Volume 24, numéro 1, march 1997

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Ice-sheet sourced Pleistocene turbidite systems of the Labrador Sea are different from non-glacially influenced systems in their faciès distribution and depositional processes. Two large-scale sediment dispersal systems are juxtaposed,one mud-dominated and associated with the Northwest Atlantic Mid-Ocean Chan·net (NAMOC), the other sand-dominated and forming a huge submarine braided sand plain. Co-existence of the two systems reflects grain-size separation of the coarse and fine fractions on an enormous scale, caused by sediment winnowing at the entrance points of melt-water from the Laurentide Ice Sheet (LIS) to the sea (Hudson Strait, fiords) and involves a complex interplay of depositional and redepositional processes. The mud-rich NAMOC system is multi-sourced and represents a basinwide converging system of tributary canyons and channels. It focusses its sand load to the central trunk channel in basin centre, in the fashion of a "reverse" deep-sea fan.The sand plain received its sediment from the Hudson Strait by turbidity currents that were generated either by failure of glacial prodelta slopes at the ice margin, or by direct meltwater discharges with high bedload concentration. We speculate that the latter might have been related to subglacial-lake outburst flooding through the Hudson Strait, possibly associated with ice-rafting (Heinrich) events.

FR :

Les dépôts turbiditiques pleistocenesd'origine glaciaire de la mer du Labra-dor diffèrent d'autres dépôts turbiditiquesnon-glaciaires, autant par leurs facièsque par leurs processus de sédimen-tation. Deux grands complexes dedépôts sédimentaires se jouxtent, l'uncomprenant surtout des sédiments àgrains fins, relié au Chenal Médio-Océanique de l'Atlantique nord-ouest(CMNOA) et l'autre, comprenant surtoutdes sables et formant une gigantesqueplaine à chenaux anastomosée sous-marine. La co-existence de ces deuxsystèmes reflète la séparation par tailledes grains des fractions grossières etfines sur une échelle énorme et est lerésultat de l'action d'un gigantesquemécanisme de vannage, existant aux points d'entrée des eaux de fonte de lacalotte glaciaire des Laurentides (CGL)dans la mer (détroit de Hudson et fiords)et qui est à l'origine de processus com-plexes de sédimentation et de re-sédi-mentation. Le complexe riche en bouesde CMNOA s'alimente à plusieurssources et agit à l'échelle du bassin oùconvergent les apports sédimentaires denombreux canyons et chenaux tributaires.Il concentre la portion sableuse de sacharge dans le chenal central, au centredu bassin, à la façon d'un éventailsédiment aire profond inversé. Les sédi-ments arrivent à la plaine d'épandage parle détroit de Hudson, transportés par descourants de turbidité déclenchés par desruptures des pentes prodeltaîques glaci-aires à la bordure de la marge glaciaire,ou par les eaux de fontes à fortes chargesde fond ; ce dernier type d'apport auraitpu être lié à une rupture de lac sous-glaciaire par le détroit de Hudson, etpossiblement associé à des événementsHeinrich.

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The results of coring on the Amazon sub-marine fan in 1994 challenge previous ideas about faciès architecture and genesis of fan deposits. A shingled set of latest Pleistocene, upward-fining channel-levee units is underlain by, and locally interleaved with, equally voluminouss and-rich deposits. The sands occur as 5-25 nv thick packets, locally rich in semi-consolidated mud clasts. Each sand-richunit is inferred to have been partly derived from an upfan avulsion site, land-ward of which entrenchment of the pre-existing channel floor occurred. Sandswere distributed into the adjacent inter-channel low, where lack of confinement allowed spreading of turbidity currents to form sheet-like sand-rich bodies. Subsequently, the advance of a new leveed channel over the sheet sands focusseds and transport along the channel axis, with simultaneous accumulation of muddy overbank deposits in the levees. Ancient channel-levee systems atop sheet sands, including those in some oilfields, may have similarly formed during single lowstands of sea level and as a result of repeated cycles of levee progradation and upfan avulsion.

