Pyroclasts: Joint Authorship and its Recurring Problems: A Matter of Respect.  
David J.W. Piper

Fractals in the Earth Sciences 
Fractals in Petroleum Geology and Earth Processes 
How Nature Works: The Science of self-organized Criticality  
The Geology of South Australia: Volume 1. The Precambrian.

Ice-sheet Sourced Juxtaposed Turbidite Systems in Labrador Sea

Reinhard Hesse, Ingo Klaucke¹ 
Earth and Planetary Sciences
McGill University
3450 University Street
Montreal, Quebec H3A 2A7

William B.F. Ryan
Lamont-Doherty Earth Observatory
of Columbia University
Palisades, New York 10964-8000
United States

David J.W. Piper
Geological Survey of Canada (Atlantic)
Bedford Institute of Oceanography
Dartmouth, Nova Scotia B2Y 4A2

 ¹Present address:
IFREMER, Géosciences Marines, Laboratoire Environments Sédimentaires, BP 70, F-29280 Plouzané, France
 
 

SUMMARY

Ice-sheet sourced Pleistocene turbidite systems of the Labrador Sea are different from non-glacially influenced systems in their facies distribution and depositional processes. Two large-scale sediment dispersal systems are juxtaposed, one mud-dominated and associated with the Northwest Atlantic Mid-Ocean Channel (NAMOC), the other sand-dominated and forming a huge submarine braided sandplain. Co-existence of the two systems reflects grain-size separation of the coarse and fine fractions on an enormous scale, caused by sediment winnowing at the entrance points of meltwater from the Laurentide Ice Sheet (LIS) to the sea (Hudson Strait, fiords) and involves a complex interplay of depositional and redepositional processes. The mud-rich NAMOC system is multi-sourced and represents a basinwide converging system of tributary canyons and channels. It focusses its sand load to the central trunk channel in basin centre, in the fashion of a "reverse" deep-sea fan. The sand plain received its sediment from the Hudson Strait by turbidity currents that were generated either by failure of glacial prodelta slopes at the ice margin, or by direct meltwater discharges with high bedload concentration. We speculate that the latter might have been related to subglacial-lake outburst flooding through the Hudson Strait, possibly associated with ice-rafting (Heinrich) events.

RÉSUMÉ

Les dépôts turbiditiques pleistocènes d'origine glaciaire de la mer du Labrador diffèrent d'autres dépôts turbiditiques non-glaciaires, autant par leurs faciès que par leurs processus de sédimentation. Deux grands complexes de dépôts sédimentaires se jouxtent, l'un comprenant surtout des sédiments à grains fins, relié au Chenal Médio-Océanique de l'Atlantique nord-ouest (CMNOA) et l'autre, comprenant surtout des sables et formant une gigantesque plaine à chenaux anastomosée sous-marine. La co-existence de ces deux systèmes reflète la séparation par taille des grains des fractions grossières et fines sur une échelle énorme et est le résultat de l'action d'un gigantesque mécanisme de vannage, existant aux points d'entrée des eaux de fonte de la calotte glaciaire des Laurentides (CGL) dans la mer (détroit de Hudson et fiords) et qui est à l'origine de processus complexes de sédimentation et de resédimentation. Le complexe riche en boues de CMNOA s'alimente à plusieurs sources et agit à l'échelle du bassin où convergent les apports sédimentaires de nombreux canyons et chenaux tributaires. Il concentre la portion sableuse de sa charge dans le chenal central, au centre du bassin, à la façon d'un éventail sédimentaire profond inversé. Les sédiments arrivent à la plaine d'épandage par le détroit de Hudson, transportés par des courants de turbidité déclenchés par des ruptures des pentes prodeltaïques glaciaires à la bordure de la marge glaciaire, ou par les eaux de fontes à fortes charges de fond ; ce dernier type d'apport aurait pu être lié à une rupture de lac sous-glaciaire par le détroit de Hudson, et possiblement associé à des événements Heinrich.

