background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 52, 4, BRATISLAVA, AUGUST 2001

195—203

DEPOSITIONAL ENVIRONMENT OF THE “OLD RED” SEDIMENTS

IN THE BRNO AREA (SOUTH-EASTERN PART OF THE

RHENOHERCYNIAN ZONE, BOHEMIAN MASSIF)

SLAVOMÍR NEHYBA, JAROMÍR LEICHMANN and JIŘÍ KALVODA

Department of Geology and Paleontology, Faculty of Science, Masaryk University, Kotlářská 2, 611 37 Brno, Czech Republic;

slavek@sci.muni.cz

(Manuscript received January 18, 200l; accepted in revised form June 13, 2001)

Abstract:  Lower  Devonian  monomict-quartzose  coarse-grained  clastics  near  Brno  (on  the  Červený  kopec  Hill)  are
interpreted as the deposits of an alluvial fan built up mainly by catastrophic sheetfloods. The main sources were probably
granites and gneisses, other components were derived from rhyolites, older siliciclastic sediments and low-grade meta-
morphic rocks. Abundant presence of muscovite reflects some role of an exotic source area. Rapid uplift, erosion domi-
nated by mechanical weathering and multiple redeposition are supposed within the drainage basin. The flat alluvial fan
was  only  slightly  reworked  and  eroded  during  subsequent  non-catastrophic  overland  flows  (secondary  processes).  A
relatively mature stage of the evolution of the alluvial fan and drainage basin was accepted. A continental extensional
basin represents the most probably depositional setting of the studied deposits.

Key words: Early Paleozoic, monomict-quartzose clastics, conglomerates, sheetfloods.

Introduction and geological setting

The thick, siliciclastic unit that typically mantles the Neoprot-
erozoic crystalline rocks of Brunovistulicum (eastern margin
of the Bohemian Massif) has been described as the “Devonian
Basal Clastics“ or Moravian “Old Red“ in the Czech geologi-
cal  literature.  They  were  the  subjects  of  numerous  studies
(Dudek  1960;  Dvořák  1993,  1998;  Dvořák  &  Skoček  1997;
Batík & Skoček 1980; Jaroš & Mísař 1976; etc.). These sedi-
ments were assigned to the Devonian on the basis of their sim-
ilarity  to  Devonian  rocks  in  the  European  neighbourhood.
However, the Devonian age of these clastics is proved by pale-
ontological findings (Chlupáč 1989; Havlíček & Mergl 1990;
Hladil 1985) or suggested by carbonate-clastic interfingering
in  the  Moravian  Karst  facies  only  for  their  uppermost  part
(Chlupáč 1988; Galle et al. 1988; Hladil 1988, 1994). An as-
sumption of Cambrian age existed for some very thick clastic
sequences in SE Moravia (Roth 1981). Recent studies of acri-
tarchs in the boreholes Měnín-1, Němčičky-3 and Němčičky-6
indicated  an  Early  Cambrian  age  (Jachowicz  &  Přichystal
1997; Fatka & Vavrdová 1998).

Basal Paleozoic Clastics (BPC), which seems to be the more

precise  designation  of  the  bulk  of  the  rocks  under  consider-
ation, occur mainly in the subsurface. The greatest part is hid-
den below the Outer Carpathian units. The BPC have a highly
variable thickness (50 m up to > 1500 m), with several post-
Carboniferous erosion windows where the entire Paleozoic se-
quence is entirely removed (Adámek et al. 1980). The tectonic
environment  influenced  the  thickness  of  the  BPC  as  well
(Skoček 1980; Leichmann et al. 1999).

BPC rocks also differ in the composition and lithology. They

are commonly highly mature with a strong prevalence of quartz
and stable minerals. Quartz sandstones and conglomerates are
fairly abundant (Štelcl 1969). A generally decreasing amount of
quartz clasts stratigraphically upward was formerly accepted in

the Czech geological literature. The BPC were subdivided into
three types, mainly on the basis of petrographic studies. These
types are: (1) polymict clastics with a lower content of quartz,

Fig. 1. Location map of the Červený kopec Hill in Brno.

background image

196                                                                    NEHYBA,  LEICHMANN  and  KALVODA

Fig. 2. Variscan zones of the Bohemian Massif and position of in-
vestigated  area.

(2)  monomict-quartzose  clastics,  and  (3)  arcose  and  quart-
zose sandstones and mudstones (Skoček 1980). The BPC are
usually green or red coloured. The abundance of quartz clasts
corresponds to ultrastable composition of the heavy mineral
association.  Argillaceous  or  clayey  beds  are  relatively  rare.
Pokorný  (1948)  and  Přichystal  (1993)  described  coarse-
grained, intermediate volcanic tuff layers within the BPC.

