Stratigraphic architecture, sedimentology and structure of the middle Pleistocene Corinth canal (Greece)

peer reviewedAbstract: The man-made Corinth canal connects the Aegean Sea with the Corinth Gulf while displaying high steep walls allowing to study the sedimentological structure of this area. A former strait naturally connecting the gulf with the Aegean Sea is assumed in this area. Therefore, this exceptionally well-exposed site could be used as an analogue to study tidal straits after the definition of its stratigraphic architecture, sedimentology and structure. To do so, we used field observations associated with a 3D model built from drone imaging. We document a strait divided in a centre zone and 2 adjacent dune-bedded strait zones The centre is an active horst where sediment bypass occurred. On both sides opposite dipping conglomeratic dunes are represented by simple and compound dune foreset architectures with multiscale asymmetric herringbones cross stratifications. These observations document a tidal strait with conglomeratic dune bedded strait zones in a micro-tidal context. These ∼300 ka strait deposits are the only one preserved in the canal area. After deposition ended, this connection faded due to regional uplift and offset of Kalamaki-Isthmia fault. This paleostrait improves our understanding of middle to late Pleistocene paleogeography and structural controls on sea connections

Caractérisation des systèmes sédimentaires profonds en contexte de rift actif : étude intégrée des affleurements Plio-Pléistocène et des données sismiques du Golfe de Corinthe, Grèce

Middle Pleistocene Gilbert-type delta and prodelta in the Rift of Corinth, Greece, are investigated combining field methods and photogrammetric 3D model to document an entire early synrift sedimentological profile. Field works document four different dynamics in Gilbert-type bottomset deposits, each one of which is characterized by a specific range of facies, facies associations and geometries: (1) the sandy-gravelly bottomset, (2) the erosional-bypass stage, (3) the fine-grained bottomset and (4) the massive-sandy bottomset. The bottomset typologies are integrated within the stratigraphic delta context. In the associated prodelta, two active sandy-conglomeratic moats are limited by a confined drift. The prodelta moat axis are perpendicular to the delta and migrate upslope. In the moat axis, a normal-to-inverse grading sequence evolution is correlated down-flow under bottom-current processes. The asymmetric drift presents a sediment-wave architecture on its long side within two sequences : (1) a normal turbidite sequence with a sharp erosional base and massive silt to shale and (2) a contourite bi-gradational sequence affected by red crust, wavy bedding, current ripples and bioturbation. New interpretations of seismic data resulting in horizon, structural, morphosedimentary, and thickness maps, for the offshore Corinth Rift, at a 100 kyr time scales document a mixed turbiditic and contouritic deep water system. The Southern slope break presents a mixed system between gravity-driven bottomset and bottom-current moats which rework and depose drifts. The Northern slope is meanly reworked by sediment-wave and perched drift which can produced plastered drifts. At 0.4 Ma, a contouritic sedimentary system dominates the Gulf of Corinth and indicates an opening at both West and East tips.Le profil de dépôt syn-rift d’un Gilbert-delta et de son prodelta du Pléistocène moyen est documenté dans le Rift de Corinthe en Grèce, à partir d’études de terrain et d’un modèle photogrammétrique. Les études de terrain ont permis de mettre en évidence quatre typologies de bottomsets avec des facies, des associations de facies et des géométries spécifiques : (1) des bottomsets de sables et de graviers, (2) un épisode d’érosion et de bypass, (3) un bottomset de sables fins et de silts, (4) un bottomset de sables massifs. Ces typologies sont intégrées dans le cadre stratigraphique du delta. Dans le prodelta associé, deux moats actifs remplis de sables et de conglomérats sont limités par un drift confiné. L’axe des moats migre à contre pente et est perpendiculaire au delta. Dans l’axe des moats, une séquence normale est remaniée en une séquence inverse dans la partie avale sous l’action des courants de fond. Le drift asymétrique développe une sediment-wave sur son flanc long avec deux séquences : (1) une séquence turbiditique strato- et grano-décroissante directement sur une surface d’érosion et (2) une séquence contouritique bi-gradationelle avec des rides de courant, des bancs ondulés, de la bioturbation et des encroutements ferrugineux. De nouvelles cartes d’horizon, structurales, morphodésimentaires et d’épaisseurs sont proposées à partir de l’interprétation des données sismiques avec un pas de temps de 100 ka. Ces éléments documentent la formation d’un système mixte contouritique et turbiditique profond dans le Golfe de Corinthe. Au Sud deux systèmes se développent en pied de pente : un système de bottomsets gravitaires et un système de moat érodant et remobilisant les sédiments pour former des drifts. Au Nord, la pente est remaniée en sediment-wave et par des moats perchés qui produisent des plastered drifts. A 0,4 Ma, un système dominé par les coutourites, dans le Golfe de Corinthe, indique une possible ouverture à l’Est et à l’Ouest

