background image

www.geologicacarpathica.com

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA

, AUGUST 2015, 66, 4, 331—344                                                       doi: 10.1515/geoca-2015-0029

Turbidites as indicators of paleotopography, Upper Miocene

Lake Pannon, Western Mecsek Mountains (Hungary)

ORSOLYA SZTANÓ

1

, KRISZTINA SEBE

2!

, GÁBOR CSILLAG

3

 and IMRE MAGYAR

4,5

1

Eötvös Loránd University, Department of Physical and Applied Geology, Pázmány Péter sétány 1/c, 1117 Budapest, Hungary;

sztano@caesar.elte.hu

2

University of Pécs, Department of Geology and Meteorology, Ifjúság ut. 6, 7624 Pécs, Hungary;  

!

sebe@gamma.ttk.pte.hu

3

Geological and Geophysical Institute of Hungary, Stefánia ut. 14, 1143 Budapest, Hungary;  csillag.gabor@mfgi.hu

4

MOL Hungarian Oil and Gas Plc., Október huszonharmadika ut. 18, 1117 Budapest, Hungary;  immagyar@mol.hu

5

MTA-MTM-ELTE Research Group for Paleontology, P.O. Box 137, 1431 Budapest, Hungary

(Manuscript received October 31, 2014; accepted in revised form June 23, 2015)

Abstract: The floor of Lake Pannon covering the Pannonian Basin in the Late Miocene had considerable relief, including
both deep sub-basins, like the Drava Basin, and basement highs, like the Mecsek Mts, in close proximity. The several km
thick lacustrine succession in the Drava Basin includes profundal marls, basin-center turbidites, overlain by shales of
basin-margin slopes, coarsening-upward deltaic successions and alluvial deposits. Along the margin of the Mecsek Mts.
locally derived shoreface sands and deltaic deposits from further away have been mapped so far on the surface. Recent field
studies at the transition between the two areas revealed a succession that does not fit into either of these environments.
A series of sandstone a few meters thick occurs above laminated to bioturbated clayey siltstone. The sandstone show
normal grading, plane lamination, flat erosional surfaces, soft-sediment deformations (load and water-escape structures)
and sharp-based beds with small reverse faults and folds. These indicate rapid deposition from turbidity currents and their
deformation as slumps on an inclined surface. These beds are far too thick and may reveal much larger volumes of mass
wasting than is expected on the 20—30 m high delta slopes; however, regional seismic lines also exclude outcropping of
deep-basin turbidites. We suggest that slopes with transitional size (less than 100 m high) may have developed on the flank
of the Mecsek as a consequence of lake-level rise. Although these slopes were smaller than the usually several hundred
meter high clinoforms in the deep basins, they could still provide large enough inertia for gravity flows. This interpretation
is supported by the occurrence of sublittoral mollusc assemblages in the vicinity, indicating several tens of meters of water
depth. Fossils suggest that sedimentation in this area started about 8 Ma ago.

Key words: Late Miocene, Lake Pannon, Mecsek, turbidites, slope, synsedimentary folds, soft-sediment deformation.

Introduction

Sandy  turbidites  are  commonly  found  in  bathyal  water
depths,  namely  below  200 m.  On  the  other  hand,  flume  ex-
periments  showed  that  development  of  turbidity  currents  is
independent of water depth, as they are generated by density
difference between the sediment laden current and the ambi-
ent fluid, therefore the only rule of thumb is that they form
below  the  storm  wave  base  (Walker  1984).  Mud  is  usually
transported over the shelf. It has been fairly commonly stated
that prodelta sediments on shelves contain turbidites. Cases,
however, where thick sand was deposited from gravity flows
are far less common. Evidence from several prodelta to shelf
regions  proves  that  either  storm-generated,  wave-supported
turbidity flows (Nelson 1982; Fenton & Wilson 1985; Myrow
et al. 2002; Traykovski et al. 2007) or hyperpycnal flows re-
lated  to  highly  concentrated  river  plumes  during  floods
(Mulder et al. 2003; Pattison 2005; Lamb et al. 2008) are ef-
ficient  enough  in  sediment  transport.  The  former  being  of
short duration produces rather thin, while the prolonged hy-
perpycnal flows may deposit relatively thick beds.
A  more  favourable  situation  for  the  deposition  of  thick  tur-
bidite  sands  in  the  prodelta  is  when  the  delta  slope  and  the
basin  margin  slope  are  united,  as  in  the  case  of  shelf-edge
deltas.  Depending  on  a  complex  set  of  external  factors  a

wedge-shaped sandy turbiditic delta front can develop with-
out  reaching  the  base  of  slope  or  without  generating  major
fans (Plink-Björklund & Steel 2005).

Both  deltaic  sediments  and  turbidites  are  common  in  the

Upper  Miocene  lacustrine  successions  (sediments  of  Lake
Pannon)  in  the  Pannonian  Basin  (Bérczi  &  Phillips  1985;
Juhász  1991;  Lucic  et  al.  2001;  Pavelić  2001;  Saftic  et  al.
2003; Krézsek & Filipescu 2005; Vrbanac et al. 2010). Del-
taic  deposits  have  been  studied  both  from  cores  (Juhász
1992; Korpás-Hódi 1998) and outcrops (Sztanó et al. 2013a).
Their architecture was imaged by high-resolution seismic sur-
veys (Horváth et al. 2010), unveiling only few tens of meters
high delta slopes, which correspond to funnel-shaped portions
mostly in gamma and/or SP well-logs, interpreted as coarsen-
ing upwards mouth bar (Juhász & Magyar 1992; Juhász 1994)
or  deltaic  units  (Sztanó  et  al.  2013a).  Mudstones  with  only
centimeter-scale  fine  sandy  interbeddings  with  current  and
wave  ripple  laminations  and  shell  lags  have  been  reported
from the few meters deep prodelta regions. They were formed
mainly by storms (Sztanó et al. 2013a).

Although  turbidites  are  exposed  on  the  surface  in  uplifted

peripheral  subbasins  of  the  Pannonian  basin  system,  such  as
the Transylvanian Basin (Krézsek & Filipescu 2005; Sztanó et
al. 2005; Tőkés et al. 2013) or the Zagorje Basin (Kovačić et
al. 2004), from the central basins they have been reported only

background image

332

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

from  cores,  coming  from  positions  several  km  deep  in  the
basin interiors, where molluscs also point to profundal con-
ditions (Juhász & Magyar 1992). Turbidites in the deep basin
interiors are related either to the confined basin-center accu-
mulations up to a thickness of 1000 m (Juhász 1992, 1994) or
to  the  base-of-slope  turbidite  systems  (Sztanó  et  al.  2013b;
Bada et al. 2014). The 400—600 m (occasionally 1000 m) high
and 8—10 km long basin margin slopes, bridging the morpho-
logical shelf and the deep basins, served as pathways of mass
gravity flows feeding both types of turbidite systems (Pogác-
sás  1984;  Magyar  2010;  Magyar  et  al.  2013).  The  principal
difference between the two types of turbidite systems is in the
areal  extent  of  the  major  sand  bodies  and  in  their  thickness,
the  latter  being  in  the  range  of  hundred  meters  in  deep  con-
fined  basin  centers  or  few  tens  of  meters  in  the  unconfined
base-of-slope  systems  (Sztanó  et  al.  2015).  The  individual
beds  depending  on  their  position  in  the  turbidite  systems  are
thin-bedded silty to very fine-grained sandy, or medium-bed-
ded graded turbidites of well-developed Bouma sequences in-
tercalated  with  shales  or  several  meter  thick  amalgamated,
commonly massive beds with various soft-sediment deforma-
tion structures (Sztanó et al. 2013b). In addition, features re-
lated  to  large  slumps  are  common  in  the  base-of-slope
turbidite systems (Bada et al. 2014).

Recent field studies in the SW part of the Pannonian Basin

revealed unusual lacustrine sediments on the surface, which

Fig. 1.  a  –  Simplified  paleogeographic  sketch  of  Lake  Pannon
within the Pannonian Basin about 6.8 Ma ago (drawn after Magyar
et  al.  1999).  The  north-western  part  of  the  basin  had  already  been
filled  up  with  sediments.  Slope  and  overlying  deltaic  sediments
were accumulating in the study area; b – Present-day depth of the
pre-Neogene basement shows the major depocenters which accumu-
lated  the  most  complete  lacustrine  sedimentary  successions  from
profundal  marls  to  alluvial  deposits  up  to  a  thickness  of  several
kilometers during the Late Miocene. Most of the present-day hilly
areas were parts of basement highs which got flooded only during
the  late  Late  Miocene,  and  hosted  only  some  hundred  meters
thick,  mostly  relatively  shallow-water  lacustrine  sediments.  Delta
progradation over these elevated areas is proven by sediment trans-
port   directions among others. Shelf edge positions after Magyar et
al. 2013.

show  characteristics  of  turbidites.  Formerly  these  were
mapped  as  nearshore  lacustrine  deposits  (Chikán  &  Budai
2005), although the occurrence of sublittoral mollusc faunas
in the vicinity indicated that deeper environments did develop
in the region. The aim of this paper is to document and inter-
pret the depositional environment of this locality and to inte-
grate it into its geological surroundings.

