Analiza tektoniczna sieci uskokowej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego

A N N A L E S S O C I E T A T I S G E O L O G O R U M P O L O N I A E R O C Z N I K . P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A G E O L O G I C Z N E G O

v. 51—3/4: 383—434 K ra k ó w 1W1

Ewa Herbich

ANALIZA TEKTONICZNA SIECI USKOKOWEJ GÓRNOŚLĄSKIEGO ZAGŁĘBIA WĘGLOWEGO

(31 fig .)

A tectonic analysis of the fault network of the Upper Silesia Coal Basin

(31 Figs.)

Ewa H e r b i c h : A tectonic analysis of the fault network of the Upper S ilesia Coal Basin. Summary. Ann. Soc. Geol. Poloniae, 51—3/4: 383—434, 1981 Krak6w.

A b s t r a c t : The author demonstrates a polisynthetic character of the fault netw ork of the Upper Silesia Coal Basin. The genesis of the netw ork is connected w ith the process of regional uplifting and the accompanying relaxation. This process involved vertical m ovem ents of respective blocks of the sub-Carboniferous basem ent. The fault network formed during Variscian m ovem ents in the Carboni­

ferous w as reproduced in younger deposits (m ainly Triassic and Tertiary).

K e y w o r d s : fault tectonics, fault genesis, history of tectonic m ovem ents, Upper Silesia Coal Basin, Poland.

Ewa H e r b i c h : Instytut Geologiczny, Zakład Stratygrafii, Tektoniki i Paleo- geografii, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa.

m a n u s c rip t re c e iv e d : June, 1980 accepted: S eptem ber 1980

T r e ś ć : Autorka w ykazuje polisyntetyczny charakter sieci uskokowej Górno­

śląskiego Zagłębia Węglowego. Geneza sieci uskoków związana jest z procesem regionalnego dźwigania i towarzyszącego mu odprężania. Proces ten odbywał się z udziałem pionow ych ruchów poszczególnych bloków podłoża podkarbońskiego.

Utworzona w czasie ruchów w aryscyjskich w karbonie sieć uskoków była repro­

dukow ana w utworach m łodszych (głównie triasow ych i trzeciorzędowych).

— 384 —

WPROWADZENIE

W la t a c h 1 9 7 3 — 1 9 7 7 a u t o r k a p r o w a d z iła b a d a n ia s i e c i u s k o k o w e j G ó r n o ś lą s k ie g o Z a g łę b ia W ę g lo w e g o . O b s z a r o b j ę t y b a d a n ia m i s ię g a ł d o l i n i i n a s u n ię c ia o r ł o w s k ie g o ( f ig . 1). C e le m p r a c y b y ło o k r e ś le n i e c h a ­ r a k t e r u s i e c i u s k o k o w e j i w m ia r ę m o ż li w o ś c i , j e j g e n e z y i e w o lu c j i.

T a r n o w sk ie 0 6 r y _

, _____

2 ^ mBobnmtixki UBIachćwka

Radzionfów j Jullu" Wojkowic*

Miechowice Dymitra* 7 * Andaluzja ° Grodziec

t . 0 B y tom 0 0

Bobrek* a Jowisz

u Szombierki®. 'Ttozbark --- ---

^ * K a r o l * Łagiewniki a «Michał Cienwna 0 v

Ślqsk-Matylda0 Barbara-Chcrz. m ^ m^O^bronaGdmtch.

t e . Paweł* Chorxftw Siemtcrvwffce ® ^ B<diinB Mortimer PonjilK...

Bytom .Julian 1

Slgsk-Matylda® Barbarc Zabrze . Paweł* Chorzów Si

WalentyWawel »

U Grodziec \ GenZawadzki \

® V

Siersza 0

Wujek y Imielin Q

* Wglenty-Wawel »

* * w m Rezydent

■ t a . e _ . Czeladź ___ w v

Zabrze d ? * rrElyt* nt * S« n°w« c l&imierz- V Pokoj ^ olskQ d Milow.ce Sof nQ. * -Juliusz

* -wiec

N

Bielszowice y Wirek Halemba

u* * * ^„

Kleofas „ * . Katowic*

O M okn MlkoWw

Bolesław Śmiały

Katowic* Mysłowice ' v

wą h z j L - . .

o * ; , -Modrzejow W ■wnwzno >

Staszic J a ^ r z n o

Jaworzno mBory ^

DzitCkowict

Crancta

BlmuOn

,5fStaszic Murckl

X *

Boże Dary

Lenin

*

Tychy

S iersza

gć«/a/ifc*a

BK ątyC haonow sk*

Chfz«n4w Chełm

U Chełmek

Krz

m*9<*zyct

Ztlatowa

10 km

Fig. 1. Mapa lokalizacyjna obszaru badań. 1 — kopalnia, w której autorka w y ­ konywała pomiary i korzystała z m ateriałów archiwalnych działu m ierniezg-geo- logicznego; 2 — kopalnia, w której w ykorzystane m ateriały pochodzą z dokum en­

tacji geologicznej; 3 — odsłonięcie utworów triasowych, w którym autonka w y k o ­ nyw ała pomiary; 4 — granica GZW w g A. Kotasa, 1973

Fig. 1. A location map of the investigated m ines and outcrops. 1 — the coal-m ine in w hich the author took m easurem ents and made use of archival m aterials of the geological-survey department; 2 — the coal-m ine in w hich the m aterials used come from geological documentation; 3 — the exposure of Triassic deposits, 4 —

the boundary of the Upper Silesia Coal B asin according to Kotas, 1973

— 385 —

»— ГМ СП

■° \ / !

* У / 4f / ! / _{//Г* * /}

i \ »

_ / / ^/

---

"V-J ! \ / } \ ! \

\ \ ! ? / / \ f _< < J , Гг-Ч ! in : . ^

V

\1 " f - W .4 > 4 fs

V

I! f i ii;

и м ь = г - - л Х 7 ^ *

! ■ • . / i;;;- я . л Г ^

- - . . . у / |

° | « § &

.2 S .g.O 6

(3 я rt о, .й

X I СО

м ш -* е

« О с с

Л л о С

_СЗ Ы)ОТ ^{С -} о 3

^4 М ^{- ц}

в о в « 3 = 3 ° 5

сол

о>>

сN

~ J S а

О «<Г~

w Сб -Л,

41 g>

S ••—>—1 о

о о ai

S t v

« s. § ° 'О-с « 3 % <и *» о< 2 ё

■*2 _ се я 5

g l ^ s

- Ь « j5 I

~*а ~ >»»

Я О) _ X I се Н

>м * ►1н» л

S | . 2

И »_{2 с}

•** «г-» j5 (п

С? sffl с

£

ft) Тн

1 ? э § «

- S ’S 'S I*-* ОЙ о d a^ м О ^

Я ев >

Й-о« се

с оЯд- 25— I « 2 I

£ О « « S o w o « J

J^T3 с Ё м и •* I ЬО з ^ С I -LT

1^ Я 1 о rt И * > Г ®

ч З п ’О с «) е й S - 1

O.ST ь .--й£ ЬГ - 3 ^ S “ о ®

» Й —-S i 8.2 rt*

(О ^w

- S - «

“й се се ^ 2 g 8 i

S s a о i р -о • 1 £ 1

с се о. I 4 « с и >,-*-■ « ф о -t*

•О > о Я 00 х ; J3 • -V S Я

О Й « й . . - - " с °

с° «.« *» се «*н с ? —тз

g s “ J ? * ° § . е З

- ^ “ (н И м

а ьсе

SW *’ — Х О <=>о

о се 1-1

ьл—! - •

а> ьо

й о c l e

В «5'*' .

