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Sedimen tary G eology, 3 3 ( 1 9 8 3) 2 3 7 - 2 9 3 2 3 7

E l s e v ie r S c ie n ti fi c P u b l is h i n g C o m p a n y , A m s t e r d a m - P r i n t e d i n T h e N e t h e r l a n d s

S T U D I E S I N F L U V I A T IL E S E D IM E N T A T I O N : B A R S , B A R - C O M P L E X E S

A N D S A N D S T O N E S H E E T S L O W - S I N U O S I T Y B R A I D E D S T I~ E A M S ) I N

T H E B R O W N S T O N E S L . D E V O N I A N ), W E L S H B O R D E R S

J . R . L . A L L E N

Dept. of G eology, University of Read ing, W hiteknights, Reading RG6 2A B Great Britain)

( R e c e i v e d M a r c h 1 2, 1 98 2; r e v i s e d a n d a c c e p t e d S e p t e m b e r 2 7 , 1 98 2)

A B S T R A C T

A l l e n , J .R . L . , 1 98 3. S t u d i e s i n fl u v i a ti l e s e d i m e n t a t i o n : b a r s , b a r - c o m p l e x e s a n d s a n d s t o n e s h e e t s

( l o w - s i n u o s i t y b r a i d e d s t r e a m s ) i n t h e B r o w n s t o n e s ( L . D e v o n i a n ) , W e l s h B o r d e r s . S e d i m e n t . G e o l . ,

3 3 : 2 3 7 - 2 9 3 .

T h e f in e t o v e r y c o a rs e s a n d s t o n e s , g r av e l ly s a n d s t o n e s a n d i n t r a f o r m a t i o n a l c o n g l o m e r a t e s o f t h e m i d

t o u p p e r B r o w n s t o n e s a r e e x c e l l en t l y e x p o s e d i n l a r g e f re s h r o a d c u t t i n g s n e a r R o ~ s - o n - W y e i n t h e

s o u t h e r n W e l s h B o r d e rs . D e t a il e d m a p p i n g o f t h e c u t t i n g s r ev e a ls a n h i e r a r c hi c a ll y o r d e re d s y s t e m o f

m a i n l y e r o s i o n a l b e d d i n g c o n t a c t s w h i c h d i v id e t h e b e d s i n t o h i e r a r c h i c a ll y s t r u c t u r e d p a c k e t s . T h e

s m a l l e s t p ac k e t s , i n v o lv i n g c r o s s - b e d d e d o r p l a n e - b e d d e d s e d i m e n t s o r c o m b i n a t i o n s o f t h e se , a r e

c o n s i s , e n t w i t h d e p o s i t i o n f r o m s t r o n g l y t h r e e - d i m e n s i o n a l a n d o f t e n l a r g e , l o o s e l y p e r i o d i c t o n o n - r e p e t i -

t iv e b a r s . A l o c a l l y d e v e l o p e d f a c i e s o f t r o u g h c r o s s - b e d d e d s a n d s t o n e s p o i n t s t o t h e i n f r e q u e n t

o c c u r r e n c e o f f i e ld s o f t h r e e - d i m e n s i o n a l d u n e s . T h e b a r - a n d d u n e - r e l a t e d u n i t s a r e g r o u p e d i n t o l a rg e

c o m p l e x e s ( r e l a te d t o t h e s t o r e y s o f o t h e r w o r k e r s ), w i t h a n i n t e r n a l g e o m e t r y c o n s i s t e n t w i th l a t e r a l

a c c r e t i o n ( i n p l a c e s c l e a r ly s y m m e t r i c a l ) c o m b i n e d w i t h f o r w a r d a c c r e t i o n o n s h o a l s ( s a n d f l a t s ) w i t h i n a

b r a i d e d c h a n n e l , a s i n t h e S o u t h S a s k a t c h e w a n R i v e r . In t h e i r t u r n , t h e c o m p l e x s a r e c o m b i n e d i n t o

l a t e r a l l y e x t e n s i v e , c o n g l o m e r a t e - f l o o r e d s a n d s t o n e s h e e t s s e v e r a l m e t r e s t h i c k . T h e s e s e e m t o e x p r e s s t h e

w a n d e r i n g o f a b r a i d e d c ha ~a ne l a c r o s s a m u d - d r a p e d f l o o d p l a i n . T o j u d g e f r o m t h e s e d i m e n t a r y

s t r a c t u r e s a n d t e x t u r e s , th e t h i c k n e s s o f t h e l a t e ra l a c c r e t i o n d e p o s i t s , a n d t h e s iz e o f t h e m a j o r s c o u r s , t h e

b a n k f u l l d i s c h a r g e o f t h e r iv e r s w a s a f e w t h o u s a n d c u m e c s e a c h .

I N T R O D U C T I O N

The enthusiasm shown by sedimentologists for the analysis of fluvial formations

using one-dimensional vertical profiles reviews by Miall, 1977, 1978a, b) has not

been matched in the light of experience by an equal success in the interpretation of

ancient river types and behavioural patterns Collision, 1978; Jackson, 1978; Friend

et al., 1979). Channel behaviour and type can practically never be predicted

unambiguously from vertical sequences, if only because each kind of stream is

capable of generating a wide variety of local sedimentological patterns.

