DOI: https://doi.org/10.3176/earth.2026.04
تاريخ النشر: 2026-04-06
المؤلف: Mark T. Harris وآخرون
الموضوع الرئيسي: التشكيلات والعمليات الجيولوجية
نظرة عامة
يكشف التحليل الطبقي التسلسلي لمراحل نابالا-بوركوني الإقليمية (RSs) في إستونيا عن رؤى مهمة حول تطور الرف الإستوني-حوض ليفونيان في العصر الأوردي. تحدد الدراسة سبع تسلسلات متميزة بناءً على دمج facies الترسيب، والبيوستراتيغرافيا، والطبقات الكيميائية لنظائر الكربون، والأسطح الكارستية، والفترات الفاصلة. تشمل هذه التسلسلات نابالا، وفورمسي، وبيرغو السفلى، وبيرغو الوسطى، وبيرغو العليا، وبوركوني السفلى، وجزء من تسلسل بوركوني العليا-جورو. من الجدير بالذكر أن هناك حزمة أنظمة منخفضة متواجدة فقط في التسلسل العلوي، بينما تتميز الوحدات المتقدمة بحزم ترسيب متداخلة. توثق التسلسلات تقدم facies المنحدر الضحل إلى المتوسط، مما culminates في بيئة رف مفتوحة خلال RS بوركوني، مع تحديد مستوى البحر كالعامل الرئيسي في تشكيل حدود التسلسل، متأثراً بشكل خاص بالتجمدات الهيرنانتيانية.
تؤكد استنتاجات الدراسة على أهمية هيكل التسلسل، والفجوات الطبقية، وتطور الحوض. تعكس التسلسلات السبع مزيجًا من تسلسلات المنحدر الكربوني مع حزم أنظمة متقدمة رقيقة (TSTs) وحزم أنظمة مرتفعة أكثر سمكًا (HSTs)، مما يشكل منصة واسعة مع بحيرة موجهة نحو اليابسة. بحلول فترة بوركوني، انتقل المنحدر إلى رف مفتوح، مما سمح بالتآكل المحلي والانزلاق. توضح إطار التسلسل أن تطور الحوض تأثر بشكل رئيسي بتغيرات مستوى البحر، على الرغم من ملاحظة تأثيرات تكتونية دقيقة، بما في ذلك تأثير سطح كارستي إقليمي وتغيرات في أنماط الهبوط الإقليمي على مر الزمن.
مقدمة
تركز مقدمة هذه الدراسة على facies الترسيب والتسلسلات الطبقية للصخور العليا كاتيان-هيرنانتيان (الأوردوفيشي العلوي) في إستونيا، بهدف توضيح تطور الرف الإستوني ضمن منطقة البلطيق الشرقي. باستخدام الطبقات التسلسلية، تفسر البحث أنماط facies والعلاقات الطبقية ضمن إطار زمني طبقي، مما يسمح بتحليل مفصل لتغيرات مستوى البحر النسبي وأنماط الترسيب على مستوى الحوض التي تُعلم التاريخ التكتوني للمنطقة.
تستند هذه التحقيقات إلى أعمال سابقة من قبل هاريس وآخرين (2004) في غرب إستونيا، مما يعزز التحليل الطبقي من خلال دمج بيانات إضافية من النوى من البر الرئيسي لإستونيا. علاوة على ذلك، يوفر دمج بيانات النوى مع الدراسات البيوستراتيغرافية والكيميائية الحديثة وضوحًا أكبر بشأن توقيت وطبيعة تغييرات facies، والفجوات الطبقية، والعلاقات على مستوى حزمة الأنظمة. يكشف النطاق الجغرافي الموسع للدراسة عن انتقال كبير في الرف الإستوني من منحدر كربوني إلى رف مفتوح بحلول نهاية الأوردوفيشي، مما يبرز التأثيرات التكتونية الدقيقة على أنماط الترسيب الملاحظة.