Geological setting

Sediments  of  the  Upper  Miocene  Lake  Pannon  (Fig. 1)

comprise  the  major  part  of  the  basin-fill  succession  in  the
Pannonian Basin, a classic back-arc basin shaped by several
low-angle  normal  and  strike-slip  faults  (Horváth  &  Royden
1981; Horváth & Tari 1999). In this way a fairly complicated
topography had resulted by the end of the Middle Miocene,
and  it  partly  evolved  further  during  the  Late  Miocene  post-
rift  and  intervening  inversion  events  (Horváth  &  Cloething
1996). Due to these differential vertical movements the lake
floor had considerable relief, including both deep sub-basins
and elevated basement highs in close proximity.

Development  of  the  deep  basins  reflected  by  their  sedi-

mentary fills follows a uniform pattern, only their initial re-
lief  (depth)  and  local  rates  of  subsidence  may  have  been
different. This succession includes profundal marls (Endrőd

background image

333

TURBIDITES IN UPPER MIOCENE LAKE PANNON (W MECSEK MOUNTAINS, HUNGARY)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

Formation),  basin-center  turbidites  (Szolnok  Formation),
slope shales (Algyő Formation), stacked deltaic successions
(Újfalu  Formation)  and  finally  alluvial  deposits  (Zagyva
Formation), and reflect gradual fill-up of these basins due to
high  sediment  supply  from  Alpine-Carpathian  source  areas
(Fig. 1) (Magyar et al. 2013). This basin-type succession was
also described from the Drava Basin (Fig. 2) near the study
area (Saftić et al. 2003).

In contrast, the basement highs, some emerging above wa-

ter level as islands or peninsulas during the early Late Mio-
cene, may have become inundated – partly or fully – only
later,  at  varying  time  points.  These  areas  were  marked  by
shoreface or deltaic deposits of local origin, usually overlain
by shales (Csillag et al. 2010). The fauna of these shales may
point to water depths of either less than 100 m (Cziczer et al.
2009) or few hundred meters (Magyar et al. 2004) showing
great spatial variations. As the deltaic to alluvial feeder sys-
tems  from  remote  Alpine-Carpathian  source  areas  reached
these  locations,  the  depositional  environment  changed,  de-
pending  on  the  water  depth  of  the  given  location.  If  water
depth reached a few hundred meters, slope shales and related
thin  turbidite  accumulations  may  have  followed,  but  these
areas  lack  thick  accumulations  of  both  profundal  marls  and
turbidites.  If  water  depth  was  shallow,  deltaic  successions
followed  without  underlying  slope  deposits  (Sztanó  et  al.
2013a).  This  latter  situation  was  perfectly  visualized  by
high-resolution  seismic  profiles  acquired  on  Lake  Balaton
(Sacchi et al. 1999; Horváth et al. 2010). Since the Pliocene
these  basement  highs  have  been  uplifted  and  partly  eroded
(Horváth  &  Cloetingh  1996;  Konrád  &  Sebe  2010),  there-
fore  in  their  vicinity  various  Upper  Miocene  lacustrine  and
older Neogene sedimentary units are exposed today (Fig. 3).

The study area west of the Mecsek Mts (Fig. 1) is transi-

tional  between  the  Mecsek,  an  emergent  Paleo-Mesozoic
basement  unit,  and  the  Drava  Basin,  where  Neogene  sedi-
mentary units up to 6 km thick cover the basement (Fig. 2).
The  Drava  Basin  is  a  well-known  hydrocarbon  prospecting
area,  where  the  lacustrine  basin-center  turbidites  and  the
overlying stacked deltaic successions could form good reser-
voirs  (Lučić  et  al.  2001;  Saftić  et  al.  2003;  Vrbanac  et  al.
2010). The architecture of the basin-fill successions, their se-
quence stratigraphy and structural features have been widely
studied (Ujszászi & Vakarcs 1993; Sacchi et al. 1999), thus
it is accepted that differential uplift of the Mecsek and large-
scale regional folding at about the Miocene/Pliocene bound-
ary  resulted  in  a  regionally  important  unconformity.  The
turbidites  of  the  Drava  basin  have  recently  been  studied  by
Uhrin & Sztanó (2011), but no detailed core analysis is pub-
licly available.

In  addition  to  parts  of  the  Neogene  cover,  Permo-Triassic

sediments, rhyolites and Carboniferous granites also crop out
along the western margin of the Mecsek (Fig. 3; Chikán  &
Budai 2005). These are overlain by Lower to Middle  Mio-
cene  sediments  dominated  by  siliciclastics,  which  occa-
sionally  acted  as  the  source  of  the  locally  derived  Late
Miocene lacustrine transgressive shoreface sands (Kálla For-
mation, Kleb 1973). Both of these Miocene sediment pack-
ages crop out in the vicinity of the Paleo-Mesozoic basement
rocks. Further from the mountains lacustrine deltaic deposits
have been mapped on the surface (Kleb 1973; Chikán & Bu-
dai  2005).  These  used  to  be  called  the  Somló  Formation,
however,  according  to  the  recently  developed  lithostrati-
graphic  schemes  they  belong  to  the  Újfalu  Formation  as  a
member (Magyar 2010; Sztanó et al. 2013a). The speciality

Fig. 2. Seismic profile from the Drava Basin showing the typical basin fill succession: profundal marls (Endrőd Formation), basin-center
turbidites  (Szolnok  Formation),  slope  shales  (Algyő  Formation),  stacked  deltaic  successions  (Újfalu  Formation)  and  alluvial  deposits
(Zagyva Formation). For location of section see Fig. 11.

background image

334

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

of the western Mecsek area is that the locally derived trans-
gressive  sands  might  be  overlain  directly  by  the  regressive
ones  originating  from  Alpine-Carpathian  sources,  without
shales in between.

The  other  local  speciality  is  that  the  sediments  of  the

above  distant  provenances  are  mixed  with  some  locally  de-
rived material, indicating denudation and thus a subaerial or
shallow flooded position of the Mecsek (Thamó-Bozsó et al.
2014). At the westernmost margin of the surface occurrences
of  the  lacustrine  beds,  next  to  the  village  of  Szulimán,  an
abandoned  brickyard  exposes  a  succession  that  does  not  fit
into the shallow-water deltaic environment.

Sedimentology

The  abandoned  brickyard  is  located  SE  of  the  village

(46°7’24.47” N,  17°48’47.15” E).  It  is  approximately
100 m long and 6—7 m high, a large proportion of its surface
is covered by debris at present. It exposes Lake Pannon sedi-
ments unconformably overlain by about 2 m of red clay-domi-
nated  Quaternary  deposits.  The  Upper  Miocene  lacustrine
sediments comprise alternations of muddy and sandy facies
units.  Above  clay  to  clayey  silt  beds  a  4 m  thick  series  of
fine to very fine friable sandstone occurs, and is overlain by
thin beds of silts (Fig. 4).

Muddy facies unit – it consists of 0.1—0.4 m thick lami-

nated  to  fully  bioturbated  grey  clay,  clayey  silt,  silt  and
white calcareous marl to limestone layers with intercalations
of centimeter thick graded, graded-laminated very fine or fine-
grained sand beds. Some siltstone beds are fully bioturbated,
others contain very small simple vertical mud-filled burrows.
The maximum 0.1 m thick limestone beds show very strange
characters.  Laterally  these  may  interfinger  with  “ordinary”
siltstones. They also produced roundish boudins or ball struc-
tures  with  deformed  laminations  of  the  under-  and  overlying
clays.  In  thin  section  they  are  made  up  of  micrite,  no  fossils
other  than  some  unindentified  round  features,  which  may  be
reminiscent of algae, have been found (J. Haas ex verb.)

