abstracts - trinity college dublin › geology › wgsg2018 › doc › wgsg_programme_… ·...

84

Upload: others

Post on 25-Jun-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25
Page 2: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25
Page 3: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

1   

 

Welcome You are very welcome to the fourth meeting of the WGSG (Working Group on Sediment Generation) 

in Trinity College Dublin, Ireland. The talks, poster sessions and refreshments will take place within 

the Museum Building, which was  inspired by the Byzantine architecture of Venice and has housed 

the Trinity Geology Department ever since it was constructed in 1857. This WGSG meeting promises 

to  be  very  exciting  with  75  registered  participants,  six  keynotes  talks  and  a  short  course  on 

"Quantifying Sediment Budgets" which takes place the day before the meeting on the afternoon of 

Tuesday 26th June.   

The scientific committee is delighted to host the fourth WGSG meeting in such a great location and 

thank the organizing committee for all their hard work to date.  The exciting programme develops on 

themes explored at the three previous meetings, and we are sure  it will stimulate scientific debate 

on the controlling factors and processes regulating sediment generation and their applications to the 

sedimentary record.   

We are very grateful  to Nexen, Providence Resources, Tullow Oil,  the Geological Survey of  Ireland 

and the Irish Centre for Research in Applied Geosciences (iCRAG) for sponsoring the meeting, to the 

IAS for providing student travel grants and to our keynote speakers and short course organizers. We 

trust you will find the meeting stimulating and enjoyable, and warmly welcome you to Dublin. 

 

David Chew (on behalf of the local organizers), 

Luca Caracciolo (WGSG Scientific Committee) 

 

WGSG Scientific committee 

Sergio Andò (University of Milano‐Bicocca, IT) 

Alessandro Amorosi (Universit y of Bologna, IT) 

José Arribas (Universidad Complutense Madrid, ES) 

Heinrich Bahlburg (University of Münster, GE) 

Sebastien Bertrand (University of Ghent, BE) 

Luca Caracciolo (FAU Erlangen‐Nürnberg, GE) 

Salvatore Critelli (University of Calabria, IT) 

Eduardo Garzanti (University of Milano‐Bicocca, IT) 

Matthias Hinderer (TU Darmstadt, GE) 

Laura Stutenbecker (TU Darmstadt, GE)  

Pieter Vermeesch (University College London, UK) 

Hilmar von Eynatten (University of Göttingen, GE) 

Gert Jan Weltje (University of Leuven, BE) 

Local organizing committee 

David Chew, Chris Mark, Gary O’Sullivan (Trinity College Dublin) 

Shane Tyrrell (National University of Ireland Galway) 

Peter Haughton (University College Dublin) 

 

 

 

Page 4: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

2   

 

 

Page 5: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

3   

 

SHORT COURSE 

Quantifying sediment budgets from source to sink – with emphasis on evaluating the effects of disturbances

26th June 2018 (1‐5pm), Trinity College Dublin 

Amy East and Jonathan Warrick 

U.S. Geological Survey, Pacific Coastal and Marine Science Center, Santa Cruz, CA 

Purpose and scope: 

Tracking the movement of sediment from source areas through transport zones to 

depositional sinks is a problem central to many modern and ancient sedimentological 

investigations. One particular long‐standing problem in sedimentology and earth‐surface 

process studies has been that of landscape response to substantial changes in sediment 

supply. Such sediment‐supply changes can occur in response to natural or anthropogenic 

landscape disturbances, including landslides, emplacement or removal of dams on rivers, 

volcanic eruptions, mining activity, deforestation, and urbanization; the effects of such 

disturbances are most readily measured through the use of quantitative sediment budgets. 

This half‐day short course in sediment budgeting concepts, uses, and methodology would 

synthesize theory and practical applications of using source‐to‐sink sediment budgets in a 

variety of landscape contexts, drawing on modern and ancient examples. Applications 

would focus primarily on modern, fluvial settings, incorporating practical exercises to 

quantify sediment movement, predict downstream response to new sediment generation, 

and address best practices and uncertainty in using sediment‐transport measurements and 

digital elevation models (DEMs) to calculate sediment budgets. 

 

Page 6: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

4   

 

Course outline: 

Introduction and overview (1 hour, including discussion time): 

Utility of sediment budgeting in modern and ancient sedimentology studies 

Basic theory and practices in quantifying sediment budgets for modern systems 

Indeterminacy problems and their relevance to sediment management 

 

Break (10–15 min) 

 

Module 1 (1 hour): Sediment transport from source to sink in a modern fluvial system 

Focus on point‐source sediment production, using as an example the problem of dam 

removal and associated fluvial sedimentary response. Emphasize both research value and 

management applications. Topic is relevant especially for scientists working in Europe and 

U.S., as the age of many dams in those regions relative to their expected lifespan has meant 

the practice of removing obsolete dams is becoming increasingly common. 

 

Exercise (in breakout groups if numbers warrant): Predict/estimate downstream effects of 

sediment release from a point source such as a dam removal, including bed aggradation, 

transport time for sediment slug to advance a given distance downstream, and longevity in 

the coastal or fluvial‐confluence depocenter. Develop work plan to predict and assess the 

magnitude and duration of effects. 

 

Break (10–15 min) 

 

Module 2 (1–1.5 hours): Remote‐sensing applications for sediment budgeting 

Recent advances in DEM generation, especially the use of cost‐effective Structure‐from‐

Motion photogrammetry, and applications to quantifying sediment budgets 

Estimating and minimizing uncertainty in DEM differencing 

Exercise (in breakout groups if numbers permit): Manipulate digital landscape surfaces 

produced from Structure from Motion photogrammetry in order to calculate sediment 

erosion and deposition volumes 

 

Requirements: Laptop (PC or Mac both would work), Agisoft Photoscan software (30‐day free trial), 

Cloud Compare software (free, open source). 

Page 7: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

5   

 

Programme  Wednesday 27th June          Lecture Theatre, Museum Building  09.00 – 11.00  Registration 

Entrance Hall, Ground Floor, Museum Building 

 

11.00 ‐ 11.30    Coffee (Registration continues) 

    11.30 – 11.40  Welcome Address  11.40 – 12.15     Introduction to the Working Group on Sediment Generation. 

  

Theme 1:     Sediment Generation and Transport  12.15 – 13.00     Keynote Talk:       Seismic and meteorological drivers of sediment production 

Niels Hovius 

 

13.00 ‐ 14.00    Lunch 

    14.00 – 14.45    Keynote Talk: 

Scratching the surface of Antarctic landscape evolution with cosmogenic nuclides and a drill Gordon Bromley, Alexandra Balter, Greg Balco & Margaret Jackson 

 14.45 – 15.00  The Orange littoral sand highway: 1. Ultralong multistep fluvial‐marine‐

eolian transport poses a further thorny challenge to provenance research Eduardo Garzanti, Pedro Dinis, Pieter Vermeesch, Sergio Andò, Mara Limonta, Alberto Resentini & Giovanni Vezzoli 

 15.00 – 15.15  The Orange littoral sand highway: 2. An unexcelled natural laboratory in 

which to quantify mechanical abrasion and mineral durabilities during ultralong sediment transport Alberto Resentini, Sergio Andò, Eduardo Garzanti  

15.15 – 15.35  Creating a desert: sediment generation patterns and relentless aeolian activity in the Namib Sand Sea (Namibia) over the last 11 Ma. Caracciolo, L., Stollhofen, H., Garzanti, E., Limonta, M., Troidl, A., Hatzenbühler, D., 

Vermeesch, P. 

Page 8: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

6   

 

 

15.35 ‐ 16.10    Coffee 

  

16.10 – 16.30  Po Plain‐Northern Adriatic Foreland basin source‐to‐sink sediment system during Plio‐Pleistocene time: Evaluating tectonics vs. climate as erosion drivers Chiara Amadori, Andrea Di Giulio, Giovanni Toscani 

 16.30 – 16.50  Catchment changes in response to tectonics and climate: using river 

terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) Jesse R. Zondervan, Martin Stokes, Sarah J. Boulton, Anne E. Mather, Matthew W. Telfer  

16.50 – 17.10  Numerical modelling of sediment generation: characterisation of granitoid parent rocks Bram Paredis & Gert Jan Weltje 

 17.10 – 17.50    Wrap up and mini‐break‐out session  

 

18.00 ‐ 20.00    Ice breaker and poster session  

Entrance Hall, Ground Floor, Museum Building and 

Lecture Theatres A & B, Ground Floor, Museum Building 

 

 

Page 9: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

7   

 

Thursday 28th June           Lecture Theatre, Museum Building  Theme 2:     Sedimentological studies  09.00 – 09.20  Timing of lacustrine expansion, sediment deposition and carbon 

drawdown during the early Toarcian Oceanic Anoxic Event (~183 Ma)  Ruhl, M., Xu, W., Hesselbo, S.P., & Jenkyns, H.C. 

 09.20 – 09.40  A new theoretical framework for the transfer of periodic environmental 

signals to the stratigraphic record. Stephan Toby, Rob Duller, Silvio De Angelis, Kyle Straub 

 09.40 – 10.00  Porosity of uniform sands and gravels as a function of packing state and 

particle properties (size, roundness and sphericity) Gert Jan Weltje 

  10.00 – 10.45    Keynote Talk: 

Grave to Cradle: Accounting for Sediment Genetics in Hydrocarbon Exploration Bill Heins 

 

10.45 – 11.00    Wrap up of morning session 

 

11.00 ‐ 11.30    Coffee 

 

Theme 3:     Big data and automated data collection  11.30 – 11.50  High‐resolution reservoir quality prediction from cores by multifaceted 

analysis: a Carboniferous example from the Dutch offshore Saturnina Henares, Menno R. Bloemsma, Marinus E. Donselaar & Gert Jan Weltje  

11.50 – 12.10  Using “virtual microscopy” to re‐imagine and revitalize petrographic analyses Suzanne Kairo and Christopher M. Prince  

12.10 – 12.30  High resolution heavy mineral analysis by automated Raman spectroscopy N. Keno Lünsdorf,  Jannik Kalies, Patrick Ahlers, István Dunkl & Hilmar von Eynatten  

12.30 – 12.50  Automated data collection and analysis, current capability and future potential: Example of a 1000 sample QEMSCAN dataset. Jenny Omma  

12.50 – 13.00    Wrap up of late morning session    

Page 10: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

8   

 

 

13.00 ‐ 14.00    Lunch 

  14.00 – 14.45     Keynote Talk:       Decoding transient tectono‐climatic signals from the sedimentary record 

Alexander C. Whittaker 

 Theme 4:     New Approaches to Sedimentary Provenance  14.45 – 15.05  Testing the utility of apatite fluorine and chlorine content in sediment 

source tracking Claire Ansberque, Chris Mark, John Caulfield and David Chew  

15.05 – 15.25  Effective mineral quantification for arkosic sandstones using SEM imaging and element mapping ahead of common Pb isotopic analysis Sebastian Zimmermann, Peter Haughton, Shane Tyrrell  

 

 

15.25 ‐ 16.00    Coffee 

  16.00 – 16.20  Babel or Esperanto? The need of finding a common language in heavy 

mineral analyses István Dunkl, Hilmar von Eynatten, Keno Lünsdorf, Sergio Andò & Andrew C. Morton  

16.20 – 16.40  A workflow for analysis of compositional data in sedimentary petrology: inferring provenance changes in sedimentary basins from spatio‐temporal variation in heavy‐mineral assemblages Jasper Verhaegen & Gert Jan Weltje 

 16.40 – 17.00  How to average point‐counting data 

Pieter Vermeesch  

17.00– 17.50  Wrap up and mini‐break‐out session  18.00– 19.00  Poster session 

Lecture Theatres A & B, Ground Floor, Museum Building 

 

 

19.30 ‐ late    Conference Dinner 

      Ely Bar & Grill, IFSC, Dublin 1 

 

Page 11: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

9   

 

Friday 29th June          Lecture Theatre, Museum Building  Theme 4:     New Approaches to Sedimentary Provenance (continued)  09.00 – 09.20  Sedimentary provenance analysis meets ultrahigh‐pressure research 

Jan Schönig, Guido Meinhold, Hilmar von Eynatten & Nils K. Lünsdorf 

 09.20 – 09.40  Hydrated‐heavy‐mineral signature in orogenic sediments 

(Indus Fan, IODP Exp. 355) Sergio Andò, Wendong Liang, Mara Limonta, Chiara Ileana Paleari, Alberto Resentini & Eduardo Garzanti   

Theme 5:     Case Studies in Sedimentary Provenance  09.40 – 10.00  Possibilities and limitations of multi‐proxy detrital thermochronology: The 

Bengal and Indus Fans as archives of Himalayan exhumation Chris Mark, Yani Najman, Peter Clift, Andrew Carter, Dan Barfod, David Chew, Daniel Döpke & Randall Parrish 

  10.00 – 10.45    Keynote Talk: 

The initiation and evolution of the Irrawaddy drainage, with implications for the palaeo‐drainage and crustal evolution of eastern Asia. Peng Zhang, Yani Najman, Lianfu Mei, Ian Millar, Edward Sobel, Dan Barfod, Xiaolin Hu 

 10.45 – 11.00    Wrap up of morning session   

 

11.00 ‐ 11.30    Coffee 

  11.30 – 12.15  Keynote Talk: 

A Neogene record of Himalayan erosion: the IODP Expedition 354 transect in the Bengal fan at 8° N Christian France‐Lanord, Volkhard Spiess, Sébastien Lenard, Albert Galy, & Jérôme Lavé  

12.15 – 12.35  Precisely constraining the timing of the India‐Asia continental collision by provenance change Xiumian Hu, Wei An , Eduardo Garzanti & Jiangang Wang  

 

12.35 – 12.55  Mixing it up: Source switching in the Late Jurassic‐Early Cretaceous Scotian Basin, offshore Nova Scotia revealed by multi‐proxy provenance analysis Aoife Blowick, Georgia Pe‐Piper, David Piper & Shane Tyrrell 

 

Page 12: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

10   

 

12.55 – 13.15    The initiation and evolution of the river Nile Laura Fielding, Yani Najman, Ian Millar, Peter Butterworth, Eduardo Garzanti, Giovanni Vezzoli, Dan Barfod & Ben Kneller 

 13.15 – 13.30    Wrap up of late morning session  

 

13.30 ‐ 14.30    Lunch 

  14.30 – 16.30    Breakout sessions  16.30 – 17.00    Wrap up talk and close of meeting 

Page 13: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

11   

 

Listing of Poster Presentations (In alphabetical order by first author) 

 

Provenance of Carboniferous Deltas – Point sources and Mixed Signals. 

Bébhinn Anders, Shane Tyrrell,  John Murray &  John R. Graham  

 

Quartz and zircon de‐coupling in sandstone: petrology and quartz cathodoluminescence of the German Triassic Buntsandstein Group 

Carita Augustsson, Michaela Aehnelt, Thomas Voigt,  Cindy Kunkel, Marcus Meyer & Florian Schellhorn 

 

Pb isotopic fingerprinting of plagioclase as a sand tracking tool: A validation study 

Aoife Blowick, Shane Tyrrell & Peter Haughton 

 

Provenance of Permian‐Triassic metasedimentary rocks in the Antarctic Peninsula and southern Patagonia using U‐Pb age, Lu‐Hf and O isotopic compositions in zircon 

Paula Castillo & Mark Fanning 

 

Examples of provenance studies in tsunami deposits 

Pedro J. M. Costa 

 

The interplay of sandstone petrofacies and porosity and permeability: implications for reliable quality prediction in clastic turbiditic wedges of the southern Apennines foreland region, Italy  

Salvatore Critelli, Mario Borrelli, Gloria Campilongo, Francesco Muto, Enza Nicoletti, Edoardo Perri, Francesco Perri & Vincenzo Tripodi 

 

A suggested standard schema for use in organising and reporting sediment provenance datasets 

Lorin Davies, Sam Fielding, Ian Millar & Laura Fielding 

 

Detrital record of the denudation of volcanic islands in sub‐tropical climate 

Pedro A. Dinis & Marina C. Pinto 

 

A sedimentary provenance study of modern river sands from northern Fennoscandia and its insight on identifying mineral fertility, bias and the source of Mesozoic successions deposited on the Barents Shelf 

Michael J. Flowerdew, Edward J. Fleming, David M. Chew, Andrew C. Morton, Magdalena Biszczuk, Dirk Frei & J. Stephen Daly 

 

 

 

Page 14: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

12   

 

Sand composition as a tool for liquefaction phenomena assessment 

Daniela Fontana & Stefano Lugli 

 

Mineralogy and Genesis of Manganese Ores of Tunisia: Preliminary Results 

Hechmi Garnit , Donatella Barca, Salah Bouhlel  & Mariano Davoli 

 

One small terrane‐boundary basin – five different sources of sediment 

Peter Haughton 

 

Provenance and tectonic setting of the Slovenj Gradec Basin sedimentary succession (Western part of the Pannonian Basin system) 

Kristina Ivančič, Mirka Trajanova, Dragomir Skaberne & Andrej Šmuc 

 

Sediments of two Gondwana glaciations in Ethiopia: Provenance information from heavy minerals and detrital zircon ages 

Anna Lewin, Guido Meinhold, Matthias Hinderer, Enkurie L. Dawit & Robert Bussert 

 

An Empirical Method to Predict Sediment Grain Size from Inorganic Geochemical Measurements 

Dawei Liu, Sebastien Bertrand & Gert Jan Weltje 

 

Spatial and temporal variation in fluvial sediment supply to the Cretaceous Western Interior Seaway of North America 

Sinéad Lyster, Alexander Whittaker, Peter Allison & Sarah‐Jane Kelland 

 

Sediment hunting: Provenance of the Upper Jurassic NCSB and what we know 

Odhran McCarthy, Pat Meere & Dave Chew 

 

The lithostratigraphy of the Bradfield Southend Boreholes, Berkshire UK: An examination of the Late Cretaceous – Palaeogene boundary in the western London Basin. 

Ian Mounteney,  Peter Hopson, Seb Gurrola, Rosemary Jenkins, Ian Wilkinson, Mark Woods & Steve Thorpe 

 

Geochemical evidence for large‐scale drainage reorganization in Northwest Africa during the Cretaceous 

Yannick Mourlot, Martin Roddaz, Guillaume Dera, Gérôme Calvès, Jung‐Hyun Kim, Anne‐Claire Chaboureau, Stéphanie Mounic & François Raisson  

 

Sedimentary provenance studies in Brazil 

Daniel Rodrigues do Nascimento Jr. and  Pâmella Moura 

 

 

Page 15: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

13   

 

Heavy mineral variations in deltaic sandstones: towards a better understanding of pre‐depositional sediment history? 

Martin Nauton‐Fourteu, Shane Tyrrell & Andrew C. Morton 

 

Provenance and facies analysis evolution of extensional basins: a case study of the Permotriassic Mitu Group (Central Andes, Peru) 

Fernando Panca, Heinrich Bahlburg & Jasper Berndt 

 

Advanced proxies for provenance, erosion and transport mechanisms of modern stream sediments – An application of SEM‐based quantitative mineralogical analysis 

Sophia Rütters, Raimon Tolosana Delgado & Jens Gutzmer 

 

Detection of polymorphous alumosilicates by Correlative Raman Imaging and Scanning Electron Microscopy (Raman‐SEM) 

Maria Sitnikova, Irene Bitz & Reiner Dohrmann 

 

A database for compositional data 

Laura Stutenbecker, Adrian Linsel, Luca Caracciolo, Pieter Vermeesch & Matthias Hinderer 

 

Provenance of sands from the SE North Sea: Scandinavian vs. Central European signals  

Hilmar von Eynatten, Philipp Führing, Marius Aschoff, Eric Seest & István Dunkl 

 

Page 16: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

14   

 

Theme 1  

Sediment Generation and Transport 

Page 17: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

15   

 

KEYNOTE Seismic and meteorological drivers of sediment production

Niels Hovius 

GFZ German Research Centre for Geosciences, Telegrafenberg, Potsdam, Germany 

A  combination  of  regular  hydrometric  and  novel  geophysical monitoring  and  remote  sensing  of 

atmospheric  and  surface  observables  is  now  allowing  a  close  look  at  how  tectonic  and  climatic 

conditions  set  the  sediment  supply  to  basins  at  the  scale  of  events.    These  approaches  reveal 

predictable,  first‐order  links between external drivers and erosional  response, but also  time‐ and 

history‐dependent behaviour after  large perturbations,  tipping points across which small changes 

have major consequences, and overwhelming impacts of unusual events.  

In this presentation, I shall aim to demonstrate how simple, physically based models can be used to 

anticipate  the  sediment  production  due  to  an  earthquake  or  rainstorm.    For  example,  in  steep 

terrain, earthquakes cause  landsliding  in proportion to their mechanism, moment magnitude and 

source depth, and to the steepness of the excited topography. Earthquakes also cause damage  in 

shallow  substrates,  which  changes  the  propensity  to  slope  failure  induced  by  other  triggers.  

Subsequent healing gives  rise  to a  transient pulse of  sediment production by mass wasting after 

earthquakes,  which  eschews  normal  relations  between  rainfall  and  sediment  production.    The 

routing of sediment generated during such episodes remains poorly constrained, and blends  into 

the  long‐term  flux  of  sediment  from  uplands.    In  the  epicentral  area  of  the  2015  Gorkha 

earthquake,  this  long‐term  flux  has  a  further  term, which  is  not  directly  related  to  seismic  and 

meteorological drivers.   Glacier  lake outburst floods have a special ability to move very  large and 

normally stable boulders  in the riverbed, unlocking sediment  in the valley floor and debuttressing 

adjacent hillslopes.   The  impact of such  floods may dominate sediment production on decadal to 

centennial  time  scales, by  a mechanism  that  is  linked with  climate  and  climate  change  in  a  less 

conventional way.   Vegetation  is another  factor  that modulates  the effects of climatic drivers on 

sediment  sourcing.    In Upper Mustang,  current  sediment  production  rates,  prorated  for  rainfall 

forcing, are two orders of magnitude higher than in the high Himalayas, immediately to the south.  

This may be a relatively recent phenomenon, resulting from a geomorphic tipping point following 

aridification  and  the  demise  of  the  contiguous  vegetation  cover  of  this  sensitive  high  altitude 

environment.   These examples serve to show that sediment production and routing are part of a 

process  cascade  in  response  to  tectonic  and  climatic  impacts on  the  Earth’s  surface,  articulated 

through process links across a range of spatial and temporal scales. 

 

Page 18: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

16   

 

KEYNOTE Scratching the surface of Antarctic landscape evolution with cosmogenic

nuclides and a drill

Gordon Bromley1,2*, Alexandra Balter2, Greg Balco3, Margaret Jackson4 

*[email protected] 

1Geography, NUI Galway, Galway 

2Climate Change Institute, University of Maine, Orono, Maine, USA 

3Berkeley Geochronology Center, 2455 Ridge Road, Berkeley, California, USA 

4Earth Sciences Department, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire, USA  

With 98% of the continent buried by ice, our geologic view of Antarctica is highly restricted relative 

to  the  other  six  continents.  Nonetheless,  thanks  to  the  persistence  of  cold,  hyper‐arid  climate 

conditions, what  land  is exposed constitutes a vast  laboratory  for  investigating such processes as 

uplift and erosion, sediment production and dispersal, volcanism,  ice sheet stability (and thus the 

Antarctic  contribution  to  eustatic  sea  level),  and  long‐term  climate  variability.  Looking  farther 

afield, Antarctica is also a key source of extra‐terrestrial information as well as a Martian analogue. 

Coupled with  the  refinement  of  cosmogenic  nuclide  techniques  over  the  last  two  decades,  this 

unique degree of  landscape preservation means we can now start putting numbers  to persistent 

questions  in  Antarctic  science,  and  from  there  explore  implications  for  Earth’s  history  more 

broadly. 

