Original paper

Genetic stratigraphy of Coniacian deltaic deposits of the northwestern part of the Bohemian Cretaceous Basin

Nádaskay, Roland; Uličný, David

Abstract

Based on a combination of outcrop and subsurface data, this paper presents a description and interpretation of principal lithofacies and regional-scale depositional geometries in sandstones of early to middle Coniacian age in the north-western part of the Bohemian Cretaceous Basin. A depositional model of nearshore deposition presented here interprets the depositional system as dominated by coarse-grained deltas that prograded from the faulted northern basin margin, the present-day Lužice (Lausitz) Fault Zone. The deltaic systems were the primary loci of clastic sediment deposition upon entering the basin, but the deposits of the delta fronts as well as part of the prodeltaic facies were further reworked by vigorous tidal currents, in particular in shallow-water settings. Steep, Gilbert-type foresets formed mainly in delta fronts that prograded into deeper water, reaching up to c. 100 m in some units. This depositional model is largely analogous to that developed by Uličný (2001) in other parts of the basin, with the exception of very large-scale dunes that locally occurred in the present study area. Regional correlations utilising well-log and core data made it possible to correlate nearshore sandstone units to their fine-grained time-equivalents in the mud-dominated offshore realm, and subdivide the depositional record into genetic sequences, bounded by surfaces of maximum transgression (sensu Helland-Hansen & Martinsen 1996). The genetic sequencestratigraphic framework was then applied in construction of a time-slice reconstruction of regional palaeogeography from latest Turonian to middle Coniacian times. In comparison to the upper Turonian (TUR 7) sequence, dominated by vertical stacking of sandstone bodies deposited in shallow water, sequences CON 1 to CON 3 were deposited in a setting of generally increasing depth through time, most probably due to increasing subsidence rate. The transgressive–regressive history of the study area during latest Turonian and Early Coniacian reveals three major transgressions in the study area: (1) approximately at, or immediately prior to, the Turonian/Coniacian boundary, (2) at the base of CON 2 sequence (base of Zone), and (3) at the base of CON 3 sequence, within the Zone. Of the abovementioned maximum flooding episodes, (1) and (2) have their counterparts in a different depocentre in the same basin, but also in Western Canada (Walaszczyk et al. 2014), suggesting a significant role of eustasy in their formation. Further conclusions on eustasy require caution, however, because of the clearly significant role of accelerating subsidence as well as supply from an actively uplifted source area during the early and middle Coniacian. Local stacking patterns of deltaic bodies in the study area differ from coeval ones in the separate depocentre of Český Ráj developed further east along the Lužice Fault Zone. It is likely that the increased tectonic activity between the latest Turonian and middle Coniacian was a precursor to the onset of shortening that eventually led to the well-known inversion of basins in the northern Alpine foreland. The exact kinematic role of individual tectonic structures remain to be understood in the near future, using data on evolution of basin-fill geometries through time, such as provided by this study.

Kurzfassung

Basierend auf einer Kombination von Aufschluss- und Untergrunddaten präsentiert diese Arbeit eine Beschreibung und Interpretation der Hauptlithofazies und regionalen Ablagerungsgeometrien von Sandsteinen des frühen bis mittleren Coniaciums im nordwestlichen Teil des Böhmischen Kreidebeckens. Das hier vorgeschlagene Ablagerungsmodell interpretiert das Ablagerungssystem als durch grobkörnige Deltas dominiert, die vom tektonisch aktiven nördlichen Beckenrand, der heutigen Lausitzer Störungszone, aus progradierten. Die Deltasysteme waren die primären Orte der klastischen Sedimentation, wobei die Deltafront- und Teile der Prodelta-Fazies weiter durch kräftige Gezeitenströmungen, insbesondere in Flachwasser-Gebieten, aufbereitet wurden. Steile, bis zu 100 m mächtige Vorschüttkörper des Gilbert-Typs bildeten sich hauptsächlich an den Deltafronten, die in tieferes Wasser vorgebaut wurden. Diese Interpretation ist weitgehend analog zu dem von Uličný (2001) für andere Teile des Beckens entwickelten Ablagerungsmodell, mit der Ausnahme von sehr großen Dünen, die lokal im vorliegenden Arbeitsgebiet auftraten. Regionale Korrelationen unter Verwendung von Bohrlochmessungen und Kerndaten ermöglichten es, küstennahe Sandsteineinheiten und ihre feinkörnigen Zeitäquivalente im Schlamm-dominierten küstenfernen Bereich zu parallelisieren und die Abfolgen in genetische, durch maximale Transgressionsflächen begrenzte Sequenzen zu unterteilen (sensu Helland-Hansen & Martinsen 1996). Das genetische sequenzstratigrafische Gerüst wurde dann für die regionale paläogeografische Rekonstruktion von Zeitscheiben im spätesten Turonium bis in das mittleren Coniacium verwendet. Im Vergleich zur oberturonen Sequenz TUR 7, die durch vertikale Stapelung von Sandsteinkörpern des flachen Wassers dominiert wird, wurden die Sequenzen CON 1 bis CON 3 in einer Phase allgemein zunehmender Wassertiefe gebildet, die vermutlich mit einer Zunahme der Subsidenz in Zusammenhang gebracht werden kann. Die transgressiv-regressive Geschichte des Untersuchungsgebietes während des späten Turoniums und frühen Coniaciums zeigt drei große Transgressionen für das Untersuchungsgebiet: (1) in etwa an oder unmittelbar vor der Turonium/Coniacium-Grenze, (2) an der Basis der CON 2-Sequenz (Basis der Cremnoceramus crassus crassus-Zone), und (3) an der Basis der CON 3-Sequenz in der Volviceramus koeneni-Zone. Die genannten Phasen maximaler Überflutung (1) und (2) haben ihre Entsprechung nicht nur in anderen Ablagerungszentren des Böhmischen Kreidebeckens, sondern auch in Westkanada (Walaszczyk et al. 2014), was auf eine wichtige Rolle von eustatischen Meerespiegelschwankungen bei ihrer Entstehung hinweist. Weitere Rückschlüsse auf Eustasie erfordern aber Vorsicht wegen der bedeutenden Rolle der zunehmenden Absenkung sowie der aktiven Hebung des Liefergebiets während des frühen und mittleren Coniaciums. Lokale Stapelungsmuster deltaischer Sedimentkörper im Untersuchungsgebiet unterscheiden sich von gleichaltrigen im separaten Ablagerungszentrum des Böhmischen Paradieses (Český Ráj) weiter östlich entlang der Lausitzer Störungszone. Es ist wahrscheinlich, dass die erhöhte tektonische Aktivität zwischen dem späten Turonium und dem mittleren Coniacium ein Vorläufer für den Beginn der Kompression war, die schließlich zu der bekannten Inversion der Becken im nördlichen Alpenvorland führte. Die genaue kinematische Rolle einzelner tektonischer Strukturen zu verstehen, bleibt eine Aufgabe der nahen Zukunft. Daten über die Entwicklung der Geometrien der Beckenfüllung in der Zeit, wie in dieser Studie vorgestellt, werden dabei helfen.

Keywords

coniaciansubsidenceturoniancoarse-grained deltawell loggenetic stratigraphybohemian cretaceous basin