Stratigraphie und Sedimentologie (Geochemie, Schwermineralanalyse) der Oberkreide von Bahariya und ihre Korrelation zum Dakhla-Becken (Western Desert, Ägypten)

Dominik, Wilhelm

Persistent URL: http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?gldocs-11858/11880
DOI: 10.23689/fidgeo-6183
Dominik, Wilhelm, 1985: Stratigraphie und Sedimentologie (Geochemie, Schwermineralanalyse) der Oberkreide von Bahariya und ihre Korrelation zum Dakhla-Becken (Western Desert, Ägypten). Berliner geowissenschaftliche Abhandlungen. Reihe A, Geologie und Paläontologie; Band 62, Reimer, Berlin, 220 S., DOI: 10.23689/fidgeo-6183. 

Abstract

Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen klastische, oberkretazische Sedimente von Bahariya, Farafra, Dakhla und Kharga (Western Desert/Ägypten) , die komplex biostratigraphisch , sedimentologisch, schwermineralanalytisch und geochemisch untersucht wurden. Um den Anschluß im Hangenden und Liegenden herzustellen, wurden jedoch auch Sedimente aus dem Apt und Paleozän mit einbezogen. Fauna und Flora sind reich in der Bahariya Formation vertreten. Zur Interpretation der fossilarmen oder fossil leeren klastischen Folge wurde eine Schwermineralanalyse für die Sandsteine und geochemische Untersuchungen für die Tonsteine angewendet. Für die klastischen Sedimente der Oberkreide von Bahariya und Farafra wird eine neue stratigraphische Untergliederung mit einer revidierten Alterseinstufung eingeführt. Die Bahariya Formation enthält nun von unten nach oben drei Schichtglieder: das Gebel Ghorabi Member (A), das Gebel Di st Member (B) und das El Heiz Member (C). Die Untergl iederung wird nach faziellen Gesichtspunkten vorgenommen: Schichtglied A setzt sichüberwiegend aus fluviatilen Sandsteinen zusammen, die innerhalb der Oasendepression nur im Bereich der Antiklinen zu finden sind. Schichtglied B, eine ästuarine, stark gezeitenbeeinflußte Sequenz, ist im Nordteil der Oase, im Bereich des Gebel Dist, am besten aufgeschlossen. Schichtglied C schließlich repräsentiert den lagunären bis supratidalen Abschnitt, der früher als El -Heiz Formation von der Bahariya Formation getrennt wurde*, hier deutet sich nach dem kurzen Höhepunkt der Obercenoman-Transgression bereits der allmähliche Rückzug des Meeres an. Fauna und Flora finden sich besonders häufig im Gebel Dist Member, in einem weiten Feld verschiedenster Faziesbereiche. Die Organismen, die häufig an brackische Verhältnisse angepaßt sind, dokumentieren einen für ästuarine Bedingungen charakteristischen Sedimentationsraum. Zahlreiche marine Fische lassen sich in den Kanalsystemen nachweisen neben Austernbänken, die sich an den Uferzonen des Ästuars entwickelten. Landlebige, großwüchsige Wirbeltiere und aquatisch lebende Lungenfische, Schildkröten und Krokodile, die hier zusammen mit zahlreichen Pflanzenresten eingeschwemmt wurden, entstammen dem landwärtigen Teil des Ästuars. Typische Marschablagerungen mit Wurzelhorizonten und Süßwassersümpfe mit einer charakteristischen Pflanzenwelt zeigen sich in der lateralen Erstreckung. Glaukonitsande in den der Ästuarmündung vorgelagerten Sandplaten führen neben Austern Plesiosaurierreste, Seeschlangen {Symoliophis sp.) und andere ausschließlich marine Wirbeltiere. Paläokl imatologisch läßt sich für das Cenoman von Ägypten ein subtropisch bis tropisches Klima in einem Monsungebiet mit jahreszeitlich bedingten Trockenzeiten bestimmen. Die Ammoniten fleolobites vibrayeanus d'ORBIGNY, Heolobztes peroni HYATT und Neolobites schweinfurthi ECK, die in kurzfristig lagunären bis flachmarinen Einschaltungen des Gebel Dist Members, ansonsten im El Heiz Member vorkommen, sowie die zahlreichen Austern belegen ein obercenomanes Alter der gesamten Bahariya Formation. Die Invertebraten, die Vertebraten, sowie Teile der Flora sind mit entsprechenden Formen von Djoua in Tunesien und anderen Regionen Nord- bzw. Zentralafrikas und der Bellas-Stufe Portugals vergleichbar. Die Angiospermen-Flora zeigt eine Zusammensetzung ähnlich der Potomac-Flora Nordamerikas. Schwermineralogische Untersuchungen der gesamten kretazischen Abfolge vom Apt bis zum Campan im Bereich der Bahariya-Schwelle