K opalne pow ierzchnie erozyjne GZW charakteryzu ją się mniej lub b a r
dziej urozm aiconym uk ształtow aniem - z form am i dolin i grzbietów oraz tarasó w ab razy jn y ch w ró żny m sto p n iu p rzem ieszczo n y ch tek to n iczn ie.
Zgodnie z zasadam i m orfologicznego rozw oju stoku i form ( D u m a n o w - s k i , 1967; K l i m a s z e w s k i , 1978; tab. 2 i 3) na podłożu skał odpornych p o w stają zw ykle spłaszczone garby, a skały m iękkie są rozcinane przez do
liny. Pod łoże z nieo d p o rn y ch u tw oró w sp rzy ja tw orzen iu sieci rzecznej o układzie dendrycznym , rzadziej prostokątnym (jeśli naw iązuje do orto go n aln ych spękań lub sieci uskoków ). N a skałach osad ow y ch n achylonych erozja postępuje szybciej - z biegiem m niej odpornych w arstw (subsekw ent- nie) lub zgod nie z u p adem tw ard y ch p o w ierzch n i stru k tu raln y ch (k o n se kw entnie) - i wolniej na stokach przeciw nych (obsekw entnych). Skały sfał- 24 dow ane sprzyjają form ow aniu kratow ej sieci dolin inw ersyjnych.
Ma
Pozycja stratygraficzna pow ierzchni niezgodności w stropie utw orów karbonu Górnośląskiego Zagłębia W ęglow ego Stratigraphical position o f the discordances in the top surface o f the C arboniferous in the U pper Silesian Coal Basin
T a b e l a 1
2seria piaskowcowa GÓRNOŚLĄSKA (JEJKOW., SIODŁOWE, RUDZ. SS)
CC PORĘBSKIE nR nD 7IFP K IF
Rys. 3. M ap a g eo lo g ic z n o -stru k tu ra ln a dolnej stro n y ró żn o w iek o w ej n iezg o d n o ści w stro p ie u tw o ró w k arb o n u G ZW (bez u tw orów m ło d sz y c h od p erm u ).
O p racow ano na p o d staw ie m ap w skali 1:50 000, z u w zg lęd n ie n iem n astęp u jący ch m ap: К . В o j k o w s k i et al. (1983); N. O s z c z y p k o et al. (1989); A tla s ..., (1994); J. J u r e c z k a et al. (1995); U. B a r a n e t al. (1996); I. A u s t et al. (19 9 7 )
P, - prekam br, Cm, O, S - kam br, o rd o w ik i sylur, D - dew on, C\ - do ln y karb o n , C„ - nam ur A (seria p aralicz n a b ez szrafu ry ), C„ - n am u r B C (g ó rnośląska seria piask o w co w a - za k ro p k o w an a), C w - w estfal AB (seria m u ło w co w a b ez szrafu ry ), C w - w estfal B D + Stefan (seria p iask o w co w a - zakro p k o w an a ); 1 - g ran ito id y in tru zji astu ry jsk iej, 2 - u sk o k i, 3 - nasunięcia, 4 - granica p o łu d n io w a w ary scy d ó w m o raw sk o - -śląsk o -k rak o w sk ich z P rak arp atam i, 5 - p rzek ro je g eo lo g iczn e (rys. 5, 6), a i a n t. - antyklina, syn . - sy n k lin a
Fig. 3. G eo lo g ic-stru ctu ral m ap o f in clu d in g the lo w er side (b o tto m ) o f the h etero ch ro n o u s d isco rd an ce in the top surface o f the C arb o n ifero u s in th e U S C B (geo lo g ical m ap w ith o u t the y o u n g e r o f P erm ian form ation). E lab o rated on th e b asis o f m ap s in scale 1:50 000 m aps according to К . В o j k o w s k i a t al.
