a ) P l a t f o r m f l a n k o f t h e f o r e d e e p

The W e s t e r n p a r t o f t h e B e n g a l f o r e d e e p c o n s t i t u t e s t h e p l a t f o r m f l a n k and i s c h a r a c t e r i z e d by s i m p l e s t r u c t u r e s o f p l a t f o r m t y p e s . I t d i f f e r s s h a r p l y f rom t h e e a s t e r n

1 2

Sy I heJ.-jTroiigh.-A

v.* / A / • \ / ' F O R E D £E\ P ^

X • P L A T F O R M^ -jwj-l F O L D E D i X

1 + +' I Sheild

I-'- I Platform Flank

FIG 2.8 TECTONIC CLASSIFICATION IN BANGLADESH (after Bakhtine *66 )

1 2

f o l d e d f l a n k o f t h e f o r e d e e p . The d i f f e r e n c e i s r e f l e c t e d i n g r a v i t y a n o m a l y v a l u e s : s m a l l a m p l i t u d e i s o m e t r i c a n o m a l i e s c h a r a c t e r i z e t h e p l a t f o r m f l a n k , w h e r e a s l a r g e a m p l i t u d e and 1 i n e a r - e 1 o n g a t e d a n o m a l i e s d o m i n a t e t h e f o l d e d f l a n k . The s t r u c t u r e on t h e p l a t f o r m f l a n k a r e b r o a d , g e n t l e and s i m p l e , and a r e m o s t l y c o n c e a l e d b e n e a t h t h e f l a t s u r f a c e p l a i n s . G e o p h y s i c a l s t u d i e s i n t h e p l a t f o r m f l a n k i n d i c a t e a b a s e m e n t t o p o g r a p h y w i t h s e v e r a l h i g h s a n d l o w s ; i t c a n a c c o r d i n g l y be s u b d i v i d e d i n t o s e v e r a l s u b u n i t s i . e . , t h e F a r i d p u r t r o u g h , t h e B a r i s a l h i g h , t h e S y l h e t t r o u g h (Surma B a s i n ) , t h e H a t i y a t r o u g h e t c . ( B a k h t i n e 1 9 6 6 ) ( F i g . 2 . 8 ) . The t r o u g h s c o r r e s p o n d t o t h e g r a v i t y m i n i m a a n d h a v e c o m p a r a t i v e l y g r e a t e r t h i c k n e s s o f s e d i m e n t . The maximum s e d i m e n t i n f i l l o f B e n g a l B a s i n i s r e c o r d e d i n t h e H a t i y a t r o u g h a n d i s m a i n l y a s a n d - s h a l e s e q u e n c e o f T e r t i a r y a g e .

( b ) F o l d e d f l a n k o f t h e f o r e d e e p :

The e a s t e r n p a r t o f t h e f o r e d e e p c o m p r i s e s t h e f o l d e d b e l t o f t h e B a s i n . H e r e t h e Upper T e r t i a r y s a n d y - a r g i l l a c e o u s s e d i m e n t s h a v e b e e n f o l d e d i n t o a s e r i e s o f l o n g s ubme r i d i o n a l a n t i c l i n e s and s y n c l i n e s r e p r e s e n t e d i n t h e s u r f a c e t o p o g r a p h y b y e l o n g a t e d h i l l r a n g e s a n d i n t e r v e n i n g v a l l e y s r e s p e c t i v e l y . Most o f t h e h y d r o c a r b o n d i s c o v e r i e s i n B e n g a l B a s i n a r e s i t u a t e d i n t h i s b e l t . The f o l d e d s t r u c t u r e s a r e c h a r a c t e r i z e d b y e n - e c h e l o n o r i e n t a t i o n s w i t h an i n c r e a s i n g d e g r e e o f i n t e n s i t y and c o m p l e x i t y t o w a r d t h e e a s t . A c c o r d i n g l y , t h e f o l d e d f l a n k i s d i v i d e d f r o m w e s t t o e a s t i n t o t h r e e p a r a l l e l N - S t r e n d i n g z o n e s a s f o l l o w s : ( a ) T h e W e s t e r n Z o n e c h a r a c t e r i z e d by s i m p l e b o x - l i k e o r s i m i l a r s h a p e d a n t i c l i n e s w i t h s t e e p f l a n k s and g e n t l e c r e s t s s e p a r a t e d b y g e n t l e s y n c l i n e s . ( b ) The M i d d l e Zone - w i t h m o r e c o m p r e s s e d s t r u c t u r e s w i t h r i d g e l i k e a n d a s y m m e t r i c a n t i c l i n e s f r e q u e n t l y a s s o c i a t e d w i t h f a u l t s and s e p a r a t e d by n a r r o w s y n c l i n e s . ( c ) The E a s t e r n z o n e - w i t h h i g h l y

1 2

d i s t u r b e d n a r r o w a n t i c l i n e s w i t h s t e e p d i p p i n g f l a n k s and m o s t l y a s s o c i a t e d w i t h t h r u s t f a u l t s .

