background image

GEOLOGICA CARPATHICA, OCTOBER 2008, 59, 5, 395—409

www.geologicacarpathica.sk

New methods for ichnofabric analysis and correlation with

orbital cycles exemplified by the Baden-Sooss section

(Middle Miocene, Vienna Basin)

PETER PERVESLER

1

, ALFRED UCHMAN

2

 and JOHANN HOHENEGGER

1

1

Department of Paleontology, University of Vienna, Althanstrasse 14,

 

1090 Vienna, Austria;

peter.pervesler@univie.ac.at;  johann.hohenegger@univie.ac.at

2

Institute of Geological Sciences, Jagiellonian University, Oleandry 2a, 30-063 Kraków, Poland;  alfred.uchman@uj.edu.pl

(Manuscript received December 13, 2007; accepted in revised form June 12, 2008)

Abstract: A two step cluster analysis based on log-likelihood measures for categorial variables using ‘Schwarz’s Bayesian
Criterion’ for grouping allows the automatic detection of ichnofabric categories from a large data set. Preferred succes-
sions of these ichnofabrics were tested by ‘Embedded Markov Chains’. This leads to the following ichnofacies interpreta-
tion:  Alternating  periods  of  higher/lower  accumulation  rates  with  higher/lower  inputs  of  particulate  food  and  higher/
lower oxygen contents in pore waters led to sequential colonization of the substrate. The trace fossils Phycosiphon and
Nereites represent opportunistic colonization of oxygenated sediments rich in particulate organic matter (POM) by de-
posit-feeding animals, quickly after an increased sediment input. A further stage of colonization caused by the decrease of
POM induced by consumption and oxidation forced the animals to search for food on sediment surfaces and from the water
column. The open burrows Thalassinoides, Chondrites, Trichichnus and Zoophycos indicate stable-bottom conditions in
periods of low accumulation rates. ZoophycosPhycosiphonNereites and Teichichnus suggest the Zoophycos ichnofacies
for the lower section of the core; a transition to the distal part of the Cruziana ichnofacies is suggested for the upper section
of the core with the appearance of Thalassinoides. The changes between stable and unstable bottom conditions signifi-
cantly correlate with periods in magnetic susceptibility and calcium carbonate content, both forced by orbital cycles.

Key words: Miocene, Badenian, Vienna Basin, statistical analysis, orbital cycles, trace fossils, ichnofabrics.

Introduction

Trace fossil and ichnofabric analysis is a powerful tool in the
recognition of ecological parameters such as energy level, oxy-
gen  content,  food  supply,  salinity  or  stability  of  the  environ-
ment. Several ichnological researches refer to the Badenian of
the  Central  Paratethys  (e.g.  Abel  1928;  Kühnelt  1931;  Klee-
mann 1982; Hohenegger & Pervesler 1985; Pervesler & Uch-
man 2004; Pervesler & Zuschin 2004), but almost all of them
concern littoral sandy sediments or rocky shores.

By  drilling  close  to  the  Badenian  stratotype  (Middle  Mi-

ocene) near the western margin of the southern Vienna Ba-
sin,  a  continuous  102 m  section  of  mostly  fine-grained
sublittoral Badenian deposits was obtained. Biostratigraphy,
paleoecology,  sedimentology,  geochemistry,  magneto-
stratigraphy and magnetic climate proxies such as magnetic
susceptibility  (Khatun  et  al.  2006;  Hohenegger  et  al.  2008)
of  the  core  were  studied  in  FWF-Project  P13743  –  BIO.
The main aim of this paper is to present the results of the ich-
nological analysis.

Geological setting

The  drill  site  is  situated  near  the  western  margin  of  the

southern Vienna Basin (Fig. 1). The basin formed during the
Neogene  lateral  extrusion  within  the  Eastern  Alps  (Ratsch-
bacher  et  al.  1991),  is  situated  at  the  junction  of  the  Eastern

Alps and the Western Carpathians (e.g. Decker 1996; Hamil-
ton et al. 2000). The scientific borehole at Baden-Sooss pene-
trated a succession of Badenian (Langhian, Middle Miocene)
deposits, below the type section of the Badenian stage, the old
Baden-Sooss  brickyard  near  Baden  (Papp  et  al.  1978).  The
“Badener Tegel” is placed into the Baden Group which is sub-
divided  into  the  Jakubov  Formation  and  the  Lanžhot  Forma-
tion (e.g. Kováč et al. 2004). The part of the Badenian within
the  Baden-Sooss  borehole  can  be  correlated  to  the  Lanžhot
Formation.

Material and methods

Preparation and documentation

After the core was split longitudinally and the cross-section

was  smoothed,  it  was  scanned  and  photographed  digitally.
The  image  series  was  used  for  ichnological  analyses.  Trace
fossils were detected from 8 to 102 meters of the core depth.
Additional  cuts  were  made  parallel  to  bedding.  The  contrast
obtained  by  moistening  the  core  sections  was  further  im-
proved by graphic software elaboration of the images.

Statistical methods

The core was divided into 25 cm intervals and ichnofossils

were determined for each interval as present/absent, resulting

background image

396

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

in a data matrix of 376 samples by 12 ichnospecies. Lamina-
tion  was  included  as  a  further  qualitative  character.  Samples
were  clustered  using  the  ‘Two  Step  Cluster  Analysis’  de-
signed to handle very large data sets (SPSS 2006; Zhang et al.
1996).  Log-likelihood  measures  appropriate  to  categorical
variables  functioned  as  distances  between  samples.
‘Schwarz’s  Bayesian  Criterion’  was  used  for  cluster  finding
with  an  automatic  determination  of  cluster  numbers  (SPSS
2006).

Preferred successions of clusters were tested by ‘Embedded

Markov Chains’ (Davis 2002), thus excluding self-transforma-
tions. General tendencies in ichnofabric composition along the
core were shown in percentages of ichnofabric types calculat-
ed over an interval of 3 meters with intervals moving in 25 cm
steps (‘moving percentages’).

Finally, correlations of each ichnospecies with quantitative

environmental data were tested using the ‘Point-Biserial Cor-
relation’ (Gibbons 1976). Statistical analyses were performed
with EXCEL (for Markov Chains) and the program packages
SPSS 15.0 and PC-ORD (McCune & Mefford 1999) for com-
plex analyses.

Systematic ichnology

Except for several layers with primary lamination, the core

is completely bioturbated.

Trace  fossils  of  the  ichnogenera  Asterosoma,  Chondrites,

Nereites,  Ophiomorpha,  Palaeophycus,  Phycosiphon,  Scoli-
cia
,  Siphonichnus,  Teichichnus,  Thalassinoides,  Trichichnus
and Zoophycos were distinguished in cross-sections and occa-
sionally on surfaces parallel to bedding. Their distribution in
the core is shown in Fig. 2.

Asterosoma von Otto, 1854

Asterosoma isp.

Fig. 3D

D e s c r i p t i o n :  In  cross-section,  clusters  of  variably  ori-

ented ovals, with faint concentric lamination around a central
lumen. The ovals are 7—18 mm wide and 15—45 mm long. Lo-
cally, the lumen is oval, 5 mm in diameter, and in some cases
filled  with  slightly  coarser  and  darker  sediment  than  in  sur-
rounding laminae. In many cases the centre is poorly outlined
and seen as a dark dot.

R e m a r k s :  The  ovals  are  cross-sections  of  vertical  to  in-

clined elongated bulbs tapering at both ends, with concentric
internal  lamination.  Clusters  of  such  bulbs  form  tree-like
structures  spread  out  from  a  common  vertical  or  inclined
shaft. The morphology of such cross-sections is typical of As-
terosoma
  (e.g.  Bromley  &  Uchman  2003;  Pervesler  &  Uch-
man  2004).  Asterosoma  is  interpreted  as  a  selective-feeding
burrow  of  a  worm  (Pemberton  et  al.  2001).  It  occurs  in  soft
(mostly  siliciclastic,  rarely  carbonate)  substrates  (e.g.  Gibert
1996), typically in various shallow-marine settings, especially
in the upper lower shoreface (Pemberton et al. 2001).

Chondrites von Sternberg, 1833

Chondrites isp.

Fig. 3A

D e s c r i p t i o n : In cross-section, clusters of straight, locally

branched, light bars and dots, 1.5—2 mm wide.

R e m a r k s :  The  described  cross-section  morphology  is

typical  of  Chondrites  (compare  e.g.  Werner  &  Wetzel  1981;
Ekdale & Bromley 1991; Wetzel & Uchman 1998), which in
three  dimensions  is  a  branched  tunnel  system  ramifying  at

Fig. 1. Location map.

background image

397

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

Fig. 2. Section of the core, distribution of ichnotaxa and ichnofabrics.

background image

398

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

depth from a master shaft in a dendritic manner. Chondrites is
interpreted  as  a  chemosymbiotic  feeding  structure  (Fu  1991;
Uchman 1999, and references therein).

Nereites MacLeay, 1839

Nereites isp.

