Tag 4: Stratigraphische Architektur der Tiefwassersysteme des Ainsa-Beckens
Stop 4.1: Barranca d’Usana
Lukas Gander
Der erste Stopp des Tages an der N-260 etwa 2 km südöstlich von Ainsa bot einen Überblick über die Turbidite des Ainsa-Beckens und deren Lithologien. Die Zufahrt erfolgte über die N-260 über einen Kreisel.
Der Aufschluss zeigt eine Wechsellagerung von mächtigen, beigefarbenen, teils deformierten Sandsteinen, laminierten Tonsteinen und grobkiesigen Tonsteinen des Ainsa Turbidit-Systems in einem etwa 5 m mächtigen Profil oberhalb (östlich) der N-260 Ortsverbindungsstraße (Abb. 4.1.1).
Abb. 4.1.1: Übersicht des Aufschlusses 4.1. Gelb: Sandstein, Orange: Konglomerat; Blau: Tonstein.
Image: Foto: C. Wagner; Bearbeitung L. Gander.An der Profilbasis steht ein feinlaminierter, nahezu horizontal gelagerter, hellbeiger, bioturbierter Tonstein an, der von einem schlecht sortierten, ton- und sandmatrixgestützten Konglomerat mit stellenweise orientierten Geröllen von wenigen cm bis maximal 15 cm Durchmesser überlagert wird. In dieses Konglomerat sind ausgelängte Fetzen von geringmächtigen Sandsteinen eingearbeitet. Überlagernde beige, mittelkörnige, mäßig bis gut sortierte Sandsteinbänke sind etwa 10 cm bis 1 m mächtig und weisen Horizontal- und untergeordnet Schrägschichtung und Grabspuren (Paleodictyon, Thalassinoides und Gastrocaenolites; Abb. 4.1.2) auf. Die Sandsteinbänke werden zum Top hin mächtiger und werden von zwei mächtigen Tonsteinbänken getrennt.
Abb. 4.1.2: Thalassinoides an der Basis einer Sandsteinbank.
Image: L. Gander.Diese Abfolge repräsentiert sandige Turbidite der Ainsa I-Einheit in Wechsellagerung mit debris flows. Während die Sandsteine in einem turbulenten, wasserreichen Strom unter hoher Energie abgelagert wurden, stellen die matrixgestützten Konglomerate einen wasserarmen Schlammstrom dar; beide Prozesse liefen in einer Rinne ab. Geringmächtige, aber weit aushaltende Sandsteinbänke repäsentieren "overbank deposits", d.h. Ablagerungen aus turbulenten Wolken, die beidseitig den Rand der submarinen Rinne überspülten und sich auf dem benachbarten Hang absetzten. Sie zeigen, dass in der Rinne eine hohe Sedimentfracht turbulent transportiert wurde. Geometrie und Ichnofazies der Gesteine lassen schließen, dass diese Rinnen eine Wassertiefe von 250-400 m nicht überschritten (Fernández 2004, GeoResources 2009).
Weil hier ein mächtiges, vollständiges und gut erhaltenes stratigraphisches Profil jedoch nicht anzutreffen ist, suchten wir im Anschluss den bekannten Ainsa Steinbruch (Ainsa Quarry) auf der gegenüberliegenden, westlichen Flussseite auf.
Stop 4.2: Ainsa Quarry
Andreas Jacobi
Der aufgelassene "Ainsa Quarry" (Abb 4.2.1) ca. 1,5 km südlich von Ainsa ist von großer Bedeutung für Exkursionen der Kohlenwasserstoffunternehmen, da er exemplarisch zahlreiche Reservoireigenschaften und die Geometrien mehrerer Tiefwasser-lithofazies auf seismischem Maßstab zeigt und dennoch fast überall zur geologischen Inspektion zugänglich ist. Der Aufschluss erschließt eine eozäne Sandstein-Mergel-Wechselfolge, dessen Sande in drei Rinnenkomplexe (channel complexes Ainsa 1 bis 3) gegliedert werden. Der Aufschluss ist ca. 42 m hoch und ca. 750 m lang (Arbues et al., 2007). Jede Rinnenfüllung wird im Hangenden von Tonsteinen begrenzt. Die im Hauptsteinbruch erschlossene Rinnenfüllung Ainsa 1 zeigt fünf einzelne Lithofazies, die in Detail bis in den cm-Maßstab hinein beschrieben werden können (Arbues et al., 2007).
Abb. 4.2.1: Blick westwärts über das Tal des Rio Cinca zum Ainsa Quarry (Bildmitte rechts).
Image: C. Wagner
Abb. 4.2.2: Früh- und mitteleozäne Ablagerungssysteme im Südpyrenäen-Vorland, modifiziert nach Arbués et al. (2007).