Deep-water syn-rift sedimentary systems from Plio-Pleistocene outcrops and seismic lines of Gulf of Corinth deposits (Greece)

Le profil de dépôt syn-rift d’un Gilbert-delta et de son prodelta du Pléistocène moyen est documenté dans le Rift de Corinthe en Grèce, à partir d’études de terrain et d’un modèle photogrammétrique. Les études de terrain ont permis de mettre en évidence quatre typologies de bottomsets avec des facies, des associations de facies et des géométries spécifiques : (1) des bottomsets de sables et de graviers, (2) un épisode d’érosion et de bypass, (3) un bottomset de sables fins et de silts, (4) un bottomset de sables massifs. Ces typologies sont intégrées dans le cadre stratigraphique du delta. Dans le prodelta associé, deux moats actifs remplis de sables et de conglomérats sont limités par un drift confiné. L’axe des moats migre à contre pente et est perpendiculaire au delta. Dans l’axe des moats, une séquence normale est remaniée en une séquence inverse dans la partie avale sous l’action des courants de fond. Le drift asymétrique développe une sediment-wave sur son flanc long avec deux séquences : (1) une séquence turbiditique strato- et grano-décroissante directement sur une surface d’érosion et (2) une séquence contouritique bi-gradationelle avec des rides de courant, des bancs ondulés, de la bioturbation et des encroutements ferrugineux. De nouvelles cartes d’horizon, structurales, morphodésimentaires et d’épaisseurs sont proposées à partir de l’interprétation des données sismiques avec un pas de temps de 100 ka. Ces éléments documentent la formation d’un système mixte contouritique et turbiditique profond dans le Golfe de Corinthe. Au Sud deux systèmes se développent en pied de pente : un système de bottomsets gravitaires et un système de moat érodant et remobilisant les sédiments pour former des drifts. Au Nord, la pente est remaniée en sediment-wave et par des moats perchés qui produisent des plastered drifts. A 0,4 Ma, un système dominé par les coutourites, dans le Golfe de Corinthe, indique une possible ouverture à l’Est et à l’Ouest.Middle Pleistocene Gilbert-type delta and prodelta in the Rift of Corinth, Greece, are investigated combining field methods and photogrammetric 3D model to document an entire early synrift sedimentological profile. Field works document four different dynamics in Gilbert-type bottomset deposits, each one of which is characterized by a specific range of facies, facies associations and geometries: (1) the sandy-gravelly bottomset, (2) the erosional-bypass stage, (3) the fine-grained bottomset and (4) the massive-sandy bottomset. The bottomset typologies are integrated within the stratigraphic delta context. In the associated prodelta, two active sandy-conglomeratic moats are limited by a confined drift. The prodelta moat axis are perpendicular to the delta and migrate upslope. In the moat axis, a normal-to-inverse grading sequence evolution is correlated down-flow under bottom-current processes. The asymmetric drift presents a sediment-wave architecture on its long side within two sequences : (1) a normal turbidite sequence with a sharp erosional base and massive silt to shale and (2) a contourite bi-gradational sequence affected by red crust, wavy bedding, current ripples and bioturbation. New interpretations of seismic data resulting in horizon, structural, morphosedimentary, and thickness maps, for the offshore Corinth Rift, at a 100 kyr time scales document a mixed turbiditic and contouritic deep water system. The Southern slope break presents a mixed system between gravity-driven bottomset and bottom-current moats which rework and depose drifts. The Northern slope is meanly reworked by sediment-wave and perched drift which can produced plastered drifts. At 0.4 Ma, a contouritic sedimentary system dominates the Gulf of Corinth and indicates an opening at both West and East tips

Typologies, processus et stratigraphie des contourites dans le Rift de Corinthe - Approche intégrée terrain, sismique et données océanographiques.

