Orogen karpacki i Alpy

Zarówno Karpaty jak i Alpy zostały utworzone i wypiętrzone w orogenezie alpejskiej i charakteryzują się pewnymi podobieństwami budowy geologicznej. Z tego też powodu zostały wytypowane do analizy porównawczej. Dodatkowym kryterium stał się fakt, że w ostatnich latach pojawiło się wiele prac poświęconych badaniom średniej refleksyjności witrynitu materii organicznej na tym obszarze.

Po przeanalizowaniu danych literaturowych stwierdzono szereg podobieństw odnośnie przyczyn zróżnicowania średniej refleksyjności witrynitu między orogenem alpejskim, a karpackim. Schuller (2004) zajmował się ewolucją i procesami geodynamicznymi górnokredowego basenu sedymentacyjnego w górach Apuseni (Rumunia). Na podstawie badań średniej refleksyjności witrynitu stwierdził, że w profilach głębokościowych zmian współczynnika refleksyjności witrynitu występują pewne anomalie, polegające na nagłych „skokach” wartości średniej refleksyjności witrynitu w profilu litostartygraficznym. Jako powód tego zróżnicowania przyjął postsedymentacyjną aktywność tektoniczną, która spowodowała wiele niezgodności stratygraficznych w obrębie warstw. Odnotował też przypadki wzrostu wartości refleksyjności witrynitu w górnych częściach profili sekwencji fliszowych, spowodowanych, jak podaje autor nasunięciami w obrębie płaszczowin.

Zbliżone wyniki badań podają w swojej pracy nad stopniem uwęglenia materii organicznej z terenu Bawarii (Niemcy) Kuckelkorn & Hilman (1992). Na podstawie analizy próbek powierzchniowych i próbek z głębokich profili wiertniczych, w których zmierzono współczynnik refleksyjności witrynitu odnotowali obniżenie wartości tego parametru poniżej głównych nasunięć tektonicznych w obrębie płaszczowin. Takie spadki wartości nie są konsekwencją inwersji stratygraficznej, lecz wskazują, że główny etap procesu uwęglania został zakończony przed finalnym stadium procesów fałdowo-nasuwczych (Hufnagel i in. 1981, Jacob i in. 1982, Wagner L., i in. 1986). Co więcej, wartości średniej refleksyjności witrynitu nie korelują się z pozycją stratygraficzną warstw nawet w obrębie tej samej jednostki strukturalnej, co dowodziłoby, że uwęglenie materii organicznej miało miejsce w czasie depozycji uwtorów danej jednostki. Z analizy próbek powierzchniowych otrzymano trend wzrostu średniej refleksyjności witrynitu w kierunku południowym i południowo-wschodnim obszaru badań. W przypadku interwałów głębokościowych refleksyjności witrynitu w otworach wiertniczych nie stwierdzono korelacji wzrostu stopnia uwęglenia materii organicznej z głębokością, co także potwierdza, że uwęglenie substancji organicznej nie nastąpiło w procesie sedymentacji i depozycji sekwencji fliszowych (Kuckelkorn & Hilman 1992). Postsedymentacyjne przyczyny zróżnicowania średniej refleksyjności witrynitu przedstawiają również Sotak i in. (2001). Badając utwory paleogeńskie centralnego basenu karpackiego (ang. The Central Carpathian Paleogene Basin) w północno-wschodniej Słowacji stwierdzili, że zmiany średniej refleksyjności witrynitu nie mają związku z głębokością i stratygrafią warstw. Porównywali między innymi profile utworów późnego i wczesnego oligocenu. Otrzymali taką samą wartość refleksyjności witrynitu (0.70%) w przypowierzchniowych utworach górnego oligocenu (Levoca Mountains), jak i na głębokości 2000 metrów w osadach wczesnooligoceńskich (Sambron Zone). Przyczyną tego zjawiska okazała się późnooligoceńska subsydencja związana z akumulacją utworów molasy w zapadlisku śródgórskim oraz fleksuralne uginanie podłoża, spowodowane nadmiernym naciskiem mas skalnych. Możliwe, że uginanie się podłoża spowodowało wygenerowanie wyższego strumienia cieplnego dla osadów górnego oligocenu.

Tektoniczno-termiczne przyczyny zróżnicowania średniej refleksyjności podają Belkin i in. (2010) w pracy poświęconej oligoceńskim węglom kamiennym w zagłębiu Petroşani (Rumunia). Zagłębie Petroşani jest ciekawym przypadkiem zagłębia, w którym występuje kamienny węgiel wieku oligoceńskiego. Jako powód tak wysokiego stopnia uwęglenia autorzy upatrują wpływ migracji roztworów hydrotermalnych, związanych z orogenezą alpejską. Wzrost wartości średniej refleksyjności wirtynitu postępuje z kierunku NE ku SW, zgodnie z kierunkiem nasuwania się orogenu i prostopadle do głównych uskoków