Since 2015, we have been conducting a glacial‐geologic investigation in the southern Transantarctic 

Mountains  (TAM)  that,  first  and  foremost,  seeks  to  establish  the  sensitivity  of  the  vast  East 

Antarctic  Ice Sheet  (with ~50 m sea‐level equivalent)  to warmer‐than‐present climate conditions. 

Focusing  on  the  Pliocene  and Miocene  periods, when  Earth’s  climate  is  thought  to  have  been 

warmer  than  today  –  and  arguably  analogous  to  our  greenhouse  future  –  we  have  applied 

cosmogenic 3He, 21Ne, and 10Be to date changes  in  ice sheet thickness at two remote field sites at 

85°S: Roberts Massif and Otway Massif. The results of  that work, which  is nearing  its conclusion, 

are tantalising and this talk will cover both the new geologic record for Earth’s largest ice sheet and 

its implications for past and future sea level.  

There is more to this cosmogenic data set, however, than a simple story of Antarctic ice volume and 

so  this  talk will  explore  some  of  the more  nuanced  outcomes  of  the  investigation.  For  one,  a 

multiple‐nuclide approach has enabled us  to constrain surface erosion rates  in  the TAM and also 

place limits on mountain uplift, both of which have been a source of almost comical contention for 

decades. Secondly, we have extended the boundaries of the noble gas measurements on terrestrial 

surfaces and, in so doing, shed new light on long‐term climate variability on the Antarctic continent. 

Thirdly, and perhaps most crucial of all, we have identified fundamental gaps in our understanding 

of cosmogenic nuclide production rates and the ‘scaling schemes’ we rely on to apply the method 

anywhere on Earth. 

Page 19: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

17   

 

The Orange littoral sand highway: 1. Ultralong multistep fluvial-marine-eolian transport poses a further thorny challenge to provenance research

Eduardo Garzanti*1, Pedro Dinis2, Pieter Vermeesch3, Sergio Andò1, Mara Limonta1, Alberto 

Resentini1, Giovanni Vezzoli1 

*[email protected] 

1 Laboratory for Provenance Studies, Department of Earth and Environmental Sciences, Università di 

Milano‐Bicocca, 20126 Milano 2 IMAR‐CMA Centro do Mar e Ambiente, Departamento de Ciências da Terra, Universidade de 

Coimbra, Largo Marquês de Pombal, 3000‐272 Coimbra, Portugal 3 London Geochronology Centre, Department of Earth Sciences, University College London, London 

WC1E 6BT, UK 

 

Sand carried from Lesotho and Southafrica to the Atlantic Ocean by the Orange River is dragged by 

swell waves and persistent  southerly winds  to accumulate  in  four  successive dunefields  in coastal 

Namibia  to  Angola1,2,3.  All  four  dunefields  are  terminated  by  river  valleys, where  eolian  sand  is 

flushed back  to  the ocean. And  yet  sediment  transport  continues  at  sea,  tracing  a 1800  km‐long 

submarine sand highway. Sand drift would extend northward to beyond the Congo  if the shelf did 

not become progressively narrower  in  southern Angola, where drifting  sand  is  funnelled  towards 

oceanic depths via canyon heads connected to river mouths. More than half of Moçamedes Desert 

sand  in southern Angola  is derived from the Orange River, and the rest  in similar proportions from 

the  Cunene  River  and  the  Swakop  River  draining  the  Damara  orogen  in  Namibia.  The  Orange 

fingerprint, characterized by basaltic rock  fragments, clinopyroxene grains, and bimodal zircon‐age 

spectra with peaks at  0.5 and  1.0 Ga, is lost abruptly at Namibe, and beach sands farther north 

have abundant feldspar, amphibole‐epidote suites, and unimodal zircon‐age spectra with peak at  2.0 Ga, documenting  local provenance  from Paleoproterozoic basement.  In modern settings, high‐

resolution multimineral  studies  allow  us  to  trace  complex multistep  sediment  pathways  through 

different  environments  over  distances  of  thousands  of  kilometers.  But what  are  the  chances  to 

unravel  such  intricacies,  reconstruct  complex  source‐to‐sink  relationships,  and  make  correct 

sediment budgets in ancient cases? 

 

1. Garzanti, E., Andò, S., Vezzoli, G., Lustrino, M., Boni, M., & Vermeesch, P., Petrology of the Namib sand sea: 

long‐distance transport and compositional variability in the wind‐displaced Orange Delta. Earth Sci. Rev., 112, 

173‐189  (2012). 2. Garzanti. E., Vermeesch, P., Andò, S., Lustrino, M., Padoan, M., & Vezzoli, G., Ultra‐long 

distance  littoral  transport  of  Orange  sand  and  provenance  of  the  Skeleton  Coast  Erg  (Namibia). Marine 

Geology, 357, 25‐36 (2014). 3. Garzanti, E., Dinis, P., Vermeesch, P., Andò, S., Hahn, A., Huvi, J., Limonta, M., 

Padoan, M., Resentini, A., Rittner, M., & Vezzoli, G., Sedimentary processes controlling ultralong cells of littoral 

transport : placer formation and termination of the Orange sand highway in southern Angola, Sedimentology, 

65, 431‐460 (2018). 

Page 20: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

18   

 

The Orange littoral sand highway: 2. An unexcelled natural laboratory in which to quantify mechanical abrasion and mineral durabilities during

ultralong sediment transport

Alberto Resentini*, Sergio Andò, Eduardo Garzanti 

*[email protected] 

Laboratory for Provenance Studies, Department of Earth and Environmental Sciences, Università di 

Milano‐Bicocca, 20126 Milano 

 

A mathematical method based on  image analysis allowed us to measure the textural properties of 

heavy minerals  in fluvial, aeolian‐dune and beach sediments throughout the 1800 km‐long Orange 

cell of  littoral sand transport, the  longest documented so far on our planet. We analysed the grain 

size and shape of 12,700, grains  including all major heavy‐mineral species contained  in 22 selected 

samples  collected  along  the  Atlantic  coast,  from  Namibia  to  southern  Angola1,2.  In  this  unique 

natural  laboratory,  where  the  Orange  River  represents  a  single  dominant  sediment  source 

characterized by diagnostic compositional  fingerprints, hyperarid climate ensures  limited chemical 

alteration of even unstable ferromagnesian minerals. 

This  case  study  led  us  to:  a) monitor  changes  in  grain  size  and  roundness  of  different  detrital 

minerals  during  ultralong  transport  in  high‐energy  shallow‐marine  and  aeolian  environments;  b) 

determine the relative durability of different detrital minerals to mechanical wear as a  function of 

their mineralogical properties (e.g., hardness, cleavability); c) compare roundness of grains in sands 

of  different  facies  to  establish  the  relative  efficiency  of mechanical  processes  as  a  function  of 

depositional environment and transporting medium (i.e., water versus air); d) compare roundness of 

the  same  detrital  species  in  beach  deposits  enriched  in  heavy minerals  to  different  degrees  and 

evaluate  whether  rounded  grains  are  preferentially  entrained  or  left  behind  during  high‐energy 

storm events; e) test the use of textural properties to distinguish between coarser or angular grains 

of  local  provenance  from  smaller  or  rounded  grains  derived  from  distant  sources.  The  rigorous 

definition of particle shape and the measurement of grain roundness is a necessary step to achieve a 

full  understanding  of  sedimentary  processes,  evaluate  mechanical  effects  during  long‐distance 

transport,  challenge  untested  assumptions,  and  obtain  useful  complementary  information  on 

sediment provenance. 

 

1. Garzanti, E., Resentini, A., Andò, S., Vezzoli, G., & Vermeesch, P., Physical controls on sand composition and 

relative  durability  of  detrital minerals  during  long‐distance  littoral  and  eolian  transport  (coastal  Namibia). 

Sedimentology, 62, 971‐996 (2015). 2. Resentini, A., Andò, S., & Garzanti, E., Quantifying roundness of detrital 

minerals  by  image  analysis:  sediment  transport,  shape  effects,  and  provenance  implications.  Journal  of 

Sedimentary Research, 88, 276–289 (2018). 

 

Page 21: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

19   

 

Creating a desert: sediment generation patterns and relentless aeolian activity in the Namib Sand Sea (Namibia) over the last 11 Ma.

Caracciolo, L.1, Stollhofen, H.1, Garzanti, E.2, Limonta, M.2, Troidl, A.1, Hatzenbühler, D.1, Vermeesch, 

P.3 

1Friedrich‐Alexander Erlangen University (FAU) Erlangen‐Nuremberg, GeoZentrum Nordbayern, 

Schlossgarten 5, 91054, Erlangen, Germany   2Laboratory for Provenance Studies, Department of Earth and Environmental Sciences,Università di 

Milano‐Bicocca, 20126 Milano, Italy 3University College London, London WC1E 6BT, UK 

 

The  Namib  Sand  Sea  hosts  among  the  highest  sand  dunes  and  is  one  of  the  most  extreme 

environments on the planet. The permanent arid conditions, lasting since at least 55 Ma, make the 

Namib perhaps  the oldest desert on Earth. The origin and composition of excessive sand volumes 

results  from  long‐distance  northward  littoral  transport  from  the Orange  River mouth,  fuelled  by 

swell waves generated at high southern latitudes. The interplay of such powerful processes controls 

sediment transfer and fractionation, with part of the sandy detritus being blown inland and stored in 

the  sand  sea whereas  the  rest  is  transported  as  far north  as  the Moçadames desert  in  Southern 

Angola (Garzanti et al. 2017). Sand dunes of the Namib Desert are only moderately quartzose, and 

include diverse unstable mineralogical components,  which is rather  unusual for large deserts such 

as  the Sahara,  characterized by pure quartzose  sand. Modern  sediments of  the Namib desert are 

feldspatho‐litho‐quartzose  to  litho‐feldspatho‐quartzose  including  abundant  mafic 

volcanic/subvolcanic and sedimentary (shale/sandstone, carbonate) rock fragments and rich heavy‐

mineral assemblages dominated by clinopyroxene, associated with opaque Fe–Ti–Cr oxides, epidote, 

amphibole and garnet (Garzanti et al., 2014 and references therein). The comprehensive provenance 

dataset available from the literature indicates that Skeleton Coast dune sand is derived mostly from 

the Orange River and ca 20% from metamorphic and granitoid rocks of the Damara Orogen through 

the Swakop River (Garzanti et al. 2014 and references therein). 

This  study  (in  progress)  focuses  on  the  inland  part  of  the  Namib  desert,  where  the  aeolian 

sandstones of the  late Miocene to mid Pliocene Tsondab Formation represent fossil equivalents of 

the  present  day  dune  system.  The  research  also  includes  compositionally  ground‐truth  remote‐

sensing mineralogy, the aim of which is to understand the ephemeral river – dune interaction in the 

present day setting and to transfer the acquired knowledge to older sediments. Study areas include 

the  Soussvlei,  where  the  Tsauchab  River  dies  within  the  dunes  to  form  playa‐lake  systems. 

Sandstone petrography, heavy‐mineral analysis, bulk‐rock geochemistry and stable isotopes are used 

to:  (i)  determine  the  composition  of  the  late Miocene  to mid  Pliocene  Tsondab  Sandstone;  (ii) 

compare  it  to  those of modern  sands;  (iii)  constrain  the  sediment  routing  system  throughout  the 

Neogene; and,  (iv) discuss  the preliminary  results  in  relationship with climatic  regimes. Diagenetic 

processes  are  also  investigated,  focusing  on  the  influence  of  sediment  composition  on  early 

consolidation mechanisms. The characterisation of lithification processes on recent and older dunes 

provides  elements  allowing  us  to  reconstruct  the  fate  of  sand  grains  transported  by  the Orange 

River, blown  inland  into the Namib desert, and  lithified through the formation of clay coatings and 

early carbonate cementation.   

1.Garzanti, E., Vermeesch, P., Andó, S., Lustrino, M., Padoan, M., Vezzoli, G., Ultra‐long distance littoral 

transport of Orange sand and provenance of the Skeleton Coast Erg (Namibia). Marine Geology. 357, (2018). 

Page 22: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

20   

 

Po Plain-Northern Adriatic Foreland basin source-to-sink sediment system during Plio-Pleistocene time: Evaluating tectonics vs. climate as erosion

drivers

Chiara Amadori1*, Andrea Di Giulio1, Giovanni Toscani1 

*[email protected] 

1University of Pavia, Department of Earth and Environmental Sciences, Via Ferrata 1, 27100 Pavia, 

Italy. 

Worldwide  data  from  tectonically  active  and  inactive  mountain  regions  record  an  increase  of 

sediment input to sedimentary basins during the last million years, concomitantly with the cooling of 

global  climate1.  This,  pushed  some  authors  to  conclude  that  Pliocene‐Pleistocene  climate  (i.e. 

affected by high amplitude oscillating conditions) has been more efficient than tectonics in triggering 

mountain erosion2. To estimate the relative efficiency of tectonics with respect to climate in eroding 

mountain belts, a closed and highly constrained  system  is needed. The Po Plain‐Northern Adriatic 

Foreland System (PPAF), provides an ideal case of study to test this hypothesis. 

During  Plio‐Pleistocene  time  the  foredeep  setting was  relatively  confined  (i.e. without  significant 

sediment  escape)  because  largely  surrounded  by  collisional  belts  (Alps, Northern  Apennines  and 

Dinarides)  providing  a  fairly  high  siliciclastic  input  and  producing  a  quite  continued  sedimentary 

record. 

This  work  presents  a  detailed  basin‐scale  3D  model  of  the  PPAF  infilling  derived  from  the 

interpretation of a dense seismic network integrated with more than 100 well logs (dataset provided 

by ENI). The resulting 3D subsurfaces architecture is made of 6 chronologically constrained regional 

unconformities3  referred  as:  base  Pliocene,  intra‐Zanclean,  intra‐Piacenzian,  intra‐Gelasian,  base 

Calabrian  and  late  Calabrian.  The  3D  block was  depth‐converted  using  a  3D‐velocity model  and 

decompacted  to  avoid  compaction‐related bias. The 3D modelling enables  to  investigate  step‐by‐

step  the  basin  geometry  and quantify  the  sediment  input  through  space  and  time  (i.e.  sediment 

flux). 

The  obtained  fluxes  show  a  two‐folds  increase  occurred  since  2.58 Ma  (~21,000  km3/Ma)  with 

respect to Pliocene time (~10,000 km3/Ma). 

More  in detail, during Gelasian time,  the Northern Apennines experienced  the  last strong  tectonic 

phase  that  is  recorded  in  the  basin  by  an  increase  in  sediment  flux  from  ~8,500  km3/Ma  during 

Piacentian,  to  ~13,000  km3/Ma.  After  that,  since  Calabrian,  both  Alpine  and  Apennine  belts 

underwent  strong  decrease  in  tectonic  activity  but  the  sediment  flux  increased  up  to  ~29,000 

km3/Ma, exactly when climate cooling and cyclicity increased the most. 

Therefore  we  argue  that  a  cool,  highly  oscillating  climate,  causing  glacial‐interglacial  cycles  is 

approximately 2 times more efficient than tectonics in promoting the erosion of mountain belts and 

the related detrital input in the surrounding sedimentary basins. 

1. Molnar, P., Late Cenozoic increase in accumulation rates of terrestrial sediments: how might climate change have 

affected erosion rates? Annual Review of Earth Planetary Science, 32, (2004). 2. Kuhlemann, J., Frisch, W., Székely, 

B., Dunkl,  I., & Kázmér, M., Post‐collisional  sediment budget history of  the Alps:  tectonic  versus  climatic  control. 

Internarional Journal of Earth Sciences, 91, (2002). 3. Ghielmi, M., Minervini, M., Nini C., Rogledi, S., & Rossi, M., Late 

Miocene‐Middle  Pleistocene  sequences  in  the  Po  Plain‐Northern  Adriatic  Sea  (Italy):  The  stratigraphic  record  of 

modification phases affecting a complex foreland basin. Marine and Petroleum Geology, 42, (2013). 

Page 23: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

21   

 

Catchment changes in response to tectonics and climate: using river terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco)

 

Jesse R. Zondervan1*, Martin Stokes1, Sarah J. Boulton1, Anne E. Mather1, Matthew W. Telfer1  

 

*[email protected]   1School of Geography, Earth and Environmental Sciences, Plymouth University, Plymouth  PL4 8AA   Tectonics and climate drive  the generation and  transport of sediment  in mountain  rivers as  these evolve  over  time.  On  a  glacial‐interglacial  scale,  in  particular  catchment  reorganisation  and catchment  incision  dynamics  control  these  processes,  and  affect  fan  deposition  in  sedimentary basins1.  The  Atlas  Mountains  in  Morocco  exhibit  ongoing  catchment  reorganisation  and  an abundance  of  river  terraces  recording  glacial  fluvial  aggradation  and  interglacial‐glacial  incisional periods2,  opening  up  insight  into  the  processes  behind  catchment  evolution  over  geological timescales.  Topography and river profiles across drainage divides are similar  in a stable divide, and  if they are unequal  they  indicate  active  catchment  reorganisation. When  reorganisation  occurs,  it  results  in irregularities  in  river  long  profiles  and  changes  in  river  valley  erosion.  River  strath  terraces  are formed  by  transition  between  valley widening  and  downcutting  of  terraces  in  response  to  local divergence of sediment‐transport capacity3. Consequently,  they record changes  in catchments due to river capture, climate and tectonics. The presence of river terraces enables catchment processes over time to be investigated.  A combination of remote sensing and field mapping and logging was completed in May 2018. River terraces have been mapped with newly  released high  resolution DEM data  in  the  southern High Atlas in Morocco, and additional surveying was done in the field. Geomorphological indices suggest river  catchment  capture  is  a  key  control  on  the  development  of  drainage  networks.  River  long profiles  suggest  tectonic  controls  have  also  influenced  landscape  development  over  the  last  few million years4. Logging of  terrace sediments  together with high‐resolution sampling  for OSL dating enables  these  catchment‐wide  effects  to  be  compared  with  paleo‐hydrological  and  sediment transport characteristics of the fluvial system.  The  combination of geomorphological DEM and  sedimentological  field data enables us  to explore drivers  of  catchment  change,  and  will  contribute  to  the  wider  understanding  of  fluvial  system response to climate and tectonic controls, and to its transport into the sedimentary record.  

1. Mather, A. E., Harvey, A. M., and Stokes, M., 2000, Quantifying long‐term catchment changes of alluvial fan 

systems:  GSA  Bulletin,  v.  112,  no.  12,  p.  1825‐1833.  2.  Stokes, M.  et  al.  Controls  on  dryland  mountain 

landscape  development  along  the  NW  Saharan  desert  margin:  Insights  from  Quaternary  river  terrace 

sequences  (Dadès  River,  south‐central  High  Atlas,  Morocco).  Quaternary  Science  Reviews  166,  363‐379, 

doi:10.1016/j.quascirev.2017.04.017 (2017). 3. Hancock;, G. S. & Anderson, R. S. Numerical modeling of fluvial 

strath‐terrace  formation  in  response  to oscillating  climate. GSA Bulletin 114, 1131‐1142, doi:10.1130/0016‐

7606(2002)114<1131:NMOFST>2.0.CO;2 (2002). 4. Boulton, S. J., Stokes, M., and Mather, A. E., 2014, Transient 

fluvial  incision  as  an  indicator  of  active  faulting  and  Plio‐Quaternary  uplift  of  the  Moroccan  High  Atlas: 

Tectonophysics, v. 633, p. 16‐33. 

Page 24: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

22   

 

Numerical modelling of sediment generation: characterisation of granitoid parent rocks

 

Bram Paredis1*, Gert Jan Weltje1 

[email protected] 

 

1Department of Earth and Environmental Sciences, KU Leuven, Celestijnenlaan, Leuven, Belgium  

The  Sediment Generation model  (SedGen)  currently under  construction  is aimed at  simulating the  chemical  and  mechanical  weathering  of  crystalline  parent  rocks  to  sediments.  An  obvious starting point for any attempt to model these processes is a comprehensive characterisation of the starting material’s properties, which define the initial conditions of the simulation. Griffiths was the first  to  recognize  that  sandy  sediments  can  be  fully  characterized  by  a  combination  of  five fundamental properties, namely “(1) the kinds and volumetric proportions of the elements, (2) their size  distributions,  (3)  their  spatial  arrangement,  (4)  their  shape  distributions,  and  (5)  their orientation distributions”1, 2. 

We generalized the Griffiths descriptor to encompass common crystalline rocks, so as to turn  it into  a  general  petrological  tool.  In  the  case  of  granitoid  rocks,  the  fundamental  properties considered  are  modal  mineralogy,  crystal‐size  distributions,  and  normalised  crystal‐interface frequencies. The latter may be viewed as an extension of property (3), which  is equated to packing density  in  sands, but must be  specified  for  each mineral  separately  in  igneous  and metamorphic rocks with non‐random texture. Properties (4) and (5) are not taken into account in our description, as we consider all crystals to be approximately spherical,  in order to keep the model tractable and reduce  its computational overhead. Granitoid rocks have been selected as test data for SedGen, as they represent the most common type of  igneous rock at the Earth's surface and tend to produce large quantities of sand. 

We will show examples of the variability of the three fundamental properties  in granitoids, and discuss  their  inter‐relationships.  Because  sediments  generated  in  first‐order  (monolithologic) drainage basins typically offer a mixture of detritus generated in an area of several km2, knowledge of the joint distribution of fundamental properties is of major importance for assessing the goodness of fit of SedGen simulations. Quantification of the joint variability of texture and composition has not been popular in the field of igneous petrology, although considerable attention has been devoted to measuring and  interpreting  crystal‐size distributions. One of  the  reasons  for  the  lack of pertinent texture data is perhaps the popularity of geochemical methods, which are fast and reliable, but need to be combined with digital image‐analysis techniques to permit quantification of rock texture. 

1. Griffiths, 1952, AAPG Bulletin, v. 36, p. 205‐229. 2. Griffiths, 1961, J. Geol., v. 69, p. 487‐498. 

Page 25: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

23   

 

Theme 2 

Sedimentological studies 

 

 

 

 

 

 

Page 26: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

24   

 

Timing of lacustrine expansion, sediment deposition and carbon drawdown during the early Toarcian Oceanic Anoxic Event (~183 Ma)

Ruhl, M.1,2,* & Xu, W.2, Hesselbo, S.P.3, Jenkyns, H.C.2 

*[email protected] 

 

1Department of Geology, Trinity College Dublin, The University of Dublin, Dublin 2, Ireland 

2Department of Earth Sciences, University of Oxford, Oxford OX1 3AN, UK 3Camborne School of Mines, University of Exeter, Penryn TR10 9FE, UK 

 

The early Toarcian Oceanic Anoxic Event (T‐OAE; ~183 Ma) was marked by persistent marine anoxia–

euxinia and globally significant burial of organic carbon in organic‐rich black shales, associated with a 

major global carbon cycle perturbation  likely  linked to Karoo‐Ferrar volcanism1, 2, 3. Although the T‐

OAE  is well  studied  in  the marine  realm,  a  new  study  shows  that  also  continental  interiors  are 

marked  by  significant  climatic  and  environmental  changes  at  that  time4.  Enhanced  hydrological 

cycling  under  elevated  atmospheric  pCO2  led  to  enhanced  precipitation,  resulting  in major  lake 

systems developing in continental interiors coevally with the T‐OAE. 