2 . 4 STRATIGRAPHY

2 . 4 . 1 INTRODUCTION

The B e n g a l B a s i n i s c h a r a c t e r i s e d by t h e p r e s e n c e o f one o f t h e t h i c k e s t s e d i m e n t a r y s e q u e n c e s i n t h e w o r l d , e x c e e d i n g 1 6 , 0 0 0 m i n t h e d e e p e s t p a r t o f t h e f o r e d e e p or g e o s y n c l i n a l a r e a . The i s o p a c h map ( F i g . 2 . 1 ) s h o w s t h a t t h e g r e a t e s t t h i c k n e s s , e x c e e d i n g 1 0 , 0 0 0 m , t r e n d s n o r t h e a s t from n o r t h e r n end o f Bay o f B e n g a l t o w a r d s t h e A s s a m v a l l e y . T h i s t r e n d i s a p p r o x i m a t e l y p a r a l l e l t o t h e p a l e o - c o n t i n e n t a l s l o p e , r e p r e s e n t e d by t h e h i n g e l i n e o f E v a n s ( C u r r a y e t a l . 1 9 8 2 ) . To t h e n o r t h w e s t o f t h i s h i n g e l i n e t h e r e l a t i v e l y t h i n s e d i m e n t a r y c o v e r o f t h e s t a b l e s h e l f i s u n d e r l a i n by c o n t i n e n t a l c r u s t , w h e r e a s t o t h e s o u t h e a s t , t h e h u g e s e d i m e n t a r y i n f i l l o f t h e g e o s y n c l i n a l a r e a i s b e l i e v e d t o be u n d e r l a i n by o c e a n i c c r u s t ( P a u l and L i a n 1 9 7 5 ; C u r r a y e t a l . 1 9 8 2 ) ( F i g . 2 . 1 1 ) . The h i n g e z o n e o r pa 1 e o c o n t i n e n t a 1 s l o p e p r e s u m a b l y r e p r e s e n t s t h e t r a n s i t i o n b e t w e e n t h e c o n t i n e n t a l c r u s t t o t h e n o r t h w e s t and t h e o c e a n i c c r u s t t o t h e s o u t h e a s t .

E x c e p t f o r t h e e a s t e r n f o l d e d b e l t w h e r e t h e U p p e r T e r t i a r y s e d i m e n t s a r e e x p r e s s e d i n t h e l o n g a n t i c l i n a l h i l l r a n g e s and t h e f e w e x p o s u r e s o f C r e t a c e o u s - T e r t i a r y r o c k a l o n g t h e n a r r o w s h e l f f r i n g i n g t h e S o u t h e r n S h i l l o n g p l a t e a u , t h e w h o l e o f B e n g a l B a s i n i s c o n c e a l e d b e n e a t h Q u a t e r n a r y a l l u v i u m ( F i g . 2 . 9 ) . As a r e s u l t , t h e s t r a t i g r a p h i c s u b d i v i s i o n o f t h e r o c k s e q u e n c e a r e p r i m a r i l y b a s e d on t h e i n f o r m a t i o n g a i n e d f r o m s u b s u r f a c e d r i l l i n g . I n t h e s t a b l e s h e l f a r e a , s e d i m e n t s r a n g i n g i n a g e f rom P e r m i a n t o R e c e n t a r e f o u n d a b o v e t h e

1 2

FIG.2.9 G E O L O G I C A L S K E T C H MAP OF BANGLADESH

1 2

TABLE 2 . 1 : STRATIGRAPHIC SUCCESSION IN BANGLADESH. ( After Khan 1 9 80 )

STABLE SHELF GEOSYNCLINE LITHOLOGY ENV.OF DEPOSIT.

R E C E N T T 0

0 L I G 0 C E N E

B e n g a l A l l u v i u m

D i h i n g g r o u p (2 0 0 )

1 1M f f lH

S a n d , s i l t & g r v l

P e b b l y s s t , c l a y .

F l u v i a l .

F l u v i a l R E C E N T T 0

0 L I G 0 C E N E

T D u p i t i l a s s t fm i P a G i r u j a n c l a y fm m

Tipam g r . (300) S Tipam s s t fm r

( 2 5 0 0 )

S u B o k a b i l fm r ( 1 3 0 0 )

Surma g r . m (400) a Bhuban fm

g r . ( 4 0 0 ° ) ( 5 3 0 0 )

C r s . f e r r g . s s t . w i t h t h i n p e b l . h e d M o t t l . c l a y wi t h s u b . s s t . & s i l t Crs . . f e r r g . s s t . s u b . s h a l e .

