Original paper

Bioclastic contourites: depositional model for bottom-current redeposited pelagic carbonate ooze (Devonian, Moroccan Central Massif)

Hüneke, Heiko

Abstract

Devonian limestone successions of the eastern Moroccan Central Massif provide an example to study the characteristics of well-preserved bottom-current deposits that synchronously occur in many condensed and reduced limestone sequences in southern Europe and Northern Africa. They were mainly deposited within the narrow oceanic passage between the approaching continents of Laurussia and Gondwana during the late Givetian and early Frasnian. Calcarenites, laminated calcisiltites, and mottled calcisiltites and calcilutites analogous to recent contourite formations are the main lithotypes. Calcarenites are represented by styliolinid grain- to packstones with rare horizontal and cross-lamination. Laminated calcisiltites are particularly rich in non-carbonate components (conodonts, phosphatic intraclasts). Calcarenites and laminated calcisiltites are interpreted as current-induced accumulations, whereas mottled calcisiltites and calcilutites formed under conditions of weak current influence or pelagic rain. All lithotypes were accumulated in a pelagic environment. The vertical stacking of the three main lithotypes and the transitions between them vary considerably, but define two characteristic stacking patterns: (1) coarsening-upward micro-sequences und (2) fining-upward micro-sequences. These microsequences are 2-10 cm thick and, in many cases, are separated by omission surfaces. The vertical facies variation is interpreted in terms of fluctuations in velocity of the transporting bottom-current or shifts in flows of the current axis. Calculations suggest that winnowing and bedload transport occur preferentially as a response to varying current strength and a range of sediment-specific properties. Calcareous silt was stirred in suspension at current speeds of 13-20 cm/s (Ū100), whereas whole styliolinid tests were mobilised at ∼19 cm/s. At velocities of at least 23 cm/s styliolinid shells were broken and denser grains were moved. The associated phosphorites and phosphoritic hardgrounds provide additional evidence of temporarily raised hydraulic energy within the depositional environment of the exemplified deep-sea sediments.

Kurzfassung

Devonische Kalkstein-Abfolgen im östlichen Zentralmassiv von Marokko liefern eine Fallstudie für gut erhaltene Ablagerungen von Bodenströmungen, die zeitgleich in kondensierten und reduzierten Kalkstein-Abfolgen im südlichen Europa und nördlichen Afrika auftreten. Sie entstanden hauptsächlich während des Givetium und Frasnium in schmalen ozeanischen Passagen zwischen den Kontinenten Laurussia und Gondwana. Kalkarenite, laminierte Kalksiltite sowie bioturbierte Kalksiltite und Kalklutite lassen sich unterscheiden, ähnlich wie in rezenten Konturiten. Die Kalkarenite werden durch Styliolinen-Grainstones und -Packstones repräsentiert, die gelegentlich Schräg- und Horizontallamination zeigen. Die laminierten Kalksiltite sind besonders reich an nicht-karbonatischen Komponenten (Conodonten, phosphatische Intraklasten). Während die Kalkarenite und die laminierten Kalksiltite als strömungsinduzierte Ablagerungen interpretiert werden, entstanden die verwühlten Kalksiltite und Kalklutite aus pelagischem Regen oder bei geringem Einfluss von Bodenströmungen. Alle Lithotypen bildeten sich in einem pelagischen Ablagerungsraum. Obwohl die vertikale Abfolge der drei Faziestypen und die Art der Übergänge zwischen ihnen beträchtlich variieren, lassen sich zwei charakteristische Stapelungsmuster unterscheiden: (1) Mikrosequenzen mit Korngrößen-Zunahme und (2) Mikrosequenzen mit Korngrößen-Abnahme. Diese Mikrosequenzen sind zwischen 2 und 10 cm mächtig und schließen in vielen Fällen eine Omissionsfläche zwischen sich ein. Die vertikalen Fazieswechsel lassen sich auf Fluktuation der Strömungsgeschwindigkeit und/oder räumliche Verlagerungen der Strömungsachse der ursächlichen Bodenströmung zurückführen. Kalkulationen legen nahe, dass die Mobilisierung der Partikel und ihr Transport als Bodenfracht vorzugsweise durch variierende Strömungsintensität und einer Reihe von sedimentspezifischen Eigenschaften kontrolliert wurden. Kalksilt wird bei Strömungsgeschwindigkeiten zwischen 13 und 20 cm/s (Ū100) in Suspension gebracht, während intakte Styliolinen-Gehäuse erst bei ∼19 cm/s in Bewegung geraten. Ab Geschwindigkeiten von 23 cm/s zerbrechen die Styliolinen-Gehäuse und nicht-karbonatische Komponenten mit höherer Dichte werden mobilisiert. Das Vorkommen der assoziierten Phosphorite und phosphoritischen Hartgründe ist ein zusätzlicher Beweis für zeitweilig höhere hydraulische Energie im Ablagerungsraum dieser Tiefsee-Sedimente.

Keywords

devonianbottom-current depositscontouritesstyliolinitescondensed pelagic carbonates