Details

Depositional Dynamics of a Giant Carbonate Platform-the Famennian Palliser Formation of Western Canada

by Peterhänsel, Arndt

Abstract (Summary)
Carbonate platforms dominated by great thicknesses of ostensibly uniform, thick bedded, poorly fossiliferous and burrow-mottled, subtidal limestones are found throughout the Phanerozoic, yet are poorly understood. Deposited in the aftermath of the FrasnianFamennian extinction event, the Palliser/Wabamun Formation with a thickness of up to 600 m and an extent of about 600 000 km2 represents one of the largest of such platforms to have ever existed.

The architecture and palaeoenvironment of the western side of this epeiric platform is reconstructed based on lateral and vertical variations of microfacies properties. It can be divided into inner and outer ramp and shelf belts that remained submerged virtually throughout the life of the platform. A new subdivision of the Palliser Formation is proposed based on long-term vertical facies patterns in sections with differing facies reflecting relative sealevel dynamics.

Limestones of the Palliser Formation record a rather limited benthic community. The soft substrate and abundant bioturbation deterred the settlement of sedentary organisms. Frequent physical disturbance, including storms and bioturbation, augmented water turbidity causing smothering and destruction. For these reasons at least, reef growth was impeded.

Furthermore, within the apparent facies monotony, two thirds of non-skeletal grains are generated by obliteration processes. Microendolithic bioerosion and diminution destroyed a substantial proportion of the skeletal particles, mostly crinoids, resulting in small micritized grains. Pervasive bioerosion is linked to excess nutrient flux caused by perturbations to the regional biogeochemical cycle. The Ellesmerian Orogeny and increased colonization of land surfaces by deep-rooting gymnosperms are identified as the cause of mesotrophy. Early seafloor dissolution consumed a vast amount of aragonite skeletons, dasycladalean algae in particular, leaving ample amounts of micritic steinkerns, which in turn broke down into peloids and small intraclasts. These discoveries suggest that large areas of the giant ramp-shelf system were characterized by subtidal dasycladalean and crinoid meadows. Finally, established carbonate classifications are re-evaluated and a revised classification for allochthonous limestones for both outcrop and laboratory is introduced. Special emphasis is laid on clastmatrix relationships.

-----------------------------------------------

ZUSAMMENFASSUNG

Die Palliser/Wabamun Formation ist eine von zahlreichen phanerozoischen Karbonatplattformen, die sich durch große Mächtigkeiten vermeintlich monotoner, fossilarmer, bioturbierter Kalke auszeichnen. Diese 600 m mächtige Abfolge sedimentierte im Schatten des Aussterbeereignisses an der Frasne-Famenne Grenze über einen Zeitraum von 69 Ma. Sie gehört mit einer Ausdehnung von etwa 600.000 km2 zu einer der größten Plattformen dieser Art, die auf unserem Planeten entstanden. Mit Hilfe lateraler und vertikaler Trends mikrofazieller Parameter konnte das Ablagerungsmilieu und die Architektur das westlichen Teils dieser epikontinentalen Plattform rekonstruiert werden. Es werden innere und äußere Rampe und Schelf voneinander unterschieden, die praktisch durchgehend über die ganze Plattformentwicklung überflutet blieben. Die vorgestellte Neugliederung der Palliser Formation basiert auf langfristigen vertikalen Faziesmustern in Profilen mit unterschiedlicher Fazies. Faziesmuster spiegeln relative Meeresspiegelschwankungen wider.

Die Palliser Kalke sind durch einen eher eingeschränkten Benthos gekennzeichnet, wobei weiches Substrat und intensive Bioturbation die Besiedlung durch sesshafte Organismen erschwerten. Während häufige Bewegung, zum Beispiel durch Stürme und Bioturbation, zu weitreichender mechanischer Zerstörung von Kalkskeletten zur Folge hatte, führte Sedimentaufschlämmung zum Ersticken eines großen Teils des Benthos. Zumindest auf Grund dieser Umstände war das Riffwachstum auf der Palliser Plattform stark reduziert.