(1983), N. O s z c z y p k o et al. (1989), A tla s ... (1994), J. J u r e c z k a et al. (1995), U. B a r a n et al. (1996) and J. A u s t et al. (1997)
P, - P ro tero z o ic, Cm - C am brian, О - O rd o v ician , S - S ilurian, D - D evonian, C, - L o w er C arboniferous, C n - N am u rian A (P ara lic series - n o t hachured), C„ - N am u rian BC (U p p er S ilesian S an d sto n e S eries - d o tted h achure), Cw - W estphalian A B (M u d sto n e S eries - n o t hach u red ), C w - W estphalian CD and S tefanian (C racow S an d sto n e S eries and K w a czała A rcose - doted hachure); 1 - U p p er C arb o n ifero u s g ran ito id e intrusion, 2 - fault, 3 - thrust, 4 - so u th m arg in b etw een M o rav ian -S ilesian -C raco v ian Variscides an d p ra-C arp ath ian s, 5 - line o f cro ss-sectio n (Fig. 5 and 6), a. and ant. - anticline, syn . - sy n clin e
---j'SS~
Systematics o f morphotectonic units and terminology
w ały i grupy górskie zrębowe kotliny zapadliskowe, rowy i do
liny uskokowe
w różnych etapach rozwoju niezgodności w stropie utw orów karbonu GZW
T a b l e 3 m orfostructures during o f stages surface o f the Carboniferous (USCB)
M orfostruktury stoku
(makrostruktury - III rząd) Uwagi W ystępowanie na powierzchni
stropu karbonu
W apienie dinantu stanow ią zespół średnioław icow ych skał węglanowych o m iąższości około 100-200 m, który łączy się z g ru b ą (5 0 0 -1 0 0 0 m) serią w ęglanow ą dew onu. W apienie są średnio spękane i słabo skrasow iałe, a ich odporność określa się jak o słab ą i średnią. B udują południow e, w schodnie 27
i półno cn e obrzeża zap adlisk a g ó rn o śląsk ieg o. W apienie tw o rzą w yraźny kom pleks rzeźbotw órczy, podkreślony kontrastem odpornościow ym , z w ar
stw am i m alinow ickim i, b u du ją podperm ski i podtriasow y grzbiet dębnicko- -siew ierski oraz podm ioceński grzbiet Cieszyna.
K ulm m oraw ski fliszu p iaskow cow ego i m ułow cow ego rep rezen tu ją w arstw y kijow ieckie, hradeckie i m alinow ickie w izenu górnego i niskiego nam uru A o m iąższości ponad 1000 m. Ich w ysok ą odporność osłabia tek stura łupkow a i skliw ażow anie. Seria buduje głów nie pow ierzchnię podperm - sk ą (część połu dn iow o -w sch o dn ią i północną) oraz p o d m ioceń ską w zdłuż zachodniej i południow o-zachodniej granicy zapadliska górnośląskiego.
M ulow cow a seria paraliczna o zm iennym udziale piaskow ców - od 50%
do 20% składa się z w arstw brzeżnych nam uru A o zróżnicow anej m iąższo
ści: gruszow skich (1300 m), p ietrzkow ickich (750 m ), głów nie w w ykształ
ceniu m ułow cow o-piaskow cow ym , jaklow ieckich (380 m) - z przew agą iłow- ców i porębskich (1100 m ) przy spągu z ogniw em piaskow ców i zlep ień ców zam eckich. G rupa z O straw y osiąga m iąższość od 700 m do 3000 m, w której utw ory drobnoklastyczne zajm u ją od 50% do 80% , a w ęgiel 4%.
K ontrasty w odporności skał w y stępu ją m iędzy ław icam i iłow ców i m ułow - ców o m iąższości do 30 m, a m iędzy ław icam i piaskow ców o grubości do 5 m. W północno-w schodniej i w schodniej części GZW przecho dzą one fa- cjalnie w w arstw y sarnow skie (1500 m), grodzieckie (400 m) i florow skie (170 m). Seria w yk azu je zró ż n ico w a n ą z w ię zło ść, a w śród kom pleksów k arbo ńsk ich je s t średnio odporna. P iaskow ce w arstw sarnow skich tw o rzą charakterystyczne progi strukturalne ( G i l e w s k a , 1963).
Piaskow cow a seria górnośląska (siodłow a) je s t utw orzona z lim nicznych w arstw jejk o w ick ich (150 m ), zabrskich (140 m ) i dolnorudzkich (800 m) nam uru ВС o zw ięk szające się ku górze zaw arto ści m ułow ców do 43% . M iąższo ść serii w ynosi około 700 m (do 1100 m). S ilnie zlity fik o w an e piaskow ce i zw ięzłe zlepieńce, w ław icach do 8 - 1 0 m, z grubym i p o kład a
mi w ęgla (do 24 m m iąższości i do 42 m zasobności w serii) stanow ią średnio zróżnicow any i silnie odporny kom pleks.