0 0 3 7 - 0 7 3 8 / 8 3 / 0 0 0 0 - 0 0 0 0 / 0 3 . 0 0 1 98 3 E l s ev i er S c ie n ti f ic P u b l i s h i n g C o m p a n y

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I n t h e s e a r c h f o r u n e q u i v o c a l c r i t e r i a , a t t e n t i o n h a s g r a d u a l l y s h i f t e d t o w a r d t h e

s h a p e a n d l a r g e r -s c a l e i n t e r n a l g e o m e t r y o f fl u v ia l s a n d s t o n e b o d i e s . L a t e r a l a c c r e -

t i o n b e d d i n g e p s i l o n c r o s s - s tr a t i f ic a t i o n ) i s a g ro s s s t r u c t u r e t h a t s e e m s d i s ti n c t i v e

o f h i g h - s i n u o s i t y s t r e a m s , p r o v i d e d i t i s s u f f ic i e n t l y e x t e n s i v e l a te r a l ly a n d is

s y m m e t r ic a l l y d i s p o s e d w i th i n t h e b o d y a s a w h o l e. P r e - Q u a t e r n a r y e x a m p l e s o f t h is

s t r u c t u r e h a v e b e e n k n o w n f o r s o m e t i m e A l l e n , 19 65 ; M o o d y - S t u a r t , 1 9 66 ; B e u t n e r

e t al ., 1967 ; Co t t e r , 1971 ; Pu i gde f ab r i ga s , 1973 ; r ev i ew by J ackso n , 1978) and

d e s c r i p t i o n s a r e b e c o m i n g in c r e a s i n g l y d e t a i l e d e .g . P u i g d e f a b r i g a s a n d V a n V l ie t ,

1978 ; S t ew ar t , 1981 ; A l l en an d M a t t e r , 1982). A le s s w e l l kn ow n b u t s eem i ng l y

e q u a l l y i n f o r m a t i v e s t r u c t u r e i s a g r o s s b e d d i n g d e f i n e d b y p l a n a r b u t m o r e

g e n e r a l l y c o n c a v e - u p a n d i n t e r s e c t i n g e r o s i o n a l s u r f a c e s . T h i s l e n t i c u l a r o r m u l t i -

s t o r e y s t y l e o f i n t e r n a l g e o m e t r y i s b e i n g i n c r e a s i n g l y r e c o g n i s e d f r o m f l u v i a l

s a n d s t o n e b o d i es , a n d i s c o m m o n l y t a k e n t o i m p l y l o w - s in u s o s it y s t re a m s L e e d e r ,

1973 ; Cam pbe l l , 1976 ; N a m i and Lee de r , 1978; F r i en d e t a l ., 1979: S t ea r , 1980 ;

T u n b r i d g e , 1 98 1). H o w e v e r , o u r k n o w l e d g e o f th e s t y le h a s s o fa r b e e n r a t h e r

g e n e r a l i s e d , a n d d e t a i l e d d e s c r i p t i o n s a n d c o m p a r i s o n s a r e l a c k i n g .

T h i s p a p e r g i v e s a d e t a i l e d a c c o u n t o f n u m e r o u s w e l l - e x p o s e d f l u v i a l s a n d s t o n e

b o d i e s w i t h a l e n t i c u l a r g r o s s i n t e r n a l g e o m e t r y . T h e y o c c u r i n t h e B r o w n s t o n e s

S i e g e n i a n - E m s i a n , L . D e v o n i a n ) n e a r t h e t o p o f t h e L o w e r O l d R e d S a n d s t o n e i n

t h e F o r e s t o f D e a n , s o u t h e r n W e l s h B o r d e r s , T h e b o d i e s re v e a l a n h i e r a r c h y o f

b e d d i n g f e a t u r e s i n b o t h s t r i k e a n d d i p s e c t i o n s . T h e y a r e i n d i v i d u a l l y s h e e t - l i k e , b u t

c o n s i s t o f i n t e r l o c k i n g l e n t i c u l a r c o m p l e x e s , w h i c h t h e m s e l v e s c o m p r i s e u s u a l l y a

s u b s t a n t ia l n u m b e r o f s e d i m e n t a t i o n u n i ts , m a n y c o m p o s e d o f m o r e t h a n o n e f a c ie s .

A m o n g s t t h e s e u n i ts , a r a n g e o f b a r f o r m s is r e c o g n i z a b l e , a n d m o s t o f th e

c o m p l e x e s s e e m t o r e c o r d a l i m i t e d la t e r a l a c c r e t i o n . B r a i d e d s a n d - b e d s t r e a m s o f

l i tt l e s i n u o s i t y a re i m p l i c a t e d , o n a c c o u n t o f t h e e v i d e n c e t h a t t h e l a te r a l a c c r e t i o n ,

w h i c h is lo c a l l y s y m m e t r i c a l , to o k p l a c e o n s a n d f la t s.

STRATIGRAPHY AND GENERAL SEDIMENTOLOGY

T h e L o w e r O l d R e d S a n d s t o n e P o s t - L u d l o w to E m s i a n ) i n t h e F o r e s t o f D e a n

Tr o t t e r , 1942 ; We l ch and Tr o t t e r , 1961 ; A l l en and D i ne l ey , 1976) i s a r ed - bed

m a g n a f a c i e s a p p r o x i m a t e l y 2.2 k m t h i c k o v e r l a in u n c o n f o r m a b l y b y th e F a m e n n i a n

U . D e v o n i a n ) Q u a r t z C o n g l o m e r a t e a n d T i n t e r n S a n d s t o n e G r o u p F i gs . l a, 2 ).

T h e T o w n s e n d T u f f B e d - - a b a s in - w i de m a r k e r t u f f t a k en a s t h e lo c al S i l u r ia n - D e -

v o n i a n b o u n d a r y s t r a t o t y p e - - i s k n o w n o n l y f r o m t h e M o n m o u t h a r e a A l le n a n d

W i l li a m s , 1 98 1), b u t p r o b a b l y o c c u r s w i t h i n a c o v e r e d i n t e r v a l i n t h e i m p o r t a n t R o s s

S p u r M o t o r w a y s e q u e n c e to t h e n o r t h e a s t A l l e n a n d D i n e l e y , 1 97 6, t h e i r f ig . 2

b e t w e e n S e c t i o n s D a n d F ) .