Fig. 3C, E—H

D e s c r i p t i o n : Horizontal to subhorizontal, rarely oblique,

winding  subcylindrical  structures  seen  rarely  on  surfaces  of
parted rocks parallel to the bedding as winding or loosely me-
andering dark ribbons bounded by lighter side zones. The rib-
bon is 3.5—4.0 mm wide and the bounding zone is 1.0—1.5 mm
wide. Locally, the ribbon displays scalariform menisci. Much
more  commonly  this  trace  fossil  is  seen  in  cross-section,
where it appears as clusters of elongated dark, oval spots sur-
rounded  by  a  lighter  halo  (Fig. 3C,E,F,G).  Some  of  the  dark
spots  are  asymmetric  and  pointed  from  one  side.  They  are
1.2—2.0 mm  high  and  mostly  3—10 mm  wide.  Some  of  them
are more elongated as bars up to 30 mm long, with local me-
niscate  structure.  The  lighter  halo  is  1.0—2.5 mm  wide.  The
clusters are commonly as much as 60 mm wide and as much
as 40 mm high.

R e m a r k s :  The  ribbons,  visible  in  cross-section  as  dark

spots, are faecal strings having locally meniscate filling. The
bounded  lighter  zones  seen  in  cross-section  as  the  light  halo
represents  a  reworking  zone  around  the  faecal  string.  These
features are typical of Nereites, which is interpreted as a pasc-
ichnion  made  just  above  the  redox  boundary  (Wetzel  2002).
For discussion of this ichnogenus see Chamberlain (1971), Ben-
ton (1982), Uchman (1995, 1999) and Mángano et al. (2002).
The  described  trace  fossil,  by  its  relatively  narrow  reworking
zone and local scalariform menisci, resembles Nereites missou-
riensis
 (Weller 1899) (see also Conkin & Conkin 1968).

Ophiomorpha Lundgren, 1891

Ophiomorpha isp.

D e s c r i p t i o n :  Vertical  or  oblique,  curved  tubes,  whose

lumen  diameter  ranges  from  5  to  10 mm,  and  whose  wall
thickness  ranges  from  3  to  6 mm.  The  lumen  diameter  and
thickness of the wall are more or less constant in each speci-
men. The wall is built of a material that is slightly lighter than
the host rock. The outer margin of the wall is poorly expressed
or slightly lobate in cross-section.

R e m a r k s :  Size,  orientation  and  thick  wall  suggest  that

this  trace  fossil  belongs  to  Ophiomorpha.  The  lobate  outer
margin  of  the  wall  corresponds  to  the  knobby  wall  exterior
typical of this ichnogenus. Ophiomorpha nodosa is one of the
most  common  shallow-marine  trace  fossils  and  is  produced
mostly  by  thalassinoid  shrimps  (Frey  et  al.  1978;  Ekdale
1992). It is most typical of the Skolithos ichnofacies (Frey &
Seilacher  1980;  Pemberton  et  al.  2001),  but  also  occurs  in
deeper shelf tempestites (Frey 1990; Frey & Goldring 1992).

Palaeophycus Hall, 1847

Palaeophycus tubularis Hall, 1847

D e s c r i p t i o n : Horizontal to oblique simple tubes, 3—5 mm

in diameter, with a thin, light wall.

R e m a r k s :  Palaeophycus  tubularis  is  a  facies-crossing

form produced by carnivorous or omnivorous animals, mostly
polychaetes  (Pemberton  &  Frey  1982).  For  discussion  of
Palaeophycus see also Keighley & Pickerill (1995).

Phycosiphon Fischer-Ooster, 1858

Phycosiphon incertum Fischer-Ooster, 1858

Fig. 3A,C,E—H

D e s c r i p t i o n :  In  cross-section,  clusters  of  curved  dark

bars and spots surrounded by lighter halo. The dark spots and
bars  are  up  to  1mm  thick  and  the  bars  are  up  to  6 mm  long.
Most  of  the  bars  and  spots  are  parallel  or  sub-parallel  to  the
bedding. The clusters are commonly as much as 35 mm wide
and as much as 25 mm high. This trace fossil commonly oc-
curs in the filling of larger burrows.

R e m a r k s : The described structures are typical of poorly

expressed  Phycosiphon  incertum  Fischer-Ooster  (Wetzel  &
Bromley  1994).  It  is  seen  on  bedding  planes  as  horizontal,
curved  small  repeated  lobes  encircled  by  thin  marginal  tun-
nels.  Phycosiphon  incertum  is  a  feeding  structure  (fodinich-
nion) (e.g. Ekdale & Mason 1988).

Scolicia de Quatrefages, 1849

Scolicia isp.

Fig. 3C

D e s c r i p t i o n :  Horizontal  subcylindrical  structures  with

a complex meniscate backfill. In cross-section, they are seen
as oval structures with slightly concave top and concave bot-
tom.  The  bottom  concavity  is  bounded  by  two  oval  protru-
sions, which are about 5 mm in diameter. The structures are
20—35 mm high and 35—75 mm wide. In some cross-sections,
the structures are dissected obliquely or along their course and
in such cases the meniscate backfill is highly visible.

R e m a r k s :  The  oval  protrusions  at  the  bottom  are  cross-

sections of basal strings (see Uchman 1995). Scolicia is a fos-
sil  locomotion  and  feeding  structure  (pascichnion)  produced
by irregular echinoids (e.g. Bromley & Asgaard 1975; Smith
& Crimes 1983).

Siphonichnus Stanistreet, Le Blanc Smith & Cadle, 1980

Siphonichnus isp.

D e s c r i p t i o n :  Siphonichnus  is  a  steeply  oblique  struc-

ture,  in  the  studied  section  about  9 mm  wide  and  at  least
107 mm long. It displays a thin margin, concave-down menis-
ci  and  a  central,  straight  vertical  shaft  crossing  the  menisci.
The shaft 1 mm wide is distinctly darker than the surrounding
sediment.

R e m a r k s :  Siphonichnus  is  interpreted  as  a  bivalve  bur-

rowing structure, where menisci related to the burrowing ac-
tion  are  crosscut  by  the  shaft  produced  by  the  siphon
(Stanistreet et al. 1980).

Teichichnus Seilacher, 1955

Teichichnus isp.

Fig. 3B

background image

399

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

Fig. 3. Trace fossils from the Baden-Sooss core. A – Ichnofabric 4 with Phycosiphon (Ph) and primary lamination (Lam) penetrated by
Chondrites (Ch). Meter 87.14—87.24. B – Ichnofabric 5_4 with Teichichnus (Te). Meter 26.43—26.53. C – Ichnofabric 3 with Phycosi-
phon
 (Ph), Nereites (Ne), Scolicia (Sc) and Chondrites (Ch). Meter 42.26—42.35. D – Ichnofabric 3 with Asterosoma (As). Meter 86.56—
86.67. E – Ichnofabric 6 with Phycosiphon (Ph) and Nereites (N). Meter 95.47—95.57. F – Ichnofabric 1 with Nereites (Ne) and Thalassi-
noides
  (Th)  filled  with  Phycosiphon  (Ph).  Meter  46.20—46.29.  G  –  Ichnofabric  2  with  Phycosiphon  (Ph),  and  Nereites  (Ne)  cut  by
Zoophycos (Zo). Meter 96.44—96.54. H – Ichnofabric 2 with Phycosiphon (Ph), Nereites (Ne) and Trichichnus (Tr). Meter 85.83—85.93.

background image

400

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

D e s c r i p t i o n : Oblique or vertical, structure without wall

consisting of dense, parallel or sub-parallel convex down spre-
ite.  The  structure  is  about  100 mm  high  and  about  50 mm
wide, however the width can easily be overestimated because
this trace fossil is observed in oblique cross-section. Side mar-
gins of the structure are uneven. The causative burrow at the
top shows concentric lamination (Fig. 3B).

D i s c u s s i o n :  Teichichnus  is  a  typical  feeding  structure.

For discussion of this ichnogenus see e.g. Fillion & Pickerill
(1990) and Schlirf (2000).

Thalassinoides Ehrenberg, 1944

Thalassinoides isp.

Fig. 3F

D e s c r i p t i o n : In cross-section, variably oriented, branch-

ing  6—18 mm  wide  bars  and  spots.  They  are  filled  with  sand
from the overlying bed and are surrounded by mudstone and
siltstone. They represent a system of a boxwork burrow sys-
tem without wall. Density of the burrows increases in proxim-
ity of the overlying sand bed. The lowest part of the system is
located 165 mm below the base of the sand bed.

R e m a r k s: Thalassinoides is characterized as a system of

tunnels and shafts produced by crustaceans, mostly decapods
in many marine environments (Fürsich 1973; Frey et al. 1984;
Ekdale 1992; Bromley 1996; Schlirf 2000).

Trichichnus Frey, 1970

?Trichichnus linearis Frey, 1970

Fig. 3H

D e s c r i p t i o n : Variably oriented, very thin (sub-millimet-

ric),  rarely  branched  cylinders.  They  are  filled  with  ferrugi-
nous material and commonly surrounded by a yellowish halo.

