Sentrale Spitsbergen: Avsetningsmiljø midtre karbon perm tidligste trias. Hans Arne Nakrem, Geologisk museum, Universitetet i Oslo (august 2002)

Transkript

1 Sentrale Spitsbergen: Avsetningsmiljø midtre karbon perm tidligste trias. Hans Arne Nakrem, Geologisk museum, Universitetet i Oslo (august 2002) Etter et større brudd i avsetningen mot slutten av devon, ble det kontinuerlig avsatt materiale gjennom karbon og perm. Avsetningene ble styrt av områdets tektonikk, den klimatiske endringen som oppsto bl.a. ved at Svalbard-området beveget seg nordover, samt omfattende hivnivåforandringer. Klastiske avsetninger med kull i tidlig karbon ble avløst av marine karbonater, grunnmarine evaporitter og til slutt spikulittiske skifre mot slutten av perm. Varmt fuktig klima ble avløst av tørre perioder, og til slutt et kjøligere klima, samtidig som den tektoniske aktiviteten avtok. Beskrivelsen her dekker i det vesentligste utviklingen av Gipsdalen- og Tempelfjordgruppene i sentrale/ nordlige Spitsbergen, indre Isfjorden og områdene rundt. Billefjordengruppen (seneste devon-tidlig karbon [visé]) er dominert av ikke-marint materiale avsatt under et varmt, fuktig klima, kontrollert av tektoniske bevegelser (ekstensjon, innsynkning og grabendannelser). Fluviale og lakustrine systemer dannet grå sandsteiner rike på plantefossiler, kull og organisk rike skifre (Mumienformasjonen). Totalt ble det avsatt over 1250 m sedimenter i disse bassengene (tynnende ut til 0 m mot kantene). Svalbard antas å ligge på 25-30º N bredde på denne tiden. Alluviale vifter, deltaer m.m., tidlig karbon Gipsdalengruppen Overgangen fra Billefjorden- til Gipsdalengruppen er karakterisert av klastiske røde sandsteiner ( red beds ) med lateralt utviklete evaporitter og andre grunnmarine karbonater. Årsaken til endret sedimentasjonsregime er en overgang til et mer arid (tørt) klima og en generell heving av havnivået, en marin transgresjon. Den tektoniske aktiviteten langs marginene av Billefjorden- og St.Jonsfjordentrauene (på hver side av Nordfjordblokken [NF-blokken]) avtok utover i karbon, men 1

2 Der ikke annet er nevnt, er figurene fra Harland (1997) Rutemønster=land innsynkningen er påviselig gjennom hele perm (t.o.m. utviklingen av Kapp Starostinformasjonen). Utviklingen i Billefjordentrauet er representert med en ca 1 km tykke lagpakke av alluviale vifter og deltaer som bygget seg ut østover fra NFblokken, og videre østover assosiert med grunnmarine karbonater og evaporitter. Bassenget åpnet seg sannsynligvis mot nord (paleostrømmålinger). Tektoniske bevegelser og en generell transgressiv utvikling førte til dannelse av alternerende klastiske sedimenter og marine karbonater. Etter hvert ble også den østlige plattformen transgredert, med avsetninger av marine karbonater direkte på Hecla Hoek-bergarter ( grunnfjell ). St.Jonsfjordentrauet vest for NF-blokken fikk sedimenttilførsel både fra øst og vest. Gjennom moscov hadde det etablert seg marine forhold gjennom hele bassenget, men NF-blokken (mest hevet i øst) ble ikke oversvømt før i gzhel. Inntil da dannet denne blokken en effektiv barriere mellom bassengene i øst og vest. I Billefjordentrauet utviklet det seg lagunale forhold, der rev (bryozoer, alger) vokste på NFblokkens østre marginer (øvre Minkinfjellet- og Wordiekammenformasjonene). Mindre tektoniske bevegelser (hevinger av land) rundt overgangen karbon-perm førte til ersosjonsflater og små brudd i sedimentasjonen. I tidligste perm (assel, Tyrrellfjellet-leddet) fortsatte transgresjonen, og åpenmarine forhold etablerte seg i hele området. Langs marginene av NF-blokken utviklet det seg nå nye revformer, dominert av Palaeoaplysina (en mulig hydrozo) og alger. Disse oppbygningene finnes flere km utover i Billefjordentrauet, og er godt kjent fra samtidige avsetninger på Bjørnøya (i Kapp Dunérformasjonen, i Sverdrupbassenget, samt i Timan-Pechora-bassenget hvor de danner petroleumsreservoarer). 2

