Możliwość zastosowania analizy fałdów niecylindrycznych w rekonstrukcji paleonaprężeń

Mo¿liwoœæ zastosowania analizy fa³dów niecylindrycznych

w rekonstrukcji paleonaprê¿eñ

Ryszard Szczêsny*

Applicability of non-cylindrical fold analysis in reconstructing palaeostresses. Prz. Geol., 52: 1060–1066.

S u m m a r y: Reconstruction of the axes of first order folds was performed to establish the directions of s1 stress in the Polish part of the Outer Carpathians. Results of two independent reconstructions were compared. In the first one, only cylindrical parts of folds were analyzed, whereas in the second interpretation, the database was supplemented by selected noncylindrical parts of folds. In regional pattern of s1 stress axes, determined using each method, no significant differences are visible. It seems that the orientation of fold axes reconstructed from noncylindrical parts of folds, under certain conditions, could be used as additional data in such reconstructions. Key words: Poland, Outer Carpathians, palaeostress reconstruction, folds

W polskiej literaturze tektonicznej dotycz¹cej Karpat Zewnêtrznych problem odtwarzania paleonaprê¿eñ poru-szany by³ wielokrotnie. Zasad¹ by³o analizowanie danych dotycz¹cych orientacji przestrzennej mezostruktur tekto-nicznych, zazwyczaj „kruchych”, takich jak spêkania cio-sowe (Zuchiewicz & Henkiel, 1993; Mastella i in. 1997; Zuchiewicz, 1997; Rubinkiewicz, 1998; Mastella & Zuchiewicz, 2000; Mastella & Konon, 2002) lub uskoki (Mastella & Szynkaruk, 1998; Rubinkiewicz, 2000), nie-kiedy uzupe³nionych analiz¹ fa³dów (Tokarski, 1975; Aleksandrowski, 1989; Mastella, 1988; Konon, 2001). Zebrane dane pochodzi³y zwykle z wybranych fragmentów Karpat zewnêtrznych, natomiast wyniki ekstrapolowane by³y póŸniej na ca³e Karpaty (patrz Aleksandrowski, 1989 — Fig. 21; Mastella & Konon, 2002 — Fig. 12), lub by³y dowi¹zywane do istniej¹cych, bardzo ogólnych schema-tów (np. Konon, 2001 — Fig. 25). Z uwagi na rodzaj anali-zowanych struktur tektonicznych odtworzona orientacja paleonaprê¿eñ dotyczy³a g³ównie przed i pofa³dowych eta-pów formowania Karpat. Badania podjête przez autora maj¹ na celu uzupe³nienie istniej¹cych interpretacji o rekonstrukcjê stanu naprê¿eñ z okresu formowania fa³dów, bowiem wykonane s¹ w oparciu o analizê samych fa³dów a dok³adniej przebiegu ich osi (Szczêsny, 2003a; 2003b). Obserwacjami objêto niemal ca³y obszar polskich Karpat zewnêtrznych (ryc.1). Z powodu ogromnej iloœci danych zastosowana przez autora metodyka, oparta na analizie sta-tystycznej, mia³a na celu wychwycenie wy³¹cznie regio-nalnych prawid³owoœci w przebiegu osi fa³dów i ustalenie na tej podstawie ogólnego uk³adu kierunków najwiêkszego naprê¿enia poziomegos1w obrêbie p³aszczowin magur-skiej i œl¹magur-skiej. Poniewa¿ analizowano obecne po³o¿enia warstw i kierunki osi fa³dów, zrekonstruowane kierunki g³ównych naprê¿eñ poziomych dotycz¹ koñcowego efektu kilkuetapowych fa³dowañ z wyraŸn¹ przewag¹ skutków pierwszego, najsilniejszego z nich (Mastella, 1988; Alek-sandrowski, 1989; Szczêsny, 2003b).

Danymi bêd¹cymi podstaw¹ tych opracowañ by³y pomiary wspó³czesnych po³o¿eñ warstw pochodz¹cych ze skrzyde³ fa³dów I rzêdu (ryc. 2).

Do odtworzenia kierunków osi fa³dów, bêd¹cych pod-staw¹ do rekonstrukcji regionalnego uk³adu naprê¿eñ s1 mo¿na wykorzystaæ, wed³ug Ramsaya & Hubera (1987), wy³¹cznie fa³dy cylindryczne i subcylindryczne. Autor postanowi³ zbadaæ w jakim stopniu uwzglêdnienie danych pochodz¹cych z wybranych fa³dów niecylindrycznych wp³ynie na wynik rekonstrukcji pola naprê¿eñ.

Tektonika

Polski odcinek Karpat zewnêtrznych zbudowany jest z trzech, wzajemnie ponasuwanych na siebie grup p³aszczo-win: brze¿nej, œredniej i magurskiej (Nowak, 1927). Przed-miotem zainteresowañ autora by³y p³aszczowiny: œl¹ska, nale¿¹ca do grupy œredniej i magurska bêd¹ca g³ównym elementem grupy o tej samej nazwie (ryc. 3). Powodem takiego wyboru by³a znaczna rozci¹g³oœæ obu jednostek tektonicznych co dawa³o najlepsz¹ mo¿liwoœæ przeœledze-nia zmiennoœci zjawisk tektonicznych zarówno wzd³u¿ jak i w poprzek niemal ca³ego polskiego odcinka Karpat zewnêtrznych.

