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The Sabiñánigo Sandstone Succession, Jaca Basin, Southern Pyrenees, NE-Spain : A Depositional Model

Bauer, Friederike Ursula

German Title: Die Sabiñánigo Sandstein Abfolge, Jaca Becken, Südliche Pyrenäen, NO-Spanien : Ein Ablagerungsmodell

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Abstract

The Eocene Sabiñánigo Sandstone Succession (SSt-Succession) forms part of the sedimentary infill of the Jaca Basin, which evolved as a piggyback basin in front of the emerging Pyrenean orogeny. Foreland basins in general, and their siliciclastic deposits in particular, are not only of scientific but also of common economic interest, due to their outstanding relevance for hydrocarbon exploration. Furthermore, the SSt-Succession is of great scientific interest, as it takes over a challenging position within the Jaca Basin. It forms the transitional part from deep marine to continental deposition, promising to reveal some insights on the depositional processes affecting the Jaca Basin. Thus, the scientific research was driven by the general interest in the genesis of the SSt-Succession, and how it fits into the Pyrenean realm, e.g. how basin formation was triggered by the Pyrenean orogeny. Therefore, the SSt-Succession was scrutinized from different points of view, integrating distinct approaches, and analytical methods, with the working process described in this case study. The SSt-Succession is exposed within two distinct ridges, showing excellent outcrop conditions, with lateral and vertical stratigraphic surfaces, that can be traced physically and optically over large distances. But they are lacking any marker horizon between both ridges that enables to easily link-up both exposure sites situated at the northern and the southern limb of the Basa Anticline. Therefore, the sediments of the SSt-Succession have been processed in detail to get a data set that enables to construct a time-calibrated framework of each exposure site. This in turn allows connecting both exposure sites and developing a depositional model of the entire SSt-Succession. Different techniques were applied within this study to characterize the sedimentary succession of the Sabiñánigo Sandstones. It considers gamma ray logs together with standard lithological profiles. In addition, to constrain the previous sedimentary overburden, covering the SSt-Succession, low-temperature thermochronology has been applied. Spectral gamma ray analyses were used to refine standard facies analysis and to support sequence stratigraphic correlation within the SSt-Succession. Detailed facies analyses and gamma ray spectrometry studies were combined, revealing a pattern of returning facies types, large-scale facies associations and related vertical stacking patterns. On the basis of the generated data set a scheme of facies types and corresponding facies associations was established, comprising various lithologies, ranging from argillaceous siltstones rich in Nummulites up to coarse-grained sandstonesand conglomerates. This allowed to deduce the depositional setting of the SSt-Succession, reaching from transitional offshore to delta plain environments, and enabled to characterize the sedimentary evolution of the Sabiñánigo Delta system, and thus, to elucidate driving mechanisms controlling the depositional processes. This study greatly benefits from a wide data set that allows interpreting the deposits of the SSt-Succession from different points of view and to integrate the applied methods into a time calibrated model. It, therefore, was possible to identify two progradational sequences as well as to examine the depositional history of the SSt-Succession and to reveal corresponding driving mechanisms. The SSt-Succession reflects a process response system that connects the evolution of the Pyrenean Orogeny with sedimentary deposition in the southern Foreland basin (Jaca Basin). The development as a piggyback basin is stored in the sedimentary archive. The first stage of evolution clearly identifies a partly developed delta, whereas the sedimentary sequence of the second stage indicates a fulldeveloped delta. In the early stage, the moving piggyback basin was filled from the emerging Boltaña Anticline in the east, and during the second stage from the newly uplifted Axial Zone in the north.

Translation of abstract (German)

