Œrodowiska sedymentacji i rozwój depozycji osadów górnego czerwonego sp¹gowca
w rejonie Poznania
Anna Aksamitowska*
Sedimentary environments and evolution of Upper Rotliegendes deposition in the Poznañ area (western Poland). Prz. Geol., 51: 168–174. S u m m a r y. Several lithofacies and their sedimentary environments were recognised within Upper Rotliegend deposits . Spatial analysis of genetically related lithofacies, allowed to descrite the sequence of sedimentary environments and factors controlling their evolu-tion. It was the basis to characterise the depositional systems of the Upper Rotliegendes in the eastern Wielkopolska area. Two depositional systems were recognised: aeolian and fluvial. Their evolution was controlled by tectonic and climatic factors. This study permits a refinement of paleogeographic interpretation of the Upper Rotliegendes deposits.
Key words: Rotliegend, Fore-Sudetic Monocline, facies analysis, sedimentary environments, desert, depositional systems.
W opracowaniu podjêto próbê wykorzystania syste-mów depozycyjnych jako narzêdzia w trakcie interpretacji rozprzestrzenienia i wewnêtrznej zmiennoœci cia³ sedy-mentacyjnych. Jako podstawê definiowania systemów depozycyjnych przyjêto okreœlenie œrodowisk sedymenta-cji poszczególnych litofasedymenta-cji i ich zespo³ów oraz interpreta-cjê czynników powoduj¹cych ich rozwój i cyklicznoœæ (Miall, 1996).
Badania prowadzono na rdzeniach wiertniczych z otworów zlokalizowanych w rejonie Poznania. Opisywany obszar po³o¿ony jest w pó³nocnej czêœci monokliny przedsudeckiej, obejmuj¹c na po³udniu wyniesienie wolsztyñskie, na pó³nocy zaœ rów Kórnika, z dyslokacj¹ Poznañ–Kalisz (ryc. 1). W tym rejonie osady czerwonego sp¹gowca charakteryzuj¹ siê du¿¹ zmiennoœci¹ litolo-giczn¹ (od brekcji, przez zlepieñce, piaskowce, po mu³owce), genetyczn¹ (œrodowiska fluwialne i eoliczne) i mi¹¿szoœciow¹ (od 1m w otworze Chrz¹stowa–1a do ponad 1000 m w otworze Kórnik–2). W profilach przewa¿aj¹ piaskowce eoliczne, z mniejszym udzia³em utworów pochodzenia fluwialnego. Rozwój tych œrodowisk oraz zmiennoœæ facji i mi¹¿szoœci by³y uzale¿nione od aktywno-œci tektonicznej pod³o¿a i zmian klimatycznych.
Przeprowadzone badania pozwoli³y na wyró¿nienie dwóch systemów depozycyjnych: eolicznego i fluwialnego oraz charakterystykê ich wewnêtrznej zmiennoœci i relacji miêdzy nimi.
Metodyka
W celu scharakteryzowania systemów depozycyjnych
czyli trójwymiarowych, przestrzennych zespo³ów
powi¹zanych genetycznie litofacji (Miall, 1996), opisano makroskopowo rdzenie z 12 otworów wiertniczych. Lito-logia nierdzeniowanych odcinków zosta³a uzupe³niona podczas analizy wykresów geofizyki wiertniczej (PG, PNG, PUW). Na podstawie zró¿nicowania litologicznego opisywanych ska³ (sk³ad, cechy teksturalne, struktury sedymentacyjne, barwa osadu) wyró¿niono 19 litofacji (tab. 1). Analizuj¹c poszczególne litofacje pod wzglêdem litologii, barwy, tekstury, struktur sedymentacyjnych oraz
nastêpstwa w profilu pionowym okreœlono warunki i miejsce powstania ka¿dej z nich. Wewnêtrzne zró¿nicowa-nie œrodowisk sedymentacyjnych zinterpretowano na pod-stawie analizy stochastycznej. Zebrane materia³y by³y podstaw¹ do dokonania korelacji miêdzyotworowej i opisu systemów depozycyjnych.
Charakterystyka litofacjalna i œrodowiska sedymentacji
Celem wydzielenia poszczególnych litofacji by³o okreœle-nie ich œrodowiska depozycji oraz panuj¹cych w nim warunków i zachodz¹cych procesów. By³o to podstaw¹ do stworzenia modelu facjalnego opisuj¹cego nastêpstwo œro-dowisk sedymentacyjnych w czasie i przestrzeni, a tym samym opisuj¹cego paleogeografiê badanego obszaru (Gradziñski i in., 1986).
Basen czerwonego sp¹gowca by³ zdominowany warunkami sedymentacji eolicznej i fluwialnej. Osady te powstawa³y w klimacie suchym i pó³suchym, zwrotniko-wym, na kontynencie pó³nocnej Pangei (Glennie, 1972; Turner, 1980). Œrodowiskiem powstania osadów czerwo-nego sp¹gowca by³a pustynia (Buniak & Miko³ajewski, 1997; Hoffman i in., 1997; Karnkowski, 1987, 1997; Karn-kowski i in., 1997; Pokorski, 1997).
Œrodowisko eoliczne
Rozwój œrodowiska eolicznego by³ uwarunkowany m.in. si³¹ i kierunkiem wiatrów. Dominowa³y wiatry z po³udnia i po³udniowego wschodu (Glennie, 1983; Karn-kowski, 1999; Kiersnowski, 1997b). Powodowa³y one for-mowanie siê rozleg³ych pól piaszczystych z sedymentacj¹ wydmow¹, miêdzywydmow¹ i pokryw piaszczystych (Ahlbrandt & Fryberger, 1981 — ryc. 2), w obrêbie których tworzy³y siê zró¿nicowane osady.
