Original paper

Sea-level changes across the Lower–Middle Turonian boundary: evidence from borehole BKS 7/91 (Danubian Cretaceous Group, Bavaria, Germany)

Wilmsen, Markus; Niebuhr, Birgit; Janetschke, Nadine

Abstract

Detailed observations on macrofabrics, microfacies and superposition of facies types from the Lower–Middle Turonian boundary interval of borehole BKS 7/91 (upper Winzerberg and lower Roding formations of the Danubian Cretaceous Group) allow a precise reconstruction of the relative order of events that occurred in connection with the local formation of the interregional sequence boundary SB Tu 1. This unconformity is related to an eustatic sea-level fall and subsequent pulsatory rise that took place within the upper part of the and the lower part of the / inoceramid biozones. The formation of SB Tu 1 was a geologically short-term event that can be portrayed in six developmental stages (A–F): In stage A, during the late Early Turonian late highstand systems tract of depositional sequence DS Ce–Tu 1, coarse-grained, pebbly sandstones (so-called “Hornsand”) with dispersed large oyster shells accumulated in a high-energy shoreface environment. A rapid sea-level fall in the Early–Middle Turonian boundary interval initiated the formation of unconformity SB Tu 1 (stage B). Subaerial exposure of the top of the Winzerberg Formation during the lowstand caused an incipient lithification of the Hornsand and the selective meteoric dissolution of the oyster shells (palaeo-karst). In stage C, the study area was flooded again and ingression of the earliest Middle Turonian sea led to the deposition of fossiliferous bryozoan-rich micrites in a low-energy lagoonal setting, representing the earliest transgressive systems tract of DS Tu 2. The micritic sediments infiltrated the underlying palaeo-karst (shell vugs) in the upper part of the Winzerberg Formation and formed a thin veneer, sealing the erosional surface of SB Tu 1. During stage D, an intermittent, short-term sea-level fall interrupted the overall transgressive development of DS Tu 2, leading to a renewed exposure of the study area (lithification of the bryozoan micrites and formation of an iron crust). A second transgressive event affected the study area in stage E. A taphonomically complex transgression conglomerate with a sandy-glauconitic matrix was formed by scouring and reworking of the substrate. This major transgressive pulse was associated with much higher water energy and condensation. Continued transgressive facies development and deepening during stage F is indicated by the fining-upward sequence above the transgressive lag and the draping of the study area with siliciclastic muds of sub-storm wave-base origin (at least 20 m of water depth). The accumulation of these lower Middle Turonian sediments continued into the highstand of DS Tu 2. The presented case study from the Danubian Cretaceous Group is an example how detailed facies analysis and stratigraphic calibration can provide clues for deciphering the geological past.

Kurzfassung

Detaillierte Beobachtungen zu Makrogefügen, Mikrofacies und Lagerungsbeziehungen von Faziestypen im Unter-/Mittelturonium-Grenzbereich der Bohrung BKS 7/91 (obere Winzerberg- und untere Roding-Formation der Danubischen Kreide-Gruppe) erlauben eine präzise Rekonstruktion der relativen Eventfolge, die zu einer speziellen lokalen Ausbildung der überregional verfolgbaren Sequenzgrenze SB Tu 1 führte. Diese sedimentäre Diskordanz steht in Zusammenhang mit einem eustatischen Meeresspiegelabfall und anschließendem pulsierenden Anstieg, welche in der oberen Mytiloides subhercynicus/M. hercynicus- und der tieferen Inoceramus apicalis/I. cuvieri-Inoceramen-Biozone stattfanden. Die Entstehung von SB Tu 1 war ein geologisch betrachtet kurzfristiges Ereignis, das in eine Abfolge von sechs Einzelstadien (A–F) untergliedert werden kann. Im Stadium A, während des späten Hochstandes (spätes Unterturonium) der Ablagerungssequenz DS Ce–Tu 1, kam es im Arbeitsgebiet unter hochenergetischen Bedingungen des Vorstrandes zur Ablagerung geröllführender Grobsandsteine (sogenannte ,,Hornsand-Fazies“) mit zahlreichen eingestreuten Schalen großwüchsiger Austern. Mit einem rapiden Meeresspiegelabfall an der Wende vom frühen zum mittleren Turonium begann die Bildung von SB Tu 1 (Stadium B) und ein Trockenfallen der oberen Winzerberg-Formation während des folgenden Meeresspiegeltiefstandes verursachte eine Lithifizierung und Verkarstung des Hornsandes (selektive Lösung der Austernschalen durch meteorische Wässer). Im Stadium C führte eine erste marine Ingression zur Ablagerung lagunärer Bryozoenmikrite, die den basalen transgressiven Systemtrakt der früh-mittelturonen Ablagerungssequenz DS Tu 2 repräsentieren. Diese Bryozoenmikrite infiltrierten den unterlagernden Paläokarst und bildeten eine dünne Auflage auf der Diskordanz SB Tu 1. Ein neuer Meeresspiegelabfall in Stadium D unterbrach das nun generell transgressive Geschehen kurzzeitig, das Arbeitsgebiet fiel erneut trocken (Lithifizierung der Mikrite, Bildung einer Eisenkruste). Im Stadium E nahm die Transgression wieder Fahrt auf und flutete die Region unter Bildung eines hochenergetischen, taphonomisch komplexen und kondensierten Transgressionskonglomerates. Dabei wurde der Untergrund aufgearbeitet und Gerölle in eine sandig-glaukonitisch-bioklastische Matrix eingebettet. Die fortschreitende Transgression in Stadium E wird durch die ins Hangende abnehmende Korngröße und die Überdeckung des Arbeitsgebietes mit unterhalb der Sturmwellenbasis (mindestens 20 m Wassertiefe) abgelagerten siliziklastischen Schlämmen belegt. Die Ablagerung dieser Sedimente persistierte bis in den folgenden Hochstand der Ablagerungssequenz DS Tu 2. Die hier präsentierte Fallstudie ist ein gutes Beispiel dafür, wie detaillierte Beobachtungen und stratigrafische Feinkalibrierung den Schlüssel für das Verständnis der erdgeschichtlichen Vergangenheit liefern können.

Keywords

sequence stratigraphyturoniancretaceouscomposite sedimentary unconformityfacies analysis