The  presence  of  the  BPC  reflects  the  evolution  of  the

Brunovistulian  Panafrican  Terrane.  The  presence  of  Lower
Cambrian continental and marine siliciclastic sediments may
indicate extension related to the fragmentation of the Gond-
wana Panafrican margin. After the early Paleozoic accretion,
the  Brunovistulian  Terrane  formed  a  Baltica  promontory,
which was involved in an oblique convergence with the Ar-
morican group of terranes during the Devonian and Carbon-
iferous. In the first stage of convergence, a slab pull contrib-
uted to the widespread aegotype rifting on the Brunovistulian
passive margin and led to the formation of half-graben sub-
basins where Devonian Basal Clastics (DBC) were deposited
(Kalvoda 1995). These red continental rocks have been com-
pared to the Old Red facies of the British Isles. However, in
contrast  to  the  typical  British  Old  Red  facies,  they  do  not
represent a Caledonian molasse.

According  to  present  knowledge,  it  is  assumed  that  the

BPC originated in a mainly fluvial and lacustrine deposition-
al  environment  with  occasional  alternation  with  nearshore
marine  sedimentation  at  the  top  of  the  sequence.  Opinions
about an origin as residues, aeolian silts and sands or coastal
sabkha  have  been  presented  by  Zádrapa  &  Skoček  (1983)
and by Dvořák & Skoček (1997).

All these findings proved that besides the rough similarity

of the BPC, great differences in stratigraphy, depositional en-
vironments,  source  areas,  tectonic  and  basinal  settings,  etc.

must be taken into account in the process of geological eval-
uation of these rocks.

The presented paper is focused on the nicely exposed pro-

file  of  the  BPC  (monomict-quartzose  clastics)  on  the  Čer-
vený kopec Hill in the southern part of the city of Brno. In
the  locality  studied  here,  the  BPC  is  supposed  to  represent
the  first  member  of  the  “Moravian  Karst  Development“
(Zukalová  &  Chlupáč  1982)  which  is  characterized  by  the
predominance  of  shallow-water  platform  carbonates  at  the
top. The BPC can be studied both in the river Svratka bench
cut and in quarries on the hill. The basement is not exposed.
The  area  is  situated  in  a  N-S  elongated  depression  that  ex-
tends between Červený kopec Hill in the south and the Babí
lom Hill in the north (Fig. 1). The position of the Moravia in
the context of Paleozoic terrains geology is presented in Fig.
2, and geological development of this area during the Devo-
nian is described in Fig. 3.

The  aim  of  the  present  study  is  to  describe  depositional

processes and environments and to contribute to the recogni-
tion of source areas.

Sedimentary facies and facies distribution

Five  lithofacies  (A—E)  have  been  recognized  within  the

logged profile (Fig. 4) on the basis of textures, sedimentary
structures  and  geometry  of  bedding  surfaces.  The  width  of
the studied profile was limited (max. 10 m) and enabled the
study only in one direction.

Facies A

The most common facies (about 86 %) consists of rhyth-

mic  conglomerate  and  sandstone  planar  couplets  (Fig.  5A
and  5B).  Almost  planar  beds  of  pebbly  conglomerate  (cob-
bles are very rare) are rhythmically interstratified with planar
beds of parallel laminated pebbly sandstone. This rhythmic
stacking of relatively coarse and fine beds is a most charac-
teristic  feature  of  facies  A.  The  thickness  of  each  couplet
ranges between 8 cm and 30 cm.

Both conglomerate and sandstone beds are poorly sorted.

The conglomerates play a relatively more important role in
the  couplets.  They  are  clast-supported  or  show  open-work
fabric. Pebbles and small cobbles are mainly subrounded to
rounded,  although  angular  clasts  have  also  been  noted.
Quartz  pebbles  dominate,  chert  pebbles  occur  rarely.  The
maximum length (A-axis) of clasts is 12 cm, but it averages
3—4  cm.  Crude,  preferred  orientation  of  elongated  pebbles,
dominantly  perpendicular  to,  but  also  parallel  to  the  sup-
posed  transport  direction  can  be  traced.  Vertically  aligned
clasts were observed close to the base of a bed. Sandstones
are  medium  to  very  coarse  grained,  and  contain  scattered
pebbles up to 3 cm in size. Locally crude planar bedding with
aligned coarser elongated clasts can be found.