Amazon Submarine Fan Drilling: A Big Step Forward For Deep-sea Fan Models
 

Richard N. Hiscott
Department of Earth Sciences
Memorial University of Newfoundland
St. John's, Newfoundland A1B 3X5
rhiscott@sparky2.esd.mun.ca

Carlos Pirmez
Borehole Research Group
Lamont-Doherty Earth Observatory
Palisades, New York 10964
United States

Roger D. Flood

Marine Sciences Research Center
State University of New York,
Stony Brook
Stony Brook, New York 11794-5000
United States

SUMMARY

The results of coring on the Amazon submarine fan in 1994 challenge previous ideas about facies architecture and genesis of fan deposits. A shingled set of latest Pleistocene, upward-fining channel-levee units is underlain by, and locally interleaved with, equally voluminous sand-rich deposits. The sands occur as 5-25 m-thick packets, locally rich in semi-consolidated mud clasts. Each sand-rich unit is inferred to have been partly derived from an upfan avulsion site, landward of which entrenchment of the preexisting channel floor occurred. Sands were distributed into the adjacent inter-channel low, where lack of confinement allowed spreading of turbidity currents to form sheet-like sand-rich bodies. Subsequently, the advance of a new leveed channel over the sheet sands focussed sand transport along the channel axis, with simultaneous accumulation of muddy overbank deposits in the levees. Ancient channel-levee systems atop sheet sands, including those in some oilfields, may have similarly formed during single lowstands of sea level and as a result of repeated cycles of levee progradation and upfan avulsion.

RÉSUMÉ

Les résultats de sondages réalisés sur le cône sous-marin de l'Amazone en 1994 remettent en question les conceptions acceptées concernant l'arrangement structurale et la genèse des dépôts des cônes sous-marins. Les cordons de galets à granoclassement normal présents dans les derniers dépôts pléistocènes, d'unités sédimentaires de levées de rive de chenaux, recouvrent, et s'interstratifient par endroits avec des volumes d'égale importance de dépôts fortement sableux. Ces unités sableuses se présentent en paquets de strates de 5 m à 25 m d'épaisseur comportant par endroits de nombreux clastes de boues. Des indices permettent de supposer que les matériaux de chacune de ces unités sableuses proviennent en partie de sites d'avulsion situés en amont, juste en aval du lit d'anciens chenaux. Les sables ont été étalés dans les dépressions entre les chenaux adjacents où des courants de turbidité ont pu former des couches sableuses de grande continuité, étant donnée l'absence de structures de confinement. Par suite du développement d'un nouveau chenal sur la couche sableuse, le transport des sables s'est concentré le long de l'axe du chenal et, des couches de boues ont été déposées sur les levées. D'anciens systèmes de chenaux à levées reposant sur des unités très étendues de sable, entre autres, ceux de certains bassins pétroliers, ont pu se former durant un seul et même épisode de basse mer, par répétition du cycle de progradation de levées suivie d'avulsions d'amont d'un cône sous-marin.

Erosion and Deposition on Migrating Shoreface-attached Ridges, Sable Island, Eastern Canada

R.W. Dalrymple
Department of Geological Sciences
Queen's University
Kingston, Ontario K7L 3N6

E.L. Hoogendoorn
Shell Canada Products Ltd.
Fort Saskatchewan, Alberta T8L 3T2

SUMMARY

The shoreface-attached ridges present along the south side of Sable Island, Nova Scotia, are the largest and deepest yet described, but become smaller and finer grained to the east because of decreasing energy levels. Strong, along-shore, storm currents cause them to migrate eastward at rates that may reach 50 ma^-1. Their migrating troughs erode underlying sediments, modifying the wave-ravinement surface and creating shoreline-oblique depressions up to 12 m deep. Deposition occurs on their lee side, in the form of gently dipping, graded storm beds up to 1.2 m thick containing both high-angle cross bedding and hummocky cross-stratification. Overall, the ridge deposits coarsen upward and resemble shoreface successions. Obliquely onshore, cross-ridge flow causes upbuilding by the Huthnance process and accounts for the unusually high angle (~ 50°) between the ridges and the shoreface.