Les dépôts sédimentaires associés aux phases de rifts sont contrôlés par le contexte géodynamique et les failles normales. Lors de l’initiation du rift, les dépôts sont continentaux et généralement formés par des réseaux fluviaux débouchant dans des lacs isolés. Dans une deuxième phase, ces sous-bassins se connectent et s’approfondissent laissant place à une sédimentation clastique lacustre ou marine. Parallèlement à ces processus gravitaires de dépôts, les sédiments peuvent être remaniés par des processus indépendants de la source sédimentaire, pendant ou après le dépôt, par des courants de fond. Bien que le Rift de Corinthe ait été largement étudié, les modèles tectono-sédimentaires existants sont basés sur une sédimentation gravitaire, et ne considèrent pas ces processus de remaniement. Une approche intégrée basée sur de nouvelles données sédimentologiques, sismiques et océanographiques, d’affleurements et de carottes, permet d’illustrer la formation d’un système sédimentaire mixte turbiditique et contouritique modifiant significativement les modèles tectono-sédimentaires utilisés. L’étude de terrain couplée au modèle photogrammétrique à haute-résolution des affleurements localisés sur la marge sud du Rift de Corinthe permet de documenter les facies, les associations de facies ainsi que l’architecture d’un système pro-deltaïque. Ce prodelta est formé par deux moats actifs et parallèles limités par un drift commun. Ces moats forment un angle de 70 à 90° avec l’axe de progradation du delta, et s’écoulent parallèlement à la côte. Le drift est formé indépendamment du remplissage des moats par deux types de séquence : une séquence turbiditique et une séquence bigradationnelle contouritique. Les moats sont remplis par des facies de sables et de conglomérats à imbrication transverse, indiquant un remaniement persistant des clastes par des courants perpendiculaires à la zone d’apport et donc un export du matériel grossier dans la partie distale du bassin sous l’action de courants de fond. Les données de sismique illustrent une architecture comparable au niveau des deltas actuels du Golfe de Corinthe. De plus, la pente Nord du Golfe présente également des sediment-waves, des moats perchés et des plastered drifts. Ces moats sont érosifs, migrent à contre-pente et sont limités vers le bassin par un drift. Ces corps morphosédimentaires formés par le remaniement et l’érosion des sédiments témoignent de la présence de courants parallèles à la côte. La cartographie de l’ensemble de ces corps à l’échelle du Golfe et l’analyse des cartes d’isopaques, durant les derniers 600 ka a permis de mieux contraindre les processus sédimentaires dominants au cours de l’évolution du Rift. Ces processus de haute énergie modifient le cheminement sédimentaire et impliquent certaines configurations paléoocéanographiques et paléogéographiques qui sont cruciales dans l’évolution du Rift et notamment sa connexion avec la Méditerranée. Actuellement le Golfe de Corinthe est en connexion avec la Méditerranée à l’Ouest au niveau du détroit de Rion. Ce niveau de seuil, d’une bathymétrie actuelle de 62 m, contrôle le caractère lacustre ou marin du Golfe en fonction de l’eustatisme. Cette zone est donc cruciale dans la compréhension de la dynamique océanique du Golfe. C’est pourquoi, une campagne sismique et océanographique, a été réalisée en partenariat avec l’Université de Patras en Juin 2019. Elle a permis d’imager (Multibeam, Chirp, Sparker, Camera) et de mesurer pour la première fois des courants de fond (ADCP). Les résultats préliminaires documentent les facies et les géométries sédimentaires associées à une circulation de courants de l’ordre de 1 m/s ainsi que de nombreuses surfaces d’érosion sous-marines en période de haut niveau marin. Ces surfaces d’érosion associées à un contexte transgressif sont à intégrer aux interprétations stratigraphiques classiques jusqu’alors proposées.Le régime tectonique à l’extrémité d’un jeune rift intercontinental: la transition entre le Rift de Corinthe en extension pure et le système oblique du rift de Patras en Méditerranée