Sandy  facies  unit  –  it  is  made  up  of  0.2—0.3 m  thick,

sharp-based,  fine  to  very  fine-grained  sandstone  beds  inter-
calated with mudstones less than 0.1 m thick. Cementation is
very poor, except for two thin limestone beds also appearing
between  sandstones.  Most  sandstones  do  not  show  any
scouring or sole marking. A few have an erosional base, but
their  relief  is  not  more  than  0.2 m  (Fig. 5).  Some  beds  are
massive, graded to silt with large ball and flame structures at
the bottom. Others are graded, massive to parallel-laminated
with  sharp  contact  towards  the  overlying  silts.  Very  thin
cross-lamination  may  also  occur  together  with  the  parallel
lamination. In the uppermost beds hummocky cross-lamina-
tion  or  rather  low  in-phase  wave  lamination  was  observed.

Fig. 3. Simplified geological map of the study area (based on Budai & Gyalog 2010), also showing the inferred surface extension of  Upper
Miocene sediments.

background image

335

TURBIDITES IN UPPER MIOCENE LAKE PANNON (W MECSEK MOUNTAINS, HUNGARY)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

Synsedimentary deformations occur at three levels, in beds

C, F and G (Figs. 4, 6), in thicknesses below 0.1 m. Those in
bed C show a very regular geometry laterally extending for
several  meters.  The  other  two  are  more  irregular,  although
the same vergence of folds and faults is observed. These lat-
ter are both underlain by beds with water escape features. In
all cases the core of the deformed body is a silt or limestone
layer, but the overlying sand bed was also included in the de-
formation. Folded beds show a sharp base which served as a
detachment  surface;  above  they  are  sharply  overlain  by  un-
deformed  layers.  The  main  elements  in  the  deformed  beds
are  reverse  faults  soling  in  the  basal  detachments  plane.
Fault  spacing  is  variable:  more  regular  folds  developed
above faults separated by longer distances (Fig. 6a,b), while
more  closely  spaced  thrust  planes  co-occur  with  intensely
deformed,  elongated,  flame-like  layer  fragments  (Fig. 6c),
possibly a result of less cohesive material. Fold morphology
can be upright, inclined or overturned. Back folds commonly
occur  above  the  thrust  planes.  Along  fault  planes  material
can  be  dragged  into  even  nearly  isoclinal  folds  (e.g.  in
Fig. 6a, between 2

nd

 and 3

rd

 thrust planes). Thrust vergences

range  WSW—WNW,  pointing  to  an  overall  westerly  trans-
port direction.

Interpretation

Depositional processes

The mudstones were formed by suspension settling in quiet

waters,  below  wave  base,  most  likely  even  below  storm
wave  base.  The  limestone  layers  are  rather  enigmatic.  Due
to  lack  of  any  evidence  of  subaerial  exposure  or  pedoge-
nesis interpretation as calcretes is excluded. Based on analogy
of  other  carbonates  of  the  lacustrine  succession  (Magyar  et
al. 2004; Cziczer et al. 2009) and the algae-like structures it
is speculated that these beds formed when carbonate mud ac-
cumulated  after  the  bloom  of  some  calcareous  algae  in  the
photic zone of the lacustrine water mass. Siltstones point to
increased  suspension  input  from  distal  sources.  The  thin
graded  sandstone  beds  were  formed  from  turbulent  flows.
These  may  have  been  diluted,  small-density  turbidity  cur-
rents, or storm-induced density flows.

Although  the  sandy  facies  unit  is  just  a  few  meters  thick

package,  its  unusual  sedimentological  character  among  the
outcropping  Lake  Pannon  deposits  in  the  Pannonian  Basin
makes it important. A combination of massive, graded, par-
allel-  and  cross-laminated  structures  point  to  waning  flows
with  decreasing  density  and  a  change  from  turbulence  to
traction. Therefore this association evokes Bouma sequences
(Tabd, Tbc, Tbc´; Fig. 5), and refers to deposition from high-
density  sandy  turbidity  currents.  Parallel  lamination  indi-
cates  that  the  currents  were  supercritical  (cf.  Southard  &
Boguchwal  1990)  during  deposition.  The  occurrence  of
hummocky  or  low  in-phase  wave  lamination  also  indicates
rapid  flows  of  somewhat  less  velocity  or  higher  thickness
(cf. Cheel 1990; Prave & Duke 1990). The predominance of
these rapid flow deposits can also be related to hyperpycnal
flows,  and  both  may  point  to  proximal-to-source  character.
Load  and  water-escape  structures  may  indicate  event-like

Fig. 4. Lithology log and sedimen-
tary  structures  of  the  Szulimán
outcrop. Characteristic beds of the
sandy facies are indicated by capi-
tals,  locations  of  photos  in  Fig. 5
by lower-case letters.

Some  beds  contain  cm-sized  rip-up  mud-clasts.  Secondary
soft-sediment deformations are common: not only load balls
and flames, but also dish and pipe structures occur. The most
spectacular features are, however, synsedimentary folds and
related small reverse faults (Fig. 5).

background image

336

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

Fig. 5. Sedimentary structures. For location of the photos within the succession see Fig. 4. – overview of sand beds and their erosional
contacts; b – large load balls at the bottom of massive, graded bed A, overlain by parallel-laminated sands of bed B; c – silt bed C with
sharp base, synsedimentary folds and reverse faults; d – low in-phase wave lamination in bed H; e – folded and faulted silt is followed by
bed G with various types of water-escape structures; f – amalgamation of beds A and B due to erosion; g – dish and pipe structures in
upper part of bed E, overlain by chaotically folded silt bed F.

background image

337

TURBIDITES IN UPPER MIOCENE LAKE PANNON (W MECSEK MOUNTAINS, HUNGARY)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

deposition  and  rapid  burial.  In  deep  basin  interiors  these
types of structure with the same thickness of individual beds
are reported from deep-water lobes (Bérczi & Phillips 1985;
Juhász  1994;  Sztanó  et  al.  2013b),  which  usually  comprise
sand-bodies  several  tens  of  meters  thick.  On  the  margin  of
these, not only the overall thickness of the lobe deposits, but
also  bed  thickness  decreases  drastically.  On  the  other  hand,
the closest occurrence of these deep-water turbidite systems in
the  Drava  Basin  is  in  a  distance  of  10 km  and  at  a  depth  of
over  1000 m.  This  environmental  interpretation  for  the  Szu-
limán  turbidites  can  be  excluded  based  on  its  facies  and  the
geological setting of the area. Another interesting turbidite lo-
cality is situated 150 km to the west in Croatia (Kovačić et al.
2004). The succession contains large channel-fills, levee and
lobe deposits clearly of deep basin origin, uplifted to the sur-
face by large reverse faults (Tomljenović & Csontos 2001), so
they  are  not  regarded  as  analogues  to  Szulimán  either.  The
topmost part of the succession, however, contains horizontally
to cross-laminated sands, according to the description similar
in facies to our locality. These strata were interpreted as “pe-
culiar type” mouth-bar deposits in extremely shallow waters.

In the uppermost strata of the Szulimán outcrop the low in-

phase wave lamination to combined wave ripple cross-lami-
nation  may  point  to  waning  flows  generated  by  storms  (cf.
Dott & Bourgeois 1982). This current type is rather common
on  flat-lying  surfaces  of  shelves  between  fair-weather  and
storm  wave  bases.  Except  for  the  synsedimentary  folds  and
faults, the other sedimentary structures do not contradict this
possibility.  Beds,  however,  are  relatively  thick,  shell  lags,
post-storm  bioturbation  or  post-storm  mudstones  are  miss-

ing, as well as well-developed wave-ripples, which were de-
scribed  elsewhere  in  the  lacustrine  setting  (Magyar  et  al.
2006).  Therefore  it  is  not  excluded  that  storm-induced  cur-
rents  may  have  influenced  deposition  (cf.  Myrow  et  al.
2002), but were not of primary importance.

However, the most important observation which helps the

interpretation is the presence of small-scale folds and faults
verging  consistently  in  the  same  direction,  which  indicates
an  inclined  depositional  surface.  Vergence  of  thrusts  and
folds is downslope, namely in a westerly direction. The de-
formation represented by the faults and folds is a result of in-
tense  shortening,  thus  the  deformed  beds  are  regarded  as
compressional  lower  parts  of  slumps.  The  above  described
structures resemble those displayed and interpreted in detail
by Alsop & Marco (2011) from the Dead Sea region, though
the  role  of  faults  is  much  higher  here.  Their  geometry  may
reflect  late  phase  slump  translation  and  slump  cessation,
where  non-coaxial  downslope  deformation  took  place.  The
dominance of incoherent folds (sensu Alsop & Marco (2013))
indicates  strong  deformation,  also  typical  of  the  lower  por-
tions of slumps.

