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Hummocky cross-stratifications and trace fossils in the Middle Toarcian of some sequences of Umbria-Marche Apennines

1994; Elsevier BV; Volume: 27; Linguagem: Francês

10.1016/s0016-6995(94)80231-9

1777-5728

Paolo Monaco,

earthquake and tectonic studies

Some Toarcian sequences of the Umbria-Marche Apennines show variable thicknesses of marly deposits rich inorganic material (MS, Marne del M. Serrone Formation, Late Domerian — Middle Toarcian) and well-oxygenated, red and nodular marly limestones (RAUM, Rosso Ammonitico Umbro-Marchigiano, Middle/Late Toarcian). In the MS, gravity flow deposits and turbidites are locally abundant. The MS/RAUM transition, instead, exhibit sharpbased hummocky cross-stratified (HCS) deposits, that, in the Middle Toarcian, range in thickness from several centimeters to 60 cm, and show wavelengths mostly from 70 to 140 cm. A complete sequence of HCS deposits consists of three divisions: I) a lower, massive or slightly graded bivalve and echinoderm lag, (0.5 to 40 cm thick) that is generally erosive, coarse-grained and discontinuous and probably represents proximal materials, deposited during the high-energy phase of a storm event (basal lag); II) a middle, well-sorted and matrix-poor calcisiltitic division (10 to 60 cm thick), that exhibits a well preserved hummocky cross-stratification; III) an upper calcilutitic deposit (from 0.5 to 20 cm), with pervasive bioturbation in the upper part of the bed. Division III (often absent) probably reflects the waning-energy phase of depositional event. A vertical transition from turbidites at the Domerian/Toarcian transition to sharp-based HCS deposits in the upper part of the sequences (Middle Toarcian), seems to indicate a regressive trend in the investigated Umbria-Marche sections. In fact, according to literature, HCS beds were deposited generally about or above a storm wave base. At this depth the storm waves suppressed the Bouma divisions and formed HCS under a combined (oscillatory/unidirectional) flow regime. Highly packed concentrations of concave bivalve shells, showing shelter-porosity (winnowed beds) and abraded tests of benthic foraminifers seem to indicate a dominant near-bottom oscillatory flow regime below the fairweather wave base level. A shallowing-upward trend in the investigated sections from the Early Toarcian to the Middle Toarcian, as testified also by microfaunal content, seems to be due to tectonics and/or sea-level fall and ranges from an upper bathyalouter shelf in the Early Toarcian to a middle shelf in the Late Toarcian. At this last time trace fossil assemblages increase in abundance, diversity and penetration depth at the top of HCS beds and in normal basinal sediments, in relation to increased oxygen availability and to favourable substrate conditions. Dans le bassin Marches-Ombrie (Italie centrale), une épaisseur variable d'argile (jusqu'à environ 80 m) s'est déposée au Toarcien et a formé des séquences caractéristiques. Ces séquences sont représentées par des marnes plus ou moins riches en matière organique (Formation de "Marne del M. Serrone"=MS, Domérien terminal, Toarcien moyen) et par des calcaires argileux rouges et grumeleux déposés dans un milieu bien oxygéné ("Rosso Ammonitico Umbro-Marchigiano" = RAUM, Toarcien moyen et terminal). La partie supérieure de MS et la partie moyenne de RAUM montrent des dépôts à stratifications entrecroisées ("HCS, hummocky cross-stratifications") à base bien marquée, dont l'épaisseur varie de plusieurs centimètres à 100 cm, attestant d'une longueur d'onde comprise essentiellement entre 70 cm et 140 cm. Une séquence complète de dépôt HCS comprend trois termes: I) Une surface inférieure à bivalves et échinodermes, massive à granoclassement grossier (de 0.5 à 40 cm d'épaisseur), qui est généralement érosive, mal classée et discontinue. Elle représente probablement du matériel proximal, déposé pendant la phase de haute énergie d'une tempête (surface basale). II) Une partie moyenne, calcisiltique, bien classée et mal consolidée (matrice peu developpée) de 10 à 60 cm d'épaisseur, montre des HCS bien conservées. III). Un dépôt supérieur, calcilutique (de 0.5 à 20 cm) localement bioturbé, est observé dans la partie supérieure de la couche. Le terme III (souvent absent) indique probablement une sédimentation plus distale par rapport aux autres termes et reflète la phase d'énergie déclinante du dépôt. Une transition verticale des turbidites indiquant des séquences BC de Bouma à la limite Domérien/Toarcien allant vers des dépôts HCS à base bien marquée dans la partie moyenne/supérieure des séquences (Toarcien moyen), exprime une tendance régressive dans les coupes étudiées. En effet, selon la littérature, les couches HCS furent déposées sur une surface modelée par des vagues de tempête et par des courants turbiditiques au cours d'ouragans. A cette profondeur les vagues de tempête effacèrent les termes de Bouma et formèrent des HCS sous un régime d'écoulement combiné (oscillatoire/unidirectionnel). Une concentration de coquilles de bivalves très compactées ("winnowing") montrant une porosité d'ombrelle et des tests usés de foraminifères benthiques semble indiquer un régime d'écoulement oscillatoire proche du fond (action des vagues?) au Toarcien moyen. Une tendance à la diminution de la tranche d'eau, comme attesté par la microfaune, semble due à la tectonique ou à l'abaissement du niveau marin et montre le passage d'un environnement supra-bathyal au Toarcien basal à un environnement moins profond au Toarcien moyen. A cette période, les traces d'assemblages fossiles augmentent en nombre, en diversité au sommet des couches à HCS et dans les sédiments typiques de bassin, en relation avec l'accroissement en oxygène disponible et des conditions favorables du substrat.