The bedding planes are mainly sharp, flat or erosive. Low-

relief scouring was observed on the base of beds. The beds are
laterally persistent on the scale of outcrop. In places they dis-
play broad convex-down shape (very broad and flat channels?).
These beds have almost continuous sheet-like geometry.

background image

DEPOSITIONAL  ENVIRONMENT  OF  THE  “OLD RED”  SEDIMENTS,  BOHEMIAN MASSIF                    197

Facies B

Laterally limited wedges of gravely sandstone with cross

or  planar  stratification  belong  to  this  facies  (Fig.  6).  The
sandstone is medium to coarse-grained and micaceous. Scat-
tered pebbles and angular clasts up to 0.7 cm in diameter are
more abundant towards the top of the beds. Cross-bedding is
slightly sigmoidal. Facies B is interfingering and interstrati-
fied with facies A. Beds of facies B are laterally discontinu-
ous and erosively cut by overlaying facies A. Facies B repre-
sents only 3.8 % of the logged profile and occurs only in the
upper part of the studied profile.

The orientation of the cross-beds is oblique to dip of bed-

ding planes and for that reason upfan-dipping (backsets) can
be  supposed.  The  angle  of  cross  bedding  reaches  20°.  Bed
thickness ranges from 10 to 30 cm, and cross-bedding is best
developed in the thickest beds.

Facies C

Facies  C  consists  of  beds  of  clast-supported  conglomer-

ates, occasionally clast- to matrix-supported, ungraded, mas-
sive to crudely parallel bedded. Vertically aligned clasts are
present. Bed thickness ranges from 20 to 40 cm. The largest
clasts are 6 cm in diameter, dominantly about 3 cm. Facies C
occurs only interstratified with facies A and represents 3.4 %
of the studied profile.

Facies D

This facies is formed by medium to coarse-grained, granu-

lar or pebbly sandstone with coarser clasts concentrated near
the base of the bed (gravel lag?) and parallel bedding with
scattered  coarser  grains  in  the  upper  part  (Fig.  7).  Normal
grading can be observed due to fining upwards of sandstone

Fig. 3. Geological development of  Moravia during the Lower Paleozoic.

grains  and  lower  presence  of  pebbles  towards  the  top.  The
conglomerates are poorly sorted, with the maximum grain-
size about 1 cm, occasionally up to 3 cm. Both angular and
subrounded clasts have been observed. The content of angu-
lar, coarser clasts seems to be higher than in facies A. Bed
thickness  ranges  from  8  cm  to  30  cm.  Facies  D  represents
7.1 % of the studied profile and has been documented main-
ly near the base of the studied profile.

Erosive soles with broad convex-down shapes are typical.

The  repeated  occurrence  of  low-relief  scours  (up  to  10  cm
depth  and  max.  50  cm  width)  has  been  observed  along  the
base  of  some  coarser  beds.  Pebble  preferred  orientation  is
rare. The beds of facies D cut each other erosively and are fi-
nally erosively cut by conglomerates of facies A.

Facies E

Facies  E  is  formed  by  red  mudstone  or  very  fine  sand-

stone,  massive  or  parallel  laminated.  Sandstone  is  mica-
ceous. Facies E is extremely rare (0.5 % of the studied pro-
file)  and  occurs  as  interbeds  within  facies  D.  The  beds  are
only  2  to  7  cm  thick.  They  occur  either  as  small  erosional
relics or as thin layer traceable for the distance of only 3 m.
Both lower and upper bedding planes are irregular. Tops are
erosive,  locally  with  broad  scourings.  Small  loading  struc-
tures are rarely observed (Fig. 7).

Depositional processes and sedimentary

environment

The interfingering of facies A and B points to their common

origin.  They  are  the  products  of  sediment-charged,  upper-
flow-regime sheetfloods of high capacity and competence that
expanded across the almost flat surface of a fan or its active

background image

198                                                                    NEHYBA,  LEICHMANN  and  KALVODA

lobes. Hence, depositional environment is interpreted as an al-
luvial fan mostly formed by catastrophic sheetfloods typified
by  supercritical  condition.  Sheetfloods  are  instigated  by  the
rapid drainage of high volumes of water from the catchment
after  heavy  rainfall,  rapid  snowmelt  or  released  stored  water
(Blair 1999). Facies A and B are interpreted as having originat-
ed  as  upper-flow-regime  antidune  bedforms  deposited  on  the
fan surface beneath evolving standing wave trains of high-dis-
charge sheetfloods (cf. Blair 1999; Blair & McPherson 1994).
Waves are autocyclically developed and destroyed many times
during  a  single  flood  and  numerous  sheetflood  couplets  may
have been deposited during one flash-flood event.

Facies  B  is  typical  for  sedimentation  during  the  growth

phase of a standing wave cycle, whereas facies A is the prod-

uct  of  a  violent  style  of  standing  wave  destruction.  Details
about the origin of upper-flow-regime sheetfloods facies and
standing waves are described by Blair (1999). A sharp, rather
than gradational contact between conglomerate and sandstone
implies that coarse member deposition occurs in a rapid pulse,
followed by a more sustained phase of finer-grained fall-out of
the intermittent suspended load. The alternation of coarser and
finer material is caused by changing hydraulic conditions re-
lated to flow expansion and decreasing slope, as well as to in-
trinsic variations in depth and velocity typical of supercritical
flow.