R e m a r k s :  Trichichnus  occurs  mostly  in  fine-grained,

shallow-water  deposits  (e.g.  Frey  1970)  as  well  as  deep-sea
deposits (e.g. Kennedy 1975; Wetzel 1981). A strong tenden-
cy to pyritization is typical of this form (e.g. Werner & Wetzel
1981). It is a deep-tier trace fossil produced by opportunistic
organisms  in  poorly  oxygenated  sediments  (McBride  &  Pi-
card  1991),  which  may  belong  to  the  chemosymbiotic  meio-
benthos (Uchman 1999).

Zoophycos Massalongo, 1855

Zoophycos isp.

Fig. 3G

D e s c r i p t i o n :  Spreite  structures  seen  in  core  cross-sec-

tions  as  horizontal  or  oblique,  rarely  steeply  inclined  stripes,
filled with spreites, 4—9 mm thick, which in cross-section look
like  densely  packed  menisci.  In  oblique  cross-sections,  the
spreite  laminae  can  be  seen  (Fig. 3G).  They  contain  very
small,  sub-millimetric  pellets.  In  some  specimens  the  stripes
converge in the axial part, where they are strongly wrapped up
forming inverted V-structures.

R e m a r k s : Zoophycos s.l. is generally regarded as a struc-

ture  produced  by  some  as-yet  undiscovered  deposit-feeder,
which  has  been  referred  to  sipunculids  (Wetzel  &  Werner
1981),  polychaete  annelids,  arthropods  (Ekdale  &  Lewis

1991), and echiurans (Kotake 1992). The feeding strategy is,
however, controversial (e.g. Bromley 1991; Locklair & Savr-
da  1998;  MacEachern  &  Burton  2000).  Bromley  &  Hanken
(2003) suggested that the upper helical part of a large Pliocene
Zoophycos  from  Rhodes,  Greece,  is  a  deposit-feeding  struc-
ture, and lateral lobes developing from its lower part are sul-
phide wells for chemosymbiotic bacteria. The same interpreta-
tion  refers  to  a  similar  but  smaller  Zoophycos  from  the
Miocene  of  Austria  (Grund  Formation),  which  displays  very
steep lobes in its lowermost part (Pervesler & Uchman 2004).

Results

‘Ichnofabric’ types

The cluster analysis of ichnofabrics resulted in seven auto-

matically determined groups, which can be interpreted as ‘ich-
nofabric’  types.  Six  clusters  are  homogeneous  in  their
composition  possessing  one  or  two  dominant  species,  while
the  seventh  cluster  (Type 5)  is  heterogeneous,  consisting  ei-
ther of a single species that is not found or underrepresented in
the other types, or none.

Type 1

All  samples  are  characterized  by  the  concurrence  of

Thalassinoides (in all samples of the cluster = 100 %) and Phy-
cosiphon
 (in all samples of the cluster = 100 %) with an impor-
tant proportion of Nereites (in 61 % of the samples within the
cluster; Table 1).

Type 2

This  is  the  most  heterogeneous  group,  where  Phycosiphon

again is represented in all samples. The major concurrent spe-
cies are Trichichnus (72 %) and Nereites (65 %), followed by
minor  proportions  of  Zoophycos  (26 %),  Thalassinoides
(14 %) and Ophiomorpha (12 %).

Type 3

This  is  similar  to  the  former  with  identical  proportions  of

Phycosiphon (100 %) and Nereites (65 %). Trichichnus is less
important  (10 %),  while  its  position  as  the  second  important
species is overtaken by Scolicia (92 %). TrichichnusAstero-
soma
 (both 10%), Chondrites (8 %) and Thalassinoides (6 %)
are  rare;  Zoophycos,  Siphonichnus  and  Teichichnus  have  ex-
tremely low proportions (2 % each). The relatively high per-
centage  of  lamination  within  this  type  (24 %)  demonstrates
the close relationship to the following ichnofabric type.

Type 4

This  is  characterized  by  the  predominance  of  lamination

(100 %) in combination with a high proportion of Phycosiphon
(92 %). Nereites (18 %) and Thalassinoides (8 %) are of minor
importance and a very few ChondritesZoophycosSiphonich-
nus
Trichichnus and Asterosoma (all 3 %) can be found.

background image

401

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

Table 1: Ecological interpretation of ichnofabric types.

Type 5

The 5

th

 group is heterogeneous according to the low number

or lack of ichnospecies and thus must be divided into several
homogeneous sub-types:

Type 5_1:  Although  bioturbated,  no  distinct  ichnofossil

could be identified in this ichnofabric type.

Type 5_2: Only Nereites (100 %) is represented in this type.
Type 5_3: Nereites (100 %) and Thalassinoides (100 %) are

the concurrent ichnofossils.

Type 5_4: Teichichnus is the single ichnofossil here.
Type 5_5: Only Thalassinoides can be found.

Type 6

Nereites  (100 %)  is  combined  with  Phycosiphon  (100 %,

Table 1).

Ichnofabric 

type 

Presence of trace fossils and 

lamination in the measured 

intervals 

Opportunistic 

colonization 

(number of 

ichnotaxa) 

Stable colonization 

(number of 

ichnotaxa) 

Remarks 

Type 1 

Thalassinoides  
Phycosiphon  
Nereites
 

100 % 
100 % 

61 % 

 

 

opportunistic colonization, followed 

by stabilization phase 

Type 2 

Phycosiphon  
Trichichnus  
Nereites  
Zoophycos 
Thalassinoides 
Ophiomorpha
 

100 % 

72 % 
65 % 
26 % 
14 % 
12 % 

 
 

 
 

 
 

high organic matter content 

Type 3 

Phycosiphon 
Scolicia 
Nereites  
Trichichnus 
Asterosoma 
Thalassinoides
 
Zoophycos 
Siphonichnus 
Teichichnus 
lamination 

100 % 

92 % 
65 % 
10 % 
10 % 

6 % 
2 % 
2 % 
2 % 

24 % 

 
 

 
 

 
 

high sediment input 

Type 4 

Phycosiphon 
Nereites 
Thalassinoides 
Chondrites 
Zoophycos 
Siphonichnus 
Trichichnus 
Asterosoma 
lamination 

92 % 
18 % 

8 % 
3 % 
3 % 
3 % 
3 % 
3 % 

100 % 

 
 

 
 

 
 

less food 

Type 5_1 

bioturbated 100 

%  

 

shallow 

bioturbation 

Type 5_2 

Nereites 100 

 

 

Type 5_3 

Nereites 
Thalassinoides  

100 % 
100 % 

1 1 

 

Type 5_4 

Teichichnus 

  lowered 

salinity? 

Type 5_5 

Thalassinoides  

 

discontinuity 

surface 

Type 6 

Phycosiphon 
Nereites
  

100 % 
100 % 

 

 

only opportunistic colonization 

Type 7 

Phycosiphon 
Teichichnus 

100 % 

3 % 

 

 

opportunistic colonization, less food 

 

Type 7

Phycosiphon dominates (100 %), accompanied by very few

Teichichnus (3 %).

Regarding  proportions  of  ichnofabric  types  in  the  core,

Type  6  (Nereites  and  Phycosiphon)  is  the  most  abundant
(24.7 %)  followed  by  Type  7  (19.7 %).  The  remaining  types
show similar proportions from 10.4 to 13 %, while the insig-
nificant group 5 with different singular or lacking major ich-
nofossils (8.5 %) is less important (Fig. 4).

Figure 4 demonstrates the importance of ichnofossils to ich-

nofabric  types.  While  Phycosiphon  is  characteristic  for  all
types  (except  the  heterogeneous  group 5),  Nereites  and
Thalassinoides  follow  with  decreasing  proportions  (Fig. 4).
Scolicia is a marker species for Type 3, while Trichichnus is
abundant in Type 2 and less important for Types 3 and 4. All
remaining ichnofossils are of low importance in all ichnofab-

background image

402

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

ric types. Lamination signalizing lack of bioturbation is char-
acteristic  for  Type 4,  being  only  of  minor  importance  in
Type 3 and rare in Type 2.