Obie p³aszczowiny s¹ silnie sfa³dowane (ryc. 3). W ich obrêbie wyró¿niæ mo¿na od kilku do kilkunastu równo-leg³ych do siebie fa³dów (Burtan & Soko³owski, 1952; Soko³owski, 1954; Œwidziñski, 1958; Ksi¹¿kiewicz, 1972; ¯ytko i in., 1989). Rozci¹g³oœæ tych fa³dów, zgodna z biegiem p³aszczowin, ma zasiêg regionalny i zwykle prze-kracza kilkadziesi¹t kilometrów (op. cit.). Wyj¹tkiem s¹ fragmenty zachodniej czêœci p³aszczowiny œl¹skiej oraz centralnej czêœci p³aszczowiny magurskiej, które s¹ rozbite na izolowane, zrotowane wzglêdem siebie bloki (Œwider-ski, 1952; Ksi¹¿kiewicz, 1972; Konon, 2001).

Geometria fa³dów regionalnych jest w du¿ej mierze uzale¿niona od litologii kompleksów skalnych (Ksi¹¿kie-wicz, 1958; 1972; Aleksandrowski, 1989). Decyduj¹c¹ rolê odgrywaj¹ mi¹¿sze, sztywne pakiety piaskowców gru-bo³awicowych (np. magurskich czy istebniañskich). W tych ma³opodatnych warstwach formuj¹ siê z regu³y szero-kopromienne synkliny o geometrii zbli¿onej do koncen-trycznej. Zanikanie piaskowców grubo³awicowych i wzrost zawartoœci ³upków wp³ywa na zmianê geometrii fa³dów w kierunku form symilarnych, w ró¿nych ich odmianach (op. cit).

Drastyczna ró¿nica w³aœciwoœci fizyczno-mechanicz-nych pomiêdzy pakietami piaskowców i ³upków by³a przy-czyn¹ powstania na ich kontaktach odk³uæ i utworzenia licznych nasuniêæ ni¿szego rzêdu. Spowodowa³o to czêsto obserwowan¹ redukcjê po³udniowych skrzyde³ synklin i pó³nocnych skrzyde³ antyklin (Aleksandrowski, 1989; Ksi¹¿kiewicz, 1972).

Metodyka zbierania i grupowania danych

Próba odtworzenia uk³adu naprê¿eñ fa³dotwórczych podjêta zosta³a na podstawie pomiarów po³o¿enia warstw zebranych z opublikowanych arkuszy Szczegó³owej Mapy Geologicznej Polski w skali 1 : 50 000 — ryc. 2, (patrz Buga³a i in., 1977). Dane te zosta³y uzupe³nione pomiarami

*Instytut Geologii Podstawowej, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki i Wigury 93, 02-089 Warszawa; szczesny@geo.uw.edu.pl

zebranymi w trakcie w³asnych badañ terenowych, a tak¿e pochodz¹cymi z map w wiêkszych skalach (np. Guzik & Po¿aryski, 1950; Ksi¹¿kiewicz, 1958; Wêc³awik, 1969; Œwidziñski, 1973; Ry³ko, 1992) oraz niepublikowanych map bêd¹cych za³¹cznikami do prac magisterskich, wyko-nanych w Zak³adzie Tektoniki i Kartografii Geologicznej, Wydzia³u Geologii Uniwersytetu Warszawskiego. £¹cznie dysponowano baz¹ danych zawieraj¹c¹ ok. 35 000 pomiarów po³o¿eñ warstw.

Tak obfite informacje nadawa³y siê znakomicie do opracowania statystycznego. W tym celu, zgodnie z zasa-dami przyjêtymi przez Jaroszewskiego (1972) i Mastellê (1988), obszar badañ zosta³ podzielony na jednorodne tek-tonicznie domeny (ryc. 4). Granicami tych domen by³y wed³ug kolejnoœci wa¿noœci: nasuniêcia, du¿e uskoki poprzeczne i osie po³udnikowych dolin rzecznych o praw-dopodobnych za³o¿eniach tektonicznych, a tak¿e przeguby fa³dów regionalnych. W ten sposób wyznaczono 253 domeny: 137 w

p³asz-czowinie magurskiej i 116 w œl¹skiej. Iloœæ pomiarów w obrêbie tak

wyznaczonych domen

by³a wystarczaj¹ca staty-stycznie (patrz Wilson, 1968) i waha³a siê od 26 z rejonów o wyj¹tkowo s³abym stopniu

ods³oniê-cia np. w okolicach Jawornika (ryc. 4), do 478 z obszarów bardzo dobrze ods³oniêtych np. w okolicach £opusznej (ryc. 4). W wiêkszoœci przypadków liczba pomia-rów w pojedynczej dome-nie mieœci³a siê jednak w przedziale od 100 do 200. Dla ka¿dej z domen

sporz¹dzono diagram

konturowy po³o¿enia

warstw, gdzie normalne do p³aszczyzn rzutowane by³y na doln¹ pó³kulê równopowierzchniowej siatki Schmidta (ryc. 5).

Diagramy zosta³y opracowane za pomoc¹ programu STEREONET. Standardowy zapis po³o¿eñ warstw — bieg/upad/kierunek upadu przeliczono algorytmem (Kor-put, 1999) do postaci: azymut kierunku nachylenia/upad wymaganej przez ww program.

