Badania paleomagnetyczne osadów kambru z otworów Goczałkowice IG 1 i Sosnowiec IG 1 (Górny Śląsk)

Kwartalnik Geologiczny, t. 34, nr 3, 1990 r., str.535 - 550

Jerzy NAWROCKI

Badania paleomagnetyczne osad6w kambru z otwor6w Goczalkowice IG 1 i Sosnowiec IG 1

(G6rny SI1lsk)

W efekcie analizy paleomagnetycznej stwierdzono, ze conajmniej w srodkowym kambrze G6my SlllSk . znajdowaf sic; w obrc;bie wysokich (okolo 60") paleoszerokoSci geograficznych. Wysokie inklinacje otrzymane z pr6b srodkowokambryjskich nie odbiegajCl od paleonklinacji wyznaczonych dla skaf kambru i dolnego ordowiku Masywu ArmOlykanskiego oraz poludniowej czC;Sci G6r Swic;tokrzyskich. Wt6me skladowe na- magnesowania uttwalone w hematytowym spoiwie piaskowc6w i mufowc6w przemawiajCl za p6iniejsZCl (najprawdopodobniej karbonskCl) rotacjCl badanego obszaru.

WPROWADZENIE

Prekambryjski metamorfik masywu

g6rnoSl~skiego

(MG) ograniczony strefami ro- zlamowymi (fig. 1)

pokrywaj~ zalegaj~ce

z niewielkimi upadami klastyczne osady kam- bru oraz prawdopodobnie najniZszego ordowiku (Z. Kowalczewski i in., 1984).

Nast~pnym

osadem w profilu paleozoicznym'

s~

tu dopiero piaskowce emsu (E. Tur- nau, 1974). Mlodsze ogniwa dewonu oraz karbon dolny wyksztalcone

s~

w postaci utwor6w asocjacji

w~glanowej,

przy czym w wizenie

wyst~puj~

r6wniez klastyczne osady asocjacji fliszowej (A. Kotas, 1982). Utwory karbonu g6rnego to przede wszy- stkim klastyczne osady molasy wWonosnej.

Paleozoiczna pozycja paleogeograficzna oraz paleotektoniczna MG jest do dzisiaj

przedmiotem dyskusji. Wedlug

pogl~d6w

S. Bukowego (1982) MG jest fragmentem

orogenu dobudowanego do Moldanubikum w wyniku orogenezy kadomskiej. J. Znos-

ko (1983) uWaZa, ze MG spelnial w kaledonidach

rol~

oporowego masywu sr6d- lub

mittdzyg6rskiego. Niekt6rzy geolodzy (Z. Kowalczewski i in., 1984)

s~jednak

zdania, ze

0'--_ _ 2 ... 5_---'5 ... 0 _ _ 1 .... ~ .. _

..::..

BRUNNIA-:" :-

SISIIIIlilC IS I 81 e

m d

d

GICl.tb,iCl 1& I .

b

~I

^a

Fig. 1. Schematyczna mapa strukturalna masywu gornosl<lskiego (wedlug A. Kotasa, 1982, uproszczona) z lokalizacj<l badanych otworow

1 - rozlamy pierwszego rz~du ograniczaj<lce masyw; 2 - rozlamy drugiego rz~du cokolu masywu; 3 - zwroty ruchow przesuwczych; a - kompleks skal metamorficznych, b - intruzja zasadowych skat magmowych, c - czerwone piaskowce skolitusowe, d - szare piaskowce i mulowce, e - jasnoszare zlepierice i piaskowce Schematic structural map of the Upper Silesian Massif (after A. Kotas, 1982, simplifield) with location of boreholes

1 - primary fractures limiting the massif; 2 - secondary fractures of massif socle; 3 - turns of displacement movements; a - complex of metamorphic rocks, b - intrusion of alcalic rocks, c - red scolithous sandstones, d - grey sandstones and mudstones, e -light-grey conglomerates and sandstones

orogeneza kaledonska objtt1a ten obszar. Zdaniem C. Haranczyka (1988) w g6rnym

sylurze w wyniku orogenezy kolizyjnej nast£lpilo trwale spojenie masywu g6rnosl£lskie-

go z masywem malopolskim. Wyniki badan stopnia zmian termicznych akritarch z

terenu MG wskazuj£l na niski stopien przeobrazenia skal kambryjskich, co wyklucza

jakiekolwiek zaangazowanie termo- czy dynamomorficzne w kaledonidach (W. Bro-

chwicz-Lewinski i in., 1986). Autorzy ci twierdz£l ponadto, ze MG zostal przetranspor-

towany na obecn£l pozycjtt w wyniku ruch6w odpowiedzialnych za rozbicie orogenu

waryscyjskiego. W. Bogacz i J. Krakowski (1981) oraz A. Kotas (1982) wskazuj£l na

znaczu£l mobilnosc poszczeg61nych element6w (kier) MG w epoce waryscyjskiej, co

wynikalo ze znacznej, lewoskrtttnej rotacji calego MG.