Transition between ichnofabric types

Transitions from one into another ichnofabric type could be

random,  then  characteristic  for  rather  stable  environments
with  minor  alterations.  Otherwise,  preferred  transitions  dem-
onstrate significant reactions to monotonously or periodically
changing  environments.  Proving  these  transitions  by  embed-
ded  Markov  Chains  resulted  in  significant  transitions  at  the
5%  error  probability  level  (Table 2).  The  representation  of

Fig. 4. Percentages of ichnofabric types in the core (pie-diagram) and percentages of ichnogenera in these ichnofabric types (bar-diagram).

transitions between ichnofabric types and their intensities are
represented  as  a  directed  graph  (Fig. 5).  Within  this  figure,
preferred transition from the heterogeneous Type 2 to the ho-
mogeneous  Type  6  that  combines  dominating  Phycosiphon
and Nereites is more frequent (46 % of all transitions starting
from  Type 2)  than  the  reverse  transition  (only  9 %  of  transi-
tions  starting  from  Type 6).  Similar  preferred  transitions  can
be  found  from  Type 4  (with  predominant  laminations)  to
Type 7  (23 %  of  transitions  versus  7 %  reverse  transitions)
and  in  weaker  form  to  Type 3  (31 %  of  transitions  versus
14 %  reverse  transitions).  Similar  types  of  transitions,  where
the  one  direction  is  of  a  two-fold  intensity  than  the  opposite
can be found in relations from Type 3 to Type 6 (25 % of tran-

background image

403

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

sitions  versus  12 %  reverse  transitions)
and from Type 3 to Type 7 (34 % of tran-
sitions  versus  17 %  reverse  transitions).
The  closest  transitions  without  preferred
directions  are  between  Types 6  and  7
(24 % versus 26 %).

Ichnofabric  Type 5  must  be  separately

treated  and  is  thus  excluded  from  this
analysis, because it represents an inhomo-
geneous group. Therefore, normal Mark-
ov  Chains  were  calculated,  since  self-
transformations within the 25 cm intervals
are rare in these subtypes (Table 3). Char-
acteristic transitions are from Subtype 5_1
(no  visible  macro-burrows)  to  Type 7
(dominated  by  Phycosiphon)  with  30 %
forward  versus  2 %  reverse  transitions,
and  from  Subtype 5_3  (Nereites  and
Thalassinoides  exclusively)  and  Sub-
type 5_5 

(Thalassinoides 

solely) 

to

Type 1  (Thalassinoides  and  Phycosi-
phon
), both with 33 % versus 5 % reverse
transitions. Both transitions are of similar
intensity  between  Subtypes 5_2  (only
Nereites)  and  5_3  (16.7 %  in  both  direc-
tions),  while  no  visible  burrows  (Sub-
type 5_1)  mainly  overlay  Subtypes 5_3
(16.7 %) and 5_2 (8 %).

Embedded  Markov  Chains  allow  the

detection  of  preferred  transitions  starting
from  non-bioturbated  (laminated)  core
segments  (Fig. 6).  After  the  period  with
laminated  (undisturbed)  sediments,  the
Phycosiphon as a pioneer species reaches
a high proportion, accompanied by a few
Nereites.  Preferred  transitions  from
Type 4  to  Type 3  (probability  0.32)  that
shows less lamination and the addition of
abundant  Scolicia  follow  this  pioneer
stage. Type 7 with dominance of Phycosi-
phon
  can  also  be  directly  derived  from
Type 4  (probability  0.24),  while  transi-
tions  to  Type 6  (Phycosiphon  and  Nere-
ites
) are less important (probability 0.16).

Type 1  (Thalassinoides  additional  to

both former species) mainly derives from
Type 4  (probability  0.12)  and  from
Type 6 (probability 0.17; Figs. 5, 6).

Type 3 as the main derivative from the

laminated  type  mostly  transforms  to
Type 7  (probability  0.34)  and  Type 6
(probability  0.25),  with  additional  re-
verse transitions to the laminated Type 4
(probability  0.14)  or  to  the  most  hetero-
geneous  Type 2  (probability  0.11).  It  is
important  that  the  latter  as  the  ‘climax’
community  type  mainly  derives  from
Type 3,  although  Scolicia  is  completely
lacking here.

Fig. 5. Transitions between ichnofabric types represented as directed graphs.

Fig. 6. Transition probabilities between ichnofabric types.

background image

404

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

Type 7  and  Type 6  shows  the  closest  connections  as  men-

tioned  before  with  transition  probabilities  of  0.26  from
Types 7  to  6  and  0.27  for  the  reverse.  Transitions  to  Type 3
are  more  abundant  from  Type 7  (probability  0.17)  than  from
Type 6 (probability 0.12) confirming the non-directed transi-
tions between Types 3, 6 and 7.

Types 1  and  2  are  not  easily  derived  from  the  other  types.

After  verification,  Type 1  intensively  changes  to  Type 6
(probability  0.22),  Type 3  (probability  0.16)  and  Type 7
(probability  0.22).  The  most  intensive  transitions  are  from
Type 2  to  Type 6  (probability  0.46)  meaning  a  restriction  of
the heterogeneous ichnofossils of Type 2 to Phycosiphon and
Nereites  in  Type 6.  Further  important  transitions  are  from

 

Type 5.1  Type 5.2  Type 5.3  Type 5.4  Type 5.5 

Type 1 

Type 2 

Type 4 

Type 6 

Type 7 

sum 

Type 5.1 

  5 

 

 

 

 

 

  1 

 

  3 

  10 

Type 5.2 

  1 

  6 

 

 

  1 

 

 

  1 

  1 

  12 

Type 5.3 

  1 

  1 

 

 

  2 

 

 

 

 

    6 

Type 5.4 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1 

    2 

Type 5.5 

 

 

 

 

 

  1 

 

 

 

  2 

    3 

Type 1 

 

  1 

 

17 

  2 

  3 

  7 

  6 

  40 

Type 2 

   

 

 

 

 

  2 

23 

 

10 

  4 

  40 

Type 4 

  1 

 

 

 

 

  3 

  2 

17 

  4 

  6 

  33 

Type 6 

  1 

  2 

 

 

 

11 

  6 

  6 

42 

16 

  84 

Type 7 

  1 

  2 

  6 

  5 

  5 

19 

23 

  64 

sum 

11 12  7  3  3  43 38 32 83 62 294 

 

 

Type 5.1  Type 5.2  Type 5.3  Type 5.4  Type 5.5 

Type 1 

Type 2 

Type 4 

Type 6 

Type 7 

sum 

Type 5.1 

0.500  

 0.100  

 

 0.100  0.300 

 

 

1.0 

Type 5.2 

0.083 

0.500 

0.167  

 0.083  

 0.083 

0.083 

 

 

1.0 

Type 5.3 

0.167 

0.167 

0.333  

 0.333  

 

 

   

 

1.0 

Type 5.4 

   

0.500 

 

0.000 

   

0.500 

 

 

1.0 

Type 5.5 

     

0.333 

   

0.667 

 

 

1.0 

Type 1 

  0.025 0.050 

 

0.050 0.425 0.050 0.075 0.175 0.150   

 

1.0 

Type 2 

0.025 

    

0.050 

0.575 

0.000 

0.250 

0.100 

 

 

1.0 

Type 4 

0.030 

    

0.091 

0.061 

0.515 

0.121 

0.182 

 

 

1.0 

Type 6 

0.012 

0.024 

   

0.131 

0.071 

0.071 

0.500 

0.190 

 

 

1.0 

Type 7 

0.016 0.031 0.016 0.016 0.016 0.094 0.078 0.078 0.297 0.359   

 

1.0 

sum 

0.833 0.747 0.566 0.616 0.066 1.541 0.835 0.840 1.426 2.532  10.0 

Table 3: Transformation matrix between ichnofabric subtypes of group 5 treated as normal Markov Chains and matrix of transition probabilities.

Type 2  to  Type 7  (solely Phycosiphon;  probability  0.18)  and
to Type 3 (probability 0.14).

General tendencies in ichnofabrics along the core could be

shown  in  percentages  calculated  over  an  interval  of  2.75 m,
whereby  this  interval  moves  in  25 cm  steps  (Figs. 2,  7).  The
results  of  ‘moving  percentages’  demonstrate  core  segments
preferred by special ichnofabric types and confirms the transi-
tions  between  types  explained  above.  Climax  Type 2  domi-
nates in the deepest core (95 to 100 m), only accompanied by
a few Type 3 and Type 6 ichnofabrics. After vanishing around
90 m, Type 6 dominates, accompanied from 90 m upward by
Types 3  and  7  (Figs. 2,  7).  Type  4  with  lamination  becomes
abundant  between  78  and  87 m  getting  its  maximum  around

Table 2: Transformation matrix between ichnofabric types (diagonal calculated for embedded Markov Chains) and matrix of transition proba-
bilities.