0 . 2 ь

a» rt

о д £

(3 д о г ц й h Я U о I с ^ я f e e S s W.,- _м г! i <д * £ <

л 5-. '

*«■3 3 11 а - - 8 в

х : л > х : о я •„■

S &* 1 - ~ « о § 1 3 ё

Й Д й г 5! ' • С S о о . и

| с 2S2~.S®o £

-М а? 2 о*05

3 N j 3 ° H. P ' !' H “ О

^ ^ Й 8 В З с й °М м л о ° и И ^

• Г-* О О О И W г ( f l Г < # rt О

о а д о с

S ° w ii

о ьо а

• g - b 1 _{u *Г7}

•г-, О

Ш “

£

се

■gm 1-е ш С ^_, з и j 2 N г с се о< 2 0 ) 5 Q О * 5 r i 3 5 = 0 u ^ i S rtjg g

e о •« S c ™ 5 С - « s i b u e f e * f i x С ® й ^ ^

u S ^ l 3 o E = o u

' Й я N > я у з о

« o ° a | s | ^ & z

I " s I s 6 a s s

н ft) Й ffl А й 'Д, ID u • о ^ « 5? в) ^ ° ca O r- a>

I M

N ?s w

wi-a «m9*j b Q, boO О E о •& о

4 — R ocznik P T G 51/3—4

— 386 —

M ateriał wyjściow y dotyczący drobnych i średnich s tr u k tu r tekto­

nicznych z utw orów karbońskich pochodził w głównej mierze ze wszy­

stkich dostępnych m ateriałów kopalnianych, a więc: z planów i map pokładowych w skalach 1 : 10 000, 1 : 5000 i 1 : 1000, z dzienników po­

miarowych, przekrojów geologicznych i innych opracowań służby geo­

logicznej górnictwa węglowego. A utorka korzystała także z m ap opu­

blikowanych przez Doktorowicza-Hrebnickiego (1959, 1960, 1966), Ko­

tasa (1973) i Zero (1956, 1957) w skalach 1 : 100 000 i 1 : 50 000.

Badania własme, które przyniosły ok. 40% m ateriałów, autorka w y ­ konywała w kopalniach węgla kamiennego należących do Dąbrowskie­

go, Jaworznicko-Mikołowskiego, Katowickiego, Bytomskiego i częściowo Zabrzańskiego Zjednoczenia Przem ysłu Węglowego. Badania były pro­

wadzone na różnych poziomach eksploatacyjnych. Były to obserwacje i pom iary tektoniczne w najbliższym sąsiedztwie powierzchni uskoko­

wych ze szczególnym uwzględnieniem orientacji drobnych s tru k tu r te k ­ tonicznych. Obserwacje i pom iary tektoniczne w utw orach triasowych autorka w ykonyw ała na powierzchni terenu.

Analiza objęła zjawiska tektoniczne w ystępujące głównie w utw o­

rach karbonu i triasu, częściowo trzeciorzędu. Pominięto u tw o ry perm - skie, ze względu na ich peryferyczne występowanie, zasadniczo poza obszarem Zagłębia.

K artograficznym efektem pracy jest m apa sieci uskokowej G Z W 1 odnosząca się do stropu utw orów karbonu w skali 1 : 100 000, opraco­

w ana na podstawie m ateriałów kartograficznych niepublikow anych — głównie map stru k tu raln y ch stropu karbonu obszarów górniczych Za­

głębia w skali 1 : 25 000 i 1 : 50 000, map pokładowych i kopalnianych oraz m ateriałów kartograficznych opublikowanych (patrz s. 2) — fig. 2.

A utorka serdecznie dziękuje doc. drowi hab. Wojciechowi Jaroszew ­ skiemu za stałą pomoc i opiekę naukową. Liczne dyskusje, uwagi i spo­

strzeżenia dotyczące wielu zagadnień związanych z podjętym tem atem w wielu przypadkach przyczyniły się do ich rozwiązania.

Serdeczne podziękowania przekazuje autorka również służbie gór­

niczej i geologicznej Śląska i Zagłębia, za okazaną życzliwość i pomoc w udostępnieniu m ateriałów kopalnianych oraz przy w ykonyw aniu po­

m iarów w kopalniach. Szczególnie dziękuję drowi A. Kotasowi z In­

s ty tu tu Geologicznego w Sosnowcu, inż. I. Marczewskiej z Dąbrowskie­

go Zjednoczenia Przem ysłu Węglowego, m gr inż. H. Obrębskiej z ko­

palni Julian, mgrowi inż. A. Cebo i inż. Z. Urbankowi z kopalni Sier­

sza oraz mgrowi inż. A. Wodeckiemu z kopalni Jowisz.

Osobno dziękuję mojem u mężowi Piotrowi Herbichowi za prace kreślarskie.

1 Stosow any dalej skrót nazw y Górnośląskie Zagłębie Węglowe.

— 387 —

Analizę tektoniczną sieci uskokowej autorka przeprowadziła w opar­

ciu o interpretację ogólnej budowy geologicznej, a szczególnie stru k ­ tu ry prekam bru GZW wg K otasa (1968, 1972, 1975), nawiązując zwłasz­

cza do koncepcji zależności s tru k tu r karbonu produktyw nego od skon­

solidowanego podłoża, opartej na m ateriale geofizycznym d w iertni­

czym (fig. 3).

Tarnowskie Góry

1 -Az 2

Fig. 3. Granice prekambryjskich kom pleksów strukturalnych, w g Kotasa, 1972.

1 — granice kom pleksów strukturalnych; 2 — przyrosty anomalii graw im etrycz­

nych

Fig. 3. Boundaries of Precambrian structural complexes, according to Kotas, 1972.

1 — boundaries of structural com plexes; 2 — increases in gravim etric anomalies

GEOMETRIA SIECI USKOKOWEJ W UTWORACH KARBOWSKICH

Pojęcie geometrii sieci uskokowej obejm uje dw a aspekty: 1) kie­

runki i rozmieszczenie uskoków w przecięciu z płaszczyzną poziomą, oraz 2) charakterystykę uskoków w przekroju pionowym, ich geome­

trię wgłębną: nachylenie powierzchni uskokowej i jego zmiany wraz z głębokością, zasięg w głębny uskoku oraz kierunek i wielkość prze­

mieszczenia. ,

C harakter kinem atyczny uskoków GZW był określany przez dotych­

czasowych badaczy prawdopodobnie wyłącznie na podstawie przemiesz­

czenia pozornego, a więc stosunku nachylenia powierzchni uskokowej do zw rotu pozornego przemieszczenia w arstw y w danym przekroju, nie

4*

— 388 —

zaś stosunku nachylenia powierzchni uskokowej do zw rotu przem iesz­

czenia rzeczywistego skrzydeł (por. Jaroszewski 1974, s. 86). Przekroje kopalniane pozwalają odczytać tylko zrzut w arstw y czy w arstw , nie zaś ślizg całkowity uskoku. Z tej przyczyny w dotychczasowych wnios­

kach tektonicznych zostały pominięte uskoki przesuwcze. Autorce uda­

ło się rozpoznać przesuwczy czy zrzutowo-przesuwczy ch arak ter wielu uskoków na podstawie cech geometrycznych linii uskokowych (patrz niżej) oraz za pomocą wskaźników drobnostrukturalnych (rozdz. 4).