Badania paJeomagnetyczne osad6w k~mbru ... 537

METODYKABADAN

Prob((

paleomagnetyczn~

stanowil zbior pr6bek otrzymanych z jednego fragmentu rdzenia wiertniczego. Tam, gdzie to bylo moZliwe, starano si(( zachowac

wzajemn~

orientacj((

przestrzenn~

poszczegolnych fragment6w rdzenia. Ponadto oczekiwano, ze na ogol elementem

koreluj~cym

przestrzennie pr6by bttdzie upad lawic. Do sprawdze- nia prawidlowosci orientacji

strop-sp~

wykorzystano CZf(sto wystf(puj'lce wskainiki sedymentologiczne.

Natf(zenie skladowych naturalnej pozostalosci·magnetycznej (NRM) mierzono za pomoc'l magnetometru rotacyjnego lR-4. Dla okreSlenia struktury namagnesowania poszczegolnych pr6bek przeprowadzono stopniowe termiczne rozmagnesowanie w piecu izolowanym od wpJ:ywow zewn((trznego pola magnetycznego za pomoc~ wielo- warstwowego ekranu permalojowego.

Obliczenia statystyczne (w tym analizf( wieloskladnikowv wykonano za

pomoc~

programu komputerowego J.L. Kirschvinka (1980). Wobec hraku wzajemnego

powi~­

zania przestrzennego mi((dzy poszczegolnymi grupami prob, inklinacje srednie dla danego otworu liczono za

pomoc~

klasycznych metod statystyki matematycznej (z oczywistych wzglf(dow nie mozna tu bylo stosowac zasad analizy statystycznej na sferze). Do analizy nosnikow namagnesowania stosowano metody petrografii optycz- nej.

W celu zbadania mechanizm6w utrwalenia niskostabilnych skladowych namagne- sowania wykonano test laboratoryjny. Polegal on na obserwacji zmiany polozenia wektora NRM, zawartego w probce poddanej dlugotrwalemu ogrzewaniu w tempera- turze zblizonej do temperatury

panuj~cej

w srodowisku skalnym na gl((bokosci jej pobrania. Probki nie izolowane od zewnf(trznego pola geomagnetycznego byly zorien- towane w kierunku polnocy magnetycznej.

KAMBR DOLNY

Z

OTWORU GOCZALKOWICE IG 1

Z

czerwonych piaskowcow i mulowcow skolitusowych, zaliczanych do poziomu subholmiowego (S. Orlowski, 1975), pobrano 9 pr6b, ktore pochodzily z trzech, niesko- relowanycltprzestrzennie odcinkow rdzenia. Pozostale pr6by pobrano z dwoch odcin- kow rdzenia,

zawieraj~cych

szare piaskowce drobnoziarniste. Skaly te wchodz'l w sklad wydzielonej przez A. Kotasa (1982) serii mulowcowej z trylobitami.

Badania mikroskopowe w swietle

przechod~cym

i odbitym wykazaly w czerwo- nych piaskowcach -i mulowcach skolitusowych trzy generacje hematytu: skrytokrysta- liczny pigment, hematyt

pochodz~cy

z rekrystalizacji pigmentu oraz hematyt

pochod~cy

najprawdopodobniej z rekrystalizacji struktur framboidalnych.

Wyniki stopniowego rozmagnesowania termicznego tych skal (do temperatur 660-

690°C) uwidocznily bardzo zlozony charakter NRM (fig. 2). Wektory

pocz~tkowe

oraz

wektory

pocz~tkowe

odjttte (O-200°C)

grupuj~

si(( na sferze na ogol w miejscach

0

0.5

200

b

270

V.Z

(.,)

400

180 600

-3

'1\

0.5

200

V.Z •

( nT) 5-

-2

400

c

270

r

y

1 X(.,) -1

-1

'l-~nI ••

^G4-'

0.5 \

~ .. ^{.. --.}

600 200 400

90

180

Badania paleomagnetyczne osadow kambru ... 539

inklinaeji zblizonej do wsp6lczesnej (fig. 2b). Fakt ten ma miejsee w calej kolekeji pr6b kambryjskich.

Niskostabilna skladowa NRM nie ma eharakteru skladowej lepkiej (indukeyjnej), poniewaz kierunek takiej skladowej , utrwalonej podezas kilkunastoletniego lezakowa- nia rdzeni w pozyeji horyzontalnej, bylby inny (mialby inklinaeje ok. 30°). Przeprowa- dzony test Iaboratoryjny . (fig. 3) wydaje

si~

wskazywac, ze skladowa niskostabilna utrwalila

si~

w wyniku dlugotrwalego dzialania podwyZszonej temperatury (bye moze i eisnienia), kt6ra panowala pod co najmniej 3-kilometrowym nadkladem skalnym.

Wektor NRM zawarty w szaryeh piaskoweaeh drobnoziarnistyeh w trakcie podgrzewa- nia pr6bki zorientowanej w kierunku p6lnoey magnetyeznej szybko przemieszeza

si~

na sferze w okoliee

0 wsp6lrz~dnyeh

zblizonyeh do wektora wsp6lczesnego pola geo- magnetyeznego, natomiast wektor NRM zawarty w pr6bee ezerwonyeh piaskowe6w skolitusowyeh przemieszeza

si~

w tym kierunku bardzo powoli (fig. 3). Laboratoryjna skala ezasu jest tu wyrainie niewystarezaj<}ea lub pr6bka rna znaezn<}

anizotropi~

pozyskania pozostalosei magnetyeznej, co jest

ez~sto

notowane w skalaeh zawierajq- eyeh hematyt krystaliezny (J.P. Hodyeh i in., 1985). Za pierwsz<} rnozliwosci<} przema:.

wia fakt, ze wyznaezone wektory dodane lez<} w pobliZu kierunku wsp6lezesnego pola (fig. 3).