S s t , s h & s i l t .

S s t , s h , d s i l t .

F l u v i a l

L a c u s t .

F l u v i a l

D e l t a i c

D e l t a i c

R E C E N T T 0

0 L I G 0 C E N E

UNCON B a r a i l g r B a r a i l g r

( 1 6 0 ) ( 3 3 5 0 )

I IMP OKI

S h . s s t , s i l t . D e l t a i c - m a r i ne

E O C E N E

UNLUIN

K o p i l i fm Disang J a i n t i a g r . S y l h e t 1 s t fm ^ Sh.

(720) Tura s s t fm eqv. ^ 1 1M P PI M

S h . m i n o r s s t . L s t . m i n o r s s t . S s t , m i n o r c o a l

M a r i n e Mari ne M a r i n e

C R E T

JUR.

UNLUN

S i b g a n i t r a p w a s h fm < 2 3 0 ) UNCON

C r s . S s t , v o l e , c l a y . L a c u s t . C R E T

JUR. R a i m a h a l t r a p fm

(610) B a s a l t , a n d e s i t e & s e r p e n t i n i z e d s h .

F i s s . e r u p t .

P E R M 1

a

U NCUN Gondwana g r .

(1023)

11 MpnM

S s t w i t h sh & c o a l S s t , w i t h sh & c o a l

F l u v i a l — L a c u s t .

p R E " C A M

- u nu u II

A r c h a e a n B a s e m e n t . G n e i s s & S c h i s t .

UNCON = Unconformity. ( THICKNESS) in metre

1 2

P r e - C a m b r i a n b a s e m e n t . H o w e v e r , i n t h e B e n g a l f o r e d e e p , d e e p d r i l l i n g h a s r e a c h e d no s e d i m e n t s o l d e r t h a n l a t e s t O l i g o c e n e : i n t h e c e n t r a l p a r t o f t h e f o r e d e e p a r e a t h e d e e p e s t w e l l d r i l l e d s o f a r ( M u l a d i - 1 4 7 3 2 m ) b o t t o m e d i n t h e Upper M i o c e n e .

L a c k o f c o - o r d i n a t i o n b e t w e e n t h e g e o l o g i c a l i n s t i t u t i o n s o f B a n g l a d e s h and W e s t B e n g a l ( I n d i a ) h a s l e d t o t h e r e b e i n g no u n i f i e d s t r a t i g r a ph i c a 1 c l a s s i f i c a t i o n f o r t h e w h o l e o f t h e B e n g a l B a s i n . The f o l l o w i n g d e s c r i p t i o n s a r e b a s e d on t h e n o m e n c l a t u r e a d o p t e d i n B a n g l a d e s h ( T a b l e 1 ) .

2 . 4 . 2 PRE-TERTIARY STRATIGRAPHY

( a ) Gondwana Group: ( P e r m i a n ) :

T h i c k c o n t i n e n t a l Gondwana s e d i m e n t s o f P e r m i a n a g e w e r e d e p o s i t e d i n i s o l a t e d g r a b e n s on t h e A r c h a e a n c r y s t a l l i n e b a s e m e n t i n t h e s t a b l e s h e l f a r e a . T h e y a r e t h e o l d e s t s e d i m e n t s i n B a n g l a d e s h , and c o n s i s t o f c r o s s - b e d d e d a r k o s i c s a n d s t o n e , c o n g l o m e r a t e s and c a r b o n a c e o u s s h a l e s w h i c h a r e l o c a l l y c o a l b e a r i n g . T h e s e s e d i m e n t s w e r e d e p o s i t e d e s s e n t i a l l y u n d e r t e r r e s t r i a l , f l u v i a t i l e t o l a c u s t r i n e e n v i r o n m e n t s i n a h u m i d c l i m a t e ( K h a n 1 9 8 0 ) . Two f o r m a t i o n s a r e d i s t i n g u i s h e d : a l o w e r Kuchma f o r m a t i o n m a i n l y o f c o a r s e s a n d s t o n e w i t h t h i c k c o a l s e a m s and an Upper P a h a r p u r f o r m a t i o n w h i c h c o n s i s t s o f f a l s e b e d d e d f e l d s p a t h i c s a n d s t o n e , c o n g l o m e r a t e , c a r b o n a c e o u s s h a l e and c o a l . I n i t i a l l y t h e G o n d w a n a b a s i n s m i g h t h a v e b e e n l a r g e r a n d o n l y t h e p a r t s d o w n t h r o w n by s u b s e q u e n t f a u l t i n g h a v e b e e n p r e s e r v e d .

