Faculté des sciences

Sequenzielle Faziesentwicklung der Karbonatplattform des Schweizer Jura im Späten Oxford und frühesten Kimmeridge

Hug, Wolfgang Alexander ; Strasser, André (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2003 ; Nr. 1407.

Im Späten Oxford und frühesten Kimmeridge herrschten im Bereich des heutigen zentralen Schweizer Juras Karbonat-dominierte Ablagerungsbedingungen auf einer flachen Plattform. An der Schwelle zwischen borealen Ablagerungsäumen im Norden und der Tethys im Süden entwickelten sich dynamische Sedimentationssysteme, unter subtropischem und semiaridem bis aridem Klima (Paläobreite von 33° bis 38°... Plus

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    Zusammenfassung
    Im Späten Oxford und frühesten Kimmeridge herrschten im Bereich des heutigen zentralen Schweizer Juras Karbonat-dominierte Ablagerungsbedingungen auf einer flachen Plattform. An der Schwelle zwischen borealen Ablagerungsäumen im Norden und der Tethys im Süden entwickelten sich dynamische Sedimentationssysteme, unter subtropischem und semiaridem bis aridem Klima (Paläobreite von 33° bis 38° Nord). Profilaufnahmen an den 6 Hauptstandorten Péry-Reuchenette, Pichoux, Court, Mettemberg-Soyhières, Liesberg 1 und Liesberg 2 sowie an 66 zusätzlichen Standorten ermöglichten eine detaillierte Analyse und Interpretation der Entwicklung der Plattform im zentralen Schweizer Jura. Die Definition der 37 Mikrofazies, 12 Fazies, 4 Fazieszonen sowie von Faziesperioden der sechs Hauptprofile erfolgte anhand makro- und mikroskopischer Merkmale. Diese werden aufgrund von ausführlichen Aufschlussbeobachtungen und Dünnschliffanalysen beschrieben, wobei auf die semi-quantitative Untersuchung der Mikrofaziesbestandteile "non-skeletal grains", "skeletal grains", terrigene Elemente und frühdiagenetische Mineralien besonderen Wert gelegt wird. Die unterschiedenen Fazieszonen sind: äussere Plattform, Barrierengürtel, innere Plattform, und Küstengebiete. Innerhalb dieser vier Zonen können die folgenden Fazies unterschieden werden: Riffe (Korallenriffe, Mikrobenriffe), Barren (oolithische, bioklastische, gemischt oolithisch-bio klastische, lithoklastische und peloidale), Lagunen in Abhängigkeit ihrer Position auf der Plattform, olische Ablagerungen, Emersion, Strand, Kanalfazies, Gezeitentümpel, Gezeitenkanal und Küstenwatt der Gezeitenzone. Eustatische Meeresspiegelschwankungen, tektonische Bewegungen und Klimaveränderungen beeinflussen die Hydrosphäre, die Biosphäre und die Morphologie des Ablagerungsraumes. Sie sind verantwortlich für die Ausbildung der Sedimente und der Ablagerungssequenzen, und somit ganz allgemein für die Entwicklung der Plattform. Die Ablagerungssequenzen werden in verschiedene Sequenztypen und in Sequenzen unterschiedlicher Ordnung eingeteilt. Elementarsequenzen sind die kleinsten Bausteine grösserer Ablagerungssequenzen ("small-", "medium-" und "large-scale" Sequenzen). Es kann nachgewiesen werden, dass sie durch zyklische Meeresspiegelschwankungen im Milankovitch Frequenzband entstanden sind. Die Dauer dieser Ablagerungssequenzen beträgt somit 20’000, 100’000 und 400’000 Jahre, und ein Mehrfaches von 400’000 Jahren. Die Grundlage für ein besseres Verständnis der dynamischen Entwicklung der Plattform bildet die Profilkorrelation, welche auf Leitlinien der Biostratigraphie, Kenntnissen der grossräumigen Lithostratigraphie und der hochauflösenden Sequenz und Zyklostratigraphie beruht. Ein Modell mit der Definition von unterschiedlichen Sequenztypen (SB-, TS- und MF-Sequenzen) wurde entwickelt, welches es erlaubt, eine hochfrequente Meeresspiegelkurve zu rekonstruieren. Aufgrund der guten sequentiellen Korrelation der Profile auf der Plattform ist ein Vergleich mit der von Hardenbol et al. (1998) vorgeschlagenen Meeresspiegelentwicklung von den Sequenzgrenzen Ox 6 bis Kim 1 und damit auch mit der Ammonitenzonierung und der lokalen lithostratigraphischen Einteilung möglich. Die berechnete Dauer der Ablagerungen zwischen den beiden Sequenzgrenzen beträgt 1.6 Millionen Jahre (nach Hardenbol et al. 1998 etwa 1.8 bis 1.9 Mio.). Diese Dauer entspricht vier 400’000-Jahre Zyklen, innerhalb welchen insgesamt sechzehn 100’000- Jahre Zyklen und durchschnittlich vierundsiebzig 20’000-Jahre Zyklen bestimmt werden konnten. Diese Arbeit zeigt, dass die Kombination von Sequenz und Zyklostratigraphie zu einer stark verfeinerten Datierung dynamischer Ablagerungsprozesse beitragen kann. In diesem nun vorgegebenen engen Zeitrahmen werden die Entstehung von vier Onkoidtypen, die Zufuhr von Siliziklastika und die differentielle Subsidenz genauer beschrieben und im Kontext der klimatischen und tektonischen Entwicklung der Jura Plattform interpretiert. Es zeigt sich, dass die Auswirkungen sowohl eustatischer und klimatischer als auch tektonischer Veränderungen ausgeprägte dynamische Entwicklungen des Ablagerungsraumes zur Folge haben. Gleichzeitig öffnen sich Perspektiven für weiterführende Arbeiten zur faszinierenden Geschichte von Karbonatplattformen.
