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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-47421
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4742/


Petrography and Facies of the Al-Mahruqah Formation in the Murzuq Basin, SW Libya

Petrographie und Fazies der Al Mahruqah Formation (Murzuq Becken SW Libyen)

Abdullah, Moustfa

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SWD-Schlagwörter: Carbonate , Chemisches Sediment , Libysch-Arabisch , Kalkkruste , Mittlere Sahara
Freie Schlagwörter (Deutsch): Murzuq Becken , lakustrine Sedimente , Seen , Südwest-Libyen , Cerastoderma Bivalven
Freie Schlagwörter (Englisch): Murzuq Basin , lacustrine sediments , lakes , Southwest-Libya , Cerastoderma shells
Basisklassifikation: 38.61 , 38.55 , 38.41 , 38.42 , 38.28
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Betzler, Christian (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 06.07.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 30.08.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Nach langer Forschung in Murzuq Becken im Südwest Libyen besteht immer noch Unklarheit über die Herkunft, Ablagerungsbedingungen und das Alter von jüngeren nicht marinen Karbonatablagerungen im Murzuq Becken. Zuletzt wurden diese karbonatischen Sedimente als "Al Mahruqah Formation" benannt und als quartäre lakustrine Ablagerungen klassifiziert. Man hat sie in vier verschiedene und getrennte Member unterteilt, weil sie innerhalb des Murzuq Beckens in verschiedenen topographischen Höhen vorkommen und unterschiedliche 230Th/U-Altersdaten geliefert haben. Entschprechend isotopischer Altersdatierungen (230Th/U) wurden die Member in der Reihenfolge (älter-jünger) benannt: Antalkhata Member, Brak Member, Bir az Zallaf Member Aqar Member. Wegen der großen Verbreitung der als lakustrine Ablagerungen angesehenen Karbonate entstand der Begriff „Megalake Fezzan“, der indem abflusslosen Murzuq Becken zeitweise bestand. Ziel der Arbeit ist die Charakterisierung pleistozäner Karbonatablagerungen der Al Mahruqah Fm. der Zentralsahara (N Murzuq Becken). Basierend auf geologischen Geländearbeiten, Laborarbeiten (XRD, 230Th/U, u. OSL-Datierung) und Dünnschliffanalysen konnten für die einzelnen karbonatischen Einheiten der Al Mahrugah Fm. fazielle-, stratigraphische-, und Altersmodelle angefertigt werden. Altersdatierungen dienten zur Überprüfung der „Megalake-Fezzan“-Theorie, wonach die karbonatischen Einheiten als lakustrin Sedimente klassifiziert wurden. Die Antalkhata Member wurde in dieser Studie wegen seiner geringen und begrenzten Vorkommen in dem Arbeitsgebiet nicht untersucht. Bei den Ablagerungen der Brak-Einheit handelt es sich, nach Untersuchungen im Arbeitsgebiet im Wadi ash Shati im nördlichen Rand des Murzuq Beckens, um bis zu 12m mächtige Grundwasser calcrete Sedimente, die von Kalk-Matrix unterstützten Sandsteinkonglomerate, Pisoide, Peloide, und intraklasten als auch Extraklasten bestehen. Anhand der Fazies erfolgte eine Unterteilung des Brak Member in vier Sub-Member. 230Th/U-Datierungen belegen für das Brak Member Altersdiskrepanzen von 364 bis 398±12ka±60 ka anhand von Konglomeraten und 334±10 bis 349±14 ka anhand der mikritische Matrix. Als Ursache für die Diskrepanzen sind hauptsächlich diagenetische Veränderungen verantwortlich. Dies verdeutlicht, dass 230Th/U-Altersdatierungen an diagenetisch überprägten Calcreten keine zuverlässigen Daten hervorbringen. Daher wird vom Altersmodell nach Thiedig et al., (2000) Abstand genommen und vorgeschlagen, die Brak-Einheit stratigraphisch älter einzuordnen. Die Bir az Zallaf-Einheit umfasst eine Wechsellagerung von siliziklastischen Ablagerungen mit dünnbankigen Karbonathorizonten. Zwei unterschiedliche Fazies wurden erfasst. Grünliche Sande wurden als fluvial-äolische Sedimente interpretiert. Die karbonatischen Zwischenlagen, welche fein laminierte Dolomitbänke (Dolomitgehalt bis zu 80%) von den grünlichen Sandsteinbänken trennen, bestehen hauptsächlich aus Peloiden und schlecht sortiertem siliziklastischem Detritus. Als biogene Bestandteile der karbonatischen Fazies sind Ostrakoden, Pelecypoden, Gastropoden und Charophyten zu erwähnen. Aufgrund der anzutreffenden Lithologie und der Karbonatfazies wird die Bir az Zallaf-Einheit als Playa-See Ablagerungsraum interpretiert. OSL-Datierungen an siliziklastischen Proben (oberes Sandintervall) ergaben ein absolutes Alter von 410±50 ka, wonach entgegengesetzt zu früheren Studien (230Th/U-Datierung nach Thiedig et al., 2000; Geyh & Thiedig, 2008), die Bir az Zallaf-Einheit in das Mittlere Pleistozän zu stellen ist. Sedimente der Agar-Einheit sind ausschließlich in den morphologischen Senken des Wadis ash Schati aufgeschlossen. Aufgrund des massenhaften Auftretens der Pelecypode Cerastoderma glaucum werden die karbonatischen Ablagerungen zur Cerastoderma-Fazies zusammengefasst. Neben biogenen Komponenten, wie Ostrakoden, Gastropoden und vereinzelnd Foraminiferen ist vornehmlich siliziklastisches Material innerhalb der Fazies anzutreffen. Die im gesamten Untersuchungsgebiet homogen auftretende Fazies baut grossmaßstäbliche Schrägschichtungskörper auf, welche in Form kleiner Wadi-Fächer zu beobachten sind und als Paläodeltageometrien interpretiert wurden. Der aufgenommene sedimentologische Datensatz zeugt von der Existenz von Paläo-Seen innerhalb, der abflusslosen Wadi ash Shati-Senke. Die aufgestellten Fazies der Agar-Einheit deuten auf ein humideres Klima als gegenwärtig hin. Als Kontrollmechanismen des Sedimentationsraumes sind klimatische Aspekte sowie die Paläotopographie zu nennen. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht, dass entgegengesetzt früheren Interpretationen über die Al Mahruqah Fm., kein vollständig lakustriner Ablagerungsraum anzunehmen ist. Den bisherigen Vorstellungen, dass das Murzuq Becken während des mittleren Pleistozäns von einem „Megalake“ bedeckt wurde kann nicht gefolgt werden. Durchgeführte 230Th/U und OSL-Altersdatierungen belegen eine höhere Alterseinstufung für die Al Mahruqah Fm.
Kurzfassung auf Englisch: The target of this work is to characterize the superficial carbonate beds in the Murzuq Basin, which were defined as Al Mahruqah Formation. The working area is situated at the northern flank of the northern Murzuq Basin SW Libya. In recent studies, Al Mahruqah Formation was interpreted as Middle Pleistocene lacustrine deposits and subdivided into four separated members: Antalkhata, Brak, Bir az Zallaf, and Aqar member respectively. This interpretation and subdivision gave rise to the notion of "Megalake Fezzan "which was proposed to have covered about 150.000 km2 and to have periodically existed in the Murzuq Basin.

