Adigrat sandstone in northern and central Ethiopia [Elektronische Ressource] : stratigraphy, facies, depositional environments and palynology / vorgelegt von Dawit Lebenie Enkurie

Enkurie L. Dawit

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• Publié par: technische_universitat_berlin
• Publié le: 01 janvier 2010
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• Langue: Deutsch
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Extrait

Adigrat Sandstone in Northern and Central Ethiopia:
Stratigraphy, Facies, Depositional Environments and Palynology




Vorgelegt von
Diplom-Geowissenschaftler
Dawit Lebenie Enkurie





Von der Fakultät VI – Planen Bauen Umwelt
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
"Doktor der Naturwissenschaften"
(Dr. rer. nat.)
genehmigte Dissertation



Promotionsausschuss:

Vorsitzender: Prof. Dr. rer. nat. Gerhard Franz
Berichter: Prof. Dr. rer. nat. Wilhelm Dominik
Berichter: Prof. Dr. rer. nat. Eberhard Klitzsch
Berichter: Dr. Robert Bussert

Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 04. Mai 2010




Berlin 2010
D 83
Adigrat Sandstone in Northern and Central Ethiopia:
Stratigraphy, Facies, Depositional Environments and Palynology*

von


Dawit Lebenie Enkurie**


Zusammenfassung

In Nord- und Zentral-Äthiopien sind bis zu 430 m mächtige, kontinentale und flachmarine
klastische Sedimentfolgen aufgeschlossen, die als ‘Adigrat-Sandstein’ bezeichnet werden. In
der vorliegenden Arbeit wurde auf Grundlage detaillierter stratigraphischer, sedimentfazieller
und palynologischer Untersuchungen dieser Schichtenfolgen im Mekelle- und Blauen-Nil-
Becken ein umfassendes Bild des zeitlichen und räumlichen Aufbaus der ‘Adigrat-
Sandsteine’ erarbeitet, wobei auch neue Erkenntnisse über die Entwicklungsgeschichte dieser
Sedimentbecken gewonnen wurden. Darüber hinaus wurde die stratigraphische Stellung der
Sedimentfolge mit Hilfe von Palynomorphen geklärt.
Die Schichtenfolge des ‘Adigrat-Sandsteins’ (Obertrias–Mitteljura) wird in drei durch
Diskordanzen (Hiaten) voneinander getrennte stratigraphische Einheiten gegliedert. Die
unterste Einheit (Einheit I) wurde im Keuper (oberstes Karn–unterstes Rhät) unter tidal-
ästuarinen und sturm-dominierten Bedingungen flachmarin abgelagert. Die Transport-
richtungen der Sedimente und die nach Nordosten hin zunehmende Mächtigkeit des
keilförmigen Sedimentkörpers weisen darauf hin, dass die Sedimente in einem weiträumigen,
flachen, nach Nordosten zur Neotethys hin geöffneten Golf abgelagert wurden. Dies bedeutet,
dass sich in der Obertrias von Nordosten her ein flacher Meeresgolf über die arabische
Plattform und Nord-Äthiopien höchstwahrscheinlich bis nach Zentral-Äthiopien hinein
erstreckt hat. Diese sich in der oberen Trias über Südarabien bis nach Äthiopien erstreckende
Meeresbucht der Neotethys ist eine wesentliche Neuerkenntnis zur Paläogeographie der
Region.
Die nächstjüngere stratigraphische Einheit (Einheit II) wurde im Untertoarcium
abgelagert. In Bezug auf Sedimentfazies und Ablagerungssysteme besteht diese Einheit im
Mekelle-Becken aus fluvio-deltaischen Sedimenten, die in einem aktiven Riftbecken
abgelagert wurden. Im Blauen-Nil-Becken bestehen die Sedimente dagegen aus
Ablagerungen von Barriere-Inseln und Gezeitenkanälen eines ‚barrier/inlet-spit’-Systems.
Die gleichbleibende Transportrichtung der Schichtenfolge der Einheit II in den voneinander
getrennten Sedimentbecken belegt einen generell nach Südosten geneigten Kontinentalrand.
Die Änderung der nach Nordosten gerichteten Sedimentschüttungen nach Südosten deutet auf
den Einfluß des beginnenden Riftings zwischen Ost- und Westgondwana während des
Toarciums und eine lokale Beckeninversion hin.