Die Eozäne Sabiñánigo Sandstein Abfolge (SSt-Abfolge) stellt einen Teil der sedimentären Beckenfüllung des Jaca Beckens dar. Im Zuge der nach Süden fortschreitenden Heraushebung der Pyrenäen entwickelte sich das Jaca Becken zu einem “Huckepack-Becken” im südlichen Vorland. Vorlandbecken im Allgemeinen und deren Sedimentfüllung im Besonderen, sind auf Grund ihrer herausragenden Bedeutung als Lagerstätten für Kohlenwasserstoffe nicht nur von wissenschaftlichem, sondern ebenfalls von allgemeinem wirtschaftlichem Interesse. Die guten Aufschlussverhältnisse ermöglichen eine detaillierte Beschreibung der Entwicklung von tiefmarinen zu kontinentalen Ablagerungsbedingungen. Darüber hinaus bildet die SSt-Abfolge ein wichtiges, hochauflösendes Archiv innerhalb des Jaca Beckens, das für die geowissenschaftliche Forschung Informationen über die Geschichte der pyrenäischen Gebirgsbildung gespeichert hat. Daher wurde die SSt-Abfolge mittels verschiedener geowissenschaftlicher analytischer Methoden untersucht und die Daten zu einem Ablagerungsmodell zusammengefügt. Dieses Ablagerungsmodell wurde dann im Spannungsfeld der pyrenäischen Gebirgsbildung interpretiert. Die SSt-Abfolge ist entlang von zwei räumlich getrennten morphologischen Rücken, die den Nord- und Südschenkel der Basa Antiklinale repräsentieren, hervorragend aufgeschlossen. Innerhalb der Nord- und Südschenkel lassen sich die Einheiten der SSt-Abfolge sowohl rein optisch als auch durch Ablaufen einzelner Horizonte über weite Strecken verfolgen. Jedoch ist die Verknüpfung der Einheiten des Nordschenkels mit denen des Südschenkels nicht möglich, da eindeutige Markerhorizonte fehlen. Die Abfolgen, die entlang des nördlichen Schenkels der Basa Antiklinale aufgeschlossen sind, können daher nicht ohne weiteres mit jenen des südlichen Schenkels korreliert werden. Deshalb wurden die Sedimente der SSt-Abfolge detailliert bearbeitet um einen umfassenden Datensatz zu erhalten auf dessen Basis ein zeitlich einhängbarer Rahmen für beide Aufschlussbereiche erstellt werden konnte. Diese wiederum ermöglichten eine Verknüpfung beider Bereiche und schafften damit den Grundstock für das Erstellen eines großräumigen Ablagerungsmodells der SSt-Abfolge. Im Zuge dieser Arbeit fanden unterschiedliche Methoden Anwendung. Gammaspektrometrie wurde kombiniert mit der Aufnahme lithostratigraphischer Profile. Die Methode der Niedrig-Temperatur Thermochronologie diente zur Abschätzung der heute bereits erodierten Sedimentgesteinsmächtigkeiten. Die Daten der Gammaspektrometrie unterstützten die Faziesanalyse und die sequenzstratigraphische Korrelation innerhalb der SSt-Abfolge sowie zwischen dem Nord- und Südschenkel der Basa Antiklinale. Die Ergebnisse der detaillierten Faziesanalyse und Gammaspektrometrie ergaben ein wiederkehrendes Muster aus verschiedenen Faziestypen, die Lithologien von Mergelsteinen bis hin zu Konglomeraten umfassen. Faziesmuster, sowie laterale und vertikale Faziesverzahnungen spiegeln verschiedene Ablagerungsbereiche eines Deltas wider, die von Prodelta bis zur Deltaebene reichen. Diese Erkenntnisse ermöglichten die Entwicklung des Ablagerungssystems zu charakterisieren und steuernde Faktoren zu erfassen. Diese Studie profitiert von der Anwendung und Integration verschiedener Methoden, die es erlauben die Ablagerungen der SSt-Abfolge von verschiedenen Gesichtspunkten zu studieren und ein zeitlich kalibriertes Modell zu erstellen. Auf dieser Basis konnten zwei Delta-Ablagerungssequenzen identifiziert, die Ablagerungsgeschichte rekonstruiert und steuernde Faktoren erkannt werden. Die Entwicklung des Jaca Beckens repräsentiert ein typisches „Process Response System“, in dem die fortschreitende Orogenese das Jaca Becken zu einem „Huckepack Becken“ (Piggyback Basin) umformt. Dies führt zu einem sukzessiven Transport des Beckens bei gleichzeitiger Subsidenz nach Süden. Diese dynamische Entwicklung ist in dem Sedimentarchive gespeichert. Das Sedimentarchive spiegelt im ersten Stadium ein teilweise und im zweiten Stadium ein voll entwickeltes Delta wieder. Während die Boltaña Antiklinale im ersten Stadium das Liefergebiet bildet wird im zweiten Stadium die Zentrale Axial Zone der Pyrenäen das dominante Liefergebiet.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Zühlke, Dr. RainerHD
Date of thesis defense: 20 December 2007
Date Deposited: 06 Feb 2008 11:17
Date: 2007
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institut für Geowissenschaften
Subjects: 550 Earth sciences
Uncontrolled Keywords: Jaca Becken , Südliche Pyrenäen , Huckepack Becken , Gammaspekrometrie , SequenzstratigraphieJaca Basin , Southern Pyrenees , piggyback basin , gamma ray spectrometry , sequence stratigraphy
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