Picture: Arbués et al., 2007Die rinnenfüllenden Turbidite stammen aus dem östlich angrenzenden Tremp-Graus-Becken, von welchem alluviale Fächer, fluviatile Sandsteine und Deltas westwärts progradierten. Die Beziehung zwischen beiden Becken zeigt Abb. 4.2.2.
Die Rinnenfüllungen bestehen überwiegend aus dickbankigem Sandstein, grauem Mergel, Heterolithen und Ton-/Siltstein. Sandsteine sind deutlich erosiv und zeigen teilweise steile Abrisskanten. Sie dünnen nach Westen (in Strömungsrichtung) aus. Sandkörper des Rinnenrands zeigen u.a. Dehnungs- und Soft-Sediment-Deformationsstrukturen (große "ball-and-pillow" Strukturen, convolute bedding) und Schleifmarken und Strudelmarken (flute casts) an den Schichtbasisflächen. Eine prominente Bank an der Rinnenbasis besteht aus einem tonigen Intraklastkonglomerat. Abbildung 4.2.3 bietet einen schematischen Einblick in die Kanal-Architektur.
Abb. 4.2.3: Schematische Stratigraphie des Ainsa Quarry
Picture: Arbues et al., 2007Wir betrachteten die "C1"-Zone näher. Sie besteht aus gutgebankten Sandsteinen, Heterolithen und Mergeln (Farbgebung nach Arbues et al., 2007; Abb. 4.2.3). Die Sandkörper rutschten vermutlich an der Rinnenkante westwärts in die breite Rinne hinein ab und wurden dabei gedehnt. Liegende halbverfestigte Tone wurden dabei bruchartig gedehnt und mit niedrigviskosem Sand verfüllt.
Abb. 4.2.4: Rinnenfüllung Ainsa-1 im Ainsa Quarry; Faziestyp C1; Lithologie, Benennung, Farbgebung nach Arbues, 2007.
Image: C. WagnerStop 4.3: Der Rinnenkomplex Ainsa-2 an der Ermita de Sant‘ana
Andreas Jakobi
Von einer Talschulter nördlich von Ainsa, östlich des Rio Cinca, hat man (vor allem bei Sonne im Osten !) einen ausgezeichneten Blick westwärts über das Tal des Rio Cinco hinweg auf die steile Talflanke der Ermita de Sant'ana. Auf der südlichen Verlängerung dieses Hügelzugs, welches den Rinnenkomplex Ainsa-2 aufschließt, steht die mittelalterliche Altstadt Ainsas mit ihrer Burganlage.
Stop 4.3: Der Rinnenkomplex Ainsa-2 an der Ermita de Sant‘ana Andreas Jakobi Von einer Talschulter nördlich von Ainsa, östlich des Rio Cinca, hat man (vor allem bei Sonne im Osten !) einen ausgezeichneten Blick westwärts über das Tal des Rio Cinco hinweg auf die steile Talflanke der Ermita de Sant'ana. Auf der südlichen Verlängerung dieses Hügelzugs, welches den Rinnenkomplex Ainsa-2 aufschließt, steht die mittelalterliche Altstadt Ainsas mit ihrer Burganlage.
Image: C. Heubeck
Abb. 4.3.2: Schematischer interner Aufbau eines slope channel complex am Beispiel von Ainsa-2
Picture: Andreas JakobiDer Rinnenkomplex Ainsa-2 besteht aus sechs kartierbaren, stark laterale und begrenzt vertikal gestpelten Rinnenfüllungen, deren Bildung vermutlich durch südwärts gerichtete Beckenverkürzung entlang der Cotiella Überschiebung oder Hebung der Mediano Antiklinale zurückzuführen ist (I, II in Abb. 4.3.1). Mittelsandige Kalklitharenite bilden das dominierende Gestein der Rinnenfüllung; nur die jüngste Rinnenfüllung, auf welchem die Altstadt Ainsas steht, besteht vorwiegend aus feinkörnigen Konglomeraten. Die Schüttung war nach Nordwest gerichtet und gleicht somit der des Ainsa-1-Komplexes (Abb. 4.3.2).
Abb. 4.3.3: Schematisches Profil durch ein turbiditisches Rinnensystem, in dem Rinne II Rinne I erodiert.
Picture: Andreas JakobiNach dem Rinnenfüllung I abgelagert wurde, tiefte sich in ihn Rinne II ein, die dann verfüllt wurde. Dabei erodierte Komplex II die unterliegende Ablagerung, so dass sich erosive, schaufelartige Strukturen und sich zurückziehende ("back-stepping") Geometrien bildeten. Mit zunehmender Transportweite nahm die Korngröße des Materials hangabwärts ab.