Analiza diagramów

Poniewa¿ analizowano formy fa³dowe, na znacznej liczbie diagramów uzyskiwano po dwa maksima odpowia-daj¹ce najczêstszym po³o¿eniom warstw w skrzyd³ach. Pro-centowe wartoœci maksimów by³y ró¿ne, w wiêkszoœci przypadków wy¿sze wartoœci mia³y maksima skrzyde³ fa³dów nachylonych na po³udnie. Wœród analizowanych fa³dów przewa¿a³y bowiem formy asymetryczne, nachylone lub obalone na pó³noc (ryc. 5), a zatem wychodnie ich

Wien

Budapest

KW

KZ

A

B

Kraków

A

przekrój geologiczny – patrz ryc. 3

geological cross-section – see Fig. 3

PIENIÑSKI

PAS SKA£KOWY

PIENINY KLIPPEN BELT

A

B

N

Ryc. 1. Szkic lokalizacyjny; A — obszar badañ, KZ — Karpaty zewnêtrzne, KW — Karpaty wewnêtrzne Fig. 1. Location sketch; A — study area, KZ — Outer Carpathians, KW — Inner Carpathians

Q

Eh

Eh

Q

Em

Em

¬

Ryc. 2. Fragment Szczegó³owej Mapy Geologicznej Polski 1 : 50 000 ark. Gry-bów (Paul, 1991) — fa³d Jaworza — loka-lizacja na ryc. 4; Eh — piaskowce cienko³awicowe i ³upki — warstwy hiero-glifowe (eocen); Em — piaskowce gru-bo³awicowe i ³upki — warstwy magurskie (eocen); Q — aluwia (czwartorzêd); Fig. 2. A part of the Detailed Geologic Map of Poland (1:50 000), sheet Grybów (Paul, 1991) – Jaworze fold — for location see fig. 4; Eh — thin-bedded sandstones and shales —Hieroglyphic Beds (Eoce-ne); Em — thick-bedded sandstones and shales — Magura Beds (Eocene);Q — alluvium (Quaternary);

po³udniowych skrzyde³ by³y znacznie szersze (patrz Jaro-szewski, 1980).

Z po³o¿eñ maksimów — dominant w skrzyd³ach fa³dów wyznaczano po³o¿enie osi fa³dów zgodnie z ogól-nie przyjêt¹ metodyk¹ (ryc. 5 i 6A; patrz te¿: Szczêsny, 2003a — Fig. 3 i 7).

Zgodnie z zaleceniami Ramsaya & Hubera (1987) w ten sposób analizowane mog¹ byæ wy³¹cznie fa³dy cylin-dryczne lub subcylincylin-dryczne czyli takie, „ ...w których powierzchnie ³awic stanowi¹ powierzchnie walcowe (daj¹ce siê zbudowaæ przez ruch tworz¹cej...)”, (Dadlez & Jaroszewski, 1994). Warunek cylindrycznoœci lub subcy-lindrycznoœci jest spe³niony gdy na diagramie konturowym ponad 90% biegunów normalnych do warstw le¿y w odleg³oœci, odpowiednio 10o

lub 20o

od ³ukup (Ramsay &

Huber, 1987). Poniewa¿ w rzeczywistoœci ma³o które

fa³dy, zw³aszcza te o znacznej rozci¹g³oœci, s¹ w ca³oœci cylindryczne (Dubey & Cobbold, 1977) nale¿y je dzieliæ mniejsze faragmenty (domeny) spe³niaj¹ce ten warunek i tylko w nich wyznaczaæ po³o¿enie osi (ryc. 6; Ramsay & Huber, 1987).

Kryterium cylindrycznoœci lub subcylindrycznoœci spe³niaj¹ odcinki fa³dów regionalnych w 69 domenach wyznaczonych w p³aszczowinie magurskiej i 63 domenach w p³aszczowinie œl¹skiej (ryc. 4). Nie s¹ natomiast spe³nio-ne w 68 domenach w p³aszczowinie magurskiej i 53 w œl¹skiej, czyli prawie w co drugiej domenie (ryc. 4). Ponie-wa¿ jednak, zdaniem autora, obraz izolinii na czêœci

wyeli-minowanych diagramów daje szansê wyznaczenia

po³o¿enia osi fa³du I rzêdu (choæ ze znacznie mniejszym prawdopodobieñstwem) postanowiono zbadaæ jaki wp³yw na ostateczn¹ interpretacjê mia³oby uwzglêdnienie po³o¿e-nia osi fa³dów z tych domen i jakie warunki dodatkowe nale¿a³oby wówczas spe³niæ. Dlatego dalsz¹ czêœæ analizy wykonano dwojako. Pierwszy raz ze spe³nieniem wymo-gów Ramsaya & Hubera (1987), drugi z uwzglêdnieniem danych ze wszystkich domen, w których uda³o siê wyzna-czyæ (nawet w przybli¿eniu) po³o¿enie osi fa³du.

W ten sposób baza danych poddana powtórnej analizie zosta³a uzupe³niona o 21 domen w p³aszczowinie œl¹skiej i 22 w p³aszczowinie magurskiej (ryc. 4).

A

B

S

N

PIENIÑSKI PAS SKA£KOWY PIENINY KLIPPEN BELT

P£ASZCZOWINA MAGURSKA MAGURA NAPPE P£ASZCZOWINA ŒL¥SKA SILESIAN NAPPE nasuniêcia thrusts uskoki faults

pod³o¿e p³aszczowin karpackich

basement of Carpathian nappes

utwory pieniñskiego pasa ska³kowego

Pieniny Klippen Belt

warstwowanie

bedding

Ryc. 3. Schematyczny przekrój przez polskie Karpaty zewnêtrzne wed³ug ¯ytki i in. (1989). Lokalizacja — patrz ryc. 1 Fig. 3. Schematic cross-section through the Polish Outer Carpathians (after ¯ytko et al., 1989). Location see Fig. 1

Kraków Zakopane B D J M S £ _{P G} Przemyœl cylindryczne i subcylindryczne

cylindrical and subcylindrical

niecylindryczne zakwalifikowane do dalszej analizy

noncylindrical accepted to further analysis

wyeliminowane z dalszej procedury

eliminated

inne jednostki tektoniczne

other tectonic units

E Fa³dy: Folds: 25km PIENIÑSKI PAS SKA£KOWY

PIENINY KLIPPEN BELT

N

Ryc. 4. Granice domen tektonicznych — odcinków fa³dów I rzêdu; B — Brzozowa, D — Dobczyce, E — Jaworze, G — Gaboñ, J — Jawornik, £ — £opuszna, M — Mogielica, P — Praczka, S — Su³kowice

Fa³dy niecylindryczne — kryteria doboru

Przeanalizowanie obrazów izoliniowych na diagra-mach konturowych podsunê³o autorowi myœl, i¿ czêœæ z fa³dów niecylindrycznych rokuje nadziejê, ¿e na ich pod-stawie uda siê, z pewn¹ doz¹ prawdopodobieñstwa,

wyzna-czyæ kierunek osi fa³du. Wybór wymaga³ jednak

obwarowania szeregiem ograniczeñ.