The strong predominance of facies A over the facies B in the

studied fan indicates that the standing waves most commonly
underwent destruction by violent breakage and washout. The

Fig. 4. Lithological log through “Devonian Basal Clastics” on the Červený kopec Hill and facies distribution.

background image

DEPOSITIONAL  ENVIRONMENT  OF  THE  “OLD RED”  SEDIMENTS,  BOHEMIAN MASSIF                    199

relatively  low  preservation  of  facies  B  and  the  thickness  of
single beds also reflect relatively shallow flows. Preservation
of  cross-bedded  antidune  sets  is  most  likely  in  the  proximal
fan,  where  flow  depth  is  greatest.  The  spatial  distribution  of
facies B supports the idea of a mainly distal part of the fan (or
its lobe) and its prograding.

The interpretation of facies C is difficult, because of uncer-

tainty regarding the shape of beds and their orientation on the
fan  (ribs,  clusters?).  A  close  relationship  to  the  facies  A  re-
flects a secondary reworking of the host sheetflood deposits.
The surface of the fan was reworked and partly eroded away
during  subsequent  non-catastrophic  overland  flows.  These
flows are usually not strong enough to remove coarser gravel,
and  tend  to  produce  coarse  clast  lags  by  winnowing  fine-
grained material. The very minor role of these deposits within
the studied profile suggests that such secondary processes only
slightly remoulded the shape of the fan. This is consistent with
rapid  deposition  on  the  fan  and  sufficient  accommodation
space (tectonic subsidence?).

The deposits of facies D are interpreted as the products of

waning traction currents initially with high competence (Ne-
mec  &  Steel  1984).  This  suggests  deposition  within  “distal
parts” of alluvial fan (or its temporarily inactive lobe). Facies
D has been produced either by overland flows (secondary pro-
cesses), or more probably by stream currents originated from
waning catastrophic flows (primary processes). The erosional
cuts of facies D beds itself and erosional contact with overlay-

ing  facies  A  can  represent  important  “bounding  surface”  re-
flecting progradation of the fan (tectonic or climatic cycles?).
This interpretation can be supported by the close relationship
of facies D and E (see Fig. 4).

Facies E represents suspended load deposition in quiet con-

ditions. It forms only erosional relics. Their presence provides
evidence of probably shallow and small depressions on the fan
surface. These depressions occurred in the more distal part of
the  fan  (or  its  inactive  lobes)  and  were  filled  mainly  during
overland  flows  (secondary  processes).  The  minimal  role  of
these deposits in the studied section supports the opinion about
mud deficiency in the depositional system, which is primarily
connected with processes in the source area. It also supports
the minor role of secondary processes and relatively rapid dep-
osition (aggradation of the fan).

The sandstones (facies B) were studied in detail to add some

information  about  the  source  rocks.  Quartz,  plagioclase,  K-
feldspar,  biotite,  muscovite,  and  pebbles  of  ryolites,  pegma-
tites, slates and clasts of sandstones and siltstones formed the
main  components.  The  cathodoluminescence  (CL)  study  of
selected polished thin-section have provided some additional
information important for interpretation. Quartz and plagio-
clase  as  the  dominant  minerals  were  subjected  to  the  CL
study (Fig. 8).

Six types of quartz were distinguished in the samples (Fig.

8). The first type exhibits bright red luminescence with clear
zoning.  This  feature  is  typical  for  high-temperature  quartz

Fig. 5A, B. Rhythmic conglomerate and sandstone couplets.

Fig. 7. Erosional relic of red mudstone (facies E) within the medi-
um to coarse-grained granular to pebbly sandstone (facies D).

Fig.  6.  Gravelly  sandstone  with  well  developed  cross  stratifica-
tion.

background image

200                                                                    NEHYBA,  LEICHMANN  and  KALVODA

derived from volcanic rocks, such as rhyolites. Some grains
exhibit bright blue luminiscence with indistinct zoning. This
population  was  probably  derived  from  acid  plutonic  rocks
such  as  granites.  The  majority  of  quartz  displays  dark  blue
luminescence.  These  grains  were  probably  derived  either
from granites or high-grade gneisses. The quartz grains with-
out CL or with dull purple-brown CL point to low-tempera-
ture source rocks, for example, older sediments or low-grade
metasediments. Quartz grains with medium blue rims formed
the 6-th type of quartz. Because the rims are developed over
all previously mentioned quartz types, they must be of diage-
netic origin.

