Morfotektonika i ewolucja różnowiekowej niezgodności w stropie utworów karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

(1)

D

^{o m in ik}

J

^{u r a}

Morfotektonika i ewolucja różnowiekowej niezgodności w stropie utworów karbonu

Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego MPF Katowice 2001

(2)

(3)

Morfotektonika i ewolucja różnowiekowej niezgodności w stropie utworów karbonu

Górnośląskiego Zagłębia W ęglowego

(4)

Prace Naukowe

r

Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach

nr 1952

(5)

D

^{o m in ik}

J

^ura

Morfotektonika i ewolucja różnowiekowej niezgodności w stropie utworów karbonu

Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

W ydawnictwo Uniw ersytetu Śląskiego Katowice 2001

(6)

R edaktor serii: N auki o Ziemi

An d r z e j T . Ja n k o w s k i

R ecenzenci

Je r z y Li s z k o w s k i Ne s t o r Os z c z y p k o

Redaktor

Gr a ż y n a Wo j d a ł a

Redaktor techniczny

Ba r b a r a Ar e n h ö v e l

Korektor

Mi r o s ł a w a Żł o b i ń s k a

by Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego Wszelkie prawa zastrzeżone

ISSN 0208-6336 ISBN 83-226-1045-9

Wydawca

Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego ul. Bankowa 12B, 40-007 Katowice

W ydanie I. N akład: 220 + 50 egz. Ark. druk. 11,0 + wklejki.

Ark. wyd. 18,5. Przekazano do składu w grudniu 2000 v. Podpisa

no do druku w lutym 2001 r. Papier offset. III kl. 80 g. Cena 23 zł

C z e rn y M a ria n F irm a P ry w a tn a G R E G Z a k ład y P o lig ra ficzn e

ul. P o ezji 1 9 .4 4 -1 1 3 G liw ic e

(7)

Spis treści

A b s t r a k t ...

W stę p ... 9

Z a ry s p ro b le m a ty k i b a d a ń ... 11

Pod łoże niezg o d n o ści s tr u k tu r a ln y c h w s tro p ie u tw o ró w k a rb o n u G ó rn o ślą sk ie g o Z a g łę b ia W ęglow ego ... 23

Zagadnienie stropu karbonu ... 23

Morfo struktury litologiczne ... 24

Przegląd struktur tektonicznych ... 32

Strefa wietrzenia utworów karbonu węglonośnego ... 47

P o d p e rm s k a p o w ie rz c h n ia n iezg o d n o ści ... 54

Utwory graniczne, zasięg i deformacje niezgodności podpermskiej ... 54

Ukształtowanie powierzchni podpermskiej ... 58

Uwagi o rozwoju morfostrukturalnym rowu permskiego i paleogeografii . . . 60

P o d tria s o w a p o w ie rz c h n ia niezg o d n o ści ... 67

Położenie geologiczne niezgodności podtriasowej ... 67

Morfografia niezgodności podtriasowej ... 73

Uwagi o paleogeografii i rozwoju rzeźby niezgodności podtriasow ej... 74

P o d ju r a js k a p o w ie rz c h n ia n ie z g o d n o ś c i... 79

Położenie geologiczne niezgodności podjurajskiej ... 79

Morfologia podjurajska i uwagi o paleogeografii... 83

P o d k re d o w a p o w ie rz c h n ia n iezg o d n o ści ... 89

Położenie geologiczne niezgodności podkredowej ... 89 Morfologia podkredowa i uwagi o paleogeografii ... 91 5

(8)

Podm ioceńska pow ierzch nia n ie z g o d n o ś c i... 95

Położenie geologiczne niezgodności podm ioceńskiej... 95

Główne formy ukształtowania niezgodności podmioceńskiej ... 101

Typy rzeźby podmioceńskiej ... 110

Morfostruktury niezgodności podmioceńskiej ... 112

Paleogeografia i uwagi o rozwoju niezgodności podm ioceńskiej... 114

P odczw artorzędow a p ow ierzch nia niezgod n ości ... 123

Położenie niezgodności podczwartorzędowej ... 123

Morfologia podczwartorzędowa i uwagi o paleogeografii... 126

P o d s u m o w a n ie ... 129

L iteratura ... 135

Summary ... 167

Резюме ... 172

(9)

Abstrakt

M orfotektonikę polichronicznej i poligenicznej paleopow ierzchni struk

turalnej w stropie utw orów karbonu G órnośląskiego Z agłębia W ęglow ego opracow ano na jed n o w iek o w y ch n iezg o d n o ściach zachow an ych w spągu utw orów perm u, triasu, jury, kredy, m iocenu i czw artorzędu. K ażda z tych granic erozyjnych m iędzy sfałdow anym i i zuskokow anym i oraz zw ietrzały

m i utw oram i karbonu a pokryw am i z osadów lądow ych i m orskich charak

teryzuje się zróżnicow aną m o rfo log ią i struk tu rą tektoniczną.

P ow ierzchnia podperm ska odw zorow uje kotliny synklinalne u podnóża fleksur brzeżnych zapadliska górnośląskiego, obram ow anego przez pasm a fałdow e krakow skie i m oraw sko-śląskie. W Stefanie i czerw onym spągow- cu górska rzeźb a o ro g en iczn a zo stała częścio w o zniw elow an a, a kotliny w ypełniły utw ory stożków napływ ow ych. W fazie saalskiej uaktyw nił się w ulkanizm i pow stał tafrogeniczny rów Sław kow a.

R zeźba górska m oraw sko-śląsko-krakow skiej części w aryscydów i rów Sław kow a w cechsztynie oraz dolnym triasie uległy dalszej denudacji. For

m y w yżynne dopasow ane do struktury podłoża zakryły osady terygeniczne pstrego piaskow ca i retu, a w zatokach m orza w apienia m uszlow ego sedy- m entow ały węglany. P ostw aryscyjska p o w ierzchnia podtriasow a była pedy- pleną, przem odelow aną podczas transgresji. D alsze zrów nyw anie grzbietów i garbów zbudow anych z piaskow ców karbońskich ożyw iło się w górnym triasie i w liasie. W doggerze w zniesienia zrów nała abrazja, a osady ju ra j

skie pogrzebały re lie f penepleny. N a reg resy w n ą nizinę n adm orską w dol

nej kredzie w kroczyło m orze cenom anu i turonu, pozostaw iając osady na ta

rasach abrazyjnych. N iezgodności podtriasow a oraz podjurajska i podkredow a na platform ie epiw aryscyjskiej zostały sfaldow ane w fazach środko- w oalpejskich w niecki i wały, m onoklinę z fleksuram i i uskokam i.

W paleo g en ie epejro g en śro d k o w o p o lsk i i góry n ad b rzeżn e Tetydy z obszarem górnośląskim uległy głębokiem u w ietrzeniu i zerodow aniu. Na przełom ie oligocenu i m iocenu w głębokie doliny dopasow ane do struktury p o d łoża przez in w ersję w kro czy ła szybka tra n sg re sja, zam ien iając je 7

(10)

w kaniony podm orskie. Wyżej położone kotliny zapadliskow e zapełniły osady typu playi. M ioceńska transgresja w basenie Paratetydy pozostaw iła przekra- czająco ułożone osady m olasow e. P ow ierzch nia podm io ceńska o górskiej rzeźbie uległa deform acji, w yrażonej w strukturach w ału m etakarpackiego i row u p rzed k arp ack ieg o z h o m o k lin ą p o d b esk id zk ą, z rz u c o n ą uskokam i schodow ym i pod nasunięciem K arpat. W pliocenie i w czesnym plejstocenie w zględne w ynoszenie K arpat i przedpola ułatw iło o dpreparow anie reliefu podm ioceńskiego na garbach i półzrębach zbudow anych z utw orów karbo

nu. W w arunkach peryglacjalnych oraz zlodow aceń Sanu i O dry utw orzyła się pokryw a utw orów glacigenicznych i pow ierzchnia podczw artorzędów a o rzeźbie nizinnej z deniw elacjam i do 200 m.

M orfotektonika niezgodności w stropie karbonu: postorogenicznej i ta- frogenicznej waryscydów , podpokryw ow ej i śródpokryw ow ych epiw aryscyjskiej platform y, postepejrogenicznej środkow oalpejskiej i przedorogenicznej m ło d o alp ejsk iej oraz p o stg lacjaln ej u zu p e łn ia h isto rię ro zw oju brzegów basenów i lądów. Stratygraficzny i tektoniczny podział od karbonu do czw ar

torzędu uszczegółow iono o ew olucję klim atu i rzeźby w okresach geologicz

nych.

Słow a kluczowe: tektonika, p aleogeografia od karbonu do czw artorzę

du, dyskordancja, m orfostruktura i m orfogeneza niezgodności, paleogeom orfologia, paleoklim at, w ietrzenie kopalne, sekw encje transgresyw ne, eustaty- ka, p aleo rzeźb a orogenu, ep ejrog enu i k rato g en u , ew o lucja m orfologii.