Osady wydmowe (W)
S¹ to piaskowce drobnoziarniste, laminowane piaskowcem œrednioziarnistym i pylastym; jak równie¿ piaskowce ró¿noziar-niste wysortowane bimodalnie, œrednioziarró¿noziar-niste i grubo-ziarniste. K¹ty nachylenia lamin s¹ zmienne i wahaj¹ siê pomiêdzy 0 a 34, tworz¹c kompleksy wielkoskalowych warstwowañ skoœnych (ryc. 3). Przewa¿nie osad charaktery-zuje siê dobrym stopniem obtoczenia i wysortowania okru-chów.
*Wydzia³ Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa; andzia@geo.uw.edu.pl
Osady miêdzywydmowe (MW)
Powstaj¹ w zag³êbieniach pomiêdzy wydmami, o zró¿nico-wanych kszta³tach i rozmiarach. Spoœród wielu takich form, opi-sanych przez Fryberga i in. (1990), ró¿ni¹cych siê miêdzy sob¹ procesami sedymentacyjny-mi prowadz¹cysedymentacyjny-mi do ich powsta-nia oraz osadami powsta³ymi w ich obrêbie, na badanym terenie wystêpuj¹ obszary miêdzywy-dmowe suche i mokre.
Osady obszarów miêdzywy-dmowych suchych —
charakte-ryzuj¹ siê wystêpowaniem
piaskowców drobnoziarnistych, miejscami z domieszk¹ grubo-ziarnistych, czasem ziarna osadu
s¹ drobniejsze od piaskowców w otaczaj¹cych go wydmach. Piaskowce s¹ dobrze i œrednio wysortowane. Dominuj¹ warstwowania horyzontalne i niskok¹towe war-stwowania przek¹tne. Cech¹ charakterystyczn¹ tych utwo-rów jest brak substancji ilastej. Du¿e podobieñstwo tych osadów do utworów deponowanych w obrêbie pokrywy piaszczystej powoduje du¿e trudnoœci w odró¿nieniu tych œrodowisk. Rozstrzygaj¹ca mo¿e byæ mi¹¿szoœæ, która w przypadku obszarów miêdzywydmowych jest du¿o mniej-sza od pokryw piaskowych (Ahlbrandt & Fryberger, 1981; Kocurek & Havholm, 1993).
Osady obszarów miêdzywydmowych mokrych — sk³adaj¹ siê na nie piaskowce drobnoziarniste, zailone czê-sto bardzo, z pojedynczymi grubszymi okruchami a nawet ziarnami zlepieñcowymi. Dominuje nieregularna lamina-cja horyzontalna podkreœlona substancj¹ ilast¹ i mu³owca-mi (ryc. 3).
Osady pokryw piaszczystych (PP)
Powstaj¹ na obszarach sedymentacji eolicznej przy-wi¹zanych do stref marginalnych pól wydmowych, prze-wa¿nie usytuowanych od strony nawietrznej, jak równie¿ od strony sto¿ków aluwialnych (Kocurek & Havholm, 1993). Powstaj¹ one podczas d³ugotrwa³ych okresów
wia-nia silnych wiatrów lub w przypadku ograniczonej dosta-wy piasku (Kocurek, 1988). Sk³adaj¹ siê na nie piaskowce od drobnoziarnistych do gruboziarnistych, tak¿e ró¿no-ziarniste, s³abo wysortowane z domieszk¹ grubszych ziarn, nawet ¿wiru. Charakteryzuj¹ siê warstwowaniem horyzon-talnym i niskok¹towym warstwowaniem przek¹tnym (ryc. 3). W obrêbie osadów pokryw piaszczystych mog¹ wystê-powaæ powierzchnie erozyjne, wk³adki osadów wydmo-wych i fluwialnych.
Œrodowisko fluwialne
Œrodowisko fluwialne cechuje siê koncentrycznoœci¹ stref sedymentacji, zale¿n¹ od morfologii pod³o¿a basenu (Kiersnowski, 1998). St¹d te¿, przy strefach krawêdzio-wych basenu i skarpach w jego obrêbie rozwija³y siê sto¿ki aluwialne, na zewn¹trz od nich osady równi zalewowych (ryc. 2), które przechodzi³y ku centrum basenu w osady typu playa (nie objête niniejsz¹ prac¹).
Osady sto¿ków aluwialnych
W przekroju pod³u¿nym sto¿ka obserwuje siê strefo-woœæ, polegaj¹c¹ na osadzaniu w czêœci proksymalnej facji ¿wirowych, w partiach dystalnych natomiast zwiêksza siê udzia³ facji piaszczystych. Osad jest rozcinany stale
zmie-równia zalewowa [okresowe potoki piaszczyste OPP, obszary miêdzykorytowe MK] floodplain [periodical sandy stream OPP, interchannel MK]
sto¿ki aluwialne [sp³ywy rumoszowe S R, zalewy warstwowe ZW, okresowe potoki ¿wiroweOP¯] aluvial fans [debris flow S R, sheetflood ZW, periodical gravely stream OP¯
Wa³ wolsztyñski [WW] Wolsztyn Ridge [WW] OSADY FLUWIALNE FLUVIAL DEPOSITIONS OSADY EOLICZNE AEOLIAN DEPOSITIONS kierunek wiatru wind direction pokrywa piaskowa [PP] sandsheet [PP]
pole wydmowe [wydmy W, obszar miêdzywydmowy MW] dune W,
dunes field [ interdune area MW]
Ryc. 2. Geneza osadów czerwonego sp¹gowca (kompilacja na podstawie: Ahlbrandt & Fryberger 1981; Karnkowski, 1987a; Kiersnow-ski, 1997; Miall, 1996)
Fig. 2. Origin of the Rotliegend deposits (compiled from Ahlbrandt & Fryberger, 1981; Karnkowski,. 1987a; Kiersnowski, 1997; Miall, 1996) Szczecin Toruñ Pi³a Poznañ Wroc³aw BP W W SDPK 100 km 10 km MI£OS£AW-2 MECHLIN-1 MECHLIN-3 ZANIEMYŒL-2K KSI¥¯ WLKP.-4 SOLEC-8 KALEJE-6 KRZYKOSY-1A WITOWO-1 WITOWO-3 KÓRNIK-2 SD KP Wrzeœnia Œroda Wlkp. Pyzdry Œrem CHRZ¥STOWO-1 WW
Ryc. 1. Szkic lokalizacyjny otworów wiertniczych wykorzystanych w opracowaniu na tle pol-skiego basenu czerwonego sp¹gowca (P.H. Karnkowski 1999); BP — polski basen czerwonego sp¹gowca, WW — wa³ wolsztyñski, SDPK — strefa dyslokacyjna Poznañ–Kalisz
Fig. 1. Sketch map of boreholes in the study area against a background of Polish Rotliegend Basin (P.H. Karnkowski 1999); BP — Polish Rotliegend Basin, WW — Wolsztyn Ridge, SDPK — Poznañ–Kalisz Dislocation Zone
niaj¹cymi swe po³o¿enie kana³ami rozprowadzaj¹cymi o charakterze roztokowej rzeki ¿wirowej. Dodatkowym czynnikiem warunkuj¹cym rozwój sto¿ka s¹ zalewy war-stwowe powstaj¹ce po gwa³townych ulewach, powo-duj¹cych, i¿ sto¿ek znajduje siê pod wod¹, p³yn¹c¹ w górnym re¿imie przep³ywu (Blair & McPherson, 1994; Gradziñski i in., 1986; Miall, 1996). Na badanym terenie rozpoznano osady sp³ywów rumoszowych, zalewów war-stwowych i okresowych potoków ¿wirowych.
