Przydatność metod morfometrycznych w ocenie tendencji neotektonicznych Karpat polskich

Przegląd Geologiczny, vol. 47, nr 9, 1999

Przydatność

metod morfometrycznych w ocenie tendencji neotektonicznych

Karpat polskich

Witold

Zuchiewicz*

Analiza zróżnicowanych wartości wielu parametrów morfometrycznych charakteryzujących dorzecza, układ sieci dolinnej oraz spadki koryt pozwala na identyfikację struktur podlegajacych młodym ruchom tektonicznym w polskich Karpatach zewnętrznych, a

układających się niemal równolegle do rozciągłości nasunięć i głównych fałdów. Plio-czwartorzędowe uaktywnienie czół nasunięć i

ważniejszych złuskowań wiązało się przypuszczalnie z relaksacjąpoziomych naprężeń w obrębie pokrywy fliszowej wskutek kolizji płyt północnoeuropejskiej i panońskiej.

Słowa kluczowe: metody morfometryczne, plioceńsko-czwartorzędowa tektonika, polskie Karpaty zewnętrzne

Witold Zuchiewicz - Morphometric techniques as a tool in neotectonic studies of the Polis h Carpathians (southern Poland). Prz. Geol., 47: 851-854.

s

u m m a r y. Analysis of diversified values of a number of morphometric param e ters that characterise drainage basins, valley pattern and river-bed gradients makes it possible to identify a few morphotectonic structures, aligned subparallel to the strike of principal thrusts in the Polish Outer Carpathians. Plio-Quaternary tectonic reactivation of these thrusts has probably been induced by relax-ation of horizontal stresses in the flysch cover, resulting from the collison of the North-European and Pannonian plates.

Key words: morphometric techniques, Plio-Quaternary tectonics, Polish Outer Carpathians

Polski segment Karpat zewnętrznych, 320 km długo­ ści, reprezentuje pasmo fałdowo-nasuwcze zbudowane z płaszczowin nasuniętych na siebie w środkowym i późnym miocenie. Aktywność neotektoniczną (plioceńsko-czwar­ torzędową) tego obszaru (ryc. l) dokumentują deformacje poziomów denudacyjnych wieku plioceńskiego i

wczesno-czwartorzędowego (Klimaszewski, 1966; StarkeI, 1972;

Henkiel, 1977), spaczenie i pochylenie cokołów skalnych

czwartorzędowych tarasów rzecznych (Starkel, 1972;

Wójcik, 1989; Zuchiewicz, 1991), zmiany układu sieci rzecznej (Zuchiewicz, 1987), zróżnicowane tempo rozcię­ cia erozyjnego w różnych jednostkach fizjograficznych porównywane dla tych samych interwałów czasowych (Zuchiewicz, 1995 i literatura tam cytowana), wzmożona akumulacja i migracja depocentrów w obniżanych kotli-nach śródgórskich (Baumgart-Kotarba, 1996) oraz u zachodniego brzegu erozyjnego Karpat (Niedziałkowska & Szczepanek, 1993-1994), nieliczne przykłady uskoków i spękań w osadach pliocenu i plejstocenu (Tokarski, 1978; Laskowska-Wysoczańska, 1995; Pomianowski, 1997; Tokarski & Zuchiewicz, 1998), jak również przejawy historycznej i współczesnej sejsmiczności (m. in. Guterch, 1997; Dębski i in., 1997) oraz pomiary naprężeń in situ w otworach wiertniczych (Jarosiński, 1997).

Zróżnicowanie wartości różnych parametrów

morfo-metrycznych charakteryzujących dorzecza, układ sieci dolinnej, czy też spadki koryt, a także analizy kartome-tryczne dostarczają szeregu pośrednich przesłanek, pozwa-lających na identyfikację struktur podlegających młodym ruchom tektonicznym (m.in. Rączkowski i in., 1984; Zuchiewicz, 1995). Na szczególną uwagę zasługują anali-zy szeregów czasowych spadków koryt rzecznych i niektó-rych parametrów odzwierciedlających relacje między

szerokością den dolin i wysokością zboczy, a także kon-strukcja map energii rzeźby oraz powierzchni

