Sediment geometry, facies analysis and palaeobathymetry of the Schrammstein Formation (upper Turonian-lower Coniacian) in southern Saxony, Germany

The Schrammstein Formation of the Upper Cretaceous Elbtal Group comprises 30–60 m thick medium- to coarse-grained sandstone units (named d and e) divided by thin marker beds of finer sands. The cyclic pattern of the re-occurring marker beds, named boundary horizons, and their widespread distribution suggested they were formed by sea-level fluctuations. Basinwards, they correlate to argillaceous marly units of several metres thickness. The geometry of sedimentary bodies, inventory of sedimentary structures, and grain size distribution of sandstones d and e, and boundary horizons γ3 and δ2 were investigated at the Schrammstein and Affensteine rock massifs close to Schmilka. The sedimentary facies indicated a shoaling from lower to upper shoreface and beach environments, from the massive sandstones to the basal boundary horizons and back. The influence of along shore currents and wave action was additionally inferred from grain size distributions and sedimentary structures. The geometry of the sandstones revealed that they were composed of stacked fan lobes with a diameter of a few hundred metres and a sediment source to the north. The geometry also reveals that synsedimentary tectonics along the Lausitz Thrust had only a minor influence on the sediment accumulation but southeastward currents along the ancient coast mainly effected the sediment redistribution. Sedimentary structures and large-scale geometry indicate that sea-level fluctuations shaped the sedimentary bodies. They reflect fast sediment accumulation during transgression and following rapid progradation during highstands. As the accommodation potential was rapidly exhausted, slow aggradation with low sedimentation rates and frequent reworking led to the almost massive appearance of sandstones. Kurzfassung Die Schrammstein-Formation der kreidezeitlichen Elbtal-Gruppe besteht aus 30 bis 60 m mächtigen, mittel- bis grobsandigen Quadersandsteinen (d und e), die durch dünne, feinsandige Schichten begrenzt werden. Das zyklische Wiederauftreten dieser Grenzhorizonte und ihre weite Verbreitung weisen darauf hin, dass sie durch Meeresspiegelschwankungen gebildet wurden. Die Grenzhorizonte gehen beckenwärts in mehrere Meter mächtige, tonig-mergelige Zwischenmittel über. Die Geometrie des proximalen Sandsteins d und der Grenzhorizonte γ3 und δ2, sowie ihre sedimentären Gefüge und Korngrößenverteilungen wurden an den Felsmassiven Schrammstein und Affensteine bei Schmilka in der Sächsischen Schweiz untersucht. Die Sedimentfazies weist auf eine zunehmende Verflachung hin, vom küstennahen, inneren Schelf, in dem die Quadersandsteine abgelagert wurden, zum Vorstrandbereich, wo die basalen Grenzhorizonte gebildet wurden. Der darüber folgende Sandstein zeigt wieder eine zunehmende Wassertiefe an. Die Sedimentstrukturen und Korngrößenkurven weisen auch auf überlagernde Einflüsse von küstenparallelen Strömungen und Welleneinwirkung hin. Die Lagerungsverhältnisse im Sandstein d zeigen, dass der Quadersandstein aus gestapelten, linsenförmigen Sedimentkörpern aufgebaut ist, die einen Durchmesser von mehreren hundert Metern haben und von einer Sedimentquelle im Norden gespeist wurden. Synsedimentäre Tektonik entlang der Lausitzer Überschiebung hatte nur einen untergeordneten Einfluss auf die Sedimentakkumulation, wobei persistente Strömungen entlang der ehemaligen Küste entscheidend zur Sedimentverteilung beigetragen haben. Sedimentstrukturen und Lagerungsverhältnisse belegen, dass die Geometrie der sedimentären Körper durch Meeresspiegelschwankungen geprägt wurde. Die Sedimentfazies spiegelt eine schnelle Akkumulation während der Transgressionen und nachfolgende Progradation während der Meeresspiegel-Hochstände wieder. Der zur Verfügung stehende Akkomodationsraum war schnell ausgefüllt, langsame Aggradation mit niedrigen Sedimentationsraten und häufigen Umlagerungsphänomenen generierte das homogene Erscheinungsbild der Quadersandsteine.