( b ) R a j m a h a l T r a p : ( U p p e r J u r a s s i c - Lower C r e t a c e o u s ) :

A t h i c k s e q u e n c e o f b a s i c t o i n t e r m e d i a t e l a v a s i n c l u d i n g b a s a l t , d o l e r i t e and a n d e s i t e a c c u m u l a t e d u n c o n f o r m a b l y on t h e G o n d w a n a s e d i m e n t s o r on t h e A r c h a e a n c r y s t a l l i n e

1 2

b a s e m e n t . T h i s i s t h e R a j m a h a l T r a p , n a m e d a f t e r t h e R a j m a h a l H i l l s o f West B e n g a l ( I n d i a ) w h e r e 5 5 0 m of t h e s e v o l c a n i c r o c k s a r e e x p o s e d . On t h e B a n g l a d e s h s h e l f , t h e R a j m a h a l T r a p i s r e p r e s e n t e d by 6 1 0 m o f a m y g d a l o i d a l b a s a l t , a n d e s i t e , s e r p e n t i n i z e d s h a l e and a g g l o m e r a t e i n t h e s u b s u r f a c e (Khan 1 9 8 0 ) . The R a j m a h a l t r a p r e p r e s e n t s s u b a q u e o u s f i s s u r e e r u p t i o n s t h r o u g h f a u l t e d and f r a c t u r e d z o n e s i n t h e b a s e m e n t . ( B a n e r j i , 1 9 8 1 ) .

( c ) S i b g a n j T r a p w a s h F o r m a t i o n ( M i d - U p p e r C r e t a c e o u s )

T h i s f o r m a t i o n , c o n s i s t i n g o f c o a r s e , y e l l o w b r o w n s a n d s t o n e , v o l c a n i c s a n d w h i t e c l a y , u n c o n f o r m a b 1 y o v e r l i e s t h e e r o s i o n a l s u r f a c e o f t h e R a j m a h a l T r a p . I t r e p r e s e n t s t r a p w a s h s e d i m e n t s l a i d down s p o r a d i c a l l y u n d e r c o n t i n e n t a l f r e s h w a t e r and l a c u s t r i n e e n v i r o n m e n t .

2 . 4 . 3 TERTIARY TO RECENT STRATIGRAPHY

The T e r t i a r y d e p o s i t s o f t h e B e n g a l B a s i n p r o b a b l y e x c e e d 1 6 , 0 0 0 m w i t h t h e N e o g e n e m o r e t h a n 5 , 0 0 0 m t h i c k a l o n g t h e c e n t e r o f t h e B e n g a l f o r e d e e p ( P a u l and L i a n 1 9 7 5 ) , ( F i g . 2 . 1 0 a n d 2 . 1 1 ) . E x c e p t f o r t h e E o c e n e s h e l f f a c i e s ( J a i n t i a g r o u p ) w h i c h r e p r e s e n t s t h e l a s t p h a s e o f a t o t a l l y m a r i n e r e g i m e i n t h e B e n g a l B a s i n , t h e T e r t i a r y d e p o s i t s a r e c h a r a c t e r i s t i c a l l y d e v o i d o f f o s s i l s ( e x c l u d i n g p o l l e n and s p o r e s ) w h i c h c o u l d be u s e d f o r s t r a t i g r a p h i c s u b - d i v i s i o n and r e c o g n i t i o n . T h e t h i c k a r e n a c e o u s a n d a r g i l l a c e o u s s e q u e n c e , r e p r e s e n t s a p r e d o m i n a n t l y r e g r e s s i v e m a r i n e d e l t a i c e p i s o d e .

S t r a t i g r a p h i c a l l y t h e huge p o s t - E o c e n e s e d i m e n t a r y i n f i l l i s a c o m p l e x i n t e r m i x i n g o f d e p o s i t s o f v a r i o u s s u b e n v i r o n r a e n t i n a p r o g r a d i n g m e g a d e l t a , w h e r e s e d i m e n t a r y f a c i e s c h a r a c t e r i s t i c a l l y l a c k h o r i z o n t a l c o n t i n u i t y . F r e q u e n t f a c i e s c h a n g e s a r e t h e r u l e r a t h e r t h a n t h e e x c e p t i o n . A l s o t h e s e q u e n c e s u f f e r s f rom b e i n g a

1 2

I • l*UI» •^••[•.SHjlLONG^ SHIELDyy^ } ' t L t l •" » ; s y l h e t t r a p ; , ' f ^ r ^ ;

f

20°

DACCA, . (

\ . V ENGAL \ \

\ DELTA \

A-'l \ ,-A--"' I i

I l k 1 \ . . . - , COX S BAZAAR ,

W / ? / \ / \ H ' V

")t / / / j ) \BA r OF I \S / / _J——r' v I I I \ AS ' / ./ / " ' / / / BENGAL J I \ Y-"-/ / / / / i \ / / / / / / / — a / / / / \ y ^ v / ( / / / .0