Increased  lacustrine  organic  productivity  from  elevated  riverine  nutrients  supply  caused massive 

burial of organic carbon  in  the Sichuan Basin alone, presenting an  important negative  feedback  in 

the global exogenic carbon cycle. Rhythmic changes in depositional conditions and sediment supply 

and preservation, observed along a depth transect in the basin, occur possibly on astronomical time‐

scales allowing for high‐resolution temporal constraints. It suggests precession‐controlled changes in 

lake‐level and organic productivity during the Early Toarcian OAE in the lacustrine Sichuan Basin. 

 1. Hesselbo, S.P., Grocke, D.R.,  Jenkyns, H.C., Bjerrum, C.J., Farrimond, P., Bell, H.S.M., Green, O.R., Massive 

dissociation of gas hydrate during a Jurassic oceanic anoxic event, Nature 406: 392–395 (2000).     2. Jenkyns, 

H.C., Geochemistry of oceanic anoxic events, Geochem. Geophys. Geosyst. 11 (2010).   3. Xu, W., Mac Niocaill, 

C.,  Ruhl, M.,  Jenkyns,  H.C.,  Riding,  J.B.,  Hesselbo,  S.P., Magnetostratigraphy  of  the  Toarcian  Stage  (Lower 

Jurassic) of  the  Llanbedr  (Mochras  Farm) Borehole, Wales: basis  for  a  global  standard  and  implications  for 

volcanic forcing of palaeoenvironmental change, Journal of the Geological Society, London, in press.   4. Xu, W., 

Ruhl, M.,  Jenkyns, H.C., Hesselbo,  S.P.,  Riding,  J.B.,  Selby, D., Naafs,  B.D.A., Weijers,  J.W.H.,  Pancost,  R.D., 

Tegelaar, E.W., Idiz, E.F., Carbon sequestration in an expanded lake system during the Toarcian oceanic anoxic 

event, Nature Geoscience 10, 129–134 (2017). 

 

 

 

Page 27: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

25   

 

A new theoretical framework for the transfer of periodic environmental signals to the stratigraphic record.

 

Stephan Toby1, Rob Duller1*, Silvio De Angelis1, Kyle Straub2 

*[email protected] 

1University of Liverpool, Liverpool, UK  

2Tulane University, New Orleans, Louisiana, USA 

The  stratigraphic  record  is a unique physical archive  for past environmental  forcing on Earth and 

other planetary bodies. This forcing sets the rate and volume of sediment delivered to sedimentary 

basins, which should be recorded  in the stratigraphic record. However, for sediment supply signals 

to make their way through to stratigraphy, they must pass across and through the active layer of the 

Earth’s  surface.  Within  this  active  layer,  autogenic  processes  govern  storage  and  release  of 

sediment, which distort environmental signals as they are transferred across the surface and to the 

stratigraphic record; therefore any interpretation of the stratigraphy cannot be guaranteed to reflect 

past  environmental  signals.  To  address  this  we  develop  a  new  theoretical  framework  and  new 

stratigraphic stability diagram for sedimentary systems. This novel framework is specifically designed 

to  assess  the  ability  of  a depositional  landscapes  to  store  environmental  signals  emanating  from 

catchments or from a point source. It is anticipated that this approach can realistically be applied to 

field stratigraphy in order to guide a more reliable diagnosis of ancient environmental signals. 

 

Page 28: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

26   

 

Porosity of uniform sands and gravels as a function of packing state and particle properties (size, roundness and sphericity)

Gert Jan Weltje1* 

*[email protected] 

1 KU Leuven, Department of Earth and Environmental Sciences, Celestijnenlaan 200E, 3001 Leuven‐

Heverlee, Belgium 

 

The ability to predict the porosity of sediments with arbitrary size‐roundness‐sphericity distributions 

has remained one of  the elusive goals of sedimentology.  It  is proposed that this complex problem 

may be broken down into a series of sub‐problems, which must be resolved sequentially: (1) predict 

the porosity of arbitrary uniform particle assemblages (i.e., particles with fixed size, roundness and 

sphericity) under specified experimental conditions; (2) predict the porosity of arbitrary mixtures of 

uniform particle assemblages under specified experimental conditions (this is where grain‐size and ‐

shape distributions  come  in);  (3)  relate  the experimental  conditions  to  the evolution of boundary 

conditions over the course of geological time and use this to predict how porosity will evolve (this is 

where  burial  history  and  diagenesis  come  in).  Not much  is  known  about  the  first  sub‐problem, 

although a considerable amount of empirical data relevant to its resolution are available in the field 

of geotechnical engineering. The  second  sub‐problem has been extensively  studied  in  the  field of 

powder  technology. The  third poses many problems.  In geology,  it has been dealt with  in a highly 

generic  way  only,  i.e.  without  specification  of  the  properties  of  particle  assemblages,  and  is 

therefore regarded as essentially unresolved.  

In  this contribution a solution  to  the  first sub‐problem will be presented. Legacy data were culled 

from a range of mostly geotechnical sources, published between 1938 and 2017, and analysed in the 

light  of  a  new  porosity model.  Analysis  of  this  heterogeneous  data  set  has  been  carried  out  by 

capturing the variability among experimental conditions with a single number, termed the reference 

porosity  (or packing  state) of a particle assemblage. The porosity of uniform particle assemblages 

corresponding  to a given reference porosity has been  termed  the  intrinsic porosity. Available data 

permit an intrinsic porosity function to be derived for grain assemblages in the sand‐to‐gravel range 

with any combination of  roundness and sphericity values, which have been deposited  in air. With 

this  function,  the  porosity  of  arbitrary  uniform  particle  assemblages  can  be  predicted  quite 

accurately  (within  about  2%  absolute  error)  if  the  reference  porosity  is  known.  The  geological 

significance of  the  reference porosity  lies with  the  fact  that  it  reflects  the conditions under which 

deposition  occurs.  Hence,  accurate  and  precise  porosity  prediction  requires  knowledge  of  the 

reference porosities of depositional  (sub) environments. Such knowledge  is presently unavailable, 

despite its obvious relevance to sedimentological, diagenetic and hydrogeological studies.   

Page 29: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

27   

 

 

  

 

 

 

 

 

KEYNOTE Grave to Cradle: Accounting for Sediment Genetics in Hydrocarbon

Exploration

William A. Heins 

[email protected] 

ExxonMobil Exploration Co., 22777 Springwoods Village Pkwy, Spring, Texas, USA 77096 

Mass‐balance analysis can be used to increase the probability that all the sources (and their relative 

contribution) to a sedimentary sink have been accounted for. If the sources are all accounted, then 

any observation about one part of  the  source‐sink  system will provide  insight  into, or constraint 

upon,  every  part  of  the  system.  The most  useful mass‐balance  analysis must  start with  a  strict 

definition of the target sediment body  in the sink, formally quantify and account for uncertainties 

around volume estimates, and end with a probabilistic evaluation of all available sources against 

the sink. 

Starting with  the  sink  is  important  to  ensure  that  potential  intra‐  and  extra‐basinal  sources  of 

sediment are not overlooked, as  illustrated with a recent exploration example  from Mozambique 

where  there  is  about  twice  as  much  sediment  in  the  basin  as  has  been  generated  on  the 

immediately adjacent hinterland. Strict definition of the physical boundaries of the target sediment 

body helps clarify the time and space requirements that sources must fulfil to be considered in the 

analysis, as well as illuminating the potential for leakage out of the sink. 

An  example  from  the  last 190k  years  (since MIS 6/7) of  sedimentation on  the Golo  Fan off  the 

eastern  coast  of  Corsica  demonstrates  that  even  with  high  data  density  in  a  well‐constrained 

modern system it is impossible to know either the volume of sediment deposited in the sink or the 

amount  of  sediment  generated  from  the  source  precisely;  the  range  from  the minimum  to  the 

maximum  estimate  is  at  least  a  factor  of  2‐3,  if  uncertainties  are  honestly  accounted  and 

propagated through the analysis. Given the imprecision of both source and sink volume estimates, 

a balance between them can only be evaluated probabilistically.  

The community should align on formal analytic procedures and strict accounting practices to realize 

the potential of sink‐to‐source mass‐balance analysis. 

Page 30: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

28   

 

 

Theme 3  

Big data and automated data 

collection  

Page 31: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

29   

 

High-resolution reservoir quality prediction from cores by multifaceted analysis: a Carboniferous example from the Dutch offshore

Saturnina Henares1*, Menno R. Bloemsma2, Marinus E. Donselaar1,3, and Gert Jan Weltje1 

*[email protected]  

1 Division of Geology, KU Leuven, Celestijnenlaan 200e, 3001 Leuven, Belgium 2 Tata Steel Europe, Centre of Expertise Iron Making, PO box 10000, 1970 CA IJmuiden, The 

Netherlands 3 Department of Geoscience and Engineering, Delft University of Technology, Stevinweg 1, 2628 CN 

Delft, The Netherlands 

In Reservoir Quality (RQ) studies, only cores provide an intact sample of the sedimentary rock, which 

permits various parameters, such as mineralogical composition, texture, diagenetic alterations and 

porosity‐permeability distribution  to be measured. However,  state‐of‐the‐art  routine core analysis 

(RCA) workflow for RQ prediction is still based on a mere collection of such measurements acquired 

with  different  analytical  techniques  and  at  different  resolutions/scales.  This  protocol  does  not 

include  operator‐bias  evaluation  and  usually  fails  at  integrating  the  continuous  sedimentological 

core description with  spot measurements on plugs  and  thin  sections. Moreover, RCA data  rarely 

have verified uncertainty  specifications,  thus hampering  statistically‐rigorous extrapolation of  spot 

measurements such as petrographic description, to the entire reservoir volume. 

Because  many  sediment  properties  are  interrelated,  e.g.  porosity  is  governed  by  grain  size 

distribution,  which  in  turn  is  related  to  mineralogical  composition  with  a  specific  chemical 

expression, an  integrated analysis of all these data  is the best way to understand and predict their 

behaviour.  Non‐destructive,  in‐situ  hyperspectral  X‐ray  fluorescence  core‐scanning  (XRF‐CS) 

technology  provides  a  spatially  continuous,  cm‐scale  “big‐data”  environment  in  which  the 

relationship between the different variables can be statistically explored.  

Based  on  this  approach,  we  have  integrated  the  sedimentological  description  of  a  fluvial 

Carboniferous core with the quantitative petrographic and chemical (i.e. inductively coupled plasma 

optical emission spectrometry) analysis and plug‐derived poro‐perm measurements, using the XRF‐

CS  output.  The  calibration  (Weltje  &  Tjallingii,  2008; Weltje  et  al.,  2015;  Bloemsma,  2015)  and 

multivariate  statistical  analysis  of  these  integrated  data  allowed  us  to  identify  the  different 

diagenetic  zones affecting  reservoir quality, and  to predict  their occurrence across  three different 

reservoir intervals. This is the first step of the so‐called Integrated Core Analysis (ICA) workflow that 

we are developing, which intends to overcome some of the main abovementioned issues.  

1.  Weltje,  G.J.,  &  Tjallingii,  R.,  Calibration  of  XRF  core  scanners  for  quantitative  geochemical  logging  of 

sediment cores: theory and application. Earth Planet. Sci. Lett., 274, (2008). 2. Weltje, G.J., Bloemsma, M.R., 

Tjallingii, R., Heslop, D., Röhl, U., & Croudace,  I.W.,  in: Micro‐XRF studies of sediment cores  (eds. Croudace, 

I.W. & Rothwell, R.G.) 507‐534, (Springer Science+Business Media, 2015). 3. Bloemsma, M.R., Development of 

a modelling framework for core data integration using XRF scanning. PhD thesis. 229 pp.  

 

Acknowledgements 

We gratefully acknowledge Wintershall Noordzee, NAM, Shell, and EBN for financial support for this study. Core material for this study was kindly provided by Wintershall Noordzee BV.  

Page 32: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

30   

 

Using “virtual microscopy” to re-imagine and revitalize petrographic analyses 

Suzanne Kairo1* and Christopher M. Prince2 

*[email protected]

 1Unaffiliated,627 Bayland Avenue, Houston, TX 77009, USA 

 2PetroArc International, 1095 Evergreen Circle, The Woodlands, TX 77380, USA 

The process of collecting data from thin‐sections has remained essentially the same over the last 100 

years. Over the past two decades, digital photomicrography has made it possible to routinely make 

co‐registered  images  of  entire  petrographic  thin  sections,  digitized  at  high magnification  under 

multiple  light  sources,  creating  a  “digital  thin  section”. Using  “virtual microscope”  software,  the 

images can be viewed and analyzed using desktop computer, laptop or tablet. 

 

MicroPet  is an example of a virtual microscope  system  containing a  suite of  tools  customized  for 

routine  petrographic  analysis. MicroPet makes  easy  work  of  setting  up modal  analysis  grids  or 

transects and conducting conventional  studies  like compositional and grain  size point counts. The 

petrographer still needs to use experience and intelligence to make a standardized identification of 

rock  components,  but  precise  dimensional  measurements  are  made  using  a  mouse.  MicroPet 

automatically saves all the information along with a record of the exact position of the data point on 

the  image,  thus  creating  a  high‐resolution  record  of  the  analysis.  This  provides  visual  and  digital 

documentation of every observation. Virtual  thin sections and  their  registered data can be shared 

electronically by co‐workers and collaborators. Data can be reviewed, interrogated, and edited. Due 

to  the  rigorous  documentation  afforded  by  digital  images  and  digital  data  capture,  virtual 

microscopy has  the potential  to  turn  the art of petrographic  thin‐section analysis  into a  technique 

that  is  quantifiable,  verifiable  and  repeatable.  In  addition,  virtual microscopy  enables  the  use  of 

image analytic methods to efficiently quantify heretofore unquantifiable petrologic characteristics. 

 

There  are many  elements  of  virtual microscopy  that make  it  appealing  as  an  innovative way  to 

conduct petrographic studies. It is fast and efficient. It greatly reduces the tedium and uncertainty of 

quantitative  data  collection. Digital  photomicrographs  of  an  entire  thin‐section,  a  target  area,  or 

selected features can be taken in just seconds with perfect lighting and focus and saved with the rest 

of the sample data. The virtual microscope can be used in your office, at home or in the field. Since 

samples are digital they can be stored and shared as such, eliminating the mishandling of precious 

physical samples. 

 

The process of obtaining the quantitative data, so often fundamental to provenance and sediment 

generation studies, is made more practical, more efficient, and even more enjoyable though virtual 

microscopy and digital thin sections. Applications of this innovative approach are limited only to the 

imagination. 

 

Page 33: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

31   

 

High resolution heavy mineral analysis by automated Raman spectroscopy

N. Keno Lünsdorf1*, Jannik Kalies1, Patrick Ahlers1, István Dunkl1 and Hilmar von Eynatten1 

*[email protected] 

1Department of Sedimentology and Environmental Geology, Georg‐August‐University Göttingen, 

Goldschmidtstr. 3, 37077 Göttingen, Germany 

 

Identification  and  characterization  of  heavy  minerals  is  one  of  the  fundamental  techniques  in 

sedimentary  provenance  analysis  and  optical  microscopy  the  tool  of  choice.  However,  optical 

identification depends on operator experience and tends to be biased by subjectivity. Typically, 200 

transparent heavy minerals are counted  implying that mineral species of  low abundance might not 

be  detected  and  opaque  heavy minerals  are  ignored. Modern  Raman  spectrometers  are  highly 

automatable and can help to mitigate the mentioned issues1. The method presented is a point count 

approach which starts by using a polarizing microscope to create high resolution mosaic images of a 

polished  mount  in  transmitted  and  reflected  light  at  high  magnification.  From  this  mosaic  the 

measuring positions of opaque and transparent heavy minerals are selected and transferred to the 

Raman spectrometer. Depending on the heavy mineral assemblage, about 400 to 800 grains can be 

measured per hour. A measuring  routine has been designed  to change  the measuring parameters 

according  to  the  type of grain  (opaque vs.  transparent)  to ensure high quality spectra. A modified 

and extended version of  the Rruff database2  is used  in conjunction with  the  segmental hit quality 

index3  approach  to  automatically  identify  the mineral  phases.  Automated  deconvolution4  can  be 

applied to specific mineral groups (e.g. garnet, olivine, pyroxene) to estimate chemical composition 

within solid solution series. As grains are referenced, specific interesting phases can be selected and 

easily transferred to other analytical machines  (e.g., electron microprobe or LA‐ICPMS)  in order to 

perform single grain chemical or geochronological analysis. 

 

1. Andò, S. & Garzanti, E., in Sediment Provenance Studies in Hydrocarbon Exploration and Production (eds. Scott, R., A., Smyth, H., R., Morton, A., C. & Richardson., N.) 395‐412, (Geological Society, London, Special Publications, 2014). 

2. Lafuente, B., Downs, R. T., Yang, H. & Stone, N., in Highlights in Mineralogical Crystallography (eds. Armbruster, T. & Danisi, R., M.) 1‐30, (W. De Gruyter, 2015). 

3. Park, J.‐K., Park, A., Yang, S., K., Baek, S.‐J., Hwang, J. & Choo, J., Raman spectrum identification based on the correlation score using the weighted segmental hit quality index. Analyst. 142, (2018). 

4. Lünsdorf, N., K. & Lünsdorf, J., O., Evaluating Raman spectra of carbonaceous matter by automated, iterative curve‐fitting. International Journal of Coal Geology, 160‐161, (2016). 

Page 34: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

32   

 

Automated data collection and analysis, current capability and future potential: Example of a 1000 sample QEMSCAN dataset.

Jenny Omma1* 

*[email protected] 

1Rocktype Ltd, 87 Divinity Road, Oxford, OX4 1LN 

Automated, digital petrographic* data collection allows for the generation of Big Data petrographic datasets,  orders  of magnitude  larger  than  previously  feasible.    Creating  larger, more  statistically robust datasets greatly enhances our ability to detect relevant signals  in the noise of petrographic data.  Advanced  data  analytics methods,  currently  employed  in  other  industries  tasked with  prediction (such as  insurance, marketing, finance)  is poised to revolutionise our ability to extract  insight from rocks.   This digital transformation of rock characterisation  is currently underway  in the Oil & Gas  industry, with  some  large  operating  companies  and many  smaller  consulting  companies  leading  the way.  Work  is underway  to  train computers  to carry out optical point counting,  to upscale mineralogical information to basin scale seismic data and to create global, data driven provenance models.  As scientists working within the field of sediment generation and provenance analysis, we have the opportunity  to engage with  and  steer  these efforts,  to  improve  the  veracity  and  impact of  these emerging workflows.  In  this  talk,  I  aim  to  provide  an  overview  of  current  capability  within  the  field  of  automated, petrographic  data  collection  and  show  an  automatically  generated  dataset,  a  1000  sample QEMSCAN  study  from  the  Barents  Shelf.    I  will  highlight  current  trends  in  the  automation  of petrographic data collection and analysis and suggest ways we can be involved in this field.  *term used generally, to mean the study of rock or rock constituents. 

 

 

 

Page 35: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

33   

 

KEYNOTE Decoding transient tectono-climatic signals from the sedimentary record

Alexander C Whittaker1* 

*[email protected] 

1Department of Earth Science and Engineering, Imperial College, London, UK 

 

Both  tectonics and  climate profoundly  influence  the erosional‐depositional processes  that  shape 

the Earth’s surface.   Moreover, the magnitude,  locus and characteristics of sediment export from 

catchments  to  basins  play  a  fundamental  role  in  determining  depositional  stratigraphy1. While 

progress  has  been  made  in  understanding  the  transient  responses  of  landscape  systems  to 

tectonics and the sediment flux history this represents, the extent to which the Earth’s surface  is 

either sensitive, or buffered, to rapid climate change remains extremely contentious2. In principle, a 

good way to address this fundamental question empirically  is to examine the sedimentary record, 

because this constitutes the only physical archive we have of mass transport across Earth’s surface 

as a function of tectonic or climatic perturbation in the past.  

Here  I  examine  how  field  observations  and  numerical  modelling  techniques  can  be  used  to 

constrain how sediment routing systems are  influenced by tectono‐climatic perturbation, and the 

circumstances  in  which  depositional  stratigraphy  can  be  ‘decoded’  for  these  driving  forces.  In 

particular, the use of self‐similarity and mass balance approaches are increasingly powerful tools to 

recover  tectono‐climatic  signals  from  sedimentary  archives  in  time  and  space3,  4.  Field  examples 

from  California  and  the Mediterranean  explore  the  extent  to which we  can  now  quantitatively 

“invert” stratigraphy for tectonic or climatic forcing, and highlight some of the problems that still 

remain e.g., 5. 

 

1. Whittaker, A. C., Attal, and Allen, P. A., Characterising the origin, nature and fate of sediment exported 

from catchments perturbed by active tectonics, Basin Research, 22, (2010). 2. D’Arcy M. & Whittaker, A. C., 

Geomorphic constraints on landscape sensitivity to climate in tectonically active areas, Geomorphology, 204, 

(2014). 3. Armitage, J. A., Duller R. A., Whittaker, A. C., and Allen, P. A., Transformation of tectonic and 

climatic signals from source to sedimentary archive, Nature Geoscience, 4, (2013).  4.  Michael, N. A., 

Whittaker, A. C. Allen P. A., The functioning of sediment routing systems using a mass balance approach: 

Example from the Eocene of the southern Pyrenees, Journal of Geology, 121, (2013).  5.  D’Arcy, M., 

Whittaker, A. C., Roda‐Boluda, D. C., Measuring alluvial fan sensitivity to past climate changes using a 

self‐similarity approach to grain size fining, Death Valley, California, Sedimentology, 64, (2017). 

 

Page 36: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

34   

 

Theme 4 

New Approaches to Sedimentary 

Provenance  

Page 37: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

35   

 

Testing the utility of apatite fluorine and chlorine content in sediment source tracking

Claire Ansberque*, Chris Mark, John Caulfield and David Chew 

[email protected] 

Department of Geology, Museum Building, Trinity College Dublin, College Green, Dublin, Ireland 

Apatite is an accessory mineral that is widely present in most igneous and metamorphic rocks, and is 

sufficiently resistant to transport and weathering processes to be a common detrital component  in 

clastic rocks. As apatite typically  incorporates U and Th at sufficient concentration to enable U‐Pb, 

fission‐track, and (U‐Th)/He thermochronometry, it is a commonly used phase in detrital provenance 

studies.  In  addition,  apatite  also  incorporates  a wide  range  of  trace  elements  at  concentrations 

readily  detectable  by  routine  laser  ablation  (quadrupole)  inductively  coupled  plasma‐mass 

spectrometry (LA‐Q‐ICPMS) analysis (e.g. Sr, Y, and REE), which can also yield diagnostic provenance 

information. However, detrital thermochronometry is of limited use in the case of source terrane(s) 

with  similar  crystallisation  or  cooling  ages, while many  trace  elements may  yield  non‐diagnostic 

provenance information when their source rocks are lithologically similar or genetically related (e.g., 

a  suite of granitoids). Here we present an alternative provenance approach using apatite  fluorine 

and chlorine, integrated with trace element analysis. Fluorine content was determined by SEM‐EDS 

and chlorine and trace elements by LA‐Q‐ICPMS. We apply this method to apatites from five late‐ to 

post‐tectonic  Caledonian  granitoids  which  have  closely‐spaced  crystallisation  and  cooling  ages, 

rendering  discrimination  of  their  detrital  contribution  challenging  using  conventional 

thermochronometry,  and  on  U‐Pb  dated  apatites  from  modern  sediment  from  the  Spey  River. 

Results show that each granitoid can be distinguished by  its mean F and Cl abundances but not by 

their REE patterns. Among  the  late Caledonian  in  age detrital  apatites of  the  Spey,  five potential 

sources  are  identified  by  apatite  Sr‐Y‐REE  patterns within which  some  additional  sources  can  be 

proposed by analysing their F‐Cl concentrations. Therefore, combining apatite fluorine, chlorine and 

trace element analysis  is an approach with strong potential for discriminating  igneous source rocks 

with either similar crystallisation/cooling ages and/or trace element patterns in detrital provenance 

studies. 