Depositional environment

Based on the recognition of co-existent features of turbid-

ites and inclined topography, the following depositional set-
ting is suggested. Models of experimental turbidity currents
predict that in the case of large initial volumes, high-concen-
tration  flows  on  a  1—1.5°  slope  are  likely  to  deposit  such
sand  beds  near  the  base  of  the  slope,  after  3—20 km  long
transport  (Zeng  &  Lowe  1997).  Thus  the  succession  might
have been formed on a slope, but in water depths still shal-
low  enough  for  storm-induced  currents  to  play  some  role.

Fig. 6.  Syn-sedimentary  folds  and  faults,  with  increasingly  inco-
herent  folds  from  (a)  to  (c).  Sediment  movement  happened  from
left to right in all photos.

Fig. 7.  Sketch  of  different  slope  types  developed  in  Lake  Pannon.
a – few 10 s of m high delta slope prograding on the lacustrine shelf
towards the basin slope of several hundred meter height; b – transi-
tional slope of shelf-edge deltas in shallow-water areas near elevated
basement highs. The two sections are parallel, and represent coeval
deposits in the Drava Basin and in the area west of the Mecsek Mts
shown as an island in the background. The foreland gently dips to-
wards the Drava Basin as well (compare with Fig. 11).

background image

338

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

Therefore  several  hundred  meter  high  basin-margin  slopes
leading to the Drava Basin are excluded. However, the beds
in  the  sandy  facies  are  far  too  thick  and  may  reveal  much
larger volumes of mass wasting than is expected in prodelta
of  20—30 m  high  delta  slopes  on  the  shelf  of  Lake  Pannon.
Consequently,  these  small  delta  slopes  are  not  regarded  as
the  loci  of  deposition  either.  Instead  it  is  speculated  that  a
third type of slope had evolved. As the study area is transi-
tional between the deep Drava Basin and the elevated Mec-
sek area, it is possible that here a water depth in the range of
only 100 m developed, therefore the slope of the prograding
shelf with shelf-edge deltaic feeder systems on top could not
be higher either (Fig. 7). If the usual slope angle of 1—2° was
maintained,  this  transitional  type  of  slope  may  have  been
about 3—5 km long. It was smaller in all directions than the
usual basin slope, but could still provide large enough inertia
for  gravity  flows,  ponding  on  the  shallow  western  foreland

of the Mecsek Mts. Gradually, but rather rapidly, the width
of the shallow-water area in front of the prograding slope de-
creased  and  was  exceeded  by  the  transport  distance  of  tur-
bidity  currents.  As  a  result,  sediments  bypassed  and  were
dumped  into  the  deep  basin  in  the  south-southwest;  this  in-
hibited  the  accumulation  of  thick  turbiditic  successions  in
these transitional areas.

Evolution of deltas and slopes in the region

The  depositional  model  of  the  transitional  slope  is  also

supported by available well data. Unfortunately no cores, but
gamma-ray, standard potential and resistivity curves and ar-
chive reports on cuttings and cores are available. A geologi-
cal  section  partly  parallel  to  the  progradational  direction  of
the shelf-slope system (cf. Fig. 1b) was constructed (Fig. 8;
from  cluster  A  to  well  K-65).  Coarsening  up-units  of  20 m

Fig. 8. Correlation panel through gamma-logs of shallow wells. The progradational parasequence set of cluster A is interpreted as delta pro-
gradation on the shelf-edge. The correlative set in cluster B is interpreted as deposits of the transitional slope, with thin turbiditic lobe de-
posits mimicking the shelf-edge progradation. Note that wells of cluster A to K-65 are in dip direction, while wells of cluster B are in strike
with  respect  to  the  supposed  slope.  The  base  of  the  progradational  set  was  used  as  a  datum,  measured  depth  is  shown  along  the  wells.
GR logs are shaded according to facies, yellow is sand, green is shale.

background image

339

TURBIDITES IN UPPER MIOCENE LAKE PANNON (W MECSEK MOUNTAINS, HUNGARY)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

thickness are interpreted as deltaic lobes, based on analogous
successions  of  the  Balaton  region  (cf.  Sztanó  et  al.  2013a).
They can also be regarded as parasequences that comprise a
progradational  parasequence  set.  This  is  best  imaged  be-
tween  20—100 m  measured  depth  in  the  well  Szulimán  B-1
situated only a few hundred meters from the studied outcrop.
They are sharply overlain by “hot” shales locally producing
the highest count on the logs. In the following 4 km distance
the progradational parasequence set is still obvious in gradu-
ally  increasing  depth  (40—120 m  MD  of  Mozsgó  K-3  and
85—170 m MD of Mozsgó M-1). The coarsening/thickening-
up set, as well as the overlying thin shales are recognized on
logs of cluster B in an even larger measured depth, at about
300 m  in  Szigetvár  K-23,  56  and  K-60.  It  means  that  a  re-
gional,  post-sedimentary  tilt  of  2.5—3°  towards  the  S  must
have happened, which is reasonable if the depth of base Late
Miocene  or  the  position  of  the  pre-Neogene  is  considered
(Fig. 2) (Kőrössy 1989; Haas et al. 2010).

Delta  front  to  mouth  bar  sandstones  of  the  youngest

parasequences reached the area of Mozsgó-1, but those of the
oldest  ones  did  not  develop  here.  Instead  their  time-equiva-
lents, several thin sandstones appear in the lower part of the
parasequence set. Similar sandstones forming sheet-like bod-
ies  are  present  in  the  wells  of  cluster  B.  Their  areal  extent
may  have  attained  5 km,  while  their  thickness  is  less  than
10 m, usually 2—5 m only. It should be emphasized that this
portion of the section (Fig. 8) is parallel with the strike of the
slope. These sandstone sheets are interpreted as small series
of  turbidites  near  the  base  of  the  slope,  in  front  of  the  pro-
grading  shelf-edge  deltas.  The  mostly  upwards  increasing
thickness of the sandstone sheets, namely their thickening-up
stacking  pattern  mimics  the  progradational  character  of  the
deltaic parasequence set.

The  overlying  shales,  widespread  all  over  the  study  area

mark a regional flooding event. As a result of this transgres-
sion, the coastal region of Lake Pannon might have stepped
back  to  the  north,  so  far  that  for  a  short  interval  only  con-
densed deposition took place here. After some time a new pro-
grading  slope  of  about  the  same  ca.  80—100 m  height  might
have evolved, thus base of slope turbidite sheets could form
again.  The  studied  succession  at  Szulimán  might  be  part  of
this  system.  The  prograding  deltas  of  this  new  phase  might
have  reached  the  Szigetvár  area  when  sand  bodies  at  about
190—200 m MD in wells K-23 and K-56 were deposited.

Actually  the  turbidites  at  Szuliman  indicate  a  transitional

slope,  which  did  not  develop  just  because  of  the  marginal
position  but  also  because  the  lake  level  rose.  Unfortunately
no biostratigraphic evidence exists on the time span of these
major floodings and the related progradational parasequence
sets. However, based on regional studies of the aggradational
to progradational character of the shelf slope of Lake Pannon
(Sztanó et al. 2013b), it is supposed that they occurred regu-
larly in about 100 kyr intervals.

Fossils

The sediments of Lake Pannon often contain fossils of en-

demic molluscs, ostracods and dinoflagellates, providing a ba-

sis for the interpretation of the depositional environment and
age of the enclosing sediments (Magyar & Geary 2012). For
instance,  distinct  mollusc  assemblages  characterize  the  lit-
toral,  sublittoral,  and  profundal  zones  of  the  lacustrine  envi-
ronment, thus offering a tool to estimate the paleo-water depth
(Juhász & Magyar 1992; Magyar 1995; Geary et al. 2000).

Our  efforts  to  recover  either  macro-  or  microfossils  from

the Szulimán outcrop have been unsuccessful so far. Fossil-
iferous  outcrops  and  borehole  sequences,  however,  were
documented in the vicinity (Fig. 3). Although these data can-
not be applied directly to the Szulimán succession, they give
us  a  general  understanding  of  the  age  and  environmental
conditions of Lake Pannon deposits in the region.

Environmental interpretation of molluscs

Two  different  mollusc  assemblages  occur  in  the  area

(Figs. 9,  10).  The  first  one  is  characterized  by  Congeria
zagrabiensis
,  Pontalmyra  otiophora,  Valenciennius  reussi,
and  may  also  include  Congeria  rhomboidea,  C.  croatica,
Lymnocardium  majeri
,  L.  cristagalli,  L.  hungaricum,  other
cardiids  and  pulmonate  snails  (Fig. 9).  This  assemblage  is
found  in  fine-grained  sediments,  such  as  marl,  clay  or  silt,
and  is  interpreted  as  a  sublittoral  fauna.  It  has  been  found,
for instance, in surface outcrops near Ibafa (collected by G.
Chikán), Bükkösd, and in the Sh-1 borehole, at 551 m depth,
close to the bottom of the Lake Pannon sequence.

