Original paper

Palaeoecology and biostratigraphy of the Paleogene Foraminifera from the southern Upper Rhine Graben and the influence of reworked planktonic Foraminifera

Pirkenseer, Claudius; Spezzaferri, Silvia; Berger, Jean-Pierre

Abstract

Two cores and several field outcrops covering the entire Paleogene succession of the southern Upper Rhine Graben were studied and sampled in detail. 270 samples were subsequently examined for their microfossil content. This study focuses on recording, palaeoecological interpretation and illustration of the Foraminifera assemblages (180 taxa). Additionally, other fossil groups were documented including Charophyta, fish otoliths, Bolboforma and calcareous nannoplankton. From the occurrence and distribution patterns of these groups palaeoenvironmental and palaeogeographic implications were deduced. While the Eocene succession contains hardly any fossils, the two Rupelian transgression-regression cycles (“Zone fossilifère”, “Série grise”) in the Upper Rhine Graben can be well traced by their respective microfossil assemblages. Both transgressions start off with fully marine outer shelf to upper bathyal Foraminifera assemblages. In both cases maximum flooding is reached early in the sequence cycle. During the second Rupelian transgression the benthic and small sized planktonic Foraminifera associations indicate cold to temperate water temperature. While generally well-oxygenated bottom waters and sediments prevailed during the initial phase (“Marnes à foraminifères”), the situation abruptly changed to suboxic and anoxic conditions during the subsequent deposition of the “Schistes à poissons”. This led to a drastic drop in diversity and abundance of benthic Foraminifera species in this interval. The corresponding regressive phase of the “Série grise” is characterised by a thick interval dominated by planktonic Foraminifera (“Couches à Mélettes”) and a reappearance of benthic assemblages in the terminal unit (“Marnes à Cyrènes”). The biostratigraphic data derived from planktonic Foraminifera assemblage ranges is distorted by simultaneously occurring facultatively reworked Eo-Oligocene ranging species. The most conservative age-estimation implies an attribution to the Mid P20 to P21a plankton-zones for the “Série grise” deposits. This corresponds to less precise ages indicated by calcareous nannoplankton, Charophyte assemblages and fish otoliths. Abundant reworked, mainly Cretaceous and Lutetian to Priabonian planktonic Foraminifera from the Late Rupelian “Série grise” are documented, figured and interpreted in relation to similar occurrences in the northern part of the Upper Rhine Graben and the Mainz Basin. Due to the absence of time-equivalent marine Eocene deposits in the Upper Rhine Graben itself the planktonic Foraminifera are supposed to be reworked from the alpine domain by a northwards trending fluviatile drainage system.

Kurzfassung

270 Proben aus zwei Bohrkernen und verschiedene Aufschlüsse, welche die komplette paläogene stratigraphische Abfolge des südlichen Oberrheingrabens abdecken, wurden auf ihren Mikrofossilinhalt untersucht. Die vorliegende Studie erfasst und klassifiziert die darin vorkommenden Foraminiferen (180 Taxa). Darüber hinaus wurden weitere Fossilgruppen wie Charophyten, Fischotolithen, Bolboforma und kalkiges Nannoplankton erfasst. Die aus der Verteilung aller bestimmten Fossilgruppen abgeleiteten paläoökologischen und paläogeographischen Informationen wurden in die Interpretation der paläogenen Abfolge miteinbezogen. Während die eozäne Abfolge sehr arm an Fossilien ist, lassen sich die zwei Rupeltransgressionen (“fossilreiche Zone”, “Graue Serie”) des Oberrheingrabens gut anhand ihres Mikrofossilinhalts nachvollziehen. Beide Transgressionen setzten mit Foraminiferenvergesellschaftungen des äußeren Schelfs bzw. des oberen Bathyals ein. Der relative Meerespiegel-Höchststand wird jeweils früh im Sequenz-Zyklus erreicht. Während der zweiten Rupeltransgression weisen die benthischen und kleinwüchsigen planktonischen Foraminiferenassoziationen auf kalte bis gemässigte Wassertemperaturen hin. Generell gute Sauerstoffsättigung des Tiefenwassers und der oberen Sedimentschichten während der initialen Phase der zweiten Rupeltransgression (“Foraminiferenmergel”) wechselt abrupt zu schwach gesättigten bis anoxischen Verhältnisse in den darauf folgenden “Fischschiefern” mit einer stark reduzierten Foraminiferenfauna. Die anschließende regressive Phase der “Grauen Serie” ist durch ein mächtiges, durch planktonische Foraminiferen dominiertes Intervall (“Meletta-Schichten”) und das Wiederauftreten signifikanter benthischer Assoziationen in der letzte Einheit (“Cyrenenmergel ”) gekennzeichnet. Das Vorkommen von fakultativ umgelagerten planktonischen Foraminiferenarten mit einer vom Eozän in das Oligozän reichenden stratigraphischen Reichweite verzerrt die biostratigraphische Interpretation. Die konservativste Einschätzung ordnet die Ablagerungen der “Grauen Serie” den Planktonzonen Mittlere P20 bis P21 zu. Letzteres stimmt grob mit den aus dem kalkigen Nannoplankton, den Charophytenassoziationen und den Fischotolithen gewonnen biostratigraphischen Altern überein. Häufig vorkommende, aus der späten Kreide und dem Lutet bis Priabon umgelagerte planktonische Foraminiferen der “Grauen Serie” sind dokumentiert und im Vergleich mit ähnlichen Vorkommen aus dem nördlichen Oberrheingraben und dem Mainzer Becken paläogeographisch interpretiert. Das Fehlen von autochthonen kreidezeitlichen und eozänen marinen Sedimenten im Bereich des Oberrheingrabens legt eine Umlagerung der planktonischen Foraminiferen durch ein nordwärts gerichtetes Flusssystem aus dem alpinen Bereich nahe.

Keywords

PaleogeneForaminiferapalaeoecologybiostratigraphyreworkingsouthern Upper Rhine GrabenPaläogenForaminiferenPaläoökologieBiostratigraphieUmlagerungsüdlicher Oberrheingraben