M ulow cow a seria (łękow a) złożona z w arstw załęskich (1200 m) i orze- skich s.s. (510 m) rep rezentu je w estfal AB. W tej lim nicznej serii udział p iasko w có w w zrasta ku stropow i do 35% . M iąższo ść dość m onotonnego kom pleksu m ułow cow o-iłow cow ego z licznym i cienkim i pokładam i węgla dochodzi do 20 00 m w części zachodniej i cienieje do 160 m na w schodzie GZW. Ta średnio odporna seria ro zprzestrzenia się w centralnej części za
padliska.
Piaskow cow a seria k rak o w sk a je s t zbu d o w an a z lim n iczny ch w arstw łaziskich (1070 m) i libiąskich (560 m) w estfalu BCD. Słabo zw ięzłe p ia
skow ce i zlepieńce w ystęp ują w w arstw ach o grubości od kilkunastu m do 80 m w centrum i na w schodzie niecki w ęglow ej. Seria osiąga m iąższość do 1650 m i m a zn aczen ie rzeźb o tw ó rcze ja k o kom p leks średnio i słabo 28 odporny. W arstw y łazisk ie b u d u ją G arb M ik ołow ski i P agó ry L ibiąskie.
Piaskowce arkozow e kw aczalskie stefanu osiągają m iąższość do kilku
W ymiernym param etrem zw ięzłości skał karbońskich je st stopień urabial- ności, w yrażany w ytrzym ałością na ściskanie (tab. 4). Różnice m iędzy śred
nim i w artościam i dla skał karbonu są znaczne: w ęgle - 170, iłow ce - 3 4 5, m ułow ce - 450 i p iask o w ce - 780 (d aN /cm 2). W strefach przy stropie karbonu skały są często zm ienione - zw ietrzałe o niższej w ytrzym ałości, 29
Cechy odporności skal karbonu (wskaźniki w g M . M. P r o t o d i a k o n o w a )
Piaskowiec masywna, 3 -29, (5) średnio mocna, 84 2,0
zwięzły laminowana średnia 10-12, m - 22 średnia
Z naczenie strukturalno -litolog iczn e utw orów karbo ńskich, jeśli chodzi o ich odporności na erozję i denudację, określa rów nież uzależnienie od cha
rakteru w ietrzenia w pow iązaniu z w arunkam i klim atu. W przypadku skal drobnoklastycznych, zw łaszcza iłowców, odporność m a zw iązek z klim atem - m aleje w klim acie tropikalnym , a w zrasta w strefie półsuchej ( K l i m a s z e w s k i , 1978). O dw rotnie je s t w p iask o w cach , które sta ją się m niej odporne w w arunkach pustynnych. Isto tną rolę w zm niejszaniu odporności odgryw a w ietrzenie endogeniczne, podpokryw ow e zw ietrzelin. Za w skaźnik podatności na w ietrzenie chem iczne m ożna przyjąć grubość i typ pokryw y wietrzeniow ej. U tw orzenie w zw ietrzelinach skorup - w arstew ek ochronnych - zw ykle przyczynia się do okresow ego zw iększania odporności na erozję skał podłoża. M iarę podatności skał na w ietrzenie stanow ią także w łaściw o
ści hydrogeologiczne, które obniżają się w raz z głębokością, np.: obecnie p iaskow ce na g łębo ko ści około 700 m p .p .t. s ta ją się n ieprzepu szczalne ( R ó ż k o w s k i , 1995). Piaskow ce krakow skiej serii są półprzepuszczalne -0 porow ato ści około 15% i od sączaln ości około 3% ( W a g n e r , 1998).