T h e s u c c e s s i o n c o n s i s t s l a r g e l y o f a v a r i e t y o f f l u v i a l f a c i e s , d e r i v e d f r o m t h e

n o r t h w e s t a n d n o r t h F i g . 2 ). T h e s o u r c e r o c k s w e r e a t f ir s t r e g i o n a l m e t a m o r p h i c s

a t a s u b s t a n t i a l d i s t a n c e , c o n t r i b u t i n g a b u n d a n t p h y l l i t e a n d s c h is t g r a i n s a n d l a r g e

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o ) N

R o s s - o n - W y e

~ F o r e s ; o f D e o n

0 k m I 0 0

I I

N

H o l l y Moun t

F o r m

c )

P r o f i l e 2

C o u r t

( b ) N

P r o f i l e s I ,

P r o f i l e 2

d )

~ P r o f l l ~

239

/ M 5 0

Pr of i l e s 7 , I0 ,11

~

R o s s - o n - W y e

P r o f i l e 3

0 k m 2

t J

0 m 2 5 0 I 0 m

P r o f i l e 5

Profile 9

P r o f i l e ) \ P r o f i l e 8

N

2oo p,

S

P r o f i l e 7

/ P r o f i l e I I

~ ( f ) ~ Ru dt

P r o f i l e 4

~, O= m 200~ OL m 20 0,

P h o c l e

G r e e n

F i g . 1 . L o c a t i o n o f p r o f i l e s i n t h e B r o w n s t o n e s r e c o r d i n g l o w - s i n u o s i t y s a n d - b e d s t r e a ms . a ) F o r e s t o f

D e a n i n r e l a t i o n to W a l e s ; b ) l o c a ti o n o f r o a d c u t t i ng s i n t he R o s s - o n - W y e a r e a ; c - f ) l a r g e -s c a l e m a p s

l o c a t i n g p r o f i l e s w i t h i n r o a d c u t t in g s .

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2 4 0

Unconformity

~ Mudstone

CM B-Cl if ford s Mesne Beds

TINTERN SANDSTON E ( lOOm )

Sha llow m arine 0-~

Low~sinuosity streams (~

QUA RTZ CONGLOMERATE (~0 m)

L ow -s in uo sity s t r e a m s _ _ _ _

L OR S inco rpo ra ted in to sou rce a rea

BROWNSTONES (1200m]

Low-sinuosity sand-bed streams

k..

ST MAUGHAN S GROUP (650 m)

C~

Low-sinuos ity and hiqh-sinuosity streams ~ )

I

RA G L A N M A R L G RO UP (39 5 m)

ixed tidal-fluvial ,,,j

Intertidal I

L i t to r a l -m a r i ne C M B )

L _ ~ J A i r -f a ll t u ff ~ Sandstone

a l c r e t e

Conqlomerate ~ Upward-coarsening ~ Upw ard-fining

~ Late ral accretion bedding

TTB - Townsend Tuf f Bed PL Psommosteous

Lst.

F i g. 2. S u m m a r y o f s t ra t i g r a p h y a n d e n v i r o n m e n t a l s u c c e s s io n i n t h e O l d R e d S a n d s t o n e o f t h e F o r e s t o f

D e a n b a s e d o n T r o t t e r , 1 94 2; W e l c h a n d T r o t te r , 1 96 1; A l l e n a n d D i n e l e y , 1 97 6; A l l e n a n d W i l l i a m s ,

1981).

mica flakes (Raglan Marl Group), but later (St. Maughan s Group, Brownstones)

were assorted Lower Palaeozoic sediments and volcanics nearby (Allen, 1974a, b).

Like its correlatives throughout South Wales and the Welsh Borders, the Lower Old

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R e d S a n d s t o n e i n t h e F o r e s t o f D e a n c o a r s e n s u p w a r d o v e r a l l , f r o m t h e m u d s t o n e -

d o m i n a t e d R a g l a n M a r l G r o u p , w i t h e a r l y m a r i n e i n f l u e n c e s , t o t h e c o a r s e f l u v i a l

s a n d s t o n e s w i t h e x ot ic p e b b l e s o f t h e u p p e r m o s t B r o w n s t o n e s . T h i s u p w a r d t r en d ,

t e r m i n a t e d b y t h e s u b - F a m e n n i a n u n c o n f o r m i t y , i n d i c a te s a g r a d u a l s o u t h w a r d

o f f l a p p i n g m i g r a t i o n o f f l u v i a l e n v i r o n m e n t a l b e l t s , i n r e s p o n s e t o t h e i n c r e a s i n g

t e m p o o f e a r l y - m i d D e v o n i a n f o l d i n g (A l l e n , 1 9 74 c, 1 97 9; T u n b r i d g e , 1 9 8 1 ) . L o w -

s i n u o s i t y r i v er s s e e m t o h a v e d o m i n a t e d t h e p r o x i m a l a l l u v i a l p l a i n , w h e r e a s

h i g h - s i n u o s i ty s tr e a m s w e r e c o m m o n i n t h e m o r e d i s t a l a re a s.