oble-*

Insty tut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Jagielloński,

ul.Oleandry 2A, 30-063 Kraków; e-mail: witold@ing.uj.edu.pl

kających (Zuchiewicz, 1997). Ekstremalne wartości para-metrów morfometrycznych (ryc. 2, 3), topolineamenty odczytane z map zagęszczonych izohips powierzchni oble-kających (ryc. 4), a także strefy o wyraźnie podwyższonej energii rzeźby (ryc. 5) układają się w obrazie kartograficz-nym w szereg subrównoleżnikowych stref wykazujących tendencję do plio-czwartorzędowego wypiętrzania, o sze-rokości 15-25 km i przebiegu niemal równoległym do czół głównych nasunięć i złuskowanych fałdów. Liczba tych stref wzrasta ku wschodowi, w kierunku zgodnym ze zwro-tem diachronicznej migracji ruchów nasuwczych (por. Oszczypko & Ślączka, 1985). Lokalizacja omawianych stref jest w znacznej mierze zbieżna z rozmieszczeniem struktur elewowanych w naj młodszym kenozoiku, a wykartowanych na podstawie studiów nad deformacjami powierzchni denudacyjnych i cokołów skalnych tarasów skalno-osadowych (por. Henkiel, 1977; StarkeI, 1980).

Taka konfiguracja podnoszonych neotektonicznie,

równoległych do rozciągłości orogenu i stosunkowo

wąskich struktur zdaje się przeczyć tezie o ich wyłącznie izostatycznej genezie. W moim przekonaniu (Zuchiewicz, 1995), główną rolę w uaktywnieniu nasunięć i większych

złuskowań odegrała relaksacja naprężeń poziomych w

obrębie pokrywy fliszowej, będących oddźwiękiem kolizji płyt północnoeuropejskiej i panońskiej. Mechanizm ten tłumaczy:

O objawy zlokalizowanego, młodego wypiętrzania

czół niektórych nasunięć podrzędnych oraz wzdłuż

wschodniego segmentu nasunięcia brzeżnego Karpat,

O notowaną współcześnie konfigurację osi najwięk­

szego naprężenia poziomego, sugerowaną przez układ struktur zniszczeniowych w ścianach otworów wiertni-czych (por. Jarosiński, 1997) i analizy mechanizmu ognisk wstrząsów sejsmicznych (Wiej acz, 1994; Dębski i in.

1997), czy też

O orientację maksymalnej kompresji tektonicznej

odczytaną z układu spękań ciosowych w leżących niezgod 85

Przegląd Geologiczny, vat. 47, nr 9, 1999

50°

49°

~ brzeżne nasunięcie Karpat

~ Carpathian frantal thrusts

"'T"T"T" nasunięcia podrzędne subordinate thrusts

/"uskoki ,,/ fau/ts

ITIIIJ

pieniński Pieniny Klippen Belt pas skałkowy

20°

r - - I molasy mioceńskie na zerodowanym fliszu

L - J Miocene molasses upon eraded f/ysch strata

20°

21 °

-ł-

+

osie elewacji neotektonicznych axes of neotectonic elevations • osie depresji neotektonicznych / axes of neotectonic depressions

"""'" przełomy antecedentne ~ antecedent water-gaps

21°

Ryc. 1. Szkic neotektoniczny Karpat polskich (według Zuchiewicza, 1995)

Fig. 1. Neotectonic sketch ofthe Polish Carpathians (based on Zuchiewicz, 1995)

~brzeżne nasunięcie Karpat

...-"lIlIIII • • Carpathian franta! thrusts

20°

strefy anomainie wysokich spadków koryt rzecznych zones of abnormally high river-bed gradients

odcinki koryt rzecznych o anomainie wysokim spadku

Ą... w porównaniu z odcinkami sąsiadującymi

- 'river-bed segments showing abnormally high gradients as compared to neighbouring segments

~ pieniński pas skałkowy

lliiW Pieniny Klippen Belt

21°

49° r:-:-:-:l molasy mioceńskie na zerodowanym fliszu O 50k m

~ Miocene molasses upon eraded f/ysch strata ,L---'-_-'---'-_--'----',

19° 20° 21° 22° 23°

z

«

n:::

~~

~

-~

_{. -'o}

.

~ ~

::>

Jednostki tektoniczne: - .

r;j .

Karpaty Wewnętrzne: •

T -jednostki tatrzańskie, FC -flisz podhalański Karpaty Zewnętrzne -płaszczowiny: MU -magurska, DU -dukielska, SI -śląska, SSI -podśląska, SK -skolska

Tectonic units:

Inner Carpathians:

T - Tatra units, FC - Central Carpathian Paleogene

Outer Carpathians "7 płaszczowiny:

MU -Magura, DU - Dukla, SI- Silesian, SSI - sub-Silesian, SK - Skole

22° 22° 22° 23° /

,-/' \-\ \ 'I

"

( ,

Ryc. 2. Lokalizacja odcinków koryt rzecznych o anomalni e wysokich spadkach w Karpatach polskich

Fig. 2. Distribution of river-bed segments showing abnormally high gradients in the Polish Carpathians

852 /" 50° 49° ; /

\.-. I i o 50km \ L ' _L.---L-_L.---L---.J ' ~-,. Targ ( l'

,.