The other mollusc assemblage consists of cardiids, such as

Lymnocardium ferrugineum, L. pelzelni, L. schmidti, Proso-
dacnomya  
sp.,  etc.,  dreissenids,  such  as  Congeria  triangu-
laris
,  C.  balatonica  and  Dreissenomya,  and  prosobranch
gastropods,  such  as  Viviparus  and  Melanopsis  (Fig. 10).
These fossils are found in sands, and are interpreted as repre-
senting a shallow-water, littoral mollusc fauna. This assem-
blage is found, for example, in Nyugotszenterzsébet (Bujtor
1992), Cserdi, Ibafa and Bükkösd.

However distinct the two assemblages are, they do not dis-

play any clear geographical separation within our study area.
Instead, they repeatedly occur above each other in some se-
quences, for example in Bükkösd and Ibafa, making the pa-
leoenvironmental interpretation a challenge.

An unusual mixture of the two assemblages in a thin gravel

layer was recorded in borehole Nagyváty-7, at 290 m depth.
Littoral  forms,  such  as  Prosodacnomya,  Melanopsis  and
Theodoxus, occurred together with sublittoral  Lymnocardium
majeri
 here, obviously as a result of reworking and redeposi-
tion.  This  process  implies  the  presence  of  a  morphological
gradient,  possibly  similar  to  the  one  that  initiated  the  Szu-
limán turbidites.

Biochronostratigraphy

Apart  from  the  deep  Szentlőrinc-XII  borehole  where  al-

most  all  Lake  Pannon  dinoflagellate  and  mollusc  biozones
were identified ((Sütő-Szentai 1989, 1991, 1995, 2000), Kor-
pás-Hódi  in  (Wéber  1982)),  the  fossiliferous  deposits  of  the
study area belong to the youngest biozones of Lake Pannon
sediments. These include the Spiniferites validus, Spiniferites
tihanyensis,  and  Galeacysta  etrusca  microplankton  zones,

background image

340

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

some  freshwater  algal  ecozones,  and  the  Congeria  rhom-
boidea sublittoral and Prosodacnomya littoral mollusc zones
(Magyar & Geary 2012).

According to the distribution of microplankton zones, Sütő-

Szentai (1995) suggested that the study area was first flooded

Fig. 9. Sublittoral molluscs from the study area. a – Lymnocardium
majeri
,  borehole  Nagyváty  (Nv)-7,  290 m;  b  –  Lymnocardium
cristagalli
, Ibafa (collected by G. Chikán); c – Congeria zagrabiensis,
Ibafa (collected by G. Chikán); d – Congeria zagrabiensis, borehole
Somogyhatvan (Sh)-1, 551 m. Scale bars: 1 cm.

Fig. 10. Littoral molluscs from the study area.
a – Viviparus sp., Cserdi; b – Dreissenomya
sp.,  Bükkösd;  c  –  Congeria  triangularis,
Cserdi;  d  – Lymnocardium  pelzelni,  Cserdi;
e  –  Lymnocardium  ferrugineum,  Bükkösd;
f  –  Prosodacnomya  carbonifera,  borehole
Nagyváty (Nv)-7, 290 m. Scale bars: 1 cm.

by  Lake  Pannon  at  the  end  of  the  Spiniferites  validus  chron,
which is considered to be slightly older than 8 Ma (Magyar &
Geary  2012).  NE  (updip)  of  Szulimán,  in  Horváthertelend
(Fig. 3) and beyond, only the validus and tihanyensis zones
were found, whereas S (downdip) of Szulimán, in the bore-
holes  Szentlőrinc-XII,  Kacsóta-1,  and  Szig-K-60  (indicated
as “Szigetvár-III” in the original publications), the youngest
brackish-water biozone, the etrusca zone was also identified
above the validus and tihanyensis zones. According to Sütő-
Szentai (1995), this pattern suggests that the etrusca zone was
partly eroded from above the uplifted north-eastern part of the
study area.

The  bases  of  the  Congeria  rhomboidea,  Prosodacnomya

and  Galeacysta  etrusca  zones  roughly  correspond  to  each
other, and can be dated as ca. 8 Ma (Magyar & Geary 2012).
The  age  of  the  outcropping  Lake  Pannon  sedimentary  se-
quences discussed in this paper, including the Szulimán out-
crop, can thus be estimated as 7 to 8 million years.

Regional stratigraphy and flooding events: a

discussion

A  regional  geological  cross-section  (Fig. 11)  was  com-

piled in order to show the position and connection of various
lacustrine formations and to understand how the deposits of
the transitional slopes can be classified. In the Drava Basin
the  deep  lacustrine  marls  and  the  following  thick  turbiditic
series, overlying and onlapping on the Middle Miocene syn-
rift sediments, occur at a depth of at least 2 km. The Szolnok
Formation  pinches  out  towards  the  basin  margin.  Therefore
the  next  Algyő  Formation  –  slope-related  turbidites  and
slope shales – overlies either the Szolnok Formation or older
Paleogene  to  Neogene  or  the  basement  near  the  basin  mar-
gins.  It  is  important  to  keep  in  mind  that  the  clinoforms  in

background image

341

TURBIDITES IN UPPER MIOCENE LAKE PANNON (W MECSEK MOUNTAINS, HUNGARY)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

Fig. 11.

 Regional 

cross-section 

constructed 

from 

seismic 

profile 

(see 

Fig.

 2), 

well 

data 

and 

geological 

maps 

shows 

various 

basement 

and 

their 

Cenozoic 

cover 

units 

from 

the 

Drava 

Basin 

to 

the

Mecsek 

Mts. 

The 

Upper 

Miocene 

lacustrine 

succession 

is 

tilted 

and 

thickening 

towards 

the 

SW. 

It 

is 

erosionally 

truncated 

by 

the

 M

io

/Pliocene 

and 

the 

Quaternary 

unconformities. 

Progradation

of the shelf edge, namely 

the boundary of the Algyő 

and Újfalu Formations, is clear 

from seismic profiles but 

is difficult to r

econstruct from well data. The 

positions of sediments indicating the

transitional 

slope 

discussed 

in 

this 

paper 

are 

marked 

on 

the 

wells 

by 

the 

isochronous 

parasequence 

set. 

B

asement 

map 

after 

Haas

 e

al. 

2010.

this  figure  are  not  imaged  in  dip  direction
but in an oblique view. Based on a net of 2D
sections  (Uhrin  2011)  slope  progradation
happened  from  NNW  to  SSE.  It  is  evident
from  the  section  that  as  the  slope  advanced
towards the deeper parts of the Drava Basin
the  height  of  slope  increased,  from  about
150 m at the NE margin to 300—400 m in the
basin interior. The decompacted thickness of
slope shales indicates minimum estimates of
water depth up to 610 m (Balázs et al. 2015).

The black dots on the seismic profile rep-

resent  the  shelf-slope  break  marking  the
boundary between the steeply dipping slope
of the Algyő Formation and originally hori-
zontally  deposited  Újfalu  Formation,  the
product of repeated delta progradation on the
lacustrine shelf. Connecting these points in-
dicates  the  shelf-edge  trajectory,  which
shows  the  development  of  the  lacustrine
base level, a result of subsidence and climat-
ically-driven  lake  level  oscillations.  At  the
NE side of the seismic profile first a flat tra-
jectory is evident with the shelf edge of only
150 m  high  slopes  near  the  basin  margin.
This relatively small water depth is the result
of the first flooding of the basin margin. It is
followed  by  a  steeply  ascending  trajectory,
which points to a period when the lacustrine
base  level  was  rising.  Aggradation  of  the
shelf was about 200 m accompanied by only
a modest rate of progradation. About 6.8 Ma
ago (Magyar et al. 2013) the situation gradu-
ally  changed,  the  trajectory  became  almost
flat,  indicating  that  aggradation  ceased  and
progradation  became  dominant.  After  that
only minor rises of the shelf-edge trajectory
are  visible.  The  ultimate  cause  of  the  major
base-level  rise  somewhat  before  6.8 Ma  is
unknown.  The  structural  evolution  of  the
Mecsek area is complex enough to involve a
local increase in the rate of subsidence. Cli-
matic impact on lake-level rise is also equally
possible, but if it played a significant role it
must  be  evident  elsewhere  in  Lake  Pannon
sediments of the same age.

