Depositional environment, paleoecology and diagenetic history of the “marbre rouge à crinoïdes de Baelen” (Late Upper Devonian, Verviers synclinorium, Eastern Belgium)

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Résumé

Le "marbre rouge à crinoïdes de Baelen" est la seule structure récifale connue dans le Famennien du Massif Ardenno-Rhénan. Son origine semble être liée à la présence d'une faille transversale profonde (le linéament de Trier-Verviers) dans le Synclinorium de Verviers. Pendant une pulsation transgressive éphémère et un arrêt momentané des apports détritiques siliciclastiques, des carbonates se sont déposés sur des hauts-fonds marins offshore. Crinoïdes, algues vertes et éponges hexactines auraient d'abord abaissé la vitesse des courants locaux, tout en piégeant la boue calcaire.

Par la suite, cyanobactéries et algues ont largement contribué à la production de boue calcaire et ont fixé les bioclastes en place. Une subsidence discontinue aurait permis au "récif" d'atteindre régulièrement la base des vagues : ces oscillations sont réflétées par l'interstratification fréquente d'encrinites (calcaires packstones et grainstones crinoïdiques) dans la masse de boue calcaire. Cette dernière se présente sous forme de calcaire mudstone algaire, crypto-algaire (à stromatactis) et spiculitique, passant localement à des calcaires mudstones et floatstones algaires. Une cimentation sparitique précoce des cavités crypto-algaires aurait consolidé la masse de boue calcaire.

Des arguments paléoécologiques semblent indiquer un milieu de plateforme calme et/ou relativement profond pour les mudstones (présence d'éponges siliceuses et d'assemblages particuliers d'ostracodes silicifiés) mais toujours dans la zone photique (supérieure ?) vu l'abondance des Issinelles. Par contre, le contenu micropaléontologique des encrinites suggèrerait plutôt un milieu subtidal peu profond et plus agité (foraminifères pluriloculaires souvent brisés, oncoïdes à girvanelles, gastéropodes vermétiformes).

L'histoire diagénétique du complexe calcaire de Baelen a révélé l'influence successive d'eaux phréatiques marines (sparite fibro-radiée), marines-météoriques mixtes (silicifications, dolomitisations) et météoriques (calcite syntaxiale, coronae de dissolution géopétales, dédolomitisation), ce qui indiquerait une remontée progressive et une émersion probable du récif après son édification. Enfin, une forte pression-solution a produit des textures diagénétiques remarquables dans les calcaires impurs : structures stylolaminitiques et stylonodulaires. Le complexe calcaire de Baelen représenterait donc un récif stratigraphique, se situant dans un milieu de plate-forme ouverte, sur un site prédestiné, près de la base des vagues, et montrant certaines analogies avec les "mud mounds" et les récifs à débris sparitisés.

Un nouveau genre et deux nouvelles espèces sont décrits : Baculella gemma n. gen. n. sp. Conil & Dreesen (Micro-problematica) et Processobairdia dreeseni n. sp. Bless (Ostracoda).

Abstract

The "Marbre rouge à crinoïdes de Baelen" is the only Famennian reef-analogous structure known thus far in the Ardenno-Rhenish Massif. Its location within the Verviers Synclinorium is linked to the presence of deep-seated transversal faults. During a short-term transgressive pulse and a decrease of siliclastic detrital influx, carbonates were deposited on offshore, submarine structural highs. Initially, crinoids, dasyclads and sponges lowered the current velocity and trapped the lime mud. Subsequently, cyanobacteria and algae produced lime mud and/or fixed skeletal grains in place. Subsidence was important but discontinuous, so that the carbonate buildup has intermittently reached the wave base during its growth. These oscillations are reflected by the irregular but frequent inter-stratification of crinoidal packstones and grainstones within the mudstones. The latter include cryptalgal, algal and spiculitic mudstones, grading locally into algal bindstones and floatstones.

