Anatomy of a Ramp Margin Sequence: Facies Successions, Paleogeography, and Sediment Dispersal Patterns in the Muskiki and Marshybank Formations, Alberta Foreland Basin

ABSTRACT The Coniacian-Santonian Muskiki and Marshybank formations of the Alberta Foreland Basin were deposited on a ramp margin, which lacked a distinct shelf-slope break. The rocks are entirely clastic and have been divided into 14 facies ranging from silty clay through sandstone to conglomerate. Weakly bioturbated siltstone may have been deposited in relatively deep, oxygen deficient water, over 100 km from shore. In contrast, sideritic, bioturbated siltstone, sandy siltstone and silty sandstone were deposited closer to shore on a fully oxygenated shelf. Hummocky cross-stratified inner shelf sandstone extends about 30 km seaward of massive swaley cross-stratified and parallel-laminated fine sandstone that represent a shoreface. Large, shore-normal gutter casts are common in these sandy shelf facies. In the far northwestern part of the study area, coarse sandstone rich in chert pebbles is also interpreted as representing a shoreface setting, adjacent to a major river mouth. Nonmarine sediments include crossbedded fine to medium grained sandstone that forms lensoid and epsilon cross-stratified channel sandbodies. These sandbodies are enclosed in rooted, organic-rich, grey, green, and black siltstone interbedded with silty sandstone, interpreted as floodplain and lake deposits. Abundant pyrite suggests that these nonmarine facies may have been deposited in brackish water. Eighteen outcrop sections and two cores have been correlated using a regional subsurface stratigraphic framework. Depositional units (parasequences) in outcrop can also be traced regionally in well logs. Well logs allow determination of gross lithology (shoreface sands versus offshore deposits) and hence permit regional mapping of paleoshorelines. Four discrete periods of shoreface progradation are recognized; these involved between 70 and 115 km of progradation. Each shoreline was orientated broadly north-northwest-south-southeast; localized protuberances may reflect the position of wave-dominated deltas. In offshore (> 100 km) areas, storm waves approached from the north and associated geostrophic bottom flows were directed parallel to shore, toward the south-southeast. In more nearshore areas, waves were refracted parallel to shore and oscillatory scour generated abundant shore-normal groove and gutter casts. Well constrained lateral and vertical facies successions permit synthesis of facies distribution within an ideal parasequence. Facies may be grouped into transgressive, highstand, and lowstand systems tracts, which can be related to a sinusoidal relative sea level curve. RESUME Les formations coniaciennes-santoniennes Muskiki et Marshybank du bassin d'avant-pays de l'Alberta furent deposes sur la marge d'une rampe, a laquelle il manquait une limite nette entre le plate-forme et la pente. Les roches sont toutes clastiques et ont ete divisees en 14 facies allant de la glaise silteuse en passant par le gres jusqu'au conglomerat. Des microgres montrant une faible bioturbation pourraient avoir ete deposes dans de l'eau relativement profonde, faible en oxygene, a plus de 100 km de la ligne du rivage. Par contraste, des microgres bioturbes et siderieux, des microgres sableux et des gres silteux furent deposes plus pres du rivage sur une plateforme bien oxygenee. Des gres a stratifications obliques avec creux et bosses (hummocky) deposes dans la partie interieure de la plate-forme s'etendent jusqu'a peu pres 30 km en direction de la mer, a partir de gres fins massifs a bas fonds et a stratifications obliques et de gres fins en laminations paralleles, qui representent une zone infratidale. De grands moulages de caniveau (gutter casts), perpendiculaires au rivage, sont communs dans ces facies de plate-forme sableuse. Dans le nord-ouest extreme de la region etudiee, un gres grossier riche en galets de chert est aussi interprete comme representant un milieu de zone infratidale, adjacent a l'embouchure d'un cours d'eau important. Des sediments incluent des gres fins a moyens a stratifications entrecroisees End_Page 18------------------------- qui forment des remblais de chenaux a stratifications obliques en forme de lentille ou en epsilon. Ces depots de sable sont encaisses dans des microgres gris, verts, et noirs, contenant des racines, riches en matiere organique, et interstratifies avec des gres silteux, interpretes comme depots de plaine d'inondation et de lac. Une abondance de pyrite indique que ces facies continentaux pourraient avoir ete deposes dans un milieu d'eau saumatre. Dix-huit coupes d'affleurement et deux carottes ont ete correlees, a l'aide d'un cadre stratigraphique de subsurface regional. Des unites stratigraphiques (parasequences) qu'on trouve dans les affleurements se retrouvent aussi a l'echelle regionale dans les diagraphies de forage. Les diagraphies de forage permettent de definir en gros la lithologie (zone infratidale versus depots extracotiers) et permettent de cartographier a grande echelle l'ancienne ligne de rivage. Quatre periodes distinctes de progression vers la mer de la zone infratidale sont identifiees; celles-ci impliquerent entre 70 et 115 km de progression vers la mer. Chaque ligne de rivage etait orientee en gros nord-nord-ouest/sud-sud-est; des protuberances locales refletent probablement la position de deltas domines par la vague. Dans les regions extracotieres (>100 km), les vagues de tempete provinrent du nord et les courants geostrophiques de fond qui leurs sont associes furent orientes paralleles au rivage, en direction sud-sud-est. Dans les regions plus pres du rivage, les vagues furent refractees paralleles au rivage et le creusement oscillatoire produisit de nombreux moulages de sillons et de caniveaux, perpendiculaires au rivage. Des series de facies laterales et verticales fortement contraintes permettent de synthetiser la distribution de facies dans le cadre d'une parasequence ideale. Les facies peuvent etre groupes en trois zones: transgressive, de niveau marin eleve et de niveau marin bas. Ces trois zones peuvent etre reliees a une courbe du niveau marin relatif sinusoidale. Traduit par Marc Charest.