FR :

Les résultats de sondages réalisés surle cône sous-marin de l'Amazone en1994 remettent en question les concep-tions acceptées concernant l'arrange-ment structurale et la genèse des dépôtsdes cônes sous-marins. Les cordons degalets à granoclassement normal pré-sents dans les derniers dépôts pleisto-cenes, d'unités sédimentaires de levéesde rive de chenaux, recouvrent, et s'in-terstratifient par endroits avec des vol-umes d'égale importance de dépôtsfortement sableux. Ces unités sableusesse présentent en paquets de strates de5 m à 25 m d'épaisseur comportant parendroits de nombreux clastes de boues.Des indices permettent de supposer queles matériaux de chacune de ces unitéssableuses proviennent en partie de sitesd'avulsion situés en amont, juste en avaldu lit d'anciens chenaux. Les sables ontété étalés dans les dépressions entre leschenaux adjacents où des courants deturbidité ont pu former des couchessableuses de grande continuité, étantdonnée l'absence de structures de con-finement. Par suite du développementd'un nouveau chenal sur la couchesableuse, le transport des sables s'estconcentré le long de l'axe du chenal et,des couches de boues ont été déposéessur les levées. D'anciens systèmes dechenaux à levées reposant sur desunités très étendues de sable, entreautres, ceux de certains bassins pétro-liers, ont pu se former durant un seul etmême épisode de basse mer, par répéti-tion du cycle de progradation de levéessuivie d'avulsions d'amont d'un cônesous-marin.

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The shoreface-attached ridges presentalong the south side of Sable Island, Nova Scotia, are the largest and deep-est yet described, but become smaller and finer grained to the east because of decreasing energy levels. Strong, along-shore, storm currents cause them to migrate eastward at rates that may reach 50 ma'. Their migrating troughs erode underlying sediments, modifying the wave-ravinement surface and creating shoreline-oblique depressions up to 12m deep. Deposition occurs on their leeside, in the form of gently dipping, graded storm beds up to 1.2 m thick containing both high-angle cross bedding and hum-mocky cross-stratification. Overall, the ridge deposits coarsen upward and re-semble shoreface successions. Obliquely onshore, cross-ridge flow causes upbuilding by the Huthnance process and accounts for the unusually high angle (~ 50°) between the ridges and the shoreface.

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Les crêtes situées dans la zone infra-tidale du littoral, au sud de l'île Sable Is-land en Nouvelle-Ecosse sont les plusgrosses et les plus profondes décrites àce jour, bien que leurs volumes et la granulométrie de leurs constituants dimi-nuent vers l'est, à cause de la diminu-tion des niveaux d'énergie ambiants. Deforts courants côtiers engendrés par destempêtes provoquent leur migration versl'est à des vitesses pouvant atteindre50 mètres par année. Leurs cuvettesd'affouillement mobiles érodent les sédi-ments sous-jacents, modifient les sur-faces d'érosion créés par les vagues etcreusent des dépressions, obliques parrapport à la ligne du littoral, dont laprofondeur atteint 12 m de profondeurpar endroits. Les sédiments se déposentsur la face aval sous la forme de couchessédimentaires de tempête, granoclas-sées et faiblement pentues, mesurantjusqu'à 1,2 m d'épaisseur et montrantdes stratifications entrecroisées normalesainsi que des stratifications entrecroiséesà surfaces bosselées (HCS dans l'article).Globalement, la granulométrie des sédi-ments de ces crêtes s'accroit vers lehaut, ressemblant en cela aux empile-ments littoraux. Lexistence d'un courantcôtier oblique vers le rivage, et en traversdes crêtes, provoque l'accumulation desédiments en vertu du mécanisme deHuthnance et explique le grand angle(~ 50 degrés) que font les crêtes par rap-port à la ligne de rivage.

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Backstripping techniques for basin and stratigraphie analyses assume that the original porosity of the sediments is known within reasonable limits. Erroneous original porosity assumptions lead to serious errors in stratigraphie sections with a significant proportion of fine-grained material. The present algorithms, which assume initial porosities of between 50% and 70% for muds and 40%to 50% for sands, are only applicable to sediments that were never subaerially exposed. Outcrop data from flood plaindeposits show that the differential compaction between sandstones and mud-stones that should be present if those assumptions were correct does not exist. Modern floodplain silts and clays below the liquid limit, i.e., that behave asplastics, have porosities that vary from34% to 39%, and sands have 27-35% porosity. Sections decompacted using the marine shale and sandstone porosity values overestimate the original thickness of flood plain strata by as much as 31%. These errors mean that the estimates of total basin subsidence in regions, such as proximal foreland basins, are seriously over estimated. The subtle inflections in burial history curves, sometimes used to infer either eustatic or tectonic sea-level fluctuations in these basins, are noise rather than signal.