LOCALITIES AND FIELD METHODS

T h e s a n d s t o n e b o d i e s a r e d e s c r i b e d f r o m e l e v e n r e p r e s e n t a t i v e t w o - d i m e n s i o n a l

v e r t i c a l p r o f i l e s m e a s u r e d f r o m t h e m i d d l e t o u p p e r B r o w n s t o n e s , a s e x p o s e d i n f o u r

m o s t l y r ec e n t r o a d c u t t in g s n e a r t h e t o w n o f R o s s - o n - W y e (F i g . 1 ).

T h e m o s t s o u t h e r l y c u t t i n g , y i e l d i n g p r o f i l e 2 (B r i t is h N a t i o n a l G r i d R e f e r e n c e

N o . S O 5 6 7 22 3) , l ie s o n t h e n o r t h w e s t s i d e o f t h e A .4 0 ( T ) r o a d n e a r G l e w s t o n e ( F ig .

l c ) . P r o f i l e 3 ( S O 5 9 7 2 4 1 ) c o m e s f r o m t h e c u t t i n g b e n e a t h t h e R o y a l H o t e l i n

R o s s - o n - W y e , a t t h e n o r t h e a s t e r n e n d o f a l o n g c l i f f o n t h e s o u t h e a s t s i d e o f t h e

A . 4 0 (T ) r o a d ( W i l t o n R o a d ) ( F i g . l d ) . T h e s o m e w h a t s i m i l ar b e d s a t t h e s o u th w e s t -

e r n e n d o f t h e c l i ff w e r e d e s c r i b e d e l s e w h e r e ( A l l en , 1 9 7 1 , 19 74 a) . A l o n g c u t t i n g

( F i g . l e ) w h e r e B r a m p t o n R o a d c r o s s e s t h e A . 4 4 9 ( T ) r o a d n o r t h o f R o s s - o n - W y e

gav e pro f i les 1 (SO 599 251) , 5 (SO 599 252), 8 (SO 600 252) an d 9 (SO 600 252) o n

the no r thw es t f ace , an d P ro f i l e s 4 (SO 601 253) an d 6 (SO 600 252) on the sou th eas t

s ide . Pro f i les 7 (SO 623 257) , 10 (SO 625 257) an d 11 (SO 624 257) co m e fro m a

d e e p c u t t in g o n t h e R o s s S p u r M o t o r w a y M 5 0 n e a r P h o c l e G r e e n ( F ig . l f). D i s t a n c e

a l o n g t h e p r o f i l e s t a k e n f r o m A - c l a s s r o a d s i s g i v e n r e l a t i v e t o b r i d g e s , r o a d

j u n c t i o n s , a n d d i s t i n c t i v e t r a f f ic si g n s. P o s i t i o n o n t h e M o t o r w a y i s g i v e n r e la t i v e to

t h e m a r k e r B y - p o s t s , l a b e l l e d i n k i l o m e t r e s a n d t e n t h s , a n d f u r t h e r d i s t i n g u i s h e d

h e r e a c c o r d i n g a s t h e y l i e o n t h e s o u t h ( S ) o r n o r t h ( N ) s i d e ( e . g . B y - p o s t 3 3 . 8 k m

N ) .

T h e c u t ti n g s w e re m a p p e d a t v a r i o u s t im e s f r o m 1 9 6 6 o n w a r d s , a f t e r t h e re h a d

b e e n s u f f i c i e n t w e a t h e r i n g t o b r i n g o u t t h e d e t a i l e d b e d d i n g , b u t b e f o r e s e r i o u s

d e g r a d a t i o n a n d s p r e a d o f v e g e ta t io n . T h e r e w a s v i r t u a l l y c o m p l e t e e x p o s u r e o f t h e

r o c k s . T h e p r o f i l e s ( F i g s . 1 5 - 1 7 ) w e r e p r e p a r e d a s f o l l o w s . O v e r l a p p i n g p h o t o -

g r a p h i c n e g a t i v e s w e r e t a k e n a t a u n i f o r m r e d u c t i o n f r o m t h e a p p r o p r i a t e p a r t o f

e a c h c u t t in g , a m e t r e s c al e b e i n g i n c l u d e d in a s m a n y f r a m e s a s p os s ib l e. U n i f o r m l y

e n l a r g e d p h o t o g r a p h i c p r i n t s m e a s u r i n g a b o u t 0 .2 5 b y 0 . 16 m w e r e m a d e f r o m e a c h

s e t a n d a t t a c h e d t o r e m o v a b l e o v e r l a y s o f t r a n s p a r e n t c e l l u l o s e a c e t a t e f i l m o f t h e

k i n d u s e d f o r l i m e s t o n e pe e ls . W i t h e a c h p r i n t s e r vi n g a s a m a p , b e d d i n g c o n t a c t s

( c h i e f l y e r o s i o n a l d i s c o n t i n u i t ie s ) , d e t a i ls o f i n t e r n a l l a m i n a t i o n , l i th o l o g i c a l in f o r -

m a t i o n a n d p a l a e o c u r r e n t d a t a w e r e r e co r d e d i n t h e f i el d o n t h e o v e r l ay s u s in g 0 .2

m m R a p i d o g r a p h p e n s. P ar ti c u la r a t t e n ti o n w a s p a i d to th e m a p p i n g o f b e d d i n g

