Biostratigraphic and temporal relations between the neogene Sahabi and Maradah formations, Libya: Contribution to the age determination of their contained mammalian paleofaunas

Abstract

As Sahabi and Jabal Zaltan are well-known fossil vertebrate African localities situated in Sirt Basin of Libya. The Neogene Sahabi Formation has not yet been chronologically calibrated precisely with the Messinian Event. Dating Sahabi Formation comes from member "U1" based on mammalian biochronology. A Late Miocene age of the fauna is the most probable estimate. However, mammalian biochronology cannot exclude the youngest Early Pliocene age, for at least the top of member "U1.Formation "M", the underlying pre-Sahabi marine rock unit, is the only key for dating Sahabi Formation using microfossil biostratigraphy. Jabal Zaltan was used in this study for correlative purposes.The invertebrate micro/macrofossils data base examined from both areas, include samples from eight surface profiles (P10, P25, P28, P51, P52, P53, P66, and P96c) and two subsurface drilled shallow wells in As Sahabi area (WW1 A1-NC214 and As Sahabi Borehole 2); in addition, two sections from Maradah Formation at Jabal Zaltan were sampled. A total of 305 rock samples were collected from both areas. From those were prepared, 110 petrographic thin sections, 372 micropaleontological slides (Foraminifera, Ostracoda and Bryozoa), and 153 smear slides (calcareous nannofossils).The Late Neogene rock units of As Sahabi area are stratigraphically and sedimentlogically investigated and reviewed based on surface observations and microscopic examinations. Formation "Z" (Quaternary) represents terrestrial paleosol. It is up-ranked in this study to formation rather than member of the Sahabi Formation, based on the recognition of an unconformity with the underlying member "V" of Sahabi Formation. Mineralogical and geochemical investigation, performed for first time, of clayey sediments from three localities, P25, P28 and P96c, from vertebrate fossiliferous member "U1 "of the As Sahabi area, robustly showed very mature and re-processed sediments of continental origin, and felsic sources, with no influence from Libyan volcanic (basaltic) rocks. According to our data, the studied As Sahabi sediments can originate in Precambrian continental sources in northeastern Chad. Five macrofossils phyla (echinodermata, mollusks, corals, bryozoa and arthropoda) have been described and taxonomically classified into species in As Sahabi area. Thirty-five foraminifera species have been documented, mostly from the pre-Sahabi formation "M"; two local assemblage biozones are established, the older Globigerinoides obliquus obliquus - G. trilobus - Orbulina universa assemblage Biozone, and the younger Borelis melo melo – B. melo curdica Biozone. Seventeen ostracod species from formation "M" in As Sahabi area have been described systematically, and in order to interpret the depositional paleoenvironment of the investigated sediments. Seventeen calcareous nannofossils taxa have been described for the first time from formation "M" in WW1 A1-NC214 which is dated to Early Tortonian and is assigned to NN8/ MNN8b of Martini (1971) and Fornaciari et al. (1996) respectively. In addition, from study of As Sahabi borehole 2, a Late Tortonian is assigned to formation "M" (NN10b- NN11a of Martini, 1971). The two studied Libyan subsurface sequences are correlated by means of calcareous nannofossil biostratigraphy with several eastern Mediterranean equivalent sites, strengthening the regional chronological correlation framework. Jabal Zaltan, Maradah Formation is also studied lithologically and micro-paleontologically. Only the younger Ar Rahlah Member at Z138 has been found to contain abundant and diverse bryozoan assemblages. Thirty-one species have been described; four new species have been proposed in this work. They are Smittipora maradaensis n. sp., Calpensia spinosa n. sp., Thalamoporella zaltaniensis n. sp., and Celleporaria rahlaensis n. sp. By taking under consideration all tools applied in this study for the surface materials of As Sahabi area (locality P53, formation "M" type locality), formation "M" is assigned to Late Miocene (Tortonian) and not to previously suggested Middle Miocene age. This study, based on calcareous nannofossil biostratigraphy, gives an age estimation for formation "M" ranging between at least 10.40 - 8.52 Ma., correlative to the recently acquired 87Sr/86Sr absolute age of 8.99-9.36 Ma.