POwyZsze dane pozwalaj<} s<}dzie, ze niskostabilna skladowa namagnesowania bada- nyeh skal jest najprawdopodobniej najmlodsz<} (kenozoiezn<}) skladowq lVRM, utrwa- . lonq w efekcie podwyzszonyeh temperatur dzialajqeyeh pod kilkukilometrowym

nadkladem skalnym.

Na skutek silnego przemagnesowania w ezerwonyeh piaskoweaeh i muloweaeh skolitusowyeh utrwalily

si~

bardzo wyraznie wt6rne (srednio- i wysokotemperaturowe)

Fig. 2. CharaktetyStyka paleomagnetyczna prob piaskowcow skolitusowych kambru z otworu Goczalkowice IG 1

a - diagramy ortogonalne (rzuty, otrzymanych z biegiem rozmagnesowania, poziomych i pionowych sklado- wych NRM) oraz krzywe rozmagnesowania (wykresy zmian stosunku nav;zenia namagnesowania 1 do natcrzenia namagnesowania pocz'ltkowego 10 z biegiem rozmagnesowania termicznego); b - projekcje stereograficzne kierunkow paleomagnetycznych wydzielonych w okreslonych temperaturach (przedzialach , temperatur); c - przebieg zmian poIozenia na sferze kierunkow paleomagnetycznych otrzymanych z biegiem rozmagnesowania termicznego prob GIA i GIC; 1-kierunki paleomagnetyczne w ukladzie wspolczesnym (a) i dawnym (b); 2 - kierunki paleomagnetyczne odjcrte w ukladzie wsp61czesnym (a) i dawnym (b); 3- wektory pocz'ltkowe odjcrte; symbole otwarte oznaczaj'l kierunki poIozone na gornej p6lsferze ,rzutow, tzn.

maj'lce inklinacjcr ujemn'l

Palaeomagnetic characteristic of the Cambrian scolithous sandstone samples from the Goczalkowice IG 1 borehole

a - orthogonal diagrams (projections obtained with course of demagnetization of horizontal and vertical NRM components) and demagnetization CUlVes (diagrams of changes of the ratio of intensity of magnetiza-

tion 1 to intensity of initial magnetization 10 in the course of thermal demagnetization); b - stereographic projections of palaeomagnetic directions distinguished in determined temperatures (temperature intelVals);

c - course of changes of locations on the sphere of palaeomagnetic directions obtained with course of thermal demagnetization of the samples GIA and GIC; 1-palaeomagnetic directions in site coordinates (a) and ancient coordinates (b); 2 - palaeomagnetic substracted directions in site coordinates' (a) and ancient coordinates (b); 3 - initial - substracted vectors; open symbols indicate directions lain on the upper half -sphaere of projections, i.e. having a negative inclination

180

t-jo

^probe

..

^S

b

pr6ba .. G

3

330°c 10 .. 3.1nT

2/3

1.6 2;l

1.4 1.8

1.4

08+---~--~--~~~~--·-'i--~---ri--~~ Q6~--r--~---'i--~--~ __ ~ __ ~--'

o

10 20 30 .""'.,.... 0 10 20

w"raewa"ia/h/

w, , . . . ia /ttl

Fig. 3. Wyniki testu odtwarzaj<}cego proces uttwalania niskostabilnych skladowych NRM w piaskowcach kambryjskich Z otwor6w Goczalkowice IG 1 i Sosnowiec IG 1

90

Badania paleomagnetyczne osadow kambru ... 541

kierunki

0

nie odbiegaj,!cych zbytnio od siebie-n,iskich inklinacjach, jednako. deklinac- jach zawartych w blisko 6O-stopniowym przedziale zromicowania (fig. 2b). W

cz~sci

pr6b, w najwyZszych temperaturach (660-680°C) wydzielono kierunki

0

inklinacji zbli- zonej do wspolczesnej, lecz lei'lce generalnie w przeciwnej, irlZ kierunki nisko.- i srednio.stabilne, cwiartce dolnej polsfery rzutow.

Inaczej niz w pr6bach piaskowc6w i mulowc6w skolitusowych zachowal

si~

z bie- giem rozmagnesowywania wektot NRM w probach szarych piaskowc6w drobnoziarnis- tych (fig. 4). W temperaturze rozmagnesowania o.k. 400°C nat«zenie namagneso.wania bylo na ogol juz nizsze o.d czulosci stoso.wanej aparatury pomiarowej. Slabe

nat~zenie

namagnesowania tych skal nale±}' wi,!zac z

wyst~puj,!cym

tu w Sladowych ilosciach magnetytem. Wydzielo.ne kierunki charakterystyczne maj,! podo.bn,!

charakterystyk~

jak wysokotemperaturo.we kierunki otrzymane w poprzedniej grupie pr6b. Charakte- ryzuje je stosunkowo wysoka, dodatnia inklinacja oraz S,! one rowniez polozone w przeciwnej, niz wektory pocz'!tkowe i Po.cz'!tkowe

odj~te,

cwiartce dolnej p61sfery rzutow.

