A review of stratigraphy and sedimentary environments of the Karoo Basin of South Africa

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Título:
A review of stratigraphy and sedimentary environments of the Karoo Basin of South Africa
Autor: Smith, R.M.H.
Assuntos: Earth sciences ; Earth, ocean, space ; Exact sciences and technology ; Petrology of sedimentary rocks except quaternary rocks ; Sedimentary rocks ; Stratigraphy
É parte de: Journal of African earth sciences, and the Middle East, 1990, Vol.10 (1-2), p.117-137
Descrição: The Karoo Supergroup covers almost two thirds of the present land surface of southern Africa. Its strata record an almost continuous sequence of continental sedimentation that began in the Permo-Carboniferous (280 Ma) and terminated in the early Jurassic 100 million years later. The glacio-marine to terrestrial sequence accumulated in a variety of tectonically controlled depositories under progressively more arid climatic conditions. Numerous vertebrate fossils are preserved in these rocks, including fish, amphibians, primitive aquatic reptiles, primitive land reptiles, more advanced mammal-like reptiles, dinosaurs and even the earliest mammals. Palaeoenvironmental analysis of the major stratigraphic units of the Karoo sequence demonstrates the effects of more localised tectonic basins in influencing depositional style. These are superimposed on a basinwide trend of progressive aridification attributed to the gradual northward migration of southwestern Gondwanaland out of polar climes and accentuated by the meteoric drying effect of the surrounding land masses. Combined with progressive climatic drying was a gradual shrinking of the basin brought about by the northward migration of the subducting palaeo-Pacific margin to the south. Following deposition of the Cape Supergroup in the pre-Karoo basin there was a period of uplift and erosion. At the same time the southern part of Gondwana migrated over the South Pole resulting in a major ice-sheet over the early Karoo basin and surrounding highlands. Glacial sedimentation in both upland valley and shelf depositories resulted in the basal Karoo Dwyka Formation. After glaciation, an extensive shallow sea remained over the gently subsiding shelf fed by large volumes of meltwater. Black clays and muds accumulated under relatively cool climatic conditions (Lower Ecca) with perhaps a warmer “interglacial” during which the distinctive Mesosaurus-bearing, carbonaceous shales of the Whitehill Formation were deposited. Deformation of the southern rim of the basin, caused by the subducting palaeo-Pacific plate, resulted in mountain ranges far to the south. Material derived from this source, as well as granitic uplands to the west and morth-east, was deposited on large deltas that built out into the Ecca sea (Upper Ecca). The relatively cool climate and lowland setting promoted thick accumulations of peat on the coastal and delta plains and which now constitute the major coal reserves of southern Africa. Later the prograding deltas coalesced to fill most of the basin after which fluvial sedimentation of the Beaufort Group dominated. The climate by this time (Late Permian) had warmed to become semi-arid with highly seasonal rainfall. The central parts of the basin were for the most part drained by fine-grained meanderbelts and semi-permanent lakes. Significant stratabound uranium reserves have been delimited in the channel sandstones of the Beaufort Group in the southwestern parts of the basin. Pulses of uplift in the southern source areas combined with a possible orogenic effect resulted in two coarser-grained alluvial fans prograding into the more central parts of the basin (Katberg Sandstone Member and Molteno Formation). In the upper Karoo sequence progressive aridification dominated depositional style with playa lake and wadi-type environments (Elliot Formation) that finally gave way to a dune sand dominated system (Clarens Formation). Basinwide volcanic activity of the early Jurassic Drakensberg Group brought deposition in the Karoo Basin to a close. Le supergroupe du Karoo couvre presque les deux tiers de la surface continentale actuelle de l'Afrique du Sud et ses strates représentent une séquence presque continue de sédimentation continentale