und im Dakhla-Becken lassen eine Gliederung des Gebietes in drei regionale Schwermineralprovinzen erkennen. Die Schwermineralprovinz der Bahariya Formation (Obercenoman) entstammt dem Uweinatgebiet oder der Calanscio-Uweinat-Schwelle und enthält größtenteils ein instabiles Schwermineral Spektrum (Disthen, Staurolith, Epidot, Zoisit und Granat), das die typische Zusammensetzung hochmetamorpher Ausgangsgesteine granulitischer Fazies aufweist. Innerhalb dieser Provinz lassen sich vier vertikale Zonen unterscheiden, die sich durch sämtliche Profile verfolgen lassen. Die auffälligste Schwermineralassoziation(die Granat/Epidot-Zone) mit bis zu 90% verwitterungsempfindlichen Mineralen zeigt der obere ästuarine Zyklus des Gebel Di st Members. Hier deutet sich an, daß mit der fortschreitenden Cenoman-Transgression frische Grundgebirgsmaterialien in das Becken transportiert wurden. Die jetzt als subtidales Obercampan interpretierten"nubischen" Sedimente im Nordostteil der Farafra-Oase(Wadi Hennis Fm, nov.) unterscheiden sich in ihrem Schwermineralinhalt deutlich vom Obercenoman der Bahariya Formation. In der darüberliegenden Hefhuf Formation lassen sich in Ain Maqfi und in Wadi Hennis heteromorphe Ammoniten (Obercampan), sowie zahlreiche Muscheln, Gastropoden und Wirbeltierreste nachweisen. Eine weitaus stabilere und sehr einheitliche Schwermineralprovinz erscheint im zentralen Teil des Dakhla-Beckens(Apt-Campan). Das Material geht hier auf die Uweinat-Assuan-Schwelle und damit auf Granite und granitische Gneise zurück. Zirkon, Turmalin und Rutil dominieren, dennoch zeigen die Sedimente auch hier teilweise geringe Reifegrade. Es ist eine Entwicklung zu erkennen von frischen Materialien an der Basis zu allmählich reiferen am Top der Sequenz. Deutlich lassen sich mittels Schwermineral Varietäten und durch die Bestimmung des Reifegrades drei Sedimentationszyklen erkennen, die dem Transgressions- Regressionsablauf der Western Desert Ägyptens zugeordnet werden können : die Apt-Transgression (Six Hills und Abu Ballas Formation), die Cenoman-Transgression (Sabaya Formation, z.T. noch Oberalb, und Maghrabi Formation) und die Campan-Transgression (Mut und El-Hindaw Formation). Die Taref Formation ist vermutlich im Turon zur Ablagerung gekommen. Das Material der dritten Schwermineralprovinz aus dem Bereich Kharga/Baris (Cenoman-Campan) ist auf ein Liefergebiet im Südosten zurückzuführen. Eine eingehende Profi laufnahme in der bisher als Baris Formation bezeichneten Abfolge macht eine Zugehörigkeit zur Mut Formation deutlich. Eine reiche Vertebraten-Fauna und eine moderne Angiospermen-Flora weisen auf ein mittel- bis obercampanes Alter. Faziell zeigen die fossilreichen Abschnitte ähnlich brackisch-ästuarine Verhältnisse wie das Obercenoman der Bahariya Formation. Der überwiegende Teil der Formation ist jedoch unter lagunären, zum Teil hypersal inaren Bedingungen zur Ablagerung gekommen. Die darüberliegenden phosphatreichen Obercampan-Sedimente lassen eine allmähliche Entwicklung aus der Mut Formation erkennen. Die Phosphate, Äquivalent der Hefhuf Formation Bahariyas und Farafras bzw. der Duwi Formation der Eastern Desert, werden hier El-Hindaw Formation genannt. Eine tektonische Phase läßt sich an der Wende Campan/Maastricht in Bahariya und Farafra deutlich an der Winkeldiskordanz zwischen der Hefhuf und der Khoman Formation erkennen. Diese Hebungstendenz wird ebenso für den Bereich der Kharga-Schwelle angenommen. Geochemische und röntgenographische Untersuchungen von Tonmineralen, die gesamte Sedimentfolqe der Ostflanke des Dakhla-Beckens vom Apt bis ins Paleozän beinhaltend, konnten mittels multi variater Statistik zur Klassifizierung von Probengruppen und Variablengruppen herangezogen werden. Die Analyse beschränkte sich auf die Tonfraktion feinklastischer Proben, um typische, faziesabhängige Elementverteilungen zu definieren und Korngrösseneffekte zu eliminieren. Die 24 gemessenen Elemente (B, Rb, Li, Zn, V, Ni, Pb, Cu, Cr, Co, Ga, Sr, Ba, Ca, Mg, Al, Fe, Mn, Th, Ti, Zr, Y, C, S) wurden mittels der Faktorenanalyse auf 6 erklärbare Faktoren reduziert. Von Bedeutung für faziesanalytische