Osady sp³ywów rumoszowych (SR)
Do osadów sp³ywów rumoszowych nale¿¹ brekcje i zlepieñce o rozproszonym szkielecie ziarnowym, matrik-sie piaszczysto-ilastym, charakteryzuj¹ce bardzo z³ym stopniem obtoczenia i wysortowania okruchów (ryc. 3). Zazwyczaj buduj¹ one proksymalne czêœci sto¿ka. Przewa-¿nie jest to osad bezstrukturalny, miejscami obserwuje siê subhoryzontalne u³o¿enie wyd³u¿onych ziarn
oraz odwrócone i normalne uziarnienie frakcjo-nalne. Sp¹g poszczególnych cykli depozycyj-nych (mog¹cych dochodziæ do 25 m) jest ostry, nieerozyjny (Blair & McPherson, 1994; Gradziñ-ski i in., 1986; Turner, 1980; Steel, 1974).
Zlepie-ñce s¹ czêsto prze³awicane piaskowcem
masywnym lub z czytelnymi strukturami. S¹ to osady powsta³e podczas przep³ywu wód pozo-sta³ych po sp³ywie (Steel, 1974).
Osady zalewów warstwowych (ZW)
Osady zalewów warstwowych s¹ zró¿nico-wane od bardzo grubookruchowych brekcji i zle-pieñców do mu³owców (ryc. 3). Zalew powstaje na skutek katastrofalnej powodzi pod wp³ywem gwa³townych opadów okresowych. Zlepieñce maj¹ warstwowanie horyzontalne, sporadycznie przek¹tne. Miejscami widoczne jest normalne uziarnienie frakcjonalne. Osady zlepieñcowe charakteryzuj¹ siê zwartym szkieletem ziarno-wym niekiedy z imbrykacj¹; ich mi¹¿szoœæ nie przekracza 1 m (Blair & McPherson, 1994; Tur-ner, 1980). Osady piaszczyste s¹ warstwowane horyzontalnie lub pod niewielkim k¹tem. Ich sp¹g jest ostry, czasem erozyjny.
Osady okresowych potoków ¿wirowych (OP¯)
Powstaj¹ podczas mniejszych, choæ równie gwa³townych opadów. Powoduj¹ rozcinanie wczeœniej zdeponowanych osadów sp³ywu rumo-szowego i wymywanie osadu piaszczystego. St¹d charakterystycznym osadem roztokowego poto-ku ¿wirowego s¹ zlepieñce o zwartym szkielecie ziarnowym, jak te¿ rozporoszonym. Otoczaki maj¹ œrednie i dobre obtoczenie, a stopieñ wysor-towania waha siê od s³abego do dobrego. Mi¹¿szoœci zlepieñców powsta³ych w obrêbie roztokowego potoku ¿wirowego maj¹ przewa-¿nie od 0,1 do 3 m (Turner, 1980; Gradziñski i in., 1986). Okresowy potok ¿wirowy wskutek zmian re¿imu przep³ywu wody, spowodowanym iloœci¹ opadów, ich intensywnoœci¹ i morfologi¹
powierzchni, po której p³ynie, wykazuje du¿e zró¿nicowa-nie deponowanych osadów. St¹d te¿ sporadyczzró¿nicowa-nie wystê-puj¹ równie¿ warstwowane rynnowo i p³asko piaskowce oraz wk³adki osadów ilastych i mu³owcowych (Steel, 1974; Turner, 1980).
Osady równi zalewowej
Równiê zalewow¹ stanowi¹ osady sk³adane u podnó¿a sto¿ków aluwialnych (ryc. 2). Ze wzglêdu na ich przejœcio-wy charakter czêœæ badaczy zalicza je do dystalnych czêœci sto¿ków (Blair & McPherson, 1994; Miall, 1996), inni interpretuj¹ je jako wadi (Glennie, 1972). Równiê zale-wow¹ tworzy wyrównana powierzchnia, z sieci¹ okreso-wych potoków piaszczystych, w których deponowany jest osad korytowy. Pomiêdzy kana³ami rozpoœcieraj¹ siê obszary miêdzykorytowe, na którym sedymentacja alu-wialna zachodzi podczas powodzi.