  

Page 38: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

36   

 

Effective mineral quantification for arkosic sandstones using SEM imaging and element mapping ahead of common Pb isotopic analysis

Sebastian Zimmermann1, *, Peter Haughton1, Shane Tyrrell2 

*[email protected] 

 1iCRAG & UCD School of Earth Sciences, University College Dublin, Dublin 4, Ireland. 

 2iCRAG & Earth & Ocean Sciences, School of Natural Sciences, NUI Galway, Galway, Ireland.  

Detrital mode  studies  of  sandstone  thin  sections  are  one  of  the most  widely  used  tools  to 

interpret  clastic  sedimentary  provenance.  Petrography  is  a  quick  and  cost‐effective  approach 

that  requires only  an optical polarising microscope. The  challenge  comes when  characterising 

sandstones with  significant  feldspar. Although both plagioclase and K‐feldspar  can be  stained, 

commonly this  is undertaken  just for the K‐feldspar. Plagioclase which  is more difficult to stain 

may thus go undetected and potentially  is misassigned to quartz, especially  if untwinned. As K‐

feldspar  can be extensively  albitised on burial,  this  is particularly  an  issue with deeply buried 

arkoses. Loss of K‐feldspar with depth has been widely reported and is potentially important for 

the development of  secondary porosity and  liberation of  ions  for diagenetic  reactions.  It may 

also  systematically modify  the  framework  composition  of  sandstones, mimicking  provenance 

changes. The present study  is examining a related  issue, whether or not the selective  loss of K‐

feldspar  can  bias  the  range  of  Pb  isotopic  compositions  of  the  feldspars measured  in  deeply 

buried  sandstones. The  study  is  targeting  the Middle  Jurassic Fulmar Formation  in  the Central 

North Sea where shallow‐marine sandstones were buried to depths ranging between 3 and 6 km. 

Previous studies1,2 have shown progressive loss of K‐feldspar with burial in the same area.  

Sandstones  sampled  across  a  range  of  burial  depths  have  been  characterised  using  a  novel 

imaging  and  point  counting  technique. BSE  SEM  imaging  of  polished  thick  sections  combined 

with  element  mapping  using  a  Hitachi‐tabletop‐SEM  followed  by  on‐screen  gridding  and 

quantification  of  the  grain  assemblage  confirms  the  framework  mineralogy  changes  with 

increasing depth. K‐feldspar accounts for >40% by total volume at 3.2 km depth but only ~8% at 

5.8  km  depth.  However,  grain  identification  using  the  element  mapping  reveals  that  albite 

increases from ~3% at 3.2 km to ~20% at 5.8 km,  implying a role for albitisation of a significant 

volume  of  K‐feldspar.  Change  in  composition  is  accompanied  by  a  progressive  increase  in 

dissolution  features  in  the  remaining K‐feldspar.  Fresh K‐feldspar  grains  reduce  from >70%  to 

~7% of  the K‐feldspar population with burial with a proportionate  increase  in  corroded grains 

(~10% to ~56%) and skeletal grains (0% to ~30%). Gridding of the imaged polished section allows 

selected grains (including dissolved and skeletal grains) to be easily targeted by the laser ablation 

system for Pb isotopic analysis. Previously, reoccupying grains characterised separately using the 

SEM has been a challenge, particularly in fine‐grained sandstones. 

1. Parsons, I., Thompson, P., Lee, M.R., Cayzer, N., Alkali feldspar microtextures as provenance indicators 

in siliciclastic rocks and their role in feldspar dissolution during transport and diagenesis. Journal of 

Sedimentary Research 75, 921‐942, (2005). 2. Wilkinson, M., Haszeldine, R.S., Morton, A., Fallick, A.E., 

Deep burial dissolution of K‐feldspars in a fluvial sandstone, Pentland Formation, UK Central North Sea. 

Journal of the Geological Society 171, 635‐647, (2014). 

Page 39: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

37   

 

Babel or Esperanto? The need of finding a common language in heavy mineral analyses

István Dunkl*1, Hilmar von Eynatten1, Keno Lünsdorf1, Sergio Andò2, Andrew C. Morton3 

*[email protected]‐goettongen.de 

1 University of Göttingen, Geoscience Center, Department of Sedimentology and Environmental 

Geology, Göttingen, Germany 

2 University of Milano‐Bicocca, Department of Earth and Environmental Sciences, Laboratory for 

Provenance Studies, Milan, Italy 

3 HM Research Associates, Giddanmu, St Ishmaels SA62 3TJ and CASP, University of Cambridge, 

Madingley Rise, CB3 0UD, UK 

 

Similar to the standardization efforts performed regularly  in technical and chemical research, some 

branches of analytical geosciences have conducted interlaboratory comparisons by circulating either 

well  certified  or  well  homogenized  standard  samples. Without  these  certified  natural  reference 

materials,  routine  analyses  using  methods  such  as  U‐Pb,  K‐Ar,  fission  track  and  helium 

geochronology,  coal  petrography,  illite  "crystallinity"  and  many  other  geochemical  analytical 

techniques would be impossible.  

In  the  field  of  sediment  provenance  studies,  heavy  mineral  analysis  plays  a  prominent  role. 

Perspectives have been recently widened with development of advanced spectroscopic techniques 

such as Raman and automated procedures, which generate much higher numbers of observations 

than the classical technique based on polarizing microscopy. In this way the statistical robustness of 

the  HM  proportions  and  HM  ratios  can  achieve  significant  improvements.  However,  automated 

procedures  may  suffer  from  distinct  shortcomings  and  a  systematic  comparison  of  different 

laboratories and different techniques have not been performed so far. 

We organized a round robin test and distributed two different heavy mineral concentrates to over 

forty  laboratories.  The  goals  of  the  interlaboratory  test  are  (i)  to  outline  the  reproducibility  and 

comparability of heavy mineral analyses, and (ii) compare the different techniques. We did not use 

natural HM samples  in order to avoid the  influence of polyphase (composite) grains, which may be 

treated differently by the users and thus introduce some subjectivity to the measurements. Instead, 

the  mixtures  were  made  from  high  purity  monomineralic  components,  mostly  from  crushed 

monocrystals. In order to mimic the usual appearance of detrital grains, air abrasion was applied on 

most  of  the monomineralic  samples  to  produce more‐or‐less  rounded  grains.  The  heavy mineral 

concentrates were  sieved  to  63‐125 µm  size  fraction.  Precisely weighted masses of  the  different 

monomineralic components were mixed. 

The  participants  were  asked  to  apply  their  usual  techniques  to  the  test  samples,  report  their 

procedure,  the  degree  of  experience  of  the  observer,  the  heavy mineral  counts  and,  separately, 

opaque, lithic fragments and unidentified grains. The results will be presented anonymously, and for 

the first time at the Dublin WGSG meeting. 

 

 

Page 40: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

38   

 

A workflow for analysis of compositional data in sedimentary petrology: inferring provenance changes in sedimentary basins from spatio-temporal

variation in heavy-mineral assemblages

Jasper Verhaegen1*, Gert Jan Weltje1 

*[email protected] 

1University of Leuven, Department of Earth and Environmental Sciences, Celestijnenlaan 200E, 3001 

Heverlee, Belgium. 

In  the  past  century,  a wealth  of  sediment‐petrological  data was  collected.  These  legacy  datasets 

were analysed with  classic data analysis  techniques and are often not  reanalysed prior  to  sample 

collection for new research. Such legacy datasets could still reveal a wealth of information if they are 

analysed with modern  statistical methods.  Sediment‐petrological  or  geochemical  data  are mostly 

compositional data, which often still pose a problem for correct data analysis. Due to their constant‐

sum constraint and non‐negativity, classic statistical analysis cannot be correctly performed. These 

problems  can  be  overcome  by  applying  a  log‐ratio  transformation1.  Ratios  do  not  suffer  from  a 

constant‐sum constraint and by applying a logarithmic transformation the data can theoretically vary 

between minus infinity and infinity.  

In this study, a heavy mineral database of Miocene sediments from the southern North Sea Basin is 

analysed².  In  the 20th century, many heavy mineral data were collected. These data were mostly 

used  as  qualitative  indications  for  stratigraphy  and  provenance  and  not  incorporated  in  a 

quantitative  provenance methodology.  Even  today,  such  data  are  often  portrayed  in  cumulative 

diagrams as a qualitative indication of variation. A straightforward workflow for the analysis of such 

large compositional databases is proposed, consisting of (1) a centred log‐ratio transformation to fix 

the constant‐sum constraint and non‐negativity of  the compositional data,  (2) a cluster analysis of 

the transformed data, (3) principal component analysis of the transformed data and (4) bivariate log‐

ratio plots. Several  (5) proxies  for  the effects of sorting and weathering are  included  to check  the 

provenance significance of observed variations and finally (6) a spatial interpolation of a provenance 

proxy extracted from the data set is carried out.  

The results obtained are used to gain improved insight into Miocene sediment provenance variations 

in  the  study  area.  This  study  also  showcases  the  value  of  this  approach  in  uncovering  new 

provenance details  from  legacy datasets or  for quick analysis of new datasets. The database used 

does lack good time and depth information, which limits the resolution and accuracy of the model. 

Also,  due  to  the  lack  of  grain  size  information,  variations  in mineral  content  linked  to  grain  size 

variations cannot correctly analysed. In the next phase of this research, a comprehensive multi‐proxy 

approach ‐ which includes heavy mineral data, grain size data, biostratigraphy, geochemical data and 

Zr U/Pb data ‐ is applied to account for hydraulic effects and to add a good temporal framework to 

the model. 

1. Aitchison, J., The statistical analysis of compositional data. Chapman and Hall, London, (1986). 2. Geets, S. & 

De Breuck, W., De zware‐mineraleninhoud van Belgische mesozoïsche en cenozoïsche afzettingen. Neogeen. 

Natuurwetenschappelijk Tijdschrift. 73, (1991). 

 

 

Page 41: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

39   

 

How to average point-counting data

Pieter Vermeesch1* 

*[email protected]   1Department of Earth Sciences, University College London 

The mineralogical composition of silicilastic sediments can be determined by tallying the occurrence of various 

minerals in a representative sample of (200‐400, say) grains1, 2. Despite the widespread use of this type of data 

in sedimentary geology, their statistical analysis is demonstrably underdeveloped. For example, there currently 

exists no agreed method to average multi‐sample point‐counting datasets, or to quantify point‐counting data 

dispersion. Traditionally, these operations were done by taking the arithmetic mean and standard deviation, 

respectively. Unfortunately, this may easily produce non‐sensical results. For example, Weltje2 shows that the 

common practice of using  ‘2‐sigma’  confidence bounds around  the arithmetic mean  can produce physically 

impossible  negative  values  when  applied  to  petrographic  point‐counts.  To  solve  these  problems, Weltje2 

argues that point‐counts should be treated as compositional data, which are defined as “vectors representing 

parts of a whole  that only carry  relative  information”3. Aitchison4 shows  that  the statistical analysis of such 

data  is best carried out using a simple  logratio transformation. This procedure yields geologically meaningful 

(geometric) means  and  confidence  regions. Weltje2’s  adoption  of  logratio  statistics  to  point‐counting  data 

represents a huge  improvement over the  ‘crude’ statistics employed previously. But  it does not solve all our 

problems.  There  are  two  crucial  differences  between  point  counts  and  the  classical  compositional  data 

discussed by Aitchison4. 

First, point‐counting data often contain zero values. These are incompatible with the log‐ratio transformation. 

Second,  point‐counting  data  are  associated  with  significant  counting  uncertainties,  which  are  ignored  by 

classical  compositional  data  analysis.  For  a  single  sample,  this  uncertainty  is  adequately  described  by 

multinomial  counting  statistics  [Section 6 of  ref. 2]. But  for  larger datasets  comprised of multiple  samples, 

existing  procedures  to  construct  confidence  regions  [as  discussed  in  Section  7  of  ref.  2]  are  inadequate 

because  they  lump  together  the  ‘observational’  dispersion  caused  by  counting  statistics  and  the  true 

‘geological’ dispersion. This long standing problem can be solved using established statistical methods adopted 

from the work of Galbraith5  in fission track geochronology. The fission track method  is based on the ratio of 

the  number  of  spontaneous  238U‐tracks  to  the  number  of  neutron‐induced  235U‐tracks  per  unit  area  in 

accessory minerals  such  as  apatite or  zircon.  This  is  equivalent  to  a  simple  two‐component point‐counting 

problem. This equivalence can be used to derive the concept of a ‘pooled composition’, which represents the 

most reliable (in terms of accuracy and precision) average of homogeneous point‐counting data. 

The  analytical uncertainty of  individual point‐counting proportions may  vary  greatly between  samples.  The 

radial plot  is an effective graphical means of visualising such ‘heteroscedastic’ data5. Originally developed for 

fission  track data,  radial plots  can also be used  to display point‐counting  ratios  such as apatite/tourmaline, 

epidote/garnet, etc. Radial plots allow a visual assessment of the degree to which counting uncertainties can 

explain  the observed scatter between multiple  ratio estimates. This assessment can be  formalised by a chi‐

square test for compositional homogeneity. Multi‐sample datasets that fail the chi‐square test are said to be 

‘overdispersed’ with respect to the counting uncertainties. The degree of overdispersion may be quantified by 

means of a continuous mixture model. This model leads to the concept of a ‘central composition’ as a better 

alternative to the pooled composition for most datasets. 

1. Van der Plas, L. & Tobi, A. A chart for judging the reliability of point counting results. American Journal of Science 263, 

87–90 (1965). 2. Weltje, G. Quantitative analysis of detrital modes: statistically rigorous confidence regions in ternary 

diagrams and their use in sedimentary petrology. Earth‐Science Reviews 57, 211 – 253 (2002). 3. Pawlowsky‐Glahn, V. & 

Buccianti, A. Compositional data analysis: Theory and applications (John Wiley & Sons, 2011). 4. Aitchison, J. The statistical 

analysis of compositional data (London, Chapman and Hall, 1986). 5. Galbraith, R. F. Statistics for fission track analysis (CRC 

Press, 2005).

Page 42: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

40   

 

Sedimentary provenance analysis meets ultrahigh-pressure research 

Jan Schönig1*, Guido Meinhold1,2, Hilmar von Eynatten1, & Nils K. Lünsdorf1 

*jan.schoenig@uni‐goettingen.de 

1Department of Sedimentology and Environmental Geology, Geoscience Center Göttingen, University 

of Göttingen, Goldschmidtstraße 3, 37077 Göttingen, Germany 

2School of Geography, Geology and the Environment, Keele University, Keele, Staffordshire, ST5 5BG, 

UK 

The  term  ultrahigh‐pressure  (UHP)  metamorphism  refers  to  crustal  rocks  which  experienced 

pressure–temperature  conditions  high  enough  for  the  formation  of  coesite1,  i.e.,  pressures  of 

>2.7 GPa at 700°C2. Finding traces in the geological record is of first‐order significance because UHP 

metamorphism  is  directly  interlinked  with  deep  subduction  processes  exceeding  100  km  of 

subduction  depth3.  Thus,  tracing  UHP  rocks  and  their  corresponding  terranes,  determining  their 

areal extent and geodynamic context, and dating these events has significant implications for, inter 

alia, our understanding of subduction tectonics and geochemical recycling in Earth history4. The field 

of UHP  research, however, was  so  far almost exclusively examined by  specialists  in metamorphic 

petrology, who analyze thin sections of crystalline rocks, which have been sampled for the highest 

potential to be equilibrated under UHP conditions (mainly eclogites). This traditional method suffers 

from  (i)  being  restricted  to UHP  rocks  that  still  exist  and  are  exposed  at  the  Earth’s  surface,  (ii) 

overlooking potential  rocks  in  the  field due  to overprinting  (especially  felsic  rocks), alteration,  soil 

cover, or other obstacles,  (iii)  subjective  selection of  samples,  (iv)  sampling only  very  small  spots 

from  potentially  huge  rock  volumes,  (v)  overlooking  UHP  indicators  other  than  coesite  which 

(partially)  transformed  to  quartz  and  show  typical  radial  expansion  fractures,  including 

monomineralic  coesite,  and  (vi)  preparing  just  a  few  thin  sections  from  sampled  rocks,  which 

altogether implies a high probability of missing the relevant structures. 

Here we present types and distribution of mineral inclusions in detrital garnets from a modern sand 

sample taken at the island of Runde, which is located in the Western Gneiss Region of SW Norway. 

All mineral  inclusions  ≥2 µm  in ~150  fine‐  to medium‐sand  sized garnet grains were  identified by 

Raman spectroscopy. The specific search for UHP mineral inclusions was extended to a total of ~730 

grains. Overall, 13  intact monomineralic coesite  inclusions were detected  in 6 of the analyzed host 

garnets, which  indicates  the erosion of UHP rocks  in  the sampled catchment5. The combination of 

geochemical garnet  compositions and  the distribution of all mineral  inclusions  suggest more  than 

one UHP  source  rock  type,  including mafic  and  felsic  lithologies.  The  novel  approach  provides  a 

complementary and effective tool to capture the occurrence, distribution and characteristics of UHP 

rocks at the catchment scale, overcomes the drawbacks given by analyzing only crystalline rocks, and 

opens opportunities for sedimentary petrologists to shed new light on the field of UHP research. 

1.  Schertl, H.‐P.  et  al.,  Twenty‐five  years  of  ultrahigh‐pressure metamorphism  Preface.  Eur.  J. Mineral.  21, 

1083–1084  (2009).  2.  Bohlen,  S.  R.,  &  Boettcher,  A.  L.,  The  quartz–coesite  transformation:  A  precise 

determination  and  the  effects  of  other  components.  J. Gephys. Res.  87,  7073–7078  (1982).  3.  Stern,  R.  J., 

Evidence from ophiolites, blueschists, and ultrahigh‐pressure metamorphic terranes that the modern episode 

of  subduction  tectonics  began  in  Neoproterozoic  time.  Geology  33,  557–560  (2005).  4.  Liou,  J.  G.  et  al., 

Ultrahigh‐pressure minerals and metamorphic terranes – the view from China. J. Asian Earth Sci. 35, 199–231 

(2009). 5. Schönig, J. et al., Tracing ultrahigh‐pressure metamorphism at the catchment scale. Sci. Rep. 8, 2931. 

doi:10.1038/s41598‐018‐21262‐8 

Page 43: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

41   

 

Hydrated-heavy-mineral signature in orogenic sediments (Indus Fan, IODP Exp. 355)

Sergio Andò*, Wendong Liang, Mara Limonta, Chiara Ileana Paleari, Alberto Resentini, Eduardo 

Garzanti 

*[email protected] 

University of Milano-Bicocca Department of Earth and Environmental Sciences, Laboratory for

Provenance Studies, Piazza della Scienza 4, 20126, Milan, Italy

 

Heavy‐mineral  analysis  represents  a quantitative  and  valuable  tool  in high‐resolution provenance 

study of modern and ancient sediments1.  

After the analysis of sediments cored during IODP Expedition 355  in the Laxmi Basin, mineralogical 

analyses were carried out to investigate and quantify the different compositional signatures of sand 

and silt fractions in the Indus catchment and in deep‐sea turbidites of the Indus Fan. 

Heavy minerals were recognized with a single grain approach, coupling classical optical and Raman 

spectroscopy  techniques on  the very same detrital grains  to  identify epidote varieties  in sand and 

silt. 

Amphibole and epidote group varieties can be discriminated according to the diagnostic position and 

shape of the most intense OH‐ group stretching bands (frequencies between 3600 and 3700 cm‐1 are 

particularly helpful). 

An  InVia  RenishawTM  apparatus,  equipped  with  a  green  laser  at  532  nm  is  used,  reducing  the 

intensity of  the  laser down  to 50% with  an objective 50x  LWD  and  exposure  time of 0.5s  for 60 

accumulations,  in  the  spectral  region  3100‐4300  cm‐1.  The  uncertainty  on  the  measured 

wavenumbers was estimated as less than 1 cm‐1.  

In the observed spectral region of OH‐ group stretching bands, a single peak is always visible and its 

absolute position varies, resulting in a continuous shift of a mono‐peak in the region 3345‐3374 cm‐1 

for  clinozoisite,  towards  3375‐3390  cm‐1  for  epidote,  together with  increasing  iron  content.  The 

orthorhombic variety zoisite displays a different mono‐peak around 3163‐3169 cm‐1. 

Preliminary data  from  fluvial and  turbidite  sediments document a  rich and diverse heavy‐mineral 

assemblage  in  both  sand  and  silt  fractions.  The  creation  of  an  appropriate  data  base  of  Raman 

spectra in this region is also prepared to apply routinely this method in future provenance studies of 

fine  sediments.  Raman  discrimination  of  hydrated  heavy  minerals  such  as  the  epidote  group 

represents a new tool for provenance research.  

1. Andò, S. and Garzanti, E., Raman spectroscopy in provenance studies. Geological Society, London, 386, 395–412, (2014). 2. Pandey et al., Deep sea drilling in the Arabian Sea: constraining tectonic‐monsoon interactions in South Asia. International Ocean Discovery Program Expedition 355 Preliminary Report, 1–46, (2015). 

 

Page 44: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

42   

 

Theme 5  

Case Studies in Sedimentary 

Provenance   

 

 

Page 45: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

43   

 

Possibilities and limitations of multi-proxy detrital thermochronology: The Bengal and Indus Fans as archives of Himalayan exhumation

Chris Mark1*, Yani Najman2, Peter Clift3, Andrew Carter4, Dan Barfod5, David Chew1, Daniel Döpke1, 

and Randall Parrish6 

[email protected] 

1Dept. of Geology, Trinity College Dublin, Dublin, Ireland 2Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster, UK 3Dept. of Geology & Geophysics, Louisiana State University, Baton Rouge, USA 4Dept. of Earth and Planetary Sciences, Birkbeck College, University of London, London, UK 5Argon Isotope Facility, Scottish Universities Environmental Research Centre, East Kilbride, UK 6British Geological Survey, Keyworth, Nottingham, UK and Department of Earth and Environmental 

Sciences, University of Portsmouth, Portsmouth, UK 

 

Around the Namche Barwa massif in the east, and the Nanga Parbat massif in the west, the trend of 

the Himalayan orogen exhibits an abrupt change in orogenic strike from roughly E‐W to N‐S, forming 

two  structural  syntaxes. Within  each  syntaxis,  exposed  crystalline  basement  of  the  underthrust 

Indian  plate  exhibits  granulite‐facies  grade  metamorphism,  and  records  some  of  the  fastest 

exhumation  rates observed on Earth  (up  to ca. 10 mm a‐1),  together with Plio‐Pleistocene mineral 

(re)crystallisation and cooling ages1,2. The cause(s) of this deep, rapid exhumation are controversial: 

proposed explanations include (1) structural buckling of a pre‐existing indentor on the Indian plate3; 

(2) geometrical  stiffening driven by  subduction geometry4;  (3)  focussing of exhumation by  surface 

processes such as the capture of the major trans‐Himalayan Yarlung‐Tsangpo and Indus drainages5; 

and (4) orogen‐parallel strain partitioning6. Distinguishing between these hypotheses can in part be 

achieved by constraint of the onset timing of rapid syntaxial exhumation. 