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c o n t a c t s , f o r t h e s e a r e t h e k e y s t o t h e s t r u c t u r e o f t h e s a n d s t o n e b o d i e s . A s t h e

c u t t i n g s h a v e s t e e p t o v e r t i c a l s i d e s , a n d l a d d e r s a n d r o p e s c o u l d n o t b e u s e d

b e c a u s e o f t r a f f i c c o n d i t i o n s , d i r e c t a c c e s s w a s g e n e r a l l y r e s t r i c t e d t o t h e f i r s t fe w

m e t r e s o f r o c k a b o v e r o a d l e v e l . H o w e v e r , o n c e e x p e r i e n c e h a d b e e n g a i n e d , t h e u s e

o f a p a i r o f p o w e r f u l f i e l d g l a s s e s r e s u l t e d i n a l m o s t a s m u c h i n f o r m a t i o n a s d i r e c t

a c c e ss . I t w a s l e a s t e a s y t o a ss e s s p a l a e o c u r r e n t d i r e c ti o n s ; f e w o f t h e a r r o w s s h o w n

i n t h e p r o f i l e s a re m o r e p r e c i s e t h a n a n o c t a n t . L i t t le d i f f ic u l t y w a s l a t e r e x p e r i e n c e d

i n d r a f t i n g u p a s i n g l e , c o n t i n u o u s p r o f i l e f r o m t h e s e t o f o v e r l a p p i n g p h o t o g r a p h s

a n d o v e r l a y s . T h e d i s c r e p a n c i e s in t h e o v e r l a p s s e l d o m r e p r e s e n t e d m o r e t h a n

0 . 1 - 0 . 2 m o n t h e r o c k f a c e a n d i n m o s t i n s t a n c e s w e r e s ig n i f i c a n tl y le ss .

INTRODUCTION TO TH E SANDSTONE BODIES

T h e f ie l d e v i d e n c e c o m p r i s e s : 1 ) a r a n g e o f li th o l o g ie s , d iv i s ib l e a m o n g a n u m b e r

o f f a c ie s s t a te s ; a n d 2 ) a n h i e r a r c h i c a l s e t o f b e d d i n g c o n t a c t s , p a r t i c u l a r l y d i s c o r -

d a n t e r o s i o n a l s u r fa c e s , w h i c h e x p r e s s th e n a t u r a l i n t e r n a l g e o m e t r i c a l c o m p o n e n t s

a n d c o n s t r u c t i o n a l p a t t e r n s o f t h e s a n d s t o n e b o d i e s . V e r y fe w l a m i n a e a n d s t r a t a in

t h e B r o w n s t o n e s w e r e d e p o s i t e d o n a h o r i z o n t a l s u r f a c e , a n d m a n y h a v e a n

a p p r e c i a b l e o r i g i n a l d e p o s i t i o n a l d i p . I n t h e p r e s e n t p a p e r t h e t e r m c r o s s - b e d d e d i s

r e s e r v e d t o t h o s e l a m i n a e a n d s t r a t a w i t h a n o r i g i n a l d e p o s i t i o n a l d i p s t e e p e n o u g h

t o h a v e b e e n c a u s e d b y a v a l a n c h i n g i. e. a c a t e g o r y o f l o w - a n g l e c r o s s - s tr a t i f ic a t i o n

i s n o t r e c o g n i s e d ) .

Fa c i e s s t a t e s

N i n e p a r t l y i n t e r g r a d i n g s t a t e s a r e r e c o g n i se d , t h r e e i n v o l v in g c o n g l o m e r a t e , f i v e

c o n s i s t i n g o f s a n d s t o n e , a n d o n e o f m u d s t o n e . M o s t p r o f i l e s f u r n i s h e x a m p l e s o f

m o s t f a c i e s s t a t e s . T h e m u d s t o n e f a c i e s , h o w e v e r , i s r a r e .

T h e

mu d s t o n e c l a s t s t r i n g e r f a c i e s

G i ) is a s i n g le l in e o f s t r u n g - o u t t o c r o w d e d

i n t r a f o r m a t i o n a l r e d m u d s t o n e a n d c a l c r e t i s e d m u d s t o n e c l a s t s a r r a n g e d a l o n g a n

e r o s i o n a l b e d d i n g c o n t a c t . T y p i c a l l y , t h e c l a s t s a r e o f p e b b l e s i z e , c o b b l e s b e i n g

u n c o m m o n a n d s m a l l b o u l d e r s ra r e. T h e y m a y b e c o n f i n e d to a l im i t e d p a r t 1 - 2 m )

o f t h e c o n t a c t o r m a y r a n g e o v e r i ts f ul l e x t e n t o f s e v e r a l t e n s o f m e t r e s . C a n t a n d

W a l k e r 1 9 7 6 ) a n d R u s t 1 9 7 8 ) r e c o g n i s e a s i m i l a r f a c i e s i n o t h e r f l u v i a l s a n d s t o n e s .

B y a n i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f l a y e r s o f c l a s t s , t h e m a s s i v e i n t r a f o r m a t i o n a l

c o n g l o m e r a t e f a c i e s

G 2 ) i s a c h i ev e d . T h e b e d s r a n g e b e t w e e n 0 .1 5 a n d 1 m i n

t h i c k n e s s a n d t y p i c a l l y c o m p r i s e a m i x t u r e o f w e l l - r o u n d e d p e b b l e s , c o b b l e s a n d

c o m m o n l y b o u l d e r s o f re d m u d s t o n e a n d c a l cr e ti s ed m u d s t o n e , in a s p ar s e to

m o d e r a t e l y a b u n d a n t m a t r i x o f v e ry c o a r se t o g r a n u le - g r a d e q u a r t z s a n d s t o n e r ic h i n

e x o t i c p e b b l e s . T h e l a r g e r b o u l d e r s , s o m e e x c e e d i n g 1 m i n d i a m e t e r , s t a n d p r o u d

f r o m t h e t o p o f t h e b ed , w h i c h r a n g e s f r o m s h a r p t o g r a d a t i o n a l u p w a r d i n to

s a n d s t o n e s . T h e b a s e i s i n v a r i a b l y e r o s io n a l a n d n o r m a l l y m a r k e d l y i rr e g u l a r, w i t h

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p o t h o l e s a n d o t h e r s c o u r s u p t o s e v e r a l d e c i m e t r e s d e e p . I n t e r n a l s t r a t i f i c a t i o n i s

o b s c u r e o r l a c k i n g , a l t h o u g h t h e c l a s t s a r e l o c a l ly w e l l - i m b r i c a t e d a n d s o m e s a n d -

s t o n e w e d g e s c a n b e f o u n d . S o m e b e d s a r e r e s t r i c t e d t o l o c a l i s e d s c o u r h o l e s ,

w h e r e a s o t h e r s a r e s h e e t -l ik e a n d m a n y m e t r e s w i d e .