M n iejszą w odonośno ścią charakteryzuje się seria m ułow cow a, której p ia
skow ce są średnio porow ate (do 10%) i m niej odsączalne (do 2,5% ). Pia
skow ce górnośląskiej serii są średnio porow ate (5% ) o odsączalności poni
żej 1%. N ajn iższe w łaściw o ści h y d ro g eo lo g iczn e m ają piask ow ce serii paraliczn ej. B adania A. R ó ż k o w s k i e g o (1995) w spółczesnych horyzon
tów w odonośnych w utw orach karbonu GZW p o tw ierdzają strefow ość hy- drogeochem iczną z lokalnym drenażem do głębokości 80 m, którą m ożna przyjąć za granicę zasięgu w ietrzenia kopalnego. Poniżej w yróżnia się stre
fę infiltracyjną m ieszania w ód do głębokości średniej około 300 m, w ym u
szoną działalnością górniczą. Od około 650 m p.p.t. w ystępuje poziom sta
gnacji hydrodynam icznej ze stężonym i solankam i paleoinfiltracyjnym i o m i
neralizacji powyżej 7 0 -1 6 0 g/dcm3 ( R ó ż k o w s k i , P r z e w ł o c k i , 1997).
W iek infiltracji tych solanek odnosi się do perm u ( P a ł y s , 1971).
O dporność skał na niszczącą działalność e g z o g en ic zn ą je st bardzo zm ien
na, proporcjonalnie do ich niejednorodnych w łaściw ości fizykochem icznych, a zw łaszcza gęstości spękań i zluźnień, któ ry ch m ia rą je s t w spółczynnik szczelinow atości ( L i s z k o w s k i , S t o c h l a k , 1976). Sum aryczna długość spękań pom nożona przez szerokość szczelin na pow ierzchni klasyfikuje skałę na niespęk aną (< 0,5), m ało spęk an ą (0 ,5 -2 ,0 ), m ocno sp ękaną (2 ,0 -2 ,5 ) 1 bardzo spękaną (>2,5). M ocno i bardzo m ocno spękane utw ory karbonu dzieli się na trzy kategorie, których odporność rośnie od w ęgli i iłow ców z kliw ażem , przez m ułow ce objęte ciosokliw ażem , do piaskow ców z ciosem.
Za w yjątkow o podatne na erozję uw aża się strefy uskoków z tow arzy
szącym i spękaniam i, a zw łaszcza b rekcjam i u skokow ym i ( J u r a , 1992).
W śród skał m niej zuskokow anych n iższą odporność w y kazują skały m ega- brekcji tektonicznych ( J u r a et al., 1999). D la GZW w skaźnik blokow ości złoża, je g o p o d ziału u skokow ego na p a rtie e k sp lo atacy jn e je s t w ysoki i w ynosi od 0,8 km2 do 1,2 k m ' ( N i e ć , 1990). Z bliżone w skaźniki zusko- 31
kow ania złoża (średniej gęstości pow ierzchniow ej uskoków ) o w artości od 50 m /ha do 100 m /ha i gęstości liniow ej uskoków, średnio 4/ha, kw alifikują utw ory karbonu GZW do silnie zaangażow anych tektonicznie ( K e m p a et al., 1983; P o z z i , P r o b i e r z , 1994).
Przy rekonstrukcji form pow ierzchni niezgodności istotne je s t uw zględ
nienie odporn ości skał na ab razję ( L e o n t i e w et al., 1982). A utorzy ci w yróżnili VII klas p odkreślających cechy jak o ścio w e skal. U tw ory karbonu n ależą do I, II i III klasy trw ałości o bardzo pow olnej abrazji m echanicznej ja k o skały nie dające m ateriału okruchow ego przybrzeżnego. D la porów na
nia skały słabo zw ięzłe i rozsypliw e, tw orzące rum ow iska, zaliczono do klasy IV i V, skały zaś łatw o ulegające abrazji chem icznej i term icznej przypisano do klas VI i VII. N iszczenie skał przez abrazję najbardziej zależy od jej spę
kania i nierów ności, które przyspieszają proces degradacji brzegu naw et 100- -krotnie. D la porów nania: prędkości abrazji skał typu fliszow ego w ynoszą około 1-3 m m /rok i ro sn ą do 7 m m /rok na klifie i benczu oraz do 6 -1 2 m m / rok na plaży. Profile brzegu zbudow ane z litych skał osadow ych znacznie m o g ą się różnić od strom o nachylonych stoków bez klifu lub z klifem bez niszy abrazyjnej, z klifem i plażą, a także z silnie urozm aiconym reliefem bencza grzędow ego, schodow ego i pow leczonego osadam i pochodzenia abra- zyjnego ( L e o n t i e w et al., 1982).