RÉSUMÉ

Les crêtes situées dans la zone infra-tidale du littoral, au sud de l'île Sable Island en Nouvelle-Écosse sont les plus grosses et les plus profondes décrites à ce jour, bien que leurs volumes et la granulométrie de leurs constituants dimi-nuent vers l'est, à cause de la diminution des niveaux d'énergie ambiants. De forts courants côtiers engendrés par des tempêtes provoquent leur migration vers l'est à des vitesses pouvant atteindre 50 mètres par année. Leurs cuvettes d'affouillement mobiles érodent les sédiments sous-jacents, modifient les surfaces d'érosion créés par les vagues et creusent des dépressions, obliques par rapport à la ligne du littoral, dont la profondeur atteint 12 m de profondeur par endroits. Les sédiments se déposent sur la face aval sous la forme de couches sédimentaires de tempête, granoclas-sées et faiblement pentues, mesurant jusqu'à 1,2 m d'épaisseur et montrant des stratifications entrecroisées normales ainsi que des stratifications entrecroisées à surfaces bosselées (HCS dans l'article). Globalement, la granulométrie des sédiments de ces crêtes s'accroit vers le haut, ressemblant en cela aux empile-ments littoraux. L'existence d'un courant côtier oblique vers le rivage, et en travers des crêtes, provoque l'accumulation de sédiments en vertu du mécanisme de Huthnance et explique le grand angle (~ 50 degrés) que font les crêtes par rapport à la ligne de rivage.

The Compaction of Floodplain Sediments: Timing, Magnitude and Implications

G.C. Nadon
Department of Geological Sciences Ohio University
Athens, Ohio 45701
United States

D.R. Issler
Geological Survey of Canada
3303 33rd Street N.W.
Calgary, Alberta T2L 2A7

SUMMARY

Backstripping techniques for basin and stratigraphic analyses assume that the original porosity of the sediments is known within reasonable limits. Erroneous original porosity assumptions lead to serious errors in stratigraphic sections with a significant proportion of fine-grained material. The present algorithms, which assume initial porosities of between 50% and 70% for muds and 40% to 50% for sands, are only applicable to sediments that were never subaerially exposed. Outcrop data from floodplain deposits show that the differential compaction between sandstones and mudstones that should be present if those assumptions were correct does not exist. Modern floodplain silts and clays below the liquid limit, i.e., that behave as plastics, have porosities that vary from 34% to 39%, and sands have 27-35% porosity. Sections decompacted using the marine shale and sandstone porosity values overestimate the original thickness of floodplain strata by as much as 31%. These errors mean that the estimates of total basin subsidence in regions, such as proximal foreland basins, are seriously overestimated. The subtle inflections in burial history curves, sometimes used to infer either eustatic or tectonic sea-level fluctuations in these basins, are noise rather than signal.

RÉSUMÉ

Les techniques de reconstitution par délitage des unités lithologiques utilisées dans les analyses sédimentologiques ou stratigraphiques de bassin reposent sur l'hypothèse que la porosité initiale des couches sédimentaires est connue avec une précision raisonnable. Les erreurs d'estimation de la porosité initiale entraînent d'importantes erreurs d'évaluation de l'épaisseur des colonnes stratigraphiques qui comportent une proportion significative de dépôts à grains fins. Les algorithmes utilisées présentement et où il est présumé que la fourchette des valeurs de porosité initiale varie entre 50 % et 70 % pour les boues et entre 40 % à 50 % pour les sables, ne sont valides que pour les sédiments n'ayant jamais été exposés à l'air. Les données provenant d'affleurements de sédiments de plaine d'inondation indiquent que la compaction différentielle entre les couches de grès et de pélites, calculée selon ces hypothèses ne se vérifie pas. Les limons et les argiles des plaines d'inondation actuelles, situés sous la surface de l'eau, c.-à-d. qui se comportent comme des matériaux plastiques, montrent des valeurs de porosité allant de 34 % à 39 %, et des sables dont la porosité varient de 27 % à 35 %. Cela signifie que l'utilisation des valeurs de porosité usuelles lors de reconstitutions sédimentologiques et stratigraphiques, entraînent des surévaluations de l'épaisseur initiale des couches de la plaine d'inondation pouvant atteindre 31 %. Ces erreurs signifient que les estimations de subsidence globale des bassins des régions, telles les bassins de sédimentation d'avant-pays, sont considérablement surévaluées. Les faibles inflexions observés dans la courbe de l'histoire d'enfouissement de bassins sédimentaires, et à partir desquelles on se base parfois pour déduire l'existence de fluctuations eustatiques ou tectoniques passées du niveau de la mer, correspondent à un bruit de fond plutôt qu'à un signal.