As Sahabi και Jabal Zaltan είναι δύο γνωστές παλαιοντολογικές θέσεις σπονδυλωτών της Αφρικής, οι οποίες ευρίσκονται στη Λιβύη, στο βόρειο τμήμα της λεκάνης της Σύρτης. Ο Νεογενής Σχηματισμός Sahabi δεν έχει ακόμη χρονολογικά βαθμονομηθεί επακριβώς με το Μεσσήνιο Γεγονός. Ένας σημαντικός χρονολογικός εκτιμητής του Σχηματισμού Sahabi προέρχεται από το μέλος "U1", και βασίζεται στη βιοχρονολογία θηλαστικών. Μια ηλικία της πανίδας Ανώτερου Μειόκαινου, είναι η πιο πιθανή εκτίμηση. Η βιοχρονολογία θηλαστικών, πάντως, δεν μπορεί να αποκλείσει την ηλικία κατώτατου Πλειόκαινου, για τουλάχιστον την κορυφή του μέλος "U1". O σχηματισμός "M", η προ του Sahabi θαλάσσια λιθοστρωματολογική ενότητα, αποτελεί το μόνο κλειδί για τη χρονολόγηση του Σχηματισμού Sahabi με τη χρήση βιοστρωματογραφίας μικροαπολιθωμάτων. Το Jabal Zaltan χρησιμοποιήθηκε στη παρούσα εργασία για λόγους συσχετισμού. H βάση δεδομένων των ασπόνδυλων μίκρο/μάκρο-απολίθωμάτων που εξετάστηκαν στις δύο περιοχές, περιλαμβάνει δείγματα από 8 επιφανειακές τομές (P10, P25, P28, P51, P52, P53, P66, and P96C), και πυρήνες από δύο αβαθείς γεωτρήσεις στη περιοχή As Sahabi (WW1 A1-NC214 και As Sahabi Borehole 2). Επιπλέον, έγιναν δειγματοληψίες σε δύο τομές από το Σχηματισμό Maradah και βρίσκονται στο Jabal Zaltan, (θέση Z100 από το Μέλος Qarat Jahanam Member και θέση Z138 του Μέλους Ar Rahlah). Συνολικά συλλέχτηκαν 305 λιθολογικά δείγματα και από τις δύο περιοχές. Από αυτά, παρασκευάστηκαν 110 πετρογραφικές λεπτές τομές, 372 μικροπαλαιοντολογικά παρασκευάσματα (Foraminifera, Ostracoda and Bryozoa) και 153 παρασκευάσματα για ασβεστολιθικά ναννοαπολιθώματα.Οι λιθοστρωματογραφικές ενότητες του Ανώτερου Νεογενούς της περιοχής As Sahabi ερευνήθηκαν στρωματογραφικά και ιζηματολογικά και αναθεωρήθηκαν βάσει επιφανειακών παρατηρήσεων και μικροσκοπικής εξέτασης. O σχηματισμός "Z" (Τεταρτογενές) αντιπροσωπεύει χερσαίο παλαιοέδαφος. Στη μελέτη αυτή αναβαθμίστηκε σε σχηματισμό από μέλος του Σχηματισμού Sahabi με βάση την αναγνώριση μιας ασυμφωνίας που το διαχωρίζει από το υποκείμενο μέλος "V" του Σχηματισμού Sahabi. Για πρώτη φορά πραγματοποιήθηκε oορυκτολογική και γεωχημική έρευνα σε αργιλικά ιζήματα, από τρεις εμφανίσεις (P25, P28 και P96c), του πλούσιου σε απολιθώματα σπονδυλωτών μέλους "U1" της περιοχής As Sahabi. Στο σύνολο τους οι γεωχημικές αναλύσεις έδειξαν πολύ ώριμα και επανεπεξεργασμένα ιζήματα χερσαίας και φελσικής προέλευσης, χωρίς επίδραση από Λιβυκά ηφαιστειακά πετρώματα. Σύμφωνα με τα δεδομένα μας τα ερευνηθέντα ιζήματα του As Sahabi μπορεί να προέρχονται από χερσαίες Προκάμβριες πηγές του βορειοανατολικού Τσαντ. Στην περιοχή As Sahabi περιγράφηκαν και ταξινομήθηκαν σε είδη πέντε φύλα μακροαπολιθωμάτων (εχινόδερμα, μαλάκια, κοράλλια, βρυόζωα και αρθρόποδα). 