Opierając się na wyżej wymienionych kryteriach, autorka rozpoznała uskoki normalne, odwrócone, zrzutowo-przesuwcze bądź przesuwcze.

Rozmieszczenie geograficzne tych typów uskoków związane jest gene­

tycznie z podłożem GZW, z kształtem Zagłębia i z jego zróżnicowaną budową strukturalną.

W związku z niepewnością wyznaczenia przemieszczenia całkowite­

go, w zastępstwie term inu „ślizg całkowity uskoku” autorka używa w większości przypadków term inu „am plituda uskoku” , gdy jest do dys­

pozycji tylko szacunkowa i nieco hipotetyczna wielkość ślizgu. W ta ­ kich przypadkach, z braku danych, am plituda oznacza często po p ro ­ stu rozsunięcie upadowe (patrz Jaroszewski 1974, s. 92).

Z E S P O Ł Y I U K Ł A D Y G E O M E T R Y C Z N E U S K O K O W

Z różnokierunkowej sieci uskokowej Zagłębia autorka wyodrębniła zespoły i układy geometryczne uskoków. Pod pojęciem zespołu au to r­

ka rozumie zbiór uskoków o określonej orientacji, posiadających prócz

Fig. 4. Układy geom etryczne uskoków w ystępujące w GZW. A. Układ prom ie­

nisty i koncentryczny uskoków na obszarze górniczym kopalni Piast. Fragment mapy strukturalnej stropu karbonu w skali 1 :5000 (wg W. Jedziniaka) pom niej­

szony. B. Układ prostokątny uskoków na obszarze górniczym kopalni Bolesław Śm iały. Fragment m apy stropu karbonu w skali 1 :10 000 (wg E. Skoczylasa) po­

mniejszony. C. K ulisow e układy uskoków z północnego obrzeżenia GZW. Fragment mapy geologicznej GZW, odkrytej po karbon w skali 1 : 100 000 (wg Kotasa, 1973)

pomniejszony. 1 — granica GZW

Fig. 4. Geometrical arrangements of faults in the Upper Silesia Coal Basin. A. Ra­

dial and concentric arrangement of faults in the m ining area of the P iast coal- -mine. A fragment of a structural map of the Carboniferous top on the scale of 1 :5000 (according to Jedziniak), reduced. B. Rectangular arrangement of faults in the m ining field of the B olesław Śm iały coal-mine. A fragm ent of map of the Carboniferous top on the scale of 1 :10 000 (according to Skoczylas), reduced. C. En echelon arrangement of faults from the northern margin of the Upper Silesia Coal Basin. A fragm ent of the “Geological Map of the Upper Silesia Coal Basin 1 :100 000” (acc. to Kotas, 1973), reduced. 1 — boundary of the Upper Silesia

Coal Basin

— 389 —

Murckl

t .

II

Fig. 4 a

Fig. 4 b

Fig. 4 с

— 390 —

tego pewne inne cechy wspólne przem aw iające za jednakow ą genezą.

N iekiedy zespoły uskoków grupują się w mniej lub bardziej regularne układy, stanowiące pewną całość geometryczną i genetyczną. Na bada­

nym obszarze au torka zaobserwowała cztery rodzaje układów geome­

trycznych uskoków: promieniste, koncentryczne, prostokątne i kuliso­

we (fig. 4). Sąsiadowanie ze sobą tych układów ii ich zmienność pozio-

Fig. 5. Diagram kierunkow y uskoków w utworach karbońskich GZW. A. Diagram kierunkow y pom iarów biegów uskoków w utworach karbońskich. 1252 pomiary biegów 514 uskoków. B. Diagram kierunkow y uśrednionych biegów uskoków w utworach karbońskich. 514 uskoków. 1 — uskoki południkowe i równoleżnikowe;

2 — uskoki o kierunkach NW— SE i NE— SW; 3 — uskoki promieniste Fig. 5. A diagram of fault directions in Carboniferous deposits of the Upper S ilesia Coal Basin. A. Directions of fault strikes on Carboniferous deposits. 1252 m easurem ents of 514 faults. B. Mean fault strikes in Carboniferous deposits.

514 faults. 1 — m eridional and parallel faults; 2 — faults oriented NW—SE and NE—SW; 3 — radial faults

— 391 —

ma w skazują na zróżnicowany geograficznie charakter procesów usko- kotwórczych.

Diagram kierunkow y uskoków (fig. 5), w którym uwzględniono uskoki pojedyncze oraz w ystępujące w zespołach i układach geometrycz­

nych (prócz uskoków koncentrycznych oraz uskoków drugiego rzędu — głównie kulisowych) pokazuje, że na obszarze Zagłębia, w utw orach paleozoicznych, mezozoicznych i kenozoicznych, w ystępują następujące kierunki uskoków:

1) kierunek w przybliżeniu południkowy: 340°—30°

2) kierunek w przybliżeniu równoleżnikowy: 80°— 110°

3) kierunek w przybliżeniu NW—SE: 120°— 150°

4) kierunek w przybliżeniu NE— SW: 30°— 70°

5) uskoki promieniste o kierunkach: 0°—350°

Szeroki zakres zmienności azymutów wynika ze znacznej nieregu- larności linii uskokowych większości uskoków (patrz niżej).

D Y S T R Y B U C J A G E O G R A F I C Z N A U S K O K Ó W

Z rozmieszczenia geograficznego kierunków uskokowych w ystępu­

jących w utw orach karbońskich wynika, że są to w większości kie­

ru n k i prostopadłe i równoległe do sąsiednich głównych linii s tr u k tu ­ ralnych Zagłębia (fig. 6). Liniami tym i są: równoleżnikowe granice po­

między prekam bryjskim i kompleksami stru k tu raln y m i w podłożu Za­

głębia, południkowe dyslokacje głębokiego podłoża przejaw iające się w sedymentacji serii produktyw nej (patrz s. 419) oraz wschodnia i za­

chodnia granica Zagłębia. Odpowiednio zorientowane uskoki to: równo­

leżnikowe uskoki zgromadzone głównie w środkowej i południowej czę­

ści Zagłębia, uskoki południkowe w ystępujące niemal na całym ob­

szarze Zagłębia, uskoki o przybliżonym kierunku NW—SE w ystępują­

ce głównie w bezpośrednim sąsiedztwie granicy wschodniej oraz usko­

ki o kierunku w przybliżeniu NE—SW zaznaczające się na całym ob­

szarze GZW z największym nagromadzeniem w jego północno-zachod­

niej części. Rozmieszczenie układów geometrycznych uskoków w ykazu­

je ścisłą zależność od fałdowo-uskokowej tektoniki Zagłębia (patrz s. 421).