Experiments on Rapid Deposition of Sand from High-velocity Flows

Peter J. Vrolijk
Exxon Production Research Company
P.O. Box 2189
Houston, Texas 77252
United States

John B. Southard
Department of Earth, Atmospheric,
and Planetary Sciences 54-1026
Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, Massachusetts 02139
United States

SUMMARY

Observations of sand transport and rapid deposition by strong sand-laden surges in an open channel, by means of high-speed motion pictures, revealed that the dominant effect is a process by which a laminar sheared layer, with sand concentrations approaching the threshold for immobilization by grain interlocking, develops as suspended sand becomes concentrated near the base of the flow. The laminar sheared layer climbs vertically with time as sediment is progressively immobilized at the base of the layer and added at the top from the overlying turbulent flow. The mobility of the laminar sheared layer is probably enhanced by continuous upward flow of interstitial water that is trapped within the layer as the layer accumulates. As the flow weakens and the concentration of suspended sand in the flow decreases, the laminar sheared layer thins and/or becomes immobilized, giving way to the familiar weak traction transport on a well-defined immobile sand bed. Particles reside in the laminar sheared layer only briefly, and move only a short distance before immobilization; the laminar sheared layers seem not to share essential features with traction carpets.

Much of the coarser, structureless lowermost parts of thick turbidites might have been emplaced by processes not unlike those described here. Our results suggest that the entire turbidity current need not be of extremely high density for an initial deposit to be formed rapidly from extremely high near-bed sediment concentrations.

RÉSUMÉ

Des observations réalisées à l'aide de caméras à hautes vitesses sur le transport et la sédimentation rapide provoqués par de forts courants déferlants et à fortes charges de sables en écoulement chenalisé, ont montré que l'effet dominant est le développement, à la base de la coulée, d'une couche laminaire cisaillée ayant une concentration de particules à la limite du seuil de l'immobilisation par congestion des particules. Avec le temps, cette couche cisaillée se déplace verticalement vers le haut, au fur et à mesure que les sédiments s'immobilisent à la base de la couche et que d'autres s'y ajoutent à partir de la couche turbulente du dessus. L'expurgation incessante de l'eau interstitielle par le tassement des sédiments du fond augmente probablement la mobilité de la couche laminaire cisaillée. Lorsque le courant s'affaiblit et que la concentration du sable en suspension diminue, la couche laminaire cisaillée s'amincit et/ou s'immobilise et est remplacée par une couche de transport plus faible caractérisée par la traction sur un fond sableux immobile bien défini. Les particules ne font que transiter brièvement dans la couche laminaire cisaillée et ne se déplacent que sur de faibles distances avant de s'immobiliser ; les couches laminaires cisaillées et les couches de traction ne semblent partager aucune caractéristiques communes essentielles.

Il est possible qu'une bonne portion des couches basales non-structurées des turbidites aient été mises en place par un processus de ce genre. Les résultats de nos études montrent qu'il n'est pas nécessaire que la charge sédimentaire de l'ensemble d'un courant de turbidité soit d'une très grande densité pour entraîner rapidement la formation d'un premier dépôt à partir d'une couche à forte densité longeant le fond.