Je¿eli wiêc na diagramie konturowym pojawia³y siê wiêcej ni¿ 2 maksima (najczêœciej 3) — do wyznaczenia po³o¿enia osi fa³du, podobnie jak

postêpowa³ Mastella (1988),

wybierano po³o¿enia warstw z maksimów o najwy¿szych warto-œciach pod warunkiem, ¿e da³o siê przez nie poprowadziæ ³ukp (ryc. 6 B i C). Uznano bowiem, ¿e po³o¿enia warstw daj¹ce na dia-gramach konturowych maksima o podrzêdnym znaczeniu mog¹ byæ

odzwierciedleniem obecnoœci

zafa³dowañ ni¿szego rzêdu

powsta³ych w trakcie póŸniej-szych fa³dowañ w inaczej zorien-towanym polu naprê¿eñ. Fa³dy II rzêdu o przebiegu osi zgodnym (ryc. 6B) lub ukoœnym (ryc. 6C) do rozci¹g³oœci form nadrzed-nych s¹ udokumentowane zarów-no w p³aszczowinie magurskiej (Aleksandrowski, 1989) jak i œl¹skiej (Szczêsny, 2003b). Nie mo¿na równie¿ wykluczyæ, ¿e zgodnie z pogl¹dami Mastelli (1988) czêœæ dodatkowych mak-simów jest odzwierciedleniem warstw o biegach skrêconych w s¹siedztwie, licznych w

Karpa-tach, poprzecznych stref dyslokacyjnych (por. Burtan & Soko³owski, 1952; Œwidziñski, 1958; Ksi¹¿kiewicz, 1972; ¯ytko i in., 1989; Mastella & Szynkaruk, 1998). Dlatego te¿ w analizie fa³dów I rzêdu, przy próbie wychwycenia regionalnych prawid³owoœci w przebiegu ich osi, anomal-ne po³o¿enia warstw nie by³y braanomal-ne pod uwagê.

W dalszej analizie pomijano równie¿ domeny, w któ-rych na diagramie uzyskano tylko jedno maksimum, co mog³o odpowiadaæ monoklinalnemu zapadaniu warstw (ryc. 6D). W karpackiej rzeczywistoœci owe „monokliny” s¹ zwykle fragmentami fa³dów o skrzyd³ach wytartych przez nasuniêcia (³uski). W takich przypadkach zachowane s¹ zwykle po³udniowe skrzyd³a antyklin i pó³nocne skrzyd³a synklin (ryc. 3; patrz te¿: Ksi¹¿kiewicz, 1972; Aleksandrowski, 1989). Wobec braku mo¿liwoœci odtwo-rzenia po³o¿enia warstw w nieistniej¹cych obecnie skrzyd³ach fa³dów, nie mo¿na by³o w sposób wiarygodny ustaliæ po³o¿enia osi tych struktur. Aczkolwiek s¹ znane z

s

s

s

s

s

A

B

C

F

E

D

SU£KOWICE DOBCZYCE MOGIELICA

BRZOZOWA GABOÑ PRACZKA N N N N N N 153 272 1% 2% 4% 6% 3% 5% 1% 2% 6% 10% 4% 8% 1% 2% 6% 4% 8% 1% 2% 6% 16% 4% 12% 1% 2% 6% 4% 8% 281 223 176 111 153 liczba pomiarów_{number of measurements}

oœ fa³du fold axis 1% 2% 4% 6% 7% 3% 5%

Ryc. 6. Przyk³ady diagramów konturowych: A — fa³d cylindryczny, B — fa³d niecylindrycz-ny: z zafa³dowaniem ni¿szego rzêdu o osi równoleg³ej do przebiegu osi fa³du nadrzêdnego, C — z zafa³dowaniem ni¿szego rzêdu o osi ukoœnej do przebiegu osi fa³du nadrzêdnego, D — z wytartym skrzyd³em, E, F — silnie zdeformowany

Fig 6. Examples of contour diagrams: A — cylindrical fold , B — noncylindrical fold: with second-order fold parallel to the axis of the first-order one, C — with second-order fold oblique to the axis of the first-order one, E, F — strongly deformed

¬

Ryc. 5. Diagram konturowy po³o¿enia warstw w wybranej dome-nie wraz ze schematycznym przekrojem przez fa³d I rzêdu (Jawo-rze, p³aszczowina magurska — lokalizacja na ryc. 2 i 4). PcE — ³upki pstre (paleocen–eocen); CrP — piaskowce i ³upki — war-stwy ropianieckie (senon–paleocen); PcE — ³upki pstre (pale-ocen–eocen); Eh — piaskowce cienko³awicowe i ³upki — warstwy hieroglifowe (eocen); Em — piaskowce grubo³awicowe i ³upki — warstwy magurskie (eocen)

Fig. 5. An example of contour diagram with bed orientation (Jaworze, Magura Nappe — for location see Figs. 2 and 4); PcE — variegated shales (Paleocene–Eocene); CrP — sandstones and shales — Ropianka Beds (Senonian-Paleocene); PcE — variega-ted shales (Paleocene-Eocene); Eh — thin-bedded sandstones and shales — Hieroglyphic Beds (Eocene); Em — thick bedded sandstones and shales — Magura Beds (Eocene)

literatury próby odtwarzania po³o¿eñ osi fa³dów na podsta-wie interpretacji podobnych diagramów (Rauch, 1999).