Z M I A N Y N A C H Y L E N I A P O W I E R Z C H N I U S K O K O W E J W P Ł A S Z C Z Y Z N I E U P A D U

K ąty nachylenia powierzchni uskokowych uskoków w ystępujących w utw orach karbońskich GZW wynoszą najczęściej 65°—75° (fig. 7).

Z analizy nachyleń powierzchni uskokowych uskoków większych w y­

— 392 —

nika, że położenia uskoków drobnych pomierzonych bezpośrednio moż­

na uważać za m iarodajny wskaźnik położenia wszystkich uskoków w utw orach karbońskich. A utorka zaobserwowała zm iany nachylenia wielu powierzchni uskokowych (w płaszczyźnie upadu), które są n a j­

częściej wynikiem niejednorodnej litologii serii produktyw nej (fig. 8).

Fig. 6. Schem at rozm ieszczenia uskoków na obszarze GZW na tle głów nych n ie­

ciągłości podłoża podkarbońskiego. 1 — uskok; 2 — nasunięcie; 3 — nieciągłość podłoża podkarbońskiego; 4 ■— granica GZW

Fig. 6. A scheme of fault distribution in the Upper Silesia Coal Basin on the background of main discontinuities in the sub-Carboniferous basement. 1 — fault;

2 — overthrust; 3 — discontinuity of the sub-Carboniferous basement; 4 — boun­

dary of the Upper Silesia Coal Basin

Fig. 7. Orientacja drobnych uskoków w utworach karbońskich Fig. 7. Orientation of sm all faults in Carboniferous deposits

— 393 —

Są jednak zmiany w nachyleniu powierzchni uskokowych niezależne od litologii. Pod względem tych ogólnych zmian można wyróżnić usko­

ki: 1) o nachyleniu powierzchni uskokowych łagodniejącym z głębo­

kością, 2) o powierzchniach uskokowych strom iejących z głębokością (fig. 9) oraz 3) uskoki w ykazujące w swych środkowych odcinkach

Fig. 8. Zmiany nachylenia powierzchni uskokowej (w płaszczyźnie upadu). Kopal­

nia Andaluzja, fragm ent przekroju geologicznego w g M. Błaszczyka. Q — czwarto­

rzęd; T — trias; C — karbon; p — pokład w ęglow y

Fig. 8. Changes in inclination of the fault plane (in the plane of dip). The A nda­

lusia coal-m ine, a fragm ent of a geological cross-section acc. to Błaszczyk. Q — Quaternary; T — Triassic; C — Carboniferous; p — coal seam

NW SE

Fig. 8. Przekrój geologiczny przez fragment pola górniczego kopalni Michał (wg H. Kopera). C — karbon; p — pokład w ęglow y

Fig. 9. A geological cross-section through a fragm ent of a m ining field of the Michał coal-m ine (acc. to Kopera). C — Carboniferous; p — coal seam

— 394 —

(w przekroju pionowym) najm niejsze k ąty nachylenia i wówczas za­

razem największe am plitudy (tab. 1).

Ta ostatnia grupa jest szczególnie interesująca. Uskoki należące do niej w ystępują na całym obszarze Zagłębia i w przeciwieństwie do dwóch pierwszych grup, które w ykazują pewną prawidłowość w swym

Tabela 1 Zależność pomiędzy kątem nachylenia powierzchni uskokowej w partii środkowej uskoku a wielkością amplitudy ruchu /na podstawie materiałów kopalnianych/.

j Nazwa i uskoku

Orientac­

ja uskoku

Nazwa kopalni

Kąt nachy­

lenia pow.

uskokowej.

w środkowej partii uskoku

Kąt nachy­

lenia pow.

uskokowej w górnej 1 dolnej

partii uskoku

Wielkość amplitudy ruchu w środkowej par tli uskoku

Wielkość amplitudy ruchu w górnej 1 dolnej partii uskoku

J ^{Hozny NS} Jowisz 40° 65° ; 75+82° 9, 2 d 2 m; 6 m

! Hrebnlckle- j go

NS Jowisz 55° 65° ; 75° 40 o 12 n; 10 m

j Centralny NS Śląsk 60° 65° ; 80° 100 m 20 m; 16 m

j Alfred NW-SE Jowisz 55° 65° ; 72° 100 m 10 m; 75 m

] Wanda NS Mysłowice 40° 50° ; 77° 80 n 40 ni; 140 m

rozmieszczeniu, prawidłowości takiej nie w ykazują. Przytaczane w lite­

raturze tektonicznej prace teoretyczne i eksperym enty modelowe w y ­ kazały, że w pew nych przypadkach uskoki zaczynają się rozwijać od pewnego p unktu jednocześnie w górę i ku dołowi, co jest związane z rozkładem naprężeń ścinających wzdłuż powstającego uskoku: n a j­

mniejsze naprężenia ścinające w ystępują na jego końcach, największe w partiach środkowych (Anderson 1951, s. 167, 1968; Gzowskij, Czert- kova 1953, s. 490; Belousov, Gzovskij 1964, s. 99; de S itter 1964, s. 123).

W ydaje się, że w przypadku rozważanych uskoków p a rtie środkowe uskoku stanowią w przybliżeniu właśnie ów p u n k t początkowy, od któ­

rego uskok zaczął się rozwijać. Przem aw ia za tym zarówno najm niej­

sze nachylenie tego odcinka, jak i największa am plituda przemieszcze­

nia wzdłuż niego. Zbiór punktów początkowych dla uskoków omawia­

nego typu wyznaczałby zatem pew ną „strefę inicjalną”, w której ścię­

cia te były zapoczątkowane. S trefa ta zaś mogłaby dać pogląd o poło­

żeniu powierzchni terenu z okresu uskokowania. Niekom pletne dane, jakim i dysponowała autorka pozwalają jedynie sądzić, że owa „cen­

traln a strefa inicjalna” przebiegała w obrębie w arstw siodłowych lub rudzkich. Opisany sposób rozwoju powierzchni uskokowej przedsta­

wionych uskoków im plikuje ich zrzutowy charakter.

— 395 —

Przedstaw ione zróżnicowanie uskoków (pod względem zmian w na­

chyleniu powierzchni uskokowej w płaszczyźnie upadu) . jest, zdaniem autorki, wynikiem rozmaitego mechanizmu procesów uskokowych (patrz s. 419).

Z M I A N Y N A C H Y L E N I A P O W I E R Z C H N I U S K O K O W E J W P Ł A S Z C Z Y Ź N I E B I E G U

Większość uskoków w utw orach karbońskich m a falisty kształt linii uskokowej, z w yjątkiem uskoków w ystępujących w południowej części Zagłębia, m ających przebieg prostolinijny. Falistość linii uskokowych zdaje się być przede w szystkim wynikiem podatnego charakteru usko­

ków (por. Jaroszewski 1974, s. 127). Na Górnym Śląsku za taką inter­

pretacją przem aw ia fakt, że aż około 80% uskoków „falistych” przypada na uskoki południkowe i równoleżnikowe, a te właśnie zespoły k ie ru n ­ kowe odznaczają się dom inującym charakterem podatnym (patrz s. 409).