Architecture stratigraphique, sédimentologie et structure du Canal de Corinthe (Grèce)

The man-made Corinth Canal connects the Aegean Sea with the Corinth Gulf while displaying high steep walls allowing to study the sedimentological structure of this canal. This canal is supposed to be the former strait which connected the gulf with the Aegean Sea. Therefore, the canal could be used as analogue to study tidal straits once its stratigraphic architecture, sedimentology and structure are defined. To do so, we used field observations associated with a 3D model done by drone imaging. With these data we observed a central horst, located at the central part of the canal and an associated graben called Isthmia. The top and NW parts of the canal section consist of a min. 20 m thick unit of conglomeratic tidal dune bedded deposits. These deposits are evidenced by the presence of asymmetrical herringbones, tidal dune bedded features and cross-stratification. These deposits may then totally propose a new paleostratigraphic interpretation for the Corinth Canal but also complete the “classical” tidal strait depositional model. In the regional context, such deposits confirm the probable connection between the Aegean Sean and the Corinth Gulf at ~300 ka. This connection faded due to the regional uplift and the activation of the major Kalamaki-Isthmia fault

Stratigraphic architecture, sedimentology and structure of the Middle Pleistocene Corinth Canal (Greece), an analogue for tidal straits

The man-made Corinth canal connects the Aegean Sea with the Corinth Gulf while displaying high steep walls allowing to study the sedimentological structure of this area. A former strait naturally connecting the gulf with the Aegean Sea is assumed in this area. Therefore, this exceptionally well-exposed site could be used as an analogue to study tidal straits after the definition of its stratigraphic architecture, sedimentology and structure. To do so, we used field observations associated with a 3D model built from drone imaging. We document a first connection at ~1.8 Ma with a facies transition from deep lacustrine to shallow marine environments. Then a second connection as a strait divided in a centre zone and 2 adjacent dune-bedded strait zones. The centre is an active horst where sediment bypass occurred. On both sides opposite dipping conglomeratic dunes are represented by simple and compound dune foreset architectures with multiscale asymmetric herringbones cross stratifications (Figure 1). These observations document a tidal strait with conglomeratic dune bedded strait zones in a micro-tidal context. This interpretation is based on the following criteria (Longhitano & Chiarella, 2020): i) the opposite dipping of the foresets from the central horst, ii) the simple and compound foreset architectures, iii) the lack of mud and the multiscale asymmetric herringbones cross stratifications, that argue for a dune accretion direction and tidal currents to the NW and the SE. The thick set of conglomerates forming tidal dune complexes in the adjacence of the strait-centre zone represents a novelty of this work, as no previous research have documented facies like these. These ~300 ka strait deposits are the only one preserved in the canal area despite the several highstands recorded by the marine terraces in the Corinth bay. After deposition ended, this connection faded due to regional uplift and offset of Kalamaki-Isthmia fault. This paleostrait improves our understanding of middle to late Pleistocene paleogeography and structural controls on sea connections

Processus et typologies du bottomset ausystème turbiditique des Gilbert-deltas(exemple du Golfe de Corinthe, Grèce).Implications stratigraphique et paramètres deforçage