(11)

Wstęp

B udow a geologiczna złóż w ęgla kam iennego, cynku i ołow iu oraz wielu surow ców G órno śląskiego Z ag łęb ia W ęglow ego je s t szczeg óło w o ro zp o znana, opracow ana w dokum entach złóż i m ateriałach naukow ych, które z a w ie ra ją o g ro m n ą ilość różnorod n ych danych o w głębnej struk turze z ag łę

bia. W iększość w yników ro zp o zn ania geo lo g iczn eg o w raz z in terp retacją je s t zestaw io n a na m apach stru k tu raln y ch p o w ierzchni różnow iekow ej nie

zg odności w stropie u tw orów k arbonu. Ta n iezg o d n a g ran ica ro zd ziela za

głębie na piętra strukturalne: w aryscyjskie i pokryw ow e. O rogeniczna struk tura zap adlisk a g ó rn o śląsk iego i tafro g en iczn a row u p erm skiego S ław ko

w a są o bram ow ane przez strefy: fałd o w o -n a su n ię c io w ą m o raw sk o -śląsk ą od zacho d u i fałd o w o -in tru zy w n ą k rak o w sk ą od pó łn o cy i w schodu. P ię

tro p o k ry w o w e re p re z e n tu je m e z o z o ik m o n o k lin y ślą sk o -k ra k o w sk ie j i osady m io cenu row u p rzedgó rskieg o K arpat oraz czw arto rzęd u (rys. 1).

N iezgodność stru k tu raln a w stropie utw orów k arbonu składa się z n astę

pujących jed n ow iek ow y ch niezgodności: p o d p erm skiej, podtriasow ej, pod- ju rajsk iej, podkredow ej, podm ioceńskiej i podczw artorzędow ej. P ow ierzch

nia stropu k arb o n u ch a ra k te ry z u je się z ró ż n ico w a n y m uk ształto w an iem , o deniw elacjach do 1500 m w przed ziale w yso k ości od około 400 m n.p.m . do 6000 m p.p.m . (rys. 2), a także z ło ż o n ą genezą.

Z grom adzone dotychczas dane z w ierceń, w yrobisk górniczych i odsło

nięć doty czące po ło żen ia, w y k ształcen ia i u k sz ta łto w an ia niezgodności w stropie utw orów karbonu zagłębia stw arzają ko rzy stną bazę do po głęb ie

nia studiów nad m orfologią i strukturam i tektonicznym i, odw zorow anym i na przekrojach geologicznych i na m apach strukturalnych pow ierzchni niezgod

ności. Są one przedm iotem badań m orfotektonicznych, prow adzących do od

tw arzania rozw oju rzeźby, zakrycia osadam i i pogrążania oraz deform acji.

N a opraco w anie ew olucji n iezg o d n o ści stru k tu raln y ch jed n o w iek o w y ch w stropie k arb o nu zagłęb ia, ich m o rfo tek to n ik i złoży ły się następu jące b adania: w pływ u struk tury p o d ło ża na rzeźbę, rozw o ju s tre f w ietrzenia, położenia i w ieku granicy erozyjnej zakrytej osadam i oraz synsedym enta- 9

(12)

cyjnej subsydencji i deform acji. G łów n ą treść pracy stanow ią opisy m orfo logii i tektoniki niezgodności jednow iekow ych. P osłużyły one do ro zszerze

nia badań granic geologicznych zagłębia m iędzy zapadliskiem górnośląskim z row em perm skim a pokryw ą m ezozo iczn ą z m ono klin ą śląsko-krakow ską oraz m iędzy p latfo rm ą epiw ary scy jsk ą środkow ej Europy a orogenem K ar

pat z row em przedgórskim . N iezgodna granica w stropie karbonu GZW jest opracow yw ana od ponad 100 lat.

B adania m orfologii i osadów zakryw ających oraz struktur tektonicznych n iezg o d n o ści jed n o w ie k o w y ch G ZW realizo w an o w ram ach opracow ań K atedry G eologii Podstaw ow ej U niw ersytetu Śląskiego. Były to m .in.: m apa geosynoptyczna Polski ( J u r a , T r z e p i e r c z y ń s k i , 1985-1986), neogeody- nam ika GZW i m apy geo logiczno-strukturalne GZW {A tlas..., 1994). Prace kartograficzne rozszerzono o badania litologiczno-sedym entologiczne i struk

tur tektonicznych na rdzeniach z 85 głębokich w ierceń badaw czych i doku

m entacyjnych złóż w ęgla kam iennego, w ykonanych przez Państw ow y Instytut G eo lo g iczn y w S osnow cu i K ato w ick ie P rz ed się b io rstw o G eolo giczne w latach 1980-1992.

A u to r serdecznie dziękuje Profesorow i Stanisław ow i B ukow em u i P ro fe

sorow i Stanisław ow i O staficzukow i za inspirujące dyskusje i cenne uwagi.

Szczególne słow a p odziękow an ia należą się P rofesorow i Jerzem u L iszkow  skiem u i Profesorow i N estorow i O szczypce za w iele ra d i prop o zycji w łaści

wych ujęć badań niezgodności, p o zw alających p rzyg o to w a ć p ra c ę do dru

ku. P anom dr. J a n u szo w i T rzep ierczyń skiem u i mgr. A d a m o w i K o ta so w i w yrażam w dzięczność za w ieloletnią w spółpracę w realizacji badań ka rto  g ra ficznych G órnośląskiego Z agłębia W ęglowego.

(13)

BESK ID Y

HOMOKLINA PODBESKIDZKA

KOTLINA OSW IĘCIM SKA RÓW PRZEDKARPACKI

W Y Ż Y N A SLĄSK A WAŁ METAKARPACKI

Rys. 1. S chem at p o ło żen ia g eo lo g iczn eg o ró żn o w iek o w ej n ie z g o d n o śc i stro p u k arb o n u G Z W na o bszarze U s tro ń -S ie w ie rz -L u b lin ie c -O stra w a

P, - sk ały k ry staliczn e p rek am b ru , Cm - p iask o w ce kam bru, O , S - o rd o w ik i sy lu r z in tru zja m i g ran ito id ó w (+ ), D , C . i C , - w ęg la n y dew onu i w izen u , C , i Cw - m u lo w co w o -p iask o w co w e s erie n am u ru i w estfalu ; P - w u lk an o k lasty czn e u tw ory perm u, T (T ,, T H2 T,) J (,/j .Л), C , - te ry g en icz n e i w ęg la n o w e osad y triasu , ju r y i kredy, M - m o lasa m io cen u z n asu n ię ciem K arp at ( С , - kreda, P, - paleocen, E - eocen, O, - o ligocen), Q - cz w arto rzęd

F ig. 1. G eo lo g ical setting o f h etero ch ro n o u s d isco rd an ce in the top su rface o f C arb o n ifero u s in th e U S C B , in area betw een U stro ń -S ie w ie rz an d L u b lin ie c -O stra v a

P, - P ro tero zo ic (crystalline ro ck s), Cm ~ L o w er C am b rian (san d sto n es), О and S - O rd o v ician an d S ilu rian sed im en ts, an d C arb o n ifero u s g ranitoide intrusions (+), D , C „ C , - D ev o n ian a n d V isen ian (carb o n a tes an d clastic d ep o sits), C„ and C v - N a m u rian an d W estphalian (m u d sto n e and san d sto n e co al b ea rin g serie s), P - R o tlieg e n d (v o lc an o -cla stic d ep o sits), T (T „ TM , T3), J ( / , , Ą ), C, - T riassic, Ju rassic and C retaceo u s (terrig en o u s an d ca rb o n a te sed im en ts), M - M io cen e m olasse and C arp ath ian o v erth ru st ( C. - C retaceo u s, P c - Palaeocene, E - E ocene an d 0 \ - O lig o cen e sed im en ts), Q - Q uaternary

(14)

50.30

50.20

50.10

50.0

49.50

49.40

18.20 18.40 19.0 19.20 19.40

R ys. 2. C ie n io w a n a m a p a re lie fu n ie z g o d n o ś c i p o d p e rm sk ie j, p o d tria so w e j, p o d ju ra js k ie j, p o d m io c e ń sk ie j i p o d c z w a rto rz ę d o w e j w stro p ie u tw o ró w k a rb o n u G Z W (na p o d staw ie m ap g e o lo g ic z n o -stru k tu ra ln y c h , por. rys. 3 i 4 i A tla s u ... 1994). O p raco w an ie k o m p u tero w e Z. M ało lep sze g o z m o d y fik acjam i

F ig. 2. S h ad ed re lie f m ap o f the su b -P erm ian , sub-T riassic, sub-Jurassic, su b -M io cen e an d su b -Q u a te m a ry d isco rd an ces in th e top su rface o f C arb o n ifero u s o f th e U SC B (based on g eo lo g ic-stru ctu ral m aps - Fig. 3 an d 4, and A tla s ..., 1994). C om p u terised by Z. M ało lep szy , m o d ified

(15)

Zarys problematyki badań

B adania pow ierzchni stropu utw orów karbonu G órnośląskiego Zagłębia W ęglow ego prow adzi się od stu lat na w ychodniach, w w yrobiskach gór

niczych czy w w ierceniach pod nadkładem utw orów perm u, triasu, jury, kre

dy, m iocenu i czw artorzędu. Dane źródłow e o położeniu oraz o w ykształce

n iu gran icy n iezgo dności p o c h o d z ą z do k u m en tacji g eo lo g iczn y ch złóż i z w ierceń. M ateriały fak tog raficzn e są w eryfik ow an e, reinterpreto w an e i przetw arzane, a następnie opracow yw ane kartograficznie, zw ykle w for

mie m ateriałów archiw alnych rzadko publikow anych. W głębne kartow anie pow ierzchni niezgodności łączy się z rozw iązaniem w ielu problem ów badaw czych, poczynając od analizy stanu w iedzy i oceny przydatności m ateriałów źródłow ych, poprzez poznanie stratygrafii utw orów granicznych i rekonstruk

cję pow ierzch ni erozyjnej, do od tw o rzen ia jej ro zw oju m orfologicznego, sedym entacyjnego i deform acyjnego.