طرق
تشمل الطرق المستخدمة في هذه الدراسة تحليلًا شاملًا للرسوبيات لـ 23 نواة تم جمعها من الرف الإستوني إلى حوض ليفونيان. تم وصف النوى بدقة باستخدام سجلات رسوبية بمقياس 1:50، تفصيلًا لمختلف المعايير مثل نسيج الترسيب، والهياكل الرسوبية، وحجم الحبيبات، ومؤشر الإيخنوفابريك، ومحتوى الطين، واللون، ومحتوى الأحافير. تم الحصول على معظم النوى من إستونيا، مع نواة واحدة من لاتفيا، وهي تمتد بشكل جماعي عبر تسلسلات الصخور العليا نابالا إلى بوركوني (RSs). كانت معايير الاختيار تفضل النوى التي هي كاملة نسبيًا، وتمثل أحزمة facies متنوعة، وتحتوي على بيانات بيوستراتيغرافية وكيميائية قيمة.
كما تم دمج التحليل مع خرائط سمك على مستوى المرحلة مستمدة من بيانات آبار إضافية، مع التركيز على تحديد الفجوات الطبقية من خلال البيوستراتيغرافيا، والارتباطات البنتونيتية، والطبقات الكيميائية لنظائر الكربون. تشمل الدراسة ثمانية مناطق لنظائر الكربون البلطيقية (BCIZ)، وسبع مناطق شيتينوزوان، وخمس مناطق جرافطوليت، مع هيمنة منطقة Amorphognathus ordovicicus على الثلث السفلي من القسم. علاوة على ذلك، توفر ثلاث طبقات بنتونيتية مهمة، مرتبطة بكيمياء الفينوكريست، علامات كرونستراتيغرافية أساسية ضمن RS بيرغو. لقد عززت الأبحاث السابقة فهم العلاقات العمرية بين هذه الآفاق المهمة كرونستراتيغرافيًا، مما أدى إلى إطار كرونستراتيغرافي متكامل.
مناقشة
تستكشف الدراسة الإعداد الجيولوجي والطبقات في الرف الإستوني وحوض ليفونيان المجاور، مع التركيز على الفترات المتأخرة من ما قبل الكمبري إلى الأوردوفيشي. تتميز المنطقة بإطار طبقي معقد تأثر بالاصطدام مع القارة الصغيرة أفالون. تشمل الطبقات الصخرية مراحل إقليمية متنوعة، مثل نابالا العليا، وفورمسي، وبيرغو، وبوركوني، والتي تتوافق مع كاتيان العليا ومعظم مراحل هيرنانتيان العالمية. تعكس التسمية الطبقية التدرجات البيئية، مع أسماء تشكيلات متميزة للأقسام الضحلة والعميقة، مدعومة بدراسات بيوستراتيغرافية واسعة تشمل الكوندونتات، والشيتينوزوان، والطبقات الكيميائية لنظائر الكربون.
تتراوح facies الترسيب المحددة في النوى من facies مدعومة بالحبيبات إلى facies مدعومة بالطين والشيست، مما يشير إلى انتقال من بيئات بحرية ضحلة إلى عميقة. يقترح نموذج facies منحدرًا واسعًا حيث أثرت تدرجات الطاقة على ترسيب الرواسب. من الجدير بالذكر أن الفجوات الطبقية موثقة، مما يشير إلى فترات من التآكل وعدم الترسيب، خاصة عند حدود مراحل نابالا، وفورمسي، وبيرغو. تكشف الطبقات التسلسلية عن هيكل facies ثلاثي الأبعاد معقد، مع خمسة تسلسلات كاملة واثنتين جزئيتين، مما يبرز التاريخ الديناميكي للترسيب في الرف الإستوني.
DOI: https://doi.org/10.3176/earth.2026.04
Publication Date: 2026-04-06
Author(s): Mark T. Harris et al.
Primary Topic: Geological formations and processes
Overview
The sequence stratigraphic analysis of the Nabala-Porkuni regional stages (RSs) in Estonia reveals significant insights into the Late Ordovician evolution of the Estonian Shelf-Livonian Basin. The study identifies seven distinct sequences based on an integration of depositional facies, biostratigraphy, carbon isotope chemostratigraphy, karst surfaces, and hiatuses. These sequences include the Nabala, Vormsi, Lower Pirgu, Middle Pirgu, Upper Pirgu, Lower Porkuni, and part of the Upper Porkuni-Juuru Sequence. Notably, a lowstand systems tract is present only in the uppermost sequence, while transgressive units are characterized by onlapping depositional packages. The sequences document the progradation of shallow-to-middle ramp facies, culminating in an open shelf environment during the Porkuni RS, with eustasy identified as the primary driver of sequence boundary formation, particularly influenced by Hirnantian glaciations.
