Volume 24, Number 1 (1997)
Articles

Preservation of Cross-strata Due to Migration of Subaqueous Dunes Over Aggrading and Non-aggrading Beds: Comparison of Experimental Data with Theory

Suzanne F. Leclair
Department of Geological Sciences, Binghamton University, Binghamton, New York, United States.
John S. Bridge
Department of Geological Sciences, Binghamton University, Binghamton, New York, United States.
Feiqiao Wang
Department of Geological Sciences, Binghamton University, Binghamton, New York, United States.
Published March 3, 1997
How to Cite
Leclair, S. F., Bridge, J. S., & Wang, F. (1997). Preservation of Cross-strata Due to Migration of Subaqueous Dunes Over Aggrading and Non-aggrading Beds: Comparison of Experimental Data with Theory. Geoscience Canada, 24(1). Retrieved from https://journals.lib.unb.ca/index.php/GC/article/view/3933

Abstract

An experimental study of the preservation of cross strata during the migration of dunes under aggrading and non-aggrading conditions was conducted in order to test the Paola-Borgman (1991) theory for distribution of cross-set thickness as a function of the distribution of bed-wave height. The theory needed to be modified to deal with aggrading conditions (Bridge and Best, 1997). The geometry and migration characteristics of the dunes (determined using an ultra-sonic depth profiler and visual observations) are typical of sinuous-crested dunes observed in rivers and other flumes.These characteristics do not vary systematically with aggradation rate. As part of the test of theory, a two-parameter gamma density function was fitted to histograms of dune height and dune trough elevations relative to two different reference datums. The parameters of these fitted functions do not vary in the way predicted by Paola and Borgman because: 1) dune height does not correlate very well with dune trough elevation, and; 2) choice of reference datum has a major, unanticipated effect on parameter values. Most cross sets were formed by only the highest 10% of the dunes. Mean cross-set thickness/mean formative bed-wave height ranges from 0.18 to 0.3.Cross-set thickness does not vary systematically with aggradation rate in these experiments because the primary control of set thickness is the variability of dune height. Mean cross-set thickness is predicted quite well using the modified Paola-Borgman theory if:1) dune height is used as a proxy for dune trough elevation but certain parameter values are modified, or; 2) an appropriate datum is used for defining dune trough elevations. A simple method is proposed for estimating the height distribution of dunes from the thickness of their sets of medium-scale cross strata. Résumé Une étude en laboratoire a été menée pour étudier la préservation des sets sédimentaires pendant la migration de dunes, en milieux d'aggradation et de non-aggradation ; cette étude visait à tester la théorie de Paola-Borgman (1991 ) sur la variation de l'épaisseur des sets sédimentaires en fonction de l'amplitude des éléments topographiques du plancher sédimentaire. La théorie doit être modifiée pour tenir compte des conditions particulières des milieux d'aggradation (Bridge and Best 1997). La géométrie et tes caractéristiques migratoires des dunes (données d'observations visuelles et de levés par profileur ultra-sonique) sont typiques des caractéristiques des dunes à crêtes sinueuses observées, autant dans les chenaux artificiels que dans les rivières. Ces caractéristiques ne varient pas directement avec le taux d'aggradation. Parmi les mesures visant à tester la théorie, une fonction de densité gamma a été adaptée pour rendre compte du profil des histogrammes de répartition de la hauteur des dunes et de l'élévation de leurs cuvettes d'affouillement, mesurées à partir de divers niveaux de référence. Les paramètres de ces fonctions adaptées ne varient pas selon les prévisions de Paola-Borgman parce que : 1 ) la corrélation observée entre les hauteurs de dune et l'élévation de leurs cuvettes d'affouillement n'est pas adéquate, et 2) le choix des niveaux de référence influence de manières importante et imprévue la valeur des paramètres. La plupart des sets sédimentaires ont été formés par les 10 % les plus élevées des dunes. Les valeurs du rapport de l'épaisseur moyenne des sets sédimentaires sur la hauteur moyenne des dunes dont elles sont issues s'étendent de 0,18 à 0,3. Dans ces expériences, l'épaisseur des sets sédimentaires ne varie pas directement selon le taux d'aggradation, l'épaisseur des sets sédimentaires variant surtout avec la hauteur des dunes. L'épaisseur des sets sédimentaires peut être prédite de manière fiable en se basant sur la théorie modifiée de Paola-Borgman, à condition 1) que la hauteur des dunes soit le facteur utilisé plutôt que l'élévation de la cuvette d'affouillement et que certains paramètres soient modifiés, ou 2) qu'un niveau de comparaison approprié soit choisi pour établir l'élévation des cuvettes d'affouillement. Une méthode simple est proposée permettant d'estimer la distribution de la hauteur des dunes à partir de l'épaisseur de leurs sets sédimentaires.