Etwa zwei Drittel der non-skeletal grains" entstanden durch Klastenalterationsprozesse. Mikroendolithische Bioerosion und Komponentenverkleinerung verwandelten einen großen Teil der Bioklasten, hauptsächlich Krinoiden, zu kleinen mikritischen Körnern. Durchdringende Bioerosion steht in Verbindung mit Nährstoffüberschuss, ausgelöst durch Veränderungen im regionalen biogeochemischen Zyklus. Diese Mesotrophie steht in Zusammenhang mit der Ellesmere Orogenese und zunehmender Besiedlung von Landgebieten durch tiefwurzelnde Gymnospermen. Zusätzlich hinterließ die früh einsetzende Auflösung einer großen Anzahl aragonitischer Kalkskelette, insbesondere Dasycladaleen, am Meeresboden eine beträchtliche Anzahl mikritischer Steinkerne. Diese zerbrachen zu Peloiden und mikritischen Intraklasten. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass weite Bereiche des riesigen Palliser Rampen-Schelf Systems durch subtidale Dasycladaleen-Krinoiden-Wiesen charakterisiert waren. Die detaillierte Untersuchung der riesigen Palliser Plattform zeigt, dass etablierte Karbonatklassifikationen nicht ausreichen, um die Fazies treffend zu beschreiben. Die revidierte Version für allochthone Kalke kann sowohl im Aufschluss als auch im Labor angewendet werden und legt besonderes Augenmerk auf Klasten-Matrix-Beziehungen.

-----------------------------------------------RÉSUMÉ

Les plateformes carbonatées, dominées par d'épaisses couches de calcaires subtidaux prétendument uniformes, en bancs épais, peu fossilifères et creusés de terriers se rencontrent à travers tout le Phanérozoïque. Pourtant, ces plateformes sont encore mal comprises. Déposée à la suite de l'extinction en masse du Frasnien-Famennien, la Formation Palliser/Wabamun, de 600 m d'épaisseur maximale et s'étendant sur environ 600 000 km2, représente une des plus vastes plateformes carbonatées ayant jamais existées. L'architecture et les paléoenvironnements de la marge occidentale de cette plateforme peu profonde ont été reconstruits en se basant sur les variations latérales et verticales des microfaciès. Elle est constituée d'une rampe interne et externe ainsi que d'une plateforme au sens strict, qui sont restées pratiquement ennoyées durant toute la durée de vie de cette plateforme. Basée sur la distribution verticale à long-terme des faciès, avec les changements de faciès reflétant les dynamiques du niveau marin, une nouvelle subdivision de la Formation Palliser est proposée. Les calcaires de la Formation Palliser renferment une communauté benthique plutôt restreinte. Le substrat meuble et le phénomène de bioturbation intense ont empêché la colonisation des organismes sédentaires. Les perturbations physiques et fréquentes comme les tempêtes et la bioturbation ont augmenté la turbidité de l'eau de mer, entraînant asphixie et destruction. Au moins pour ces raisons le développement des récifs a été entravé. De plus, malgré l'apparente monotonie des faciès, les deux tiers des grains "non squelettiques" sont issus de processus de destruction. La bioérosion et diminution par microorganismes endolithiques a détruit une proportion substantielle des particules squelettiques, principalement de crinoïdes, résultant en de petits grains micritiques. Cette bioérosion étendue est liée à un excès de nutriments généré par des perturbations d'ordre géographique du cycle biochimique. L'orogénèse Ellesmere et le développement de la colonisation terrestre par les gymnospermes à racine profonde sont proposés comme cause de cette mésotrophie. La dissolution précoce du sédiment des fonds marins a consummé une importante proportion des squelettes aragonitiques, en particulier des algues dasycladales, laissant de grande quantité de steinkerns micritiques, qui à leur tour ont été décomposés en péloides et petits intraclastes. Ces découvertes suggèrent qu'une large partie de ce système de vaste rampe plateforme était caractérisée par des prés subtidaux à dasycladales et crinoïdes. Enfin; la classification longtemps établie des carbonates a été réévaluée et une classification révisée des calcaires allochtones pour leur étude à l'affleurement et en laboratoire est proposée. Un intérêt partulier est porté sur les relations grains-matrices.

Bibliographical Information:

Advisor:Basinger, James F.; Holmden, Chris; Lehmkuhl, Dennis M.; Pratt, Brian R.; Renaut, Robin W.; Strasser, Andreas

School:University of Saskatchewan

School Location:Canada - Saskatchewan

Source Type:Master's Thesis

Keywords:mottling sea level changes hydrocarbons peloids cortoids biogeochemical cycle micritization bioturbation aragonite dissolution bioerosion sedimentology evolution steinkerns dasycladalean devonian crinoids carbonate classification extinction event

ISBN:

Date of Publication:02/06/2003

© 2009 OpenThesis.org. All Rights Reserved.