przesuwczych (Sperner i in. 2002). Między innymi występowanie uskoków o charakterze przesuwczym jest typowe dla obszaru Karpat Wewnętrznych i Południowych i odróżnia te części orogenu karpackiego od Karpat Zewnętrznych i Wschodnich, w których dominują nasunięcia (m.in. Marko i in. 1991, Nemčok 1993, Kovăč i in. 1994, Fodor 1995, Decker & Perreson 1996). W badaniach poświęconych historii termiczno-strukturalnej południowych Alp Zattin in. (2006) podkreślają, że regionalne zmiany stopnia uwęglenia materii organicznej kontrolowane były przez pogrążanie utworów mezozoicznych, związane z fazą ekstensji we wczesnej jurze i intruzyjnym wulkanizmem. Piki maksymalnej temperatury nie pokrywają się z etapami maksymalnej subsydencji, ale związane są z pojawianiem się kolejnych intruzji wulkanicznych. Z kolei Mählmann (2001) w badaniach centralnej części Alp (Szwajcaria) zaobserwował skoki refleksyjności witrynitu w obrębie powierzchni nasunięć w profilach głębokościowych płaszczowin. Podwyższone wartości parametru stopnia uwęglenia przypisuje migracji roztworów hydrotermalnych (około 270°C) wzdłuż uskoków i nasunięć, które spowodowały lokalne anomalie R^o. We wcześniejszych pracach Mählmann (1995, 1996) też podkreślał znaczący wpływ temperatury oraz dodatkowo czasu na proces uwęglania na obszarze orogenu alpejskiego we wschodniej Szwajcarii. Reinhardt (1991) identyfikując płaszczowiny na podstawie badań współczynnika średniej refleksyjności witrynitu oraz krystaliczność illitu na obszarze wschodnich Apeninów, stwierdził różny stopień uwęglenia witrynitu w głównych jednostkach tektonicznych (płaszczowinach). Odkrył również w miejscach o największej oszacowanej temperaturze (około 300°C, Rmax 4-7%) przejawy grafityzacji. Jako powód podaje wpływ dwóch faz orogenicznych (najpierw w eocenie, następnie w późnym miocenie). Wielkie masy skalne zostały najpierw pogrążone na głębokość około 5 km, a następnie szybko przemieszczone na duże odległości. Inne, niż stricte tektoniczne przyczyny zróżnicowania stopnia uwęglenia podaje Rantitsch (1992, 1997). W pracach poświęconych historii termicznej południowych Alp (Austria) doświadczeniom poddaje między innymi utwory klastyczne wieku późny karbon-neogen. Badania wykorzystujące również pomiary średniej refleksyjności wirtynitu (2.0-2.8%, semiantracyt) dowodzą, że cały kompleks utworów karbońsko-neogeńskich został poddany działaniu roztworów hydrotermalnych (350-400°C), pochodzących z aktywności plutonicznej, związanej z oligoceńską strefą uskokową tzw. Periadriatic Lineament. Wzdłuż tej strefy podłoże waryscyjskie odsłania się na powierzchni, a w części południowej przykryte jest niezgodnie kompleksem postwaryscyjsko-górnokarbońsko-neogeńskim. Co więcej, stopień uwęglenia materii organicznej wzrasta z południa na północ, tzn. od skrzydła zrzuconego do wiszącego. W strefie Periadriatic Lineament, Sachsenhofer (1992, 2001) przypisał anomalie średniej refleksyjności witrynitu, występujące w eoceńskich utworach

węglonośnych, aktywności wulkanicznej w środkowym badenie. Średnia refleksyjność utworów w sąsiedztwie przejawów działalności wulkanicznej wahała się od 1.00 do 1.30%, a w utworach oddalonych o kilkanaście kilometrów wyniosła poniżej 0.40%. Badania Rantitsch’a i Sachsenhofer’a podważają Dunkl i in. (1998). Twierdzą, że nie wszystkie przypadki anomalii stopnia uwęglenia witrynitu związane są z działalnością wulkaniczną. Badane przez nich synryftowe utwory na skrzydle wiszącym strefy uskokowej charakteryzuje średnia refleksyjność witrnitu na poziomie 0.67-1.04%. Wyższy stopień uwęglenia przypisują pogrążaniu skrzydła wiszącego na głębokość około 1500 m. w czasie finalnego etapu ryftowania basenu panońskiego (Tari & Horváth 1995).

Na obszarze zachodnich Karpat fliszowych odnotowano kilka przejawów wulkanizmu mioceńskiego w paleogenie płaszczowiny magurskiej i Pienińskim pasie skałkowym (Birkenmajer 1979). Wulkanizm trzeciorzędowy związany jest z fazą styryjską orogenezy alpejskiej i fałdowaniem płaszczowin Karpat zewnętrznych. Tym samym należałoby zastanowić się nad możliwością wpływu wulkanizmu mioceńskiego (związanej z tym również migracji roztworów hydrotermalnych i wysokiej wartości strumienia cieplnego) na zmiany stopnia uwęglenia fliszu magurskiego w obrębie dajek andezytowych. W pracy ujęto próbki pochodzące z rejonów występowania andezytów, tj. Maniowy (0.82%) oraz Krościenko n/ Dunajcem (0.60-0.71%), ale nie pobierano próbek bezpośrednio ze stref kontaktowych dajek z fliszem karpackim. Istniejący trend wzrostu średniej refleksyjności witrynitu w kierunku południowym, południowo-wschodnim w płaszczowinie magurskiej może być przejawem związku podwyższonego stopnia uwęglenia z trzeciorzędową działalnością wulkaniczną, nie mniej jednak wzrost stopnia uwęglenia nie jest tak wysoki, jak w przykładach opisywanych w przez Rantitsch’a i Sachsenhofer’a. Ponadto wydaje się, że aspekt zmian termicznych związanych z działalnością wulkaniczną ma wymiar lokalny, tzn. jest przypisany do pewnego obszaru, który był poddawany wpływowi takiego czynnika. Co więcej, oznaczałoby to rozpatrywanie różnych scenariuszy uwęglania utworów fliszowych w poszczególnych jednostkach strukturalnych Karpat zewnętrznych, ponieważ anomalie stopnia uwęglenia nie związane z działalnością wulkaniczną występują też w jednostce śląskiej.

13. Przyczyny zmienności stopnia uwęglenia materiału organicznego w