Original paper

Geochemical characterisation of the Eocene-age Ainsa Basin succession, Southern Pyrenees, Spain: implications for provenance, tectonic setting and palaeoclimate

Rütters, Sophia; McCann, Tom

Abstract

The Eocene-age Ainsa Basin forms part of the South Pyrenean Foreland Basin in northern Spain. The c. 4 km thick sedimentary succession is dominated by fine-grained marls, interbedded with turbiditic sand-rich systems (composed of 1–6 turbiditic bodies, each 30–100 m thick) and overlain by fluvio-deltaic sediments. Geochemical analysis of the fine-grained pelagic (n = 29) and turbiditic (n = 15) marls, located between and within the sand bodies, as well as selected sandstones (n = 13), suggests that the sediments were derived from a felsic magmatic source, located within an active continental margin setting. The climatic zone was subtropical with moderate to high rates of weathering. Oxygen levels were initially low to reduced, but increased over time. The succession can be subdivided into five chemostratigraphic units (CSU), indicative of distinct periods of basin evolution, and broadly related to siliciclastic vs carbonate input. Additionally, carbonate input can be classified as intra- or extrabasinal. These changes were related to (a) the evolution of the carbonate platform to the S of the basin, (b) the gradual cessation of tectonic activity and the resultant diminution of clastic input, (c) the narrowing of the basin in the Cuisian to Lutetian, and, (d) the increased input of freshwater as a result of the progradation of the Sobrarbe Deltaic Complex. Additionally, within CSU 4 a subtle boundary can be recognised the Morillo System, and at the transition of the Morillo to Coscojuela sandstone bodies. These changes may indicate the onset of carbonate shedding from the Guara Carbonate Platform (and increasing destabilisation of the platform) at an earlier time than has been previously recognised.

Kurzfassung

Das eozäne Ainsa-Becken bildet einen Teil des Südpyrenäen-Vorlandbeckens in Nordspanien. Die ca. 4 km mächtige sedimentäre Abfolge besteht hauptsächlich aus feinkörnigen Mergeln, in welche eine Abfolge von acht mächtigen turbiditischen Sandsteinkörpern (jeder besteht aus 1–6 turbiditischen Systemen mit einer jeweiligen Mächtigkeit von 30–100 m) eingebettet ist. Überlagert werden die Ablagerungen von fluvio-deltaischen Sedimenten. Geochemische Analysen von feinkörnigen pelagischen (n = 29) und turbiditischen (n = 15) Mergeln, welche zwischen und innerhalb der Sandkörper entnommen wurden, weisen ebenso wie die beprobten Sandsteine (n = 13) darauf hin, dass die Sedimente von einer felsischen Sedimentquelle mit der Signatur eines aktiven Kontinentalhangs gespeist wurden. Des Weiteren lassen die Analysen auf moderate bis hohe Verwitterungsraten innerhalb einer subtropischen Klimazone schließen. Die aus den Mergeln rekonstruierten Sauerstoffverhältnisse waren zu Beginn niedrig bis reduzierend, weisen aber einen Anstieg im Laufe der Zeit auf. Basierend auf dem Karbonateintrag, der auf interne und externe Quellen des Beckens zurückgeführt wird, kann die sedimentäre Abfolge des Ainsa-Beckens in fünf chemostratigrafische Einheiten (,,chemostratigraphic units“, CSU) unterteilt werden. Diese repräsentieren, basierend auf dem Verhältnis des siliziklastischen zum karbonatischen Eintrag, verschiedene Perioden innerhalb der Beckenentwicklung. Des Weiteren kann der Karbonatgehalt einem beckeninternen bzw. -externen Eintrag zugeordnet werden. Hierdurch identifizierte Veränderungen stehen in Verbindung mit (a) der Entwicklung der Karbonatplattform im S des Beckens, (b) der Beruhigung der tektonischen Aktivität und einer damit verbundenen Reduktion des siliziklastischen Eintrags, (c) der Abflachung des Beckens während des Cuisian bis zum Lutetium und (d) einem Anstieg des Frischwassereintrags in das Becken, bedingt durch die Progradation des Sobrarbe-Deltas (Sobrarbe Deltaic Complex). Zusätzlich lässt sich in der CSU4 eine Untergrenze zwischen dem Morillo- und dem Coscojuela-System erkennen. Diese Veränderungen lassen auf eine frühzeitigere Erosion der Guara-Karbonatplattform (und der zunehmenden Instabilität der Plattform) schließen, als bisher angenommen.

Keywords

ainsa basingeochemistryguara platformmarlprovenanceredox conditionstectonicsturbidite