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Palynofacies patterns, acritarch diversity and stable isotope signatures in the Lower Muschelkalk (Middle Triassic) of N Switzerland: Evidence of third-order cyclicity

Abstract

The Lower Muschelkalk of N Switzerland is characterised by a relatively monotonous succession of marly and dolomitic limestones with siltstone layers and thin sandstone beds. The studied Leuggern, Weiach and Benken wells comprise completely cored sections of the Lower Muschelkalk (Anisian). Due to the lack of characteristic marker beds and vertical facies changes, cyclic interpretation based on sedimentary features proves to be difficult. Therefore, palynofacies patterns, acritarch diversity and stable isotope signatures are used to detect eustatic signals related to relative sea-level changes. The major flooding phase is recognised in the Middle Wellenmergel (Pelsonian). It is characterised by maximum abundance of marine plankton and the highest amount of refractory opaque phytoclasts. Transgressive deposits are identified by a significant increase of marine constituents and a relatively high number of translucent woody fragments of the phytoclast group. Highstand deposits show a high terrigenous input of blade-shaped, opaque plant debris. Palynofacies of late highstand deposits is dominated by bisaccate pollen grains. This sequence stratigraphic break down allows correlation of the Swiss wells and their correlation with Anisian deposits of other parts of the Germanic Basin.

Acritarch diversity is analysed by a morphometric study on vesicle size, process length, process bifurcations, and the number of processes. These parameters correlate with the eustatic evolution during Anisian times as interpreted from palynofacies data. Vesicle size, process length and the percentage of specimens with bifurcated processes are seen to increase during transgression and intervals of maximum flooding. They are decreasing within highstand phases. The number of processes shows the opposite trend and is high during the late highstand. Stable isotope curves both of δ13C and δ18O point out two intervals of maximum flooding. These geochemical signatures correlate with the palynological data.

The example from the Middle Triassic of N Switzerland highlights the value of using organic facies and plankton associations in an integrated approach for reconstructing the eustatic history of an epeiric sea characterised by monotonous depositional series lacking significant sedimentary features.

Zusammenfassung

Der Untere Muschelkalk der Nordschweiz ist als relativ monotone Abfolge von Dolomiten und Mergeln mit siltigen Lagen und dünnen Sandsteinbänkchen ausgebildet. Die untersuchten Bohrungen Leuggern, Weiach und Benken haben vollständig gekernte Profile des Unteren Muschelkalk (Anis) geliefert. Eine zyklische Interpretation dieser Sedimente ist aufgrund fehlender Leitbanke und markanter Faziesvariationen schwierig. Daher wurden stratigraphische Veränderungen der Palynofazies und der Acritarchendiversitat sowie geochemische Signaturen zum Erkennen eustatischer Signale herangezogen. Die maximale Überflutungsphase wurde im Mittleren Wellenmergel (Pelson) festgestellt. In diesem stratigraphischen Intervall sind die maximalen Häufigkeiten des marinen Planktons und der hochste Anteil an opaken Phytoklasten zu finden. Transgressive Ablagerungen lassen sich an einer deutlichen Zunahme mariner Komponenten sowie an einem relativ hohen Anteil durchscheinender Pflanzenreste aus der Gruppe der Phytoklasten erkennen. Hochstand-Ablagerungen zeigen einen erhohten terrigenen Eintrag an opaken, meist langlichen Phytoklasten. Ablagerungen des spaten Hochstand zeichnen sich durch einen hohen Anteil an bisaccaten Pollenkörnern aus. Die mit Hilfe der Palynofazies gewonnene sequenzstratigraphische Interpretation ermöglicht die Korrelation der Schweizer Bohrungen miteinander und ihre Korrelation zu anisischen Ablagerungen in anderen Teilen des Germanischen Beckens.

Die Acritarchendiversität wurde anhand der Vesikelgröße, der unterschiedlichen Fortsatzlängen und -verzweigungen und der Fortsatzanzahl untersucht. Diese Parameter scheinen mit der eustatischen Entwicklung während des Anis wie sie anhand der Palynofaziesdaten interpretiert wurde zu korrelieren. Vesikelgröße sowie Fortsatzlänge und -verzweigung zeigen eine deutliche Zunahme wahrend transgressiver Phasen und im Bereich maximaler Uberflutung. Eine Abnahme ist wahrend der Hochstandphasen zu beobachten. Die Anzahl der Fortsätze lässt einen gegenläufigen Trend erkennen und ist während des späten Hochstands am höchsten. Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopendaten der untersuchten Muschelkalkkarbonate dokumentieren ebenfalls eine zyklische Entwicklung des Ablagerungssystems. Anhand der δ18O und δ13C Kurven lassen sich zwei Intervalle maximaler Überflutung ableiten. Diese geochemischen Signale korrelieren mit den palynologischen Daten.

Am Beispiel des Unteren Muschelkalks der Nordschweiz wird deutlich, dass die integrierte Analyse von organischer Fazies und Planktonassoziationen ein aussagekräftiges Werkzeug zur Interpretation der eustatischen Entwicklung eines epikontinentalen Randmeeres mit sedimentologisch monotonen Ablagerungsserien darstellt

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Correspondence to Susanne Feist-Burkhardt.

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Manuscript received April 6, 2006. Revision accepted August 16, 2007

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Feist-Burkhardt, S., Götz, A.E., Ruckwied, K. et al. Palynofacies patterns, acritarch diversity and stable isotope signatures in the Lower Muschelkalk (Middle Triassic) of N Switzerland: Evidence of third-order cyclicity. Swiss J. Geosci. 101, 1–15 (2008). https://doi.org/10.1007/s00015-007-1235-z

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