 

Type 1 

Type 2 

Type 3 

Type 4 

Type 5 

Type 6 

Type 7 

sum 

Type 1 

      3.7 

      2 

      5 

      3 

      5 

      7 

      6 

  31.7 

Type 2 

      2 

      1.8 

      3 

      0 

      1 

    10 

      4 

  21.8 

Type 3 

      1 

      4 

      4.7 

      5 

      0 

      9 

    12 

  35.7 

Type 4 

      3 

      2 

      8 

      2.4 

      0 

      4 

      6 

  25.4 

Type 5 

      7 

      0 

      0 

      0 

      1.1 

      1 

      8 

  17.1 

Type 6 

    11 

      6 

      8 

      6 

      3 

    16.2 

    16 

  66.2 

Type 7 

      6 

      5 

    12 

      5 

      6 

    19 

    19.4 

  72.4 

sum 

    33.7 

    20.8 

    40.7 

    21.4 

    16.1 

    66.2 

    71.4 

270.3 

 

 

Type 1 

Type 2 

Type 3 

Type 4 

Type 5 

Type 6 

Type 7 

sum 

Type 1 

      0.12 

      0.06 

      0.16 

      0.09 

      0.16 

      0.22 

      0.19 

       1.0 

Type 2 

      0.09 

      0.08 

      0.14 

      0.00 

      0.05 

      0.46 

      0.18 

       1.0 

Type 3 

      0.03 

      0.11 

      0.13 

      0.14 

      0.00 

      0.25 

      0.34 

       1.0 

Type 4 

      0.12 

      0.08 

      0.32 

      0.09 

      0.00 

      0.16 

      0.24 

       1.0 

Type 5 

      0.41 

      0.00 

      0.00 

      0.00 

      0.06 

      0.06 

      0.47 

       1.0 

Type 6 

      0.17 

      0.09 

      0.12 

      0.09 

      0.05 

      0.25 

      0.24 

       1.0 

Type 7 

      0.08 

      0.07 

      0.17 

      0.07 

      0.08 

      0.26 

      0.27 

       1.0 

sum 

      1.0 

      0.5 

      1.0 

      0.5 

      0.4 

      1.7 

      1.9 

       7.0 

χ

2

 = 55.1;  df = 36;  p(H

0

) = 0.022 

 

background image

405

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

84 m.  After  this  period  with  abundant  lamination,  Type 3
briefly becomes important, but is suddenly replaced by Type 6
interchanging  with  Type 7  (Figs. 2,  7).  These  abundance
changes between Types 6 and 7 are characteristic for the core
from 87 m upwards, except the interval between 42 and 67 m,
where  Type 1  characterized  by  Thalassinoides  additional  to
Phycosiphon  and  Nereites  disturb  these  alterations.  Further
disturbance can be found in the upper core by temporal occur-
rence of laminated core intervals (Type 4) and by the indefi-
nite group 5 with different subtypes or no visible macro-bur-
rows.  The  latter  is  mainly  restricted  to  the  core  interval
between 16 and 34 m with two maxima around 27 and 22 m
(Figs. 2, 7). While the ‘climax’ Ichnofabric Type 2 dominates
the deepest core parts, it is rare between 47 and 82 m and com-
pletely lacking between 18 and 47 m.

Correlations and dependencies from the parameters of lami-

nation and magnetic susceptibility were tested using the com-
plete  core,  while  relations  to  calcium  carbonate  and  organic
carbon  could  be  tested  only  for  the  deeper  part  (40 m  to
102 m).  Phycosiphon  is  significantly  positively  correlated
with magnetic susceptibility, explaining its presence in almost
all ichnofabric types (Table 4).  Nereites, which is an equiva-

Fig. 7. General tendencies in ichnofabrics along the core shown in percentages calculated over an in-
terval of 2.75 m moving in 25 cm steps.

lent  partner  in  Ichnofabric
Type  6  and  less  prominent  –
compared to Phycosiphon – in
Types 3,  2  and  1,  is  signifi-
cantly  positively  correlated
with  organic  carbon  and  mag-
netic susceptibility, but highly
negatively correlated with lam-
ination  (Table 4).  This  is  sur-
prising,  because  lamination  is
positively correlated with mag-
netic  susceptibility.  Thalassi-
noides
,  characteristic  for  Ich-
nofabric 

Type 1 

and 

the

Subtypes 5_3  (together  with
Nereites), and for 5_5 where it
represents the only trace fossil,
is  negatively  correlated  with
magnetic  susceptibility  and
lamination,  but  highly  posi-
tively  correlated  with  calcium
carbonate  (Table 4).  Scolicia
as a typical component of Ich-
nofabric Type 3 is, contrary to
Thalassinoides,  highly  posi-
tively  correlated  with  both
lamination  and  magnetic  sus-
ceptibility.  Trichichnus  is  the
only  abundant  ichnofossil  that
is  exclusively  correlated  with
organic carbon, thus similar in
demands  to  the  rare  Zoophy-
cos
;  both  are  elements  of  the
climax Type 2. The rare ichno-
fossils  Asterosoma  and  Chon-
drites
 behave similarly in their
positive  relations  to  lamina-

tion and magnetic susceptibility, which are more intensive in
Asterosoma compared to Chondrites (Table 4).

Discussion

Classification of ichnofabric types and their relations by sta-

tistical methods can be applied in ichnofabric analysis (Erba &
Premoli  Silva  1994).  However,  its  limitations  must  be  taken
into account, since co-occurrence of trace fossils in ichnofab-
ric  types  may  result  from  overlapping  of  different  horizons.
For example for  Ophiomorpha  and  Zoophycos,  the  coloniza-
tion surface can be above the 25-cm observation interval taken
as  the  basic  unit  of  observation.  Such  trace  fossils  are  more
connected  with  the  environment  at  the  colonization  surface
than in the horizon at which they are observed. Such situations
influence the source data.

Accumulation rate, trophic changes and bottom stability

The  fill  of  some  open  burrows,  mainly  Thalassinoides,

shows coarser grains than the surrounding, totally bioturbated

background image

406

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

A

st

ero

so

m

a C

ho

nd

ri

te

Ne

re

ite

Op

hi

om

or

ph

P

al

ae

op

hy

cu

P

hy

co

si

pho

Sc

ol

ic

ia

 

Si

ph

oni

chnus 

T

ei

chi

chnus 

T

ha

la

ss

inoi

de

T

ri

ch

ic

hnu

s Zo

op

hy

co

lam

in

at

ion

 

0.

13

  

0.

08

8  

 

–0.

193

   

–0

.0

51

  

–0

.0

36

  

 

0.

04

9

  

0.

13

7

 

0.

05

  

–0

.0

47

   

–0

.1

28

   

–0

.0

55

  

0.

00

   

  

0.

01

  

0.

08

8  

 

0.

00

  

0.

32

4

 

0.

48

  

0.

34

5

0.

00

8

 

0.

32

7  

0.

36

  

0.

01

3  

0.

29

0

  

0.

86

9  

 

 

37

 

37

6  

37

 37

 

37

 

37

37

37

 

37

37

 

37

37

   

0.

15

  

0.

10

  

0.

17

  

–0

.032

 –

0.

094

  

 

0.

17

6

  

0.

22

7

 

–0.

037

  

–0.

129

  

 

–0.

175

  –

0.

011

  

–0.

013

  

0.

22

7

  

0.

00

  

0.

03

  

0.

00

  

0.

53

7

 0.

06

  

0.

00

1

  

0.

00

0

 

0.

48

0  

0.

01

  

0.

00

 0.

83

2

  

0.

79

 

0.

00

0

  

37

 

37

 

37

 

37

6  

37

 

37

37

37

6  

37

37

 37

37

 

37

 

–0

.1

35

   

–0

.0

48

   

–0

.0

22

   

0.

02

8

  

0.

07

  

–0

.0

82

  

–0

.1

06

 

0.

00

  

0.

02

  

0.

18

  

0.

08

7

  

0.

02

 

–0.

220

  

0.

03

  

0.

45

  

0.

73

  

0.

66

2

 

0.

23

  

0.

19

6

0.

09

4

 

0.

91

 

0.

65

  

0.

00

  

0.

16

9

  

0.

73

 

0.

00

0

 

24

 

24

 

24

9  

24

 

24

 24

24

24

 

24

24

 

24

9 24

 

24

 

0.

03

3  

 

–0

.0

24

  

 

0.

21

  

0.

11

7

 

0.

06

7  

 

0.

09

2

–0

.0

45

 

0.

04

5  

–0

.0

04 

  

–0

.0

43  

0.

32

0

  

0.

14

 

–0.

272

 

0.

60

3  

 

0.

70

5  

 

0.

00

  

0.

06

5

 

0.

28

9  

 

0.

14

9

0.

48

2

 

0.

47

9  

0.

95

  

0.

50

4  

0.

00

0

  

0.

02

 

0.

00

0

 

24

9  

24

 

24

 

24

 

24

9  

24

24

24

9  

24

24

 

24

24

 

24

 

 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

 

  

 

hig

hl

y s

ig

nif

ica

nt 

po

sit

iv

e co

rr

el

atio

 

  

   

  s

ig

nif

ic

an

t po

si

tiv

e co

rr

el

atio

 

 

 

 

  

 

 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

 

 

 

hi

gh

ly

 s

ign

if

ic

ant

 n

ega

ti

ve c

orrela

ti

on 

 

  

    

  s

igni

fi

ca

nt

 n

ega

ti

ve c

orrela

ti

on

 

 

 

 

 

  

 

 

Table 4: 

Point-biserial 

correlation 

matrix 

between 

ichnogenera 

and 

the 

p

arameters 

lamination, 

magnetic 

susceptibility, 

CaCO

3

 and 

organic 

carbon.

rock. This suggests that deposition of coarser and finer sedi-
ments alternated but that the sediments were homogenized by
bioturbation. The sediment of the original grain size avoided
this  process  only  in  deep  burrows.  Thus,  it  can  be  supposed
that accumulation rate of the finer and coarser sediments var-
ied in periods of higher and lower accumulation rates. Proba-
bly,  coarser  sediments  of  higher  accumulation  rate  derived
from shallower zones and contained higher amounts of partic-
ulate  food  and  better  oxygenated  pore  waters  than  the  finer
sediments, which no doubt influenced ichnofauna.