Early-diagenetic (synsedimentary) spar-cementing of the cavities consolidated the calcareous lime buildup. Paleoecological evidence points to a quiet and/or relatively deep shelf environment for the mudstones (siliceous sponges, silicified ostracode assemblages) whereas the abundance of Issinellids would still indicate the (upper ?) photic zone. The micropaleontological content of the crinoidal pack/grainstones rather suggests more shallow subtidal conditions (broken plurilocular foraminifers, girvanellid oncoids, vermetid gastropods). The observed diagenetic processes reveal subsequent influences of marine (fibroradiaxial calcite), mixed marine-meteoric (silicifications, dolomitization) and meteoric (syntaxial rim cements, solution coronas, dedolomitization) phreatic waters, indicating a gradual uplift and possible emersion of the Baelen buildups after their deposition. A strong pressure solution produced conspicuous iden-supported stylolaminitic or stylonodular fabrics within the impurer limestones facies. Thus the Baelen limestone complex is a stratigraphic reef, located on a predestinated mounding site in an open marine shelf setting near wave base, displaying characteristics of both a mud mound and a spar-cemented debris reef.

Baculella gemina n. gen. n. sp. Conil & Dreesen (Microproblematicum) and Processobairdia dreeseni n. sp. Bless (Ostracoda) are described as new.

Zusammenfassung

Der "Marbre rouge à crinoïdes de Baelen" im Synclinorium von Verviers ist die einzige z. Zt. bekannte riffähnliche Struktur im Famennium der Rhenö-Ardennischen Masse. Die Karbonatbildung erfolgte, bei reduzierter Schüttung klastischen Materials während einer kurzzeitigen Transgressionsphase, auf Hochzonen, die an tiefreichende Transversalstörungen gebunden sind. In der Anfangsphase wirkten Crinoiden, Grünalgen und Schwämme als Sedimentfänger, im weiteren Verlauf fungierten Algen und Cyanobakterien als Kalkschlammbildner und/oder fixierten Sediment und Bioklasten. Dabei wurden an Krypto-Algengefüge reiche spiculitische und Algen-mudstones gebildet, die lokal in Algen-bindstones bis -floatstones übergehen. Die unregelmässig verteilte aber häufige Einschaltung crinoidenreicher packstones und grainstones spricht dafür, dass das buildup - bei rascher aber unregelmässiger Subsidenz - zeitweise bis in den Bereich der Wellenbasis aufwuchs.

Der Fossilinhalt der mudstones lässt auf Ablagerung in einem ruhigen und/oder mässig tiefen Schelf-Bereich schliessen (Kieselschwämme, Zusammensetzung der Ostracodenfauna), wobei Massenvorkommen von Issinelliden für den (höheren ?) Bereich der photischen Zone sprechen. Der Mikrofossilinhalt der Crinoiden-packstones und -grainstones weist dagegen auf ein flacheres Subtidal hin (zerbrochene pluriloculare Foraminiferen, Girvanellen-Onkoide, vermiforme Gastropoden).

Die Hohlräume der Algen-Schwamm-buildups (Krypto-Algen-Hohlräume, Stromatactis) wurden frühdiagene-tisch (synsedimentär ?) zementiert. Im weiteren Verlauf der Diagenese ist eine Abfolge von marinen (radiaxialer fibröser Zement) über marin-meteorische (Verkieselung, Dolomitisierung) zu meteorisch-phreatischen Bedingungen (syntaxialer rim-Zement, solution coronas, Dedolomitisierung) erkennbar. Dies spricht für eine sukzessive Hebung und möglicherweise für Trockenfallen des Buildup der Ablagerung der Karbonate. Abschliessend führte intensive Drucklösung v. a. in den unreinen Kalken an der Basis und am Top zur Ausbildung stylonodularer, stylolaminitischer und iden-support-Gefüge. Der Kalk von Baelen wird daher als stratigraphisches Riff interpretiert, das sich in einer tektonisch vorgezeichneten Position im offenen marinen Schelfbereich nahe der Wellenbasis bildete und sowohl Merkmale eines mud mound als auch eines "spar-cemented debris reef" zeigt.

Folgende Taxa werden neu beschrieben : Baculella gemina Conil & Dreesen n.gen. n. sp. (Microproblematicum), Processobairdia dreeseni n. sp. Bless (Ostracoda).

Para citar este artículo

Acerca de: Roland Dreesen

Acerca de: Martin J.M. Bless

Acerca de: Raphaël Conil

Acerca de: Gerd Flajs

Acerca de: Christoph Laschet