35 είδη Τρηματοφόρων αναγνωρίστηκαν στο As Sahabi προέρχονται κυρίως από τον προ-Sahabi σχηματισμό "M". Δύο τοπικές Βιοζώνες Συγκέντρωσης καθιερώθηκαν: η παλαιότερη Βιοζώνη Συγκέντρωσης Globigerinoides obliquus obliquus - G. trilobus - Orbulina universa, και η νεώτερη Βιοζώνη Borelis melo melo – B. melo curdica. 17 είδη οστρακόδων από το σχηματισμό "M" της περιοχής As Sahabi περιγράφηκαν και ταξινομήθηκαν με σκοπό να ερμηνευθεί το παλαιοπεριβάλλον απόθεσης των ερευνηθέντων ιζημάτων. 17 συστηματικές μονάδες ασβεστολιθικών ναννοαπολιθωμάτων περιγράφηκαν από τον πυρήνα WW1 A1-NC214 του σχηματισμού "M". Τα ναννοαπολιθώματα χρονολογούνται ως Κατώτερου Τορτόνιου και αποδόθηκαν στη βιοζώνη NN8/ MNN8b του Martini (1971) και αντίστοιχα των Fornaciari et al. (1996). Επιπρόσθετα, στη μελέτη της γεώτρησης 2 του As Sahabi η ηλικία του Σχηματισμού "M" υπολογίστηκε ως Ανώτερο Τορτόνιο (NN10b- NN11a του Martini, 1971). Οι δύο υπεδαφικές Λιβυκές ακολουθίες συσχετίστηκαν με βάση τη βιοστρωματογραφία των ασβεστολιθικών ναννοαπολιθωμάτων με διάφορες παρεμφερείς θέσεις της ανατολικής Μεσογείου, ενισχύοντας το υπάρχον χρονολογικό πλαίσιο της περιοχής.Επίσης μελετήθηκε λιθολογικά και μικροπαλαιοντολογικά ο Σχηματισμός Maradah του Jabal Zaltan. Μόνο το νεότερο Μέλος Ar Rahlah στη θέση Z138 περιείχε συγκεντρώσεις άφθονων και ποικιλόμορφων βρυοζώων. 31 είδη περιγράφηκαν. 4 νέα είδη προτάθηκαν στην παρούσα εργασία: Smittipora maradaensis n. sp., Calpensia spinosa n. sp., Thalamoporella zaltaniensis n. sp. και Celleporaria rahlaensis n. sp. Συνεκτιμώντας όλες τις μεθόδους που εφαρμόστηκαν στη παρούσα μελέτη στο επίγειο υλικό της περιοχής του As Sahabi (θέση P53, θέση Τύπος του σχηματισμού "M"), ο σχηματισμός "M" προσδιορίζεται ηλικιακά στο Ανώτερο Μειόκαινο (Τορτόνιο), και όχι στο προηγουμένως θεωρούμενο Μέσο Μειόκαινο. Η εργασία αυτή εκτιμά με βάση την βιοστρωματογραφία των ασβεστολιθικών ναννοαπολιθωμάτων ότι η ηλικία του σχηματισμού "M" κυμαίνεται μεταξύ τουλάχιστον 10.40 - 8.52 Ma. Η εκτίμηση βρίσκεται σε άμεση συσχέτιση με την πρόσφατα υπολογισθείσα (με βάση τον ισοτοπικό λόγο 87Sr/86Sr) απόλυτη ηλικία των 8.99-9.36 Ma.