Phycosiphon dominates the core, occurs in nearly all hori-

zons, and is accompanied in many layers by Nereites (Ichno-
fabric  Type 6).  These  two  trace  fossils  are  produced  by
deposit-feeding animals that have no permanent connection to
the seafloor and use oxygen from pore waters. They use par-
ticulate  organic  matter  by  horizontal  reworking.  Their  abun-
dance  suggests  an  opportunistic  colonization.  In  turbiditic
sediments, they are typical of the initial colonization of turbid-
itic muds, whose pore waters are oxygenated and which con-
tain  abundant  food;  Nereites  usually  crosscuts  Phycosiphon
(Wetzel & Uchman 2001). By analogy, these trace fossils rep-
resent opportunistic colonization of oxygenated sediment rich
in particulate organic matter, probably quickly after increased
sediment input.

In most cases, Nereites crosscuts Phycosiphon and both are

crosscut by Scolicia, which is another horizontally reworking
infaunal deposit-feeding and omnivorous trace fossil. This or-
der of crosscutting relationships resulted rather from sequen-
tial  colonization  of  sediment  than  from  upward  migration  of
steady tiers in sediment occupied by the trace makers, accord-

Fig. 8. Position of ichnofossils along environmental gradients based
on correlation with magnetic susceptibility (related to accumulation
rate  and  oxygenation)  and  organic  carbon  (related  to  particulate
food content) (Table 1).

background image

407

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

ing  to  sediment  accumulation.  Nereites  followed  Phycosi-
phon
Scolicia was produced later by irregular echinoids. Tak-
ing  into  account  the  size  of  these  trace  fossils,  their  trace
makers were larger and probably more effective deposit feed-
ers in their order of crosscutting. In turn, this can be correlated
with decrease of particulate food in the sediment. It is intrigu-
ing that Nereites has a tendency to occur in sediments richer in
TOC than Phycosiphon (Fig. 8). Probably, the Nereites stage
of  colonization  is  missing  when  the  food  content  is  lower  in
the colonized sediment. In such situations, Phycosiphon is al-
ways present as an unfailing opportunistic colonizer followed
directly  by  ichnotaxa  for  which  horizontal  sediment  rework-
ing is less important.

When  the  sedimentation  rate  decreased,  oxygen  content

gradually  decreased  in  pore  waters  and  the  redox  boundary
migrated  up.  Particulate  food  also  became  less  available  due
to consumption by deposit feeders and by oxidation. In such a
situation, open and more stationary burrows were constructed,
which allowed use of oxygen from the water column instead
of  pore  waters.  Intense  sediment  reworking  for  particulate
food  deeper  in  the  sediment  was  replaced  by  searching  for
food at the sediment surface and from the water column. Some
of the trace makers applied chemosymbiotic feeding, such as
Chondrites or Trichichnus and partly Zoophycos (chemichnia
sensu  Bromley  1996).  Trichichnus  is  present  only  in  sedi-
ments  rich  in  TOC  (Fig. 8),  mainly  in  Ichnofabric  Type 2,
where  abundant  particulate  organic  matter  was  buried  below
the redox boundary.

The  open  burrows  (Thalassinoides,  Chondrites,  Trichich-

nusZoophycos)  indicate  more  specialized  feeding  related  to
lower trophic level above the redox boundary and competition
for food, which are both probably caused by decreasing accu-
mulation rate. Thus, they indicate more stable-bottom condi-
tions. Based on such assumptions it is possible to interpret the
ichnofabric types and to distinguish tendencies in bottom sta-
bility change in the core.

Ichnofabric Types 6 and 7 record opportunistic colonization

(Phycosiphon,  Nereites)  of  well-oxygenated  sediments
(Fig. 7), interrupted by stable-periods allowing construction of
open  burrows  and  their  maintenance.  In  the  Ichnofabric
Type 2,  the  stable  periods  after  opportunistic  colonization
were probably longer and characterized by some deficiency of
food above the redox boundary, but still with high food con-
tent below the redox boundary. In such conditions, stationary
chemosymbiotic  feeding  (Trichichnus  and  probably  partly
Zoophycos)  was  effective.  Ophiomorpha  can  be  related  to
shallowing or the effects of storms.

Ichnofabric Type 3 records the stabilized phase of coloniza-

tion and work of vagrant, opportunistic, omnivorous bioturba-
tors, namely irregular echinoids producing Scolicia. This was
evidently caused by higher input of detritus and slightly coars-
er sediment.

The lamination in Ichnofabric Type 4 indicates a high rate

of sedimentation. Phycosiphon is abundant and Nereites quite
rare. The sediment was only shallowly reworked and the pri-
mary  lamination  partly  destroyed.  In  the  Ichnofabric
Type 5_1, the sediment was reworked in a very shallow semi-
fluid zone, in which discrete trace fossils cannot be produced.
In  Ichnofabric  Type 5_2,  only  opportunistic  colonization  of

oxygenated, moderately food-rich-sediment took place, with-
out more stable-periods. In Ichnofabric Type 5_3, opportunis-
tic periods of colonization (Nereites) were followed by more
stable periods (Thalassinoides).

Bathymetry,  salinity,  oxygenation,  deposition  and  consis-
tency of the substrate

The presence of Zoophycos and associated ZoophycosPhy-

cosiphon,  Nereites  and  Teichichnus  suggests  the  Zoophycos
ichnofacies for the deeper part of the core. Upcore, Thalassi-
noides
  is  more  common,  suggesting  a  transition  to  the  distal
Cruziana  ichnofacies.  Such  relations  indicate  shallowing  up
to the upper offshore zone (cf. Pemberton et al. 2001).

The trace fossil Scolicia, produced by stenohaline irregular

echinoids,  indicates  fully  marine  conditions  (e.g.  Bromley  &
Asgaard  1975;  Smith  &  Crimes  1983).  The  salinity-tolerant
crustacean burrow  Thalassinoides (Frey et al. 1984) replaces
Scolicia in the higher parts of the core. Teichichnus, which is
especially common in fine-grained brackish sediments (Pem-
berton  et  al.  2001),  occurs  infrequently  in  Ichnofacies
Types 3, 5_4 and 7. Thus, lowering salinity is not excluded in
the upper part of the core, especially in Ichnofacies Type 5_4,
where Teichichnus occurs alone.

The  horizons  with  primary  horizontal  lamination  in  fine-

grained  sediments  can  be  related  to  anoxic  conditions.  The
laminae are partly disturbed by trace fossils connected to sub-
sequent improvement of oxygenation.

Commonly,  Thalassinoides  is  filled  with  slightly  coarser

sediment  (fine  sandy  siltstone)  than  the  host  rock  (siltstone,
mudstone). This suggests deposition of coarser sediment beds,
maybe distal tempestites or other event deposits, which were
later completely obliterated by bioturbation and the only less
mixed sediment was trapped in open Thalassinoides burrows,
similarly  to  the  so-called  tubular  tempestites  (Wanless  et  al.
1988;  Tedesco  &  Wanless  1991).  This  is  quite  clear  for  the
boxwork  of  Thalassinoides  filled  with  sand  from  the  overly-
ing bed (Fig. 3F). Probably, rare Ophiomorpha isp. is connect-
ed with colonization of such event beds.

Small compaction of the  Thalassinoides galleries indicates

stiffground  substrate  sensu  Wetzel  &  Uchman  (1998),  espe-
cially in Ichnofabric Type 5_5, where Thalassinoides marks a
discontinuity  surface  (Glossifungites  ichnofacies  sensu  Pem-
berton et al. 2001).

Periodicity

Occurrences of the ichnofabric types show some periodici-

ty. Ichnofabric Types 6 and 7, related to opportunistic coloni-
zation and bottom instability, display maxima every 10—15 m
(Figs. 2,  7).  They  are  intercalated  by  ichnofabrics  that  show
generally higher trace fossil diversity and are related to higher
bottom stability. Periods of stability and instability are related
to  changes  in  sedimentation  rate  and  resultant  oxygenation
and  food  availability  changes.  Changes  of  these  factors,  in
turn,  can  be  related  to  the  precession  cycles  calculated  for
11—15 m periods (Hohenegger et al. 2008). The other cycles,
namely obliquity cycles with 20-m periods and the eccentrici-
ty cycles with around 40-m periods, are less distinct but still

background image

408

PERVESLER, UCHMAN and HOHENEGGER

visible (Fig. 2). Thus, analysis of ichnofabric can help the rec-
ognition of orbital cycles in lithologically monotonous sections.