Historia badań

G łów nym źródłem rozpoznania w głębnego utw orów karbonu zagłębia jest prow adzona od ponad 150 lat eksploatacja w ęgla zalegającego pod n adk ła

dem utw orów triasu, m iocenu i czw artorzędu w okolicach Z abrza-K ato w ic, w Z agłębiu D ąbrow skim , w Jaw orznie, w T rzebini, w okolicach Libiąża, M urcek, Lędzin, B ierunia, Brzeszcz, G liw ic, R ybnika, w Z agłębiu Ostraw - sko-K arw ińskim , a ostatnio w Jastrzębiu i w K aczycach. Już na przełom ie X IX i XX w ieku pojedyncze w iercenia potw ierdziły tysiącm etrow e deniw e

lacje położenia stropow ej pow ierzchni k arb on u na G órnym Śląsku, które F. F r e s c h , G. G a b l e r , K. F e g e 1, W. Q u i t z o w (vide: M i c h a e l , 1913;

L e w i ń s k i , 1914) interpretow ali jak o doliny o strukturalnych założeniach.

Istnienie paleorzeźby górskiej z kanionam i na pow ierzchni podtrzeciorzędo- 11

(16)

wej z b a z ą e ro z y jn ą p od K arpatam i, w sk rzydle zrzu co n y m „dy slokacji nadw iślańskiej”, uzasadnił J. L e w i ń s k i (1914).

W latach 1926-1942 sporządzono liczne m apy pow ierzchni stropow ej utw orów karb o nu zaró w n o szczeg óło w e na o bszarach górn ictw a w ęgla kam iennego, m .in. m apy E. J a h r a, J. F o l p r e c h t a , H. B e c k a , G. G o t z i n g e r a (vide J u r a , L e w a n d o w s k i , 1996), jak i przeglądow e dla części i dla całego zagłębia ( P e t r a s c h e c k , 1928; P a t t e i s k y , F o l p r e c h t , 1931;

S t a h l , 1932; C z a r n o c k i , 1 9 3 5 ; K s i ą ż k i e w i c z , 1 9 3 6 ; J ü t z n e r , 1942).

Paleogeom orfologię płaskow yżu górnośląskiego szczegółow o opisał J. S z a - f l a r s k i (1955).

N ow e m apy g eologiczno-strukturalne stropu karbonu GZW z uskokam i w pokryw ie triasu, ju ry i kredy opracow ał S. D o k t o r o w i c z - H r e b n i c - k i (1956, 1959). U rozm aico ne u k ształto w an ie p o w ierzchn i podtriasow ej odkrył S.W. A l e x a n d r o w i c z (1966, 1971b), k tó rą w rejonie O lk u sz a- Z aw iercia zrekonstruow ał J. W y c z ó ł k o w s k i (1982). Interp retację p o w ierzchni podperm skiej i uskoków na m onoklinie śląsko-krakow skiej przed

stawił S. B u k o w y (1974). P o w ie rzc h n ię p o d ju ra jsk ą n aszkicow ał K. K o n i o r (1978), a przedcenom ański re lie f abrazyjny z okolic K rakow a i O pola opisał S. W. A l e x a n d r o w i c z (1954, 1969, 1974) oraz wykar- tował Z. K o t a ń s k i i S. R a d w a ń s k i (1977).

N a p ow ierzch ni p o d m io ceń sk iej obok dolin stw ierd zan o o bniżenia b ezod p ły w ow e i strom e stoki o genezie uskokow ej ( D ż u ł y ń s k i , 1953;

P e t r a n e k , 1955; K u c i ń s k i , M i t u r a , 1958; A l e x a n d r o w i c z , 1959;

A l e x a n d r o w i c ? A l e x a n d r o w i c z , 1960; A l e x a n d r o w i c z , S i e d l e c k i , 1960; K o n i o r , 1960), chociaż h ipotetyczne uskoki były b a r

dzo trudne do w ykrycia w osadach m iocenu ( K o n i o r , T o k a r s k i , 1954;

S t e m u l a k , 1958; J u r k o v a , 1965, 1976; R a d w a ń s k i , 1968; K r a c h , 1973). T ektonikę utw orów m io cen u Z ag łęb ia G ó rn o ślą sk ieg o op raco w ał S. W. A l e x a n d r o w i c z (1963, 1964), uskoki zaś kartograficznie przed stawili S. D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i i B . K a s z y ń s k a (1963). M ło- doalpejskie uskoki w yróżniono także w rejonach sąsiednich: na Śląsku C ie

szyńskim ( K o n i o r , 1964, 1974, 1978, 1981), w K o tlinie R aciborskiej ( O b e r e , D y j o r , 1968; A l e x a n d r o w i c z , K l e c z k o w s k i , 1970, 1972, 1974; D y j o r et al., 1977; D y j o r , 1983), w regionie śląsko-krakow skim ( B o g a c z , 1967; N e y , 1968; B u k o w y , 1974; O b e r e , 1977); na M oraw ach ( B u d a j , C i c h y , 1968; M e n ć i k et al., 1983) i w zapadlisku przedkarpac- kim ( N e y , 1968; K a r n k o w s k i , 1974; W d o w i a r z , 1976; P o ł t o w i c z , 1978; N e y et al., 1974; G a r l i c k i , 1979). N iek tó re uskoki z utw orów karb on u G ZW p rzed łu żano do nad k ład u ( D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i , 1956-1968; K o t a s , 1972, 1982; B o g a c z , K r o k o w s k i , 1975, 1981;

H e r b i c h , 1981).

W opracow aniach paleogeografii i rozw oju geom orfologicznego W yży

ny Śląskiej i K rakow skiej oraz K otlin P odkarpackich opisyw ano paleogeń- 12 sk ą pow ierzchnię zrów nania z pokryw am i w ietrzeniow ym i, ro zb itą w mio-

(17)

cenie na zręby i row y tektoniczne ( K l i m a s z e w s k i , 1958; G r a d z i ń s k i , 1962, 1972; G i l e w s k a , 1963, 1972, 1987; T y c z y ń s k a , 1966; K l i m e k , 1972; B o g a c z , 1976, 1980 b; K o w a l s k i , 1977; W a l c z a k , 1977; Z e m a n , 1980; L e w a n d o w s k i , K a z i u k , 1982; R u t k o w s k i , 1986, 1989, 1996; F e l i s i a k , 1992). R ekonstrukcja u k ształtow an ia pow ierzchni p od

m ioceńskiej z uskokam i okazała się bardzo złożona ( K o t a ń s k i , R a d w a ń s ki , 1977; O s z c z y p k o , T o m a ś , 1978; J u r a , 1984, 1992; B u ł a , J u r a , 1983 a, b; B o g a c z et al., 1984; J u r a , K o t a s , 1985; O s z c z y p k o et al., 1989). N a w ielu m apach hipsom etrycznych jed n ow ieko w y ch pow ierzchni n iezg o d n o ści w GZW, zarów no szczeg ó ło w y ch z obszarów górniczych w skalach 1: 5000 i 1 :1 0 0 0 0 , ja k i p rzeg ląd o w y ch w skalach 1:50 000 i 1:100 000, pom inięto uskoki zrzucające utw ory m iocenu ( P r o k o p et al., 1970; K o t a s et al., 1983; L e n k , 1983; J u r a , T r z e p i e r c z y ń s k i , 1985—

1986; A tla s ..., 1994; A u s t et al., 1997).

U kształtow anie stropu utw orów karbonu na pow ierzchni podczw artorzę

dowej przedstaw ił J. L e w i ń s k i (1914), a uzupełniali J. S z a f l a r s k i (1955), S. D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i (1956), S. G i l e w s k a (1963, 1972), S. D ż u ł y ń s k i et al. (1966), S. D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i i B. K a s z y ń s k a (1968), G. N. K o t l i c k a (1969), K. K l i m e k (1972), S. K o t l i c k i (1979), H. K a z i u k (1980), J. L e w a n d o w s k i (1992), D. J u r a i J. T r z e p i e r c z y ń s k i (A tla s..., 1994).