T h e cross bedded sandy conglomerate facies ( G 3 ) i s w i d e l y r e p r e s e n t e d , e x a m p l e s

f r o m p r o f i l e 1 ( u n i t s 2 a n d 3 ) a n d p r o f i l e 2 ( u n i t 7 ) a p p e a r i n F i g . 3. T h e b e d s r a n g e

i n t h i c k n e s s f r o m a b o u t 0 .2 m t o a s m u c h a s 1 .2 m , c o n s i s t i n g o f c la s t s o f r e d

m u d s t o n e a n d c a l cr e t is e d m u d s t o n e s et i n a n a b u n d a n t m a t r i x o f p i n k t o re d c o a rs e

t o v e r y c o a rs e q u a r t z s a n d s t o n e w i t h n u m e r o u s g r a n u l es a n d p l e n t i f u l e x o t ic p e b bl e s.

T h e w h o l e f o r m s a s i n g l e, s o l i t a r y c r o s s - b e d d i n g s e t , w i t h a t r u e d i p ( 2 5 - 3 0 )

s u f f i c i e n t l y s t e e p a s t o i m p l y a v a l a n c h i n g . T h e b a s e i s i n v a r i a b l y e r o s i o n a l , a n d m a y

a l s o b e m a r k e d l y i r r e g u l a r , w h e r e a s t h e t o p i s m o s t l y a n u p w a r d t r a n s i t i o n i n t o

s a n d s t o n e .

A cross bedded pebb ly sandstone facies ( S l ) a r is e s f r o m f a c ie s G 3 b y a n i n c r e a s e i n

t h e p r o p o r t i o n o f s a n d s t o n e m a t r i x a n d d e c r e a s e i n t h e a m o u n t a n d c a l i b r e o f t h e

i n t r a f o r m a t i o n a l c l a s t s . I t o c c u r s i n n e a r l y e v e r y p r o f i l e a n d i n s o m e o u t w e i g h s a l l

o the r f a c i e s pu t toge the r , no tab ly p ro f i l e 3 ( e .g . un i t s 8 , 14 , 22 , 25 and 39 ) (F ig . 4 ) .

T h e b e d s c o m p r i s e p i n k t o r e d c o a r s e t o v e r y c o a r s e s a n d s t o n e s c o n t a i n i n g r ar e t o

c o m m o n p e b b l es a n d l o ca ll y s m a l l co b b le s o f i n t r a f o r m a t i o n a l m u d s t o n e a n d

c a l c r e t i s e d m u d s t o n e , a c c o m p a n i e d b y p l e n t i f u l q u a r t z g r a n u l e s a n d s m a l l t o o c c a -

s i o n a l l y l a r g e e x o t i c p e b b l e s . T h e r a n g e i n t h i c k n e s s i s f r o m 0 .1 5 t o 1.1 m , e a c h b e d

r e p r e s e n t i n g a s i n g l e , s o l i t a r y c r o s s - b e d d i n g s e t o f a v a l a n c h e o r i g i n . T h e b a s e i s

e r o s i o n a l a n d i r r e g u la r , b u t s e l d o m o f s u c h p r o n o u n c e d r e l i e f a s i n f a c i e s G 2 a n d G 3.

M a n y b e d s h a v e a n e r o s i o n a l t o p r a n g i n g o v e r e it h e r th e w h o l e o r a p a r t ( o r p a rt s ) o f

t h e i r l a t e r a l e x t e n t . A t r a n s i t i o n a l t o p i s n o r m a l l y s u c c e e d e d b y p l a n e - b e d d e d

s a n d s t o n e s .

L o s s o f g r a v e l - si z e d e b r i s c o n v e r t s f a c ie s S l i n t o t h e cross bedded sandstone facie s

( 2 ) , e x a m p l e s o f w h i c h o c c u r i n m a n y p r o f i l e s . I t i s r e p r e s e n t e d b y f i n e t o v e r y

c o a r s e g r a i n e d r e d s a n d s t o n e s i n t h e f o r m o f l a t e r a l l y e x t e n s i v e s o l i t a r y c r o s s - b e d -

d i n g s e t s ty p i c a l l y 0 . 0 5 - 0 . 2 0 m t h i c k b u t e x c e p t i o n a l l y r e a c h i n g 0 .3 5 m . T h e b a s e i s

i n v a r i a b l y e r o s i o n a l , b u t m o r e o f t e n s m o o t h t h a n i r r e g u l a r , w h e r e a s t h e t o p i s a

t r a n s i t i o n i n t o p l a n e - b e d d e d s a n d s t o n e s , t h e c o n v e x - u p t o s i g r n o i d a l f o r e s e t s g r a d u -

a l l y le v e l li n g o u t u p w a r d i n t o t o p s e t s .