Several  types  of  plagioclase  grains  were  also  identified  in

the rock (Fig. 8). The most common type exhibits bright blue
or yellow-blue CL. Some grains are normally zoned with the
yellow CL in the centre and blue CL at the rim. Other grains
with purple-magenta CL are strongly altered in the core. Both
types were probably derived from plutonic rocks. Some grains
exhibit only dull purple-blue CL, or are without CL due to al-
teration.

Discussion

Alluvial  fans  constructed  principally  by  water  flows  have

been documented in both arid and humid weather conditions
(Nemec & Postma 1993; Blair & McPherson 1994), although
fans dominated by water-laid deposits are sometimes interpret-
ed as originating in humid conditions and fans dominated by
debris-flow deposits as originating in arid conditions. Numer-
ous factors can potentially affect fan sedimentation including
climate, tectonic conditions, catchment area and relief, vegeta-
tion type and density, fan area, density of fans in their catch-
ment, relief and drainage density, bedrock types in the catch-
ment area (Blair 1999).

The slope materials are transported to the fan as fluid gravi-

ty flows (i.e. water flows), in which sediment is moved by the
force of water. In the studied case, the primary fan processes
were represented by fluid gravity flows generated by destabili-
zation  of  colluvial  slopes  in  the  drainage  basin  (sheetfloods
and  incised-channel  floods).  Fluid  gravity  flows  result  from
flashy concentration of runoff from snowmelt or rainfall over
colluvial slopes in drainage-basins, leading to sediment-laden
and catastrophic discharge downslope. Debris flows fail to be
generated in this situation, because of the low concentration of
clay  in  colluvium,  insufficient  sediment  concentration,  or  a
slow rate of sediment entrainment by the flow. Colluvium can
be  transported  within  these  flows  as  bed  load,  or  suspended
load, and the sediment content may range from low to hyper-
concentrated (Blair & McPherson 1994).

A casual relationship exists between the primary sedimenta-

ry  processes  active  on  alluvial  fans  and  in  drainage  basins
(Blair  &  McPherson  1994;  Nemec  &  Postma  1993).  In  the
studied case, a relatively mature stage of the evolution of the
alluvial  fan  and  the  drainage  basin  can  be  presumed.  The
abundant presence of subrounded and rounded quartz pebbles
reflects multiple redeposition within the drainage basin before
the final deposition on the alluvial fan depositional lobe. The
absolute dominance of sheetflood deposits can be connected to

a relatively low fan slope angle. The relative absence of boul-
ders and predominance of pebbles, together with abundance of
coarse  sand,  can  be  explained  by  relative  scarcity  of  coarse
gravel in the source area. The absence of incised channel fa-
cies can be explained by the distal position of the studied de-
posits with respect to the fan apex.

Though  both  debris-flow  and  sheetflood  deposits  can  be

present on the same fan, most modern alluvial fans are domi-
nated by one of these. This is because lithological and weath-
ering conditions in the drainage basin usually promote one of
these  processes  to  the  near  exclusion  of  the  other  (Blair  &
McPherson 1994). The domination of sheetfloods over debris-
flows  occurs  on  fans  where:  (1)  the  drainage-basin  bedrock
weathers  to  produce  clay-deficient  sediment,  or  (2)  the  size,
storage capacity, and roughness of the catchment of the feeder
channel and channel gradient commonly incite deposition of
debris flows before they reach the fan site. The very low pres-
ence of mud material in the studied section is remarkable. It
can be explained by the deficiency of clay material within the
weathered source rock and by the further transport of such ma-
terial on the fan slopes (climatic control?). Clay-deficient col-
luvial  sediments  are  commonly  generated  in  drainage  basins
underlain either by quartzose deposits or acid crystalline bed-
rock  under  arid  conditions  of  weathering.  The  petrological
study indicates that the source area of the BPC was heteroge-
neous.  Granites  and  possibly  gneisses  were  the  dominant
sources. Other components were derived from rhyolites, older
siliciclastic  sediments  and  low-grade  metamorphic  rocks.
Only  granites  and  small  rhyolite  bodies  are  exposed  in  the
broader vicinity of the studied section in the present-day ero-
sion level. However, muscovite is not a typical mineral for the
granites  in  the  basement  nearby.  Some  clasts,  at  least,  must
therefore be interpreted as exotic with respect to the recently
known geological situation.

An important role can also be played by rapid uplift and ero-

sion under minimal chemical, but intense mechanical weather-
ing. In the studied case, the occurrence of such conditions is
supported by the presence of rounded quartz pebbles together
with  angular  clasts,  mostly  from  granitic  source  rocks,  rela-
tively  fresh  feldspars  without  traces  of  kaolinite  weathering
features, fresh biotite, etc.