* Von der Fakultät VI – Planen Bauen Umwelt der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des
akademischen Grades "Doktor der Naturwissenschaften" (Dr. rer. nat.) genehmigte dissertation (D 83).
Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 04. May 2010
Vorsitzender: Prof. Dr. G. Franz
Berichter: Prof. Dr. W. Dominik, Prof. Dr. E. Klitzsch und Dr. R. Bussert
** Anschrift des Verfassers: Explorationsgeologie, TU Berlin, Sekr. ACK 1-1, Ackerstraße 76, 13355 Berlin
2 Die oberste stratigraphische Einheit (Einheit III) - die nur im Mekelle-Becken
ausgebildet ist - wurde im Obertoarcium–Untercallovium abgelagert, während sich im
Blauen-Nil-Becken in dieser Zeit Evaporite bildeten. Die zu dieser Zeit einsetzende
Entwicklung eines transgressiven Barrieren-Lagunen-Systems im Mekelle-Becken steht
vermutlich in Verbindung mit dem fortschreitenden Rifting zwischen Ost- und West-
gondwana. Der Wechsel von einem ‘Gilbert-Typ’-Delta zu einem Barrieren-Lagunen-System
deutet darauf hin, dass hierbei ein störungskontrolliertes, sich rasch vertiefendes Becken in
eine Meeresstraße mit einem geringen Küstengradienten überging. Die landwärtige
Verlagerung der Barrieren-Lagunen-Komplexe wird auf die von Südosten her vorgreifende
Transgression zurückgeführt, wobei vermutlich der Meeresspiegelanstieg die Sedimentzufuhr
überstieg. Mit dem danach erneut einsetzenden relativen Abfall des Meeresspiegels wurden
die zuvor abgelagerten barriere-formenden Sandsteine zunehmend durch zahlreiche
Gezeitenkanäle eingeschnitten. Gleichzeitig entstanden daneben progradierende Gezeiten-
und Strandebenen.
Pollen und Sporen aus 16 produktiven Oberflächenproben des ‘Adigrat-Sandsteins’
wurden drei informellen Sporomorph-Vergesellschaftungen zugeordnet. In aufsteigender
Reihenfolge sind dies die Vergesellschaftungszonen AZ I: Obertrias (oberstes Karn–unterstes
Rhät); AZ II: später Unterjura (Untertoarcium) und AZ III: später Unterjura–Mitteljura
(Obertoarcium–Untercallovium). Die wesentliche Merkmale der AZ I sind die Dominanz von
‘non-taeniaten’, bisaccaten Gymnospermen-Pollen (hauptsächlich Falcisporites), der
niedrigere Anteil von Pteridophyten-Sporen und das Fehlen von Pollen der ‘taeniaten’
bisaccaten- und Araucariaceae-Typen. AZ II wird durch die Vorherrschaft von inaperturaten
Gymnospermen-Pollen (Classopollis, Araucariacites und Callialasporites) und laevigaten
trileten Pteridophyten-Sporen charakterisiert. AZ III wird von trileten Sporen dominiert, die
eine vielgestaltige Skulptur besitzen (Ischyosporites, Klukisporites, Converrucosisporites und
Neoraistrikia). Trilete Sporen mit striaten Skulpturen (z.B. Cicatricosisporites) fehlen. Mit
diesem Ergebnis konnte erstmals palynologisch eine stratigraphische Gliederung der
Sedimentabfolge erzielt werden.


Abstract

In northern and central Ethiopia, continental to shallow-marine siliciclastic sediments of up to
430 m thick are exposed. These sediments are referred to as the ‘Adigrat Sandstone’. This
study provides a detailed investigation of the stratigraphy, sedimentary facies, depositional
environments and palynology of the ‘Adigrat Sandstone’ succession in the Mekelle and Blue
Nile basins in order to obtain a complete picture of the large-scale spatial/temporal stacking
patterns of depositional systems, whereby a new knowledge of the mode of evolution of the
basins and the mechanisms controlling their formation can be obtained. The study also
provides a more reliable stratigraphic position for the sandstone succession based on
palynological data.
Three unconformity bounded stratigraphic units have been identified within the Late
Triassic to Middle Jurassic ‘Adigrat Sandstone’ succession. Unit I that represents the lower
stratigraphic unit in both basins is Late Triassic (Late Carnian–Early Rhaetian) in age. It is
composed of transgressive tide-dominated estuarine and prograding storm-dominated
shoreface deposits. The overall northeastward-thickening wedge-shaped geometry of the
depositional body and the palaeocurrent patterns in both basins suggest that the sediments
accumulated on a vast slowly subsiding passive continental margin in a shallow gulf, which
extended northeast into the Neotethys. This indicates that the Late Triassic shallow gulf,
which encroached into the Arabian platform from the northeast, had most probably reached
the northern and central parts of Ethiopia. A Neotethyan seaway through Saudi Arabia into
3 Ethiopia has an important bearing on the palaeotectonic and palaeogeographic scenario of the
region at that time.
The second stratigraphic unit (Unit II) is Late Liassic (Early Toarcian) in age. No
direct similarity can be inferred regarding facies successions and depositional systems within
Unit II in the two basins. In the Mekelle Basin, the unit is composed of coarse-grained
sandstones and conglomerates of fluvial and deltaic origin whereas in the Blue Nile Basin the
unit is of barrier/inlet-spit origin. The fluvio-deltaic deposits in the Mekelle Basin have been
accumulated in an active rift basin. The key similarity in the strata of Unit II in both basins is
their similar palaeocurrent patterns, indicating deposition on a SE-dipping divergent
continental margin. The abandonment of the previously existing NE-dipping continental
margin and its replacement by a SE-dipping one can be best explained by rifting and basin
inversion, which is most probably associated with the break-up of East and West Gondwana
that commenced during the Toarcian.
The uppermost stratigraphic unit (Unit III), whi