M ateriały źródłow e

Podstaw ow e dane potrzebne do k arto w an ia pow ierzchni niezgodności zagłębia są zaw arte w dokum entacjach geologicznych złóż i w ierceń oraz w licznych archiw alnych opracow aniach kartograficznych. W ielość danych z w ierceń i w yrobisk g ó rniczych ok reśla stan w iedzy o położeniu stropu karbonu, który m ożna określić jak o szczegółow y na obszarach górniczych (około 1000 km 2) i zadow alający na pozostałej części złoża (około 6000 km 2).

Pow ierzchnia stropu karbonu została stw ierdzona w ponad 10 000 w ierceń i zrek o n stru o w an a na m apach stru k tu raln y ch dla około 2 0 0 złóż w ęgla, których dokum entacje były w ielokrotnie aktualizow ane. D ane o głębokości w ystępow ania niezgodności pochodzą także z około 20 000 wierceń podziem nych oraz z blisko stu odsłonięć w w yrobiskach górniczych i odkryw kach.

Południow a część zagłębia jest rozpoznana w około 100 w ierceniach i pro

filach sejsm icznych (w siatce od kilku do 10 km).

Głównym źródłem informacji o powierzchni stropu karbonu są opisy profili w ierceń i w yrobisk górniczych. W iększość danych dotyczących położenia stropu karbonu wym aga w eryfikacji, potw ierdzenia stratygrafii i przeprow a

dzenia korelacji z dotychczas opublikow anym i typow ym i profilam i kontaktu 13

(18)

karbonu z nadkładem . Z uw agi na złożoność problem atyki stratygraficznej niezgodności przeprow adzono analizy porów naw cze w szystkich m ateriałów źródłow ych z opracow anym i przez autora szczegółow ym i profilam i 85 w ier

ceń i kilkudziesięciu odsłonięć. Pozw oliły one na ujedńolicenie opisów przy- spągow ych utw orów pokryw ow ych karbonu, zw łaszcza triasu i m iocenu.

Elem entarne w iadom ości o położeniu pow ierzchni stropu karbonu zesta

w ia się na m apach lokalizacji wierceń i szybów w skalach 1:5000 lub 1:10 000 dla obszarów górniczych. R zędne pow ierzchni karbonu służą do opracow a

nia m apy hipsom etrycznej, która je s t głów nym załącznikiem dokum entacji geologiczno-złożow ej w ęgla kam iennego, u aktualnianym w m iarę napływ u danych dla około 60 obszarów górniczych, rejonów złożow ych i całego GZW.

Do rek o n stru k cji p o w ierzch n i strop u k arbo n u m ożna w y korzystać lub uw zględnić rów nież k ilkaset m ap geologicznych pow ierzchni i tysiące m ap strukturalnych pokładów w ęgla. M apy te, choć bez w yróżnienia je d n o w ie kow ych niezgodności, stanow ią p rzetw o rzo n ą bazę danych i nad ają się do re in terp re ta cji odw zorow ania u kształtow ania lub ream bulacji ( D o k t o r o - w i c z - H r e b n i c k i , 1956; D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i , K a s z y ń s k a , 1963; J u r a , 1984, 1992; A tla s ..., 1994; J u r a , L e w a n d o w s k i , 1996).

Cel pracy i m etodyka badań

W regionie górnośląskim badania niezgodnych granic m iędzy piętram i tektonicznym i w aryscyjskim i pokryw ow ym prow adzi się w celu sporządze

nia m ap geo lo g iczn y ch od k ry ty ch b ez u tw o ró w czw arto rzęd u , m iocenu, kredy, jury, triasu i p erm u ( D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i , 1956, 1959, 1960, 1968). G łów nym zadaniem kartografii w głębnej GZW je s t ustalenie granicy złoża w ęgla kam iennego i opracow anie m apy strukturalnej różno- w iekow ej pow ierzchni stropu karbonu. Strategiczny cel badań niezgodności w stropie karbonu stanow i rozdzielenie tejże na jed no w iek ow e p ow ierzch

nie erozyjne, a następnie ich rekonstrukcja. K olejny etap badań je s t ukie

runkow any na analizę m orfologii i w yróżnienie form , aż do poznania gene

zy ero zy jn o -d en u d acy jn ej rzeźby kopaln ej. F orm y te są zam askow ane i przekształcone podczas etapów sedym entacyjno-diastroficzn ego rozw oju n iezg o d n o ści od ab razji, przez zak ry w an ie o sadam i i sub sy d en cję - do uskokow ego i fałdow ego w ypiętrzania (inw ersji). Istotne znaczenie dla badań n ad p o w iązan iam i rzeźby kopalnej z b u d o w ą g eo lo g iczn ą, a szczególnie z tek to n ik ą m a opracow anie m orfotypów i ciągów rozw ojow ych form rzeź

by oraz struktur tektonicznych niezgodności. K olejnym celem badań m orfotek to n iczn y ch , niezg o d n o ści je s t w y k ry w an ie stru k tu r deform acy jn y ch zarów no rzeźbotw órczych, ja k i subsydencyjnych i inw ersyjnych, częścio- 14 wo zapisanych w po łożeniu w arstw osadów zakryw ających.

(19)

W zakres tem atyczny opracow ania m orfologii niezgodności strukturalnych GZW w chodzą z jednej strony litologia i struktura tektoniczna podłoża oraz w ykształcenie strefy w ietrzenia, a z drugiej litostratygrafia osadów zakry

w ających, tektonika i paleogeografia. Podstaw ę do odtw arzania rozw oju m or

fologii i deform acji tektonicznych niezgodności jednow iekow ych: podperm - skiej, podtriasow ej, podjurajskiej, podkredow ej, podm ioceńskiej i podczw ar- torzędow ej stanowią: rekonstrukcje kartograficzne oraz opisy - stratygraficz

ny granicy i m orfostrukturalny.

Do realizacji różnokierunkow ych i interdyscyplinarnych badań m orfotektonicznych niezgodności GZW w ybrano, a następnie zastosow ano m etody:

kartografii w głębnej ( K o t a ń s k i , 1987), paleogeom orfologii ( G a l i с k i j , 1979; J a s a m a n o w , 1980), geom orfologii ( K l i m a s z e w s k i , 1978 ) oraz tektoniki krajobrazu ( O i l i e r , 1986) i struktur (D a d l e z, J a r o s z e w s k i , 1994). W badaniu kopalnej rzeźby pom ocne są m etody stratygrafii sekw en

cyjnej granic ( M i a l l , 1997; P i e ń k o w s k i , 1997) i s tre f w ietrzenia (K o w a l s k i , 1977; L i s z k o w s k i , 1996b), a także sedym entologii utw orów zakryw ających ( G r a d z i ń s k i et al., 1986), z an alizą basenów sedym enta

cyjnych w łącznie ( N a r k i e w i c z , 1991, 1998; M i a l l , 1996). Szczególną rolę w interpretacji ukształtow ania niezgodności odgryw ają m etody korela

cji i analizy różnorodnych danych z p aleo g eog rafii, geologii historycznej i paleoklim atów ( S c h w a r z b a c h , 1974; Z i e g l e r , 1990).

M etody kartograficzne posłużyły do opracow ania profili litostratygraficz- nych odsłonięć kontaktu karbonu z nadkładem i konstrukcji m apy geologiczno-strukturalnej odkrytej po karbon. M apę struk turalną niezgodności opra

cow uje się zw ykle w w ersjach rozdzielonych: stropu podłoża i spągu nad kładu. M apa z izohipsam i stropu utw orów karbonu stanow i podstaw ę do intersekcji w głębnych w ychodni różnych warstw, grubszych pokładów węgla i serii w ęglonośnych oraz ich struktury tektonicznej. U kształtow anie i struk

tu ra dolnej strony n iezg o d n o ści o bserw ow anej z „lo tu p ta k a ” są często o d w zorow yw ane o ddzielnie na m apach h ip so m etry czn ej i geologicznej odkrytej po karbon. Spąg utw orów zakryw ających karbon przedstaw ia się za po m o cą stratoizohips jed n ow ieko w y ch niezgodności. N a m apie górnej strony niezgodności, widzianej „oczam i robaka” ( K o t a ń s k i , 1987), w yzna

cza się zasięg utw orów pokryw ow ych z uskokam i. C ałościow e opracow a

nie różnow iekow ej niezgodności je s t zbiorem w szystkich m ap jed n o w iek o w ych pow ierzchni niezgodności, w idzianych „z lotu ptaka i oczam i robaka” . N iezgodności te m ożna przedłużać, ekstrapolując izohipsy na obszary póź

niej zerodow ane, ścięte przez m łodsze dy sk ord ancje. M etody karto grafii w głębnej stosuje się przede w szystkim do konstruow ania m ap hipsom etrycznych i częściow ego odtw arzania m orfologii poprzez rozdzielanie m orfoizohips od stratoizohips. Ich rozróżnienie prow adzi do w ykrycia form rzeźby i zidentyfikow ania struktur tektonicznych ( K o t a ń s k i , 1987). Coraz w ier

niejsze odw zorow ania m orfologii niezgodności GZW pom agają w usuw a

n iu błędnych interpolacji m orfoizohips, a naw et w korygow aniu niepew nych 15

(20)

danych o g łęb o k o ści w y stęp o w an ia i w iek u osadów z a k ry w ający ch p o w ierzchnię erozyjną. Rekonstrukcje ukształtow ania niezgodności GZW m ogą być uproszczone, ograniczone do hipsom etrii ( D o k t o r o w i c z - H r e b n i c - ki, K a s z y ń s k a , 1963; A tla s ..., 1994; A u s t et al., 1997), lub szczegóło

we, u w zg lęd n iające stru k tu rę p o d ło ża i n ad k ład u po w ierzch n i erozyjnej ( J u r a , 1992). Zasady konstrukcji m apy u kształtow ania niezgodności w arun

kuje i w eryfikuje pochodzenie danych z w ielu źródeł i ich różna dokładność.