National audienceUne étude sédimentologique, complétée par l’acquisition demodèles 3D photogrammétriques, depuis un Gilbert-delta jusqu’aulobes turbiditiques associés (Golfe de Corinthe, Grèce) a mis enévidence trois typologies de bottomset et la présence de complexesde chenaux/levées turbiditiques.Les bottomsets sont principalement formés par trois associationsde facies : (1) des dépôts finement laminés correspondant principalementà des silts, (2) des turbidites de haute densité (DeepWater Massive Sandstone, DWMS ) et (3) une alternance de siltset de conglomérats avec une architecture en ”chutes and pools”.La première association de facies, les silts fins, montre peu de ridesde courant, les flux sont faibles et l’essentiel des dépôts est stockéen amont. La deuxième typologie (DWMS) forme un cône enpied du delta qui rétrograde sur les pentes des foresets. Les faciesde DWMS : bancs métriques, riches en sables, faiblement triés etclassés sont interprétés dans la littérature comme étant déposéspar un écoulement turbulent. L’essentiel des sédiments est stockéen pied de delta, seuls les facies les plus fins sont exportés dansle bassin. La troisième typologie de bottomset, silt-conglomérat,montre de très nombreuses évidences transits (by-pass) et une architecturechenalisante. Un flux important associé à un ressauthydraulique stationnaire à la rupture de pente est nécessaire à laformation ce cette typologie. Une partie des sédiments avec desgranulométries allant des sables à l’argile, est exportée dans lebassin.Dans la partie aval du système, le pro-delta, l’interprétation dumodèle d’affleurement 3D et l’analyse de la cartographie réaliséeont permis de caractériser l’architecture des complexes chenauxlevéesturbiditiques. En amont, ils forment des ” ceintures ”de chenalisation avec des axes d’écoulements rectilignes, puis lesécoulements se concentrent pour former des complexes de plusgrandes tailles et aggradants. Les chenaux sont comblés par desconglomérats (galets, granules et sables grossiers à moyens) impliquantun export important du delta vers le bassin d’élémentsgrossiers.Les modèles existants dans la bibliographie ne permettent pasd’expliquer les observations, notamment l’export des sédimentsles plus grossiers. L’étude détaillée des associations de faciès etdes éléments architecturaux, nous permet de présenter un nouveaumodèle de dépôt générique ainsi qu’un modèle stratigraphique afinde discuter les différents paramètres de forçage

FROM ALLUVIAL FAN TO DISTAL TURBIDITIC SYSTEMS:PRELIMINARY RESULTS ON DEEP-WATER BYPASS PROCESSES BASED ONGILBERT-TYPE FAN DELTA OUTCROPS OF THE CORINTH RIFT (GREECE).

International audienceSource-to-sink (S2S) can be seen as the integration with other earth science disciplines;from geomorphology, sedimentary geology to basin geodynamic analysis. A major limitationto go further is the access to the entire basin geometry (proximal to distal setting, “closed” box,deep crustal and lithospheric geometries) as well as age constrains.We present the preliminary results of a sedimentological and sequence stratigraphyanalysis of outcropping Gilbert-type deltas from the Corinth rift (Plio-Pleistocene). Drone acquisitionhas also been carried out to propagate the correlations in 3D along steep cliffs. Thestudy case provides an unique opportunity to describe the sedimentary facies and correlatedthem though space and time from the proximal to the most distal setting, in a very wellconstrained basin geometry and timing. In this communication, we will mainly focus on deepwatersediment bypass in terms of flow processes and associated stratigraphic expression, as itis a key issue to address sedimentary budget analysis in a S2S perspective.A new bottomset typology has been established including 4 end-members: (1) Gravelybottomset, (2) Major erosion – by pass, (3) Fine-grained starved bottomset, and (4) Deep WaterMassive Sand (DWMS) bottomset. The relationship between the bottomset end-members andtheir associated turbiditic system has also been characterized. (1) During Gravely bottomsetdeposition, unconfined to low relief channel-levee complex occurs at the very end of the bottomset.(2) The major erosion in bottomset occurs when the foresets present a maximal progradationrate, the bottomset is eroded and bypassed. Coarse- to fine-grained sediments areexported in the turbiditic system to form large channel-levee complex. (3) During Fine-grainedstarved bottomset deposition, limited amount of sediment feed the turbiditic system from thedelta. Indeed, the major part of the sediments is stored in topset and foreset areas. (4) Deepwater massive sand bottomset forms coarse-grained slope apron geometry on the delta toe.Coarse-grained material is massively stored in the bottomset, and only fine-grained sedimentsare exported to the turbiditic system to form lobe complex. Superimposed onto this dynamic,evidences of contouritic events have also been identified

Processes and typology in Gilbert-type delta bottomset deposits based on outcrop examples in the Corinth Rift