Fig.  8.  Thin-section  photomicrographs  of  BPC  on  Červený  kopec
Hill. – Fresh and non-zoned  plagioclase with bright blue lumi-
nescence.  LP  (length  of  the  photograph)  is  1.2  mm,  B  –  Plagio-
clase  grain  with  magenta  CL  and  altered  core  without  CL.  The
bright  orange  grains  in  the  altered  zone  are  carbonates.  LP  is  1.2
mm, – Zoned plagioclase with very bright core (originally yel-
low CL), bright blue rim and a zone with dull blue CL in-between.
Plagioclase without CL could be found on the left side of the pho-
tograph.  LP  is  1.2  mm,  D  –  The  same  area  as  in  C,  but  with
crossed polars, – The three main quartz types in CL image. The
most  common  grains  exhibit  dull  blue  luminiscence.  Grains  with
bright  blue  or  bright  red  CL  are  not  so  abundant.  Note  that  some
grains are rimmed by authigenic quartz with medium blue CL. LP
is 3.2 mm, – The same area as in E, but with crossed polars, G
– Plagioclase with dull purple CL as a consequence of alteration
(left-right  corner)  and  common  plagioclase  fragment  with  bright
blue luminescence (right down). LP is 1.2 mm.

background image

DEPOSITIONAL  ENVIRONMENT  OF  THE  “OLD RED”  SEDIMENTS,  BOHEMIAN MASSIF                    201

background image

202                                                                    NEHYBA,  LEICHMANN  and  KALVODA

A down-fan change from debris flows to fluid flows is sup-

posed  in  some  large  fans  (Ammorosi  1996;  Leeder  1999;
Wells & Harvey 1987; Yoshida 1994). Facies sequences are in
that  case  dominated  by  stream  channels  deposits  on  various
scales. Such channels are probably absent in the studied case.

The  depositional  settings  of  the  studied  deposits  can  most

probably  be  associated  with  high-angle  normal  or  strike-slip
faults within a continental extensional basin (cf. Busby & In-
gersoll  1995).  The  question  of  drainage  catchment  area,  fan
slope  and  area  is  difficult  to  discuss  because  of  insufficient
data.

Previous  discussion  is  based  mainly  on  comparison  with

modern or Pleistocene fans. Some differences in sedimentary
processes and environments may be expected between modern
alluvial  fans  and  the  studied  Lower  Paleozoic  ones,  formed
before the appearance of abundant metazoans and land plants
(MacNaughton  et  al.  1997).  Similar  sedimentary  structures
and facies associations have been observed in conglomerates
of Middle Devonian Pointagare Group (Old Red Sandstone se-
quences of Western Ireland) which are interpreted as alluvial
fan deposits (Richmond 1998).

Conclusions

Lower  Devonian  monomict-quartzose  coarse-grained  clas-

tics from Červený Kopec Hill near Brno are interpreted as the
deposits  of  an  alluvial  fan  mainly  formed  by  catastrophic
sheetfloods.

The mode of transport of the material was controlled both

by the source area (chemistry of source rocks, weathering con-
dition, extent of the drainage basin) and the alluvial fan itself
(shape, angle of the slope, rapid deposition and formation of
accommodation space, etc.).

The provenance of the deposits was heterogeneous and geo-

logically varied. The main source was probably granites and
gneisses, other components were derived from rhyolites, older
siliciclastic sediments and low-grade metamorphic rocks. The
important presence of muscovite reflects some role of an exot-
ic  source  area  with  respect  to  the  recently  known  geological
situation. The abundant presence of subrounded and rounded
quartz pebbles reflects multiple redeposition within the drain-
age basin before the final deposition in the alluvial fan deposi-
tional lobe. The deficiency of clay material within the weath-
ered  source  rock,  rapid  uplift  and  erosion  under  intense
mechanical  weathering  together  with  the  relatively  low  fan
slope angle were the most important factors for absolute domi-
nance  of  sediment  transport  by  fluid  gravity  flows  (sheet-
floods). These flows were relatively shallow.

Mainly the distal part of the fan (or its lobe) can be observed

in the studied profile. Five different lithofacies have been rec-
ognized in the logged profile on the basis of different grain-
size, sedimentary structures and shape of bedding-plains. The
absolutely dominant facies was formed by almost planar beds
of pebbly conglomerate rhythmically interstratified with pla-
nar  beds  of  parallel  laminated  pebbly  granular  sandstone.
These couplets formed more than 80 % of the profile.

The surface of the fan was reworked and partly eroded dur-

ing  subsequent  non-catastrophic  overland  flows.  These  sec-

ondary processes played a minor role and slightly remoulded
the  surface  of  the  fan.  A  relatively  complicated  stage  of  the
evolution of the alluvial fan and drainage basin can be accept-
ed. The limited length and width of the profile and post-depo-
sitional tectonic did not allow us to reconstruct the shape and
orientation of the whole alluvial fan. Continental extensional
basin stage represents the most probably depositional settings
for the studied deposits which is in accord with the interpreta-
tion of the Devonian basal clastics as a record of the initial rift-
ing phase of the Brunovistulian foreland (Kalvoda 1995).