Kierunki

0

niskich inklinacjach, zapisane w czerwonych piaskowcach i mulowcach skolitusowych, utrwalily

si~

zapewne wwyniku postsedymentacyjnej hematytyzacji o.sa- d6w kambryjskich. Nosnikiem namagnesowania jest tu najprawdoPo.do.bniej pigment hematytowy oraz hematyt pochodz,!cy z jego rekrystalizacji, ktore powstaly zapewne z wodorotlenkow zelaza, na drodze ich

wgl~bnej

(pogr,!zeniowej) diagenezy (J.P. Ho- dych i in., 1985). Za t'! hipotez,! przemawia

wyst~powanie

hematytu tak powszechne tylko w okreSlonym, w,!skim przedziale profilu klastycznych osad6w kambru.

Na

uwag~

zasluguje fakt, ze przy podobnych, podrownikowych inklinacjach o.ma- wiane wtorne kierunki romi,!

'si~

wyrainie wartosciami

wzgl~dnej

deklinacji. Prawidlo.- wosc ta zaznacza

si~

we wszystkich trzech, pobranych z r6znych odcink6w rdzenia grupach prob (fig. 2b). Tak duze r6znice deklinacji

wzgl~dnej

(ok. 60°) przy bardzo.

zblizonej podr6wnikowej inklinacji wskazuj,! na wysoce prawdopodobn,!

rotacj~

bada- nego terenu w okresie utrwalania

si~

omawianych skladowych NRM. Podrowniko.we wartosci inklinacji sCi na terenie Europy charakterystyczne dla dewonu i karbonu (A.N.

a - projekcja stereograficzna kierunkow paleomagnetycznych otrzymanych z pr6by czerwonych piaskowcow skolitusowych z otworu Qoczalkowice IG 1 (proba G) oraz szarych piaskowcow z otworu Sosnowiec IG 1 (proba S); badane proby, po ich zorientowaniu zgodnie z lfierunkiem wsp61czesnego pola Gego polozenie oznaczono gwiazdk'l), byty poddane stopniowemu wygrzewaniu '(bez izolacji od wptywow tego pola); kwa- dratami zaznaczono kierunki nalozone (dodane), ktore otrzymano w trakcie eksperymentu; b - wykres zmian stosunku nat<;zenia namagnesowania (1) do nat<;zenia namagnesowania poczqtkowego (10) z biegiem czasu wygrzewania prob w okreslonej temperaturze

Results of test reproducing the fixing process of NRM lowstable components in the Cambrian sandstones from Goczalkowice IG 1 and Sosnowiec IG 1 boreholes

a - stratigraphic projection of palaeomagnetic directions obtained from samples of red scolithous sandstones (the Goczalkowice I G 1 borehole, sample G) and grey sandstones from the Sosnowiec I G 1 borehole (sample S); the sample tested, after oriented according with directi08s of the present field (the position marked with an asterisk), were subject to gradual soaking (with no insulation from the influence of the field); added directions, obtained during the test, marked with squares; b - diagram of changes of the ratio of intensity of magnetization (1) to intensity of initial magnetization (10) in the course of the sample soaking time in the determined temperature

YZ"'TI YZ/aTI 3

xz

1.5

•

-1 X/aTI 0.5 X/aT/

proba G5-4

I.-TI

1.5 proba G 2-2

2

05

o

100 200 300 o _{200 400} T jOel

b o

~

^_3500e

t I

\ I

.. .. + '--'

30 60 I

'A-

0

20

-:zoo oC- -

²⁰

e

18q 180

Badania paleomagnetyczne osadow kambru ... 543

Hramow, 1982). Bior'lc pod uwagtt fakt, ze czynnikami utrwalaj'lcymi wt6rne skladowe NRMbyly temperatura i cisnienie spowodowane nadkladem skalnym, naleZy s'ldzic, ze rotacja miala miejsce w karbonie, poniewaz wlasnie skaly karbonskie byly zapewne dominuj'lcym elementem nadkladu zalegaj'lcego nad osadami kambryjskimi.

Czas utrwalenia najbardziej stabilnych kierunk6w wysokotemperaturowych jest najprawdopodobniej bliski okresowi sedymentacji badanych osad6w, aczkolwiek inkli- nacje zbliZone do wsp6lczesnych sugerowalyby ich wsp6lczesne pochodzenie. Prze- prowadzone wczesniej rozwazania nad

chara~terem

niskostabilnych skladowych NRM nie sklaniaj'l jednak do przyjttcia tej tezy. Ponadto w literaturze dotycz'lcej badan paleomagnetycznych skal z nosnikiem hematytowym interpretacja bardzo wysokosta- bilnych skladowych NRM jako zbliZonych do pierwotnych jest powszecl).na (J.D. Mil- ler, D.V. Kent, 1988; M. Krs i in., 1988).