International audienceMiddle Pleistocene Gilbert-type delta in the Gulf of Corinth, Greece, has been investigated combining field methods and photo acquisition by drone to generate a high-resolution 3D model. This study case can be used to document four different dynamics in Gilbert-type bottomset deposits, each one of which is characterized by a specific range of facies, facies associations and geometries: (1) the sandy-gravelly bottomset, (2) the erosional-bypass stage, (3) the fine-grained bottomset and (4) the massive-sandy bottomset. By comparing the typologies of the bottomset, we propose a conceptual model that predicts the occurrence of these four different bottomset stage dynamics depending on the stratigraphic context.During highstand normal regression, the gravelly bottomset develops under subcritical flow. The supercritical flow undergoes a stationary hydraulic jump in the toeset due to the slope break. As a result, a low-relief channel-levees system is formed in the bottomset. The channels are filled/reworked by backstepping conglomeratic lenses interbedded with silty concave-up and concave-down levees. During normal regression, the foreset beds are steeper than during previous stage and scoured in the upper part. In the bottomset, significant erosion recording sediment bypass downstream toward the pro-delta can be observed. During lowstand normal regression, a starved fine silt to shale bottomset onlaps onto the major erosional surface. The bulk of the coarse-grained sediments is stored in the delta topset and foreset. During the transgressive to highstand stage, the former topset and foreset are eroded by high-density turbidity currents and massive-sandy turbidites are deposited in the bottomset, which onlap onto the foreset beds and form a slope apron geometry in the delta toe.The stratigraphic model improves the prediction for the sand distribution within the various parts of the bottomset. This approach is particularly relevant for clastic depositional systems with high sediment discharge and a high accommodation rate

Bridging the gap between Gilbert-type bottomset and associated turbidic systems : insignts for depositional profiles in high sediment supply setting.

International audienceGravity-driven processes produce turbiditic systems with an overall downslope direction. Slope, nature of the sea floor and bottom-currents are key parameters constraining the sediment transfer from the delta to the deep-sea fan. They are extensively described in the literature mainly from seismic and in less proportion from outcrop and modern data. Involved internal processes are also intensively studied by numerical modeling. To bridge the gap between the marginal coarse-grained delta and the basin axis depocenter in highsediment supply, we propose to study outcrops of the Ilias Gilbert-type pro-delta along the southern margin of the gulf of Corinth in Greece. An entire sedimentological profile is documented from source-to-Sink based on standard field observations enhanced by 3D photogrammetric models (UAV acquisition), and with a focus on the facies distributions, the facies associations, the internal architectures and the morphologies. The Gilbert-type delta bottomset reveals four bottomset-dynamics under specific processes integrated within a stratigraphic frame. During highstand normal regression, the gravelly bottomset mainly develops under subcritical flow. The supercritical flow undergoes a stationary hydraulic jump in the toeset due to the slope break and becomes subcritical. As a result, a " low-relief channel-levees " system is formed in the bottomset. The channels are reworked by backstepping conglomeratic lenses interbedded with silty concave-up and concave-down levees. During normal regression, the foreset beds are steeper and scoured in the upper part. In the bottomset, significant erosion recording sediment bypass downstream toward the prodelta. During lowstand normal regression, starved fine silt to shale bottomset onlaps onto the major erosional surface. During the transgressive stage, the topset and foreset are eroded by high-density turbidity currents and massive coarse-grained sandy turbidites are deposited in the bottomset, which onlap onto the foreset beds and form a slope apron geometry in the delta toe. Downstream of the Gilbert-type delta bottomsets, the sedimentary system is dominated by conglomeratic channels with an axis of 60° from the delta axis (fault controlled. The channels are limited by both external and internal levee with specific facies and architecture. They are commonly characterized by low sinuosity geometries. The external levee could locally include sediment waves. This study provides the key elements to recognize the specific facies and architectures of the different bottomset typologies in relation with the associated turbiditic system. These sedimentary and stratigraphic models improve the prediction for the sand and conglomerate distribution and their connectivity within the various parts of the delta toe in a clastic depositional profile induces by a high-sediment discharge