/--.J

Przegląd Geologiczny, vot. 47, nr 9, 1999

~ brzeżne nasunięcie Karpat ___ osie elewacji neotektonicznych ...(" Carpathian frantal thrusts -... axes of neotectonic elevations

490 L -_ _ _ - . _ _ __ _ _ _ _ _ _ ~---~---~---~w-~49°

Ryc. 3. Lokalizacja stref o anomalni e niskich wartościach wskaźnika szerokości dna - wysokości zboczy (Vt), sugerujących młode

tendencje wypiętrzające w Karpatach polskich

Fig. 3. Zones of abnormally low values ofthe valley floor widthlvalley height ratios (Vt), indicative ofyoung uplift

10km

H

min .-.'" topolineamenty ~ topolineaments ---,rzeki I rivers ..-' granica państwa state boundary

Ryc. 4. Mapa topolineamentów widocznych w obrazie zagęsz­

czonych izohips powierzchni oblekających (wysokości

maksy-malnych i minimaksy-malnych) we wschodniej części Karpat polskich

Fig. 4. Distribution of topolineaments visible on dense-contour maps of envelopping surfaces (maximum and minimum eleva-tions) in the eastem portion of the Polish Carpathians

~

H

~ topolmeamenty ~ topolmeaments I ./ I strefy podwyższonych

•• • wartoścI energii rzeźby

• zones of increased relief energy .-/rzeki I rivers ,.,. granica państwa state boundary /

Ryc. 5. Mapa topolineamentów i stref podwyższonej energii

rzeźby widocznych w obrazie zagęszczonych izolinii wysokości

względnych we wschodniej części Karpat polskich

Fig. 5. Topolineaments and zones of increased relief energy vis i-ble on maps of dense isolines of relief in the eastem portion of the Polish Carpathians

Przegląd Geologiczny, vol. 47, nr 9, 1999

nie na Karpatach utworach badenu (Zuchiewicz, 1998) i górnego pliocenu (Tokarski & Zuchiewicz, 1998).

We wszystkich analizowanych przypadkach osie S hmax

układają się na ogół poprzecznie względem rozciągłości struktur fałdowych.

Literatura

BAUMGART-KOTARBA M. 1996 - On origin and age ofthe Orava Basin, West Carpathians. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan., 30: 101-116.

DĘBSKI W, GUTERCH B., LEWANDOWSKA H. & LABAK P. 1997

- Earthquake sequence in the Krynica region, Western Carpathians, 1992-1993. Acta Geophys. Pol., 45: 255-290.

GUTERCH B. 1997 - Western Carpathian seismic events recorded in Poland. Prz. Geol., 45: 1075-1076.

HENKIEL A. 1977 - Zależność rzeźby Karpat Zewnętrznych od budowy geologicznej jednostek fliszowych i ich głębokiego podłoża

(na przykładzie wschodniej części Karpat polskich). Rozpr. habilit. UMCS, Lublin: 1-100.

JAROSIŃSKI M. 1997 - Rozwarstwienie współczesnego pola naprę­

żeń w zachodniej części polskich Karpat zewnętrznych. Prz. Geol., 45: 768-776.

KLIMASZEWSKI M. 1966 - Views on the geomorphological deve-lopment of the Polish West Carpathians during the Quaternary. [W:] Geomorphological Problems of Carpathians, II, PWN, Warszawa: 51-88.

LASKOWSKA-WYSOCZAŃSKA W. 1995 -Neotectonic and glacial control on geomorphic development of middle and eastern parts of the Sandomierz Basin and the Carpathian margin. Folia Quatern., 66: 105-122.

NIEDZIAŁKOWSKA E. & SZCZEPANEK K. 1993-94 - Utwory

pyłowe vistuliańskiego stożka Wisły w Kotlinie Oświęcimskiej. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan., 27-28: 29-44.

OSZCZYPKO N. & ŚLĄCZKA A. 1985 - An attempt to palinspastic reconstruction ofNeogene basins in the Carpathian Foredeep. Ann.

Soc. Geol. Pol., 55: 55-75.

POMIANOWSKI P. 1997 - Tectonics ofthe Orava - Nowy Targ Basin. Prz. Geol., 45: 1097-1098.

RĄCZKOWSKI W., WÓJCIK A. & ZUCHIEWICZ W. 1984 - Late N eogene-Quaternary tectonics of the Polish Carpathians in the light of neotectonic mapping. Tectonophysics, 108: 51-69.