KAMBR Z OTWORU SOSNOWIEC IG 1

W ramach badan szarych piaskowc6w drobnoziarnistych, zaliczanych (Z. Kowal- czewski i in., 1984) do srodkowego kambru, analizie paleomagnetycznej poddano 10 pr6b, kt6re pobrano z szesciu

niepowi'lzan~h

przestrzennie fragment6w rdzenia.

Charakterystyka paleomagnetyczna tych pr6b (fig. 5) jest bardz0 podobna do charak- terystyki otrzymanej dla drugiej, grupy pr6b kambryjskich (szarych piaskowc6w) z otworu Goczalkowice IG 1. Wydzielone tu kierunki charakterystyczne maj'l jednak na og6l (Zwlaszcza w g6rnej czttsci profilu) wyZsze inklinacje. W obrttbie trzech pr6b inklinacja ta rna wartose ujemn'l. Fakt wystttpowania w badanych skalach zapisu zmien- nej polarnosci magnetycznej jest bardzo istotnym argument em przemawiaj'lcym za pierwotnosci'l wydzielonych skladowych NRM, czyli za ich srodkowokambryjskim wie- kiem.

*

Ograniczony zakres prac pozwala na traktowanie otrzymanych wynik6w wy1'lcznie jako wstttpnych. Na fig. 6 zestawiono wyznaczone w niniejszym opracowaniu inklinacje charakterystyczne z inklinacjami charakterystycznymi (po przeliczeniu na wsp61rzttdne geograficzne MG) dla skal starszego paleozoiku G6r Switttokrzyskich (M. Lewandow-

Fig. 4. Charakterystyka paleomagnetyczna szatych piaskowcow drobnoziarnistych kambru z otworu Gocza- tkowice IG 1

a - diagramy ortogonalne oraz krzywe rozmagnesowania otrzyrnane dla pr6b G5-4 i G2-2; b - projekcje stereograficzne kierunkow paleomagnetycznych wydzielonych w szatych piaskowcach drobnoziarnistych w okreslonych temperaturach rozmagnesowuj'lcych; pozostale objasnienia jak na fig. 2

Palaeomagnejic characteristics of the Cambrian grey fine-grained sandstones from the Goczalkowice IG 1 borehole-

a - orthogonal diagrams and demagnetization CUlVes obtained for the samples G5-4 and G2-2; b - stereographic projections of the palaeomagnetic directions obtained from grey fine-grained sandstones in determined demagnetization temperatures; other explanations as given in Fig. 2

V.Z loT/

a

-I -2 2 X I.rl

I - I

f

probl52C

100 300 0

T loci

0 proby:

b T-

^51A

f:"

+ +,

10 fO

300-JeO'\;

/

/

--_1-

^{/ '}

ISO

V.Z 10'/

-2

!ttob.57

100 300

.

⁺

f~

30 60 , ,

2O-200"c

180

2 X/o.1

-0.5

I/.T 2

0 T/ocl

- - 90

V,% 1 •• /

X/.vl

-0-5

probe SIS

100 300 TJ"<I

proby:

S3 S5 S8

2e0-.MO'l: 20-200"<: ..

. . 51

r

^~30~

,,~.lo'

+43O"c" + _ ..

--8- f\I

2O-200"c

4~'/: .,

f

200.:

2O~; 11

20-r00",

180

Fig. 5. Charakterystyka paleomagnetyczna szarych piaskowc6w drobnoziamistych kambru z otworu Sosno- wiec IG 1

a - diagramy ortogonalne oraz krzywe rozmagnesowania otrzymane dla pr6b S2C, S7 i S6; b - projekcje stereograficzne kierunk6w paleomagnetycznych wydzielonych w obrccbie pr6b z otworu Sosnowiec IG 1 w okreslonych temperaturach rozmagnesowuj~cych; objasnienia jak na fig. 2

Palaeomagnetic charakteristics of the Cambrian grey fine-grained sandstones from the Sosnowiec IG 1 borehole

a - orthogonal diagrams and demagnetization CUlVes obtained for the samples S2C, S7 and S6; b - stereographic projections of palaeomagnetic directions distinguished within samples from ~he Sosnowiec I G 1 borehole in determined demagnetization temperatures; explanations as given in Fig. 2

~ V"l

1 2

~

~

~

~

~ e g

1 .

~

c: tIS '0 ~

0

-<

""") to)

-<

z ....

to.:! 30

;.:

Z

....

O

~ 60

~

-<

Po.

~90·

proba

- - I - -

I

... _e-

• _{... r} a- • ... _• ^.... _.-

... _{• •}

• .... e- _• ...

• • _•

r . . 1 G4-2 [G4-3 GIA G1e (;5-1 G5-2 G5-~ G5-4 (;2-1 G2-Q G.2-.l

10=68⁰ Lt=19°

10:

⁶⁰⁰

i.r=72

!oC= 25° 1i"=24 ioF5~i~56t=8~=121

10=600 L.=72°o(=13<]t= 34 . <=16⁰ K=61

ioA=57° 50=9⁰ iHA=65° SH=100

loA=63° 50=9°

~ ~ ~

~

;, 0 a

~;:JOa

^to) _{~ ;, 0} ^a

^u

_~ ;,

e

o

^{~ (.!) ~ Q}

~ ~ r;,:, ... o~r;,:,") ^N 0 00

o ~ ~ ~ ^:c~~q)

:.=

~ ~ ^CI')

:c =

^~

~ ~

z

^C') fI}:23~ ^fI}

:2 z

^CPl C't ^fI} ~ ^N

i ^-< 5 ~.