Actually this base-level rise roughly corre-

lates in time with a significant backstepping
of  the  shelf  margin  in  eastern  Hungary,
where  a  second  set  of  large  clinoforms  ap-
pears  on  seismic  sections  of  the  eastern
Great Plain (Magyar & Sztanó 2008; Magyar
2010).  This  event  also  resulted  in  the  accu-
mulation  of  extremely  thick  successions  of
the  deltaic  sediments  shown  by  well  data
(Juhász 1992, 1993), reported not only from
the  western  and  eastern  parts  of  the  Great
Plain but also from the Drava Basin (Juhász
1998). The differences in the basin fill archi-

background image

342

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

tectures in the Great Plain and rates of backstepping were ex-
plained  by  variations  in  sediment  supply  (Vakarcs  et  al.
1994; Csato et al. 2007). As this unit is overlain by a locally
important unconformity, much effort was done to explain the
origin of the latter, but much less attention has been paid to
the reasons for lake-level rise below. Mostly it has been em-
phasized  that  the  main  driving  force  is  differential  subsid-
ence  and  uplift  of  the  region  (Juhász  et  al.  2007).  During
about  the  same  time  interval  economic  lignite  seams  also
formed on the northeastern margin of Lake Pannon, worked
in  huge  open  pit  mines  on  the  foothills  of  the  Mátra  and
Bükk  Mts.  Their  repeated  successions  up  to  a  thickness  of
over 200 m can be followed close to the area where the del-
taic  succession  is  thick  in  the  Great  Plain  (Magyar  2010).
These  pieces  of  evidence,  together  with  multiple  paleobio-
logical data point to a period characterized by increased rates
of precipitation from ca. 7.2 Ma (Magyar 2010).

Whatever the trigger was, this period of intense base level

rise is particularly interesting because successions NE of the
seismic  profile,  shown  in  detail  by  well  data  (Fig. 8),  were
deposited during this time. As a result of flooding, lacustrine
deposits  could  extend  as  far  as  Nyugotszenterzsébet  or
Bükkösd. During this transgression wave-eroded coasts and
small  deltas  of  locally  derived  material  developed.  As  was
discussed before, fossils at several sites near the base of the
lacustrine succession – in well Sh-1, Bükkösd, Ibafa – are
not older than 8 Ma, therefore all these events must have oc-
curred after 8 Ma. As the base level repeatedly rose, these lo-
cal  transgressive  deposits  partly  got  reworked  and  eroded.
The  stacked  parasequence  sets  discussed  formerly  indicate
that  the  base  level  was  rising  continuously,  without  notice-
able falls.

The lower, dominantly shaly portion of the lacustrine suc-

cession in the Szigetvár wells (Fig. 8) may still be formed on
the same, roughly 150 m high slope which is depicted on the
seismic section, thus this part can be named the Algyő For-
mation. The overlying cyclic sequences were formed above
the shelf edge, so if they appeared on seismics they would be
called Újfalu, without doubt. Well data, with coarsening and
thickening up series alternating with shales are also features
frequently reported from the Újfalu Formation. The speciality
of the area, however, is that it can be demonstrated that not
only delta slopes, but longer and taller transitional slopes de-
veloped, and allowed the accumulation of turbidites at their
base. Although the studied outcrop is unique so far, it must
be emphasized that sedimentary characters are very different
from other facies of the Újfalu Formation. The development
of  this  third  type  of  slope  is  obviously  connected  to  the  in-
tense lake level rise, manifested in the form of stacked pro-
gradational  parasequence  sets.  The  successions  clearly
demonstrate  that  high  rate  of  sediment  supply  is  over-
whelmed by base-level rise in the short term.

Conclusions

The  unique  succession  at  Szulimán  with  turbidites  and

synsedimentary  folds  with  possible  minor  modifications  by
storm-induced currents clearly indicates that an inclined pa-

leotopography, meaning some sort of slope, must have existed
within a few km of the location. The usually 20—30 m high
delta  slopes  in  Lake  Pannon  as  well  as  the  several  hundred
meter  high  basin  margin  slopes  can  be  excluded.  The  Szu-
limán  turbidites  formed  on  the  flank  of  a  basement  high,
namely  in  a  transitional  position  between  “real”  deep  basin
slopes  and  sublacustrine  basement  highs,  where  no  slopes
developed at all. However, the formation of these slopes of
transitional height is only partly a result of their spatial loca-
tion, rather it can be explained by an interplay of their mar-
ginal  location  and  of  lake  level  rise.  As  lake-level  rise
continued,  the  development  of  transitional  slopes  was  re-
peated. As there are locations where the transgressive coastal
sands are directly overlain by regressive deltaic successions,
without intercalations of thick sublittoral/profundal clays, it
is supposed that only a small temporal difference may have
existed between the flooding of some elevated areas and the
arrival  of  the  prograding  deltaic  feeder  system.  The  ampli-
tude  of  lake-level  rise  seems  to  be  unusually  high  with  re-
spect to similar events in Lake Pannon, but it is not possible
to  determine  so  far  if  the  climatic  or  structural  signal  was
stronger. As the turbidites near Szulimán are associated with
alternating  deltaic  and  open-water  transitional  slope  depos-
its, they are assigned to the Újfalu Formation.

Reasons  explaining  why  these  turbidites  have  gone  unre-

cognized so far include the poor outcrop conditions in low-
relief landscapes surrounding the mountains and the lack of
industrial  exploration  in  these  areas.  Even  if  they  exist,  the
resolution of industrial seismic profiles is usually inadequate
to  detect  clinoforms  of  less  than  100 m  thickness,  as  is  the
quality  of  archive  core  or  borehole  documentations,  where
sedimentary  structures  are  scarcely  mentioned.  It  is  a  ques-
tion  yet  to  be  examined  whether  similar  sediments  have  a
wider distribution among Lake Pannon “shallow-water” suc-
cessions. A potential tool for their detection is the investiga-
tion of well logs and available cores, particularly from areas
where extremely thick successions of Újfalu Sand have been
reported. The hardly studied outcrops of piedmont areas also
deserve attention. The presence of turbidites linked to transi-
tional  slopes  can  also  be  indicated  by  co-existing  or  mixed
sublittoral and littoral faunas.

Last  but  not  least,  large-scale  reconstructions  of  basin

evolution  or  paleogeography  can  benefit  from  detailed  pro-
cess-based sedimentological studies and a combination of pa-
leontological  and  limited  well-log  data  even  if  only  very
small outcrops are present.

Acknowledgments: This research was supported by the Euro-
pean  Union  and  the  State  of  Hungary,  co-financed  by  the
European  Social  Fund  in  the  framework  of  TÁMOP  4.2.4.
A/2-11-1-2012-0001  ‘National  Excellence  Program’  (Zoltán
Magyary Grant to KS), and by the Hungarian Scientific Re-
search  Fund  (OTKA)  Projects  PD104937  and  K81530.  We
thank  Zoltán  Lantos  (MFGI)  and  Lilla  Tőkés  (ELTE)  for
helping in visualization of well-log data. Two anonymous re-
viewers  are  acknowledged  for  thought-provoking  comments
and  suggestions.  MOL  Hungarian  Oil  and  Gas  Company  is
thanked for permitting the publication of seismic data in Fig-
ure 2. This is MTA-MTM-ELTE Paleo contribution No. 215.

background image

343

TURBIDITES IN UPPER MIOCENE LAKE PANNON (W MECSEK MOUNTAINS, HUNGARY)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

References

Alsop  G.I.  &  Marco  S.  2011:  Soft-sediment  deformation  within

seismogenic slumps of the Dead Sea Basin. J. Struct. Geol. 33,
4, 433—457.

Alsop G.I. & Marco S. 2013: Seismogenic slump folds formed by

gravity-driven  tectonics  down  a  negligible  subaqueous  slope.
Tectonophysics 605, 48—69.

Bada G., Dombradi E., Horányi A., Molnár G., Sztanó O. & Shevelev

M.  2014:  The  Algyő  turbidite  gas  play  in  the  Makó  Trough,
Pannonian Basin, Hungary. Neftyanoe Khozyaistvo 5, 72—76.

Balázs A.,Tőkés L. & Magyar I. 2015: 3D analysis of compaction

related tectonic and stratigraphic features of the Late Miocene
succession  from  the  Pannonian  Basin.  Abstract  Book  of  31st
IAS Meeting of Sedimentology
, 1—52.

Bérczi  I.  &  Phillips  L.  1985:  Processes  and  depositional  environ-

ments within Neogene deltaic-lacustrine sediments, Pannonian
Basin, SE Hungary. Geophys. T. 31, 1—3, 55—74.

Budai T. & Gyalog L. 2010: Geological map of Hungary for tourists,

1 : 200,000. Geol. Inst. Hung., Budapest, 1—276.