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Les techniques de reconstitution pardélitagedes unités lithologiques utiliséesdans les analyses sédimentologiques oustratigraphiques de bassin reposent surl'hypothèse que la porosité initiale descouches sédimentaires est connue avecune précision raisonnable. Les erreursd'estimation de la porosité initiale en-traînent d'importantes erreurs d'évalu-ation de l'épaisseur des colonnes stra-tigraphiques qui comportent une propor-tion significative de dépôts à grains fins.Les algorithmes utilisées présentementet où il est présumé que la fourchettedes valeurs de porosité initiale varie entre50 % et 70 % pour les boues et entre 40 %à 50 % pour les sables, ne sont validesque pour les sédiments n'ayant jamaisété exposés à l'air. Les données prove-nant d'affleurements de sédiments deplaine d'inondation indiquent que la com-paction différentielle entre les couchesde grès et de polîtes, calculée selon ceshypothèses ne se vérifie pas. Les limonset les argiles des plaines d'inondationactuelles, situés sous la surface de l'eau,c.-à-d. qui se compor-tent comme desmatériaux plastiques, montrent des va-leurs de porosité allant de 34 % à 39 %,et des sables dont la porosité varient de27 % à 35 %. Cela signifie que l'utilisationdes valeurs de porosité usuelles lors dereconstitutions sédimentologiques etstratigraphiques, entraînent des suréva-luations de l'épaisseur initiale des couchesde la plaine d'inondation pouvant atteindre31 %. Ces erreurs signifient que les es-timations de subsidence glo-bale desbassins des régions, telles les bassinsde sédimentation d'avant-pays, sontconsidérablement surévaluées. Lesfaibles inflexions observés dans la courbede l'histoire d'enfouissement de bassinssédimentaires, et à partir desquelles onse base parfois pour déduire l'existencede fluctuations eustatiques ou tecto-niques pas-sées du niveau de la mer, cor-respondent à un bruit de fond plutôt qu'àun signal.

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Observations of sand transport and rapidde position by strong sand-laden surges in an open channel, by means of high-speed motion pictures, revealed that the dominant effect is a process by which a laminar sheared layer, with sand concentrations approaching the threshold for immobilization by grain interlocking, develops as suspended sand becomes concentrated near the base of the flow. The laminar sheared layer climbs vertically with time as sediment is progressively immobilized at the base of the layer and added at the top from the overlying turbulent flow. The mobility of the laminar sheared layer is probably enhanced bycontinuous upward flow of interstitial water that is trapped within the layer asthe layer accumulates. As the flow weakens and the concentration of suspendeds and in the flow decreases, the laminar sheared layer thins and/or becomes immobilized, giving way to the familiar weak traction transport on a well-defined immobile sand bed. Particles reside in the laminar sheared layer only briefly, and move only a short distance before immobilization; the laminar sheared layers seem not to share essential features with traction carpets.

Much of the coarser, structureles slower most parts of thick turbidites might have been emplaced by processes not unlike those described here. Our results suggest that the entire turbidity current need not be of extremely high density for an initial deposit to be formed rapidly from extremely high near-bed sediment concentrations.

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Des observations réalisées à l'aide decaméras à hautes vitesses sur le trans-port et la sédimentation rapide pro-voqués par de forts courants déferlantset à fortes charges de sables en écoule-ment chenalisé, ont montré que l'effetdominant est le développement, à labase de la coulée, d'une couche lami-naire cisaillée ayant une concentrationde particules à la limite du seuil de l'im-mobilisation par congestion des parti-cules. Avec le temps, cette couchecisaillée se déplace verticalement versle haut, au fur et à mesure que les sédi-ments s'immobilisent à la base de lacouche et que d'autres s'y ajoutent àpartir de la couche turbulente du dessus.Lexpurgation incessante de l'eau intersti-tielle par le tassement des sédiments dufond augmente probablement la mobilitéde la couche laminaire cisaillée. Lorsquele courant s'affaiblit et que la concentra-tion du sable en suspension diminue, lacouche laminaire cisaillée s'amincit et/ou s'immobilise et est remplacée par unecouche de transport plus faible caracté-risée par la traction sur un fond sableuximmobile bien défini. Les particules nefont que transiter brièvement dans lacouche laminaire cisaillée et ne sedéplacent que sur de faibles distancesavant de s'immobiliser ; les coucheslaminaires cisaillées et les couches detraction ne semblent partager aucunecaractéristiques communes essentielles.