MK OPP W/OPP S R OP¯ OPPMK ZW W/OPP ZW PP/W W PM W W MW MW MW OPP W MW W W osady fluwialne fluvial deposits osady eoliczne aeolian deposits osady p³ytko-morskie shallow-marine deposits osady eoliczne aeolian deposits osady fluwialne fluvial deposits Witowo-33208m Kórnik-23794m Kórnik-24149m Kórnik-24146m Krzykosy-1A3842m Krzykosy-1A3843m Witowo-33271m 3 cm 3 cm 3 cm 3 cm 3 cm 3 cm 3 cm
Ryc. 3. Schematyczny profil sedymentologiczny utworów górnego czerwonego sp¹gowca w rejonie Poznania; MK — obszar miêdzykorytowy, OPP — okreso-wy potok piaszczysty, S R — sp³yw rumoszookreso-wy, ZW — zalew warstwookreso-wy, OP¯ — okresowy potok ¿wirowy, W — wydmy, MW — obszary miêdzywydmowe, PP — pokrywa piaskowa, PM — œrodowisko p³ytkomorskie
Fig. 3. Schematic sedimentary log of the Upper Rotligend deposits in the Poznañ area; MK — inter-channel, OPP — periodical sandy stream, S R — debris flow, ZW — sheet flood, OP¯ — periodical gravely stream, W — dune,
Osady okresowych potoków piaszczystych (OPP)
Dominuj¹cym osadem tego œrodowiska s¹ piaski od drobnoziarnistych do gruboziarnistych z pojedynczymi ziarnami i warstewkami ¿wirowymi (ryc. 3). Charaktery-styczne dla tego œrodowiska s¹ warstwowania przek¹tne rynnowe i p³askie (Glennie, 1972; Steel, 1974; Turner. 1980; Gradziñski i in., 1986), wystêpuj¹ tak¿e warstwowa-nia horyzontalne powsta³e podczas silnego przep³ywu wód. W obrêbie piaskowców s¹ miejscami spotykane cien-kie wk³adki zlepieñców, bêd¹cych œladem bruku korytowe-go na dnie potoku (Gradziñski i in., 1986).
Osady obszarów miêdzykorytowych (MK)
Œrodowisko to jest zdominowane przez sedymentacjê piaskowców, z nieliczn¹ zawartoœci¹ materia³u ¿wirowego i podrzêdn¹ zawartoœci¹ mu³owców i i³owców
koncen-truj¹c¹ siê w stropowych partiach sekwencji. Wœród
struk-tur sedymentacyjnych dominuje warstwowanie
horyzontalne, wœród osadów bardzo drobnoziarnistych wystêpuje tak¿e warstwowanie konwolutne i zmarszkowe, spotykane s¹ tak¿e piaskowce bezstrukturalne. Miejscami s¹ obserwowane struktury ucieczkowe, uziarnienie frak-cjonalne normalne, szczeliny z wysychania, nodule anhy-drytowe i poziomy chaliche (Steel, 1974; Turner, 1980; Gradziñski i in., 1986).
Œrodowisko p³ytkomorskie [PM]
Osady powsta³e w œrodowisku p³ytkomorskim wystê-puj¹ tylko w stropowych partiach utworów czerwonego sp¹gowca i s¹ zwi¹zane z pierwsz¹ transgresj¹ cechszty-ñsk¹ (Glennie & Butler, 1983; Jerzykiewicz i in., 1976; Karnkowski, 1986, 1995). W pocz¹tkowym etapie sedy-mentacji p³ytkomorskiej powsta³y piaskowce
gruboziarni-ste, przewa¿nie bezstrukturalne, sporadycznie
warstwowane przek¹tnie, z niewielk¹ zawartoœci¹ fauny (ryc. 3). Utwory te mog¹ mieæ barwê czerwon¹, ró¿ow¹, kremow¹ lub szar¹, czêsto z ciemn¹ laminacj¹ ilast¹. Wp³yw œrodowiska morskiego nie ograniczy³ siê jedynie do sedymentacji. Transgresja morza cechsztyñskiego spo-wodowa³a czêœciow¹ redepozycjê i erozjê wczeœniej zde-ponowanych utworów l¹dowych, a wody o potencjale redukcyjnym infiltruj¹ce w g³¹b odbarwia³y pierwotnie czerwone ska³y osadowe (Karnkowski, 1986). Ostatnie z wymienionych procesów — redepozycja, erozja, odbar-wienie — utrudniaj¹ wyznaczenie granicy pomiêdzy mor-skimi i l¹dowymi osadami.
Systemy depozycyjne
Wyró¿nienie systemów depozycyjnych pozwala na skorelowanie g³ównych wydarzeñ depozycyjnych w base-nie (Miall, 1996). W polskim basebase-nie czerwonego sp¹gow-ca tak¹ korelacjê wykona³ Kiersnowski (1997a, 1998) wyró¿niaj¹c systemy depozycyjne: eoliczny, fluwialny i playi.
W rejonie Poznania mo¿emy wyró¿niæ dwa systemy depozycyjne (ryc. 5): eoliczny (E) i fluwialny (F). S¹ one ze sob¹ œciœle powi¹zane, a ich rozwój i rozprzestrzenienie, by³y uwarunkowane zmianami klimatycznymi oraz inten-sywnoœci¹ procesów tektonicznych. Wskazywali ju¿ na to m.in. Karnkowski (1991, 1993, 1997, 1999), Kiersnowski (1997a, 1998), Wolnowski (1996).
Tektonika i klimat jako dwa niezale¿nie dzia³aj¹ce czynniki, powodowa³y wzajemne przenikanie siê poszcze-gólnych œrodowisk oraz systematyczne pojawianie siê w profilach cyklicznych powtórzeñ litofacji oraz œrodowisk sedymentacyjnych. W celu analizy tej cyklicznoœci, a z uwagi na niewielk¹ mo¿liwoœæ obserwacji powierzchni erozyjnych w badanych profilach, pos³u¿ono siê analiz¹ stochastyczn¹ (³añcuchami Markowa) nastêpstw litofacji wydzielonych w opracowanych osadach, a tak¿e okreœlo-nych na ich podstawie œrodowisk sedymentacyjokreœlo-nych. Na podstawie 163 danych nastêpstw œrodowisk depozycyj-nych skonstruowano modelowy cykl sedymentacji na badanym terenie (ryc. 4).