Wreszcie, w dalszej interpretacji nie by³y brane pod uwagê domeny — odcinki fa³dów I rzêdu, w których rysu-nek izoliniowy na diagramach konturowych by³ „rozlany” po ca³ym obszarze siatki, i gdzie stwierdzano obecnoœæ kil-ku/kilkunastu maksimów o bardzo niewielkich warto-œciach procentowych (ryc. 6E i F). Brak uporz¹dkowania po³o¿eñ warstw w tych domenach oznacza, ¿e zachowane fragmenty fa³dów s¹ na tyle zdeformowane przez ró¿ne, niemo¿liwe do okreœlenia czynniki, i¿ nie mo¿na w nich wyznaczyæ po³o¿enia osi.

Rekonstrukcja kierunków g³ównego naprê¿enia poziomego

Wyznaczenie kierunków osi g³ównych naprê¿eñ na diagramach opiera³o siê na za³o¿eniu, ¿e formowanie fa³dów w Karpatach Zewnêtrznych by³o zapocz¹tkowywa-ne w warunkach prostej kompresji horyzontalzapocz¹tkowywa-nej i konty-nuowane pod wp³ywem pary si³ w p³aszczyŸnie pionowej (Mastella, 1988; Fodor i in., 1999). W tych warunkach oœ naprê¿enia najwiêkszegos1 by³a pozioma. Oœ naprê¿enia poœredniegos2by³a równie¿ pozioma i jednoczeœnie pro-stopad³a dos1, a jej po³o¿enie pokrywa³o siê z kierunkami osi powstaj¹cych fa³dów. Oœ naprê¿enia najmniejszegos3 zajmowa³a po³o¿enie pionowe (ryc. 5). Kierunki

naprê-¿enia s1 wyznaczone w s¹siednich domenach czêsto

wyraŸnie siê ró¿ni³y (ryc. 7) co sprawia³o, ¿e na tej podsta-wie trudno by³o okreœliæ kierunki regionalnej kompresji. Dlatego wartoœci azymutóws1przypisane œrodkom domen o okreœlonych wspó³rzêdnych zosta³y w dalszej kolejnoœci przetworzone wielomianem drugiego stopnia na obraz izo-liniowy — mapê trendu azymutóws1(ryc. 8).

Powierzch-nie trendu liczono wielomianem drugiego stopnia za

pomoc¹ programu RESICAL autorstwa Krzysztofa

Nowickiego zaœ program SURFER pozwoli³ na jej graficz-ne przedstawienie. Izolinie naprê¿enias1wskazuj¹ miejsca w których osie fa³dów, formowanych sukcesywnie w kie-runku brzegu p³aszczowiny (Pescatore & Œl¹czka, 1984; Price & Cosgrove, 1990 — fig. 10.41) maj¹ taki sam bieg co oznacza, ¿e poddane by³y tak samo skierowanemu g³ównemu naprê¿eniu poziomemu.

Kierunki naprê¿enia g³ównegos1, bêd¹ce pochodn¹ zrekonstruowanych kierunków osi fa³dów w analizowa-nych domenach, wyznaczoanalizowa-nych w polskim odcinku p³asz-czowiny œl¹skiej i magurskiej, uk³adaj¹ siê wachlarzowato, rozbie¿nie ku pó³nocy (ryc. 7). W œrodkowej czêœci ³uku karpackiego, w strefie jego najwiêkszego wygiêcia ku pó³nocy, dominuj¹ce kierunkis1maj¹ przebieg po³udniko-wy (ryc. 7). We wschodnim fragmencie p³aszczowiny odchylaj¹ siê one ku wschodowi, natomiast na zachodzie — na zachód.

Wyj¹tek stanowi jedynie skrajnie zachodni fragment p³aszczowiny magurskiej gdzie osie naprê¿enias1, wbrew ogólnej tendencji, przyjmuj¹ po³o¿enie bardziej zbli¿one do N–S.

Tê anomaliê nale¿y jednak traktowaæ z du¿¹ doz¹ ostro¿noœci gdy¿ kierunki osi naprê¿enias1w tym rejonie wyznaczone zosta³y w g³ównej mierze w oparciu o analizê diagramów z domen nie spe³niaj¹cych warunku cylin-drycznoœci (ryc. 7).

Rekonstrukcja powierzchni trendu na podstawie fa³dów cylindrycznych

Obrazy izoliniowe pozwalaj¹ na znacznie precyzyj-niejsze wnioski. Na mapie trendu naprê¿enia s1(ryc. 8)

Kraków Zakopane Cieszyn Przemyœl Dunajec Raba Wis³a Wis³oka

osie fa³dów cylindrycznych

axes of cylindrical folds

osie wybranych fa³dów niecylindrycznych

axes of selected noncylindrical folds

osie naprê¿enias w fa³dach cylindrycznych s1 1

axes of stress in cylindrical folds

osie naprê¿enias w wybranych fa³dach niecylindrycznych s1 1

axes of stress in selected noncylindrical folds

inne jednostki tektoniczne w Karpatach zewnêtrznych

other tectonic units in Outer Carpathians

inne jednostki tektoniczne w Karpatach wewnêtrznych

other tectonic units in Inner Carpathians

S

M

25km PIENIÑSKI

PAS SKA£KOWY

PIENINY KLIPPEN BELT

N

Ryc. 7. Rozk³ad kierunków osi fa³dów i osi naprê¿enias1wyznaczonych w wybranych domenach (odcinkach fa³dów I rzêdu) w obrêbie

p³aszczowiny œl¹skiej i magurskiej S — p³aszczowina œl¹ska, M — p³aszczowina magurska

Fig. 7. Distribution of the fold axes and axes of thes1stress estimated for the selected domains (parts of I order folds) in the Silesian and

przebiegi izolinii naprê¿enias1w p³aszczowinie œl¹skiej wykazuj¹ du¿¹ zmiennoœæ. W jej zachodniej czêœci maj¹ przebieg WNW–ESE natomiast na wschód od linii Kraków –Zakopane izolinie zmieniaj¹ kierunki od NW–SE przy nasuniêciu magurskim do NNE–SSW a miejscami nawet

NE–SW przy nasuniêciu œl¹skim. Wartoœci azymutóws1

wzd³u¿ rozci¹g³oœci tej p³aszczowiny konsekwentnie zmieniaj¹ siê od 350o na zachodzie do 25o na krañcu wschodnim (ryc. 8).