^«O...i

< <

.... 0 ^to.:! _...i

.... -< -<

^...; ~

;.: Q t:'=Q~ ^~ ;.: Q ^~ Po. ;.:

GOCZAtKOWICE JG 1

I

~

0-

+

0

0

Ptye

---

0-

• •

€2

t

~

•

• _•

⁰

• ^• ..

8-5 S6 S2A S2- S2c 53 S1A Sh ^~1c S7

~

io,H:14

°

^10,11=730

- ^{:.= ...}

0(.=10° K=144 0(=8⁰ K=246

e < < ^:c

^{/)

jI>4

ex:

^{N ~ ~}

ioA::70⁰ S0=9° IHA=69° SH=100 to) to) N

~ ~

_{~ >t} ^to)

IHA= 67° SH=100 '0 r;,:,~ ~

-<

^(-I ~ ^~ ~ ^jI>4

e e e e _{~ ~}

~

<

^fI}

co

CD _It) 0 I{I]

= ^~

N

~ •

^{0 0)}

'lit ^('I)

~

^{C"') 'lit C"') ('I)} ~

~ ~ ~ _.~

... _i

_tG PALEOINKLI-

PIASKOWCE KAMliRU SRODKOWEGO NACJE

CHARAKTERY-

SOSNOWIEC IG 1

^STYCZNE

ski, 1987), tarczybahyckiej (LJ. Pesonen i in., 1989) oraz masywu czeskiego (M. Krs i in., 1987). Z zestawienia widac, ze inklinacje charakterystyczne dla wit(kszosci pr6b kambryjskich z otworu Sosnowiec IG 1 nie odbiegaj,! od inklinacji charakterystycznych dla skal kambru dolnego i ordowiku G6r Swit(tokrzyskich. Nalei:y zaznaczyc, ze inkli- nacja charakterystyczna dla skal kambru dolnego G6r Swit(tokrzyskich jest oparta na postfaldowej, wt6rnej skladowej NRM, jest wit(c

zap~wne

mlodsza od tego wieku - ale preordoWicka (M. Lewandowski, 1987). Podobnie wysokie inklinacje uzyskano dla skal kambru i ordowiku Masywu Armorykanskiego (H. Perroud i in., 1984).

Inklinacje, otrzymane z pr6b dolnokambryjskich mulowc6w i piaskowc6w z otworu Goczalkowice IG 1, maj,! wartosci przecit(tnie

0

kilkanascie stopni niZsze od paleoin- klinacji zapisanych w osadach kambru srodkowego z otworu Sosnowiec IG 1. Brak wystarczaj'!cych dowod6w na pierwotnQsc otrzymanych skladowychNRM (np. nie ma tu zapisu zmiennej polarnosci) nie pozwala na stwierdzenie, ze r6mica ta jest skutkiem rzeczywistych r6znic paleoszerokosci geograficznych (czyli kambryjskiego dryfu bada- nego obszaru). Otrzymane tu wyniki pozwalaj,! jednak bez w,!tpienia stwierdzic, ze P!zynajmniej w srodkowym kambrze badany obszar Musial znajdowac sit( w obrt(bie wysokich (ok. 60°) szerokosci

geograficznych~

Bior,!c pod uwagt( wsp61czesne rekons- trukcje dolnopaleozoicznego polozenia l,!d6w (np. R. van der Voo, 1988) nalei:y MG umiescic na p6lkuli poludniowej.

Opieraj,!c sit( wyl,!cznie na danych paleomagnetycznych nie moma stwierdzic, czy badany obszar naleZaI w tym czasie do zbioru terran6w, otaczaj,!cego zwart'! mast(

l,!d6w poludniowych, czy tez byl cZt(sci,! wit(kszego obszaru

0

skonsolidowanym pre- kambryjskim podlozu. Uwzglt(dniaj,!c model ewolucji kaledonid6w irlandzko- szkockich D.H.W. Huttona (1987), nalezaloby MG w dolnym paleozoiku wl,!czyc w sklad Gondwany.