Stop 4.4: Río Forcaz
Lukas Gander
Der letzte Exkursionsstopp des Tages führte uns auf der A-138 etwa 5 km nördlich von Ainsa zum Parkplatz des Hotels Peña Montañesa, östlich der A-138 gelegen. Wir überquerten die Straße (Vorsicht !) Richtung Westen und folgten einer ungeteerten Landstraße (die entlang des Tälchens des Rio Forcaz zu einem ausgeschilderten Steinbruch führt) für wenige hundert m zu Aufschlüssen auf beiden Talseiten. Hier sind Tiefwasser-Tonsteine und Mergel zwischen den Ainsa-Komplexen I und II aufgeschlossen. Unser Hauptaugenmerk lag auf den Sedimentgesteinen, die die beiden Rinnenkomplexe voneinander trennen, und ihren Deformationsstrukturen (Abb. 4.4.1, 4.4.2).
Abb. 4.4.1: Aufschluss südlich der Landstraße und des Río Forcaz (Blickrichtung nach S). Gut zu erkennen ist die enge Faltung der Tonsteine an der Basis des Aufschlusses. Gelb: Turbiditische Sandsteine; blau: Tonsteine.
Picture: Foto: C. Wagner, Bearbeitung L. GanderMächtige graue bis beige Tonsteine trennen die Rinnenfüllungen des Ainsa-I-Komplexes. Sie weisen teilweise eine ausgeprägte, offene bis isoklinale Biege- oder Knickfalten in cm- bis m-Maßstab auf (Abb. 4.4.2). Die Falten sind nicht systematisch angeordnet, sondern durch Fließstrukturen voneinander getrennt. "Floating hinges" (isolierte Scharniere) sind häufig. Diese "schwimmen" in einer tonig-silit-sandigen Grundmasse mit Schlieren, die auf eine viskos-plastische Deformation des noch unverfestigten Sediments hinweisen, in welches gerutschte und verfaltete, kompetentere Sedimente inkorporiert wurden.
Abb. 4.4.2: Straßenaufschluss nördlich des Río Forcaz mit dünngebankten grau-beigen Mergeln und Tonsteinen.
Image: C. Wagner.Sandige, seitlich weit aushaltende Turbidite des Ainsa-II-Komplexes mit generell "upward-thickening" Bänken folgen im Hangenden.
Die Río Forcaz-Sektion zeigt exemplarisch vielfältige Hangrutschungsprozesse und die daraus resultierenden Ablagerungen. Diese stellen einen alternativen Delta-zu-Tiefsee Transportmodus im Vergleich zu den (in den vorherigen Aufschlüssen betrachteten) linearen Rinnen mit vorwiegend turbulentem Transport dar.
Mit diesem Aufschluss endete unsere Exkursion durch die Tiefwasser-Systeme des Ainsa Beckens, hervorragend geführt durch Pau Arbués. Die Exkursionsteilnehmer bedanken sich herzlich!
Abb. 4.4.3: Isoklinale Faltung in Mergeln und Tonsteinen im Straßenaufschluss nördlich des Río Forcaz.
Image: C. Wagner.Literatur, Tag 4
Fernández O., Muñoz J. A., Arbués P., Falivene O., and Marzo M. (2004): Three-dimensional reconstruction of geological surfaces: An example of growth strata and turbidite systems from the Ainsa basin (Pyrenees, Spain). The American Association of Petroleum Geologists …
GeoResources; Zühlke R. (2009): Virtual Geology - Pyrenees Foreland Basin and Antiformal Stack. Ainsa 1 Turbidite Channel, San Vincente Formation, Eocene. http://www.georesources.de/pyrfore-21.htmlExternal link. Heidelberg (Zugriff: 29.06.2015)
McCann, T. and Arbués, P. (2012): Deep-marine sandstone provenance, Ainsa Basin, Southern Pyrenees, Spain. [Herkunftsanalyse an tiefmarinen Sandsteinen des Ainsa-Beckens, Südpyrenäen, Spanien.] Z. dt. Ges. Geowiss., 163, 185-201.
Nilsen T. H., Shew R. D., Steffens G. S., Studlick J. (2008): Atlas of Deep-Water Outcrops: AAPG Studies in Geology 56. 1st ed., 504 Seiten. AAPG and Shell Exploration & Production.
Thurmond J. B., Løseth T. M., Rivenæs J. C., Martinsen O. J., Aiken C. and Xu X. (ohne Jahr): Using Outcrop Data in the 21st Century - New methods and applications, with example from the Ainsa Turbidite System, Ainsa, Spain.
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