Acknowledgment: The study was supported by the Research
Project CEZ J07/98-1431000004.

References

Adámek J., Dvořák J. & Kalvoda J. 1980: Contribution to geologi-

cal  structures  and  oil-perspective  of  the  Nikolčice-Kurdějov
Ridge. Zem. Plyn Nafta 25, 4, 441—474 (in Czech).

Ammorosi A. 1996: Genetically related alluvial deposits across  ac-

tive  fault  zones:  an  example  of  alluvial  fan-terrace  correlation
from the upper Quaternary of the southern Po Basin, Italy. Sed.
Geol.
 102, 275—295.

Batík P. & Skoček V. 1980: Lithological development of Palaeozoic

on the eastern edge of Thaya Massif. Czech Geol. Survey Bull.
56, 6, 337—347 (in Czech).

Blair T.C. 1999a: Sedimentary processes and facies of the waterlaid

Anvil  Spring  Canyon  alluvial  fan,  Death  Valley,  California.
Sedimentology 46, 913—940.

Blair  T.C.  1999b:  Sedimentology  of  the  debris-flow-dominated

Warm  Spring  Canyon  alluvial  fan,  Death  Valley,  California.
Sedimentology 46, 941—965.

Blair T.C. 1999c: Cause of dominance by sheetflood vs. debris-flow

processes on two adjoining alluvial fans, Death Valley, Califor-
nia. Sedimentology 46, 1015—1028.

Blair  T.C.  &  McPherson  J.G.  1994:  Alluvial  fans  and  their  natural

distinction  from  rivers  based  on  morphology,  hydraulic  pro-
cesses,  sedimentary  processes,  and  facies  assemblages.  Sed.
Res.
 54, 3, 450—489.

Busby C.J. & Ingersoll R.V. 1995: Tectonics of Sedimentary Basins.

Blackwell Science, 1—549.

Chlupáč  I.  1988:  The  Devonian  of  Czechoslovakia  and  its  strati-

graphical  significance.  Devonian  of  the  world,  I.  Canad.  Soc.
Petrol. Geol.
 Mem. 14, 1,  481—497.

Dudek  A.  1960:  Crystalline  shales  and  Devonian  in  eastern  direc-

tion  from  Znojmo.  Czech  Geol.  Survey  Mem.  26,  1,  101—141
(in Czech).

Dvořák  J.  1993:  Brno-Pisárky,  Červený  kopec  –  Basal  Devonian

Clastic formation (Old Red). Excursion Guide of 27

th

 Geologi-

cal Meeting, 73—74 Brno.

Dvořák J. 1998: Lower Devonian basal clastics – Old Red forma-

tion,  Southern  Moravia,  Czech  Republic.  Czech  Geol.  Survey
Bull.
 73, 4, 271— 279.

Dvořák J. & Skoček V. 1997: Evidence of coastal sabkha in the Ear-

ly  Devonian  sequence  at  Tišnov,  Western  Moravia.  Czech
Geol. Survey Bull.
 72, 3, 273—276.

Falk P.D. & Dorsey R.J. 1998: Rapid development of gravelly high-

density  turbidity  currents  in  marine  Gilbert-type  fan  deltas,
Loreto  Basin,  Baja  California  Sur,  Mexico.  Sedimentology  45,
331—349.

Fatka  O.  &  Vavrdová  M.  1998:  Early  Cambrian  Acritarcha  from

sediments underlying the Devonian in Moravia (Měnín 1 bore-
hole, Czech Republic). Czech Geol. Survey Bull. 73, 1, 55—60.

background image

DEPOSITIONAL  ENVIRONMENT  OF  THE  “OLD RED”  SEDIMENTS,  BOHEMIAN MASSIF                    203

Galle A., Friáková O., Hladil J., Kalvoda J., Krejčí Z. & Zukalová V.

1988:  Biostratigraphy  of  Middle  and  Upper  Devonian  carbon-
ates  of  Moravia,  Czechoslovakia.  Devonian  of  the  world,  III.
Canad. Soc. Petrol. Geol. Mem. 14, 3, 633—645.

Havlíček  V.  &  Mergl  M.  1990:  Lower  Devonian  brachiopods  at

Petrovice (Drahany Upland, Moravia). J. Czech Geol. Soc. 35,
3, 225—238.

Hladil  J.  1985:  The  presence  of  the  Eifelian  tabulate  corals,  chae-

tetids and heliolitids in SE Moravia. Zem. Plyn Nafta 30, 1, 17—
30 (in Czech).