Here, we present detrital rutile U‐Pb, white mica 40Ar/39Ar, and zircon fission track (ZFT) data from 

samples collected from the Bengal fan during IODP expedition 354, and detrital rutile U‐Pb data from 

samples  collected  from  the  Indus  fan during  IODP expedition 355. We discuss  the  implications of 

these  data  for  the  exhumation  history  of  the  syntaxes.  In  addition,  we  highlight  that 

thermochronometer ages observed in detrital systems here and elsewhere do not necessarily match 

those that would be expected based purely on known diffusion‐dominated temperature sensitivity 

(e.g: rutile U‐Pb ages > white mica 40Ar/39Ar ages > ZFT ages). This may reflect biases including source 

lithology,  sedimentary  processes,  hydrologic  sorting,  or  perhaps  the  operation  of  metamorphic 

recrystallization  as  a  driver  of  accessory  phase  age  resetting7. We  consider  the  implications  for 

future large‐scale detrital thermochronology studies. 

1. Bracciali, L., et al., Earth‐Science Rev. 160, 350–385 (2016); 2. Crowley, J., et al., Earth Planet. Sci. Lett. 288, 

408–420 (2009). 3. Burg, J., et al., Terra Nov. 9, 53–56 (1997); 4. Bendick, R., & Ehlers, T. A., Geophys. Res. Lett. 

41, 5861–5867 (2014); 5. Zeitler, K. et al., Tectonics 20, 712–728 (2001); 6. Whipp, D., et al.,  J. Geophys. Res. 

Solid Earth 119, 5077–5096 (2014). 7. Villa, I. M., Chem. Geol. 420, 1–10 (2016). 

Page 46: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

44   

 

 

KEYNOTE The initiation and evolution of the Irrawaddy drainage, with implications

for the palaeo-drainage and crustal evolution of eastern Asia.

Peng Zhang1,2, Yani Najman2*, Lianfu Mei1*, Ian Millar3, Edward Sobel4, Dan Barfod5, Xiaolin Hu6 

*[email protected] and [email protected]  

1 Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources (China University of Geosciences), Ministry 

of Education, Wuhan 430074, China 

2Lancaster Environment Centre, Lancaster University, Lancaster, LA1 4YQ, United Kingdom 

3NERC Isotope Geoscience Laboratory, BGS Keyworth, Nottingham, NG12 5GG, United Kingdom 

4Institut für Erd‐ und Umweltwissenschaften, Universität Potsdam, Karl‐Liebknecht‐Strasse 24‐25, 

14476, Potsdam‐Golm, Germany 

5Argon Isotope Facility, Scottish Universities Environmental Research Centre, Rankine Avenue, 

Scottish Enterprise Technology Park, East Kilbride G750QF, United Kingdom 

6Research Institute, China National Offshore Oil Corporation (CNOOC), Beijing 10027, China 

 

Convergence and collision between  the  Indian and Eurasian plates during  the Cenozoic produced 

the  Himalaya  and  Tibetan  Plateau.  Large  fluvial  drainages  in  this  region  may  provide  critical 

information  on  crustal  deformation  and  the  degree  of  coupling  between  tectonics,  climate  and 

erosion.  The  Central  Myanmar  Basin  (Irrawaddy  drainage  basin),  southeast  of  the  eastern 

Himalayan syntaxis, is characterized by a sequence of Cenozoic sedimentary rocks that archive the 

evolution of the palaeo–Irrawaddy River. In this study we apply an integrated provenance approach 

(zircon  U–Pb  and  Hf,  rutile  U–Pb, mica  Ar−Ar  and  bulk  rock  Sr–Nd  isotopes)  to  these  rocks  to 

document  the  initiation and development of the palaeo–Irrawaddy River. Our data show a major 

change  in  provenance  around  the  time  of  the  Late  Oligocene  to  Oligo−Miocene  boundary. 

Paleocene and Eocene samples have characteristics similar to the proximal Western Myanmar Arc 

of the Central Myanmar Basin. Around the time of the Late Oligocene to Oligo‐Miocene boundary, 

samples attain characteristics of the Mogok Metamorphic Belt, which is located in the headwaters 

of  the  Irrawaddy catchment. We  suggest  the Paleocene  to Eocene  sediments were derived  from 

the proximal Western Myanmar Arc.  The provenance  change by  the Miocene  is  likely  to  reflect 

establishment of the palaeo–Irrawaddy through–going river, which began to flow from the Mogok 

Metamorphic Belt highlands  in  the north of  the drainage basin at  this  time. We see no evidence 

that the palaeo–Yarlung River flowed into the Irrawaddy drainage as previously proposed by some 

workers.  Instead, we  infer  that  the  Indus–Yarlung  Suture  Zone was  an  internally–drained  basin 

during the Paleogene time prior to the palaeo–Yarlung River’s initiation as a major through–flowing 

river to the Bay of Bengal via the Brahmaputra  in the Miocene. Use of such rivers as monitors of 

crustal deformation may need to be revised.  

Page 47: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

45   

 

 

KEYNOTE A Neogene record of Himalayan erosion: the IODP Expedition 354 transect

in the Bengal fan at 8° N

Christian France‐Lanord*1, Volkhard Spiess2, Sébastien Lenard1, Albert Galy1, and Jérôme Lavé1 

*[email protected]‐nancy.fr 

1 CRPG, CNRS Université de Lorraine, Nancy France. 2 GeoB, Bremen University, Bremen Germany 

 

Recent  IODP  Expedition  354  in  the  Bengal  fan  [1]  generated  a  comprehensive  record  of  Himalayan erosion over the Neogene and Quaternary. It documents the  interplay between Himalayan tectonic and the monsoon. The Bengal fan is predominantly composed of detrital turbiditic sediments originating from Himalayan rivers, and transported through the delta and shelf canyon, supplying turbidity currents loaded with  a  wide  spectrum  of  grain  sizes.  Turbiditic  deposition  makes  that  record  at  a  given  site  is discontinuous which was  the  reason  for  an  E‐W  transect  approach.  Expedition  354 drilled  seven  sites along a 320 km E‐W transect at 8°N allowing the restitution of an almost complete record of Himalayan erosion at the scale of the Neogene.  In spite of the transect extension, a  long absence of deposition  is observed between 0.6 to 1.2 Ma indicating that turbiditic depocenter was derived more to the West for ca. 600 kyr.  Turbiditic sediments have close mineralogical and isotopic analogy with sediments of the modern Ganga‐Brahmaputra  rivers. Major  and  trace  element  geochemistry  show  stable  compositions  throughout  the Neogene  and  Quaternary  with  most  variations  controlled  by  the  origin  of  eroded  sources  ie.  the proportions of  sediments derived  from Himalaya and Transhimalaya. Although  relatively  stable,  source tracers  such  as  Sr‐Nd  isotopic  compositions  and  detrital  carbonate  compositions  show  organised variations with  time.  They  imply  that  exposure  to  erosion  of  the  different Himalayan  formations  has evolved as a result of the evolution of the thrusting structures. Data suggest that (1) a component derived from  Tranhimalayan  formation  was  present  even  during  Lower  Miocene,  (2)  the  Tethys  Himalaya exposure  to erosion was higher during Miocene  than during Pliocene and Pleistocene, and  (3)  that  the exhumation of the Lesser Himalaya was initiated around 8 Ma. Coring of large sand samples also allowed to  initiate  cosmogenic  10Be  tracing  of  erosion  rates  at  the  scale  of  the  Ganga‐Brahmaputra  basin. Relatively  stable paleo‐concentrations  reveal  relatively  steady erosion  rates  in  spite of  the Pleistocene climatic changes. Clays and major and trace element geochemistry reveal a very weak regime of chemical weathering with no significant variation through time. Concentrations in mobile elements such as Na and K relative to Al are significantly higher than in modern sediments suggesting that weathering or soil erosion is amplified in the modern time. Compositions are indeed controlled by source and weathering processes, but mineral sorting  during  turbiditic  transport may  also  alter  the  geochemical  signature  of  the  sediments.  Close attention  has  been  given  to  evaluate  the  possible  loss  of  clay  size  particles  by  large  scale  dispersion compared  to  silt and  sand.  It  seems, however,  that  such processes  cannot account  for  the differences observed with modern  rive  sediments.  Low weathering of  the  sediments at 8°N  indicates  that erosion was dominated by physical processes and that transport is rapid enough to prevent evolution of particles in the floodplain.  In the modern Himalaya,  low weathering  is achieved primarily by  landslides and rapid transfer  through  the  floodplain,  i.e.  limited  recycling  of  sediment  deposited  in  the  floodplain.  Both processes are favoured by the seasonality and the intensity of the monsoon. Overall, the low weathering intensity suggests that comparable erosion regime prevailed since at least the Early Miocene.  

1. France‐Lanord, C., Spiess, V., Klaus, A., Schwenk, T., Expedition 354 Scientists. (2016). Proceedings of the 

International Ocean Discovery Program (Vol. 354). http://doi.org/10.14379/iodp.proc.354.2016 

Page 48: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

46   

 

Precisely constraining the timing of the India-Asia continental collision by provenance change

Xiumian Hu 1*, Wei An 2, Eduardo Garzanti 3, Jiangang Wang 4 

*[email protected] 

1 School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China  

2 School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, 230009, 

China 

3Department of Earth and Environmental Sciences, Università di Milano‐Bicocca, 20126 Milano, Italy 

4 Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China 

 

Placing  precise  constraints  on  the  timing  of  the  India‐Asia  continental  collision  is  essential  to understand the successive geological and geomorphological evolution of the orogenic belt as well as the  uplift mechanism  of  the  Tibetan  Plateau  and  their  effects  on  climate,  environment  and  life. Based on the extensive study of the sedimentary records on both sides of the Yarlung‐Zangbo suture zone in Tibet, we present state of knowledge on the timing of India‐Asia continental collision onset. By using  the provenance change  from  Indian  to Asian  recorded by deep‐water  turbidites near  the suture zone, we constrain precisely collision onset as middle Palaeocene both from the Sangdanlin section (Hu et al., 2015) and the Mubala section. Marine sedimentation persisted  in the collisional zone  for  another  20‐25 Ma  locally  in  southern  Tibet,  and molassic‐type  deposition  in  the  Indian foreland basin did not begin until another 10‐15 Ma later (Hu et al., 2016, 2017).  

 1. Hu, X., Wang, J., An, W., Garzanti, E., & Li, J., Constraining the timing of the India‐Asia continental collision by the sedimentary record. Science China Earth Sciences, 2017,  60: 603‐625. 2. Hu X., Garzanti E., Wang J., Huang W.,  An W., Webb A.,  The  timing  of  India‐Asia  collision  onset  –  facts,  theories,  controversies.  Earth‐Science Reviews, 2016, 160: 264–299. 3. Hu, X., Garzanti, E., Moore, T., and Raffi, I., Direct stratigraphic dating of India‐Asia collision onset at the Selandian (middle Paleocene, 59 ± 1 Ma).: Geology, 2015, 43: 859‐862.

Page 49: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

47   

 

Mixing it up: Source switching in the Late Jurassic-Early Cretaceous Scotian Basin, offshore Nova Scotia revealed by multi-proxy provenance

analysis

Aoife Blowick*1, Georgia Pe‐Piper2, David Piper3 and Shane Tyrrell1 

*[email protected] 

1 Sediment Origins Research Team (SORT), Earth and Ocean Sciences and Irish Centre for Research in Applied Geosciences (iCRAG), National University of Ireland, Galway.  

2 Department of Geology, Saint Mary’s University, Halifax, Nova Scotia B3H 3C3, Canada.  

3 Natural Resources Canada, Geological Survey of Canada (Atlantic), Bedford Institute of Oceanography, P.O. Box 1006, Dartmouth, Nova Scotia, B2Y 4A2, Canada.  

The  Scotian  Basin,  offshore  southern Nova  Scotia,  presents  an  exciting  challenge  in  determining 

sedimentary  provenance  given  that  the  offshore  sink  parallels  the  strike  of  hinterland  source 

terranes, resulting in large quantities of polycyclic material being delivered to the offshore. A multi‐

proxy approach, wielding  the benefits of  signals  from both  labile and more  robust minerals, must 

therefore  be  employed  to  decipher  first‐cycle  versus multi‐cycle  components.  The  current  study 

builds upon previous geochemical, geochronological and petrographic analysis of Late Jurassic‐Early 

Cretaceous  deltaic  sandstones  by  fingerprinting  Pb  isotopes  in  detrital  feldspar  in  order  to  help 

constrain first‐cycle supply.  

The Late Jurassic‐Early Cretaceous Scotian Basin experienced a four‐fold increase in siliclastic supply, 

driving major deltas, which  today host notable oil and gas  reserves,  to prograde across  the basin 

floor.  Determining  the  source(s)  of  these  sandstones  can  help  to  constrain  both  the  timing  and 

location of hinterland uplift, and the extent and relative contribution of  individual river systems. In 

this way we can gain a better understanding of the main driver(s) behind such an abrupt change in 

sediment flux. 

On‐going characterisation of detrital K‐feldspar across  the entire basin  reveals a clear switch  from 

local  Appalachian  to  long‐distance  Grenville  sources  across  the  Jurassic‐Cretaceous  boundary,  a 

signal partially obscured elsewhere  in other  trace  components due  to  recycling and/or diagenetic 

alteration. Such a switch  in  first‐cycle supply  is consistent with rift  flank uplift to the north‐east of 

the drainage basin associated with the opening of the North Atlantic, and not isolated, localised river 

capture  and  drainage  re‐organisation.  Instead,  the  Pb  isotopic  compositions  are  consistent with 

previous studies indicating multiple active paleo‐river systems which responded in time to the rising 

flank uplift to the north. First‐cycle supply from proximal sources in outboard Appalachian terranes 

were delivered by small, local rivers in the east and west of the basin, whereas in the central Sable 

and eastern Abenaki depocentres, more  long‐distance sourcing  from older Grenvillian rocks to the 

north is indicated by a single increasingly abundant Pb population, raising important questions about 

the  independent  roles of  the paleo‐Sable  and paleo‐Banquereau  rivers.  These preliminary  results 

demonstrate  the  importance  of  coupling  individual  tracers  of  varying  resilience  to  unravel 

sedimentary provenance. 

This  research  is  supported  in  part  by  a  research  grant  from  Science  Foundation  Ireland  (SFI)  under  Grant 

Number 13/RC/2092 and is co‐funded under the European Regional Development Fund, by PIPCO RSG and its 

member companies, and by the Nova Scotia Offshore Energy Research Association (OERA). 

Page 50: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

48   

 

The initiation and evolution of the river Nile

Laura Fielding12*, Yani Najman1, Ian Millar3, Peter Butterworth4, Eduardo Garzanti5, Giovanni Vezzoli5,  

Dan Barfod6 & Ben Kneller7 

 

[email protected] 

 1Robertson CGG, UK; 

 2Lancaster University Environment Centre 

 3NIGL, British Geological Survey 

 4BP Egypt, Cairo 5University of Milano‐ Bicocca, Italy 

 6Scottish Universities Environmental Research Centre, UK 

 7University of Aberdeen School of Geosciences  

 

Knowledge of the timing of Nile initiation is important to a number of research questions. The timing of  the  river’s establishment  as  a  catchment of  continental proportions  can be used  to document surface uplift of  its Ethiopian upland drainage, with  implications  for constraining rift  tectonics. Yet proposed  times  of  the  river’s  initiation  as  a major  drainage  are  currently  constrained  no more precisely than Eocene to Pleistocene. 

We  present  the  first  detailed multiproxy  provenance  study  of  Oligocene‐Recent  Nile  delta  cone sediments. Using Sr‐Nd bulk data and detrital zircon U‐Pb and Hf‐isotope data, we record detritus from the Ethiopian Continental Flood Basalts  (CFBs)  in the Nile delta  from the start of our studied record  (c. 31 Ma), and  thereby  show  that  the Nile  river was established as a  river of  continental proportions  by Oligocene  times. We  show  that  previous  petrographic  provenance  studies which proposed  a  Pleistocene  age  for  first  arrival  of  Ethiopian  CFBs  in  the Nile  delta  did  not  take  into account the strong diagenetic influence on the samples.  

There  are  subtle differences between  samples of  the Oligocene  and Pliocene  compared  to  those from  the Miocene  and  Pleistocene,  reflecting  the  changing  tectonic  and/or  climatic  environment through  time.  Nevertheless,  the  overall  stability  of  our  signal  throughout  the  record,  and  its similarity  to  the modern Nile  signature,  indicates  no major  change  in  drainage  from  the  time  of initiation to present day. Sediments were derived from Phanerozoic sedimentary rocks that blanket North Africa, Arabian‐Nubian Shield volcanic  terranes, and Ethiopian CFB’s.   We see no significant input from Archaean cratons supplied directly via the White Nile in any of our samples. 

Page 51: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

49   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 52: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

50   

 

Poster Abstracts  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 53: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

51   

 

Provenance of Carboniferous Deltas – Point sources and Mixed Signals. 

Bébhinn Anders1,2, Shane Tyrrell1,2,3,  John Murray 1,3, John R. Graham4  

*[email protected] 

1Earth and Ocean Sciences, School of Natural Sciences, National University of Ireland Galway, University Road, Galway, Ireland. 2Sediment Origins Research Team (SORT), School of Natural Sciences, National University of Ireland Galway, Ireland 3Irish Centre for Research in Applied Geosciences (iCRAG) 4Department of Geology, Trinity College Dublin, College Green, Dublin 2, Ireland  

This  research  aims  to better  constrain  the  source  to  sink process by  examining  sediment  supply, 

depositional architecture and the nature and evolution of ancient depositional systems using high‐

resolution sedimentological and provenance analysis. These concepts are  important to understand 

as they will inform as to the extent to which processes such as shelf mixing and point sourcing affect 

the  provenance  signal. Deltas  are  ideal  to  test  these  ideas  as  they  comprise  of  a wide  range  of 

depositional environments often showing repetition  in facies packages with many processes acting 

on the sediment including longshore drift, wave reworking and direct fluvial input. The Mullaghmore 

Sandstone Formation (MSF) onshore west of Ireland in the North West Carboniferous Basin (NWCB) 

is  an  ancient  fluvial/deltaic  sedimentary  system  deposited  during  a  regional  lowstand  in  the 

Carboniferous  (mid Visèan) and  is an  ideal testing site. The MSF comprises cycles of various  facies 

packages,  with  outcrops  exposed  along  an  80kmkm  stretch  of  coastline  through  which  the 

provenance signal can be investigated. Sampling of these different localities within the basin should 

show any spatial variations in the source signal. Results will also provide us with a clearer insight into 

the Carboniferous palaeogeography of northwest Ireland. 

A near complete lithological section of the MSF has been logged in detail and distinct facies packages 

identified.  Samples  were  collected  from  carefully  selected  strata  and  a multi‐proxy  provenance 

approach  was  applied  using  optical microscopy,  scanning  electron microscopy, major  and  trace 

element  whole  rock  data,  U‐Pb  zircon  and  Pb‐in‐K‐feldspar  analysis.  Current  results  suggest  a 

medium‐scale sedimentary supply system, with derivation from multiple sources  located further to 

the north/ northwest of  the NWCB, with sediments deriving mainly  from Greenland, NW Scotland 

and highs offshore  Ireland, with minor  input  from  the Donegal Granite. Channelised  facies show a 

more unimodal signal compared to shoreface facies which have a very broad, mixed source signal. 

Future work will expand the study area and using the same method and techniques to examine the 

MSF  in  its  other  localities  and  investigate  broader  scale  variations  in  the  spatial  patterns  of  this 

depositional system. 

 

 

 

 

 

Page 54: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

52   

 

Quartz and zircon de-coupling in sandstone: petrology and quartz cathodoluminescence of the German Triassic Buntsandstein Group

Carita Augustsson1*, Michaela Aehnelt2, Thomas Voigt2; Cindy Kunkel3, Marcus Meyer2 and Florian 

Schellhorn2 

*[email protected] 

1Institutt for Energiressurser, Universitetet i Stavanger, 4036 Stavanger, Norway 2Institut für Geowissenschaften, Friedrich‐Schiller‐Universität Jena, Burgweg 11, 07749 Jena, 

Germany 3Leibniz‐Institut für Angewandte Geophysik (LIAG), Stilleweg 2, 30655 Hannover, Germany 

We  illustrate  how  de‐coupling  of  quartz  and  zircon  can  be  used  advantageously  in  provenance 

research.  Thirty‐eight  fine‐grained  to  coarse‐grained  arkose  samples  of  the  Early  Triassic 

intracontinental Buntsandstein Group  from  the Central European Basin  in Germany were analysed 

for their petrography and 1200 grains  in 23 of these for their detrital quartz cathodoluminescence 

characteristics. The samples represent  the Eichsfeld‐Altmark Swell and  the Hessian and Thuringian 

subbasins  west  and  east  of  the  swell,  respectively.  Lithic  fragments  are  sparse  but  with  more 

metamorphic grains in the Hessian Subbasin than further east and a larger content of plutonic grains 

in  the  Thuringian  Subbasin. More  than  90 %  of  the  detrital  quartz  from  the  eastern  Thuringian 

Subbasin produce medium  to bright blue cathodoluminescence colours and corresponding spectra 

that  are  typical  for  crystallisation  in  igneous  and  high‐temperature  metamorphic  rocks.  In  the 

Hessian Subbasin, the quartz typically luminesces in brown and dark to medium blue, which is typical 

for  low‐temperature metamorphic origin. Quartz from the Eichsfeld‐Altmark Swell and the western 

Thuringian  Subbasin  are  a mixture  between  the  two  subbasins.  These  results  indicate  different 

catchments for the subbasins, possible the Bohemian Massif and the Massif Central, with converging 

transport routes on and close to the eastern fringe of the swell. Light mineral‐zircon grain‐size shifts 

of 0.7 to 2  units mostly are in accordance with de‐coupled transport of quartz and zircon that was 

exaggerated  by  combined  fluvial  and  aeolian  transport,  as  well  as  sample  preparation‐induced 

sorting.  We  conclude  that  submerged  highs  significantly  can  influence  continental  sediment 

transport. Hence, vast, flat continental areas with submerged morphological highs and a seemingly 

straightforward  transportation  pattern  may  be  more  complex  than  expected.  The  results  also 

illustrate  that analysis of detritus  that has been affected by different dominating  transport modes 

and further sorting during sampling and preparation can reveal additional source information. 

  

Page 55: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

53   

 

Pb isotopic fingerprinting of plagioclase as a sand tracking tool: A validation study

Aoife Blowick*1, Shane Tyrrell1 and Peter Haughton2 

*[email protected] 

1 Sediment Origins Research Team (SORT), Earth and Ocean Sciences and Irish Centre for Research in Applied Geosciences (iCRAG), National University of Ireland, Galway.  

2 Irish Centre for Research in Applied Geosciences (iCRAG), School of Earth Sciences, Science Centre West, University College Dublin. 

The Pb isotopic composition of detrital K‐feldspar is a well‐established provenance technique in both 

modern and ancient systems. However, source rock fertility bias means mafic source rocks,  lacking 

K‐feldspar, may be underrepresented by this approach when used in isolation, leading to erroneous 

interpretations of palaeodrainage  and  inaccurate models of  source  terrane  contributions.  The  Pb 

isotopic composition of plagioclase, alongside K‐feldspar, may therefore offer a complimentary yet 

improved insight into sedimentary provenance. In particular, plagioclase fingerprinting may hold the 

key to unravelling sediment pathways feeding active margin basins.  

As a  first step we ask  (1) does  the Pb  isotopic composition of plagioclase reflect  that of  its source 

rock?  And  if  so,  (2)  does  the  Pb  isotopic  composition  of  detrital  grains  remain  unchanged  by 

weathering, erosion, transport, storage, burial and diagenesis?  In order to answer these questions, 

the Pb  isotopic composition of plagioclase  from both  felsic and mafic crystalline basement‐arkose 

pairs are being analysed. Detailed mapping of isotopic and element patterns using high resolution in 

situ LA‐ICPMS techniques will be used to identify any discrete zoning present which could provide a 

means of micro‐fingerprinting individual source rocks. 