Fig. 10. Przykłady falistego kształtu sieci uskokowej GZW. Fragm enty mapy struk­

turalnej GZW w g St. Doktorowicza-Hrebnickiego, 1959

Fig. 10. Exam ples of an undulate fault network. Fragments of a structural map of the Coal District acc. to Doktorowicz-Hrebnicki, 1959

Interesujący w ydaje się fakt, że uskoki o falistym przebiegu linii uskokowej w ykazują tendencję do wzajem nych połączeń. Powoduje to niekiedy faliste kształty całej sieci uskokowej (fig. 10). Tendencję do w zajem nych połączeń w yjaśnia się zmianami wartości i kierunków naprężeń głównych w sąsiedztwie utw orzonych już wcześniej powierzch­

ni uskokowych (Jaroszewski 1974, s. 127). Występowanie na końcach

— 396 —

uskoków najw iększych naprężeń ścinających (Anderson 1951, s. 967;

Gzovskij, Czertkova 1953, s. 497, Belousov, Gzovskij 1964, s. 99) po­

maga we w zajem nym łączeniu się położonych blisko siebie powierzchni nieciągłości.

Opisane wyżej zjawiska w zajem nych połączeń uskoków obserw uje się przede wszystkim w centralnej części Zagłębia (pogranicze siodła głównego z niecką główną i obszar niecki głównej). Je st to obszar wzmo­

żonej ruchliwości pionowej, syn sedym entacyjnej i diastroficznej, która pow tarzała się tam wielokrotnie (patrz s. 424) i trw a do czasów współ­

czesnych (Budryk 1955, Jailczewski 1957, Gibowicz 1963, Kowalczyk 1964, 1977, Siporski 1975, Kotlicka 1979). W ydaje się więc, że falistość linii uskokowych niektórych uskoków w ystępujących w utw orach k ar- bońskich może być przejaw em tzw. krzyw izny w tórnej uskoków, w tym przypadku powstałej na skutek nakładania się na siebie kilku faz te k ­ toniki uskokowej (por. Jaroszewski 1974, s. 127).

U SK O K I PO C H O D N E I IC H STO SU N EK DO L IN II U SK O K O W EJ U SK O K O W GŁÓW NYCH

Dużym uskokom (długim i o znacznej amplitudzie) w ystępującym w utw orach karbońskich często towarzyszą uskoki pochodne i uskoki drugiego rzędu. Są to bądź drobne uskoki w przybliżeniu równoległe do głównej powierzchni uskokowej, bądź tzw. uskoki pierzaste (Jaro­

szewski 1974, s. 176), określone ze względu na swe ustaw ienie wzglę­

dem powierzchni uskokowej jako ścięcia wysokokątowe R ’ (Riedel shears) (por. M orgenstern i Tchalenko 1967, s. 312). W ystępują one na ogół wzdłuż całej powierzchni uskokowej uskoków południkowych, równoleżnikowych i częściowo uskoków o kierunku NW—SE (fig. 11).

Szczególnie liczne uskoki pierzaste towarzyszące uskokom większym w ystępują na obszarach górniczych kopalni Kazimierz Juliusz, Gene­

rał Zawadzki, Grodziec czy Julian. Z dyskusji toczącej się nad m echa­

nizmem pow stawania tego rodzaju uskoków (Anderson 1951, s. 158, Moody, Hill 1956, s. 1213, B urtm an et al. 1963, Price 1968, Tchalenko 1968, s. 1626, 1970, s. 1226. Jaroszewski 1972, s. 67) w ynika, że są to ścięcia utworzone prawdopodobnie pod w pływ em działania p ary sił wzdłuż biegu istniejącej już powierzchni uskokowej lub poprzedzające powstanie dyslokacji głównej o charakterze przesuwczym (m. in. Tcha­

lenko 1970, s. 1637, Harding 1973, s. 99, Jaroszewski 1974, s. 176, Beach 1975, s. 245). Tak więc uskoki pochodne oraz uskoki drugiego rzędu, w ystępujące w utw orach karbońskich GZW w skazują na przesuwczy ch ara k ter uskoków głównych, którym towarzyszą, a przynajm niej na udział składowej przesuwczej w pew nym okresie ich rozwoju.

— 397 —

Zakończeniom niektórych uskoków, najczęściej południkowych, to­

warzyszą drobne uskoki odchylone typu „splay” lub „koński ogon”

(fig. 12). Różnią się one między sobą zwrotem przemieszczenia w sto­

sunku do zw rotu uskoku głównego. Wg klasycznej koncepcji Andersona (1951, s. 967) powyższe dwie grupy uskoków uważane są za przejaw wygasania uskoków głównych. Wygasanie to następowało w skutek na­

trafienia przez uskok na nieco odmienny układ naprężeń, mogło też dokonać się w tym sam ym układzie w w yniku spadku wartości naprę­

żeń (zwykłe rozpraszanie się ruchu uskokowego).

Liczne występowanie wyżej opisanych drobnych uskoków tow arzy­

szących uskokom głównym przemawia za przestrzenną zmiennością pól naprężeń, a tym samym za złożonością procesów uskokotwórczych na obszarze GZW.

Fig. 11. Przykłady uskoków pierzastych. A — U skoki pierzaste przy uskoku Alfred.

Fragm ent mapy pokładowej w skali 1 :5000, zmniejszony; kopalnia Jowisz, pokład 501 (wg T. Pioruna). B. Uskoki pierzaste przy uskoku Grab. Fragm ent m apy po­

k ładow ej w skali 1 :5000, zmniejszony; kopalnia Jowisz, pokład 419 (wg T. Pioruna) Fig. 11. Exam ples of “feather” faults. A. Feather faults at the Alfred fault. A frag­

m ent of a map of seams on the scale of 1 :5000, reduced; the Jow isz coal-m ine, seam 501 (acc. to Piorun). B. Feather faults at the Grab fault. A fragm ent of map of seams on the scale of 1 :5000, reduced; the Jowisz coal-m ine, seam 419

/

3 0 0 »

(acc. to Piorun)

— 398 —

400 m

U. Biały 1 h10,5 2 S 3 K *

Fig. 12. Przykłady niektórych uskoków typu „splay” i „koński ogon”. A. fragm ent mapy strukturalnej stropu karbonu w skali 1 : 5000, zmniejszony; kopalnia Rozbark (wg T. Cwiklika). B. Fragment mapy strukturalnej stropu karbonu w skali 1 :5000, zmniejszony; kopalnia Rozbark (wg T. Cwiklika), B. Fragm ent mapy strukturalnej stropu karbonu w skali 1 :5000, zmniejszony, kopalnia Sosnow iec (wg A. S kupie­

nia). C. Fragment m apy strukturalnej stropu karbonu w skali 1 : 5000, zmniejszony;

kopalnia N iw ka-M odrzejów (wg W. Sanowskiego). 1 — U. Biały — nazw a uskoku;

2 — zrzut w arstw y w m; 3 — uskok typu „splay” ; 4 — uskok typu „koński ogon”

Fig. 12. Exam ples of some "splay” and “horse-tail” faults. A. A fragm ent of a structural map of the Carboniferous top on the scale of 1 : 5000, reduced; the Rozbark coal-m ine (acc. to Cwiklik). B. A fragm ent of a structural map of the Carboniferous top on the scale of 1 : 5000, reduced; the Sosnow iec coal-m ine (acc.

to Skupień). C. A fragm ent of a structural map of the Carboniferous top on the scale of 1 :5000, reduced; the N iw ka-M odrzejów coal-m ine (acc. to Sanowski).