Eoliczny system depozycyjny (E)
Na eoliczny system depozycyjny sk³adaj¹ siê osady wydmowe, miêdzywydmowe, pokryw piaskowcowych i
Grupy Opis Litofacje piaskowcowe wyraŸnie warstwowane Piaskowce drobnoziarniste warstwowane piaskowcem œrednioziarnistym, wysoko- i œredniok¹towo Piaskowce drobnoziarniste warstwowane substancj¹ ilasto-¿elazist¹, wysoko- i œredniok¹towo Piaskowce drobnoziarniste warstwowane substancj¹ ilasto-¿elazist¹, niskok¹towo i horyzontalnie
Piaskowce bimodalne warstwowane wysoko- i œredniok¹towo
Piaskowce bimodalane warstwowane niskok¹towo i horyzontalnie Piaskowce drobnoziarniste warstwowane przek¹tnie Piaskowce drobnoziarniste warstwowane horyzontalnie Piaskowce ró¿noziarniste warstwowane przek¹tnie Piaskowce ró¿noziarniste warstwowane horyzontalnie
Litofacje piaskowcowe bez wyraŸnego warstwowania
Piaskowiec drobnoziarnisty o s³abo widocznej laminacji
Bezstrukturalne piaskowce drobnoziarniste
Piaskowce drobnoziarniste ze smugami i soczewkami Zailone piaskowce i mu³owce piaszczyste Litofacje zlepieñcowe i brekcje Bezstrukturalne piaskowce zlepieñcowate Warstwowane piaskowce zlepieñcowate Bezstrukturalne zlepieñce o rozproszonym szkielecie ziarnowym Warstwowane zlepieñce o
rozproszonym szkielecie ziarnowym Bezstrukturalne zlepieñce o zwartym szkielecie ziarnowym
Bezstrukturalne brekcje o
rozproszonym szkielecie ziarnowym
Tab. 1. Zestawienie wyró¿nionych litofacji w rejonie Poznania
wadi. S¹ one reprezentowane przez piaskowce przewa¿nie drobnoziarniste, warstwowane pod zmiennym k¹tem, dobrze wysortowane, czêsto bimodalnie. System eoliczny zdominowany jest sedymentacj¹ wydmow¹ [W]. Profil mo¿e byæ wykszta³cony w postaci monotonnego kilkudzie-siêciometrowego kompleksu osadów wydmowych [W] (Kórnik–2, Krzykosy–1a — ryc. 5), jednak najczêœciej utwory te przedzielone s¹ niewielkich mi¹¿szoœci
wk³adkami osadów miêdzywydmowych [MW]
(Mi³os³aw–2, Witowo–1 — ryc. 5). Na podstawie analizy pomiaru upadu warstw w otworach Witowo–1, Witowo–3, Mi³os³aw–2 stwierdzono, ¿e sedymentacja osadów wydmowych [W] nie przebiega³a jednostajnie, a litologicznie jednorodne kompleksy osadów wydmowych powstawa³y w kilku etapach, zwi¹zanych m.in. ze zmianami si³y i kie-runków wiatrów oraz iloœci¹ dostarczanego osadu. Przejœ-cia pomiêdzy poszczególnymi œrodowiskami eolicznymi nie s¹ wyraŸnie czytelne (co jest widoczne na diagramie prawdopodobieñstwa przejœæ — ryc. 4), co spowodowane jest stopniowoœci¹ zmian klimatycznych, a tym samym procesów sedymentacyjnych. Wiêksze przerwy w sedy-mentacji wydmowej spowodowane s¹ wkroczeniem œrodo-wiska fluwialnego w obrêb sedymentacji eolicznej (Krzykosy–1a, Zaniemyœl–2k, Witowo–3, Witowo–1 — ryc. 5).
System depozycyjny eoliczny wystêpuje we wszyst-kich omawianych otworach wiertniczych. Jego wystêpo-wanie jest zró¿nicowane zarówno przestrzennie, jak i czasowo. W sp¹gu podgrupy wielkopolskiej eolianity wystêpuj¹ sporadycznie. Z czasem system eoliczny zajmo-wa³ coraz wiêkszy obszar, a z koñcem sedymentacji osa-dów czerwonego sp¹gowca, zdominowa³ ca³y badany teren. Osady systemu eolicznego stanowi¹ du¿ej mi¹¿szo-œci kompleksy, jedynie w otworach zdominowanych sedy-mentacj¹ fluwialn¹ ich udzia³ jest du¿o mniejszy (Zaniemyœl–2k — ryc. 5), b¹dŸ przywi¹zany jedynie do stropowych partii (Kaleje–6, Mechlin–3, Mechlin–1, Ksi¹¿ Wielkopolski–4). Utwory eoliczne w obrêbie osa-dów fluwialnych (Krzykosy–1a, Zaniemyœl–2, Witowo–3 — ryc. 5) s¹ dowodem na rozwój wydm w obrêbie równi zalewowych oraz w dystalnych czêœciach sto¿ków aluwial-nych.
Fluwialny system depozycyjny
W obrêbie fluwialnego systemu depozycyjnego wystê-puj¹ osady sto¿ków aluwialnych i równi zalewowych. Sto-¿ki aluwialne i równie zalewowe mog¹ wystêpowaæ
niezale¿nie, lecz najczêœciej
sta-nowi¹ spójny system, o
koncentrycznej budowie. Przy skarpach i aktywnych krawê-dziach tektonicznych rozwija³y siê du¿ej mi¹¿szoœci sto¿ki alu-wialne z³o¿one z brekcji i
zlepie-ñców, powsta³e na skutek
sp³ywów rumoszowych [SR],
przep³ywu okresowych potoków ¿wirowych [OP¯] oraz zalewów warstwowych [ZW]. Pomiêdzy tymi œrodowiskami widoczny jest bardzo silny zwi¹zek (ryc. 4), a ich rozwój zwi¹zany by³ zarówno z czynnikami tektonicznymi jak i sk³adnikami klimatu. W dystal-nych czêœciach sto¿ków aluwial-nych rozwija³a siê równia zalewowa, która pozostawa³a w silnym zwi¹zku z formowaniem siê sto¿ków. Potwierdzaj¹ to doœæ wysokie prawdopodobieñstwa przejœæ zalewów warstwowych w okresowe potoki piaszczyste (ryc. 4). Jed-nak na rozwój równi zalewowej, oprócz znacz¹cego wp³ywu tektoniki du¿e znaczenie mia³ klimat, szczególnie zaœ intensywnoœæ opadów. Powodowa³o to, i¿ utwory powstaj¹ce w obrêbie równi zalewowych rozwija³y siê tak¿e niezale¿nie od sto¿ków, tworz¹c znacznej mi¹¿szo-œci osady okresowych potoków piaszczystych [OPP] (Witowo–1, Witowo–3, Kórnik–2 — ryc. 5) o charakterze wadi.