Bujtor  L.  1992:  An  Upper  Pannonian  (Pontian,  Neogene)  mollusc

fauna  from  the  Western  Mecsek  Hills,  Hungary.  Ann.  Univ.
Sci. Budapest., Sect. Geol.
 29, 237—262.

Cheel R. 1990: Horizontal lamination and the sequence of bed phas-

es and stratification under upper- flow-regime conditions. Sed-
imentology
 37, 3, 517—529.

Chikán G. & Budai T. 2005: Geological map of Hungary, 1:100,000,

sheet Szigetvár (L-33-72). Geol. Inst. Hung., Budapest.

Csato  I.,  Kendall  C.G.S.C.  &  Moore  P.D.  2007:  The  Messinian

problem in the Pannonian Basin, Eastern Hungary – Insights
from stratigraphic simulations. Sed. Geol. 201, 1—2, 111—140.

Csillag G., Sztanó O., Magyar I. & Hámori Z. 2010: Stratigraphy of

the  Kálla  Gravel  in  Tapolca  Basin  based  on  multi-electrode
probing and well data. Földt. Közl. 140, 2, 183—196.

Cziczer  I.,  Magyar  I.,  Pipík  R.,  Böhme  M.,  Corić  S.,  Bakrač  K.,

Sütő-Szentai  M.,  Lantos  M.,  Babinszki  E.  &  Müller  P.  2009:
Life in the sublittoral zone of long-lived Lake Pannon: paleon-
tological analysis of the Upper Miocene Szák Formation, Hun-
gary. Int. J. Earth Sci. 98, 7, 1741—1766.

Dott R.H. & Bourgeois J. 1982: Hummocky stratification: Signifi-

cance of its variable bedding sequences. Geol. Soc. Amer. Bull.
93, 8, 663—680.

Fenton M.W. & Wilson C.J.L. 1985: Shallow-water turbidites: An

example  from  the  Mallacoota  Beds,  Australia.  Sed.  Geol.  45,
3—4, 231—260.

Geary D.H., Magyar I. & Müller P. 2000: Ancient Lake Pannon and

its endemic molluscan fauna (Central Europe; Mio—Pliocene).
In:  Rossiter  A.  &  Kawanabe  H.  (Eds.):  Ancient  lakes:  biodi-
versity, ecology and evolution. Advances in Ecological Research
3, 463—482.

Haas J., Budai T., Csontos L., Fodor L. & Konrád Gy. 2010: Pre-

Cenozoic  geological  map  of  Hungary,  1 : 500,000.  Geol.  Inst.
Hung.
, Budapest.

Horváth F. & Cloetingh S. 1996: Stress-induced late-stage subsidence

anomalies  in  the  Pannonian  basin.  Tectonophysics  266,  1—4,
287—300.

Horváth F. & Royden L. 1981: Mechanism for formation of the in-

tra-Carpathian basins: a review. Earth Evol. Sci. 1, 307—316.

Horváth F. & Tari G. 1999: IBS Pannonian Basin project: a review

of the main results and their bearings on hydrocarbon explora-
tion. In Durand B., Jolivet L., Horváth F. & Séranne M. (Eds.):
The  Mediterranean  basins:  Tertiary  extension  within  the  Al-
pine orogen. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 156. 195—213.

Horváth  F.,  Sacchi  M.  &  Dombrádi  E.  2010:  Seismic  stratigraphy

and  tectonics  of  Late  Miocene  basin  fill  in  southern  Trans-
danubia and below Lake Balaton. Földt. Közl. 140, 4, 391—418.

Juhász Gy. 1991: Lithostratigraphical and sedimentological frame-

work of the Pannonian (s.l.) sedimentary sequence in the Hun-
garian Plain (Alföld), Eastern Hungary. Acta Geol. Hung. 34,
53—72.

Juhász Gy. 1992: Pannonian s.l. formations on the Hungarian Plain:

distribution, facies and sedimentary environments. Földt. Közl.
122, 2—4, 133—165.

Juhász Gy. 1993: Sedimentological and stratigraphical evidences of

relative water-level fluctuations in the Pannonian Lake. Földt.
Közl.
 123, 4, 379—398.

Juhász  Gy.  1994:  Comparison  of  the  sedimentary  sequences  in

Late-Neogene  sub-basins  in  the  Pannonian  Basin,  Hungary.
Földt. Közl. 124, 3, 341—365.

Juhász Gy. 1998:  Litostratigraphy of deep Neogene basins of Hun-

gary. In: Bérczi I. & Jámbor Á. (Eds.): Stratigraphy of  geologi-
cal formations in Hungary. MOL RT-MÁFI, Budapest, 469—483
(in Hungarian).

Juhász Gy. & Magyar I. 1992: Review and correlation of the Late

Neogene  (Pannonian  s.l.)  lithofacies  and  mollusc  biofacies  in
the Great Plain, eastern Hungary. Földt. Közl. 122, 167—194.

Juhász Gy., Pogácsás Gy., Magyar I. & Vakarcs G. 2007: Tectonic

versus climatic control on the evolution of fluvio-deltaic sys-
tems in a lake basin, Eastern Pannonian Basin. Sed. Geol. 202,
1—2, 72—95.

Kleb B. 1973: Geologie des Pannons im Mecsek. Ann. Hung. Geol.

Inst. LIII, 3, 750—943.

Konrád Gy. & Sebe K. 2010: New records of young tectonic phe-

nomena  in  the  Western  Mecsek  Mts.  and  their  surroundings.
Földt. Közl. 140, 2, 135—161.

Korpás-Hódi  M.  1998:  Litostratigraphy  of  Pannonian  s.l.  basin

margin  sedimentary  formations.  In:  Bérczi  I.  &  Jámbor  Á.
(Eds.):  Stratigraphy  of    geological  formations  in  Hungary.
MOL RT-MÁFI, Budapest, 453—468 (in Hungarian).

Kovácić M., Zupanić J., Babić L., Vrsaljko D., Miknić M., Bakrac

K., Hecimovic I., Avanić R. & Brkić M. 2004: Lacustrine ba-
sin  to  delta  evolution  in  the  Zagorje  Basin,  a  Pannonian  sub-
basin  (Late  Miocene:  Pontian,  NW  Croatia).  Facies  50,  1,
19—33.

Körössy L. 1989: Hydrocarbon geology of the Dráva Basin in Hun-

gary. Gen. Geol. Rev. 24, 3—122.

Krézsek C. & Filipescu S. 2005: Middle to late Miocene sequence

stratigraphy  of  the  Transylvanian  Basin  (Romania).  Tectono-
physics
 410, 437—463.

Lamb M.P., Myrow P.M., Lukens C., Houck K. & Strauss J. 2008:

Deposits from wave-influenced turbidity currents: Pennsylva-
nian Minturn Formation, Colorado, U.S.A. J. Sed. Res. 78, 7,
480—498.

Lucić D., Saftić B., Prelogović E., Britvić V., Mesić I., Krizmanić

K.  &  Luc  D.  2001:  The  Neogene  evolution  and  hydrocarbon
potential of the Pannonian Basin in Croatia. Mar. Petrol. Geol.
18, 1, 133—147.

Magyar I. 1995: Late Miocene mollusc biostratigraphy in the east-

ern  part  of  the  Pannonian  basin  (Tiszántúl,  Hungary).  Geol.
Carpathica
 46, 29—36.

Magyar  I.  2010:  Palaeogeography  and  palaeoenvironments  in  the

Late Miocene Pannonian Basin. GeoLitera, Szeged, 1—140 (in
Hungarian).

Magyar I. & Geary D.H. 2012: Biostratigraphy in a Late Neogene

Caspian-type  lacustrine  basin:  Lake  Pannon,  Hungary.  In:
Baganz  O.V.,  Bartov  Y.,  Bohács  K.  &  Nummedal  D.  (Eds.):
Lacustrine  sandstone  reservoirs  and  hydrocarbon  systems.
AAPG Mem. 95, 255—264.

Magyar I. & Sztanó O. 2008: Is there a Messinian unconformity in

the Central Paratethys? Stratigraphy 5, 3—4, 245—255.

Magyar  I.,  Juhász  Gy.,  Szuromi-Korecz  A.  &  Sütő-Szentai  M.

2004:  The  Tótkomlós  Calcareous  Marl  Member  of  the  Lake

background image

344

SZTANÓ, SEBE, CSILLAG and MAGYAR

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2015, 66, 4, 331—344

Pannon  sedimentary  sequence  in  the  Battonya-Pusztaföldvár
region, SE Hungary. Földt. Közl. 133, 521—540.

Magyar I., Müller P.M., Sztanó O., Babinszki E. & Lantos M. 2006:

Oxygen-related  facies  in  Lake  Pannon  deposits  (Upper  Mio-
cene) at Budapest-Kőbánya. Facies 52, 2, 209—220.