3

I \ \ \ j /

/ y

30* 34*

FIG.2.10 ISOPACH, APPROX. NEOGENE SECTION IN BENGAL

BASIN. CONTOUR INTERVAL IS 1 Km ( After P a u l and L i an ' 7 5 )

1 2

S tab le Shelf Fo redeep

B BAY OF BENGAL SOUTHERN

CHIN H I U S

5 SWATCH OF O NO GROUND CANYON

CHITTAGONO

RECENT y . ^

INDIAN SHIELD

- -BHAGIRATNt — ~ - . GROUP - w ^ _

r e p e t i t i o n o f a l i m i t e d n u m b e r o f r o c k t y p e s - s h a l e , s a n d s t o n e and s i l t s t o n e w i t h f e w c o n g l o m e r a t e s , t o t a l l y l a c k i n g any marker h o r i z o n . S t r a t i g r a p h i c s u b - d i v i s i o n o f s u c h a s e q u e n c e i s u n l i k e l y t o he s i m p l e , b u t i n B a n g l a d e s h , t h e T e r t i a r y s t r a t i g r a p h y h a s s u f f e r e d f r o m o v e r s i m p l i f i c a t i o n and t o o much g e n e r a l i z a t i o n ( K h a n 1 9 8 0 ) . T r a d i t i o n a l l y , t h e s u b - d i v i s i o n and n o m e n c l a t u r e u s e d h e r e a r e a s t r a i g h t t r a n s c r i p t o f t h e Assam T e r t i a r y t h a t was e s t a b l i s h e d by Evans ( 1 9 3 2 ) and l a t e r m o d i f i e d by Mathur and E v a n s ( 1 9 6 4 ) . The c l a s s i f i c a t i o n i n A s s a m i s b a s e d p u r e l y on l i t h o l o g y b e c a u s e o f t h e l a c k of f o s s i l s ; and h a s p r o v e d t o be d i f f i c u l t t o e x t e n d l a t e r a l l y d u e t o l a c k o f l i t h o l o g i c a l c o n t i n u i t y , and t h e m o n o t o n o u s r e p e t i t i o n o f l i m i t e d r o c k t y p e s t h a t i s s a n d s t o n e , s h a l e and s i l t s t o n e ( M a t h u r and Evans 1 9 6 4 ) . The a p p l i c a t i o n o f t h i s s t r a t i g r a p h y t o t h e n o r t h e a s t e r n p a r t o f B a n g l a d e s h ( S y l h e t t r o u g h and s u r r o u n d i n g s ) i s p r o b a b l y r e a s o n a b l e but i t s e x t e n s i o n i n t o t h e c o a s t a l r e g i o n o f t h e B e n g a l B a s i n i s u n r e l i a b l e , a l t h o u g h w i d e l y u s e d ( K h a n 1 9 8 0 ) . A l s o t h e d i a c h r o n o u s n a t u r e o f t h e s a m e l i t h o l o g i e s b e t w e e n Assam and t h e B a n g l a d e s h was n o t r e c o g n i z e d i n t h e t r a d i t i o n a l s t r a t i g r a p h y and l e d t o f u r t h e r c o n f u s i o n ( F i g . 2 . 1 2 A ) . I n t h e W e s t B e n g a l ( I n d i a ) p a r t o f B e n g a l B a s i n , a s e p a r a t e s t r a t i g r a p h i c c l a s s i f i c a t i o n o f t h e T e r t i a r y h a s b e e n e s t a b l i s h e d ( B i s w a s 1 9 5 9 , 1 9 6 3 ) *

B r u n s c h w e i 1 1 e r ( 1 9 8 0 ) r e i n t e r p r e t e d t h e t r a d i t i o n a l s t r a t i g r a p h y i n B a n g l a d e s h a n d e s t a b l i s h e d t h e new c h r o n o - 1 i t h o s t r a t i g r a p h i c s u b d i v i s i o n s c o r r e l a t e d f r o m A s s a m t o t h e B e n g a l B a s i n ( F i g . 2 . 1 2 B ) . A s e q u e n c e o f p a r a l l e l d i a c h r o n o u s l i t h o s t r a t i g r a p h i c u n i t s s t a r t e d i n t h e 0 1 i g o - M i o c e n e i n A s s a m a n d e x t e n d up i n t o t h e Q u a t e r n a r y i n t h e Bay o f B e n g a l . T h i s i s a r e g r e s s i v e s e q u e n c e r e s u l t i n g f rom a d e l t a p r o g r a d i n g from n o r t h e a s t t o s o u t h w e s t . I t c o n s i s t s o f a s a n d - s h a l e a s s o c i a t i o n ( B a r a i l g r . and Surma g r . ) o f d e l t a i c - c o a s t a l m a r i n e

1 2

Fig. 2.12A Traditional interpretation of Assam-Bengal Basin Stratigraphy EP

OCHS

Ag

es Cachar Hills 100 Kn 200 Km 300 Km

EPOC

HS

Ages

Type Area "Surma Basin" Habiganj - Titos Area Sitakund - Kaptai Assam (Sylhet District serjsu loto) ond Tripura and Noakhali-Huladi Area

Quatcr. cr

fleogene

O UJ ~ z _l UJ a.