Tymczasem izolinie naprê¿enia s1 w obrêbie niemal ca³ej p³aszczowiny magurskiej maj¹ w poprzek p³aszczo-winy przebiegi z SW na NE (ryc. 8), z delikatn¹ tendencj¹ do skrêcania na N. Wartoœci azymutóws1konsekwentnie zmieniaj¹ siê z zachodu na wschód od oko³o 345o do 35o (ryc. 8).

Rekonstrukcja powierzchni trendu na podstawie fa³dów cylindrycznych i wybranych niecylindrycznych

Przebieg izolinii azymutów naprê¿enias1jest w tym przypadku bardzo podobny do wyników uzyskanych wy³¹cznie na podstawie odcinków fa³dów cylindrycznych (ryc. 8). Izolinie uzyskane t¹ drog¹ s¹, w stosunku do izoli-nii o identycznych wartoœciach, wyznaczonych z fa³dów cylindrycznych, nieco przesuniête ku wschodowi we wschodnich fragmentach p³aszczczowin, a ku zachodowi we fragmentach zachodnich. Im bli¿ej brzegów p³aszczo-win tym wiêksze s¹ rozbie¿noœci w przebiegu izolinii, zw³aszcza w p³aszczowinie magurskiej. Ró¿nice w war-toœciach azymutu naprê¿enia s1, wyznaczonego jedn¹ i drug¹ metod¹, s¹ najwiêksze przy nasuniêciu magurskim, w strefie jego najwiêkszego wysuniêcia na pó³noc, aczkol-wiek nie przekraczj¹ 6o(ryc. 8). Generalnie jednak ró¿nice te osi¹gaj¹ wartoœæ 2–3o— s¹ wiêc bliskie wartoœci b³êdu pomiarowego.

Jak wczeœniej wspomniano, w skrajnie zachodniej czêœci p³aszczowiny magurskiej, przebieg wyznaczonych osi fa³dów, a w konsekwencji izolinii azymutów s1jest inny ni¿ w pozosta³ej czêœci tej p³aszczowiny. Izolinie bie-gn¹ tam z SE na NW, a nie z SW na NE (ryc. 8). Niestety nie mo¿na stwierdziæ czy anomalia ta stanowi regionaln¹ prawid³owoœæ. Na tym obszarze brakuje bowiem wiary-godnego materia³u porównawczego — kierunków osi fa³dów i izolinii naprê¿enias1wyznaczonych na podstawie cylindrycznych odcinków fa³dów (ryc. 7, 8).

Rekonstrukcja pola naprê¿eñ

Wiarygodnoœæ wyników rekonstrukcji paleonaprê¿eñ w obu badanych p³aszczowinach, a uzyskanych z analizy cylindrycznych odcinków fa³dów I rzêdu (Szczêsny, 2003a) zosta³a potwierdzona rezultatami podobnych badañ opartych na analizie przedfa³dowych spêkañ ciosowych i pofa³dowych uskoków (Mastella i in., 1997; Mastella, 1988; Zuchiewicz & Henkiel, 1993; Mastella & Szynkaruk, 1998; Zuchiewicz, 1998; Mastella & Zuchiewicz, 2000; Rubinkiewicz, 2000; Konon, 2001; Mastella & Konon, 2002). Kierunki najwiêkszego naprê¿enia poziomegos1 odtworzonego w obu badanych p³aszczowinach, maj¹, we wszystkich cytowanych interpretacjach, formê wachlarza rozwartego ku pó³nocy. Stopieñ rozwarcia tego wachlarza jest ró¿ny dla obu p³aszczowin.

Wnioski

Przeprowadzone w niniejszym artykule porównanie rezultatów analizy baz danych stworzonych wy³¹cznie z odcinków fa³dów cylindrycznych oraz z fa³dów cylin-drycznych uzupe³nionych o wybrane fragmenty fa³dów niecylindrycznych dowodzi, ¿e wyniki obu analiz nie ró¿ni¹

Kraków Cieszyn Przemyœl Zakopane

S

M

PIENINY KLIPPEN BELT

N 340° 350° 350° 350° 0° 350° 350° 350° 340_° 0° 0° 0_° 10° 10° 0° 20_° 20° 30° 10° 10° 30° 40° 20° 20° 30° 0°

izolinie azymutów naprê¿enia wyznaczone z fa³dów cylindrycznych

isolines of the stress azimuths estimated from cylindrical folds

s

s1 1

osie naprê¿enias₁

stress axes

s1

izolinie naprê¿enia wyznaczone z fa³dów cylindrycznych i wybranych niecylindrycznych

isolines of the stress azimuths estimated from cylindrical and selected noncylindrical folds

s s1 1

inne jednostki tektoniczne w Karpatach zewnêtrznych

other tectonic units in Outer Carpathians

inne jednostki tektoniczne w Karpatach wewnêtrznych

other tectonic units in Inner Carpathians 350°

340°

Ryc. 8. Powierzchnia trendu azymutów najwiêkszego naprê¿enia poziomegos1S — p³aszczowina œl¹ska, M — p³aszczowina magurska

siê miêdzy sob¹ w sposób znacz¹cy. Mo¿na zatem pokusiæ siê o sformuowanie kilku wniosków praktycznych.