W łaściw ym rozw iązaniem je s t w ybór odpow iedniego cięcia izohips i skali m apy w zależności od ilości i zagęszczenia danych. N a m apach obszarów górniczych w dużych skalach m ożna przedstaw ić szczegółow y obraz paleoreliefu, a na m apach przeglądow ych ogólne tendencje ukształtow ania mor- fostruktur regionalnych. K onturow anie m orfoizohips niezgodności nie jest przypadkow e, poniew aż rysunek hipsom etrii podlega interpretacji i może być dow olnie korygow any, zależnie od rekonstrukcji stoku grzbietu lub zbocza doliny, a naw et lica uskoku czy progu strukturalnego.

M etody techniczne interpolacji w ykorzystuje się do konturow ania izohips w zależności od ilości punktów rozpoznania pow ierzchni niezgodności GZW o zagęszczeniu od k ilkudziesięciu punktów do jed n e g o punktu na km2 (śred

nio 15/km 2). Stw ierdzenie stropu karbonu w yrobiskiem górniczym i tow a

rzyszącym i w ierceniam i podziem nym i um ożliw ia m echan iczną interpolację izoh ips z d o k ład n o śc ią do 5 m (sk ok w arstw ico w y 2,5 m ). N a teren ach górniczych (około 15% obszaru G ZW ) cięcie izolinii w ynosi od 10 m do 20 m. H ipsom etrię kontaktu utw orów karbonu z p o k ry w ą odw zorow uje się najczęściej m eto d ą k o n tu ro w an ia in te rp re ta c y jn eg o , je ś li punkty w ierceń podziem nych i pow ierzchniow ych oddalone są od 100 m do 500 m. R o z

p o znan ie w iercen iam i i p rzek ro jam i sejsm iczn y m i o ddalonym i od siebie 0 ponad 1000 m na około 60% o bszaru GZW um ożliw ia p ro jek cję form 1 struktur deform acyjnych pow ierzchni erozyjnej z błędem do 50 m, w y jąt

kow o do 100 m. Izohipsy m ożna interpolow ać m echanicznie zarów no dla paleoreliefu m łodszego o ciągłej pow ierzchni niezgodności, ja k i dla dyskordancji erozyjnej przeryw anej uskokam i, zrzucającym i starszą kopalną rzeź

bę. N a m apach geologicznych odkrytych, np. niezgodności podczw artorzę- dowej i podm ioceńskiej, przew ażnie interpretuje się tylko hipsom etrię, a dla pow ierzchni starszych - stru k tu rę usk o ko w ą (A tla s..., 1994).

W yjątkow o do kład n e rek o n stru k c je u k sz ta łto w an ia jed n o w ie k o w y ch niezg o d n o ści na o bszarach gó rn iczy ch G ZW p o z w a la ją na w yróżnienie m orfostruktur typow ych, analogicznych do form w spółczesnych. Szczegól

nie w ażne dla rozpoznania m orfotypów są b ezpośrednie obserw acje fragm en

tów form w w yrobiskach górniczych i w w ierceniach oraz ich u dokum en

tow anie zdjęciem geologicznym ze szczegółow ym i badaniam i litostratygrafii granicy. M orfotypy rzeźby odw zorow ane na m apach hipsom etrycznych m ożna scharakteryzow ać ilo ściow o-m orfom etrycznie i interpretow ać g ene

tycznie. Ich m orfografia je s t w skazów ką doskonalenia technik interpolacji 16 u kształtow ania i optym alnego rekonstruow ania pow ierzchni stropu karbonu

(21)

na obszarach słabiej rozpoznanych. N astępnym krokiem je s t ustalenie mor- fochronologii oraz w ydzielenie typów rzeźby - rozw oju geom orfologiczne

go niezgodności. A naliza w ystępow ania skał podłoża o różnej odporności w spom aga reinterpretację konturów reliefu i ułatw ia klasyfikację stru ktu ral

ną form. W badaniach m orfostrukturalnych niezgodności poszukuje się ich zw iązku ze strukturam i tektonicznym i. Interpretacja ukształtow ania niezgod

ności m a na celu w ykrycie struktur rzeźbotw órczych, aktyw nych, w spółtw o

rzących relief, zw łaszcza uskoków i intruzji oraz m niej w yraźnych homo- klin. Te aktyw ne m o rfostruktury ko n sek w entn e szybko u leg ają denudacji i słabo zaznaczają się w rzeźbie, ale inicju ją i stym ulują rozw ój form subsekw entnych i inw ersyjnych lub resekw entnych, naw iązujących do odpor

ności skał na erozję w w arstw ach zdeform ow anych. W yróżnienie form struk

turalnych, odw zorow ujących budow ę geolo g iczną podłoża, je s t znaczącym krokiem do zastosow ania klasyfikacji g eom orfologicznej dla pow ierzchni n iezg odn o ści ( J u r a , 1992). Z daniem M. B a u m g a r t - K o t a r b y e t a l . (1976) w odczy tan iu p raw id ło w o ści ro zw o ju rzeźby należy uw zględniać w szystkie czynniki geom orfologiczne, zw łaszcza ruchy tektoniczne, odpor

ność skał podłoża i ich styl tektoniczny, odw zorow any w typach rzeźby struk

turalnej oraz odgrzebyw anie i zm iany klim atu.

P ostęp w rozp o zn aw an iu p a le o reliefu i o d tw arzan iu rozw oju rzeźby niezgodności zapew nia m etoda syntezy, która łączy w nioskow anie dedukcyj

ne o form ach i strukturach z p aleo g eo g rafią, środow iskiem sedym entacji utworów zakryw ających oraz subsydencją i deform acją. Luka czasow a i wiek utw orów zakryw ających określają okres trw ania erozji i pośrednio stopień zró w nan ia kopalnej rzeźby. P o staw ien ie trafnej h ip otezy o genezie form rzeźby dyskordancji erozyjnej ułatw ia popraw ianie przebiegu izohips i re

konstrukcję m orfologii na m apie strukturalnej. U w zględnienie m orfogene- zy, np.: strom ego stoku grzbietu, progu strukturalnego lub skarpy uskoko

wej w odniesieniu do struktury podłoża, w ychodni odpornych skał i uskoku pozw ala na kontrolę interpolacji z zastosow aniem rów noległego konturow a

nia izohips. W ykrycie pow ierzchni strukturalnych, rozw iniętych na odpor

nych w arstw ach lub na progach ukokow ych skłania do interpolacji m orfoizohips sposobem rów noo d legło ścio w y m , zgod nie z zasadam i kartografii w głębnej ( K o t a ń s k i , 1987).

N a uw agę zasługuje m etoda ulepszania rysunku izohips z założeniem ist

nienia form rzeźby i m łodszych struktur tektonicznych. W yniki szczegóło

w ych badań ukształtow ania pow ierzchni niezgodności GZW potw ierd zają tezę, że im głębiej zalega niezgodność erozyjna i im starsze osady j ą g rze bią, tym trudniej da się odw zorow ać elem enty rzeźby, a łatw iej tektoniki ( K o t a ń s k i , R a d w a ń s k i , 1977; J u r a , 1984). Jedną z m etod badań de

form acji pow ierzchni niezgodności jest rekonstrukcja ciągłych poziom ów ko

relacyjnych w osadach pokryw karbonu. N iestety, brakuje ich lub są słabo rozpoznane w utw orach diastroficznych perm u i m iocenu, a także w zm ien

nych facjalnie osadach retu i dolnego w apienia m uszlow ego. Częściow e odej- 17

2 M orfo tek to n ik a.

(22)

m ow anie subsyd encji m ożna uzyskać, op raco w ując m apę m iąższościo w ą z w y k o rzy stan iem sup erp o zy cji ujem nej p o w ie rz c h n i niezg o d n o ści i p o w ierzchni stratygraficznej w osadach zakryw ających. U zyskana m apa jest odlew em form uk ształto w an ia n iezg od n ości i u zu p ełn ia jej rek on struk cję ( K o t a ń s k i , 1987). H ipotetyczne uskoki w yróżniane w osadach pokryw kar

bonu GZW łatwiej interpretuje się na przekrojach przew yższonych (К o 11 i c- k i, 1979; K a z i u k , 1980; R u t k o w s k i , 1989), a znacznie trudniej na m a

pach pow ierzchni niezgodności ( D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i , 1959; J u r a , 1992; A tla s ..., 1994). Przejaw y istnienia alpejskich struktur tektonicznych bez param etrów ilościow ych deform acji zw ykle nie są w ystarczające do ich odw zorow ania na m apach strukturalnych i opisu jak ościow ego (por. H e r fa i c h , 1991) zgodnie z term in olog ią geom etryczno -m orfostruk turalną (D a - d l e z , J a r o s z e w s k i , 1994). W ykryw anie praw idłow ości m orfotektonicznych niezgodności je s t niem ożliw e na m apach stropu karbonu z interpreta

cją an alityczn ą form erozyjnych za p o m o cą m orfoizohips, a więc bez n ało

żonych deform acji i subsydencji, z odjęciem uskoków i ugięć m łodszych.