U l - c Z m UJ u.-a -

CP Z -H

"O u 3 n

fleogene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

c -H tfl in v x •JJ>

U l - c Z m UJ u.-a -

CP Z -H

"O u 3 n

v v v \

up to 3600 m

V V v >

TIPA.M FORMATION up to

' V V V >

2500 m up t a 5000m

fleogene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

c -H tfl in v x •JJ>

U l - c Z m UJ u.-a -

CP Z -H

"O u 3 n

fleogene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

c -H tfl in v x •JJ>

U l - c Z m UJ u.-a -

CP Z -H

"O u 3 n

V v - — v \ up to 1500 m

' Q. V V v t = D0KA-DIL FORMATION up to cc

' V V Y I 1300 m 1100-120 3 m

fleogene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

*> H 3 cr < up to 3900 m 3 - 4000 m

u <

a BHUBAN FORMATION 3 - 4000 m More than 40 30 m 7

Palaeo-gene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

OLIG

OCEN

E Chat

tion

in

Palaeo-gene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

OLIG

OCEN

E Chat

tion

Palaeo-gene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

OLIG

OCEN

E Chat

tion

v V V *

up to 4500 m NE r S

' V V V \

BARAIL FORMATION

r -v V V ' — V

(Thickness unknown* W S -

f SW

Palaeo-gene

5 -

10 .

15 -

20 .

25 -

30 -

OLIG

OCEN

E Chat

tion

f SW

Fig. 2.12B Reinterpretation of traditional stratigraphy of Assam-Bengal Basin (Post Eocene) . (After Brunschweiler 19 80).

EP0CHS

Ages

r . 100 Km 200 Km 300 Km

EP0CHS

Ages

Type Area "Surma Basin" Habiganj - Titas Area Sitakund-Kaptai Assam (Sylhet Diatrict sensu lato) and Tripura and Noakhbli-Muladi Area

Quater.

5.

a A00-.nno * : _

leogene

5.

O UJ — z -1 UJ 0. LJ n n * 1

leogene

10-

15-

20.

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FIG2.12C LOCATION MAP FOR FIG 2.12A & 2.12B

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e n v i r o n m e n t a t t h e b o t t o m , p a s s i n g u p w a r d t o a p r e d o m i n a n t l y s a n d y f a c i e s ( T i p a m g r . ) o f t e r r e s t r i a l e n v i r o n m e n t a t t h e t o p .

2 . 4 . 3 . 1 . PALEOGENE.

( a ) J a i n t i a G r o u p / D i s a n g Group ( E o c e n e )

D u r i n g t h e E o c e n e two d i s t i n c t f a c i e s w e r e d e p o s i t e d on t h e s h e l f and i n t h e g e o s y n c l i n a l p a r t o f B e n g a l B a s i n . On t h e f o r e l a n d s h e l f , r e p r e s e n t e d by J a i n t i a g r o u p , t h e r e i s a s a n d s t o n e - l i m e s t o n e - s h a l e s e q u e n c e , w h i c h i s e n c o u n t e r e d i n t h e s u b s u r f a c e t h r o u g h o u t t h e s h e l f a r e a ( F i g . 2 . 1 1 ) . A l t h o u g h no r o c k s o f e q u i v a l e n t a g e h a v e b e e n r e a c h e d i n t h e s u b s u r f a c e o f B e n g a l f o r e d e e p , s e i s m i c e v i d e n c e s u g g e s t s t h a t t h i s s e q u e n c e c h a n g e s a c r o s s t h e h i n g e z o n e i n t o a p r e d o m i n a n t l y s h a l y f a c i e s ( S e n g u p t a 1 9 6 6 ) r e f e r r e d t o a s t h e D i s a n g G r o u p e q u i v a l e n t ( F i g . 2 . 1 1 ) . The J a i n t i a g r o u p can he d i v i d e d from b o t t o m upward i n t o t h r e e f o r m a t i o n s : T u r a s a n d s t o n e f o r m a t i o n , t h e S y l h e t l i m e s t o n e f o r m a t i o n and t h e K o p i l l i f o r m a t i o n .

