Estratigrafia de sequências e tafonomia de Mesosauridae e Pygocephalomorpha da Formação Irati (Permiano Inferior) no Rio Grande do Sul

Abstract

A Formação Irati (Permiano Inferior) é o registro sedimentar de uma rampa mista carbonática-siliciclástica e dominada por tempestades, em um mar epeírico amplo, raso e restrito, o Mar Whitehill-Irati. Este mar se estendia pelo sudoeste do Gondwana durante o Eopermiano (Kunguriano), abrigava uma macrofauna contendo peixes paleonisciformes, répteis mesossaurídeos, e crustáceos pigocefalomorfos, os quais são hoje achados como fósseis em folhelhos betuminosos e não-betuminosos, pelitos, e carbonatos intercalados. A Formação é dividida no Membro Taquaral, sotoposto, e Assistência, sobreposto, e sua sucessão litológica aflora do meio ao sul do Brasil, ao longo da margem leste da Bacia do Paraná, uma bacia intracratônica. No estado do Rio Grande do Sul, o conhecido afloramento Passo do São Borja contém mesossaurídeos, pigocefalomorfos, e subordinadamente paleonisciformes em densas concentrações ocorrendo em meio a tempestitos carbonáticos, e que foram interpretadas como eventos de mortalidade em massa causados por tempestades. Com o objetivo de melhor compreender a distribuição e modo de ocorrência destes fósseis dentro da formação nesta região, o presente estudo descreve o afloramento Passo do São Borja e cinco novos locais, junto de 11 testemunhos de sondagem do intervalo completo do Irati sob a ótica de análise de fácies e da estratigrafia de sequências. Os resultados permitiram o reconhecimento de três sequências de quarta-ordem dentro da Formação denominadas Irati Sequences 1, 2, e 3 (IS1, IS2, IS3). A IS1 é quase coincidente ao Membro Taquaral, enquanto a IS2 e a IS3 são quase correspondentes ao Membro Assistência. Um trato de sistemas de nível baixo (TSNB) foi reconhecido nas duas sequências superiores, e o limite de sequência da IS2 foi interpretado como coincidente a um limite de sequência de terceira-ordem. Concentrações de mesossaurídeos e pigocefalomorfos ocorrem apenas na IS3. Ocorrências e concentrações fósseis se mostraram fortemente controladas por fácies e estratigrafia de sequências. Fósseis de peixes paleonisciformes são consideravelmente mais comuns no trato de sistemas de nível alto inicial (TSNA) da IS2 e IS3, como resultado de um equilíbrio no aporte sedimentar. Pigocefalomorfos ocorrem compondo intraclastos, concentrados em grainstones de tempestitos proximais do TSNB da IS3, e são o resultado de eventos de mortalidade em massa mais o aporte bioclástico do dia-a-ia aumentados pela formação de firmgrounds (concentração hiatal) e subsequente retrabalhamento por tempestades. Mesossaurídeos são também encontrados nos grainstones de tempestitos do TSNB, mas em testemunhos foram achados principalmente em tempestitos distais do trato de sistemas transgressivo (TST), ficando mais comuns em direção à superfície transgressiva máxima (STM). Sua acumulação é também o resultado de mortalidade em massa e sedimentação de fundo, aumentadas por omissão de sedimento (concentração hiatal) em um TST com pouquíssimo aporte sedimentar (bacia faminta, culminando com uma seção condensada próxima à STM), e subsequente retrabalhamento sedimentar.

The Lower Permian Irati Formation records sedimentation of a mixed carbonate-siliciclastic, storm-dominated ramp in a restricted, wide and shallow epeiric sea, the Whitehill-Irati Sea. This sea extended over southwestern Gondwana during the Early Permian (Kungurian), and hosted a macrofauna containing paleonisciform fish, mesosaurid reptiles, and pygocephalomorph crustaceans, which are now found as fossils in interleaved bituminous and non-bituminous shales, mudstones and carbonate rocks. The Formation is divided in the underlying Taquaral Member, and the overlying Assitência Member, and its rock succession crops out from middle to south Brazil, along the eastern border of the intracratonic Paraná Basin. In the Rio Grande do Sul state, the well-known Passo do São Borja outcrop contains mesosaurids, pygocephalomorphs, and subordinated paleonisciforms in dense concentrations occurring within carbonate tempestites, which were interpreted as mass mortality events caused by storms. Aiming to better understand the distribution and mode of occurrence of the fossils within the formation in this region, the present study describes the Passo do São Borja and five new locations, alongside 11 boreholes of the complete Irati interval under the optics of facies analysis and sequence stratigraphy. Results allowed the recognition of 3 fourth-order sequences within the Formation, termed Irati Sequences 1, 2, and 3 (IS1, IS2, IS3). IS1 is closely coincident to the Taquaral Member, as the IS2 and IS3 are to the Assistência Member. A lowstand system tract (LST) was recognized in the upper two sequences, and the sequence boundary of IS2 was interpreted as coincident to a third-order sequence boundary. Mesosaurid and pygocephalomorph concentrations occur only at the IS3. Fossil occurrences and concentration were found to be strongly controlled by facies and sequence stratigraphy. Paleonisciform fish fossils are considerably more common at the early highstand systems tract (HST) of IS2 and IS3, result of a sedimentation rate balance. Pygocephalomorphs occur composing intraclasts, concentrated in grainstone proximal tempestites of the LST of IS3, and are the result of mass mortality events and background bioclastic input, enhanced by firmground formation (hiatal concentration) and subsequent storm reworking. Mesosaurids are also concentrated in grainstone tempestites of the LST, but in cores were mostly found in distal tempestites of the transgressive systems tract (TST), becoming more common towards the maximum transgressive surface (MTS). Their accumulation is also the result of mass mortality and background sedimentation, enhanced by sediment omission (hiatal concentration) of a severely sediment starved TST (culminating in a condensed section near the MTS), and subsequent storm reworking.