Zastosowanie metod statystycznych do analizy po³o¿e-nia warstw w skrzyd³ach fa³dów I rzêdu prowadzi do

wia-rygodnych wniosków dotycz¹cych odtworzenia

kierunków osi tych struktur, a na tej podstawie rekonstruk-cji naprê¿eñ fa³dotwórczych na wysokim poziomie uogól-nienia — pozwala na interpretacje regionalne. Powy¿sze badania wymagaj¹ jednak dysponowania bardzo liczn¹ baz¹ danych, pogrupowanych w domeny odpowiadaj¹ce tektonicznie jednorodnym odcinkom fa³dów. Dalsza ana-liza powinna byæ prowadzona w zasadzie wy³¹cznie na podstawie diagramów konturowych, z odcinków fa³dów spe³niaj¹cych warunek cylindrycznoœci lub subcylindrycz-noœci. Wydajê siê jednak, ¿e do rekonstrukcji przebiegu osi fa³dów I rzêdu oraz regionalnego uk³adu osi najwiêkszego naprê¿enia poziomegoF1dopuœciæ mo¿na, w ograniczo-nym zakresie, tak¿e wybrane fragmenty fa³dów niecylin-drycznych. W tym jednak przypadku musi byæ spe³nionych kilka warunków:

— na diagramie konturowym fragmentu fa³du niecy-lindrycznego, spoœród kilku maksimów, dwa musz¹ mieæ znacz¹ce udzia³y procentowe i mo¿na przez nie poprowa-dziæ ³ukp;

— kierunek osi fa³du ustalony na tej podstawie nie odbiega w ra¿¹cy sposób od kierunków osi odtworzonych w s¹siednich domenach bêd¹cych fragmentami fa³dów cylindrycznych;

— przy wyznaczaniu powierzchni trendu, dane o kie-runkach osi fa³dów w odcinkach niecylindrycznych, mog¹ byæ u¿yte jedynie jako uzupe³nienie pomiêdzy domenami w których fa³dy s¹ ewidentnie cylindryczne;

— interpretacje przebiegu osi fa³dów, a co za tym idzie naprê¿enias1na du¿ych obszarach, nie mog¹ byæ oparte wy³¹cznie na podstawie interpretacji domen odpowia-daj¹cych niecylindrycznym odcinkom fa³dów.

Niniejsza praca zosta³a wykonana w ramach grantu uniwer-syteckiego BW-1607/05.

Autor pragnie w tym miejscu podziêkowaæ Panu Prof. dr hab. Leonardowi Mastelli za dyskusjê, a recenzentom za s³uszne uwagi.

Literatura

ALEKSANDROWSKI P. 1989 — Geologia strukturalna p³aszczowiny magurskiej w rejonie Babiej Góry. Stud. Geol. Pol., 46: 1–140. BUGA£A J., GUZIK O., S£OWAÑSKA B. & ROSTKOWSKA W. 1977 — Instrukcja opracowania i wydania Szczegó³owej Mapy Geolo-gicznej Polski w skali 1:50 000.

BURTAN J. & SOKO£OWSKI S. 1952 — Mapa tektoniczna Karpat Pó³nocnych 1:500 000. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 8. Wyd. Geol. DADLEZ R. & JAROSZEWSKI W. 1994 — Tektonika. Wydawnic-two Naukowe PWN.

DUBEY A.K. & COBBOLD P.R. 1977 — Noncylindrical flexural slip folds in nature and experiment. Tectonoph., 38: 223–239.

FODOR L., CSONTOS L., BADA G., GYRFI I. & BENKOVICS L. 1999 — Tertiary tectonic evolution of the Pannonian Basin system and neighbouring orogens: a new synthesis of palaeostress data. [W:] Durband B. i in.(red.) —The mediterranean Basins: Tertiary Extension with the Alpine Orogen. Geol. Soc. London Spec. Publ., 156: 295–334. GUZIK K. & PO¯ARYSKI W. 1950 — Fa³d Biecza (Karpaty œrodko-we). Biul. Pañstw. Inst. Geol., 53.

JAROSZEWSKI W. 1972 — Drobnostrukturalne kryteria tektoniki obsza-rów nieorogenicznych na przyk³adzie pó³nocno-wschodniego obrze¿enia mezozoicznego Gór Œwiêtokrzyskich. Stud. Geol. Pol., 38: 1–187. JAROSZEWSKI W. 1980 — Tektonika uskoków i fa³dów. Wyd. Geol. KONON A. 2001 — Tectonics of the Beskid Wyspowy Mountains (Outer Carpathians, Poland). Geol. Qarter., 45: 179–204.

KORPUT A. 1999 — Algorytm konwersji klasycznego zapisu po³o¿e-nia p³aszczyzn geologicznych na wymagany przez oprogramowanie komputerowe. Prz. Geol., 47: 623–624.

KSI¥¯KIEWICZ M. 1958 — Stratygrafia serii magurskiej w Beski-dzie Œrednim. Biul. Pañstw. Inst. Geol., 153. Z badañ geologicznych w Karpatach, 3: 43–96.

KSI¥¯KIEWICZ M. 1972 — Budowa geologiczna Polski, Tom IV , Tektonika cz. 3, Karpaty. Wyd. Geol.

MASTELLA L. 1988 — Budowa i ewolucja strukturalna okna tekto-nicznego Mszany Dolnej, polskie Karpaty fliszowe. Ann. Soc. Geol. Pol., 58: 53–173.