Ł atw iejsze do interpretacji rekonstrukcje p ow ierzchni za pom ocą stratoizo

hips u tru d n ia z kolei p łatow e ro zp rz e strze n ien ie i n ied o statek inform acji o litostratygrafii utw orów pokryw ow ych, traktow anych jak o nadkład k arb o

nu. W dokum entacjach złoża w ęgla zw ykle nie w yróżnia się horyzontów ko

relacy jn y ch - p o w ierzch n i stra ty g ra fic zn y c h w u tw o rach pokryw ow ych.

Istotne przesłanki dotyczące zróżnicow ania przedtransgresyw nego i abra- zyjnego reliefu w nosi analiza w y kształcenia i w ieku osadów zakryw ających pow ierzchnie erozyjne. N a podstaw ie cech litologiczno-sedym entologicznych osadów i ich zasięgu, w yznaczonego na m apie strukturalnej górnej strony niezgodności, m ożna popraw iać interpolację m orfoizohips form w ybrzeża.

W yniki badań sekw encji i genezy osadów transgresyw nych zakryw ających pow ierzchnię erozyjną są pom ocne w odtw arzaniu m iejsc depozycji, środo

w iska sedym entacji i ukształtow ania form rzeźby grzebanej. W celu p o pra

wy odw zorow ania ukształtow ania niezgodności przydatne je s t opracow anie architektury stratygraficznej i tektonicznej pow ierzchni niezgodności. Z akry

w anie niezgodności opisują trzy podstaw ow e zm ienne: 1 - erozji i d enuda

cji zapew niające dopływ m ateriału osadow ego (czynnik głów nie k lim aty cz

ny), 2 - eustatyczne zapisu zdarzeń sedym entacyjnych (czynnik hydrologicz

ny) oraz 3 - su b sy den cji i inw ersji (czy n n ik stru k tu ra ln o -tek to n icz n y ).

U szczegółow ieniu rekonstrukcji rzeźby i deform acji niezgodności służą do datkow e badania odporności skał na w ietrzenie, składu m ineralogiczno-geo- chem icznego pokryw w ietrzeniow ych oraz litologiczno-sedym entologiczne osadów zakryw ających i badania stratygraficzne granic niezgodnych. W roz

w oju form rzeźby istotne je s t uw zględnienie w arunków geoterm alnych, hy

drogeologicznych, hydrologicznych i klim atycznych. Przesłanki w arunków klim atycznych w środow isku rzeźbotw órczym stanow ią podpokryw ow e strefy zm ian w ietrzeniow ych, często zachow ane przy stropie kopalnych powierzchni 18 erozyjno-denudacyjnych.

(23)

Pow ierzchnie niezgodności znane z G ZW są także rekonstruow ane poza obszarem w ystępow ania karbonu górnego - w spągu osadów perm u, triasu, jury, kredy, m iocenu. U m ożliw iają one badania porów naw cze z obszaram i opracow anym i na seryjnych m apach geologicznych Polski w skali 1:200 000 p o w ierzch n i podczw artorzęd o w ej i p o dk en o zo iczn ej ( J u r a , T r z e p i er - c z y ń s k i , 1985-1986), a także w skalach m niejszych pow ierzchni starszych ( K o n i o r , 1978; S i w e k , 1985; S o k o ł o w s k i , T o m a s z e w s k i , red., 1989; D a d l e z et. al., red., 1998; Z n o s k o , 1998). P onadregionalny zasięg niezgodności rozpoznanych w GZW stw arza dodatkow e m ożliw ości pogłę

biania studiów paleogeom orfologicznych, z uw zględnieniem regionów sąsied

nich, do identyfikacji m egaform rzeźby, poniew aż na m niejszych obszarach duże m orfostruktury są niew yraźne lub zanik ają w skutek zróżnicow anej subsydencji regionalnej i deform acji lokalnych.

Podstaw ow e pojęcia niezgodności

Uściślanie term inologii niezgodności - stratygrafii granicy erozyjnej, w ie

ku, m orfologii i tektoniki, a także paleogeografii i ewolucji jest jednym z celów niniejszej pracy. W słow nikach geom orfologicznych i geologicznych morfo- tektonikę utożsam ia się z badaniem w pływ u procesów tektonicznych na roz

wój rzeźby. G eom orfologia strukturalna zajm uje się zw iązkam i m iędzy tek

toniką (rozwojem struktur), a - w rzeczyw istości - procesam i deform acji skał i m orfologią (formam i i procesam i rzeźbotw órczym i). K ierunek ten wywodzi się z badań współczesnych zależności rzeźby od budow y geologicznej, zależ

ności m iędzy strukturam i i procesam i endogenicznym i a form am i i procesami egzogenicznym i ( P i o t r o v s k y , 1984; Z u c h i e w i c z , 1987; S r o k a , 1997).

Pojęcie konkordancji m orfotektonicznej, czyli zgodności ukształtow ania po wierzchni z tektoniką gór fałdowych w prow adził W. P e n с к (1924), a uściślił L. K o b e r (1928). Podejm ow ano próby tw orzenia m odeli tektoniczno-kraj- obrazow ych pow ierzchni Ziem i w system ie erozji i denudacji ( K e n n e d y , 1962; C r i c k m a y , 1972). M o rfo tekton ik ę trafnie zd efiniow ał L. K i n g (1976), łącząc j ą z pow ierzchniam i niezgodności, a ściślej ze zmianam i de

nudacji oddzielonym i fazami ruchów tektonicznych, deform ującym i kopalne pow ierzchnie i ożywiającym i erozję. Zdaniem cytow anego autora tektoniczne przekształcenia rzeźby odw zorow ują się w deform acjach pow ierzchni denu

dacji, wododziałów i dolin ryftowych oraz w basenach m orfotektonicznych (za

padliskach z osadam i odpow iadającym i etapom denudacji obrzeża basenu w tektonicznych fazach subsydencji i w ypiętrzania).

W geom orfologii obok zdarzeń klim atycznych i tektonicznych za nadrzęd

n ą uważa się ew olucję sekw encyjną krajobrazu. M . K l i m a s z e w s k i (1978) klasyfikuje form y w edług kryterium m orfogenetycznego w odniesieniu do 19

(24)

Struktur tektonicznych i w ulkanicznych różnych rządów. N a tarczach, p lat

form ach i orogenach ro zw ijają się odpow iednio: niziny, w yżyny i góry. Na p odłożu m egasynklin i m egaantyklin oraz w row ach i na zrębach pow stają ciągi i w ały górskie z ko tlinam i przed- i śródgórskim i. Z kolei z fałdam i i blokam i uskokow ym i zw iązane są grzbiety i doliny oraz progi. D om enę siodeł, łęków i uskoków stanow ią stoki, koryta, lica progów, w ciosy i urw i

ska ( K l i m a s z e w s k i , 1978; por. tab. 2). W podobnej klasyfikacji R. D a- d l e z i W. J a r o s z e w s k i (1994) w ydzielili na pow ierzchni Ziemi jednostki m orfotektoniczne, m.in.: m łode pasm a górskie, niziny jak o tarcze i platformy.

N a obrzeżach kontynentów wyróżnia się szelfy, kraw ędzie i skłony, które prze

chodzą w dna oceanów z row am i i łukam i w yspow ym i oraz z grzbietam i oce

anicznym i, ryftam i i uskokam i transform ującym i (por. tab. 2).

S truktury tektoniczne i przyp o rząd k ow an e im form y rzeźby W. J a r o s z e w s k i et al. (1985) określają m orfostrukturą, a jej rozw ój m orfotekto- niką. S trukturalne i tektoniczne form y rzeźby (g eom etria i geom orfologia fałdów i uskoków ) zdaniem C. O l l i e r a (1986) o p isu ją krajobraz global

nych jed n o stek tektonicznych ja k o w ynik w zajem nego oddziaływ ania erozji i w y d źw ig ania w relacji do prędk o ści d enudacji i ru chów tekton iczny ch.