In order  to  test whether  the Pb  isotopic  composition of detrital grains  is  retained  from  source  to 

sink,  the  Pb  isotopic  fingerprint  of  plagioclase  (as well  as  K‐feldspar)  from  soil  pedons  across  all 

major  climates  are  being  analysed.  These  field  examples  are  complimented  by  on‐going  lab 

experiments studying the weathering of feldspar grains using organic acids in order to mimic natural 

weathering conditions. 

This research  is supported  in part by a research grant from Science Foundation  Ireland (SFI) under 

Grant Number 13/RC/2092 and  is co‐funded under  the European Regional Development Fund. by 

PIPCO RSG and its member companies. 

 

Page 56: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

54   

 

Provenance of Permian-Triassic metasedimentary rocks in the Antarctic Peninsula and southern Patagonia using U-Pb age, Lu-Hf and O isotopic

compositions in zircon 

Paula Castillo1,2*, Mark Fanning1 

*paula.castillo@uni‐muenster.de 

1 Research School of Earth Sciences, the Australian National University 2 Institut für Geologie und Paläontologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster The Permian–Triassic is a critical period for interpreting and understanding the development of West Antarctica  and  its  connection  to  southern  South  America,  Patagonia.  Permian–Triassic metasedimentary rocks are the host to a major population of Permian  igneous zircons1,2,  indicating significant Permian magmatism along the southern margin of Gondwana. However, the location and characteristics  of  the  Permian  source(s)  are  still  not well  known.  Combined  U‐Pb,  O,  and  Lu‐Hf isotope analyses of detrital  zircon grains  in Permian–Triassic metasedimentary  rocks  indicate  that the Permian magmatism  resulted  from  the  interaction of crust‐ and mantle‐derived  sources  in an active  continental margin. Permian detrital  zircons  from  the  Trinity Peninsula Group  (TPG)  in  the Antarctic Peninsula range from crustal signatures in the northern part (δ18O of ~8‰, initial εHf of ~‐6) to mantle‐like values in the south (δ18O of ~5‰, initial εHf of ~+3). Zircons from the northern TPG have isotopic features similar to those from the Patagonian Duque de York Complex. Middle Jurassic metasedimentary  rocks  in  the Antarctic Peninsula  also  record  a  ca. 250 Ma  igneous  source, with stronger crustal signatures (δ18O of 7.5 to 10.8‰ and initial εHf values of ‐3.2 to ‐14.2) and Cambrian inherited  cores.  They  have  the  same  core‐rim  structures, U‐Pb  ages,  Lu‐Hf  and O  zircon  isotopic signatures  as  recently  reported  Permian–Triassic  granites  in  Tierra  del  Fuego,  Patagonia3.  Other possible  source  rocks  are  isolated  outcrops  in  the  Eastern  and  Central  domains  of  the  Antarctic Peninsula. Granites  from  the  Eastern Domain  have  the  strongest  affinity with  Patagonia  and  the northern TPG, with igneous zircons having initial εHf values ranging from ‐2.8 to ‐21.6, and δ18O from 10.5  to 5.6 ‰. A mid–late Triassic gneiss  from  the Central Domain contains  zircons  recording  the presence of  a mantle‐like Permian protolith with metamorphic  zircon overgrowth  at  ca.  222 Ma. Therefore,  the  isotopic  signature  for  the  Central  Domain  suggests  the  presence  of  a  different continental  crust, which may  be  the  source  for  the mantle‐like  zircons  in  the  southern  TPG.  To conclude,  our  results  provide  evidence  for  a  Permian  subduction‐related  magmatic  arc,  partly located  in Patagonia and extending to West Antarctica with a southerly decrease  in δ18O. Our data indicate strong similarities between the Eastern Domain of the Antarctic Peninsula and the southern tip of Patagonia, supporting a continuation of both areas, without the need for any great degree of overlap.   1. Hervé, F., Fanning, C.M., & Pankhurst, R.J., Detrital zircon age patterns and provenance of the metamorphic complexes of southern Chile.  J. South Am. Earth Sci. 16, 107−123 (2003). 2. Barbeau,  D.L., Davis, J.T., Murray, K.E., Valencia, V, Gehrels, G.E., Zahid, K.M., & Gombosi J., Detrital‐zircon geochronology of the metasedimentary rocks of north‐western Graham Land.  Antarct. Sci. 22, 65−78 (2010). 3. Castillo, P., Fanning, C.M., Pankhurst, R.J., Hervé, F., & Rapela, C.W., Zircon O‐ and Hf‐isotope constraints on the genesis and tectonic significance of Permian magmatism in Patagonia. J Geol Soc, London. 174, 803‐816 (2017). 

Page 57: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

55   

 

Examples of provenance studies in tsunami deposits

Pedro J. M. Costa1* 

*[email protected] 

1Instituto Dom Luiz, Departamento de Geologia, Faculdade de Ciências da Univ. de Lisboa, Portugal 

This  work  briefly  summarizes  recent  developments  in  the  study  of  tsunami  deposits  using provenance  tools.  Grain‐size,  micropalaeontological,  microtextural,  compositional, micromorphological, morphoscopic, geochemical proxies have been successfully applied to the study of Holocene tsunami deposits in Portugal, Scotland, Indonesia and Chile. Most of these studies were able  to establish  last‐cycle  relationships between  sediment  source and  sink  (i.e.  tsunami deposit). Ongoing  work  is  aiming  to  extend,  as  much  as  possible,  the  establishment  of  provenance relationships linking the final tsunami deposits with the original lithological source. Nevertheless, the establishment  of  tsunami  deposit  (last‐cycle)  sediment  source  has  facilitated  more  robust interpretations  regarding  sediment  transport,  definition  of  inundation  phases,  inundation  phases and backwash signatures. 

One example is (1) characterized grain‐size populations of the AD 1755 tsunami deposit in Salgados and  their  likely  sources.  This  analysis  allowed  to  exclude  nearshore  and  offshore  sediment  as  a source and define dunes as the major sedimentary contributor of the deposit.  

Another  example  of  provenance  tools  in  tsunami  deposits  is  from  the  2004  Indonesian  tsunami where  backwash  and  inundation  phases  were  differentiated  based  in  the  roundness  of  zircons. Euhedral zircon (similar the original source) was associated with backwash and rounded zircons were associated with inundation phases due to its similarities with zircons observed in present‐day beach (2). 

Heavy mineral  signatures  have  also  been  applied  to  study  the  8200  cal  yrs BP  Storegga  tsunami deposit (3). In this case, it was possible to establish sediment source of the tsunami deposit based in its  mineralogical  composition  and  similarities  with  under  lying  (Younger  Dryas)  glacial  till (amphiboles  and  garnets).  Furthermore, microtextural work  has  enabled  sedimentologists  to  use specific  imprints  on  quartz  grains  surfaces  and  relate  their  presence  with  specific  coastal environments.  For  example,  the  number  of  fresh  surfaces  is  clearly  associated  with  beach environments while  dissolution  dominance  is  present  in  deeper  nearshore  environments.  These studies  have  contributed  to  the  determination  of  sediment  paths  and  sources  of  the  AD  1755 tsunami deposit in some Algarve locations (4). 

Here, we  summarize a number of progresses achieved over  recent  years  in  the  study of  tsunami deposits.  The  usefulness  of  provenance  tools  is  demonstrated  by  their  contribution  to  better interpretations and reconstructions of Holocene tsunami events. 

This work was supported by PJM Costa FCT Post‐Doctoral Fellowship SFRH/BPD/84165/2012 and also supported by project FCT UID/GEO/50019/2013 – Instituto Dom Luiz. 

1. Costa, P.J.M., Andrade, C., Freitas, M.C., Oliveira, M.A., Lopes, V., Dawson, A.G., Moreno, J., Fatela, F., & 

Jouanneau, J.M., A tsunami record in the sedimentary archive of the central Algarve coast, Portugal: Characterizing 

sediment, reconstructing sources and inundation paths. Holocene. Volume 22, 899‐914, (2012). 2. Costa, P.J.M., 

Andrade, C., Cascalho, J., Dawson, A.G., Freitas, M.C., Paris, R., & Dawson, S., Onshore tsunami sediment transport 

mechanisms inferred from heavy mineral assemblages. Holocene. Volume 25, 795‐809, (2015). 3. Cascalho, J., Costa, 

P., Dawson, S., Milne, F., & Rocha, A., Heavy mineral assemblages of the Storegga tsunami deposit. Sedimentary 

Geology. Volume 334, 21‐33, (2016). 4. Costa, P.J.M., Andrade, C., Dawson, A.G., Mahaney, W.C., Freitas, M.C., Paris, 

R., & Taborda, R., Microtextural characteristics of quartz grains transported and deposited by tsunamis and storms. 

Sedimentary Geology. Volume 275–276, 55‐69, 2012. 

Page 58: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

56   

 

The interplay of sandstone petrofacies and porosity and permeability: implications for reliable quality prediction in clastic turbiditic wedges of

the southern Apennines foreland region, Italy

Salvatore Critelli1*, Mario Borrelli1, Gloria Campilongo1, Francesco Muto1, Enza Nicoletti1, Edoardo 

Perri1, Francesco Perri1, and Vincenzo Tripodi1 

[email protected] 

 1Department of Biology, Ecology and Earth Sciences, University of Calabria, 87036 Arcavacata di 

Rende 

 

The Southern Apennines preserve deep‐marine clastic wedges that record the main tectonic events 

during structural growing over the Adria margin. In fact, the regional tectonic transition from thick‐

skinned Calabrian  accretion  and deformation  (during  Late  Paleogene‐to‐middle Miocene)  to  thin‐

skinned  Southern  Apennines  thrusting  (since  early‐middle  Miocene)  is  recorded  by  diverse 

contrasting  petrofacies  in  uppermost  Paleogene  and Miocene‐Pliocene  sandstones  of  dominantly 

turbiditic  deposits.  Most  of  these  sandstones  reflect  in  time  and  space  (a)  quartzolithic, 

quartzofeldspathic and arkosic petrofacies derived from growing and unroofing Calabrian terranes; 

(b) quartzose petrofacies mainly indicate provenance from cratonal African margin, during Langhian, 

and/or from lowland internal domains before its deformation, during the Cretaceous to Paleogene; 

(c)  volcaniclastic  sandstone petrofacies also  testify  active  volcanism during  the  Late Paleogene  to 

early  Miocene.  These  variable  compositions  imply  strong  palaeogeographic  constraints  for  the 

central‐western  Mediterranean,  during  the  Neogene,  reflecting  provenance  relationships  from 

differentiate  source  rocks.  These  include  interplays  between  ophiolitiferous,  uplifted  continental 

shallow to deep crust, volcanic and sedimentary (mostly carbonate) source rocks. 

Since  the great complexity and variability of  the sandstones petrofacies  in  the southern Apennine 

domain, the porosity‐based models on a relatively large and complete data set, have been proven as 

effective  method  for  petrophysical  parameters  prediction.  The  studied  dataset,  is  mainly 

characterized  by  porosity  variations,  that  follow  the  principal  sandstone  detrital  modes.  The 

quatzolithic  petrofacies  present  the  lowest  porosities  values  (average  value  of  4.8 %), whereas moving towards quartzofeldspatic and arkosic petrofacies, porosity increases up to average values of 

10 to 15 %. In contrast, the same trend is not present with permeability that, moreover, does not 

show any clear correlation with the porosity but shows a wide spectrum of variability (0.5 to 800 mD)  for  a  restrict  range  of  average  pore  diameter.  Porosity  variability  is  directly  linked  to  the 

average  pore  size  increasing  and  the  decreasing  of  the  nano‐pores  volume,  as  the  good  positive 

linear  correlation  between  the  porosity  value  and  the  average  pore  diameter  and  the  negative 

correlation between nano‐pores volume and porosity. Moreover,  the pore systems of most of  the 

studied Units are mainly characterized by meso‐ to micro‐pores, and less by macro‐ and nano‐pores.  

Consequently,  the  quantification  of  regional  detrital modes  linked  to  the  characterization  of  the 

principal  petrophysical  parameters  can  represents  a  useful method  to  achieve  a  reliable  quality 

prediction in clastic turbiditic wedges of foreland settings. 

 

 

 

Page 59: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

57   

 

A suggested standard schema for use in organising and reporting sediment provenance datasets

Lorin Davies1*, Sam Fielding1, Ian Millar2, and Laura Fielding1 

[email protected] 

1GeoConsulting, CGG, Llandudno, North Wales, UK 2British Geological Survey, Keyworth, U.K. 

We propose a standardised schema for recording and reporting of data for U‐Pb geochronology, Lu‐

Hf zircon geochemistry, petrographic point count data, Sm‐Nd and Rb‐Sr  isotope geochemistry  for 

use  in  sediment provenance  studies.  The  schema has been derived  in order  to provide  the most 

efficient  structure  possible  and  to  retain  all  necessary  fields  for  population  of  data  acquired  by 

multiple techniques; the structure builds upon previous work1, 2, and adding functionality necessary 

for manipulating multi‐disciplinary datasets. A template  is presented  in two  formats: 1 A database 

schema suitable for on‐premise and cloud‐based database solutions; and 2. A flat spreadsheet ideal 

for reporting data in scientific publications. Some standard ‘queries’ are provided for fast integration 

of data into packages such as detzr3 and provenance4 packages. Recommendations for best practices 

are also presented for discussion, with a view to arriving at a collaborative resource for members of 

industry and academia. 

Robertson  CGG  have  created  a  global  sediment  provenance  database  harvested  from  academic 

literature worldwide. Over the course of this project a significant volume of data was discarded due 

to insufficient data, poor quality control, and/or ambiguous referencing and attribution of data. The 

aim of this contribution  is to feedback to the scientific community  lessons  learnt and help to move 

towards  a  set  of  standards  to  help  sediment  provenance  specialists,  particularly  early‐career 

scientists  working  with  these  data  types  for  the  first  time;  and  to  invite  constructive  criticism, 

collaboration and improvements to the schema. 

1. Horstwood, M., Košler, J., Gehrels, G. Community‐Derived Standards for LA‐ICP‐MS U‐(Th‐) Pb 

Geochronology–Uncertainty Propagation, Age Interpretation and Data Reporting. Geostand Geoanal Res. at 

<http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1751‐908X.2016.00379.x/full> (2016). 

2. Bowring, J.F., McLean, N.M., Bowring, S.A. Engineering cyber infrastructure for U‐Pb geochronology: Tripoli 

and U‐Pb_Redux. Geochem Geophys Geosyst. 12 (6), Q0AA19 (2011). 

3. Kristoffersen, M. detzrcr. at <https://github.com/magnuskristoffersen/detzrcr>. Github. (2017). 

4. Vermeesch, P., Resentini, A., Garzanti, E. An R package for statistical provenance analysis. Sediment Geol. 

336 (Supplement C), 14–25 (2016). 

 

 

 

 

 

 

 

Page 60: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

58   

 

Detrital record of the denudation of volcanic islands in sub-tropical climate

Pedro A. Dinis1* and Marina C. Pinto2 

*[email protected] 

1 MARE‐Marine and Environmental Sciences Center; Department of Earth Sciences, University of 

Coimbra, Portugal 2 Geobiotec Research Centre; Department of Geosciences, University of Aveiro, Aveiro, Portugal 

The  composition  of  volcanic  islands  is  largely  determined  by  a mixture  in  diverse  proportions  of 

components associated with  the depleted mantle, enriched mantle,  recycled crust, among others. 

Given  the  composition  and  texture  of  the  rocks  found  in  volcanic  islands,  the  weathering  and 

subsequent  erosional processes  is distinct  from what  is observed  in  tectonic  settings with higher 

contribution of geological material linked to the continental crust. The compositionally homogenous 

southern chain of the Cape Verde archipelago  is an excellent region to  investigate the denudation 

processes under  low weathering  intensities. In the present work the geochemistry of bedload river 

and  beach  sediments  collected  in  the  “old” Maio  Island  (shield  building  stage  older  than  5 Ma; 

basement complex older than 20 Ma; with diverse sedimentary units related to previous denudation 

phases), and the “young” Fogo Island (shield building stage still running; basement complex younger 

than  5 Ma;  virtually  no  sedimentary  units  related  to  previous  denudation  phases)  are  used  to 

examine  the  denudation  record. When  compared  to  the  volcanic  rocks  of  the  islands,  bedload 

sediments  are  frequently  characterized  by moderate  depletion  in Al2O3, which  tends  to  be more 

intense  in  beach  than  in  river  deposits  and  in  “old”  than  in  “young”  islands.  This  depletion  is 

attributed  to  the  low  stability  of  volcanic  glass  under  exogenous  environments,  being  a  major 

limitation  to  the  application  of  the  indices  used  to  understand  compositional  changes  during 

weathering  in  these  tectonic  and  climatic  contexts.  Alternative  formulations  inspired  in  the  α 

mobility  indices1,2 were  tested.  An  index  that,  instead  of  the  Upper  Continental  Crust,  uses  the 

composition  of  the  volcanic  rocks  of  Cape  Verde’s  southern  chain,  and  Fe  as  the  non‐mobile 

reference produces a  reliable  ranking of element mobility  that does not  seems  to be affected by 

source  rock  composition and  sorting processes.  In addition,  it was able  to discriminate  sediments 

sourced  by  volcanic  rocks  of  different  age  and  variable  contribution  of  recycled  sedimentary 

material. 

1. Gaillardet, J., Dupré, B. & Allègre, C.J.. Geochemistry of large river suspended sediments: silicate weathering 

or recycling tracer? Geochimica et Cosmochimica Acta, 63 (1999). 2. Garzanti, E., Padoan, M., Setti, M., Peruta, 

L., Najman, Y. & Villa, I.M. Weathering geochemistry and Sr‐Nd isotope fingerprints of equatorial upper Nile 

and Congo muds. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 14 (2013). 

 

 

 

 

 

 

 

Page 61: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

59   

 

A sedimentary provenance study of modern river sands from northern Fennoscandia and its insight on identifying mineral fertility, bias and the

source of Mesozoic successions deposited on the Barents Shelf

Michael J. Flowerdew1*, Edward J. Fleming1, David M. Chew2, Andrew C. Morton1,3, Magdalena 

Biszczuk1, Dirk Frei4 and J. Stephen Daly5,6 

*[email protected] 

 1CASP, West Building, Madingley Rise, Madingley Road, Cambridge, CB3 0UD, UK 

 2Department of Geology, Trinity College Dublin, Dublin 2, Ireland 

 3HM Research Associates, Musselwick Road, St Ishmaels, SA62 3TJ, UK 

 4Dept. of Earth Sciences, Uni. of the Western Cape, Private Bag X17, Bellville 7530, South Africa 

 5Department of Geological Sciences, University College Dublin, Belfield, Dublin 4, Ireland 

 6Irish Centre for Research in Applied Geosciences (icrag‐centre.org) 

A series of sedimentary provenance techniques were applied to 20 modern sand samples collected 

from  twelve major  river  catchments  in  northern  Fennoscandia.    This was  carried  out  in  order  to 

evaluate the extent to which Mesozoic successions deposited on the southwest Barents Shelf were 

sourced from northern Fennoscandia. 

One of the most distinctive provenance signatures in northern Fennoscandia occurs in samples from 

the Tana River, which crosses  the Lapland Granulite Belt  (LGB).   Downstream of exposures of  the 

LGB, modern  sands  are dominated by  rutile with  c.  1.9 Ga U‐Pb  ages  and  a  chemistry  indicating 

crystallization at c. 850  °C  from a pelitic protolith.   A detrital rutile signature similar  to  that  in  the 

Tana River  is replicated  in the Late Triassic – Early Jurassic Realgrunnen Subgroup deposited  in the 

vicinity  of  the Nordkapp  Basin,  and  indicates  a  common  origin  from  the  LGB.    The  Realgrunnen 

Subgroup  deposited  in  the Hammerfest  Basin  has  strikingly  different  provenance  pattern.   Here, 

rutiles have mostly  c. 430‐515 Ma ages and  crystallised at  c. 650  °C  from a pelitic protolith.   The 

similarity  of  this  pattern  to  rutile  data  from  the modern Målselva  River  indicates  a  source  from 

Caledonian allochthons affected by Palaeozoic amphibolite‐facies metamorphism. 

Models  depicting  rejuvenation  of  a  Fennoscandian  sedimentary  source  region  and  Late  Triassic 

drainage  reorganisation  are  supported  by  these  data.    The  rutile  technique  provides  one  of  the 

clearest mechanisms for tracing the dispersal of Fennoscandian‐derived sediment across the Barents 

Shelf. 

Despite  these  contrasting  rutile  signatures,  the  Nordkapp  Basin  and  Hammerfest  Basin  samples 

yielded remarkably similar zircon U‐Pb age patterns.  Their zircon age spectra are dominated by 1.0 

Ga  ‐ 1.7 Ga grains.   This age range does not correspond with widespread  igneous or metamorphic 

events  in  northern  Fennoscandia  and  so  these  zircons were  probably  recycled  from  sedimentary 

units. 

A  statistical  assessment of  the multi‐proxy modern  sand dataset,  through  INSCAL  and  Procrustes 

analysis, helps to identify the Barents Sea Group as a source of recycled detrital zircon and hence can 

account for the mismatch of zircon and rutile patterns in some of the Mesozoic offshore samples.  It 

also shows how readily sedimentary reworking, uneven erosion and fertility can affect and bias the 

various sedimentary provenance signals. 

Page 62: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

60   

 

Sand composition as a tool for liquefaction phenomena assessment

Daniela Fontana1* and Stefano Lugli1 

*[email protected] 

1 Dept. of Chemical and Geological Sciences, University of Modena and Reggio Emilia, Italy 

The  petrographic  composition  of  sands  is  a  useful  tool  for  the  assessment  of  the  complex phenomena related to co‐seismic liquefaction, such as sand blows, dykes, sand volcanoes and may also help in identifying ancient earthquake effects. 

Fluvial sand composition studies have a particular significance  in the  late Pleistocene–Holocene Po 

Plain, where distinct compositional fields characterize modern sands from different streams, as well 

as older sediments1. Several key petrographic components provide diagnostic features to distinguish 

sand bodies buried beneath the floodplain. 

The composition of sands ejected during  the 2012 Mw 6.1 Emilia earthquake  from several sites  in 

the Emilia plain (Modena and Ferrara provinces)2 has been compared with buried sands from cores 

and  trenches  at  different  depths  (down  to  50 m)  in  order  to  identify  the  source  layers  which 

originated the liquefaction phenomena. 

The sands from the cores show a clear trend from lithoarenitic to quartz‐feldspar‐rich compositions. 

The sands at shallow depth (down to 7 m) are the most lithoarenitic, with sedimentary fine‐grained 

rock fragments (limestone, shale and siltstone) as the dominant  lithic type. Lithic fragments derive 

mostly from the erosion of sedimentary terrigenous and carbonate successions of Apenninic affinity 

referable  to  different  fluvial  systems  (Secchia  and  Reno  rivers).  These  shallow  sands  are  well 

distinguishable from the deeper sands (at depth > 7 m), which show compositions slightly enriched 

in quartz  and  feldspars  and  impoverished  in  lithic  fragments  suggesting  affinity with  the Po  river 

sands or older sands deposited during the last Glacial Maximum.  

In all examined sites  the composition of  the ejected sands  largely overlap  that of  the shallow  late 

Holocene  Apenninic  sands,  indicating  that  liquefaction  processes  affected mainly  sand  layers  at 

depth of 6‐7.5 m. 

The  study  shows  that  composition  of  sands  is  crucial  for  a  better  understanding  of  earthquake‐

induced  liquefaction mechanisms,  in particular  to  identify  the source  layer of  the sand blows and, 

more  generally,  for  the  recognition  of  critical  layers,  which  may  be  prone  to  hazardous  sand 

liquefaction phenomena. 