MASTELLA L. & KONON A. 2002 — Jointing in the Silesian Nappe (Outer Carpathians, Poland) — paleostress reconstruction. Geol. Car-pathica, 53: 315–325.

MASTELLA L. & SZYNKARUK E. 1998 — Analysis of the fault pat-tern in selected areas of the Polish Outer Carpathians. Geol. Quart., 42): 263–276.

MASTELLA L., ZUCHIEWICZ W., TOKARSKI A. K., RUBINKIEWICZ J., LEONOWICZ P. & SZCZÊSNY R. 1997 — Application of joint analysis for paleostress reconstructions in structurally complicated settings: Case study from Silesian nappe, Outer Carpathians (Poland). Prz. Geol., 45: 1064–1066.

MASTELLA L. & ZUCHIEWICZ W. 2000 — Jointing in the Dukla Nappe (Outer Carpathians, Poland): an attempt a palaeostress recon-struction. Geol. Quarter., 44: 377–390.

NOWAK J. 1927 — Zarys tektoniki Polski. II Zjazd S³owiañskich Geografów i Etnografów w Polsce. Kraków.

PAUL Z. 1991— Szczegó³owa Mapa Geologiczna Polski, 1:50 000, Arkusz Grybów. Wyd. Geol.

PESCATORE T. & ŒL¥CZKA A. 1984 — Evolution models of two flysh basins: the Northern Carpathians and the Southern Apeninnes. Tectonophysics, 106: 49–70.

PRICE N.J. & COSGROVE J.W. 1990 — Analysis of Geological Structures. Cambridge Univ. Press.

RAMSAY J.G. & HUBER M.I. 1987 — The techniques of modern struc-tural geology. Vol. 2, Folds and Fractures. Academic Press Ltd. London. RAUCH M. 1999 — Pofa³dowa dyspersja kierunków w strefie wygiêcia p³aszczowiny œl¹skiej w rejonie doliny Dunajca. Prz. Geol., 47: 187–193. RUBINKIEWICZ J. 1998 — Rozwój spêkañ ciosowych w p³aszczowi-nie œl¹skiej w okolicach Baligrodu (Bieszczady Zachodp³aszczowi-nie — Karpaty zewnêtrzne). Prz. Geol., 46: 820–826.

RUBINKIEWICZ J. 2000 — Development od fault pattern in the Silesian Nappe: Eastern Outer Carpathians, Poland. Geol. Quater., 44: 391–403. RY£KO W. 1992 — Litostratygrafia p³aszczowiny magurskiej w pó³nocno-wschodniej czêœci Beskidu ¯ywieckiego (Karpaty zewnêtrz-ne). Biul. Pañstw. Inst. Geol., 368: 37–64.

SOKO£OWSKI S. 1954 — Mapa Geologiczna Karpat Polskich (czêœæ zachodnia). Skala 1:200 000. Wyd. Geol.

SZCZÊSNY R. 2003a — Reconstruction of stress directions in the Magura and Silesian Nappes (Polish Outer Carpathians) based on ana-lysis of regional folds. Geol. Quarter., 47: 289–298.

SZCZÊSNY R. 2003b — Stress directions in the eastern part of Sile-sian Nappe (Polish Outer Carpathians), reconstructed from the second order folds. Ann. Soc. Geol. Pol., 73: 91–101.

ŒWIDERSKI B. 1952 — Z zagadnieñ tektoniki Karpat pó³nocnych. Pr. Inst. Geol., 8: 1–109.

ŒWIDZIÑSKI H. 1958 — Mapa Geologiczna Karpat Polskich (czêœæ wschodnia). Skala 1:200 000. Wyd. Geol.

ŒWIDZIÑSKI H. 1973 — Z badañ geologicznych w Karpatach. Pr. Geol., 80: 1–109.

TOKARSKI A.K. 1975 — Structural analysis of the Magura Unit between Kroœcienko and Zabrze¿ (Polish Flysch Carpathians). Ann. Soc. Geol. Poln., 45: 327–359.

WÊC³AWIK S. 1969 — Budowa geologiczna p³aszczowiny magurskiej pomiêdzy Uœciem Gorlickim a Tyliczem. Pr. Geol. PAN, 59: 1–101. WILSON E.B. 1968 — Wstêp do badañ naukowych. PWN. ZUCHIEWICZ W. 1984 — The late Neogene–Quaternary tectonic mobility of the Polish West Carpathians a case study of the Dunajec drainage basin. Ann.Soc. Geol. Pol., 54: 132–189.

ZUCHIEWICZ W. 1997 — Reorientacja pola naprê¿eñ w polskich Karpatach zewnêtrznych w œwietle wstêpntch wyników analizy ciosu. Prz. Geol., 45: 105–109.

ZUCHIEWICZ W. 1998 — Cenozoic stress field and jointing in the Outer West Carpathians, Poland. J. Geodynamics, 26: 57–68. ZUCHIEWICZ W. & HENKIEL A. 1993 — Orientacja póŸnokredo-wych naprê¿eñ tektonicznych w œwietle analizy pomiarów spêkañ cioso-wych w SE czêœci Karpat polskich. Ann. Univ. M. Curie-Sk³odo-wskiej, 48: 311–348.

¯YTKO K., GUCIK S., RY£KO W., OSZCZYPKO N., ZAJ¥C R., GARLICKA I.,NEMÈOK J., ELIÁŠ M., MENÈIK E., DVOØÁK J., STRÁNIK Z., RAKUS M. & MATEJOVSKA O. 1989 — Geological Map of the Western Outer Carpathians and their foreland without Quaternary formations. Scale 1:500 000. [W:] Geological Atlas of the Western Outer Carpathians and their Foreland (red: D. Poprawa and J. Nemèok). Pañstw. Inst. Geol., Wyd. Geol.