1 — U. B iały — the name of the fault; 2 — bed displacem ent in metres; 3 —

"splay” fault; 4 — “h orse-tail” fault

USKOKI A FAŁDY

Ja k wiadomo, ma tle ogólnie nieckowatej s tru k tu ry Zagłębia w yróż­

nia się w jego części północnej inieckę bytomską, następnie aiodło głów­

ne i nieckę główną.

— 399 —

MYSŁOWICE SZCZAKOWA

Fig. 13. Kopuły siodła głów nego jako w ynik ruchu przesuwczego głębokiego pod­

łoża wzdłuż uskoku — rozłamu górnośląskiego. Uproszczony fragm ent mapy geo­

logicznej GZW, w ydanie C (wg Doktorowicza-Hrebnickiego, 1968) w skali 1 :100 000, w interpretacji autorki. 1 — w arstw y siodłowe — namur B; 2 — w arstw y gro- dzieckie — namur A; 3 — uskoki; 4 — osie kopuł; 5 — przybliżony przebieg roz­

łamu górnośląskiego; 6 — kierunek i zwrot ruchu względnego

Fig. 13. Dom es of the Main A nticline as a result of a strike-slip m ovem ent of the deep basem ent along the fault — the Upper Silesia fracture. A sim plified fragm ent of a geological map of the Upper S ilesia Coal District, edition C (acc.

to D oktorowicz-Hrebnicki, 1968), as interpreted by the author. 1 — anticlinal beds — Namurian B; 2 — Grodziec beds — Nam urian A; 3 — faults; 4 — dom e axes; 5 — approxim ate course of the Upper S ilesia fracture; 6 — direction and

sense of the relative m ovem ent

Siodło główne in terp retu je autorka jako strefę b rachy antyki in nad- uskokowych, powstałych wzdłuż uskoku głębokiego podłoża — rozła­

m u górnośląskiego, o kierunku WNW—ESE (Herbich, 1980). Lewo- sk rętn y ruch przesuwczy wzdłuż rozłamu górnośląskiego spowodował wywiązanie się w nadkładzie — w utw orach karbonu górnego — po­

chodnych naprężeń ścinających, których wynikiem są kulisowo zorien­

towane kopuły siodła głównego (fig. 13). Za występowaniem w podłożu tego obszaru nieciągłości tektonicznej przem awia wygasanie uskoków dochodzących do linii rozłamu od południa (niecka główna) i od pół­

nocy (niecka bytomska) — fig. 14. Mapy i plany pokładowe zn a jd u ją­

cych się tam kopalń pokazują, że uskoki wygasają (we wspomnianych kierunkach) na drodze zastępowania uskoku głównego przez uskoki drugiego rzędu typu „splay” i „koński ogon” .

Na zachód od kopuły chorzowskiej (ostatniej na zachodzie kopuły siodła głównego — Stopa 1964) również w ystępują stru k tu ry częściowo brachyfałdowe o kierunkach osi NNE—SSW: niecka Rudy i kopuła Zabrza, przedłużeniem których w kierunku północno-wschodnim są:

tzw. próg miechowski, niecka mikulczycka i węgieł rokitnicki (m. in.

Stopa, Domagała 1961, Stopa, Matl, 1961, Stopa 1964, Skoczylas 1972).

— 400 —

Wg Stopy (1964, str. 23,3—234) kopuła zabrska stanowi skrajnie wscho­

dni element wschodniosudeckiego system u fałdowań południkowych.

Wzdłuż zachodniej granicy Zagłębia w ystępują powszechnie znane na­

sunięcia (uskoki odwrócone): michałowickie i orłowskie w raz z towa­

rzyszącymi im mniejszymi nasunięciami w okolicach Gliwic, a także

Fig. 14. Fragm enty mapy sieci uskokowej obszarów górniczych kopalń w ęgla ka­

m iennego GZW (na podstaw ie dokum entacji kopalń węgla) w interpretacji autorki.

1 — fragm ent granicy GZW (wg Kotasa, 1972); 2 — uskoki; 3 — linia rozłamu górnośląskiego; 4 — kopalnie w ęgla kamiennego: K.S. — Kop. Sosnowiec, K .M -P .—

Kop. Mortimer—Porąbka, K.K. — Kop. Klimontów, K.K.-J. — Kop. Kazimierz—

Juliusz, K.N.-M. — Kop. N iw k a—Modrzęjów, K.K.P. — Kop. Komuna Paryska Fig. 14. Fragm ents of a map of the fault netw ork in coal m ining areas in the Upper S ilesia Coal Basin (on the basis of coal-m ines documentation), as inter­

preted by the author. 1 •— a fragm ent of the Coal Basin boundary (acc. to Kotas, 1972); 2 — faults; 3 — the Upper S ilesia fracture line; 4 —• coal-m ines: K.S. — the Sosnow iec coal-m ine; K.M.-P. — the Mortimer-Porąbka coal-m ine; K.K. — the K lim ontów coal-m ine; K.K.-J. — the Kazimierz—Juliusz coal-m ine; K.N.-M. —

the N iw ka—Modrzejów coal-m ine; K.K.P. — the Komuna Paryska coal-m ine

siodłami i nieckami w ystępującym i na całej niem al długości tych dwóch nasunięć głównych. W kierunku północnym nasunięcia te wygasają, cze­

m u towarzyszą liczne drobne kopuły (brachyantykliny) o kierunku NNE—SSW lub naw et NE—SW, współwystępujące z podobnymi stru k ­ turam i opisanym i wyżej (Doktorowicz-Hrebnicki 1959, Kotas 1972, 1973). Wśród licznych „fałdowych” .interpretacji budow y geologicznej tego obszaru (m. in. Czarnocki 1935, s. 94; Zeman 1958, Swoboda i Ze­

man 1963) ciekawą w ydaje się interpretacja Niemczyka (1929 vide P a­

nasiuk i Dudziak 1964, s. 128), według którego w półnoano-zachodniej

— 401 —

Fig. 15. Fragm ent mapy geologicznej GZW odkrytej po karbon w skali 1 :100 000 (wg Kotasa, 1973). Strefa kulisow o zorientowanych struktur fałdow ych na obszarze m iędzy Knurowem, Gliwicam i, Zabrzem, Pyskow icam i i Tarnowskim i Górami — w interpretacji autorki. 1 — kierunek i zwrot w zględnego ruchu przesuwczego w podłożu; 2 — nieciągłości tektoniczne w głębokim podłożu w interpretacji autor­

