Facies analysis of a higly cyclic sedimentary unit: the Late Hauterivian to Early Barremian Agua de la Mula Member of the Agrio Formation, Neuquén Basin, Argentina

ARCHUBY, FERNANDO M; FÜRSICH, FRANZ T

Beringeria

Freunde der Würzburger Geowissenschaften

Lugar: Erlangen; Año: 2010 vol. 41 p. 77 - 127

0937-0242

Abstract: This article contains the facies analysis of the highly cyclic Upper Hauterivian to Lower Barremian Agua de la Mula Member of the Agrio Formation (Neuquén Basin, Argentina). The study was developed to test the hypothesis that the occurrence of particular facies can be predicted every time the sequence stratigraphic model can be applied. The multi-facetted approach based on detailed bed-by-bed collection of sedimentological, stratigraphic, ichnological, taphonomic, and palaeoecological data led a precise palaeoenvironmental interpretation within a controlled bio- and sequence-stratigraphic framework. The facies and facies associations are based mainly on lithological aspects. Three main groups of facies and facies associations are distinguished: (a) siliciclastic, (b) mixed, and (c) carbonate. The first group comprises facies and facies associations linked to regressive phases of short sequences (so-called dilution hemi-sequences) and is characterised by deposition of terrigenous siliciclastic material, while the second and third group include rocks varying widely in terms of composition that share a condensed nature (so-called starvation hemi-sequences). Together they form starvation/dilution sequences. Siliciclastic facies dominate over mixed ones. Carbonate facies are the least represented. The distinct heterogeneity of facies types and successions correlates with both, the observed cyclic patterns and the upward reduction in siliciclastic input. The starvation/dilution sequences, which shape the cycle pattern, are present throughout the sections. They consist of alternations of terrigenous-starved and terrigenous-diluted beds. Features of starvation/dilution sequences change according to their position within the sections, but there is always a contrast between the lower starved and the upper diluted hemisequence. Facies of starvation/dilution sequences are finer- or coarser-grained, following the deepening and shallowing trend, respectively of major sedimentary sequences. Predictions of facies occurrence can be improved, if the position within the sedimentary sequence (transgressive systems tract or regressive systems tract) is also considered. In this way, facies of starvation/dilution sequences corresponding to the early/late transgression and regression as well as to the maximum flooding zone can be predicted. Superimposed cyclicities of different hierarchies alter the resulting patterns. Most of the Agua de la Mula Member of the study area can be interpreted to represent a siliciclastic open ramp. Carbonate-rich beds formed as concentrations of invertebrate hard-parts produced during terrigenous starvation in a siliciclastic system during transgressions rather than by increased carbonate production. The reduced terrigenous input observed in the last 150 m of the two investigated sections resulted in facies that can be better explained by carbonate models. However, even in this setting siliciclastic facies are well represented during major regressions. Zusammenfassung: Die zyklische Abfolge des Agua de la Mula Member (Ober-Hauterive bis Unter-Barreme) der Agrio-Formation des Neuquén-Beckens von Argentinien besteht vorwiegend aus siliziklastischen, seltener aus karbonatischen und gemischt siliziklastisch-karbonatischen Gesteinen. Das Member wird als Ablagerung einer offenen, vorwiegend siliziklastischen Rampe interpretiert. Karbonatreiche Lagen bildeten sich durch die Konzentration biogener Hartteile in Phasen von Mangelsedimentation innerhalb des siliziklastischen Systems während Transgressionen und nicht infolge einer erhöhten Karbonatproduktion. In den obersten 150 m der untersuchten Profile ist der siliziklastische Anteil deutlich reduziert, so dass ein Karbonatsystem vorherrscht, in dem allerdings während ausgeprägter Regressionsphasen siliziklastische Sedimente immer noch eine große Rolle spielen.             Durch die Untersuchungen sollte die Hypothese getested werden, dass das Auftreten bestimmter Faziestypen vorhersagbar ist, sofern das sequenzstratigraphische Modell angewandt werden kann. Der vielseitige Ansatz, basierend auf der Schicht-für-Schicht Aufnahme sedimentologischer, stratigraphischer, ichnologischer, taphonomischer und paläoökologischer Daten führte zu einer präzischen Interpretation der Ablagerungsräume, eingebunden in ein biostratigraphisches und sequenzstratigraphisches Gerüst.             Drei Hauptgruppen von Fazies und Faziesassoziationen wurden unterschieden: eine siliziklastische Gruppe (a), eine gemischte Gruppe (b) und  eine karbonatische Gruppe (c). Gruppe (a) umfasst Fazies und Faziesassoziationen, die mit regressiven Phasen kurzer Sequenzen (sogenannten Verdünnungs-Hemisequenzen) in Verbindung stehen. Sie sind durch terrigene siliziklastische Sedimente charakterisiert, während die Gruppen (b) und (c) in ihrer Zusammensetzung sehr weit variieren können aber stets Anzeichen von Kondensation aufweisen (sogenannte Hunger-Hemisequenzen). Zusammen bilden sie Hunger-/Verdünnungssequenzen.             Die deutliche Heterogeneität der Faziestypen und ?abfolgen korreliert mit dem Zyklenmuster sowie mit der Reduktion des siliziklastischen Eintrags im Verlauf der Profilabfolge. Die Hunger-/Verdünnungs-Hemisequenzen bestimmen das Zyklenmuster und treten überall in den Profilen auf. Sie bestehen abwechselnd aus Schichten gekennzeichnet durch stark reduzierten terrigenen Eintrag und Schichten mit stark erhöhtem terrigenen Eintrag. Merkmale der Hunger-/Verdünnungs-Hemisequenzen ändern sich je nach ihrer Position innerhalb der Profile, aber die untere Hunger-Hemisequenz und die obere Verdünnungs-Hemisequenz unterscheiden sich stets deutlich.             Die Fazies der Hunger-/Verdünnungs-Sequenzen ist feiner oder gröber in Abhängigkeit von Eintiefungs- oder Verflachungstrends übergeordneter sedimentärer Sequenzen. Die Vorhersagbarkeit bestimmter Fazies lässt sich verbessern, wenn die Position innerhalb der sedimentären Sequenzen (TST bzw. RST) mit berücksichtigt wird. Auf diese Weise lässt sich die Fazies von Hunger-/Verdünnungs-Sequenzen früher bzw. später Transgressionen und Regressionen sowie der Zone maximaler Überflutung vorhersagen. Übergeordnete Zyklenhierarchien führen zu Änderungen der entstehenden Muster.