The study’s conclusions emphasize the importance of sequence architecture, stratigraphic gaps, and basin development. The seven sequences reflect a composite of carbonate ramp sequences with thin transgressive systems tracts (TSTs) and thicker highstand systems tracts (HSTs), forming a broad platform with a landward lagoon. By the Porkuni period, the ramp transitioned to an open shelf, allowing for local erosion and slumping. The sequence framework illustrates that basin development was predominantly influenced by eustatic sea-level changes, although subtle tectonic influences are also noted, including the impact of a regional karst surface and variations in regional subsidence patterns over time.
Introduction
The introduction of this study focuses on the depositional facies and stratigraphic sequences of the upper Katian-Hirnantian (Upper Ordovician) strata in Estonia, aiming to elucidate the evolution of the Estonian Shelf within the East Baltic region. Utilizing sequence stratigraphy, the research interprets facies patterns and stratigraphic relationships within a chronostratigraphic framework, allowing for a detailed analysis of relative sea level changes and basin-scale depositional patterns that inform the tectonic history of the area.
This investigation builds upon previous work by Harris et al. (2004) in western Estonia, enhancing the stratigraphic analysis through the incorporation of additional core data from mainland Estonia. Furthermore, the integration of core data with recent biostratigraphic and chemostratigraphic studies provides greater clarity regarding the timing and nature of facies changes, stratigraphic hiatuses, and relationships at the systems tract level. The expanded geographical scope of the study reveals a significant transition in the Estonian Shelf from a carbonate ramp to an open shelf by the end of the Ordovician, highlighting the subtle tectonic influences on the observed depositional patterns.
Methods
The methods employed in this study involve a comprehensive sedimentological analysis of 23 cores collected from the Estonian Shelf to the Livonian Basin. The cores were meticulously described using sedimentological logs at a 1:50 scale, detailing various parameters such as depositional texture, sedimentary structures, grain size, ichnofabric index, clay content, color, and fossil content. The majority of the cores were sourced from Estonia, with one core from Latvia, and they collectively span the upper Nabala through Porkuni rock sequences (RSs). The selection criteria prioritized cores that are relatively complete, represent diverse facies belts, and contain valuable biostratigraphic and chemostratigraphic data.
The analysis also incorporated stage-level thickness maps derived from additional well data, emphasizing the identification of stratigraphic hiatuses through biostratigraphy, bentonite correlations, and carbon isotope chemostratigraphy. The study encompasses eight Baltic carbon isotope zones (BCIZ), seven chitinozoan zones, and five graptolite zones, with the Amorphognathus ordovicicus Zone predominating the lower three-quarters of the section. Furthermore, three significant bentonite beds, correlated by phenocryst chemistry, provide essential chronostratigraphic markers within the Pirgu RS. Previous research has enhanced the understanding of age relationships among these chronostratigraphically significant horizons, culminating in an integrated chronostratigraphic framework.
Discussion
The study investigates the geological setting and stratigraphy of the Estonian Shelf and the adjacent Livonian Basin, focusing on the late Precambrian to Ordovician periods. The area is characterized by a complex stratigraphic framework influenced by the collision with the Avalon microcontinent. The lithostratigraphy includes various regional stages, such as the upper Nabala, Vormsi, Pirgu, and Porkuni stages, which correspond to the upper Katian and most of the Hirnantian global stages. The stratigraphic nomenclature reflects environmental gradients, with distinct formation names for shallow and deep sections, supported by extensive biostratigraphic studies involving conodonts, chitinozoans, and carbon isotope chemostratigraphy.
The depositional facies identified in the cores range from grain-supported to mud-supported and shale facies, indicating a transition from shallow to deep marine environments. The facies model suggests a broad homoclinal ramp where energy gradients influenced sediment deposition. Notably, stratigraphic hiatuses are documented, indicating periods of erosion and non-deposition, particularly at the boundaries of the Nabala, Vormsi, and Pirgu stages. The sequence stratigraphy reveals a complex three-dimensional facies architecture, with five complete sequences and two partial sequences, highlighting the dynamic depositional history of the Estonian Shelf.