ki; 3 — nasunięcie; 4 — uskok; 5 — w ychodnie przewodnich pokładów w ęglo­

wych; 6 — osie fałdów

Fig. 15. A fragm ent of the "Geological map of the Upper S ilesia Coal Basin, 1 : 100 000” (acc. to Kotas, 1973). A zone of en echelon-oriented fold structures in the area betw een Knurów, G liw ice, Zabrze, P yskow ice and Tarnowskie Góry — as interpreted by the author. 1 — direction and sense of a relative strike-slip m ovem ent in the basement; 2 — tectonic discontinuities in the deep basement, as interpreted by th e author; 3 — 'overthrust; 4 — fault; 5 — exposures of Index

coal seams; 6 — fold axes

5 — R ocznik PTG 51/3—4 *

części Zagłębia w ystępuje lzw. strefa orłowsko-baguszowicko-gliwicka o szerokości około 4 km, gdzie fałd (nasunięcie) orłowski nie stanowi pojedynczego elem entu strukturalnego, lecz tw orzy szeroką strefę ko­

puł i nasunięć. Szczegółowy opis szeregu siodeł i nasunięć tow arzyszą­

cych nasunięciu orłowskiemu na obszarze górniczym kopalni Zabrze po­

daje Staniek (1976).

*1

A / • '6 ^ 7 ✓^*N8

Fig. 16. Kierunek i zwrot w zględnych ruchów przesuwczych wzdłuż nieciągłości tektonicznych głębokiego podłoża. 1 — granica GZW w g Kotasa, 1972; 2 — przy­

puszczalne granice bloku górnośląskiego w g Kotasa, 1972; 3 — zasięg płaszczowin Karpat zew nętrznych w g Kotasa, 1972; 4 — kierunek i zwrot ruchu w zględnego w podłożu w g Bogacza, 1977; 5 — rozłam górnośląski w interpretacji autorki;

6 — nieciągłości tektoniczne głębokiego podłoża w interpretacji autorki; 7 — k ie­

runek i zwrot ruchu względnego w podłożu, w interpretacji autorki; 8 — granica państwa

Fig. 16. Direction and sense of the relative strike-slip m ovem ent along tectonic discontinuities of the deep basement. 1 — boundary of the Upper S ilesia Coal Basin acc. to Kotas, 1972; 2 — hypothetical boundaries of the Upper S ilesia block acc. to Kotas, 1972; 3 — range of the Outer Carpathian nappes acc. to Kotas, 1972;

4 — direction and sense of the relative m ovem ent in the basem ent acc. to Bogacz, 1977; 5 — the Upper Silesia fracture — as interpreted by the author; 6 — tectonic discontinuities of the deep basem ent — as interpreted by the author; 7 — direction and sense of the relative m ovem ent in the basem ent — as interpreted by the

author; 8 — state boundary

Kulisowe położenie nasunięć towarzyszących nasunięciu m ichałko- wickiemu i orłowskiemu w rejonie Gliwic autorka 'interpretuje jako wynik składowej przesuwczej ruchu o zwrocie praw oskrętnym , doko­

nanego wzdłuż tych dwóch nasunięć ^głównych (fig. 15). W ystępujące na obszarze pomiędzy Knurowem , Gliwicami, Pyskowicami i Tarnow ­ skimi Górami liczne drobne antykliny zorientowane kulisowo (wzdłuż kierunku ENE—WSW) (patrz fig. 15) autorka in te rp re tu je jako w ynik ruchu przesuwczego o zwrocie praw oskrętnym , działającego wzdłuż nie­

ciągłości tektonicznych — uskoków głębokiego podłoża o kierunku ENE—WSW.

— 403 —

Biorąc pod uwagę złożoność procesu uskokowania w fazie astu ry j- skiej (patrz s. 420) w ydaje się prawdopodobne, że ruch przesuwczy w y­

przedził powstanie nasunięć w tej części Zagłębia.

P rzejaw y ruchu przesuwczego o zwrocie praw oskrętnym wzdłuż na­

sunięcia orłowskiego i uskoków głębokiego podłoża o kierunku ENE—

WSW (fig. 15), korespondujące z przejaw em początkowego etapu ru ­ chu przesuwczego w podłożu lineam entu K raków —Myszków (Bogacz

1977, s. 29) oraz lewoskrętny ruch przesuwczy wzdłuż rozłamu górno­

śląskiego (Herbich, 1980) potw ierdzają tezę Kotasa (1975) o sinistralnej rotacji m asywu górnośląskiego (fig. 16).

CHARAKTERYSTYKA KINEMATYCZNA USKOKÓW WYSTĘPUJĄCYCH W UTWORACH KARBOŃSKICH

Przesłanki pozwalające na kinem atyczną interpretację uskoków obej­

m u ją ich wykształcenie w raz z charakterem drobnych s tr u k tu r tekto­

nicznych w ystępujących w strefach uskoków i bezpośrednio z nim i związanych.

9 1 * 2 — 3 — —» 5

Fig. 17. Orientacja drobnych struktur tektonicznych pomierzonych w sąsiedztw ie uskoków południkowych. 1 — położenie uskoku, w sąsiedztw ie którego pomierzono kliważ; 2 — kliważ; 3 — biegun lustra tektonicznego, kierunek rys; 4 — kierunek

i zwrot ruchu przesuwczego; 5 — kierunek i zwrot skrzydła zrzuconego Fig. 17. Orientation of small tectonic structures measured in the neighbourhood of m eridional faults. 1 — situation of the fault, in the neighbourhood of which cleavage w as measured; 2 — cleavage; 3 — pole of the polished surface, direction of fault striae; 4 — direction and sense of the strike-slip m ovem ent; 5 — direction

and sense of the downthrow n side

»•

— 404 —

Fig. 18. Orientacja drobnych struktur tektonicznych pom ierzonych w sąsiedztwie uskoków rów noleżnikowych. Objaśnienia jak na fig. 17

Fig. 18. Orientation of small tectonic structures m easured in the neighbourhood of parallel faults. Explanations as in Fig. 17

Fig. 19. Orientacja drobnych struktur ślizgowych, pomierzonych w sąsiedztwie uskoków o kierunku NE—SW. Objaśnienia jak na fig. 17

Fig. 19. Orientation of small slickensides measured in the neighbourhood of NE—

SW — oriented faults. Explanations as in Fig. 17

Większość uskoków wszystkich orientacji w ykazuje w yraźną prze­

wagę cech uskoków norm alnych: nachylenie powierzchni uskokowych w kierunku skrzydła zrzuconego oraz zakres zmienności kątów nachy­

lenia powierzchni uskokowych odpowiadający wyliczonym teoretycznie

— 405 ^—

Fig. 20. Orientacja drobnych struktur ślizgow ych pom ierzonych w sąsiedztw ie usko­

ków o kierunku NW—SE. Objaśnienia jak na fig. 17

Fig. 20. Orientation of small slickensides measured in the neighbourhood of NW — SE — oriented faults. Explanations as in Fig. 17