3 Hypersaline laguner ble dannet mellom oppbygningene og land, der fusulinider opptrer i store mengder, og har dannet den organisk rike fusulinakalken (Brucebyenlaget i Tyrrellfjellet-leddet). Den videre transgresjonen dannet kompakte karbonater/dolomitter over oppbygningene, og her har man altså utviklet både en kildebergart ( fusulinakalken ), mulige porøse reservoarer (revoppbygningene) og tette lag over. En lignende utvikling er påvist i Barentshavet, Finnmarkplattformen (Bugge et al. 1995, Ehrenberg et al. 2000). Mot slutten av sakmar endret avsetningsforholdene seg ved at en større regressiv utvikling tok til. Avsetningene endret seg fra åpenmarine karbonater med et rikt liv (koraller, revdannere, bryozoer, brachiopoder m.m.) til dolomitter og evaporitter, med et sterkt redusert (makroskopisk) liv (foraminiferer [ småforaminiferer og noen fusulinider] og snegler). Disse evaporittene (Gipshukenformasjonen) ble dannet sentralt og i vest, over St.Jonsfjordtrauet og NF-blokken, mens det i øst ble avsatt dolomitter (uten evaporitter). Breksjer er observert assosiert med evaporittene, disse kan være dannet synsedimentært eller som et resultat av diagenetiske oppløsnings- og kollapsfenomener (porøsitets-økende). Toppen av Gipshukenformasjonen inneholder enkelte steder rotstrukturer, og er generelt erosiv. Dette vitner om svært grunne/terrestriske forhold, og det oppsto et brudd i sedimentasjonen (sen artinsk). Svalbard antas på denne tiden å ligge på ca 35º N bredde. Overgangen til Tempelfjordengruppen (Kapp Starostinformasjonen i dette området) er markert med en ny transgresjon, og dannelsen av Vøringenleddet, en opp mot 20 m tykk basal sandig bioklastisk enhet bestående av brachiopoder, krinoid-sand og bryozoer. Videre oppover 3

4 består formasjonen av alternerende silisiklastiske skifre, spikulittiske skifre, (forkislete) kalkbenker og i enkelte områder glaukonittiske sandsteiner. Formasjonen er over 400 m tykk i typeprofilet (Festningen, St.Jonsfjorden-trauet), ca 220 m i Dickson Land og under 10 m på sørlige Spitsbergen (nær Hornsundryggen). Svalbards fortsatte nordlige bevegelse (40-45 ºN) kombinert med endrete oseaniske regimer (strømninger) og avsetninger på dypere vann, medførte en biotisk utvikling av kaldtvannsformer, bl.a. kiselsvamper, men også videreføring av brachiopoder og bryozoer. Fusulinider, som er viktige i dateringer av sen-paleozoiske bergarter forsvant i sakmar (Spitsbergen) og artinsk (Bjørnøya), mens de døde ut nær P/ T-grensa i de varmere ekvatoriale Tethys-farvannene. Avsetningsmiljøet gjennom Kapp Starostinformasjonen (på Akseløya og på Dickson Land) er nylig beskrevet av Ehrenberg et al. (2001), som deler enheten inn i 7 (8) litologiske enheter (se figuren under): FA-1 (Nederst) Bioklastisk brachiopode-kalk (Vøringenleddet), en transgressiv strandavsetning, tett sementert av grovsparittisk kalsitt FA-2 Bryozokalk, ofte forkislet, bioklastisk, rik på grenformete og fenestrate bryozoer i en matriks av slamstein og spikulitt. Tolkes som en mer distal karbonatbanke (enn FA-1) (assosiert med og/eller innenfor de mørke spikulittene; FA-4), til dels stormpåvirket (gradert lagning) og omarbeidete, kiler ut (fra Akseløya mot Dickson Land) FA-3 Lys spikulitt, avsatt under oksygenrike forhold under stormbasis, grunnere forhold enn FA-4, kiselsvamper dannet muligens oppbygninger ( rev ) FA-4 Mørk spikulitt (det vanligste sedimentet gjennom formasjonen), avsatt under oksygenrike forhold under stormbasis, dypere (mer distalt?) enn FA-3, FA-5 Siltholdig kalk-slamstein (kun utviklet i tids-samtidige enheter i Barentshavet) FA-6 Silisiklastisk skifer, chert eller slamsteinmatriks, omfattende bioturbasjon, distale- eller kanskje prodelta-avsetninger, men mer landnært enn bryozokalkene (FA-2) FA-7 Glaukonittisk sandstein, bioturbert, rik på svampspikler, glaukonitt-pellet utgjør 5-20% av sandkornene, fosfatkorn også vanlig, tolket som en mulig distal sandbanke eller dannet ved distal massetransport FA-8 Fosfat-horisonter, tolket som perioder med kondensert sedimentasjon, hardbunn-utvikling, eller omarbeidete noduler/klaster, manglende/sterkt redusert biogen produksjon og/eller strømforhold som har fjernet sediment. Ehrenberg sammenligner Svalbards (og Barentshavets) spikulitter med amerikanske hydrokarbonreservoarer i spikulitter (fra karbon), og viser til at slike lyse spikulitter i Barentshavet kan ha reservoarpotensiale, forseglet av tette bryozo-kalker. Faciesutvikling. Kapp Starostinformasjonen, distalt (Akseløya) og proksimalt (Dickson Land) 4