Z³o¿onoœæ genezy systemu fluwialnego, powoduje jego du¿¹ ró¿norodnoœæ litologiczn¹ (od brekcji, przez zle-pieñce, piaskowce do mu³owców) oraz œrodowiskow¹.
System fluwialny dominowa³ na badanym terenie na pocz¹tku sedymentacji osadów czerwonego sp¹gowca. W miarê rozwoju basenu system fluwialny stopniowo ustêpo-wa³ miejsca systemowi eolicznemu, szczególnie w znacz-nej odleg³oœci od skarp i krawêdzi (Krzykosy–1a, Witowo–1, Kórnik–2 — ryc. 5). Wraz z koñcem sedymen-tacji osadów czerwonego sp¹gowca system fluwialny ca³kowicie ust¹pi³ miejsca systemowi eolicznemu.
System fluwialny pojawia siê w wiêkszoœci z badanych otworów wiertniczych. Generalnie przywi¹zany on by³ do sk³onu wa³u wolsztyñskiego oraz do rowu Kórnika. W s¹siedztwie wa³u wolsztyñskiego dominowa³a sedymenta-cja charakterystyczna dla sto¿ków aluwialnych, natomiast w rowie Kórnika dla równi zalewowych.
Rozwój depozycji
Na pocz¹tku sedymentacji osadów górnego czerwone-go sp¹czerwone-gowca dominowa³a depozycja fluwialna. Sedymen-tacja odbywa³a siê w obrêbie sto¿ków aluwialnych i równi zalewowych powsta³ych na ich przedpolu. Znaczny udzia³ osadów sto¿ków aluwialnych w profilach wskazuje na intensywn¹ tektonikê syndepozycyjn¹. Jednak w czêœci centralnej badanego obszaru (modu³ B — ryc.5) osady sto-¿ków maj¹ wiêksze rozprzestrzenienie i mi¹¿szoœæ, ni¿ w czêœci wschodniej (modu³ A — ryc. 5). Wskazuje to na zró¿nicowany charakter procesów tektonicznych. W czêœci wschodniej terenu aktywnoœæ tektoniczna by³a znacznie mniejsza ni¿ w czêœci centralnej.
Po etapie regresji i szerokim rozprzestrzenieniu syste-mu eolicznego, system fluwialny jeszcze raz zdominowa³ badany obszar. W profilu Witowo–3 (ryc. 5) pojawi³y siê OKRESOWY POTOK ¯WIROWY [OP¯] PERIODICAL GRAVELY STREAM [OP¯] ZALEW WARSTWOWY [ZW] SHEETFLOOD [ZW] SP£YW RUMOSZOWY [SR] DEBRIS FLOW [SR] OKRESOWY POTOK PIASZCZYSTY [OPP] PERIODICAL SANDY STREAM [OPP] OBSZAR MIÊDZY--KORYTOWY [MK] FLOODPLAIN [MK] WYDMY [W] DUNE [W] OBSZAR MIÊDZY--WYDMOWY [MW] INTERDUNE [MW] POKRYWA PIASZCZYSTA [PP] SANDSHEET [PP] wysokie high œrednie medium niskie low Prawdopodobieñstwo przejœcia: Probability of transition:
Ryc. 4. Diagram prawdopodobieñstwa przejœæ œrodowisk sedymentacyjnych Fig. 4. Probability diagram of transitions of sedimentary environments
tak¿e grubookruchowe osady sto¿ków aluwialnych. By³o to prawdopodobnie zwi¹zane z lokaln¹ tektonik¹ i inten-sywnymi opadami, które umo¿liwi³y szersze rozprzestrze-nienie sedymentacji gruboklastycznej w basenie.
Rozwój œrodowiska fluwialnego prócz znacz¹cego wp³ywu tektoniki by³ uzale¿niony od klimatu, w szczegól-noœci zaœ od iloœci opadów. St¹d podczas okresów pluwial-nych z obrze¿y basenu szeroko rozprzestrzenia³y siê osady fluwialne. Powstawa³y równie¿ osady zwi¹zane z okreso-wymi opadami (wadi) na obszarach zdominowanych wy³¹cznie przez osady eoliczne. Omawiane osady by³y deponowane przez rzeki i strumienie prograduj¹ce w obrêb pól wydmowych lub przez efemeryczne strumienie powstaj¹ce na skutek epizodycznych, gwa³townych opa-dów deszczu. Powstaj¹ce cieki erodowa³y osady eoliczne, redeponuj¹c je w obrêb œrodowiska fluwialnego. Okresy suche zdominowane sedymentacj¹ eoliczn¹ pozwala³y
wkraczaæ eolianitom na wyschniête koryta rzek, gdzie powstawa³y formy eoliczne z osadów z³o¿onych w œrodo-wisku fluwialnym. Dlatego te¿, wskutek zaniku œrodowi-ska równi zalewowej w okresach suchych, w dystalnych czêœciach sto¿ków aluwialnych dochodzi³o sporadycznie do rozwoju osadów eolicznych.