Conclusions

1. Trace fossil and ichnofabric analyses are powerful tradi-

tional tools in the recognition of ecological parameters such as
energy level, oxygen content, food supply, salinity or stability
of ancient environments.

2.  Statistical  classification  analyses  help  us  to  distinguish

types of recurrent ichnofabrics.

3. Calculation of transition probabilities between ichnofab-

ric types allows the recognition of general tendencies in ichno-
fabric distribution along a section.

4.  Correspondence  of  these  general  tendencies  with  envi-

ronmental  gradients  like  magnetic  susceptibility  and  organic
carbon results in detailed information on tolerance of burrow-
ing  organisms  against  accumulation  rate,  oxygenation  and
particulate food content.

5. Based on these correspondences the distribution of ichno-

fabrics significantly marks the influence of periods in orbital
cycles.

Acknowledgments:  The  study  was  supported  by  the  Aus-
trian  Science  Fund  (FWF,  Projects  P13743-BIO,  P  13740,
P  18203),  the  Austrian  Oriental  Society  Hammer-Purgstall,
and  the  OAD,  Austrian  Exchange  Service.  A.  Uchman  was
supported  additionally  by  the  Jagiellonian  University,
Kraków (DS funds).

References

Abel O. 1928: Parasitische Balanen auf Stockkorallen aus dem Mi-

ozänmeer. Paläobiologica 1, 13—38.

Benton M.J. 1982: Trace fossils from Lower Palaeozoic ocean-floor

sediments of the Southern Uplands of Scotland. Trans. Roy. Soc.
Edinburgh, Earth Sci.
 73, 67—87.

Bromley  R.G.  1991:  Zoophycos:  strip  mine,  refuse  dump,  cache  or

sewage farm? Lethaia 24, 460—462.

Bromley R.G. 1996: Trace fossils. Biology, taphonomy and applica-

tions. 2

nd

 ed. Chapman and Hall, London, 1—361.

Bromley R.G. & Asgaard U. 1975: Sediment structures produced by

a  spatangoid  echinoid:  a  problem  of  preservation.  Bull.  Geol.
Soc. Denmark
 24, 261—281.

Bromley R.G. & Hanken N.-M. 2003: Structure and function of large,

lobed  Zoophycos,  Pliocene  of  Rhodes,  Greece.  Palaeogeogr.
Palaeoclimatol. Palaeoecol.
 192, 79—100.

Bromley R.G. & Uchman A. 2003: Trace fossils from the Lower and

Middle Jurassic marginal marine deposits of the Sorthat Forma-
tion, Bornholm, Denmark. Bull. Geol. Soc. Denmark 52, 185—208.

Chamberlain  C.K.  1971:  Morphology  and  ethology  of  trace  fossils

from  the  Ouachita  Mountains,  southeast  Oklahoma.  J.  Paleon-
tology
 45, 212—246.

Conkin J.E. & Conkin B.M. 1968: Scalarituba missouriensis and its

stratigraphic distribution. Univ. Kansas Paleont. Contr. 31, 1—7.

Davis J.C. 2002: Statistics and data analysis in geology. 3

rd

 ed. John

Wiley & Sons, NewYork, NY, XVI + 1—638.

Decker K. 1996: Miocene tectonics at the Alpine-Carpathian junction

and the evolution of the Vienna Basin. Mitt. Gesell. Geol. Berg-
baustud. Österr.
 41, 33—44.

Ehrenberg K. 1944: Ergänzende Bemerkungen zu den seinerzeit aus

dem Miozän von Burgschleinitz beschriebenen Gangkernen und
Bauten dekapoder Krebse. Paläont. Z. 23, 354—359.

Ekdale A.A. 1992: Muckraking and mudslinging; the joys of deposit-

feeding. In: Maples C.G. & West R.R. (Eds.): Trace fossils. Short
courses in paleontology 5. Paleont. Soc., Knoxville, 145—171.

Ekdale A.A. & Bromley R.G. 1991: Analysis of composite ichnofab-

rics:  an  example  in  Uppermost  Cretaceous  chalk  of  Denmark.
Palaios 6, 232—249.

Ekdale A.A. & Lewis D.W. 1991: The New Zealand Zoophycos re-

visited. Ichnos 1, 183—194.

Ekdale A.A. & Mason T.R. 1988: Characteristic trace-fossil associa-

tion  in  oxygen-poor  sedimentary  environments.  Geology  16,
720—723.

Erba E. & Premoli Silva I. 1994: Orbitally driven cycles in trace-fos-

sil distribution from the Piobicco core (late Albian, central Ita-
ly). In: De Boer P.L. & Smith D.G. (Eds.): Orbital Forcing and
Cyclic. Int. Assoc. Sed. Spec. Publ. 19, 211—225.

Fillion  D.  &  Pickerill  R.K.  1990:  Ichnology  of  the  Upper  Cam-

brian? to Lower Ordovician Bell Island and Wabana groups of
eastern  Newfoundland,  Canada.  Palaeontographica  Canadi-
ana
 7, 1—119.

Fischer-Ooster C. 1858: Die fossilen Fucoiden der Schweizer-Alpen,

nebst Erörterungen über deren geologisches Alter. Huber, Bern,
1—72.

Frey  R.W.  1970:  Trace  fossils  of  Fort  Hays  Limestone  Member  of

Niobrara  Chalk  (Upper  Cretaceous),  West-Central  Kansas.
Univ. Kansas Paleont. Contr. 53, 1—41.

Frey  R.W.  1990:  Trace  fossils  and  hummocky  cross-stratification,

Upper Cretaceous of Utah. Palaios 5, 203—218.

Frey R.W. & Goldring R. 1992: Marine event beds and recoloniza-

tion  surfaces  as  revealed  by  trace  fossil  analysis.  Geol.  Mag.
129, 325—335.

Frey  R.W.  &  Seilacher  A.  1980:  Uniformity  in  marine  invertebrate

ichnology. Lethaia 23, 183—207.

Frey R.W., Howard J.D. & Pryor W.A. 1978: Ophiomorpha: its mor-

phologic,  taxonomic  and  environmental  significance.  Palaeo-
geogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol.
 23, 199—229.

Frey R.W., Curran A.H. & Pemberton S.G. 1984: Tracemaking activ-

ities of crabs and their environmental significance: the ichnoge-
nus PsilonichnusJ. Paleontology 58, 511—528.

Fu  S.  1991:  Funktion,  Verhalten  und  Einteilung  fucoider  und  lo-

phoctenoider  Lebensspuren.  Cour.  Forsch.-Inst.  Senckenberg
135, 1—79.

Fürsich F.T. 1973: A revision of the trace fossils Spongeliomorpha,

Ophiomorpha and ThalassinoidesNeu. Jb. Geol. Paläont.Mh.
1972, 719—735.

Gibbons J.D. 1976: Nonparametric methods for quantitative analysis.

Holt, Rinehart and Winston, New York, NY, XV + 1—463.

Gibert J.M. de 1996: Diopatrichnus odlingi n. isp. (annelid tube) and

associated ichnofabrics in the White Limestone (M. Jurassic) of
Oxfordshire:  sedimentological  and  palaeoecological  signifi-
cance. Proc. Geologists Assoc. 107, 189—198.

Hall  J.  1847:  Palaeontology  of  New-York.  Volume  1.  C.  van  Ben-

thuysen, Albany, New York, 1—338.

Hamilton W., Wagner L. & Wessely G. 2000: Oil and gas in Austria.

Mitt. Österr. Geol. Gesell. 92, 235—262.

Hohenegger  J.  &  Pervesler  P.  1985:  Orientation  of  crustacean  bur-

rows. Lethaia 18, 323—339.

Hohenegger J., Ćorić S., Khatun M., Pervesler P., Rögl F., Rupp C.,

Selge A., Uchman A. & Wagreich M. 2008: Cyclostratigraphic
dating in the Lower Badenian (Middle Miocene) of the Vienna
Basin  (Austria)  –  the  Baden-Sooss  core.  Int.  J.  Earth  Sci.,
DOI 10.1007s00531-007-0287-7.

Khatun M., Wagreich M., Selge A., Stingl K., Hohenegger J. & Per-

vesler  P.  2006:  Cyclostratigraphy  in  the  middle  Badenian  core

background image

409

ICHNOFABRIC ANALYSIS AND CORRELATION WITH ORBITAL CYCLES (MIDDLE MIOCENE, VIENNA BASIN)

Sooß/Baden  (Vienna  Basin,  Austria).  Geophys.  Res.  Abstr.  7,
07993 (Abstr. EGU05).

Keighley D.G. & Pickerill R.K. 1995: The ichnotaxa  Palaeophycus

and  Planolites:  historical  perspectives  and  recommendations.
Ichnos 3, 301—309.

Kennedy W.J. 1975: Trace fossils in carbonate rocks. In: Frey R.W.

(Ed.): The study of trace fossils. Springer, New York, 377—398.

