Sediment supply versus storm winnowing in the development of muddy and shelly interbeds from the Upper Ordovician of the Cincinnati region, USA

Author： Dattilo Benjamin F. Brett Carlton E. Tsujita Cameron J. Fairhurst Robert

Publisher： NRC Research Press

ISSN： 1480-3313

Source： Canadian Journal of Earth Sciences, Vol.45, Iss.2, 2008-02, pp. : 243-265

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Abstract

Shell-bed development can be a product of complex sedimentological and biological factors. The Upper Ordovician sediments near Cincinnati, Ohio constitute a succession of thinly interbedded shelly carbonates and mudrocks. Despite years of study, the development of Cincinnatian shell beds and metre-scale cycles has, until recently, been attributed solely to storm reworking. This “storm-winnowing model” treats shells as passive sedimentary clasts, ignoring other factors of shell-bed development. A recently proposed alternative is Brett and Algeo’s idea that these shell beds grew during long periods of normally low sedimentation, while most mud accumulated during brief periods of high sedimentation. Under this “episodic starvation model,” any storms would winnow pre-existing muds and shell beds alike. We tested both models in the Edenian–Maysvillian (early to mid Katian) strata of the Cincinnati region by compiling observations on their petrologic, taphonomic, and paleoecologic characteristics. The storm-winnowing model does not explain several observed features that the episodic starvation model does, including (i)storm-related sedimentary structures in mudrocks and limestones; (ii) lack of a sufficiently fossiliferous precursor deposit to winnow; (iii)deep-water faunas in grainstones; (iv)mixed taphonomic conditions of shell-bed fossils; (v) ubiquitous discontinuity surfaces; (vi)carbonate concretion horizons; (vii)unwinnowed shell beds; and (viii)micrite in packstones. Episodic starvation is a superior explanation because it explains all of these features and allows for the complex interplay of other environmental and biological factors that contribute to shell-bed growth. It may also be applicable to other deposits, previously interpreted as tempestites.La formation de lits coquilliers peut être le résultat de facteurs sédimentologiques et biologiques complexes. Les sédiments de l’Ordovicien supérieur des environs de Cincinnati, en Ohio, constituent une succession de roches coquillières carbonatées et d’argilites finement interlitées. Bien qu’elle ait fait l’objet de longues années d’étude, la formation des lits coquilliers et des cycles métriques cincinnatiens était, jusqu’à tout récemment, attribuée au seul remaniement par l’action des tempêtes. Ce modèle de «triage par l’action des tempêtes» considère les coquilles comme étant des clastes sédimentaires passifs et ne tient pas compte d’autres facteurs influant sur la formation des lits coquilliers. Le modèle récemment proposé par Brett et Algeo voulant que ces lits coquilliers se soient formés pendant de longues périodes de sédimentation normalement faible et que la plupart des argilites aient été déposées pendant de brèves périodes de forte sédimentation constitue une autre explication possible. En vertu de ce modèle de «privation épisodique», toute tempête se traduit par le triage des lits tant argileux que coquilliers. Nous avons testé l’application de ces deux modèles aux strates edeniennes–maysvillienne (Katien précoce à moyen) de la région de Cincinnati en compilant des observations relatives à leurs caractéristiques pétrologiques, taphonomiques et paléoécologiques. Le modèle de privation épisodique prédit plusieurs des caractéristiques observées que le modèle de triage par l’action des tempêtes n’arrive pas à expliquer, dont les suivantes : (i) des structures sédimentaires associées à l’action des tempêtes tant dans les argilites que les calcaires; (ii) l’absence d’un dépôt fossilifère suffisamment riche préalablement au triage; (iii) des faunes d’eau profonde préservées dans des grainstones; (iv)les conditions taphonomiques mixtes dont témoignent les fossiles des lits coquilliers; (v) l’ubiquité de surfaces de discontinuité; (vi) des horizons de concrétions carbonatées; (vii) des lits coquilliers non triés; et (viii) de la micrite dans des packstones. La privation épisodique est donc le meilleur des deux modèles parce qu’il explique toutes ces caractéristiques et intègre l’interaction complexe d’autres facteurs environnementaux et biologiques qui participent à la formation de lits coquilliers. Il pourrait également s’appliquer à d’autres dépôts précédemment interprétés comme étant des tempestites.