Facies analysis, XRD, 230Th/U and OSL dating were performed to reconstruct the components, sedimentary facies, mineralogy, absolute age and the depositional environment of Brak, Bir az Zallaf, and Aqar members separately in order to determine if different limestones members of Al Mahruqah Formation are reliable tracers for the occurrence of large lakes (previously described as "Megalake Fezzan") in the northern Sahara during the Pleistocene.

The Antalkhata Mb. was not investigated in this study because of its poor and limited exposures.

Based on textural and compositional characteristics, the limestones of Brak Mb. are interpreted as calcrete deposits (i.e. groundwater calcretes) and are not lacustrine sediments as reported in published literature. The member has been subdivided into four lithologic intervals: transitional siliciclastic/carbonate, conglomerate, evaporite-carbonate and massive limestone interval.

230Th/U results of the sampled calcretes from the Brak Mb. ranged from 364±12ka to 398±60 ka (conglomerate components) and 334±10 ka to 349±14 ka (micritic matrix).
Our interpretation for these unexpected age discrepancies is that, the 230Th/U dating significantly underestimates the age of the calcretes and thus is unsuitable for providing reliable ages for the calcretes owing to diagenetic alteration of the calcretes, as evidenced in thin slices. It is proposed that the Brak Mb. is much older than the age reported by Thiedig et al. (2000).
Bir az Zallaf Mb., comprises a complex alternation of green weakly consolidated sandstones and thin laminated carbonate beds. This sequence is subdivided into two lithostratigraphic facies: The sands facies is classified and interpreted as fluvial-aeolian sediments. The carbonate facies occurs as thin bedded dolomitic limestone, intercalated with thin green salty sandstones laminae, which are interpreted as playa lake deposits. Rare to frequent fossiliferous components such as ostracodes, pelecypods, gastropods and charophyte debris were observed in these carbonate sediments. The carbonate facies of Bir az Zallaf Mb. consist of dolomite (80%) and 10-20 % of calcite. OSL analysis of the upper sand interval (sample ZaS4) yielded an absolute age of (410± 50 ka), indicating that the lower sand intervals are older than Middle Pleistocene. OSL results suggest that the Bi΄r az Zallaf deposits are clearly older than the uranium-series estimated Quaternary ages of 240-260 ka, which were published in former geological studies.

Aqar Mb. occupied the lower portions of Wadi ash Shati depression. It consists mainly of abundant Cerastoderma glaucum shells, ostracods, gastropods, rare foraminifera and abundant admixture of clastic material composed of mud, silt and sand grain with abundant pebbles and boulders of sandstones. Filed studies show that these coquina deposits of Aqar Mb. are similar in all outcrops in the study area. Using outcrop data and facies description and interpretation, Aqar Mb. sediments in Wadi as Shati area are identified and attributed to one sedimentary facies “Cerastoderma facies”, which is interpreted as recent wadi deposits.
The analysed data reveal that the Wadi ash Shati endorhic depression previously contained several small palaeolakes, indicating that the climate in the past was more humid. It also suggests that climate and topography were the main factors that controlled the distribution of this facies in the study area.
This new data and resulting interpretation contradicts previous interpretations of the Al Mahruqah Formation as a lacustrine limestone. The results of the 230Th/U and OSL dating show that the Al Mahruqah Formation is actually older than previously published.
The new data presented in this study definitely conflicts with the notion of the middle Pleistocene Megalake Fezzan. All of the above mentioned facts should be taken into account for further reconstructions of the palaeohydrological regime in the northern Sahara.
The results of this study disprove the assumption that a pronounced phase of humidity occurred north of the central Saharan watershed during the Pleistocene interglacial periods.

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