Magyar I., Radivojević D., Sztanó O., Synak R., Ujszászi K. & Póc-

sik  M.  2013:  Progradation  of  the  paleo-Danube  shelf  margin
across the Pannonian Basin during the Late Miocene and Early
Pliocene. Global Planet. Change 103, 1, 168—173.

Mulder T., Syvitski J.P.M., Midgeon S., Faugéres J.C. & Savoye B.

2003: Marine hyperpycnal flows: initiation, behaviour and re-
lated deposits. A review. Mar. Petrol. Geol. 20, 861—882.

Myrow P.M., Fischer W. & Goodge J.W. 2002: Wave-modified tur-

bidites: combined-flow shoreline and shelf deposits, Cambrian,
Antarctica. J. Sed. Res. 72, 5, 641—656.

Nelson C.H. 1982: Modern shallow-water graded sand layers from

storm surges, Bering Shelf: a mimic of Bouma sequences and
turbidite systems. SEPM J. Sed. Res. 52, 2, 537—545.

Pattison  S.A.J.  2005:  Isolated  highstand  shelf  sandstone  body  of

turbiditic origin, lower Kenilworth Member, Cretaceous West-
ern  Interior,  Book  Cliffs,  Utah,  USA.  Sed.  Geol.  177,  1—2,
131—144.

Pavelić D. 2001: Tectonostratigraphic model for the North Croatian

and North Bosnian sector of the Miocene Pannonian basin sys-
tem. Basin Res. 12, 359—376.

Plink-Björklund  P.  &  Steel  R.J.  2005:  Deltas  on  falling-stage  and

lowstand shelf margins, the Eocene Central basin of Spitsber-
gen:  importance  of  sediment  supply.  In:  Giosan  L.  &  Bhatta-
charya  J.P.  (Eds.):  River  Deltas  –  concepts,  models  and
examples. SEPM Spec. Publ. 83, 179—206.

Pogácsás Gy. 1984: Seismic stratigraphic features of Neogene sedi-

ments in the Pannonian Basin. Geophys. T. 30, 373—410.

Prave A. & Duke W. 1990: Small-scale hummocky cross-stratifica-

tion  in  turbidites:  a  form  of  antidune  stratification?  Sedimen-
tology
 37, 3, 531—539.

Sacchi  M.,  Horváth  F.  &  Magyari  O.  1999:  Role  of  unconformity-

bounded  units  in  the  stratigraphy  of  the  continental  record:  a
case study from the Late Miocene of the western Pannonian Ba-
sin, Hungary. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 156, 1, 357—390.

Saftić B., Velić J., Sztanó O., Juhász Gy. & Ivković Z. 2003: Tertiary

subsurface facies, source rocks and hydrocarbon reservoirs in
the  SW  Part  of  the  Pannonian  Basin  (Northern  Croatia  and
South-Western Hungary). Geol. Croatica 56, 1, 101—122.

Southard J.B. & Boguchwal L.A. 1990: Bed configuration in steady

unidirectional  water  flows.  Part  2  Synthesis  of  flume  data.  J.
Sed. Petrology 
60, 658—679.

Sütő-Szentai  M.  1989:  Microplankton  flora  of  the  Pannonian  se-

quence  of  the  Szentlőrinc-XII  structure  exploratory  well.
Földt. Közl. 119, 31—43.

Sütő-Szentai M. 1991: Organic-walled microplankton zones of Pan-

nonian successions in Hungary: New data on the zonation and
on  the  evolution  of  dinoflagellates.  Őslénytani  Viták  36—37,
157—200 (in Hungarian).

Sütő-Szentai  M.  1995:  Palaeogeographical  changes  in  SE  Trans-

danubia during stage Pannonian. Folia Comloensis 6, 35—51.

Sütő-Szentai M. 2000: Examination for microplanktons of organic

skeleton in he area between the Necsek and the Villány Moun-
tains (S-Hungary, Somberek-2 borehole). Folia Comloensis 8,
157—167.

Sztanó  O.,  Horányi  A.,  Molnár  G.  &  Bada  G.  2015:  One  basin,

three different turbidite systems: Late Miocene, Makó Trough,
Pannonian Basin, Hungary. Abstract Book of 31st IAS Meeting
of Sedimentology
, 1—518.

Sztanó O., Krézsek Cs., Magyar I., Wanek F. & Juhász Gy. 2005:

Sedimentary  cycles  and  rythms  in  a  Sarmatian  to  Pannonian
transitional  profile  at  Oarba  de  Mureq/Marosorbó,  Transylva-
nian Basin. Acta Geol. Hung. 48, 2, 235—256.

Sztanó  O.,  Magyar  I.,  Szónoky  M.,  Lantos  M.,  Müller  P.,  Lenkey

L.,  Katona  L.  &  Csillag  G.  2013a:  Tihany  Formation  in  the
surroundings  of  Lake  Balaton:  type  locality,  depositional  set-
ting and stratigraphy. Földt. Közl. 143, 1, 73—98.

Sztanó  O.,  Szafián  P.,  Magyar  I.,  Horányi  A.,  Bada  G.,  Hughes

D.W., Hoyer D.L. & Wallis R.J. 2013b: Aggradation and pro-
gradation controlled clinothems and deep-water sand delivery
model in the Neogene lake pannon, Makó Trough, Pannonian
Basin, SE Hungary. Global Planet. Change 103, 1, 149—167.

Thamó-Bozsó  E.,  Sebe  K.  &  Kónya  P.  2014:  An  attempt  to  distin-

guish local and distal Upper Miocene deltaic sediments around
the  Mecsek  Mountains  (SW  Hungary)  based  on  mineralogical
data. In: Bábek O., Matys Grygar T. & Uličný D. (Eds.): Central
European  Meeting  of  Sedimentary  Geology,  Olomouc,  Czech
Republic, abstracts. Olomouc, Czech Republic, 102—103.

Tomljenović B. & Csontos L. 2001: Neogene—Quaternary structures

in the border zone between Alps, Dinarides and Pannonian Ba-
sin  (Hrvatsko  zagorje  and  Karlovac  Basins,  Croatia).  Int.  J.
Earth Sci
. 90, 560—578.

Tőkés L., Bartha I.R., Silye L., Krézsek Cs. & Sztanó O. 2013: New

results on the Upper Miocene turbidite systems of the Transyl-
vanian Basin, Lake Pannon. In: Cagatay N. & Zabci C. (Eds.):
14

th

 Congress of Regional Committee on Mediterranean Neo-

gene Stratigraphy. Book of Abstracts of the RCMNS, Technical
University
, Istanbul, Turkey, 15.

Traykovski P., Wiberg P.L. & Geyer W.R. 2007: Observations and

modeling of wave-supported sediment gravity flows on the Po
prodelta  and  comparison  to  prior  observations  from  the  Eel
shelf. Cont. Shelf Res. 27, 3—4, 375—399.

Uhrin A. 2011: Lake-level changes and their controlling factors in

some sub-basins of the Late Miocene Lake Pannon. PhD The-
sis, Eötvös Loránd University
, 1—127 (in Hungarian).

Uhrin A. & Sztanó O. 2011: Water-level changes and their effect on

deepwater  sand  accumulation  in  a  lacustrine  system:  a  case
study from the Late Miocene of western Pannonian Basin, Hun-
gary. Int. J. Earth Sci. 101, 5, 1427—1440.

Ujszászi K. & Vakarcs G. 1993. Sequence stratigraphic analysis in the

south Transdanubian region, Hungary. Geophys. T. 38, 69—87.

Vakarcs G., Vail P.R., Tari G., Pogácsás Gy., Mattick R.E. & Szabó

A. 1994: Third-order Middle Miocene—Early Pliocene deposi-
tional  sequences  in  the  prograding  delta  complex  of  the  Pan-
nonian Basin. Tectonophysics 240, 81—106.

Vrbanac B., Velić J. & Malvić T. 2010: Sedimentation of deep-wa-

ter  turbidites  in  the  SW  part  of  the  Pannonian  Basin.  Geol.
Carpathica
 61, 1, 55—69.

Walker R.G. 1984: Turbidites and associated coarse clastic depos-

its. In: Walker R.G. (Ed.): Facies models. Geosci. Canada Re-
print Series
 1, 171—188.

Wéber  B.  1982:  On  the  neogene  and  paleogene  of  the  Mecsekalja

graben (S-Hungary). Földt. Közl. 112, 209—240.

Zeng J. & Lowe D.R. 1997: Numerical simulation of turbidity cur-

rent flow and sedimentation: 11. Results and geological appli-
cations. Sedimentology 44, 85—104.