Hladil  J.  1988:  Structure  and  microfacies  of  the  Middle  and  Upper

Devonian  carbonate  bildups  in  Moravia,  Czechoslovakia.  De-
vonian of the world, II. Canad. Soc. Petrol. Geol. Mem. 14, 1,
607—618.

Hladil J. 1994: Moravian Middle and Late Devonian Buildups: evo-

lution in time and space with respect to Laurussian shelf. Cou-
rier Forschungsinstitut Senckenberg
 (Frankfurt am Main) 172,
111—125.

Jachowicz M. & Přichystal A. 1997: Lower Cambrian sediments in

deep boreholes in south Moravia. Czech Geol. Survey Bull. 72,
4, 329—332.

Jaroš  J.  &  Mísař  Z.  1976:  Deformed  Devonian  basal  clastics  (con-

glomerates and quartzites) of the Závist thrust sheet. Excursion
guide
 (compiled by K. Schulmann, M. Lobkowicz, R. Melka).
35. Prague.

Kalvoda J. 1995: Devonian basins at the Eastern Avalonia margin in

Moravia. Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 1994, 2,  48—50 (in Czech).

Leeder M. 1999: Sedimentology and Sedimentary Basins. Blackwell

Science,  1—512.

Leichmann J., Kalvoda J. & Nehyba S. 1999: Early Palaeozoic evo-

lution of Brunovistulicum and its sedimentary cover. J. Confer-
ence Abstracts
, EUG 10,  97, Cambridge.

MacNaughton R.B., Dalrymple R.W. & Narbonne G.M. 1997: Early

Cambrian  braid-delta  deposits,  MacKenzie  Mountains,  north-
western Canada. Sedimentology 44, 587—609.

Nemec W., Porębski S.J. & Steel R.J. 1980: Texture and structure

of resedimented conglomerates: examples from Książ Forma-
tion (Famennian-Tournaisian), sw. Poland. Sedimentology 27,

519—538.

Nemec  W.  &  Postma  G.  1993:  Quaternary  alluvial  fans  in  south-

western Crete: sedimentation processes and geomorphic evolu-
tion.  In:  Marzo  M.  &  Puigdefabregas  C.  (Eds.):  Alluvial
Sedimentation. IAS Spec. Publ. 17, 235—276.

Nemec  W.  &  Steel  R.J.  1984:  Alluvial  and  coastal  conglomerates:

their  significant  features  and  some  comments  on  gravelly
mass-flow deposits. Canad. Soc. Petrol.Geol. Mem. 10, 1—31.

Pokorný M. 1948: Report about geological conditions in the south-

ern part of the Moravian Karst in the Hády—Mokrá range. Věst.
Stát. Geol. Úst.
 23 (in Czech).

Přichystal A. 1993: Palaeozoic to Quaternary volcanism in geologi-

cal  history  of  Moravia  and  Silezia.  In:  Přichystal  A.,  Obstová
V. & Suk M. (Eds.): Geology of Moravia and Silezia. Moravi-
an Museum
, Brno, 56—70 (in Czech).

Richmond  L.  1998:  Fluvial-eolian  interactions  and  Old  Red  Sand-

stone  basin  evolution,  Northwest  Dingle  Peninsula,  County
Kerry, Southwest Ireland. Unpublished PhD. thesis, University
of Aberdeen.

Skoček  V.  1980:  New  findings  about  lithology  of  Devonian  basal

clastics of Moravia.  Czech Geol. Survey Bull. 55, 1, 27—37 (in
Czech).

Štelcl J. 1969: Polymict conglomerate from Hády near Brno. Folia

Fac.  Sci.  Nat.  Univ.  Purkyniae  Brunnensis,  Geol.  10,  6,  3—38
(in Czech).

Wells  S.G.  &  Harvey  A.M.  1987:  Sedimentologic  and  geomorphic

variations  in  storm-generated  alluvial  fans,  Howgill  Fells,
Northwest England. Geol. Soc. Amer. Bull. 98, 182—198.

Yoshida  F.  1994:  Interaction  between  alluvial  fan  sedimentation,

thrusting,  and  sea  level  changes:  an  example  from  the  Ko-
meno  Formation  (Early  Pleistocene),  SW  Japan.  Sed.  Geol.
92, 97—115.

Zádrapa M. & Skoček V. 1983: Sedimentological assessment of bas-

al  Devonian  clastics  and  Paleozoic  carbonates  in  the  sector
South. Zem. Plyn Nafta 28, 267—289 (in Czech).

Zukalová  V.  &  Chlupáč  I.  1982:  Stratigraphical  classification  of

non-metamorphosed  Devonian  of  the  Moravosilezian  Unit.
Čas. Mineral. Geol. 27, 3, 225—241 (in Czech).