The Tura s a n d s t o n e f o r m a t i o n i s o f e a r l y E o c e n e a g e . T h i s f o r m a t i o n c o n s i s t s p r e d o m i n a n t l y o f s a n d s t o n e w i t h s u b o r d i n a t e s h a l e and m a r l . The s a n d s t o n e s a r e r e l a t i v e l y c l e a n , m a t u r e , w e l l s o r t e d and medium t o f i n e g r a i n e d . The f o r m a t i o n was d e p o s i t e d i n s h a l l o w m a r i n e c o n d i t i o n s .

The S y l h e t l i m e s t o n e f o r m a t i o n i s o f M i d d l e E o c e n e a g e . I t c o n s i s t s e s s e n t i a l l y o f n u m m u l i t i c l i m e s t o n e w i t h s u b o r d i n a t e s h a l e a n d t h i n l a y e r s o f s a n d s t o n e . T h e l i m e s t o n e i s h i g h l y f o s s i l i f e r o u s , g r e y , m a s s i v e and h a r d . T h e s h a l e s a r e c a l c a r e o u s , m o d e r a t e l y h a r d , and t h e s a n d s t o n e s a r e f i n e t o v e r y f i n e g r a i n e d , g l a u c o n i t i c , c a l c a r e o u s a r e n i t e s . The S y l h e t l i m e s t o n e f o r m a t i o n f o r m s a m a r k e r h o r i z o n i n t h e s u b s u r f a c e t h r o u g h t h e B e n g a l s h e l f and i t s t o p i s i d e n t i f i e d w i t h t h e ' D ' r e f l e c t o r

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h o r i z o n i n t h e s e i s m i c s e c t i o n ( F i g . 2 . 7 ) . The f o r m a t i o n w a s d e p o s i t e d i n a s h a l l o w , o p e n m a r i n e warm w a t e r e n v i r o n m e n t .

The K o p i l l i f o r m a t i o n i s o f l a t e E o c e n e a g e . The f o r m a t i o n i s c o m p o s e d o f p r e d o m i n a n t l y o f s h a l e w i t h s u b o r d i n a t e s a n d s t o n e and a f e w m a r l s t r e a k s . The s h a l e s a r e g r e y t o d a r k g r e y , f o s s i 1 i f e r o u s , s l i g h t l y c a l c a r e o u s a n d m o d e r a t e l y h a r d . The s a n d s t o n e s a r e c a l c a r e o u s , f i n e t o v e r y f i n e g r a i n e d a r e n i t e s . The f o r m a t i o n was d e p o s i t e d i n a m a r i n e e n v i r o n m e n t and t h e t o p m a r k s t h e e n d o f t h e w h o l l y m a r i n e p h a s e o f s e d i m e n t a t i o n on t h e B e n g a l s h e l f ( B a n e r j i 1 9 8 1 ) .

( b ) B a r a i l g r o u p : ( O l i g o c e n e )

The name o f t h e g r o u p was t a k e n f r o m t h e B a r a i l R a n g e i n A s s a m , s k i r t i n g t h e s o u t h e a s t e r n m a r g i n o f S h i l l o n g p l a t e a u and f o r m e d p r e d o m i n a n t l y o f a r e n a c e o u s r o c k s t o w h i c h E v a n s ( 1 9 3 2 ) a p p l i e d t h e t e r m " B a r a i l S e r i e s " . I n t h e t y p e l o c a l i t y i n Assam t h e g r o u p i s d i v i d e d i n t o u p p e r and l o w e r p r e d o m i n a n t l y s a n d y u n i t s s e p a r a t e d by a m a i n l y s h a l y u n i t . T h e d e p o s i t i o n a l e n v i r o n m e n t i s l a r g e l y c o a s t a l t o d e l t a i c .

I n t h e g e o s y n c l i n a l p a r t i n B a n g l a d e s h t h e B a r a i l h a s b e e n r e a c h e d i n t h e s u b s u r f a c e i n o n l y one o f t h e w e l l s i n t h e n o r t h e a s t e r n d i s t r i c t o f S y l h e t , s o u t h w e s t o f t h e t y p e l o c a l i t y . Only t h e t o p o f t h e f o r m a t i o n was d r i l l e d , b u t i t c o m p o s e d o f m o r e s h a l y f a c i e s w i t h a m a r i n e f a u n a ( H o l t r o p a n d K e i z e r 1 9 7 0 ) . I n t h e S y l h e t t r o u g h ( S u r m a b a s i n ) t h e t h i c k n e s s o f B a r a i l g r o u p i s a s s u m e d t o r a n g e f r o m 2 3 8 0 m t o 3 3 5 5 m ( H o l t r o p and K e i z e r 1 9 7 0 ) . I n t h e s t a b l e s h e l f a r e a o f B a n g l a d e s h B a r a i l i s r e p r e s e n t e d by a r e d u c e d t h i c k o f a b o u t 160 m o f s i l t s t o n e , s a n d s t o n e and c a r b o n a c e o u s s h a l e . The a g e o f B a r a i l g r o u p i n t h e t y p e l o c a l i t y and i n n o r t h e a s t e r n B a n g l a d e s h i s O l i g o c e n e .