The trough cross bedded sandstone facies (S3) appea rs to a sma l l ex ten t i n seve ra l

p r o f i le s , b u t i n p r o f i l e 5 a b o u n d s ( F i g . 5 ). I t c o n s i s t s o f g r o u p e d , t r o u g h - s h a p e d

c r o s s - b e d d i n g s e t s m e a s u r i n g i n v e r t i c a l t r a n s v e r s e s e c t i o n f r o m 0 . 5 t o 5 m i n w i d t h

a n d b e t w e e n 0 .1 5 a n d 0 . 6 m i n h e ig h t . T h e c r o s s -s t r at a a r e m a r k e d l y c o n c a v e- u p a n d

t a n g e n t i a l l y o r c o n c o r d a n t l y r e la t e d t o t h e u n d e r l y i n g b o u n d i n g s u r fa c e s. T h e

l it h o lo g i e s p r e s e n t r a n g e f r o m m e d i u m - g r a i n e d r e d s a n d s t o n e s w i t h s c a t t e r ed p e b -

b l e s t o s a n d s t o n e s t h a t a r e p i n k o r r e d , v e r y c o a r se , a n d r i c h l y p e b b l y . A s i m i l a r

f l u v i a l f a c i es i s w i d e l y k n o w n ( e .g . C a n t a n d W a l k e r , 1 97 6; R u s t , 1 97 8) .

A coarse plane bedded sandstone facie s (S4 ) i s r e c o g n i z a b l e i n m o s t p r o f i l e s ( F ig . 4 ,

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Fig. 5. L oca lly pebbly trough cross-bedded sandstone (S3 ) at the extreme W SW end of the sandstone

sheet (between arrows) o r profile 5 (SO 599 252) depicted in Fig . 16. Scale is 1 m long.

u n i t 9 ). I t i s r e p r e s e n t e d b y c o a r s e t o v e r y c o a r s e r e d s a n d s t o n e s w i t h g r a n u l e s a n d

s o m e p e b b l e s , f o r m e d i n t o l a t e r a l ly e x t e n s i v e p a r a ll e l l a m i n a e t y p i c a l l y s e v e r a l

m i l l im e t r e s t h i c k a n d e x t e n d i n g o b l i q u e l y a c r o s s b e d s r a n g i n g t o m o r e t h a n a m e t r e

i n t hi c k ne s s . T h e l a m i n a e v a r y i n sh a p e f r o m g e n t l y c o n c a v e - u p , t h r o u g h p l a n a r , t o

c o n v e x - u p , t h e i r o r i g i n a l d e p o s i t i o n a l d i p r e a c h i n g a s s te e p a s 2 2 . A c o a r s e p a r t i n g

l i n e a t io n g e n e r a l l y o r i e n t e d o b l i q u e l y a c r o s s t h e s tr i ke o f t h e l a m i n a t i o n c a n b e s e e n

i n s o m e e x p o s u r e s .

T h e

f ine plane bedded sandstone a cies

( S 5 ) i s c o n s p i c u o u s i n m a n y o f t h e p r o f i le s .

G o o d e x a m p l e s a r e u n i t 1 5 o f p r o f i le 3 (F i g . 4 ), a n d u n i t s 5 , 6, 1 2 a n d 1 3 i n p r o f i l e 7

( F i g s . 6 a n d 7 ) . T h e f a c i e s o c c u r s a s t a b u l a r , w e d g e - s h a p e d o r l e n t i c u l a r b e d s l o c a l l y

a s m u c h a s 2 m t h ic k . T e x t u r a l ly , f in e a n d m e d i u m - g r a i n e d r e d q u a r t z s a n d s t o n e s

p r e d o m i n a t e , b u t v e r y f i ne g r a i n e d b r o w n s a n d s t o n e s o c c u r lo c a ll y . G r a n u l e s a n d

e x o t i c p e b b le s a r e s p a r s e t o a b s e n t a n d i n t r a f o r m a t i o n a l d e b r i s a l s o is sc a rc e . T h e

s a n d s t o n e s d i s p l a y i n n u m e r a b l e l a te r a ll y e x te n s iv e l a m i n a e 0 . 5 - 2 m m t h i ck w h i c h in

f a v o u r a b l e s e c t i o n s a re s e en t o c a r r y p a r t i n g l i n e a t i o n s o n a f i n e t o m e d i u m s c a le .

T h e l a m i n a e h a v e t h e s a m e r a n g e i n s h a p e a s in f ac i e s 4 b u t g e n e r a l l y d i p le s s

s t e e p l y . T h e l i n e a t i o n s n o r m a l l y a r e o b l i q u e t o t h e st r ik e o f th e m o r e s t e e p l y i n c l i n e d

l a m i n a e , b u t a st r i k e -p a r a l l e l r e l a t i o n s h i p i s l o c a l l y c o m m o n .

F a c i e s S 4 a n d S 5 r e s e m b l e M i a l l 's ( 1 9 7 7 ) a n d R u s t ' s ( 1 9 7 8 ) f a c i e s S h a n d S1, b u t

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d i f f e r i n t h a t s u b s t a n t ia l l y s t e e p e r m a x i m u m d i p s a n d a w i d e r r a n g e o f t e x t u r e s ar e

o b s e r v e d .

T h e r a r e

mudstone facies

( M ) ( A l l e n a n d D i n e l e y , 1 97 6, f i g. 5 ) i s r e p r e s e n t e d b y

r e d t o m a s s i v e , b r o w n , s a n d y m u d s t o n e s i n l a t e r a l l y i m p e r s i s t e n t b e d s w i t h a

m a x i m u m t h i ck n e s s o f 1 .2 m . T y p i c a l l y , t h e b a s e is a t r a n s it i o n u p f r o m s a n d s t o n e

( f i n e o r v e r y f i n e g r a i n e d ) , w h e r e a s t h e t o p i n v a r i a b l y is ir r e g u l a r a n d e r o s i o n a l .