    Summary
    During the Late Oxfordian and earliest Kimmeridgian, today’s central Swiss Jura Mountains developed as a shallow carbonate-dominated plat form. At the threshold between boreal depositional areas to the north and the Tethys ocean to the south, dynamic sedimentatary systems developed under a subtropical and semiarid to arid climate (palaeolatitude 33°to38°N). Sedimentological analyses of the 6 reference sections Péry-Reuchenette, Pichoux, Court, Mettemberg Soyhières, Liesberg 1, and Liesberg 2, as well as of 66 additional sections permit a detailed interpretation of the platform evolution in the central Swiss Jura. The definition of 37 microfacies, 12 facies, 4 facies zones, and of facies periods within the 6 reference section is based on macro- and microscopic characteristics. These are described following detailed outcrop and thin-section observations. The main focus is set on the semi-quantitative analysis of the following micro facies elements: non-skeletal grains, skeletal-grains, terrigenous particles, and early diagenetic minerals. The facies zones are: external platform, barrier belt, internal platform, and coastal areas. Within these four zones, the following facies can be differentiated: reefs (coral reefs, microbial reefs), bars (oolitic, bioclastic, mixed oolitic-bioclastic, lithoclastic, and peloidal), lagoons in dependence of their position on the plat form, aeolian deposits, emersion, beach, channels, ponds, tidal channels, and tidal flats. Eustatic sea-level fluctuations, tectonic movements, and climatic changes affect the hydrosphere, the biosphere, and the morphology of the depositional environment. They are responsible for the character of the sediments and the depositional sequences, and thus for the development of the platform in general. Different sequence types and into sequences of different orders. Elementary sequences are the smallest components of larger depositional sequences (small-, medium-, and large-scale sequences). It can be shown that they resulted from cyclic sea-level fluctuations in the Milankovitch frequency hand. The duration of these depositional sequences therefore is 20 ka, 100 ka, 400 ka, and a multiple of 400 ka. The key for a better understanding of the dynamic development of the platform is given by the correlation of the sections, based on biostratigraphic guidelines, on the knowledge of the general lithostratigraphic context, and on the high-resolution sequence- and cyclostratigraphic interpretation. A model defining different types of sequences (SB-, TS-, and MF-sequences) allows the reconstruction of a high-frequency sea level curve. The good sequential correlation of the platform sections leads to a comparison with the sea-level evolution from sequence boundaries Ox 6 to Kim 1 as suggested by Hardenhol et al. (1998), and also with the ammonites zones and the lithostratigraphy. The duration of the deposits between the two sequence boundaries inferred from cyclostratigraphy amounts to 1.6 million years (according to Hardenhol et al. 1998 about 1.8 to 1.9 Ma). This duration corresponds to four 400-ka cycles, within which sixteen 100-ka cycles and an average of seventy-four 20-ka cycles have been identified. This work shows that the combination of sequence- and cyclostratigraphy can contribute to a considerably refined dating of dynamic depositional processes. Within the given narrow time framework, the formation of four oncoid types, the input of siliciciastics, and the differential subsidence are described and interpreted in the context of the climatic and tectonic plat form evolution. It is shown that the effects of eustatic, climatic, and tectonic changes entail a pronounced dynamic evolution of the depositional environment. At the same time, perspectives are opened to persevere in studying the fascinating history of carbonate platforms.