STARKEL L. 1972 - Karpaty Zewnętrzne. [W:] M. Klimaszewski (red.), Geomorfologia Polski, T. 1, PWN, Warszawa: 52-115. STARKEL L. (red.) 1980 - Mapa geomorfologiczna Polski 1: 500 000. IG i PZ PAN, Warszawa.

TOKARSKI A. K. 1978 - O czwartorzędowym ciosie i uskoku w Kotlinie Sądeckiej (Zachodnie Karpaty Zewnętrzne). Rocz. Pol. Tow. Geol., 48: 509-516.

TOKARSKI A. K. & ZUCHIEWICZ W 1998 - Popękane klas ty w

stożku Domańskiego Wierchu: przyczynek do rekonstrukcji ewolucji pola naprężeń w rejonie Kotliny Orawskiej (Karpaty) podczas neogenu i czwartorzędu. Prz. Geol., 46: 62-66.

WIEJACZ P. 1994 - An attempt to determine tectonic stress pattern in Poland. Acta Geophys. Pol., 42: 169-176.

WÓJCIK A. 1989 - Systemy teras rzecznych dorzecza Koszarawy w Beskidzie Żywieckim i ich związek z ruchami tektonicznymi. Stud. Geomorph. Carpatho-Balcan., 22 (1988): 21-45.

ZUCHIEWICZ W 1987 - Evolution ofthe eastern Beskid Niski Mts. and morphotectonics ofthe Polish Carpathians. Z. Nauk. AGH, Kwart. Geologia, 13: 3-167.

ZUCHIEWICZ W. 1991 - On different approaches to neotectonics: A Polish Carpathians example. Episodes, 14: 116-124.

ZUCHIEWICZ W. 1995 - Selected aspects of neotectonics of the Polish Carpathians. Folia Quatern., 66: 145-204.

ZUCHIEWICZ W. 1997 - Neotektonika wschodniej części Karpat polskich w świetle analiz morfometrycznych. [W:] M. Łanczont (red.),

Glacjał i peryglacjał Kotliny Sandomierskiej i Przedgórza Karpat w okolicy Przemyśla, Wyd. UMCS, Lublin: 45.

ZUCHIEWICZ W. 1998 - Cenozoic stres s field and jointing in the outer West Carpathians, Poland. 1. Geodynamics, 26: 57-68.

Zróżnicowane

tempo erozji rzecznej w polskich Karpatach

zewnętrznych:

wskaźnik młodych

ruchów tektonicznych?

Witold

Zuchiewicz*

Tempo erozji rzecznej obliczone dla wybranych segmentów dolin polskich Karpat zewnętrznych wykazuje wartości zróżnicowane

zarówno w poszczególnych piętrach czwartorzędu, jak i różnych jednostkach fizjograficznych. U schyłku plejstocenu obserwuje się

wzrost tempa rozcinania cokołów skalnych tarasów wzdłuż czół niektórych nasunięć. Uśrednione prędkości erozji rzecznej dla całego czwartorzędu są natomiast porównywalne z długookresowym tempem podnoszenia izostatycznego Karpat zewnętrznych.

Słowa kluczowe: tempo erozji rzecznej, czwartorzęd, neotektonika, polskie Karpaty Zachodnie

Witold Zuchiewicz - Variable rates of fluvial erosion in the Polish Outer Carpathians as an indicator of young tectonic move-ments (southern Poland). Prz. Geol., 47: 854-858.

S u m m ary. Rates ojriver downcutting, calculatedjor selected segments ojthe Polish Carpathian rivers in different time intervals, are differentiated both in time and space, increasing however in late Pleistocene times injrontal parts ojsome nappes. Average rates oj downcutting in the whole oj the Quaternary are, in turn, comparable to those ojlong-term isostatic uplift oj the Western Carpathians.

Key words: rates oj river downcutting, Quaternary, neotectonics, Polish Western Carpathians

Ruchy nasuwcze w polskim segmencie Karpat zew-nętrznych były efektem ukośnej konwergencji płyt

północ-*Instytut Nauk Geologicznych Uniwersytet Jagielloński,

ul. Oleandry 2A, 30-063 Kraków; e-mail: witold@ing.uj.edu.pl

854

noeuropejskiej i panońskiej (Oszczypko & Ślączka, 1985),

w większości zakończonej u schyłku miocenu. Ruchy

nasuwcze przebiegały nieprzerwanie między środkowym burdygałem i serrawalem, z prędkością zmieniającą się od 7,7 do 12,3 mm1rok, maksymalnie osiągając 20 mm/rok (Oszczypko, 1998). Prowadzone ostatnio analizy