1. Lugli S., Marchetti Dori S., Fontana D. Alluvial sand composition as a tool to unravel the Late Quaternary 

sedimentation of the Modena Plain, northern Italy. Geological Soc.of America Sp Paper, 420, 57‐72 (2007). 2. 

Fontana, D., Lugli, S., Marchetti Dori, S., Caputo, R., and Stefani, M. Sedimentology and composition of sands 

injected during the seismic crisis of May 2012 (Emilia, Italy): clues for source layer identification and 

liquefaction regime. Sedimentary Geology, 325, 158‐167 (2015). 

Page 63: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

61   

 

Mineralogy and Genesis of Manganese Ores of Tunisia:

Preliminary Results

Hechmi Garnit 1*, Donatella Barca 2, Salah Bouhlel 1 and Mariano Davoli 2  

*[email protected] 

1Mineral Resources Team, LRM2E, Geology Department, Faculty of Sciences of Tunis, University of 

Tunis El Manar, 2092 Tunis, Tunisia 2 DiBEST (Department of Biology, Ecology and Earth Sciences) University of Calabria, Italy 

Few meso‐scale Mn‐ores  are  documented  in  Tunisia.  These minerals  are  hosted  by  deposits  of 

various  age,  size,  grade  and  origin(s)  and  they  occur  in  close  association  with  Fe‐ores.  The 

mineralogy, geochemistry and,  in most cases,  the origin of  them are  fairly well known. The Tamra 

deposits  (Nappe  zone,  northern  Tunisia)  correspond  to  a Mio‐Pliocene  polystage  complex  Fe‐Mn 

mineralized system. The Fe–Mn mineralization mostly occurs as  lenses and stratiform  layers, which 

are  restricted  to  the  Tamra marginal  basin.  The  recognized  ore minerals  are  hematite,  goethite, 

limonite, kaolinite, hollandite, coronodite, romanechite, psilomelane and striontiomelane. Mn‐ores 

occur as porosity filling in the ferruginous matrix, impregnation, concretions and boxworks. The Mn‐

ores  in  Jebel  Aziza  (southern  Tunisian  Atlas,  central  Tunisia)  correspond  to  karstic  filling  and 

stockwork  type  in  late Cenomanian‐Turonian dolomite.  In  the  Jebel Ank  (southern Tunisian Atlas, 

central Tunisia), the Mn‐ores occur as centimeter irregular nodules in late Eocene marls.  

In this research, petrographic, mineralogical and geochemical studies have been performed in order 

to characterize and discuss the possible origin(s) of this important Mn‐mineralization in Tunisia. We 

used transmitted and reflected optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM‐EDS) for 

petrographic  section  and  an  electron  microprobe  (EMPA),  in  order  to  identify  the  Mn‐oxides 

composing the mineralization. LA‐ICP‐MS has been used, instead, to determine trace and rare earth 

element (REE) concentrations to discuss their genesis.  

The Mn‐minerals are mixtures of   Mn‐Ba‐Sr and Mn‐Zn‐Fe oxides  in Tamra, Mn‐Ba oxides  in  Jebel 

Aziza and Mn‐K oxide in Jebel Ank. 

The Mn‐ore mineralogy,  trace elements content and REE patterns  support hydrogenous origin  for 

Jebel Ank, a  complex hydrothermal‐supergene origins(s)  for Tamra and hydrothermal  ‐ diagenetic 

origin(s) for Jebel Aziza.  

 

Page 64: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

62   

 

One small terrane-boundary basin – five different sources of sediment

Peter Haughton1* 

*[email protected] 

.1iCRAG & UCD School of Earth Sciences, University College Dublin, Dublin, Ireland 

The sediment filling basins associated with major strike‐slip faults can sample diverse source areas 

on account of across‐basin  changes  in  the nature of  the  crust,  lateral  sliding of  terranes past  the 

basin  and  a  tendency  for  large  river  systems  to be  conducted  along  the  topographic depressions 

generated  by  mechanically  weak  fault  rocks.  In  active  margin  settings,  there  is  the  added 

complication  of  episodic  volcanic  input  following  pyroclastic  eruptions.  Late  Silurian  basins 

developed  along  the  southern  margin  of  the  Grampian  terrane  in  Scotland  and  Ireland  record 

sediment  generation  and  dispersal  during  the  Caledonian  Orogeny  and  an  associated magmatic 

flare‐up. The Crawton Basin  in the north‐east Midland Valley of Scotland was a small (ca 15‐20 km 

wide)  late  Silurian  basin  dominated  by  gravel‐bed  river  systems  that  drained  both  across  the 

Highland Boundary and from a hinterland within the Midland Valley. Facies and provenance analysis 

demonstrate complex sediment sourcing and mixing with large antecedent rivers entering from the 

north  carrying  different mixtures  of  recycled  and  first‐cycle  components  from  at  least  two  entry 

points, and first‐cycle consequent rivers delivering compositionally very different sediment from the 

south.  In  addition,  polymict  volcaniclastic  sediments  from  the  north,  and  monomict  andesitic 

breccias  and  tuffs  from  the  south  episodically blanketed  rivers  that dominantly  transported non‐

volcanic  detritus.  Given  the  small  size  of  the  basin,  the  large  scale  of  the  gravel  bars  and  the 

dominance of gravel over sand,  it  is  likely  the  rivers both entered and exited  the basin with basin 

subsidence acting to preferentially extract and preserve only the coarsest cobble and boulder‐grade 

bed load. The provenance of the various conglomerates is key to: (1) limiting the amount of post‐late 

Silurian  lateral displacement  along  the Highland Boundary;  (2) demonstrating  a  significant  crustal 

boundary beneath  the basin and by  implication on the Highland Boundary – granite clasts derived 

from either margin of the basin indicate the source plutons have interacted with very different crust, 

and  (3)  reconstructing  the nature of  the Midland Valley  crust as  this  is now  largely  concealed by 

Devonian and younger  rocks. Common Pb  isotope data  for  feldspars determined using both TIMS 

and  LA‐ICPMS  help  tie  clasts  to  currently  exposed  granite  bodies  in  the NE Grampian Highlands, 

ruling  out  significant  supply  from  the  Scandian,  suggesting  the  basin  may  represent  the  last 

increment of any transcurrent displacement on the Highland Boundary, and confirming the current 

erosion level in the NE Highlands is not that different to that during the late Silurian. 

 

 

Page 65: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

63   

 

Provenance and tectonic setting of the Slovenj Gradec Basin sedimentary succession (Western part of the Pannonian Basin system)

Kristina Ivančič*1, Mirka Trajanova1, Dragomir Skaberne1, and Andrej Šmuc2 

*kristina.ivancic@geo‐zs.si 

1Geological survey of Slovenia, Dimičeva ulica, Ljubljana, Slovenia 2Department of Geology, University of Ljubljana, Aškerčeva ulica, Ljubljana, Slovenia  

Slovenj  Gradec  Basin  represents  one  of  the  marginal  parts  of  the  Pannonian  Basin  system. 

Sedimentary origin and  tectonic setting was  investigated by combination of  field work, comprising 

measurements of  textural parameters, petrographic, and geochemical analyses. Special stress was 

laid to imbrication dips, and directions of the conglomerate beds wedding‐out. Main direction of the 

sediment  input was  from  the  areas, which  now  occur  to  the  north, west,  southwest,  and  south. 

Particular pebbles (tonalite, granite, and oncoidal limestone) in the conglomerate gave unequivocal 

indications of their origin. Composition of sandstone indicates that lithic grains of metamorphic and 

carbonate  rocks,  and  quartz  prevail  over  other  mineral  grains  (phyllosilicates,  feldspars,  and 

accessory minerals),  lithic grains of  igneous rocks, and alocheme components. Specific  lithic grains 

belonging  to  serpentinite,  altered  basalt,  and  bioclasts  of  alveolinid‐numulitid  limestone  in 

carbonate grain confine the provenance area to the west, and north‐west. Provenance was defined 

also  by  discriminant  function  after  Roser  and  Korsch  (1988).  The  samples  plot  into  the  field  of 

quartzose sedimentary provenance. The analyses indicate the same main direction of the sediment 

delivery  into  the  basin  as  the  pebbles,  and  indicate  subordinate  input  from  the  southwest,  and 

south. Accordingly it is concluded that the main origin of the sediments was from the Eastern Alps, 

and  subordinately  from  the  Eisenkappel  igneous  belt,  and  Southern Alps.  Tectonic  settings were 

determined  by Dickinson  diagram  (Dickinson  and  Suczek,  1979), multi‐dimensional  diagram  after 

Verma  and  Armstrong‐Altrin  (2013),  discriminant  plot  after  Roser  and  Korsch  (1988),  and 

discriminant  function after Verma and Armstrong‐Altrin  (2016). The  results are not  representing a 

unified  tectonic  setting.  Dickinson  diagram  indicates  the  sedimentary  supply  form  the  recycled 

orogen. Multi‐dimensional diagram  indicate  that  the  sediments originate  from  collision  zone. The 

result  of  the  discriminant  plot  indicates  the  origin  of  the  sediments  from  the  oceanic  island  arc, 

which  is not suitable  in our case. The studied samples plot  into the passive margin field, using the 

discriminant function. The results of the tectonic setting show that the sediments from the SGB were 

subjected  to  two  different  tectonic  events  (Ivančič  et  al.,  2017).  The  first  two  diagrams  reflect 

tectonic setting of the source area (Alpine collision), and the  last tectonic setting of the deposition 

area appurtenant to the evolution of the Pannonian‐Carpathian region. 

 

1. Dickinson,W.R., & Suczek, C.A., Plate tectonic and sandstone compositions. American Association of 

Petroleum Geologists Bulletin. 63, (1979). 2. Ivančič, K., Trajanova, M., Skaberne, D., & Šmuc, A., Provenance of 

the Miocene Slovenj Gradec Basin sedimentary fill, Western Central Paratethys. Sedimentary Geology. In 

press, (2017). 3. Roser, B.P., & Korsch, R.J., Provenance signatures of sandstone‐mudstonen suites determined 

using discriminant function of major‐element data. Chemical Geology. 67, (1988). 4. Verma, S.P., & Armstrong‐

Altrin, J.S, New multi‐dimensional diagrams for tectonic discrimination of siliciclastic sediments and their 

application to Precambrian basins. Chemical Geology. 355, (2013). 5. Verma, S.P., & Armstrong‐Altrin, J.S., 

Geochemical discrimination of siliciclastic sediments from active and passive margin settings. Sedimentary 

Geology. 332, (2016).   

Page 66: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

64   

 

Sediments of two Gondwana glaciations in Ethiopia: Provenance information from heavy minerals and detrital zircon ages

Anna Lewin1*, Guido Meinhold2,3, Matthias Hinderer1, Enkurie L. Dawit4, and Robert Bussert5 

*[email protected]‐darmstadt.de 

1Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet Angewandte Sedimentologie, Technische 

Universität Darmstadt, Schnittspahnstraße 9, 64287 Darmstadt, Germany 2Abteilung Sedimentologie/Umweltgeologie, Geowissenschaftliches Zentrum Göttingen, Universität 

Göttingen, Goldschmidtstraße 3, 37077 Göttingen, Germany 3School of Geography, Geology and the Environment, Keele University, Keele, Staffordshire, ST5 5BG, 

UK 4Department of Geology, University of Gondar, P.O. Box 196, Gondar, Ethiopia 5Institut für Angewandte Geowissenschaften, Fachgebiet Explorationsgeologie, Technische 

Universität Berlin, Ackerstraße 76, 13355 Berlin, Germany 

The East African Orogen, which formed during the amalgamation of Gondwana, shed huge amounts 

of  sediment  towards  the  continental  margins  during  the  Palaeozoic.  In  Ethiopia,  Palaeozoic 

sedimentary  successions  can  be  assigned  to  the  two  major  Gondwana  glaciations  in  the  Late 

Ordovician and the Carboniferous–Permian. The distribution of ice sheets and continent‐wide glacier 

dynamics during  these  glacial periods  are  still under discussion.  The Arabian‐Nubian  Shield  –  the 

northernmost part of the East African Orogen – is a probable local source region for the sediments. 

However,  far  transport  from central Gondwana  (e.g., East Africa)  is also possible. Ethiopia  is a key 

region between potential distant sediment sources and the northern margin of Gondwana. 

To assess differences in provenance, transport and weathering conditions, we compare sediments of 

both glaciations regarding their heavy mineral assemblage, rutile and garnet chemistry, and detrital 

zircon ages.  

For the Late Ordovician sandstones, the enrichment of ultra‐stable heavy minerals indicates intense 

weathering and reworking prior to deposition, yet a facies dependency suggests a certain degree of 

post‐depositional dissolution. Rutile is omnipresent and can be assigned to mainly amphibolite facies 

meta‐felsic  source  rocks. Only  little garnet  is present. The Carboniferous–Permian  sandstones are 

more  variable  regarding  their  heavy mineral  assemblage.  The  prevalence  of  garnet  and  apatite 

points to extremely slight influence of acidic weathering. Garnet chemistry reveals both igneous and 

metamorphic sources. Detrital zircons of both  formations are mainly Pan‐African  in age. However, 

the Late Ordovician sandstones further contain prominent amounts of Tonian–Stenian (c. 1 Ga) and 

Palaeoproterozoic zircons. We assume an association with the Gondwana super‐fan system. Besides 

Pan‐African ages, the Carboniferous–Permian sandstones are characterised by c. 800 Ma old zircons, 

which may be derived from a local source. 

 

 

 

 

 

Page 67: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

65   

 

An Empirical Method to Predict Sediment Grain Size from Inorganic Geochemical Measurements

Dawei Liu1*, Sebastien Bertrand1, and Gert Jan Weltje2 

*[email protected] 

1Renard Centre of Marine Geology, Ghent University, Krijgslaan 281 S8, 9000 Ghent, Belgium 2Department of Earth and Environmental Sciences, KU Leuven, Celestijnenlaan 200e, 3001 Leuven, 

Belgium 

Grain  size  is  one  of  the  most  fundamental  properties  of  sediments.  It  is  frequently  used  in 

paleoclimate,  paleoceanographic  and  paleoenvironmental  reconstructions  as  a  proxy  for  river 

discharge,  current  and  wind  strength,  and  to  identify  mass  flow  deposits  in  sediment  cores. 

Measuring  grain‐size,  however,  is  time‐consuming  and  destructive. Given  the  strong  influence  of 

grain size on sediment inorganic geochemistry, single element variations measured by e.g. XRF core 

scanning are increasingly used to estimate grain‐size variations at high resolution in sediment cores. 

This  approach  is  however  limited  to  a  narrow  grain‐size  range  since  single  elements  only 

monotonically relate to grain‐size over a narrow size range. In this paper, we present a simple, code‐

free, multi‐element  technique based on Partial Least Square  regression  to predict  sediment mean 

grain size from inorganic geochemical data over the range of sizes commonly encountered in nature 

(from clay to coarse sand). The method was first tested and validated using river sediment samples 

separated in 11 grain‐size fractions and it was later successfully applied to two sediment cores from 

the  Chilean  fjords, with mean  grain  sizes  ranging  from  16–31  and  7–180  µm. Our method  only 

requires measuring grain‐size on a limited number of carefully selected calibration samples, and it is 

able  to  predict mean  grain‐size  at  XRF  core  scanner  resolution.  Provided  sediment  provenance, 

weathering, and diagenesis are relatively stable through time, this technique is applicable to any lake 

or  marine  sediment  core,  and  we  anticipate  that  it  will  result  in  a  significant  increase  in  the 

resolution of sediment proxy records of climate and environmental change.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 68: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

66   

 

Spatial and temporal variation in fluvial sediment supply to the Cretaceous Western Interior Seaway of North America

Sinéad Lyster1*, Alexander Whittaker1, Peter Allison1 and Sarah‐Jane Kelland2 

*[email protected] 

 1Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, London, SW7 2AZ, United 

Kingdom. 2Getech Group plc, Leeds, LS8 2LJ, United Kingdom. 

 

The flux of sediment to the ocean  is governed by tectonic and climatic boundary conditions, which 

influence  source  area  denudation  rates  and  spatio‐temporal  patterns  in  sediment  routing. 

Depositional stratigraphy therefore represents the time‐integrated product of erosional fluxes from 

terrestrial catchments via palaeo‐sediment  routing systems. Understanding how, when and where 

sediment was delivered  from  the continents  to oceans remains a prominent  research challenge  in 

the Earth sciences. However, to date, palaeo‐sediment routing system analysis has been  limited by 

the incomplete record of terrestrial catchments. 

Here we use a numerical modelling approach (BQART) to reconstruct erosion and sediment supply in 

deep time for the North American continent. Our approach exploits new palaeogeographies of the 

globe  to  predict  the  geometries  of  large  continental  palaeocatchments,  as well  as  palaeoclimate 

data from coupled atmosphere–ocean general circulation models. We then use the BQART sediment 

flux model  to  produce  first‐order  estimates  of  fluvially‐derived  suspended  sediment  flux  to  the 

Cretaceous Western Interior Seaway (WIS) of North America.  

Our  analyses  reconstruct  over  1400  North  American  palaeocatchments  with  areas  greater  than 

500 km2. Of  these, up  to 700 catchments deliver sediment  to  the WIS. Preliminary  results suggest 

continental‐average denudation rates of 0.1 mm/yr and sediment yields of ~150 t/km2/yr, which are 

consistent with modern continents. Latitudinal trends in erosion and sediment supply to the WIS are 

reconstructed for Cretaceous time slices, and the relative contributions of the western and eastern 

margins  of  the WIS  to  total  sediment  input  are  also  predicted. We  ground  truth  our  estimates 

against published geologic constraints and find that BQART estimates of suspended sediment flux to 

the WIS are  the same order of magnitude as predictions derived  from previous mass‐balance and 

fulcrum approaches, and most lie within a factor of two.  

Our results demonstrate the suitability of this approach for investigating palaeo‐sediment routing in 

space  and  time,  especially  where  physical  records  are  absent,  and  highlight  potential  use  for 

reconstructing the global response of sediment supply to  long‐term tectonic and climatic events  in 

the geologic past. 

 

 

 

 

 

Page 69: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

67   

 

Sediment hunting: Provenance of the Upper Jurassic NCSB and what we know

Odhran McCarthy1*, Pat Meere1 and Dave Chew3 

*Odhran.mccarthy@icrag‐centre.org 

1iCRAG, School of Biology, Earth & Environmental Sciences, University College Cork 

2iCRAG, Department of Geology, School of Natural Sciences, Trinity College Dublin 

 

Sedimentary basins hold an economic and historic  importance. The North Celtic Sea Basin  (NCSB), 

comprised of Mesozoic sediments plays host to a number of potential economically viable reservoir 

sands.  Upper  Jurassic  sediments  in  the  NCSB  are  composed  of  marginal  marine  to  terrestrial 

sediments  with  localised  variability.  They  comprise  reservoir  sands  with  capacity  to  host 

hydrocarbons  while  recording  changes  in  paleoenvironment,  revealing  new  information  about 

regional geology and potential provenance changes. Furthering previous research, this project aims 

to  identify  changes  in  provenance  at  a  regional  and  localised  scale. A multidisciplinary  approach 

including quantitative sedimentary petrology, detrital geochronology, grain shape and heavy mineral 

analysis  (RAMAN & QEMSCAN) are utilised  to elucidate  the provenance and  routing of sediments. 

Previous work on the Munster basin and NCSB has  identified a number of Irish source regions, but 

has also suggested that sediment recycling from the Munster basin may play a key role in the NCSB’s 

infill. New heavy mineral and petrographic data  indicate  the provenance of  these sediments while 

characterising  diagenesis  and  composition.  Zircon  and  apatite  isotope  data  and  tourmaline  trace 

element data will be used to further discriminate source regions following these preliminary results. 

Utilising published  sedimentary data and  supplementing  it with new data, a  reconstruction of  the 

paleogeography of Ireland and the UK during the Mesozoic is presented. 

 

Fairey, B. J., Kerrison, A., Meere, P. A., Mulchrone, K. F., Hofmann, M., Gärtner, A., Sonntag, B.‐L., Linnemann, U., Kuiper, K. F., and Ennis, M., 2018, The provenance of the Devonian Old Red Sandstone of the Dingle Peninsula,  SW  Ireland;  the  earliest  record  of  Laurentian  and  peri‐Gondwanan  sediment mixing  in Ireland. Journal of the Geological Society, p. jgs2017‐2099. 

 Morton, A., Knox, R., and Frei, D., 2016, Heavy mineral and zircon age constraints on provenance of the 

Sherwood Sandstone Group (Triassic) in the eastern Wessex Basin, UK: Proceedings of the Geologists' 

Association, v. 127, no. 4, p. 514‐526. 

Tyrrell, S., Haughton, P. D., Souders, A. K., Daly,  J. S., and Shannon, P. M., 2012, Large‐scale,  linked drainage systems in the NW European Triassic: insights from the Pb isotopic composition of detrital K‐feldspar: Journal of the Geological Society, v. 169, no. 3, p. 279‐295. 

 Waldron,  J. W. F., Schofield, D.  I., Dufrane, S. A., Floyd,  J. D., Crowley, Q. G., Simonetti, A., Dokken, R.  J., and 

Pothier,  H. D.,  2014, Ganderia–Laurentia  collision  in  the  Caledonides  of Great  Britain  and  Ireland: Journal of the Geological Society, v. 171, no. 4, p. 555‐569. 

 

Page 70: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

68   

 

The lithostratigraphy of the Bradfield Southend Boreholes, Berkshire UK: An examination of the Late Cretaceous – Palaeogene boundary in the

western London Basin.

Ian Mounteney1*, Peter Hopson1, Seb Gurrola2, Rosemary Jenkins3, Ian Wilkinson1, Mark Woods1 

and Steve Thorpe1 

*[email protected] 

1 British Geological Survey, Environmental Science Centre, Keyworth, Nottinghamshire NG12 5GG, 

United Kingdom. 

2 21 Burvale Court, 13 Rickmansworth Road, Watford, Hertfordshire, WD18 0JQ 

3 Birmingham University 

Detailed heavy mineral  interpretations of the Bradfield Southend boreholes provide a rare detailed 

glimpse  into the provenance of the Thames, Lambeth and Chalk Group successions  in the western 

part  of  the  London  Basin.  Heavy  mineral  analysis,  together  with  calcareous  microfossil  and 

palynological studies of the Palaeogene succession confirm the lithostratigraphical division of these 

groups.  These  studies  further  place  the  deposits  encountered  into  the  regional  palaeogeography 

related  to  the  early  development  of  the North  Sea  Basin  and  the  presence  of  or  proximity  to  a 

surrounding terrestrial environment. 

The  investigations  into  this  early  Palaeogene  succession  confirms  the  presence  of  the Ockendon 

Member  (informal A) and Aveley Member  (informal B) units of  the London Clay Formation, a  thin 

representative attributed to the Harwich Formation and a Lambeth Group sequence including thick 

Reading‐type  clays,  a  poorly  preserved  ‘Reading  Sand’  unit  and  representatives  of  the  Upnor 

Formation  including  potentially  reworked  Thanet  Formation material.  Changes  in  heavy mineral 

assemblages  and  their  geochemistry  help  to  reflect  the  various depositional  environments which 

occur throughout the Palaeogene. Two distinct periods of sediment hiatus have been identified. The 

first occurs during  the Eocene and  the  second, previously determined as  the Mid Lambeth Hiatus 

(MLH), during the Palaeocene. The MLH represents an unconformity during which a shift in sediment 

source occurs. The Mid Eocene Hiatus  (MEH) overlaps  the boundary of  the Ockendon and Aveley 

Members of the London Clay Formation and represents a shift to a lagoonal environment.  

