Taphonomy and taphofacies models of the Pliocene deposits of Vejer de la Frontera (Cádiz, SW Spain)

A quantitative taphonomic analysis of the fossil assemblages, together with a sedimentary study of the Pliocene deposits of the Vejer Basin (Cádiz, Spain), has been carried out. This multidisciplinary analysis has allowed us to establish with great precision the palaeoenvironmental conditions under which these materials were formed. The Pliocene deposits can be divided into three units, named from bottom to top: Unit 1, Unit 2 and Unit 3. Unit 1 is formed of medium-to-coarse-grained sands at the base, corresponding to subtidal bar deposits. At the top, the sands become coarser, and beach and littoral dunes were formed. Within these sedimentological contexts, the fossil remains exhibit a strong degree of taphonomic destruction due to high hydrodynamic energy. Unit 2, consisting of clays, corresponds to deposits formed in a protected coastal bay. A low-energy environment allowed the fossils to maintain a good state of conservation and even thin-shelled bivalves with a delicate ornamentation are preserved. Unit 3 comprises highly bioclastic sands and calcarenites-calcirudites. This unit displays a shallowing upwards trend, passing from deposits generated under shallow subtidal conditions in the lower part to materials deposited on beaches and coastal dunes in the upper part. Under these conditions, the fossil remains show a high degree of taphonomic destruction. In Units 1 and 3, the fossils are mainly accumulated in horizontal beds, with extensive lateral continuity and with erosive bottoms and graded tops. These accumulations of fossils are interpreted as tempestites. As compared with the fossils preserved in surrounding sediments, the taphonomic attributes of these bioclasts suggest a superposition of the background and event processes. During normal conditions, the high energy of the littoral environments produced a strong degree of taphonomic destruction. During storm events, a mixture of taphonomic attributes was produced: high fragmentation and disarticulation and little abrasion and edge rounding of the fragments. This mixture was a consequence of sudden burial after storms, which prevented long periods of exposure of the bioclasts in the taphonomically active zone. Three taphofacies models are proposed, based on taphonomic attributes of fossils contained in the different units: inner-shelf taphofacies, protected shallow-lagoon taphofacies and storm bed taphofacies.

ResumenEn este trabajo se estudian los rasgos sedimentológicos y las propiedades tafonómicas (mediante un análisis cuantitativo) de las asociaciones de fósiles de los depósitos pliocenos de la Cuenca de Vejer (Cádiz, SO de España). Este análisis multidisciplinar permite establecer con mayor precisión las condiciones paleoambientales en las que se formaron estos materiales. Los depósitos pliocenos se pueden dividir en tres unidades, que de muro a techo son: Unidad 1, Unidad 2 y Unidad 3. La Unidad 1 está formada por arenas medias-gruesas a la base correspondientes depósitos de barras submareales. Hacia techo se pasa a arenas gruesas de playas y dunas litorales. En estos contextos sedimentarios, los restos fósiles muestran un alto grado de destrucción tafonómica debido a una alta energía hidrodinámica. La Unidad 2, formada por arcillas, corresponde a depósitos de bahía costera protegida. Un ambiente de baja energía permitió que los fósiles muestren un buen estado de conservación, preservándose completos incluso bivalvos de conchas finas y con ornamentación delicada. La Unidad 3 está formada por arenas muy bioclásticas y calcarenitas-calcirruditas. Esta unidad presenta una somerización a techo, pasándose de unos depósitos formados en condiciones submareales someras en la parte inferior hasta materiales depositados en playas y dunas costeras en la superior. En estas condiciones, los restos de fósiles muestran un alto grado de destrucción tafonómica. En las Unidades 1 y 3 los fósiles se encuentran fundamentalmente acumulados en niveles horizontales con una extensa continuidad lateral, con muros erosivos y con techos graduales interpretados como tempestitas. Las propiedades tafonómicas de estos restos frente a aquellos conservados en sedimentos circundantes sugieren una mezcla de procesos; los que ocurren de forma normal (background) de los que tienen lugar de forma catastrófica (events). Durante las condiciones normales, la alta energía de estos medios litorales produjo una elevada destrucción tafonómica. Por el contrario, los eventos de tormentas produjeron una mezcla de propiedades tafonómicas: por un lado, una alta fragmentación y desarticulación, y, por otro, una baja abrasión de restos y escaso redondeamiento de las aristas de los fragmentos. Esta mezcla fue una consecuencia de un enterramiento repentino tras las tormentas que evitó largos periodos de tiempo de exposición de los bioclastos en la zona tafonómicamente activa. Se proponen tres modelos de tafofacies según las propiedades tafonómicas de los fósiles contenidos en las tres unidades: Tafofacies de plataforma interna, tafofacies de lagoon somero protegido y tafofacies de niveles de tormentas.

RésuméDans ce travail, les propriétés taphonomiques — analysées quantitativement — des associations de fossiles et les caractéristiques sédimentologiques des dépôts pliocènes du Bassin de Vejer (Cádiz, SW de l’Espagne) sont étudiés. Cette analyse pluridisciplinaire permet d’établir, de manière plus précise, les conditions paléoenvironnementales sous lesquelles ces matériaux se sont formés. Les dépôts pliocènes peuvent se grouper, de bas en haut, en trois unités : l’Unité 1, l’Unité 2 et l’Unité 3. La base de l’Unité 1 est formée de sables à grain moyen–gros correspondant aux dépôts de barre subtidale. Vers le toit, apparaissent les sables à gros grain des plages et les dunes littorales. Dans ces contextes sédimentaires, les restes fossiles montrent un haut degré de destruction taphonomique due à une haute énergie hydrodynamique. L’Unité 2 est formée d’argiles et correspond aux dépôts de baie côtière protégée. Étant donné l’environnement de faible énergie, les fossiles montrent un bon état de conservation et même des bivalves à coquille fine et à l’ornementation délicate sont préservés entiers. L’Unité 3 est constituée de sables très bioclastiques et de calcarenites–calcirudites. Cette unité montre des conditions allant d’un environnement subtidal à des milieux de plages et de dunes côtières. Dans ces conditions les restes fossiles présentent un haut degré de destruction taphonomique.Dans les Unités 1 et 3, les fossiles se trouvent entassés dans les niveaux horizontaux avec une large continuité latérale, des murs érosifs et des toits graduels ayant été interprétés comme des tempestites. Par rapport aux restes conservés dans les sédiments voisins, les propriétés taphonomiques de ces restes suggèrent un mélange de processus : ceux qui ont lieu de manière naturelle (background) et ceux qui ont lieu de manière catastrophique (events). Sous des conditions normales, la haute énergie de ces milieux littoraux produit une forte destruction taphonomique. Au contraire, les événements orageux produisent un mélange de propriétés taphonomiques : d’une part, une forte désarticulation et fragmentation et, d’autre part, une faible abrasion des restes et un arrondissement des arêtes des fragments. Ce mélange est la conséquence d’un enterrement brusque après les orages qui évite de longues périodes d’exposition des bioclastes dans la zone taphonomiquement active. Nous proposons trois modèles de taphofacies selon les propriétés taphonomiques des fossiles : taphofacies de plateforme interne, taphofacies de lagon sommaire protégé et taphofacies de niveaux d’orages.