Preservation of Cross-strata Due to Migration of Subaqueous Dunes Over Aggrading and Non-aggrading Beds: Comparison of Experimental Data with Theory

Suzanne F. Leclair, John S. Bridge and Feiqiao Wang
Department of Geological Sciences
Binghamton University
P.O. Box 6000
Binghamton, New York 13902-6000
United States

SUMMARY

An experimental study of the preservation of cross strata during the migration of dunes under aggrading and non-aggrading conditions was conducted in order to test the Paola-Borgman (1991) theory for distribution of cross-set thickness as a function of the distribution of bed-wave height. The theory needed to be modified to deal with aggrading conditions (Bridge and Best, 1997). The geometry and migration characteristics of the dunes (determined using an ultrasonic depth profiler and visual observations) are typical of sinuous-crested dunes observed in rivers and other flumes. These characteristics do not vary systematically with aggradation rate. As part of the test of theory, a two-parameter gamma density function was fitted to histograms of dune height and dune trough elevations relative to two different reference datums. The parameters of these fitted functions do not vary in the way predicted by Paola and Borgman because: 1) dune height does not correlate very well with dune trough elevation, and; 2) choice of reference datum has a major, unanticipated effect on parameter values.

Most cross sets were formed by only the highest 10% of the dunes. Mean cross-set thickness/mean formative bed-wave height ranges from 0.18 to 0.3. Cross-set thickness does not vary systematically with aggradation rate in these experiments because the primary control of set thickness is the variability of dune height. Mean cross-set thickness is predicted quite well using the modified Paola-Borgman theory if: 1) dune height is used as a proxy for dune trough elevation but certain parameter values are modified, or; 2) an appropriate datum is used for defining dune trough elevations. A simple method is proposed for estimating the height distribution of dunes from the thickness of their sets of medium-scale cross strata.

RÉSUMÉ

Une étude en laboratoire a été menée pour étudier la préservation des sets sédimentaires pendant la migration de dunes, en milieux d'aggradation et de non-aggradation ; cette étude visait à tester la théorie de Paola-Borgman (1991) sur la variation de l'épaisseur des sets sédimentaires en fonction de l'amplitude des éléments topographiques du plancher sédimentaire. La théorie doit être modifiée pour tenir compte des conditions particulières des milieux d'aggra-dation (Bridge and Best 1997). La géométrie et les caractéristiques migratoires des dunes (données d'observations visu-elles et de levés par profileur ultrasonique) sont typiques des caractéristiques des dunes à crêtes sinueuses observées, autant dans les chenaux artificiels que dans les rivières. Ces caractéristiques ne varient pas directement avec le taux d'aggradation. Parmi les mesures visant à tester la théorie, une fonction de densité gamma a été adaptée pour rendre compte du profil des histogrammes de répartition de la hauteur des dunes et de l'élévation de leurs cuvettes d'affouillement, mesurées à partir de divers niveaux de référence. Les paramètres de ces fonctions adaptées ne varient pas selon les prévisions de Paola-Borgman parce que : 1) la corrélation observée entre les hauteurs de dune et l'élévation de leurs cuvettes d'affouillement n'est pas adéquate, et 2) le choix des niveaux de référence influence de manières importante et imprévue la valeur des paramètres.

La plupart des sets sédimentaires ont été formés par les 10 % les plus élevées des dunes. Les valeurs du rapport de l'épaisseur moyenne des sets sédimentaires sur la hauteur moyenne des dunes dont elles sont issues s'étendent de 0,18 à 0,3. Dans ces expériences, l'épaisseur des sets sédimentaires ne varie pas directement selon le taux d'aggradation, l'épaisseur des sets sédimentaires variant surtout avec la hauteur des dunes. L'épaisseur des sets sédimentaires peut être prédite de manière fiable en se basant sur la théorie modifiée de Paola-Borgman, à condition 1) que la hauteur des dunes soit le facteur utilisé plutôt que l'élévation de la cuvette d'affouillement et que certains paramètres soient modifiés, ou 2) qu'un niveau de comparaison approprié soit choisi pour établir l'élévation des cuvettes d'affouillement. Une méthode simple est proposée permettant d'estimer la distribution de la hauteur des dunes à partir de l'épaisseur de leurs sets sédimentaires.