Kleemann  K.H.  1982:  Ätzmuscheln  im  Ghetto?  Lithophaga  (Bi-

valvia) aus dem Leithakalk (Mittel-Miozän: Badenien) von Mül-
lendorf im Wiener Becken, Österreich. Beitr. Paläont. Österr. 9,
211—231.

Kotake N. 1992: Deep-sea echiurans: possible producers of Zoophy-

cosLethaia 25, 311—316.

Kováč  M.,  Baráth  I.,  Harzhauser  M.,  Hlavatý  I.  &  Hudáčková  N.

2004: Miocene depositional systems and sequence stratigraphy
of  the  Vienna  Basin.  Cour.  Forsch.-Inst.  Senckenberg  246,
187—212.

Kühnelt  W.  1931:  Über  ein  Massenvorkommen  von  Bohrmuscheln

im  Leithakalk  von  Müllendorf  im  Burgenland.  Paläobiologica
4, 239—250.

Locklair R.E. & Savrda C.E. 1998: Ichnology of rhythmically bedded

Demopolis  chalk  (Upper  Cretaceous,  Alabama):  Implications
for paleoenvironment, depositional cycle origins, and tracemak-
er behavior. Palaios 13, 423—438.

Lundgren S.A.B. 1891: Studier öfver fossilförande lösa block. Geolo-

giska Föreningens Stockholm Förhandlingar 13, 111—121.

MacEachern J.A. & Burton J.A. 2000: Firmground Zoophycos in the

Lower  Cretaceous  Viking  formation,  Alberta:  A  distal  expres-
sion of the Glossifungites ichnofacies. Palaios 15, 387—398.

MacLeay W.S. 1839: Note on the Annelida. In: Murchison R. (Ed.):

The Silurian System. Part II. Organic remains. J. Murray, Lon-
don, 699—701.

Massalongo A. 1855: Zoophycos, novum genus plantorum fossilium.

Antonelli, Verona, 1—52.

Mángano M.G., Buatois L., West R.R. & Maples C.G. 2002: Ichnolo-

gy  of  a  Pennsylvanian  equatorial  tidal  flat  –  the  Stull  Shale
Member at Waverly, eastern Kansas. Kansas Geol. Surv., Bull.
245, 1—133.

McBride E.F. & Picard M.D. 1991: Facies implications of Trichich-

nus  and  Chondrites  in  turbidites  and  hemipelagites,  Marnoso-
arenacea  Formation  (Miocene),  northern  Apennines,  Italy.
Palaios 6, 281—290.

McCune B. & Mefford M.J. 1999: PC-ORD. Multivariate analysis of

ecological  data.  Version4.  MjM  Software  Design,  Gleneden
Beach, Oregon, USA, 1—237.

Otto E. von 1854: Additamente zur Flora des Quadergebirges in Sa-

chsen. Part 2. G. Mayer, Leipzig, 1—53.

Papp  A.,  Cicha  I.,  Seneš  J.  &  Steininger  F.  (Eds.)  1978:  Chrono-

stratigraphie und Neostratotypen: Miozän der Zentralen Para-
tethys. Bd. VI. M

4

 Badenien (Moravien, Wielicien, Kosovien).

VEDA SAV, Bratislava, 1—594.

Pemberton G.S. & Frey R.W. 1982: Trace fossil nomenclature and

the  Planolites-Palaeophycus  dilemma.  J.  Paleontology  56,
843—881.

Pemberton  G.S.,  Spila  M.,  Pulham  A.J.,  Saunders  T.,  MacEachern

J.A., Robbins D. & Sinclair I.K. 2001: Ichnology and sedimen-
tology  of  shallow  to  marginal  marine  systems.  Geol.  Assoc.
Canada Short Course Notes
 15, 1—343.

Pervesler P. & Uchman A. 2004: Ichnofossils from the type locality

of the Grund Formation (Miocene, Lower Badenian) in northern
Lower Austria (Molasse Basin). Geol. Carpathica 55, 103—110.

Pervesler P. & Zuschin M. 2004: A lucinoid trace fossil Saronichnus

abeli igen. nov. et isp. nov. from the Miocene (Lower Badenian)
molasse deposits of Lower Austria, and its environmental signif-
icance. Geol. Carpathica 55, 111—115.

Quatrefages M.A. de 1849: Note sur la Scolicia prisca (A. de Q.) an-

nélide fossile de la Craie. Ann. Sci. Natur., 3 série Zoologie 12,
265—266.

Ratschbacher  L.,  Frisch  W.,  Linzer  H.G.  &  Merle  O.  1991:  Lateral

extrusion  in  the  Eastern  Alps.  2.  Structural  analysis.  Tectonics
10, 257—271.

Schlirf  M.  2000:  Upper  Jurassic  trace  fossils  from  the  Boulonnais

(northern France). Geologica & Palaeont. 34, 145—213.

Seilacher  A.  1955:  Spuren  und  Fazies  im  Unterkambrium.  In:

Schindewolf O.H. & Seilacher A. (Eds.): Beiträge zur Kenntnis
des Kambriums in der Salt Range (Pakistan). Akad. Wiss. Liter.
Mainz
,  Math.-Nat. Kl., Abh. 10, 11—143.

Smith A.B. & Crimes T.P. 1983: Trace fossils formed by heart ur-

chins – a study of Scolicia and related traces. Lethaia 16, 79—92.

SPSS 15.0 for Windows, 2006: Release 15.0.0. SPSS Inc.
Stanistreet I.G., Le Blanc Smith G.K. & Cadle A.B. 1980: Trace fos-

sils as sedimentological and palaeoenvironmental indices in the
Ecca  Group  (Lower  Permian)  of  the  Transvaal.  Trans.  Geol.
Soc. South Africa
 83, 333—344.

Sternberg  G.K.  von  1833:  Versuch  einer  geognostisch-botanischen

Darstellung  der  Flora  der  Vorwelt.  IV  Heft.  C.E.  Brenck,  Re-
gensburg, 1—48.

Tedesco L.P. & Wanless H.R. 1991: Generation of sedimentary fab-

rics  and  facies  by  repetitive  excavation  and  storm  infilling  of
burrow  networks,  Holocene  of  South  Florida  and  Caicos  Plat-
form, B.W.I. Palaios 6, 326—343.

Uchman A. 1995: Taxonomy and palaeoecology of flysch trace fos-

sils:  The  Marnoso-arenacea  formation  and  associated  facies
(Miocene, Northern Apennines, Italy). Beringeria 15, 3—115.

Uchman  A.  1999:  Ichnology  of  the  Rhenodanubian  Flysch  (Lower

Cretaceous-Eocene)  in  Austria  and  Germany.  Beringeria  25,
65—171.

Wanless H.R., Tedesco L.P. & Tyrrell K.M. 1988: Production of sub-

tidal tubular and surficial tempestites by hurricane Kate, Caicos
Platform, British West Indies. J. Sed. Res. 58, 739—750.

Weller S. 1899: Kinderhook faunal studies. I. The fauna of the ver-

micular  sandstone  at  Northview,  Webster  County,  Missouri.
Trans. Acad. Sci. St. Louis 9, 9—51.

Werner F. & Wetzel W. 1981: Interpretation of biogenic structures

in  oceanic  sediments.  Bull.  Inst.  Géol.  Bassin  Aquitaine  31,
275—288.

Wetzel A. 1981: Ökologische und stratigraphische Bedeutung biogener

Gefüge in quartären Sedimenten am NW-afrikanischen Kontinen-
talrand. “Meteor Forschungen-Ergebnisse, Reihe C 34, 1—47.

Wetzel A. 2002: Modern Nereites in the South China Sea – Ecologi-

cal  association  with  redox  conditions  in  the  sediment.  Palaios
17, 507—515.

Wetzel  A.  &  Bromley  R.G.  1994:  Phycosiphon  incertum  revisited:

Anconichnus  horizontalis  is  its  junior  subjective  synonym.  J.
Paleontology
 68, 1396—1402.

Wetzel  A.  &  Uchman  A.  1998:  Biogenic  sedimentary  structures  in

mudstones – an overview. In: Schieber J., Zimmerle W. & Set-
hi P.S. (Eds.): Shales & Mudstones. I. Basin studies, sedimen-
tology, and paleontology. E. Schweizerbart, Stuttgart, 351—369.

Wetzel A. & Uchman A. 2001: Sequential colonization of muddy tur-

bidites:  examples  from  Eocene  Beloveža  Formation,  Car-
pathians,  Poland.  Palaeogeogr.  Palaeoclimatol.  Palaeoecol.
168, 171—186.

Wetzel  A.  &  Werner  F.  1981:  Morphology  and  ecological  signifi-

cance  of  Zoophycos  in  deep-sea  sediments  of  NW  Africa.
Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 32, 185—212.

Zhang T., Ramakrishnan R. & Livny M. 1996: BIRCH: An efficient

data  clustering  method  for  very  large  databases.  Proc.  ACM
SIGMOD  Conf.  on  Management  of  Data
,  Montreal,  Canada,
103—114.