Problemem nadal otwartym jest skala ruch6w przesuwczych, w wyniku kt6rych w dolnym paleozoiku M G zostal przetransportowany w bliskie s,!siedztwo platformy wschodnioeuropejskiej. Dane paleomagnetyczne z platformy wschodnioeuropejskiej, implikuj,!ce znaczny ich rozmiar, nie s,! uznawane za wystarczaj,!co wiarygodne, acz-

Fig. 6. Zb~orcze zestawienie paleoinklinacji charakterystycznych otrzymanych z prob utwor6w kambtyjskich z otworu Goczalkowice I<;i 1 i Sosnowiec IG 1; obok przedstawiono r6wniez paleoinklinacje charakterys- tyczne otrzymane w obrCibie utworow dolnopaleozoicznych z G6r SwiCitokrzyskich (M. Lewandowski, 1987), tarczybaltyckiej (LJ. Pesonen i in., 1989) i masywu czeskiego (M. Krs i in., 1987)

10 - srednia inklinacja

w

ukJadzie dawnym,

IH -

srednil,! inklinacja w ukladzie wsp61czesnym, a -polowa kC}ta rozwarcia stozka 95% ufnoSci, K - miara skupienia, 101\ IHA - srednie inklinacje liczone metod" sredniej atytmetycznej, So, SH - odchylenie standardowe; pozostale objasnienia przy-fig. 2

Summary set of characteristic palaeoinclinations derived from the Cambrian deposit samples from the Goczalkowice IG 1 and Sosnowiec IG 1 boreholes; beside there is also presented characteristic palaeoincli- nations obtained within the Lower Palaeozoic deposits of the SwiCitokrzyskie Mts (M. Lewandowski, 1987), Baltic Shield (L.J. Pesonen et aI., 1989) and Bohemian Massif (M. Krs et aI., 1987)

1

^{0 -} mean inclination in ancient coordinates,

IH -

mean inclination in site coordinates, a -radius of the circle of 95% confidence, K - precision parameter, loA, IHA - mean inclinations counted by arithmetic mean, So, SH - standard deviation; other explanations as given in Fig. 2

Badania paleomagnetyczne osad6w ^kambru.~. 547

kolwiek ostatnie prace poddaj'lce w w'ltpliwosc istnienie Oceanu Iapetus (np. R.

Mason, 1988) wiarygodnosc tc( znacznie podnosZ(!.

Przestrzenny rozklad wt6rnych skladowych NRM piaskowc6w i mulowc6w skolitu- sowych z otworu Goczalkowice IG 1 wskazuje na bardzo prawdopodobn'l karbonsk'l rotacjC( terenu badan. Ostatecznym dowodem bC(d'l tu kierunki paleomagnetyczne uzyskane ze skal g6rnopaleozoicznych, kt6re pozwol'l okreSlic dokladnie parametry tego ruchu. Niemniej jednak dane otrzymane ze skal kambryjskich leZClcych bezposred- nio na prekambryjskim podlozu sCi bardzo cenne, poniewaZ pozwalaj'l bezposrednio wi'lzac wystC(puj'lce przemieszczenia wlasnie z ruchami tego podloza.

Podzit:kowania. Serdeczne p'odziC(kowania skladam Kolegom W. Dymowskiemu i S. Sufczynskiemu za pomoc w badaniach mineralogicznych. Specjalne podziC(kowania naleZCl siC( zespolowi paleomagnetyk6w z Pracowni Paleomagnetycznej Instytutu Geo- fizyki PAN za udostC(pnienie oprogramowania numerycznego wykorzystanego w bada- niach oraz za szereg wskaz6wek merytorycznych.

ZakJad Geofizyki

Panstwowego Instytutu Geologicznego Warszawa, ul. Rakowiecka 4

Nadesfano dnia 23 grudnia 1989 r.

PISMIENNICfWO

BOGACZ W., KROKOWSKI J. (1981) - Rotation of the basement of the Upper Silesian Coal Basin. Ann.

Soc. Geot. Pot., 51, p. 361-381; z. 34.

BROCHWICZ-LEWINSKI W., VIDAL G., POZARYSKI W., TOMCZYK H., ZAJJ\C R (1986) - Position tectonique du massif de Haute-Silesie avant Ie Permien a la lumiere de donnees nouvelles sur Ie Cambrien de cette region. C.R f\cad. Sc. Paris, 303, Setie II, p. 1493-1496, nr 16.

BUKOWY S. (1982) - Problemy budowy paleozoiku regionu sl'lsko-krakowskiego. Pnew. 54 Zjazdu Pol.

Tow. Geol., p. 7-26. Wyd. Geol. Warszawa.

HARANCZYK C. (1988) - Znaczenie strukturalnego roziamu wgJc;bnego Zawiercie-Rzeszotaty dla pow- stania i rozmieszczenia mineralizacji paleozoicznej i zJ6z rud Zn-Pb. Pn. Geot., 36, p. 379-381, nr 7.

HODYCH J.P., PAEIZOLD RR, BUCHAN KL (1985) - Chemical remanent magnetyzation due to depp burial diagenesis in oolitic hematite-bearing ironstones of Alabama. Phys. Earth Planet. Inter., 37, p. 261-284.

HRAMOW AN. (1982) - PaleomagnitoJogija.

HUlTON D.H.W. (1987) - Strike-slip terranes and a- model for the evolution of the British and Irish Caledonides. Geol. Mag., 124, p.132-141, nr 5.

KIRSCHVINK J.L (1980) - The least-square line and plane and the analysis of paleomagnetic data.

Geophys. J.R Astr. Soc., 62, p. 699-718.

KOTAS A. (1982) ~ Zarys budowy geologicznej G6mosl'lskiego ZagJc;bia Wc;glowego. Pnew. 54 Zjazdu Pol. Tow. GeoJ., p. 45-72. Wyd. Geol. Warszawa.