Betrachtungen sind 3 Faktoren, der marine Faktor : B, Rb, Mg, Fe und Ca, der terrestrische Faktor : Al, Ti, Zr, Li und Ga, und eine komplexe Gruppe aus drei Teilfaktoren, : a) C, Cu, V, S, Co, Pb, Zn und Cr, b) Ba, Sr, Pb und S, c) Ni, Co, Zn, Mn und Fe, die auf den organischen Anteil der Proben und auf schwankende Eh/pH-Bedingungen im ehemaligen Ablagerungsraum zurückgehen. Eine Clusteranalyse mit den Elementen B, Rb und Mg ergab eine eindeutige Klassifizierung in terrestrische und marine Proben, die sich anschaulicher in der Dreiecksdarstellung - Bor/Rubidium/Zirkonium - beschreiben läßt. Auf diese Weise ist die Maghrabi Formation geochemisch mit der Bahariya Formation (Obercenoman) zu korrelieren.


Biostratigraphical , sedimentological and geochemical investigations and the analysis of the heavy minerals were the major topic of these studies on the clastic Upper Cretaceous sedimentary rocks of Bahariya, Farafra, Dakhla and Kharga (Western Desert/Egypt) . However, in order to establish a connection with stratigraphically older and younger successions, sediments of Aptian and Paleocene age were additionally investigated. Fauna and flora are rich in the Bahariya Fm. To interpret the clastic sequence which is poor in fossils, a heavy mineral analysis for sandstones and geochemical investigations for claystones were carried out. A new stratigraphic subdivision and a revised age has been established for the clastic Upper Cretaceous of Bahariya and Farafra. The Bahariya Fm is divided from bottom to top into three members: the Gebel Ghorabi Member (A), the Gebel Dist Member (B) and the El Heiz Member (C). The subdivision is made by facial interpretations: Member A consists mainly of fluviatile sandstones which crop out within the Bahariya depression only around the anticlines. Member B is an estuarine sequence, which is strongly affected by the tides. It is developed best in the northern parts of Bahariya around the Gebel Dist. Member C finally represents the lagoonal to supratidal part, formerly separated as El -Heiz Fm from the Bahariya Fm. The gradual regression in member C started after the short peak of the Upper Cenomanian transgression. Fauna and flora are abundant in the Gebel Dist Member. Here a typical estuarine environment was established in an extensive area of different ranges of facies. The organisms often show a way of living adapted to the brackish conditions. Numerous marine fishes can be found in the channel systems next to oyster beds on the bars of the estuary. The terrestrial vertebrates, the aquatic lungfishes, turtles and crocodiles, illuviated together with numerous plants, are derived from the inner estuarine system. In the lateral extension, typical marsh sediments existed with rootlet beds and freshwater swamps which contain a characteristic flora. The glauconitic sands in the offshore bars in front of the mouth of the estuary yield besides oysters only marine vertebrates (plesiosaurs and the sea serpent Symoliophis sp.). During the Cenomanian there was a subtropical to tropical monsoon climate with seasonal dry periods in Egypt. The ammonites Neolobites vibrayeanus d'ORBIGNY, Neolobites peroni HYATT and Neolobites schweinfurthi, ECK which occur in the thin lagoonal to shallow marine intercalations of the Gebel Dist Member and mainly in the El Heiz Member prove, as well as the oysters, an Upper Cenomanian age of the complete sequence of the Bahariya Fm. The invertebrates, the vertebrates and partly the plants can be compared with correspondent species of Djoua in Tunisia and other regions of North and Central Africa, but also of the Bellas Stage of Portugal. The assemblage of the angiosperms is similar to the Potomac-Flora in North America. The investigations of the heavy minerals of the Cretaceous (Aptian - Campanian) around the Bahariya Uplift and in the Dakhla Basin confirm three heavy mineral provinces. The province of Bahariya (Upper Cenomanian) is derived from the area of Gebel Uweinat or from the Calanscio-Uweinat Uplift. The mainly unstable mineral association displays the typical distribution of high rank metamorphic rocks (kyanite, staurolite, epidote, zoisite