Il est possible qu'une bonne portiondes couches basales non-structuréesdes turbidites aient été mises en placepar un processus de ce genre. Les résul-tats de nos études montrent qu'il n'estpas nécessaire que la charge sédimen-taire de l'ensemble d'un courant de turbi-dité soit d'une très grande densité pourentraîner rapidement la formation d'unpremier dépôt à partir d'une couche àforte densité longeant ie fond.

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An experimental study of the preservation of cross strata during the migration of dunes under aggrading and non-aggrading conditions was conducted inorder to test the Paola-Borgman (1991) theory for distribution of cross-set thickness as a function of the distribution of bed-wave height. The theory needed to be modified to deal with aggrading conditions (Bridge and Best, 1997). The geometry and migration characteristics of the dunes (determined using an ultra-sonic depth profiler and visual observations) are typical of sinuous-crested dunes observed in rivers and other flumes.These characteristics do not vary systematically with aggradation rate. As part of the test of theory, a two-parameter gamma density function was fitted to histograms of dune height and dune trough elevations relative to two different reference datums. The parameters of these fitted functions do not vary in the way predicted by Paola and Borgman because: 1) dune height does not correlate very well with dune trough elevation, and; 2) choice of reference datum has amajor, unanticipated effect on parameter values.

Most cross sets were formed by only the highest 10% of the dunes. Meancross-set thickness/mean formative bed-wave height ranges from 0.18 to 0.3.Cross-set thickness does not vary systematically with aggradation rate in these experiments because the primary control of set thickness is the variability of dune height. Mean cross-set thicknessis predicted quite well using the modified Paola-Borgman theory if:1) dune height is used as a proxy for dune trough elevation but certain parameter values are modified, or; 2) an appropriate datum is used for defining dune trough elevations. A simple method is proposed for estimating the height distribution of dunes from the thickness of their sets of medium-scale cross strata.

FR :

Une étude en laboratoire a été menéepour étudier la préservation des setssédimentaires pendant la migration dedunes, en milieux d'aggradation et denon-aggradation ; cette étude visait àtester la théorie de Paola-Borgman(1991 ) sur la variation de l'épaisseur dessets sédimentaires en fonction de l'ampli-tude des éléments topographiques duplancher sédimentaire. La théorie doitêtre modifiée pour tenir compte des con-ditions particulières des milieux d'aggra-dation (Bridge and Best 1997). La géo-métrie et tes caractéristiques migratoiresdes dunes (données d'observations visu-elles et de levés par profileur ultra-sonique) sont typiques des caractéris-tiques des dunes à crêtes sinueusesobservées, autant dans les chenauxartificiels que dans les rivières. Cescaractéristiques ne varient pas directe-ment avec le taux d'aggradation. Parmiles mesures visant à tester la théorie,une fonction de densité gamma a étéadaptée pour rendre compte du profil deshistogrammes de répartition de la hau-teur des dunes et de l'élévation de leurscuvettes d'affouillement, mesurées àpartir de divers niveaux de référence. Lesparamètres de ces fonctions adaptéesne varient pas selon les prévisions dePaola-Borgman parce que : 1 ) la corréla-tion observée entre les hauteurs de duneet l'élévation de leurs cuvettes d'affouille-ment n'est pas adéquate, et 2) le choixdes niveaux de référence influence demanières importante et imprévue lavaleur des paramètres.

La plupart des sets sédimentaires ontété formés par les 10 % les plus élevéesdes dunes. Les valeurs du rapport del'épaisseur moyenne des sets sédimen-taires sur la hauteur moyenne des dunesdont elles sont issues s'étendent de 0,18à 0,3. Dans ces expériences, l'épaisseurdes sets sédimentaires ne varie pasdirectement selon le taux d'aggradation,l'épaisseur des sets sédimentaires vari-ant surtout avec la hauteur des dunes.Lépaisseur des sets sédimentaires peutêtre prédite de manière fiable en sebasant sur la théorie modifiée de Paola-Borgman, à condition 1) que la hauteurdes dunes soit le facteur utilisé plutôt quel'élévation de la cuvette d'affouillementet que certains paramètres soient modifiés, ou 2) qu'un niveau de comparaisonapproprié soit choisi pour établir l'éléva-tion des cuvettes d'affouillement. Uneméthode simple est proposée permettantd'estimer la distribution de la hauteur desdunes à partir de l'épaisseur de leurs setssédimentaires.