M orfotektonika w ujęciu W. G r o c h o l s k i e g o (1978) zajm uje się zaró w no w pływ em tektoniki na charakter rzeźby, ja k i w yjaśnianiem związków m ię

dzy cecham i pow ierzchni Ziem i a stru kturą skorupy, z zastosow aniem m e

tod geom orfologii do geologii strukturalnej. O kreśleniem bliskoznacznym jest m orfostrukturą, której badania p row adzą do poznania ew olucji tektonicznej w spółczesnej form y rzeźby ( L i s z k o w s k i , 1985; S r o k a , 1997), a także tektoniki czw artorzędu ( Z u c h i e w i c z , 1999).

Z agadnienia ew olucji rzeźby kopalnej są przedm iotem badań paleogeo- m orfologii ( G a l i c k i j , 1979). Paleogeom orfologia (lub historyczna geom or

fologia) zajm uje się rekon stru k cją reliefu lądów w okresach geologicznych i ew olu cją krajobrazu Ziem i oraz zw iązkam i m iędzy pogrzebanym i i odpre- parow anym i form am i ( W a l c z a k , 1976; G i l e w s k a , 1991). M etody paleogeom orfologii opierają się na dedukcyjnym poznaw aniu reliefu pow ierzch

ni niezgodności z uw zględnieniem m iąższości i litofacji pokrywy. Różnym i m etodam i zestaw ia się punkty w ysokości pogrzebanej pow ierzchni, tw orząc rysunek ukształtow ania form z rek o n stru k cją ich układu w sieci rzecznej lub w strefie brzegow ej m orza ( K l i m a s z e w s k i , 1978). Poznanie ukształto

w ania lądów z elem entam i krajobrazu (to pografii) w okresach kenozoiku, a naw et m ezozoiku je s t także celem badań p aleogeograficznych i geologii h istory czn ej ( B l e s s , F e r n a n d e z - N a r v a i z a , 1995; W i d d o w s o n ,

1997) oraz analiz p alinspastycznych ( F r i s c h et al., 1999).

M orfotektonika je s t ścisłą dy scy p lin ą b adaw czą niezgodności struktural

nych, u k ieru n k o w an ą na p oznanie m orfologii i zak ry cia jej osadam i oraz struktur deform acyjnych. Przedm iotem badań m orfotektonicznych są niezgod

ności, ich m orfostrukturą i ew olucja w etapach: rzeźbotw órczym , pogrzeba- 20 nia oraz subsydencji i w ypiętrzania. W yróżnia się następujące stadia rozw o-

(25)

ju niezgodności: w ypiętrzania i erozji, erozyjno-denudacyjne, denudacyjno- -sedym entacyjne, sedym entacy jn o-su b sy den cyjne i w ypiętrzania. Z godnie z teoriam i rozw oju rzeźby W. M. D e v i s a , W. P e n c k a i L . K i n g a (vide K l i m a s z e w s k i , 1978), ro zszerzo n y m i dla k rajo b razó w kopalnych w długim okresie ew olucji (od 5 m in lat do 10 m in lat), m ożna w ydzielić geohistoryczne cykle m orfotektoniczne w pow iązaniu ze zm ianam i eustatycz- nym i poziom u oceanu św iatow ego oraz aktyw nością tektoniczną i w ulkanicz

ną. Cykl rozw oju niezgodności zw ykle rozpoczyna regresja i erozja w sta

dium inicjalnym , następnie m łodocianym , dojrzałym i starczym , a zam yka sedym entacja. Zakrycie niezgodności osadam i pow oduje subsydencję, a póź

niej deform acje inw ersyjne.

O pis rozm aitych form i struktur niezgodności dotyczy jed no stek geolo

gicznych, które zw yczajow o określa się, używ ając przedrostka paleo-, np.:

paleodolina czy paleopróg uskokowy. Jeśli chodzi o opis form kopalnych, niefortunne je s t ciągłe podkreślanie faktu p ogrzebania reliefu lub struktury tektonicznej z jeg o pow tórzeniem , np.: paleow ał, paleorów przyuskokow y, paleokotlina zapadliskow a, dolina kopalna. Pow inno się używ ać uściślonych nazw form jednow iekow ych (kanion podm orski podm ioceński, rzeźba pod

triasow a, geologia niezgodności podjurajskiej, pokryw a w ietrzeniow a przy stropie utw orów karbonu, podperm ska lub podczw artorzędow a). W yjątko

wo m ożna podkreślić, że pow ierzchnia niezgodności podtriasow ej odw zo

row uje paleogeologię czy paleogeom orfologię triasu, a naw et paleotektoni- kę lub paleogeografię ( K o t a ń s k i , 1987; D a d l e z et al., red, 1998). Jed nak z uw agi na stosow anie w ielu m etod i an aliz rek o n stru k cji u k sz ta łto w ania do opisu m o rfotektonik i n iezg o dn o ści kon ieczne je s t używ anie ro z m aitych term inów opisow ych i czasow ych, a p rzede w szystk im w y strze

ganie się pojęć genetyczny ch m orfologii i stru k tury niezgo dn ości. K lasy fi

kacje m orfostrukturalne rzeźby ak centują w pływ tektoniki (por. tab. 2 i 3), ich stosow anie zaś w przy p adku n iezg o d n ości je s t m ożliw e tylko dla form zad ow alająco ud okum entow anych h ip so m etry czn ie i strukturalnie. P o d ob nie w ykorzystyw ano klasyfikacje m orfogenetyczne, akcentujące w pływ k li

m atu na rozw ój rzeźby, pod w arunkiem szczeg ó łow eg o ro zp o znan ia paleogeografii, paleogeom orfologii i paleoklim atu (por. tab. 2). Poddano w eryfi

kacji nazw y jed n o ste k m orfologicznych, m ało w iarygodnych form rzeźby i stru ktur tekto niczn ych o w ątpliw ej in terp retacji, b udzące kontrow ersje, zw łaszcza genetyczne (np. triasow a niecka bytom ska, kanion orzeski, garb cieszyński, czw artorzędow y rów uskokow y K łodnicy itp.).

R ek o nstruk cja u k ształto w an ia p o w ierzch n i niezg o d n o ści nadrzędnych granic geolo giczn ych i poznanie jej g enezy m a znaczenie dla w ielu d z ie dzin - od stratyg rafii do tek to n ik i, od p aleo g eo m o rfo lo g ii do paleogeografii, od opisu p roduktów w ietrzen ia do paleo k lim ató w i od sedym entologii osadów tran sgresy w n ych do analizy b asenów sedy m en tacyjnych. O p raco w anie niezgodności je st dom en ą k arto grafii w głębnej i um ożliw ia syntezę w iedzy geo log iczn ej o p o w ierzch n iach ero zy jn y ch stru k tu ra ln y ch , o ich 21

(26)

m o rfo lo g ii i tek to n ic e . W in te rp re ta c ji w y n ik ó w b a d ań m o rfo te k to n ik i p rzep ro w ad za się w ielo k ro tn ie różne analizy poró w n aw cze, w zajem n ie się u zu p ełn iające lub w y k lu czające w od n iesien iu do ew olu cji niezgo dn ości.

R ozszerza to k o n tro lę w n io sk o w an ia o p ro cesach rzeźb o tw ó rczy ch i g e n ezie zjaw isk tekton iczn y ch.

(27)

Podłoże niezgodności strukturalnych w stropie utworów karbonu

Górnośląskiego Zagłębia W ęglowego

Zagadnienie stropu karbonu

N a W yżynie Śląskiej i K rakow skiej, K otlinie M oraw skiej i R aciborsko- -O św ięcim skiej oraz na Pogórzu K arpackim i pod B eskidam i Zachodnim i w y stępu je je d n o stk a geo lo g iczn a G ó rn o śląsk ieg o Z ag łęb ia W ęglow ego.

Z agłębie b u d u ją utw ory karbonu .w ęglonośnego - silezu, które m iejscam i odsłaniają się na Płaskow yżu B ytom sko-K atow ickim i w K otlinach: D ąbrow skiej, M ysłow ickiej i B iskup ieg o B oru oraz na G arbach M ikołow skim i Tenczyńskim , a także na Pagórach: L ędzińskim , L ibiąskim i Chełm skim ( D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i , 1956; K o t l i c k i , K o t l i c k a , 1979; K a z i u k, L e w a n d o w s k i , 1980). U tw ory karbonu górnego oraz p od ściela

jące utwory dinantu i kulm u są m ozaikow o zakryte osadam i czerw onego spą- gow ca row u Sław kow a, tria su i ju ry m o n ok lin y śląsko-krako w sk iej oraz m iocenu row u przedkarpackiego. D oliny rzek i kotliny w y ścielają utwory czw artorzęd u. C zęść p o łudn io w a G ZW je s t p o g rążo n a pod nasunięciem jed n o stek płaszczow inow ych K arpat w w ew nętrznym row ie przedgórskim , pod B eskidam i: M oraw skim , Ś ląskim , M ałym , Śred nim i M akow skim , a naw et pod B eskidem W ysokim na głębokości poniżej 5 -6 km (rys. 1, 2).