and garnet). Within this province 4 vertical zones are well developed in all the sections. The most remarkable suite (the garnet/epidote zone with up to 90% unstable minerals) corresponds with the upper estuarine cycle of the Gebel Dist Member. At that time fresh material was transported from the basement complexes as a result of the progressive Cenomanian transgression into the basin. The "Nubian" of Ain Maqfi and Wadi Hennis (Wadi Hennis FM, nov.) which was interpreted as subtidal Upper Campanian sediments, show a distinct difference in the heavy mineral suites compared with the Upper Cenomanian of the Bahariya Fm. The subsequent stratigraphic unit, the Hefhuf Fm, yielded heteromorph ammonites (Upper Campanian) and numerous pelecypods, gastropods and vertebrates. The second heavy mineral province in the central part of the Dakhla Basin (Aptian - Campanian) contains a more stable and very homogeneous association. The sediments are derived from the Uweinat-Assuan Uplift and therefore from granites and granitic gneisses. Zircon and tourmaline are dominating. Nevertheless the sediments are partly of low maturity. A gradual tendency is common from a low maturity of the materials at the base of the sequence to a high maturity at the top. By means of varietal characteristics of the heavy minerals and the determination of the grade of maturity, three cycles of sedimentation are obvious corresponding to the evolution of transgression and regression in the Western Desert of Egypt: the Aptian transgression (Six Hills Fm and Abu Ballas Fm), the Cenomanian transgression (Sabaya Fm = partly Upper Albian, and Maghrabi Fm) and the Campanian transgression (Mut Fm and El-Hindaw Fm). It is likely that the Taref Fm was deposited in the Turonian. The third heavy mineral province around Kharga/Baris (Cenomanian - Campanian) is related to source rocks in the southeast. A detailed profiling in the so-called Baris Fm revealed the relation to the Mut Fm. A rich fauna of vertebrates and some angiosperms prove a Middle to Upper Campanian age. The parts of the sequence rich in fossils, show the same brackish estuarine conditions as the Upper Cenomanian of Bahariya. The main part of the formation was built up under lagoonal and saliniferous conditions. The phosphatic sediments on the top of the sequence show a gradual evolution from the lying Mut Fm. These phosphates, which are equivalent to the Hefhuf Fm of Bahariya and Farafra and also to the Duwi Fm of the Eastern Desert,are named: El-Hindaw Fm. Marked by an angular unconformity between the Hefhuf Fm and the Khoman Fm, a tectonical phase is recognizable at the Campanian/Maastrichtian boundary in the region of Bahariya and Farafra. For the Kharga Uplift area, the same tendency analogous to the Bahariya arch is discernible. Geochemical and radiographic investigations of clay minerals (Aptian - Paleocene of the eastern margin of the Dakhla Basin) allow a classification by multivariate statistics into groups of samples and chemical elements. The analysis is restricted to the grain-size of less than 2 mikron to define typical combinations of elements which depend on the paleoenvironment and to exclude grain-size effects. The 24 elements (B, Rb, Li, Zn, V, Ni, Pb, Cu, Cr, Co, Ga, Sr, Ba, Ca, Mg, Al, Fe, Mn, Th, Ti, Zr, Y, C, S) have been reduced by means of the factor analysis to six significant factors. Three factors are important for the geochemical facies interpretation: the marine factor : B, Rb, Mg, Fe and Ca the terrestrial factor : Al , Ti, Zr, Li and Ga and a complex group consisting of 3 subfactors: a) C, Cu, V, S, Co, Pb, Zn und Cr b) Ba, Sr, Pb and S c) Ni, Co, Zn, Mn and Fe which results from the organic matter of the samples and from the variations in the Eh/pH-conditions in the ancient sedimentary basin. A cluster analysis using boron, rubidium and magnesium yielded a clear separation of terrestrial and marine samples. A description of this classification is more evident in the triangular diagram: boron - rubidium - zirconium. By this means it is possible to correlate the Maghrabi Fm and the Bahariya Fm (Upper Cenomanian).