KOWALCZEWSKI Z., MOCZYDLOWSKA M., KULEfA M. (1984) - Uwagi ⁰ stratygrafii i tektonice skaJ.kambtyjskich nawierconych w podJozu G6mosl'lskiego ZagJc;bia Wc;g1owego w otworach Gocza- Ikowice IG 1, Sosnowiec IG 1 i Potr6jna IG 1. Kwart. GeoJ., 28, p. 450-451, nr 2.

KRS M., KRSOVA M., PRUNER P., CHVOJKA R, HAVLICEK V. (1987) - Paleomagnetism, paleogeo- graphyand the multicomponent analysis of Middle and Upper Cambrian rocks of the Barrandian in the Bohemian ,Massif. Tectonophysics, 139, p. 1-20, nr 1/2.

KRS M., CHVOJKA R, VALIN F. (1988) - A contribution to the methodology of magnetostratigraphic studies of strongly remagnetized Lower Permian rocks, Bohemian Massif. Z. Geol. Wiss., 3, p. 945~957.

LEWANDOWSKI M. (1987) - Results of the preliminary paleomagnetic investigations of some Lower Paleozoic rocks from the Holy Cross Mts (Poland). Kwart. Geol., 31, p. 543-556, nr 4.

MASON R (1988) -Did the Iapetus Ocean really exist? Geology, 16, p. 823-827, nr 9.

MILLERJ.D., KENTD.V. (1988) -Paleomagnetism of the Silurian- Devonian Andreas redbeds: Evidence for an Early Devonian supercontinent? Geology, 16, p. 195-198, nr 3.

ORLOWSKI S. (1975) - Lower Cambrian Trilobites from Upper Silesia (Goczalkowice borehole). Acta Geol. Pol., 25, p. 377-383, nr 3.

PERROUD M., VOO VAN DER R, BONHOMMEr N. (1984) - Paleozoic evolution of the Armorica plate on the basis of paleomagnetic data: Geology, 12, p. 579-582, nr 10.

PESONEN L.J., TORSVIK T.H., ELMING S.-A., BYLUND G. (1989) - Crustal evolution of Fennoscan- dia - paleomagnetic constrains. Tectonophysics, 162, p. 27-45, nr 1/2.

TURNAU E. (1974) - Microflora from core samples of some Paleozoic sediments from beneath the Flysch Carpathians (Bielsko-Wadowice area, Southern Poland). Rocz. Pol. Tow. Geol., 44, p. 143-169, z.2-3.

VOO VAN DER R (1988) - Paleozoic paleogeography of North America, Gondwana, and intervening displaced teranes: Comparisions of paleomagnetism with paleoclimatology and biogeographical pat- terns. Geol. Soc. Amer. Bull., 100, p. 311-324, nr 3.

ZNOSKO J. (1983) -Tektonika srodkowo-poludniowej Polski pozakarpackiej. Kwart. Geol., 27, p. 457-470, nr3.

Jerzy NAWROCKI

PALAEOMAGNErIC INVESTIGATIONS OF THE CAMBRIAN DEPOSITS FROM THE GOCZALKOWICE IG 1 AND SOSNOWIEC IG 1 BOREHOLES (UPPER SILESIA)

Summary

Paleomagnetic investigations have been carried out on the Lower and Middle Cambrian clastic deposits from the Goczalkowice IG 1 and Sosnowiec IG 1 boreholes. Analysis of results of thermal demagnetization of the Goczalkowice Lower Cambrian sandstone let distinguish three groups of components of natural remanent magnetization (NRM):

-low-stable components, determined from results of detailed analysis (including laboratory test) as the youngest (probably C a i n o z o i c ) ; '

- interpreted as closed to primary, high stable components with inclination values SImilar to ones of the previous group and relative declination differs by 180" (directions lie in the oposite quadrant of the lower hemisphere of projection in relation to the directions determined for the previous group);

- medium and high stable components with under equatorial values of inclination and values of declination included in the 60° diversification interval.

Characteristic directions of the Middle Cambrian Sosnowiec IG 1 borehole sandstone samples are of high, negative or positive value of inclination. Various polarity is here an important contention for primari- ness of the NRM components related to these directions.

Results obtained let set up hypothesis that the least in Middle Cambrian the area investigated must lie within the zone of high latitude (around 60°). Taking into consideration contemporary reconstruction of the

Badania paleomagnetyczne osad6w kambru ... 549

Lower Palaeozoic configuration of continents (e.g. R van der Voo, 1988) this area should be placed in a zone on the border of moderate and subpolar latitudes in the southern hemisphere.

A mode of spatial distribution of the NRM secondary components fIXed by haematization of the Lower Cambrian Goczatkowice IG 1 borehole scolithous sandstones indicates a great probability of the Carboni- ferous rotation of area investigated. For such an age of rotation speak underequatorial values of palaeo in- clination, and the Carboniferous rocks which here are the dominant component of the overburden. Elevated temperature resulting in interaction of the overburden caused chemical alternation of goethite, non magnetite cryptocrystalline haematite pigment, what resulted in forming magnetically active haematite, being a carrier of the NRM secondary components.

Due to the limited range of investigations the results presented and their interpretations should be treated only as initial.