Dating of Late Jurassic Black Shales on the Norwegian Shelf by Magnetic Cyclostratigraphy

Abstract

Dette prosjektet undersøker de organisk rike svartskifrene fra Sen Jura fra Spekk og Hekkingen Formasjonene i to kjerner på norsk sokkel. Sen Jura til Tidlig Kritt organisk rik svartskifer ble avsatt på norsk sokkel under anoksiske forhold. Studiet tar sikte på å oppdage astronomisk genererte sykluser i svarte skifer fra Sen Jura ved bruk av magnetiske susceptibilitet og effektspektrumanalyse, konstruere en stratigrafisk tidsskala ved datering av de svarte skifrene ved hjelp av kalibrerte astronomiske tidsserier basert på Milankovitch-sykluser og bruke de innstilte tidsseriene for korrelasjon av kjernene. Kjernene er fra Froanbassenget i Møre-Trøndelag-området i Norskehavet (6307/07-U-03A), og fra Nordkappbassenget i det nordøstlige Barentshavet (7230/05-U-02). Kjernene ble undersøkt ved hjelp av sedimentologisk beskrivelse og målinger av magnetisk susceptibilitet. Kjernene ble logget i en skala fra 1:20, og prøver ble tatt hver 5 cm i et intervall på ~20 m i kjernene. Magnetisk susceptibilitet ble målt ved bruk av et Kappabridge MFK1-A instrument. Effektspektrumanalyse og estimering av sedimentasjon i dataserien ble utført for å identifisere sykluser i svartskiferen relatert til Milankovitch-sykluser.

Basert på den sedimentologiske beskrivelsen, ble sedimentene separert i seks facies: (1) laminert svart skifer, (2) jernrik svart skifer, (3) siltig- og leirrik sandstein, (4) karbonat-sementert skifer, (5) glaukonitt lagdelt skifer, og (6) massiv sandstein. De laminerte svartskifer facies dominerer de sene juraforekomstene i kjernene, med jernrike sorte skiferlag i jevn distanse mellom den laminerte svartskiferen. De høyeste gjennomsnittlige magnetiske susceptibilitetsmålingene ble målt i de jernrike sort skiferlagene. De loggede intervallene i de to kjernene har en generell oppovergrovende sekvens, med siltige og sandete svartskifer, siltig- og leirrik sandsteiner og massive sandsteins facier i de øvre delene av kjernene assosiert med de laveste gjennomsnittlige magnetiske susceptibilitetsmålingene.

Effektspektrumanalyse ble utført på målinger av magnetisk susceptibilitet og avdekket flere signifikante sykluser. Forholdet mellom sykluslengdene tilsvarer forholdet mellom Milankovitch-syklusene med lang og kort eksentrisitet, oblikvitet og presesjon. Endringer i de dominerende frekvensene gjennom kjernen antyder en variasjon i sedimentasjonsgraden. Gjennomsnittlig sedimentasjonshastighet for kjernene ble estimert ved amplitude-modulasjon og forventede forhold mellom Milankovitch-sykluser. Den estimerte gjennomsnittlige sedimentasjonshastigheten for kjernen fra Froanbassenget i Norskehavet er 1.19 cm/årtusen med en variasjon mellom 1.15 cm/årtusen til 1.64 cm/årtusen, noe som fører til en total varighet på 1.67 millioner år for seksjonen på 19.8 m. Astrokronologi kalibrert med den innstilte astronomiske tidsserien fra Milankovitch-syklusene korrelert med radiometriske datoer fra litteraturen genererer en alder mellom 157.70 ± 1.3 og 156.03 ± 1.3 millioner år i seksjonen på 19.8 m fra starten av svartskiferdannelsen, tilsvarende en Sent Oxfordian til tidlig Kimmeridgian alder. I kjernen fra Nordkappbassenget i Barentshavet er gjennomsnittlig sedimentasjonshastighet 1.29 cm/årtusen med en variasjon mellom 1.26 cm/årtusen til 1.35 cm/årtusen, noe som fører til en total varighet i den 18.9 m seksjonen på 1.68 millioner år. Alderen er mellom 157.70 ± 1.3 og 156.02 ± 1.3 millioner år i den 18.9 m lange seksjonen fra skiferformasjonen, tilsvarende en Sen Oxfordian til Tidlig Kimmeridgian alder.

This project examines the organic-rich black shales from the Late Jurassic Spekk and Hekkingen Formation in two cores on the Norwegian shelf. Late Jurassic to Early Cretaceous organic-rich black shales were deposited on the Norwegian shelf during anoxic conditions. The study aims to detect astronomically forced cycles in black shales from the Late Jurassic using magnetic susceptibility data series and power spectral analysis, construct a stratigraphic time scale by dating the black shales using calibrated tuned astronomical time series based on Milankovitch cycles, and use the tuned time series for correlation of the cores. The cores are from the Froan Basin in the Møre-Trøndelag area of the Norwegian Sea (6307/07-U-03A), and from the Nordkapp Basin in the NE Barents Sea (7230/05-U-02). The cores were investigated by means of sedimentological description and measurements of magnetic susceptibility. The cores were logged on a 1:20 scale, and samples were taken every 5 cm in an interval of ~20 m in the cores. Magnetic susceptibility was measured using a Kappabridge MFK1-A instrument. Power spectral analysis and estimation of sedimentation in the data series were conducted to identify cyclicities in the black shales related to Milankovitch cycles.

Based on the sedimentological description, the sediments were separated into six facies: (1) laminated black shale, (2) iron-rich black shale, (3) muddy sandstone, (4) carbonate cemented shale, (5) glauconite bedded shale, and (6) massive sandstone. The laminated black shale facies dominate the Late Jurassic deposits in the cores, with iron-rich black shale beds in evenly spaced intervals within the laminated black shale. The highest average magnetic susceptibility values were measured in the iron-rich black shale beds. The logged intervals in the two cores have an overall coarsening upward sequence, with silty and sandy black shales, muddy sandstones, and massive sandstone facies in the upper parts of the cores associated with the lowest average magnetic susceptibility measurements.

The power spectral analysis was performed on the magnetic susceptibility measurements and revealed several significant cycles. Ratios between the cycle lengths corresponds to ratios between Milankovitch cycles of long and short eccentricity, obliquity, and precession. Changes in the dominant frequencies throughout the core suggest a variation in sedimentation rates. The average sedimentation rates for the cores were estimated by amplitude modulation and expected ratios of Milankovitch cycles. The estimated average sedimentation rate of the core from the Froan Basin in the Norwegian Sea is 1.19 cm/ka with a variation between 1.15 cm/ka to 1.64 cm/ka, leading to a total duration of 1.67 Ma for the 19.8 m section. Astrochronology calibrated with the tuned astronomical time series from the Milankovitch cycles correlated to radiometric dates from the literature generates an age between 157.70 ±1.3 Ma and 156.03 ±1.3 Ma in the 19.8 m section from the base of the black shale formation, corresponding to a Late Oxfordian to Early Kimmeridgian age. In the core from the Nordkapp Basin in the Barents Sea, the average sedimentation rate is 1.14 cm/ka with a variation between 0.84 cm/ka to 1.81 cm/ka, leading to a total duration of the 18.9 m section of 1.68 Ma. The age is between 157.70 ±1.3 Ma and 156.02 ±1.3 Ma in the 18.9 m section from the base of the shale formation, corresponding to a Late Oxfordian to Early Kimmeridgian age.