The Cenomanian-Turonian transition in Tunisia: Biostratigraphy of foraminiferan & Radiolarians, chemostratigraphy, cyclostratigraphy and sequence stratigraphy
Le passage Cénomanien - Turonien en Tunisie : Biostratigraphie des foraminifères planctoniques et des radiolaires, chimiostratigraphie, cyclostratigraphie et stratigraphie séquentielle
Résumé
High-resolution foraminiferal biostratigraphic, chemostratigraphic and cyclostratigraphic (using time-series) analyses were undertaken on the Bahloul Formation, in eight spaced sections Bargou (COK and AZ), Jerisa (CES), Guern Halfaya (GH), Hammem Mellegue (HM), Kherij (KJ); Mahjouba (KS) and Oued Hissi (OH) which preserve the worldwide expression of the Cenomanian-Turonian Oceanic Anoxic Event (OAE-2). We have collected 430 samples from the eight studied sections This study on the Bahloul black shales reveals that the OAE-2 was not a sudden event, but rather a long-term global one. In all the studied sections, the high resolution biostratigraphical analysis allows identifying five subzones of the standard biostratigraphic scheme. (1) Rotalipora cushmani zone, (2) Whiteinella archaeocretacea zone, (3) Helvetoglobotruncana Helvetica zone. The ability to apply same subzones in both Tethyan and transitional/Boreal provinces during the C-T boundary has important palaeobiogeographic and palaeoecologic implications. The palaeoecological framework shows that OAE-2 development is composed of four successive phases. In addition, a faunal turnover during the W. archaeocretacea zone interval is recorded. However, this does not result in an obvious loss in diversity that can be related to a major sea level rise. The high-resolution chemostratigraphic analyses for the Late Cenomanian-Early Turonian Bahloul Formation provide new insight on the palaeoceanographic evolution of the southern Tethyan margin. Relative low abundance of related terrigenous Ti/Al and K/Al ratios and enrichment of some productivity proxies such as Ba, Cu, and Ni (organic matter related trace elements) suggests that the Bahloul, deposited during a relative short period (0.5 Ma), was of relatively elevated primary productivity and minimal detrital input. While higher D* values concurrent with lower Ti/Al ratios are interpreted as caused by enhanced fluvial material contribution, due to more humid climate during the OAE-2. Enhanced humidity triggered probably fluvial influxes, resulted in a sluggish water circulation and consequent anoxic/euxinic conditions favouring the preservation of organic matter at the bottom. Enrichments in redox-sensitive trace metals U, V, and Mo in the Bahloul Formation deposits and redox indices, such as V/(V+Ni), U/Th, V/Cr, and Ni/Co, indicate that oxygen-restricted conditions prevailed during the Late Cenomanian - earliest Turonian times and correlate well with relative abundances of some foraminiferal and radiolarian paleo-environmental relevant indicators. High Baxs values and Uauth may indicate anoxic conditions at least at the water- sediment interface during the Bahloul Formation deposition and provide information about low to moderate sulphate-reduction reactions. Time series analysis has been performed to shed light on its Milankovitch-like cyclicity. This analysis was tested and applied on two foraminiferal species: the biserial Heterohelix, an oxygen minimum zone (OMZ) dweller, and the triserial Guembelitria, a eutrophic surface dweller. Average sedimentary rates and the duration of the OAE2 in each studied section were estimated. Alternatively, the fluctuations of these two opportunistic species can be related mainly to both precessional (23-19 kyr) and eccentricity (414-106 kyr) cyclicity suggesting that changes in surface water fertility were linked to the Milankovitch parameters.
Les dépôts Cénomanien - Turonien riches en MO, représentés essentiellement par la Formation Bahloul ont été abordés sur plusieurs plans en appliquant la méthodologie de haute résolution : biostratigraphie et paléoécologie (foraminifères planctoniques et radiolaires), chimiostratigraphie (éléments traces et majeurs), cyclostratigraphie (analyse de séries temporelles) et stratigraphie séquentielle (impliquant les éléments traces, Mn et Sr/Ca, pour détecter les surfaces temps), isotopie du carbone et l'aspect structural. Pour cette étude, nous avons levé huit coupes et nous avons récolté 430 échantillons. En outre, une corrélation des données isotopiques du carbone, complétée par d'autres résultats géochimiques et par des données biostratigraphiques, a permis une subdivision fournissant un outil de corrélation à l'échelle régionale, compatible avec ce qui est observé à l'échelle globale. La distribution de la MO suit la paléogéographie figurant à l'intervalle du passage C-T, avec des blocs plus ou moins soulevés baignés par une zone à minimum d'oxygène (ZMO), où la circulation réduite a peut-être fait augmenter le déficit en oxygène. Cette structuration est également amplifiée par l'halocinèse du Trias créant des rim-synclines subsidents, où les faciès riches en matière organique ont prévalu. Sur le plan biostratigraphique, nous avons reconnu les 3 Zones standards de foraminifères planctoniques: (1) Zone à Rotalipora cushmani, (2) Zone à Whiteinella archaeocretacea et (3) Zone à Helvetoglobotruncana helvetica que nous avons subdivisées en sous-zones. Particulièrement dans la coupe COK (région de Bargou) riche en silice, nous avons précisé les deux zones de radiolaires : à Biacuta et à Superbum. Dans les dépôts, nous avons reconnu 33 espèces de foraminifères planctoniques dont quatre sont signalées pour la première fois en Tunisie, et 25 espèces de radiolaires se répartissant en 18 nassellaires et 7 spumullaires et en 20 genres et 11 familles. Toutes ces espèces sont signalées pour la première fois en Tunisie. Par l'étude paléoécologique que nous avons accomplie, qui consiste en l'analyse des différentes espèces des morphotypes et des morphogroupes de foraminifères planctoniques, et de leur abondance relative, nous a conduit de mettre en évidence quatre phases successives dans le comportement des Foraminifères planctoniques en relation avec le développement de l'événement anoxique du passage Cénomanien Turonien " EAO-2 ". De l'étude des éléments traces et majeurs, nous avons mis en évidence des anomalies des indicateurs géochimiques en termes de changement en liaison avec le flux détritique (Si/Al ; Ti/Al ; K/Al )au cours de la sédimentation de la Fm Bahloul, la productivité primaire (Ba/Al ; Cu/Al ; Ni/Al) et les conditions d'oxydo-réduction (V/Al ; U/Al) au cours du passage C-T. Plusieurs pics d'abondance relative, corrélables avec les traceurs chimiques et fauniques particulièrement d'Heterohelix spp et de Guembelitria habitants de surface dysoxique à eutrophique parmi les foraminifères et des spumullaires parmi les radiolaires ont été mis en évidence. Les résultats de l'analyse des séries temporelles (cyclostratigraphie), déduits de l'abondance relative des représentants des Heterohelix spp. et Guembelitria spp., nous ont permis de préciser le taux de sédimentation de la Fm. Bahloul et la durée de l'EAO-2 dans les différentes coupes. Nous concluons que la fluctuation des abondances relatives de ces deux espèces sont liées principalement aux cycles de Précession et d'Excentricité, suggérant que les changements dans la fertilité des eaux de surface sont liés aux cycles de Milankovitch. Ainsi la Formation Bahloul montre une durée comprise entre 350 et 400 ka et un taux de sédimentation compris entre 12 et 20 cm/ka.