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The B a r a i l g r o u p i s t h e m o s t i m p o r t a n t o i l p r o d u c i n g u n i t i n Assam, I n d i a , ' i t s c o n t i n u a t i o n i n t o t h e s u b s u r f a c e o f B a n g l a d e s h h a s y e t t o be e x p l o r e d .

2 . 4 . 3 . 2 . NEOGENE.

( a ) Surma Group ( L o w e r M i o c e n e - Q u a t e r n a r y )

T h e S u r m a g r o u p e s s e n t i a l l y c o n s i s t s o f a m o n o t o n o u s s u c c e s s i o n o f a l t e r n a t i n g s a n d s t o n e , s h a l e , s i l t s t o n e and s a n d y s h a l e w i t h o c c a s i o n a l t h i n c o n g l o m e r a t e b e d s . The name o f t h e u n i t was o r i g i n a l l y p r o p o s e d by E v a n s ( 1 9 3 2 ) a s t h e "Surma S e r i e s " f o r a t h i c k ( 3 , 5 0 0 m ) s e q u e n c e o f s h a l e , s a n d y s h a l e , s a n d t o n e a n d t h i n c o n g l o m e r a t e u n c o n f o r m a b l y o v e r l y i n g t h e B a r a i l g r o u p ( B a r a i l S e r i e s o f E v a n s , 1 9 3 2 ) i n t h e S u r m a v a l l e y s i t u a t e d i n t h e n o r t h e a s t e r n p a r t o f B a n g l a d e s h a n d a d j a c e n t I n d i a n t e r r i t o r y o f A s s a m . The Surma g r o u p i s a d i a c h r o n o u s u n i t w h i c h was d e p o s i t e d i n t h e e a r l y M i o c e n e i n A s s a m a n d c o n t i n u e d t h r o u g h t o t h e Q u a t e r n a r y i n t h e p r e s e n t Bay o f B e n g a l ( B r u n s c h w e i l l e r 1 9 8 0 ) .

The g r o u p i s w e l l e x p o s e d o v e r l a r g e a r e a s o f t h e f o l d e d b e l t e x t e n d i n g from t h e Surma v a l l e y i n t h e n o r t h i n t o t h e T r i p u r a and C h i t t a g o n g h i l l s t o t h e s o u t h and c o n t i n u i n g i n t o t h e A r a k a n , B u r m a ( F i g . 2 . 1 1 ) . I t was r e a c h e d i n a l l t h e w e l l s d r i l l e d i n t h e a l l u v i a l c o v e r e d p l a i n t o t h e w e s t o f t h e f o l d e d b e l t .

The Surma g r o u p i s d i v i d e d i n t o t w o f o r m a t i o n s - t h e Bhuban and t h e B o k a b i l f o r m a t i o n s , b a s e d on d i f f e r e n c e s i n g r o s s l i t h o l o g y . B e c a u s e o f f r e q u e n t h o r i z o n t a l f a c i e s v a r i a t i o n s , s c a r c i t y o f f o s s i l s and t h e r e p e t i t i v e n a t u r e o f t h e s h a l e a n d s a n d s t o n e i n t h e s e q u e n c e , t h e c o r r e l a t i o n o f t h e s e s u b - u n i t s f r o m t h e t y p e a r e a i n t h e S u r m a v a l l e y w i t h t h o s e o f t h e T r i p u r a and C h i t t a g o n g

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f o l d e d b e l t s and t h e a l l u v i a l c o v e r e d a r e a o f s o u t h e r n and w e s t e r n B a n g l a d e s h a r e s p e c u l a t i v e .

The B h u b a n f o r m a t i o n c o n s i s t s o f s h a l e , c l a y s t o n e , s i l t s t o n e a n d s a n d s t o n e w i t h o c c a s i o n a l t h i n c o n g l o m e r a t e s . The s a n d s t o n e s a r e g r e y i s h t o y e l l o w i s h , m o s t l y f i n e t o v e r y f i n e g r a i n e d , w e l l s o r t e d t o v e r y w e l l s o r t e d , m i c a c e o u s , w e l l c e m e n t e d and h a r d . The s h a l e s a r e dark g r e y , h a r d , f i s s i l e , l a m i n a t e d t o c r o s s l a m i n a t e d , and o f t e n s i