Tektonika i klimat dzia³aj¹c niezale¿nie powodowa³y wzajemne przenikanie œrodowisk eolicznych i fluwial-nych. Jednak szczególnie œrodowiska eoliczne i sto¿ków aluwialnych, wskazuj¹ na wzajemn¹ niezale¿noœæ wyra-Ÿnie wyodrêbniaj¹c siê na diagramie nastêpstw œrodowisk sedymentacyjnych (ryc. 4). Natomiast œrodowisko równi zalewowej mo¿na umieœciæ pomiêdzy œrodowiskiem eolicznym i sto¿ków aluwialnych. Zgadza siê to z wcze-œniej prowadzonymi badaniami w polskim basenie czerwo-nego sp¹gowca (Kiersnowski, 1998).
SD PK WW Wrzeœnia Œroda Wlkp. Pyzdry SZKIC LOKALIZACYJNY SKETCH MAP 10 km A B C
A
SDKPChrz¹stowo-1a Mechlin-1 Mechlin-3 Kaleje-6 Kórmik-2
S N
Ksi¹¿ Wlkp.-4 Solec-8 Krzykosy-1a
S N
B
SDKP
Zaniemyœl-2k
Witowo-3 Witowo-1 Mi³os³aw-2
S N
C
100 m 100 m 100 m 0 m 0 m 0 m P MK MW PM MK OPP MW F E W E W ZW OPP F MK PP W E MW OP¯ SR ZW OPP MK E W OP¯ F MK OPP SR MW MW MW OPP MW PP F OPP ZW E W MK MK F OPP F OPP MK MW E W F P OP¯ W OP¯ MK OPP SR OPP WW WW P MK W ERyc. 5. Schemat rozprzestrzenienia i wewnêtrznej zmiennoœci systemów depozycyjnych w rejonie Poznania; E — system depozycyjny eoliczny; F — system depozycyjny fluwialny; W — osady wydmowe; MW — osady miêdzywydmowe, PP — osady pokryw piaszczystych; S R — osady sp³ywu rumoszowego; ZW — osady zalewu warstowego; OP¯ — osady okreso-wego potoku ¿wirookreso-wego; OPP — osady okresookreso-wego potoku piaszczystego; MK — osady miêdzykorytowe; P — pod³o¿e; WW — wa³ wolsztyñski; SDKP — strefa dyslokacyjna Poznañ–Kalisz
Fig.5. Scheme of the depositional systems and their differences in the Poznañ Area; E — aeolian depositional system; F — fluvial depositional system; W — dunes deposits; MW — interdunes deposits, PP — sandsheets deposits; S R — debris flows deposits; ZW — sheetfloods deposits; OP¯ — periodical gravely streams deposits; OPP — periodical sandy streams deposits; MK — inter-channels deposits; P — basement; WW — Wolsztyn Ridge, SDKP — Poznañ–Kalisz Dislocation Zone
Pod koniec sedymentacji osadów górnego czerwonego sp¹gowca obszar by³ w ca³oœci zdominowany przez system eoliczny. W tym czasie powstawa³y mi¹¿sze osady wydmowe przedzielone niewielkiej mi¹¿szoœci osadami miêdzywydmowymi, pokryw piaszczystych i wadi (ryc.5).
Sedymentacjê l¹dow¹ czerwonego sp¹gowca zakoñczy³a transgresja cechsztyñska. Spowodowa³a ona redepozycjê z³o¿onych ju¿ osadów oraz sedymentacjê osadów p³ytko-morskich (Witowo–3; ryc. 3).
Wnioski
Na badanym obszarze opisano eoliczne, fluwialne i p³ytkomorskie œrodowiska sedymentacji. W obrêbie œrodo-wiska eolicznego wyró¿niono osady: wydmowe, miêdzy-wydmowe i pokryw piaskowych. Na œrodowisko fluwialne sk³adaj¹ siê osady deponowane w obrêbie sto¿ków alu-wialnych i równi zalewowych.
Na badanym terenie wyró¿niono dwa systemy depozy-cyjne: eoliczny i fluwialny. Pomiêdzy nimi istnia³ bardzo silny zwi¹zek, a ich rozwój i rozprzestrzenienie by³o œciœle uzale¿nione od klimatu oraz procesów tektonicznych.
Sedymentacja eoliczna uzale¿niona by³a od kierunku i prêdkoœci wiatrów oraz wielkoœci opadów. W okresach suchych dominowa³y osady eoliczne, natomiast w okre-sach pluwialnych eolianity ustêpowa³y miejsca osadom fluwialnym.
Równie istotnym czynnikiem wp³ywaj¹cym na sedy-mentacjê by³a tektonika, która powodowa³a zró¿nicowanie facji (rozwój sto¿ków aluwialnych), mi¹¿szoœci oraz modyfikowanie stref drena¿u.
Aktywnoœæ tektoniczna nie mia³a jednakowego cha-rakteru na ca³ym badanym terenie. Na wschodzie by³a znacznie mniejsza ni¿ w czêœci centralnej.
Na podstawie analizy stochastycznej stworzono mode-lowy cykl sedymentacji osadów górnego czerwonego sp¹gowca w rejonie Poznania. W oparciu o ten model wraz z analiz¹ systemów depozycyjnych opisano rozwój depo-zycji na badanym terenie.
Œrodowiska sto¿ków aluwialnych i równi zalewowych by³y ze sob¹ œciœle powi¹zane a ich rozwój by³ uwarunko-wany aktywnoœci¹ tektoniczn¹ i iloœci¹ opadów. Œrodowi-sko eoliczne rozwija³o siê niezale¿nie od tektoniki. Rozprzestrzenienie eolianitów limitowa³y czynniki klima-tyczne, w tym kierunek i si³a wiatrów oraz iloœæ opadów.
System fluwialny dominowa³ na badanym terenie na pocz¹tku sedymentacji czerwonego sp¹gowca. Wraz z roz-wojem basenu ustêpowa³ on miejsca systemowi eoliczne-mu. By³o to prawdopodobnie spowodowane zmian¹ warunków na bardziej suche oraz zanikiem obszarów dre-na¿owych.
Literatura
AHLBRANDT T.S. & FRYBERGER S.G 1981 — Sedimentary featu-res and significance of interdune deposits. SEPM Spec. Publ., 31: 293–314.