5 Basal trias i området er representert med Vardebukta- og Vikinghøgdaformasjonen (laterale ekvivalenter nederst i Sassendalgruppen). Paleogeografien viser land i vest med deltautvikling mot øst, via barrieresystemer (sand) og grunn (og etter hvert dypere) sokkelsedimentasjon. Avsetningene består utelukkende av marine silisiklastiske bergarter, mest mørke skifre. Analyser utført i Kapp Starostinformasjonen og Vardebuktaformasjonen på Spitsbergen (bl.a. Wignall & Twitchett, 1996) tyder på at intervallet noen meter ned i Kapp Starostin-formasjonen til 60 m.o.b. av Vardebuktaformasjonen er karakterisert av anoksia (anoksiske bunnforhold) ut fra manglende bentiske fossiler, manglende bioturbasjon, finlaminerte lag med pyritt. Fossilene i denne delen av lagrekka består av pelagiske organismer, ammonoidéer og andre bløtdyr. Videre lesning Aga, O. J. & Worsley, D The geological history of Svalbard. Evolution of an Arctic archipelago. 121 pp. Stavanger: Statoil. Bugge, T., Magerud, G., Mørk, A., Nilsson, I., Elvebakk, G., Fanavoll, S. & Vigran, J. O Upper Palaeozoic stratigraphy on the Finnmark Platform, Barents Sea. Norsk Geologisk Tidsskrift 75, Ehrenberg, S. J., Pickard, N. A. H., Svånå, T. A., Nilsson, I. & Davydov, V. I Sequence stratigraphy of the inner Finnmark carbonate platform (Upper Carboniferous- Permian), Barents Sea correlation between well 7128/6-1 and the shallow IKU cores. Norsk Geologisk Tidsskrift 80, Ehrenberg, S. J., Pickard, N. A. H., Henriksen, L. B., Svånå, T. A., Gutteridge, P. & Macdonald, D A depositional and sequence stratigraphic modell for cold-water, spiculitic strata base don the Kapp Starostin Formation (Permian) of Spitsbergen and equivalent deposits from the Barents Sea. AAPG Bulletin 85 (2), Harland, W. B. (Ed.) The Geology of Svalbard. Geological Society (London), Memoir 17, 521 pp. Mørk, A., Elvebakk, G., Forsberg, A. W., Hounslow, M. W., Nakrem, H. A., Vigran, J. O., Weitschat, W The type section of the Vikinghøgda Formation: a new Lower Triassic unit in central and eastern Svalbard. Polar Research 18(1), Pickard, N. A. H., Eilertsen, F., Hanken, N.- M., Johansen, T. A., Lønøy, A., Nakrem, H. A., Nilsson, I., Samuelsberg, T. J. & Somerville, I. D Stratigraphic framework of Upper Carboniferous (Moscovian- Kasimovian) strata in Bünsow Land, central Spitsbergen: palaeogeographic implications. Norsk Geologisk Tidsskrift 76, Skaug, M., Dons, C. E., Lauritzen, Ø. & Worsley, D Lower Permian palaeoaplysinid bioherms and associated sediments from central Spitsbergen. Polar Research 2, Wignall, P. B. & Twitchett, R. J Oceanic anoxia and the end-permian mass extinction. Science 272,