STRATIGRAPHIC RECORD OF EMERSION PHASES ON CARBONATE PLATFORMS An integrated study from outcrop and seismic data of the Cenomanian carbonate platform of Oman (Natih Formation)
ENREGISTREMENT STRATIGRAPHIQUE DES PHASES D'EMERSION SUR LES PLATES-FORMES CARBONATEES Une étude intégrée à l'affleurement et en sismique de la plate-forme cénomanienne d'Oman (Formation Natih)
Résumé
Subaerial exposure of carbonate platforms is generally recorded by karstification and pedogenesis, whereas erosion features such as incisions along emersion surfaces have seldom been observed and studied. However, the recognition of incisions and the characterization of their fill may facilitate sequence boundary definition and hierarchy, especially along exposure surfaces which do not otherwise present clear petrographic evidence for emersion. Within the Natih Formation (Late Albian-Early Turonian, Oman), two successive incision surfaces are found in the upper part of the first third-order depositional sequence. Seismic interpretation of regional subsurface data has allowed the quantification of progradational geometries within the Natih sequence I carbonate platform and the correlation of incision surfaces with forced regressive prograding wedges on the margins of an intrashelf basin. This regional seismic analysis has therefore highlighted the architectural complexities that build third- and fourth-order depositional cycles in interior platform carbonate systems. The heterogeneities associated with emersion phases (incisions, lowstand wedges) are superimposed on this complex stratigraphic framework. Detailed geological sections and correlations have been made from three outcrop localities, allowing a precise description of incision fill geometries and facies, and a comparative analysis of these observations via the integration of incision paleogeographic positions. Morphology, orientation and extent of these incisions have been assessed from detailed seismic interpretation coupled with specific forward seismic modeling. Tidal channels are found at several stratigraphic levels within the Natih Formation. They generally develop during flooding phases of the inner platform. A comparative analysis of these channels and incisions has allowed the recognition of the main elements of differentiation and of similarity between these two types of channelized structures within carbonate platform strata. The integration of outcrop and seismic data sets at the regional and local scales allows the interpretation and discussion of the origin and factors controlling the development of these incisions and a refinement of the stratigraphic model. These two incisions record rapid sea-level variations (500 ky) with a magnitude of approximately 20 and 30 m that occurred during the early Cenomanian. This is probably not a unique case, since for the same time interval, incisions have been observed in siliciclatic systems in western Canada and India and in carbonate systems on the Arabian plate.
L'émersion de plates-formes carbonatées est généralement enregistrée dans les séries sédimentaires par des phénomènes de karstification et de pédogenèse. Les structures d'érosion, telles que des incisions qui se développent le long des surfaces d'émersion, ont quant à elles été très rarement observées et étudiées. La reconnaissance de ces incisions et l'analyse de leur remplissage permet une meilleure caractérisation et une meilleure hiérarchisation des limites de séquence de dépôt, notamment dans le cas où les surfaces d'émersion ne présentent pas ou peu d'évidences pétrographiques d'une émersion. Deux surfaces d'incision successives ont été analysées dans la partie supérieure de la première séquence de dépôt de 3ème ordre de la Formation Natih en Oman (Albien supérieur-Turonien inférieur). L'interprétation de données sismiques régionales a permis de déterminer et quantifier des géométries progradantes au sein de cette séquence de plate-forme et de corréler les surfaces d'incision à des prismes de régression forcée sur les bordures d'un bassin intrashelf. Cette analyse sismique régionale a ainsi permis de mettre en évidence dans le détail la complexité de l'architecture des cycles de 3ème et 4ème ordre dans les systèmes de plate-forme carbonatée. A ce canevas stratigraphique complexe se superposent les hétérogénéités associées aux phases d'émersion : incisions, prismes de bas niveau marin. L'analyse sédimentologique et stratigraphique détaillée de trois zones d'affleurement aboutit à une description précise des géométries et des faciès de remplissage des incisions, et leur comparaison en fonction de leur position paléogéographique. La morphologie, l'orientation et l'étendue de ces structures ont été analysées à partir d'une interprétation sismique détaillée et couplée à une modélisation sismique ciblée. Des chenaux de marée se développent à différents niveaux stratigraphiques de la Formation Natih marquant en général des phases d'inondation de la plate-forme interne. L'analyse comparative de ces chenaux et des incisions a permis d'établir les similitudes et les principaux critères de différenciation de ces deux types de structures chenalisées dans les séries de plate-forme carbonatée. L'intégration de données d'affleurement et de données sismiques à différentes échelles (locale et régionale) permet d'interpréter et de discuter l'origine et les facteurs qui contrôlent le développement de ces incisions et de proposer une amélioration du modèle stratigraphique. Les deux générations d'incisions enregistrent des variations rapides du niveau marin avec des amplitudes de 20 à 30 m pendant le Cénomanien inférieur. Il ne s'agit pas ici d'un cas unique, puisque des incisions et des prismes de régression forcée ont également été observés dans des systèmes terrigènes de la partie ouest du Canada et en Inde, ainsi que dans des systèmes carbonatés sur la plaque arabe, dans le même intervalle stratigraphique.