BLAIR T.C. & McPHERSON J.G. 1994 — Alluvial fans and their natural distinction from rivers based on morphology, hydraulic proces-ses, sedimentary procesproces-ses, and facies assemblages. J. Sediment. Res., 64: 450–489.
BUNIAK A. & MIKO£AJEWSKI Z. 1997 — Œrodowiska depozycyj-ne, petrografia i diageneza osadów czerwonego sp¹gowca w rejonie Poznania. Geologos, 2: 201–214.
GLENNIE K. W. 1972 — Permian Rotliegendes of northwest Europe interpreted in the light of modern desert sedimentation studies. Ameri-can Association of Petroleum Geol. Bull., 56: 1048–1071.
GLENNIE K.W. 1983 — Lower Permian Rotliegend desert sedimenta-tion in the North Sea area. [W:] Brookfield M.E., Ahlbrandt T.S., Eolian sediments and processes. Developments in sedimentology, 38: 521–542, Elsevier Amsterdam.
GLENNIE K.W. & BULLER A.T. 1983 — The Permian Weissliegend of NW Europe: the partial deformation of eolian dune sands caused by the Zechstein transgresion. Sediment. Geol., 35: 43–81.
GRADZIÑSKI R., KOSTECKA A., RADOMSKI A. & UNRUG R. 1986 — Zarys sedymentologii. Wyd. Geol.
HOFFMAN N., POKORSKI J., LINDERT W. & BACHMANN G. 1997 — Rotliegend stratigraphy, paleogeography and facies in the eastern part of the Central European Basin [W:] Proceedings of the XIII International Congress on the Carboniferous and Permian. Pr. Pañstw. Inst.Geol., 157: 75–86.
JERZYKIEWICZ T., KIJEWSKI P., MROCZKOWSKI J. & TEISSEYRE A. K. 1976 — Geneza osadów bia³ego sp¹gowca mono-kliny przedsudeckiej. Geol. Sudet., 11: 57–330.
KARNKOWSKI P.H. 1986 — Charakter transgresji morza cechszty-ñskiego a geneza osadów bia³ego sp¹gowca na obszarze Wielkopolski (pó³nocna monoklina przedsudecka). Geol. Sudet., 21: 101–122. KARNKOWSKI P.H. 1987 — Analiza facjalna podgrupy wielkopol-skiej (górny czerwony sp¹gowiec) w pó³nocnej czêœci monokliny przedsudeckiej. Prz. Geol., 35: 187–192.
KARNKOWSKI P.H. 1991 — Zagadnienie ruchów tektonicznych w czerwonym sp¹gowcu. Prz. Geol., 39: 352–356.
KARNKOWSKI P.H. 1993 — Procesy kszta³tuj¹ce cyklicznoœæ sedy-mentacji czerwonego spagowca w basenie polskim. Prz. Geol., 41: 345. KARNKOWSKI P.H. 1994 — Rotliegend litostratigraphy in the central part of the Polish Permian Basin. Kwart. Geol., 38: 27–42.
KARNKOWSKI P.H. 1995 — Upper Rotliegend — Zechstein: Terre-strial–marine sedimentary succession in the Wielkopolska region. XIII International Congress on Carboniferous–Permian, Kraków, Exc. Guide A–3, Pañstw. Inst. Geol.,: 23–37.
KARNKOWSKI P.H. 1997 — Palaeogeography and palaeotectonics in the Polish Permian Basin. Proceedings XIII International Congress on Carboniferous–Permian, Kraków. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 157: 97–106. KARNKOWSKI P.H. 1999 — Origin and evolution of the Polish Rotliegend Basin. Polish Geological Institute, Special Papers, 3: 1–93. KARNKOWSKI P.H., KIERSNOWSKI H. & CZAPOWSKI G. 1997 — Rotliegend stratigraphic gas traps versus depositional systems in the Polish Permian Basin. Proceedings. XIII International Congress on Carboniferous–Permian, Kraków. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 157: 345–352.
KIERSNOWSKI H. 1997a — Depositional development of the Polish Upper Rotlegend Basin and evolution of its sediment source areas. Pro-ceedings XIII International Congress on Carboniferous–Permian, Kra-ków. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 157: 433–456.
KIERSNOWSKI H. 1997b — Upper Permian eolian complex in Poland. Proceedings. XIII International Congress on Carbonifero-us–Permian, Kraków. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 157: 107–110.
KIERSNOWSKI H. 1998 — Architektura depozycyjna basenu czerwo-nego sp¹gowca w Polsce. [W:] Analiza basenów sedymentacyjnych Ni¿u Polskiego. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 165: 113–128.
KOCUREK G. 1988 — First order and super bounding surfaces in eolian sequences — bounding surfaces revisited. Sediment. Geol., 56: 193–206.
KOCUREK G. & HAVHOLM K.G. 1993 — Eolian sequence statigra-phy — a conceptual framework. American Ass. Petrol. Geol. Memm., 58: 393–409.
MIALL A.D. 1996 — The Geology of Fluvial Deposits: sedimentary facies, basin analysis, and petroleum geology. Springer 1996. POKORSKI J. 1997 — Perm dolny (czerwony sp¹gowiec). [W:] Epi-kontynentalny perm i mezozoik w Polsce. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 153: 35–62.
STEEL R.J. 1974 — New red sandstone floodplain and piedmont sedi-mentation in the Hebridean Province, Scotland. J. Sediment. Petrol., 44: 845–862.
SWEET M.L. 1999 — Interaction between aeolian, fluvial and playa environments in the Permian Upper Rotliegend Group, UK southern North Sea. Sedimentology, 46: 171–187.
TURNER P. 1980 — Continental Red Beds. [W:] Developments in sedimentology, 29. Elsevier Amsterdam.
WOLNOWSKI T. 1996 — Cyklicznoœæ sedymentacji czerwonego sp¹gowca w rejonie Poznania i kierunki prac poszukiwawczych w g³êbszych poziomach piaskowcowych. Konf. Nauk.-Tech., Pi³a: 151–168.