G órn o śląskie Z agłębie W ęglow e od dołu je s t ograniczone p o w ierzch n ią stratygraficzną w stropie poziom u z fauną m o rską Śtur w utw orach iłow- cow ych niskiego nam uru, a od góry n iezg o d no ścią strukturalną w stropie u tw orów silezu. U tw ory k arbonu g en eraln ie ujęte w zap ad lisk o (nieckę w ęglow ą) są sfałdow ane, nasunięte i zuskokow ane w późnow aryscyjskich fazach górotw órczych. D yskordancja w stropie różnow iekow ych utworów karb o n u G ZW w yzn acza g ranicę zło ża - z asięg u w głęb n y ch w ychodni pokładów w ęgla kam iennego. Znaczenie tej granicy je s t szczególnie ważne dla g ó rnictw a i zn ajduje w yraz w jej po to cznej nazw ie „strop k a rb o n u ” w ęglon ośn eg o złoża pod przy k ry ciem utw orów „ n a d k ła d u ” . W definicji 23

(28)

stratygraficznej strop karbonu w ęglonośnego je st g ranicą m iędzy stropem w arstw libiąskich a arkozą kw aczalską stefanu - serią pustyniow ą (bezwęglo- wą), rozdzielonych luką stratygraficzną. A rkoza kw aczalska jest najm łodszym ogniwem na powierzchni stropowej karbonu i zajm uje około 5% obszaru GZW ( D o k t o r o w i c z - H r e b n i c k i , 1960; R u t k o w s k i , 1972; rys. 8).

Strop utw orów karbonu tw orzą następujące niezgodności jednow iekow e:

podperm ska, podtriasow a, podjurajska, podkredow a, podm ioceńska i p o d czw artorzędow a (tab. 1). U k ształtow anie tych niezgodności charakteryzuje się urozm aiconym reliefem z deform acjam i, głów nie uskokow ym i i fleksu- row ym i hom oklin. N a różnow iekow ej niezgodności w stropie karbonu m ożna w ykryć relikty praw ie w szystkich form rzeźby - od gór fałdow ych w aryscyjskich i zrębow o-w ulkanicznych p ostw aryscyjskich poprzez w yżyny i niziny destrukcyjne staroalpejskie, góry środkow oalpejskie oraz płaskow yże i k o tliny m łodoalpejskie (rys. 1, tab. 1). Ich rzeźba form ow ała się w różnych w arunkach klim atycznych na lądzie i podczas transgresji m orskich, także lądolodu (tab. 2 i 3). P ołożenie stropu utw orów karbonu na głębokościach od 400 m n.p.m . do 6000 m p.p.m . (rys. 2) je st m iarą w ielokrotnych zm ian ukształtow ania przez procesy górotw órcze i rzeźbotw órcze oraz transgresyw - ne i zakryw ające z sub sy den cją i deform acjam i. Rozw ój niezgodności je d now iekow ych GZW je s t pocho d n ą czynników oro- i epejrogenicznych, na

stępnie erozyjno-denudacyjnych i sed ym entacyjno-diastroficznych oraz deform acyjnych w okresie od stefanu i perm u do dzisiaj (rys. 1, tab. 1). Podłoże niezgodności stanow ią różne w arstw y, serie i kom pleksy skał karbonu, k tó rych struktura litologiczno-odpom ościow a i tektoniczna w arunkow ały kształ

tow anie form.

M orfostruktury lito lo g iczn e

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 entnie) 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.

(29)

Ma

О

ю

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160 .

170

180

190

200

210

220

230

240

2 50

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

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 T a b l e 1

POZIOM OCEANU ŚWIATOWEGO 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0

Aalen Toars Pliensbach

Synemur Hettang -R etyk

Noryk

Karnik Ladyn Anizyk^

Scytyk Cechsztyn

Saxon

Autun

Stefan

Westfal

Namur

Vizen

Turnej

POLIFAZY I FAZY GÓROTWÓRCZE

WALACHIJSKA A T T Y C K A ....

MOŁDAWSKA STYRYJSKA SAWSKA ILIRYJSKA

PIRENEJSKA

(f)—з

tliQ_

^ LARAMIJSKA

О ---

WARSTWY I FORMACJE

głów ny typ litologiczny i m aksym alna m iąższość

N i e z g o d n o ś ć p o d c z w a r t o r ź ę d o w a

PEINE

WERNIGERODE

AUSTRYJSKA

MŁODO- KIMERYJSKA

DONIECKA

STARO- KIMERYJSKA

LABINSKA

HERDEGSEN

ALTMARK

SAALSKA W

-N ASTURYJSKA O LEONSKA

CL

KRUSZCOGÓRSKA

SUDECKA

'awoji

NIEZGODNOŚĆ PODMIOCEŃSKA

IE(1000 m) 'utw ory KŁODNICKIE (250 m) | EBRZYDOWICKIE (150 m)

regolity krasowe RUDAWSKIE (15 m)1

WAŁ METAKARPACKI

RÓW PRZEDGÓRSKI KARPAT BASEN PARATETYDY

GÓRY NADBRZEŻNE TETYDY MONOKLINA ŚLĄSKO-KRAKOWSKA NIECKA OPOLSKA I MIECHOWSKA WAŁ GÓRNOSLĄSKI

margle i opoki margle (160 m) margle santonu

zlepieńce, wapienie turonu (6-10 m) piaski glaukonitowe (9 m)

" ^ N I E Ł G O O N O Ś C p o D K R E D O W f c

wapienie płytowe (40 m) wapienie skaliste (300 mj

wapięnję^piaszęzy

zlepieńce (T5 m) BALIŃSKIE (80 m)

iły RUDONOŚNE (30 m j piaski KOŚCIELISKIE (20 m) piaskowce z syderytami ŁYSIECKIE piaskowce BLANOWICKIE(100 m) żwiry POŁOMSKIE (70 m)*i\£Z-G 0 0 glinki HELENOWSKIE

pOOJ°

1 Ё Щ | «

mułowce i gipsy BOLESŁAWSKIEM r.n . mułowce CHRZANOWSKIE ' 1 Ш т )

d olomity DIPLOPOROWE i TARNOWICKtE (50 M)

wapienie gogolińskie. aórażdzrańskie. terebratulowe.karchowickie wapienie BŁOTNICKlE160.n(folomity OLKUSKIE

margle i dolomit - " " "

piasKowce SWI

n ie z gÓdkoso P0D1E!AS°«A

gliny SŁAWKOWSKIE (100 m) mułowce z KRZYKAWY

BRETONSKA

I (200 m) martwica KARNIOWICKA (6 m)

NIEZG00N0Ś6P00P6B«»

arkoza KWACZALSKĄ

seria piaskowcowa KRAKOWSKA (LIBIĄSKIE i ŁAZISKIE)

2 seria mułowcowa ZAŁĘSKIE i ORZESKIE

2seria piaskowcowa GÓRNOŚLĄSKA (JEJKOW., SIODŁOWE, RUDZ. SS)

CC PORĘBSKIE nR nD 7IFP K IF

<seria mułowcowa OSTRAWSKA FLOROWSKIE

Г i , , , _ PJETRZKOWICKIE SARNOWSKIE

a. mułowce MALINOWICKIE , Z ALASKIt O mułowce KIJOWIECKIE

t= HRADECKIE FLISZ KULMOWY I WAPIEŃ WĘGŁ

w MORAWIECKIE

piaskowce HORNOBENESZOWSKIE

; Щ 5-Г

JEDNOSTKI TEKTONICZNE I PALEOGEOGRAFICZNE

PRZEDPOLE LĄDOLODÓW

BASENY ŚRODKOWOPOLSKI I TETYDY

LĄD

POŁUDNIOWOPOLSKI

СП OW

BASENY ŚRODKOWOPOLSKI \ >

TETYDY Ъ

LĄD

POŁUDNIOWOPOLSKI

2or oLL H

LĄD

POŁUDNIOWOPOLSKI

oy:

MORZE ŚRODKOWOPOLSKIE g

BASEN ŚRODKOWOPOLSKI ^

W ROWIE PRZEDGÓRSKIM <

WARYSCYDÓW >

GÓRY ZRĘBOWE WULKANICZNE

PERMSKI RÓW SŁAWKOWA ŚRÓDGÓRSKI

GÓRY FAŁDOWO-NASUNIĘCIOWE WYSOKIE MORAWSKO-ŚLĄSKO KRAKOWSKICH WARYSCYDÓW ZAPADLISKO ŚRÓDGÓRSKIE GÓRNOŚLĄSKIE

RÓW MOLASY WĘGLONOŚNEJ LIMNICZNEJ I PARALICZNEJ

RÓW PRZEDGÓRSKI

ó d ł o : Poziom oceanu w edług B. U. H a q a e t al. (1987) i J. G o l o n k i e t al. (1997).