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 71: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

69   

 

Geochemical evidence for large-scale drainage reorganization in Northwest Africa during the Cretaceous

Yannick Mourlot1,2, Martin Roddaz1*, Guillaume Dera1, Gérôme Calvès1, Jung‐Hyun Kim3, Anne‐Claire Chaboureau4, Stéphanie Mounic1 and François Raisson2  

*[email protected] 

1Géosciences‐Environnement  Toulouse,  Université  de  Toulouse;  UPS  (SVT‐OMP);  CNRS;  IRD;  14 Avenue Édouard Belin, F‐31400 Toulouse, France 

2 Total E&P, CSTJF Avenue Larribau, F‐64018, Pau Cedex, France 

3 Korea Polar Research Institute (KOPRI), 26 Songdomirae‐ro, Yeonsu‐gu, Incheon 21990, South Korea 

4 CVA Engineering 9/11, allée de l'Arche, Tour Egée, 92671 Courbevoie, La Défense, France  

West African drainage reorganization during Cretaceous opening of the Atlantic Ocean is deciphered here  from  geochemical  provenance  studies  of  Central  Atlantic  sediments.  Changes  in  the geochemical signature of marine sediments are reflected in major and trace element concentrations and Strontium‐Neodymium radiogenic  isotopic compositions of Cretaceous sedimentary rocks from eight Deep Sea Drilling Project (DSDP) Sites and one exploration well. Homogeneous major and trace element compositions over time indicate sources with average upper (continental) crust signatures. However, detailed  information on  the  ages of  these  sources  is  revealed by Neodymium  isotopes (expressed as εNd). The εNd(0) values  from the DSDP Sites show a three‐step decrease during the Late Cretaceous: 1) the Albian−Middle Cenomanian εNd(0) values are heterogeneous (‐5.5 to ‐14.9) reflecting  the  existence  of  at  least  three  subdrainage  basins  with  distinct  sedimentary  sources (Hercynian/Paleozoic,  Precambrian  and  mixed  Precambrian/Paleozoic);  2)  during  the  Late Cenomanian−Turonian interval, εNd(0) values become homogeneous in the deep‐water basin (‐10.3 to  ‐12.4),  showing  a negative  shift of 2 epsilon units  interpreted  as  an  increasing  contribution of Precambrian inputs; 3) this negative shift continues in the Campanian−Maastrich an (εNd(0) = ‐15), indicating that Precambrian sources became dominant. These provenance changes are hypothesized to be  related  to  the opening of  the South and Equatorial Atlantic Ocean, coincident with  tectonic uplift  of  the  continental margin  triggered  by  Africa−Europe  convergence.  Finally,  the  difference between ε

Nd(0)values of Cretaceous sediments from the Senegal continental shelf and from the deep‐

water  basins  suggests  that  ocean  currents  prevented  detrital  material  from  the  Mauritanides reaching deep‐water areas.   

Page 72: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

70   

 

Sedimentary provenance studies in Brazil

Daniel Rodrigues do Nascimento Jr.1*, Pâmella Moura2 

*[email protected] 

1Departamento de Geologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza (CE), Brazil. 2Geology Graduate Program, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza (CE), Brazil. 

Sedimentary provenance is among the basic tasks of sedimentologists, since the pioneer studies on 

petrological provinces1 until  the nowadays  source‐to‐sink  approach2. This work  aims  to present  a 

state‐of‐art of  the  research on  sedimentary provenance  in Brazil.  In order  to do  this,  an  indexed 

publications  database  was  extracted  from  the  ISI’s  Web  of  Science  Gateway 

(www.isiknowledge.com) using the keywords SEDIMENTARY and PROVENANCE within a global and 

country  scopes3.  All  data  were  obtained  in May  2018  and  compiled  in  spreadsheets  containing 

information about the scientific‐related areas, involved countries, type of publication, year, citations 

and h‐index.  

The results shown 152 Brazilian publication records since 1994, 96% of these in articles. There was a 

relatively  strong  rising  in publications  since 2010,  starting  from  an  average of  five until  reach 30 

publications per year. Historically, Brazil leads the Latin American in number of contributions (~35%), 

and globally occupies the 10th position (~4%). The main knowledge areas signed for the contributions 

were Geology (88%) and Geochemistry (7%). Individually, the major partnerships in the productions 

came  from  institutions  in  Australia  (~19%)  and United  States  (~12%);  in  set,  European  countries 

together represent about 38%. The mean of citations was 21 per publication with a h‐index of 23. 

Geographically, there  is a  lot of Brazilian works developed abroad (~24%), mainly  in Argentina and 

Colombia.  Inside Brazil, Minas Gerais  State was  the most  frequent  case  study  for  geographically‐

dependent  contributions  (~11%);  other  studies  (wider  than  one  Brazilian  state  of  federation, 

involving  two  or  more  countries,  or  even  geographically‐independent  contributions)  sum  19 

occurrences (~13%).  

Our qualitative overview  indicates  the majority of  studies  are  still highlighting  ancient  terrains  in 

Fold  Belts  and  cratonic  areas.  Paradoxically,  few  sedimentary  provenance  studies  in  Brazil  are 

focused  in  non‐metamorphised  sedimentary  rocks  and  recent  (Quaternary)  deposits,  therefore 

causing an  important knowledge gap waiting  for more contributions. Our  findings also claim  for a 

need of more studies in remote areas like North Brazil (Amazonia).  

1. Pettijohn, F.J., in Sedimentary Rocks (ed. Pettijohn, F.J.) 483‐503, Harper & Row, 1975. 

2. Allen, P.A. & Allen, J.R., in Basin Analysis – Principles and Applications (eds. Allen, P.A., & Allen, J.R.) 221‐245, 

Blackwell, 2005. 

3. Wojciechowski, J., Ceschin, F., Pereto, S.C.A.S., Ribas, L.G.S., Bezerra, L.A.V., Dittrich, J., Siqueira, T., & Padial, 

A.A., Latin American scientific contribution to ecology. Annals of the Brazilian Academy of Sciences. V.89, n.4, 

2017. 

 

 

 

 

Page 73: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

71   

 

Heavy mineral variations in deltaic sandstones: towards a better understanding of pre-depositional sediment history?

Martin Nauton‐Fourteu1*, Shane Tyrrell1, and Andrew C. Morton2 

*martin.nauton@icrag‐centre.org 

1Earth and Ocean Sciences, Sediment Origins Research Team (SORT) and Irish Centre for Research in 

Applied Geosciences (iCRAG), National University of Ireland, Galway, Ireland 2HM Research Associates and CASP, University of Cambridge, Cambridge, UK 

Processes  such  as  weathering,  hydraulic  sorting  or  mixing  can  occur  during  transport  and 

intermediate storage, preferentially affecting certain minerals due  to varying relative stability  (e.g. 

quartz  vs  feldspar)  and  thus  modifying  the  sediment  composition.  This  study  investigates  bulk 

sandstone  composition  and  heavy  mineral  variations  to  provide  information  on  the 

transport/storage history experienced by the sediment prior  to deposition. The apatite‐tourmaline 

index (ATi)  is believed to be controlled by chemical weathering as during  intermediate storage and 

transport, apatite grains should be more easily dissolved than tourmaline1. It is expected that, for a 

long transport and/or a prolonged storage phase, the apatite‐tourmaline index (ATi) will be relatively 

lower than for a sediment with a shorter residence time  in the system2,3. It follows that the extent 

and duration of any storage phase on the shelf or on the floodplain must be closely related to sea‐

level fluctuations. 

This project  investigates  the mid‐Carboniferous Clare Basin, western  Ireland, where glacio‐eustatic 

sea‐level fluctuations  influenced the deposition of deltaic cyclothems. The Serpukhovian‐Bashkirian 

Tullig Cyclothem has been logged and sampled at three locations on coastal outcrops. At two of the 

field localities, the deposition shows a delta progradation with a succession of prodelta mud, sandy 

mouth bar, interdistributary bay and channelised sand deposits. The third location is interpreted as a 

transgressive  shelf  sand‐body.  Petrographic  analysis  reveals  the  sandstones  at  all  localities  are 

mineralogically and texturally mature. Heavy mineral analyses show clear changes in heavy mineral 

indices throughout the deposition. ATi values are higher for the channelised sandstones than for the 

interdistributary bay or  the mouth bar deposits. This could be explained by variations  in  transport 

and/or  storage  that  the  sediment experienced prior  to deposition, with potentially a more direct 

input  of  sediment  through  channels  than  the  more  mixed  interdistributary  bay  or  mouth  bar 

deposits. Such heavy mineral variations could be due  to a change of provenance. For  this  reason, 

source  characterisation  will  be  investigated  through  a  multi‐proxy  approach  using  U‐Pb 

geochronology of apatite and zircon. 

This presentation has emanated  from research supported  in part by a research grant  from Science 

Foundation  Ireland  (SFI)  under  Grant  Number  13/RC/2092  and  is  co‐funded  under  the  European 

Regional Development Fund and by PIPCO RSG and its member companies. 

1. Morton, A. C. & Hallsworth, C. Identifying provenance‐specific features of detrital heavy mineral 

assemblages in sandstones. Sedimentary Geology. 90, (1994). 2. Morton, A. C. & Hallsworth, C. R. Processes 

controlling the composition of heavy mineral assemblages in sandstones. Sedimentary Geology. 124, (1999). 3. 

Morton, A. C., Mundy, D. & Bingham, G. High‐frequency fluctuations in heavy mineral assemblages from Upper 

Jurassic sandstones of the Piper Formation, UK North Sea: Relationships with sea‐level change and floodplain 

residence. Geological Society of America Special Papers. 487, (2012). 

Page 74: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

72   

 

Provenance and facies analysis evolution of extensional basins: a case study of the Permotriassic Mitu Group (Central Andes, Peru)

Fernando Panca1*, Heinrich Bahlburg1, and Jasper Berndt1 

*panca@uni‐muenster.de 

1Institute of Geology and Paleontology, University of Münster, Germany 

 

During  Permo‐Triassic  time,  the  western  margin  of  Gondwana  was  characterized  by  the development of extensional basins,  in a transitional period between the Late Paleozoic arc regime and  the Andean accretionary orogen  initiated  in  the Early  Jurassic. Although  important  records of both magmatism  and  sedimentary  basins  are  present  (e.g.  Kontak  et  al1.,  1990;  Sempere  et  al2., 2002;  Panca  and  Breitkreuz3,  2011;  Spikings  et  al4.,  2016;  Boekhout  et  al5.,  2018),  it  is  still controversially discussed whether extensional tectonics occurred  in a back‐arc or a rift setting. The basin  fills  consist  of  stratigraphically  poorly  controlled  volcanosedimentary  successions  in  Peru known as the Mitu Group. 

 Our  study  aims  at  constraining  the  sedimentology,  chronology,  spatial development  and  tectonic setting of  evolving depocenters.  This  study  covers  field  and  analytical  techniques  including  single grain  geochemical  analysis  of  heavy  minerals,  whole  rock  and  trace  element  analysis,  U‐Pb geochronology of detrital zircons and rutile, and Lu‐Hf isotope analysis of dated zircons.  The Mitu Group is characterized by widespread alkaline and calc‐alkaline volcanic rocks interbedded with thick continental successions deposited in fluvial and alluvial environments. In previous studies, its  Late  Permian  part  in  the  Cusco  Region  has  been  considered  to  overlie  the  limestones  and subordinate sandstones of the lower Permian Copacabana Group above a hiatus and unconformity. However, our combined  results of  field work and LA‐ICP‐MS dating of detrital zircons  indicate  the absence of  significant hiatus  in  a  portion of Cusco  region,  exhibiting  an  environmental  transition from marine  to  continental  conditions  from 262.6 ± 1.5 Ma  (Copacabana Group: Guadalupian)  to 260.1  ±  3.7 Ma  (Mitu  group: Guadalupian‐Lopingian). Additionally,  four  pyroclastic  flow  deposits ranging  in age  from c. 260 Ma  to c. 223 Ma  indicate  that volcanic events  in  the Mitu basins  took place  from  the  late Permian  to  the  late Triassic. A sandstone at  the  top of  the Mitu succession at Pallpa‐Oqoruro section in Cusco region with a maximum depositional age of 197.5 ± 2.7 Ma indicates that Mitu  sedimentation may have persisted  in  southern  Peru until  the  early  Jurassic.  This  study provides  a  first  contribution  to  an  improved  understanding  of  volcanosedimentary  facies assemblages, sedimentary basin environments, provenance and timespan of basin fillings, as well as magmatic and tectonic evolution that took place in the southern part of the Mitu basin.  1.  Kontak,  D.J.,  Clark,  A.H.,  Farrar,  E.,  Archibald,  D.A.,  and  Baadsgaard,  H.,  Late  Paleozoic‐early Mesozoic 

magmatism  in  the  Cordillera  de  Carabaya,  Puno,  southeastern  Peru:  Geochronology  and  petrochemistry, 

Journal of South American Earth Sciences, v. 3,  (1990). 2. Sempere, T., Carlier, G., Fornari, M., Carlotto, V., 

Jacay, J., Arispe, O., Late Permian‐Middle Jurassic lithospheric thinning in Peru and Bolivia, and its bearing on 

Andean‐age tectonics. Tectonophysics, vol. 345, (2002). 3. Panca, F. and Breitkreuz, C., The Mitu Group in the 

Urubamba valley, NE of Cuzco, Peru: volcanosedimentary  facies analysis of an early Andean  inverted basin, 

Bol. Soc. Geol. Peru 102, (2011). 4. Spikings, R., Reitsma, M.J., Boekhout, F. Mišković, A., Ulianov, A., Chiaradia, 

M., Gerdes, A., and Schaltegger, U., Characterization of Triassic Rifting  in Peru and  implications for the early 

disassembly of western Pangaea. Gondwana Research 35,  (2016). 5. Boekhout, F., Reitsma, M., Spikings, R., 

Rodriguez, R., Ulianov, A., Gerdes, A., Schaltegger, U., 2018. New age constrains on the palaeoenvironmental 

evolution of the late Paleozoic back‐arc basin along the western Gondwana margin of southern Peru. Journal 

of South American Earth Sciences, v.82, (2018).  

Page 75: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

73   

 

Advanced proxies for provenance, erosion and transport mechanisms of modern stream sediments – An application of SEM-based quantitative

mineralogical analysis

Sophia Rütters1*, Raimon Tolosana Delgado 1, and Jens Gutzmer1 

*[email protected]  

1 Helmholtz Institute Freiberg for Resource Technology, Helmholtz‐Zentrum Dresden Rossendorf, 

Freiberg, Germany. 

 

In  order  to  analyse  stream  sediments  for  provenance  with  respect  to  erosion  and  transport 

mechanisms,  several  methods  are  established  (e.g.  bulk  sediment  geochemistry,  mineralogy 

(provided  by  XRD)  and  indicator  mineral  analysis).  In  this  study,  we  make  use  of  automated 

mineralogy  by  Mineral  Liberation  Analyser  (MLA)  as  a  potentially  tool  to  advance  sediment 

provenance studies.  

The MLA combines backscattered electron (BSE) imaging with energy dispersive X‐ray spectrometry 

(EDS)  generating  compositional  data  each  sediment  particles  of  the  sample.  The  provided  data 

include particle as well as mineral grain parameters (i.e. size and shape) as well as the mineralogical 

composition  and  properties  (e.g.  elemental  composition,  density)  of  each  particle  (including 

individual constituting mineral grains). The aim is to join the provided parameters in a holistic model 

including  statistical  automatisms.  In  order  to  ensure  a  valid  combination  of  the  heterogenic  and 

voluminous  set of data provided by MLA,  robust  statistical  analyses  are needed. These  statistical 

analyses unveil trends and dependencies in suites of related samples. Furthermore, in this study bulk 

geochemistry  and  XRD measurements  are  integrated  to  guaranty  the  quality  of  the  introduced 

method and subsequently to critically assess the benefit of the measurement.   

The study area is located in the Vogtland region of the Free State of Saxony (Germany). The variscan 

bedrocks  comprise  plutonic  (i.e.  different  types  of  granite)  and metamorphic  units  (mica  schists, 

phyllites  and  quartzites),  which  are  very  well  studied.  Especially  since,  the  Vogtland  and  the 

neighbouring  Erzgebirge  are  well  known  for  the  occurrence  of  granite‐related mineral  systems, 

represented as polymetallic deposits  (skarn‐, vein‐, stockwork‐, and greisen‐type).  In addition,  this 

area  is  menial  populated,  suggesting  a  restricted  anthropogenic  contaminations  of  the  stream 

sediment.  

First results of this study, give rise for a clear improvement in the detection of lithological changes of 

the  source  rock composition and  transport  features of  the unconsolidated  sediments. This can be 

easily  identified,  based  on  the  modal  mineralogy,  geochemical  changes  and  grain‐parameter 

patterns. In addition, mixing of the material can be calculated with respect lithological changes along 

the river path. Another issue, is to detect the anthropogenic contamination of the sampled material 

and to balance the impact to the chemical composition. 

  

 

Page 76: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

74   

 

Detection of polymorphous alumosilicates by Correlative Raman Imaging and Scanning Electron Microscopy (Raman-SEM)

 

Maria Sitnikova1*, Irene Bitz2, and Reiner Dohrmann2 

*[email protected] 

1 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR) 2 State Authority of Mining, Energy and Geology (LBEG) 

 

Heavy mineral analysis of stream sediment samples  is routine analysis  in our  lab. We would  like to 

speed up the routine with automatic mineralogy methods. Here we will present one aspect of our 

analytical  methods  validation:  how  to  distinguish  the  polymorphs  like  Al2SiO5  and  TiO2  with 

automated mineralogy methods.  

The polymorphs:  kyanite,  andalusite,  sillimanite  could not be  recognised with  EDX‐based Mineral 

Liberation Analysis  (MLA) method  1. With  light optical method  these polymorphs are recognisable, 

but  it  is  very  time‐consuming.  The  possible  way  could  be  a  modern  analytical  approach  the 

correlative Raman imaging and scanning electron microscopy (RISE)2. 

Because of different Al‐coordination  in  the mineral  structures of  the polymorphs  it  is possible  to 

measure Raman‐Effect and clearly distinguish the species. First the heavy mineral polished block will 

be measured with MLA and a “mineral map” will be obtained. Secondly the polymorph grains will be 

localised and measured with  integrated Raman System.  Ideally as final product we will get a MLA‐

Mosaic with distinguished Al2SiO5 polymorphs. 

1. Fandrich R., Gu Y., Burrows D., Möller K. Modern SEM‐Based Mineral Liberation Analysis. International 

Journal of Mineral Processing, Vol. 84, No. 1‐4, 310‐320 (2007). 

2. Confocale Raman Microscopy Ed. Dieing, t., Hollrichter, O.und Toporski, J. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 

(2010) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 77: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

75   

 

A database for compositional data

Laura Stutenbecker1*, Adrian Linsel1, Luca Caracciolo2, Pieter Vermeesch3 and Matthias Hinderer1 

*[email protected]‐darmstadt.de 

1Institute of Applied Geosciences, Technical University Darmstadt, Schnittspahnstrasse, Darmstadt, 

Germany 2GeoZentrum Nordbayern, Friedrich‐Alexander‐Universität Erlangen Nürnberg, Schlossgarten, 

Erlangen, Germany 3Department of Earth Sciences, University College London, Gower Street, London, U.K.  

With the rapid development and improvement of analytical tools our ability to produce ‘Big Data’ is 

constantly  increasing.  Indeed,  the  pool  of  compositional  data  from  sediments  and  source  rocks 

available  for provenance  studies  is  steadily growing. However,  this development poses challenges 

for researchers to keep track of the relevant literature, as well as to manage, visualize and interpret 

those data  (e.g. Vermeesch & Garzanti, 2015).  In addition,  full access  is often  complicated or not 

possible, because data are still being archived on university servers or in the repositories of closed‐

access journals rather than in community databases. 

It’s  time  to  think  about  an  integrated  database  storing  compositional  data  (heavy  minerals, 

petrography,  bulk  geochemistry,  isotopes,  mineral  chemistry,  …)  that  is  accessible  not  only  to 

researchers, but also  to end‐users  from  the  industry or  from  related  fields such as archaeology or 

forensic sciences.  

With this contribution we would like to present our first ideas of a suitable database structure and to 

provide  a  platform  to  discuss  the  ideas,  needs  and  suggestions  of  the  WGSG  community  to 

implement and maintain such a database. 

1.Vermeesch, P. & Garzanti, E., Making sense of ‘Big Data’ in sedimentary provenance analysis. Chemical 

Geology. 409, (2015) 

Page 78: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

76   

 

Provenance of sands from the SE North Sea: Scandinavian vs. Central European signals

Hilmar von Eynatten*, Philipp Führing, Marius Aschoff, Eric Seest and István Dunkl 

*[email protected] 

University of Göttingen, Geoscience Center, Department of Sedimentology and Environmental 

Geology, Göttingen, Germany 

Modern coastal sands of the southwestern North Sea are generally thought to derive from recycling 

of Neogene to Quaternary sediments originating from Skandinavia as well as sediment input from 

Central Europe mainly through major rivers such as Elbe, Weser, and Rhine. The degree of mixing 

between “northern” and “southern” sources mainly depends on location, water depth and age1,2. 

Additional complexity is given by the fact that major rivers, which originate from Central European 

Variscan basement and Mesozoic cover units, additionally drain Pleistocene glacial deposits of 

Scandinavian provenance in their lower reaches, causing admixture of northern provenance signals 

to originally purely southern sources such as the Elbe river. 

North Sea beach samples were taken along the shoreline from the West Frisian coast at Texel in the 

Netherlands to the North Frisian coast at Sylt in northernmost Germany. Additional samples to 

constrain endmembers and hinterland mixing were taken from Late Tertiary to Pleistocene 

sediments in the N to NE German lowlands, modern fluvial sands of the Elbe River from Dresden 

down to the Elbe estuary, and the lower reaches of the Weser River. Methods focus on optical heavy 

mineral analysis and zircon U‐Pb dating, complemented by Raman spectroscopy of heavy minerals 

and grain‐size analysis using laser particle sizer. 

Results allow for discriminating different groups based on trends in heavy mineral composition and 

U‐Pb age distributions, supported by Kolmogorow‐Smirnow tests. These are modern sediment from 

(1) the West and East Frisian coast/islands, (2) the North Frisian coast and islands, (3) the Elbe River, 

(4) the Elbe estuary, and (5) Late Tertiary to Pleistocene outcrops from N and NE Germany. Within 

and between the groups distinct trends are observed reflecting processes such as gradual 

downstream dilution and admixture in rivers, alongshore sediment transport, and contrasting 

current patterns along the northern and southern coasts of the German Bight. Overall, the Central 

European signal is strongly diluted in the investigated North Sea sands, implying that most sands are 

recycled from older sediments mainly derived from Scandinavia. 

1. Schüttenhelm, R.T.E., Laban, C., Heavy minerals, provenance and large scale dynamics of seabed sands in 

the Southern North Sea: Baak’s (1936) heavy mineral study revisited. Quaternary Internatio‐nal, 133, 179–193 

(2005). 2. Ludwig, G., Figge, K, Schwermineralvorkommen und Sandverteilung in der deutschen Bucht. 

Geologisches Jahrbuch, D 32, 23–68 (1979). 

 

 

 

 

 

 

Page 79: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

77   

 

NOTES 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 80: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

78   

 

NOTES 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 81: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

79   

 

NOTES 

 

Page 82: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25

WGSG Abstracts Volume    27th – 29th June 2018   

80   

 

NOTES 

 

Page 83: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25
Page 84: Abstracts - Trinity College Dublin › Geology › wgsg2018 › doc › WGSG_Programme_… · terraces and DEM data in the southern High Atlas Mountains (Morocco) ... 15.05 – 15.25