S o m e m u d s t o n e u n i t s w e r e l i g h t l y c a l c r e t i s e d , r e v e a l i n g b a n d s o f i r r e g u l a r c o n c r e -

t i o n s o f i m p u r e c a l c it e . M u d s t o n e s o f t h e se k i n d s - - l a r g e l y a g h o s t f a c ie s s e l d o m

r e p r e s e n te d b y p r e s e r v e d b e d s - - a r e u n q u e s t i o n a b l y t h e s o u rc e o f th e i n t ra f o r m a -

t i o n a l d e b r i s w h i c h a b o u n d s i n t h e m i d d l e a n d u p p e r B r o w n s t o n e s . A s u b s t a n t i a l

e r o s i o n a l r e m n a n t i s p r e s e r v e d b e l o w p r o f i l e 1 0 ( F i g . 1 7 ). T h e s a n d s t o n e s h e e t in

p r o f i l e 8 r e s ts i n p l a c e s o n p a t c h e s o f m u d s t o n e .

Hierarchical set of bedding contacts

T h e i d e a t h a t s a n d s t o n e b o d i e s a r e d i v is ib l e i n t e r n a l ly i n t o p a c k e t s o f g e n e t i-

c a l ly r e la t e d s t r a t a b y a n h i e r a r c h ic a l l y o r d e r e d s e t o f b e d d i n g c o n t a c t s h a s b e e n

e x p l o i t e d s e d i m e n t o l o g i c a l ly fo r m a n y y e a r s , a l t h o u g h n o t a l w a y s i n a n e x p l ic i t

m a n n e r . F o r e x a m p l e , M c K e e a n d W e i r ( 1 9 5 3 ) d i s t i n g u i s h e d t h e h i e r a r c h y o f t h e

s t r a t u m , t h e s e t o f s t r a t a , a n d t h e c o s e t o f s e t s o f s t r a t a , b e d d i n g c o n t a c t s b e i n g u s e d

i m p l i c i t l y t o s e p a r a t e t h e s e e n t i ti e s . A l l e n ( 1 9 6 5 , fi g. 2 ) s h o w e d a n h i e r a r c h i c a l s e t o f

b e d d i n g c o n t a c t s , i n c l u d i n g a m a j o r o r m a s t e r b e d d i n g , i n h i s m o d e l o f l a te r a ll y

a c c r e t e d f l u v i a l s a n d s t o n e b o d i e s . T h e c o n c e p t o f t h e b e d d i n g h i e r a r c h y i s f u l l y

e x p l i c i t i n B r o o k f i e l d ' s ( 1 9 7 7 , 1 9 7 9) a n a l y s is o f t h e c o n s t r u c t i o n o f a e o l i a n s a n d -

s t o n e s .

F o u r k i n d s o f b e d d i n g c o n t a c t a re k n o w n f r o m t h e B r o w n s t o n es . A concordant

non-erosional contact

( n o r m a l b e d d i n g ) a r is e s w h e n o n e s tr a t u m i s d e p o s i t e d

p a r a l le l w i t h a n d u p o n a n o t h e r l y in g e i th e r v e r ti c a ll y b e l o w o r l a t e ra l l y a d j a c e n t t o

i t , b u t w i t h o u t a n i n t e r v e n i n g e r o s i o n a l e p i s o d e . W h e n s t r a t a a r e d e p o s i t e d i n

s e q u e n c e i n su c h a w a y t h a t t h e y d i s c o r d a n t l y o n l a p b u t d o n o t e r o d e a n o t h e r

s t r a t u m o l d e r t h a n t h e s e r i e s , t h e n a

discordant non-erosional contact

ar ises .

Concor-

dant erosional contacts

a r e l o c a l ly i r re g u l a r a n d e r o s i o n a l b u t s e p a r a t e s t r a t a t h a t a r e

pa r a l l e l ove r a l l ; a discordant erosional contact i s a c u r v e d , p l a n a r o r i r r e g u l a r s u r f a c e

w h i c h t r a n s e c ts a g r o u p o f st r at a , s e p a r a t in g t h e m f r o m a y o u n g e r g r o u p o f d i ff e r e n t

d i p . T h e s e c o n t a c t s f o r m h i e r a rc h i e s b y v i r t u e o f t h e i r o r d e r o f t r a n s e c t io n .

F i g u r e 8 a d e p i c t s a h y p o t h e t i c a l s a n d s t o n e b o d y o f B r o w n s t o n e s t y p e , i t s c o n -

s t i t u e n t fa c i es a n d b e d d i n g - c o n t a c t h i e ra r c h y , a n d t h e c o n v e n t i o n s u s e d i n t h e

p r o f i l e s ( F ig s . 1 5 - 1 7 ) . T h e o r d i n a r y n o n - e r o s i o n a l c o n d o r d a n t b e d d i n g c o n t a c t s

b e t w e e n s t r a t a o r l a m i n a e i n f a c i e s s u c h a s G 3 , S 1 a n d S5 f o r m t h e

zeroth) order

o f

bedding contact

(Fig . 8b , c ) .

First-order contacts

b o u n d s u c h e n t i t i e s a s i n d i v i d u a l

t r o u g h c r o s s - b e d d i n g se ts o r b u n d l e s o f p l a n e - b e d d e d l a m i n a e g e n e t i c al l y a s s o c i a te d

w i t h c r o s s - st r a ta ( F ig . 8 a - c ) . T y p i c a l l y , t h e se c o n t a c t s a r e e r o s i o n a l a n d p l a n a r o r

8/10/2019 Allen 1983.pdf

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