depuis le Permo-Carbonifère (280 Ma) jusqu'au début du Jurassique, 100 millions d'années plus tard. Les séquences glacio-marines à terrestress se sont accumulées dans des bassins de style tectonique varié et sous des conditions climatiques progressivement plus arides. De nombreux fossiles de vértébres ont été préservés dans ces roches: poissons, amphibiens, reptiles aquatiques primitifs, reptiles terrestress primitifs, reptiles plus évolués proches des mammifères, dinosaures et même les tout premiers mammifères. L'analyse paléo-environmentale des grandes unités stratigraphiques de la séquence du Karoo fait ressortir la façon dont les bassins tectoniques plus localisés ont pu influencer un style de dépôt. Ceux-ci sont surimposés à une tendance générale du bassin vers l'aridification attribuée à la migration progressive vers le nord du sud-ouest du continent de Gondwana qui s'éloignes des influences climatiques polaires; cette aridification est accentuée par l'effet desséchant des masses continentales environnantes. Cet assèchement climatique progressif s'est trouvé combiné avec un rétrécissement graduel du bassin dû à la migration vers le nord de la zone de subduction de la plaque paléo-Pacifique qui constituait sa marge méridionale. Après le dépôt du supergroupe du Cap dans le bassin pré-Karoo, il y eut une période de soulèvement et d'érosion. A la même époque la partie méridionale du continent de Gondwana se déplaçait par-delà le pôle sud, ce qui provoque le développement d'une immense nappe glaciaire sur le bassin de Karoo naissant et sur les hauteurs environnantes. La sédimentation glaciaire dans les vallées montagneuses et sur la plate-forme continentale aboutit à la Formation à la base de la Formation du Karoo. Aprés la glaciation sur la plate-forme continentale soumise à une faible subsidence, une mer bordière étendue subsista, abondamment nourrie par les eaux de fonte. Des argiles et boues noires s'accumulèrent alors sous des conditions climatiques relativement froides (Ecca inférieur), avec peut-être un “interglaciaire” plus chaud durant lequel se déposèrent les shales carbonatées à Mesosaurus de la Formation de Whitehill. La déformation du rebord sud du bassin, provoquée par la subduction de la plaque paléo-Pacifique, aboutit à la formation de chaînes montagneuses loin au sud. Le matériel provenant de cette source ainsi que des hauteurs granitiques de l'ouest et du nord-est se dépose sur les vastes deltas qui s'édifièrent dans lam mer d'Ecca (Ecca supérieur). Le climate relativement froid et la faible altitude entraînèrent alors d'épaisses accumulations de tourbe sur les plaines côtières et deltaïques, qui constituent actuellement les plus grandes réserves de charbon de l'Afrique méridionale. Plus tard, des deltas connurent une progradation telle que leur coalescence combla la plus grande partie du bassin, après quoi la sédimentation fluviatile domina la formation du groupe de Beaufort. A cette époque (Permien supérieur) le climat s'était réchauffé pour devenir semi-aride avec des précipitations fortement saisonniéres. Les parties centrales du bassin furent pour la plupart drainées par des ceintures de méandres à sédiments fins et par des lacs semi-permanents. Des réserves significatives d'uranium sédimentaire se sont trouvées délimitées dans le grès des chenaux du groupe de Beaufort dans le sud-ouest du bassin. Des pulsations de soulèvement dans les zones d'alimentation méridionales, combinées avec un possible effet orogénique, provoquèrent la progradation de deux cônes alluviaux à sédimentation grossière dans les parties plus centrales du bassin (Katberg Sandstone Member et Molteno Formation). Au sommet de la séquence du Karoo, l'aridification progressive a une influence prépondérante sur le style des dépôts avec des milieux de playas et d'oueds (Elliot Formation) quie enfin firent place à un système dominé par des sables dunaires (Clarens Formation). L'activité volcanique qui se développa sur toute l'étendue du bassin au Jurrasique inférieur (Drakensberg Group) mit fin à la sédimentation dans le bassin du Karoo.
Editor: Seoul: Elsevier Ltd
Idioma: Inglês

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Smith, R.M.H.

Seoul: Elsevier Ltd

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