Fig. 21. Orientacja żeber tektonicznych na powierzchniach ścięć w ysokokątow ych R w w ęglu, tow arzyszących uskokom o kierunku NW—SE. Kopalnia Siersza. 1 — położenie uskoku; 2 — biegun powierzchni R, na której rozw inięte są żebra;

3 — żebra tektoniczne; 4 — kierunek i zwrot ruchu przesuwczego skrzydeł uskoku;

5 — kierunek i zwrot ruchu względnego w zdłuż powierzchni ścięcia R Fig. 21. Orientation of tectonic ribs on the h igh-angle shear planes R in coal, accompanying NW—SE-oriented faults. The Siersza coal-m ine. 1 — situation of the fault; 2 — pole of the plane R on w hich ribs are developed; 3 >— tectonic ribs; 4 — direction and sense of the strike-slip m ovem ent of fault sides; 5 —

direction and sense of the relative m ovem ent along the shear plane R

— 406 —

średnim kątom nachylenia uskoków norm alnych (por. Jaroszewski 1974, s. 68). Również falisty kształt linii uskokowych większości tych usko­

ków świadczy o ich zrzutowym, norm alnym charakterze (Anderson 1951, s. 15, Hancock 1968, Jaroszewski 1974, s. 144). Położenie s tru k tu r ślizgowych w ystępujących w strefach uskoków o kierunkach N—S, W—E, NE—SW i częściowo NW—SE (stru k tu r ogólnie zgodnych z ty ­ mi uskokami) również wskazuje na decydujący udział składowej zrzu­

towej wśród tych przemieszczeń: przew ażają tu stromo nachylone po­

wierzchnie luster z rysam i tektonicznymi biegnącymi wzdłuż lub w po­

bliżu linii upadu tych powierzchni (fig. 17, 18, 19).

W zajemny związek występowania uskoków południkowych i równo­

leżnikowych przy ich jednoczesnej prostopadłości wzajem nej podkreśla ach „norm alne” założenie. Znamienną cechą tych uskoków jest w ystę­

powanie w strefach przyuskokowych dobrze wykształconego kliważu spękaniowego. Zaobserwowany przez autorkę wzrost intensywności tego skliważowamia z głębokością wskazuje, że uskoki południkowe i rów ­ noleżnikowe .powstawały w wa/nunkach znacznej wartości składowej graw itacyjnej pola naprężeń. Ograniczenie spękań kliważowych do są­

siedztwa uskoków (por. Wilson 1961) czy stref uskoków (por. Aderca 1960) oraz niemal ścisła równoległość tego kliważu do powierzchni usko­

kowych (por. Dale 1894, 1896, K autsky 1953) przy b rak u zależności położenia kliważu od położenia w arstw , wskazuje bowiem n a genetycz­

ny związek kliważu z uskokami (fig. 17 i 18).

Oprócz cech wskazujących na charakter zrzutowy, część uskoków o kieru n k u południkowym, równoleżnikowym, NW—SE i NE—SW po­

siada cechy przem aw iające za tym , że uskoki te w pew nym okresie czasu były poddane działaniu pola naprężeń ty p u „przesuwczego” lub zbliżonego. Cechą taką jest przede wszystkim położenie niektórych s tru k tu r ślizgowych — lekko nachylonych rys tektonicznych n a stro­

mo nachylonych powierzchniach lu ster tektonicznych (fig. 19 i 20). Tak­

że obecność licznych drobnych uskoków zorientowanych kulisowo (w płaszczyźnie poziomej) wzdłuż głównej powierzchni uskokowej wskazuje na udział, w pew nym etapie uskokowania, przesuwczej skła­

dowej ruchu.

Dość wyraźne cechy przesuwcze (obok zrzutowych) w ykazują usko­

ki o kierunku NW—SE. Jedną z nich jest zaobserwowane przez au to r­

kę występowanie w strefach tych uskoków tzw. wysokokątowych ścięć 2 Riedla (ustawionych pod kątem 60—70°), odchylonych od głównej po-

* Pod pojęciem ścięcie autorka rozumie pęknięcie pochodzące ze ścinania, któ­

remu może (lecz nie musi) towarzyszyć przesunięcie, na ogół o m inim alnej am pli­

tudzie.

— 407 —

wierzchni uskokowej w płaszczyźnie poziomej (fig. 21), z wykształco­

nym i na nich żebrami tektonicznym i (fig. 22). We wszystkich zaobser­

wowanych przypadkach (kopalnie: Andaluzja, Siersza, Jaworzno) żebra tektoniczne zajmowały położenie pionowe. Obecność pionowych żeber tektonicznych na wysokokątowych powierzchniach ścięciowych, odchy­

lonych od głównej powierzchni uskokowej w płaszczyźnie poziomej, wskazuje na typowo ,,przesuwcze” pole naprężeń (por. Jaroszewski 1972, s. 133).

Fig. 22. Żebra tektoniczne. A. Zebra tektoniczne w łupku w ęglow ym . Kopalnia Ju ­ lian. B. Żebra tektoniczne w pokładzie w ęglow ym . Kopalnia Jaworzno. 1 — k ie­

runek i zwrot przem ieszczenia części obecnie nieistniejącej

Fig. 22. Tectonic ribs. A. Tectonic ribs in coal shale. The Julian coal-m ine, B. T ec­

tonic ribs in the coal seam. The Jaworzno coal-m ine. 1 — direction and sense of displacem ent of the part no longer existing

Znaczna część uskoków wymienionych orientacji w ystępujących w utw orach karbońskich GZW w ykazuje więc cechy zarówno p rzesuw - cze jak i zrzutowe.

„PODATNOŚĆ” I „KRUCHOŚĆ” USKOKÓW

D robnostrukturalne i geometryczne cechy uskoków w ystępujących w utw orach karbońskich pozwalają wyróżnić uskoki ty p u kruchego i podatnego, rozumiejąc pod tym przewagę odpowiednich w arunków od­

kształceń podczas procesu uskokowania (por. Jaroszewski, 1974, s. 96—97).

C harakter stosunkowo podatny, zresztą w yraźnie nasilający się

— 408 —

z głębokością, w ykazują uskoki o kierunkach południkow ych i równo­

leżnikowych. Za wskaźnik „podatności” tych odkształceń może być uw ażany sposób wykształcenia powierzchni uskokowych tych uskoków (fig. 23). W ich górnych partiach n a ogół w ystępuje szereg powierzchni ścięć bez wyraźnego przemieszczenia, przechodzących wraz z głęboko­

ścią w drobne uskoki, a jeszcze głębiej w główną powierzchnię usko­

kową. Ta z kolei n a pewnych odcinkach niekiedy dzieli się n a kilka ramion, z grubsza zgodnych z jej przebiegiem i nachyleniem. Takie w y ­ kształcenie powierzchni uskokowych sugeruje zm ienny stopień koncen­

tracji poślizgu wzdłuż osi ruchu, co jest charakterystyczne dla lam inar-

B

Fig. 23 a Fig. 23 b

Fig. 2 3 c

— 409 —

Fig. 23 d

Fig. 23. W ykształcenie powierzchni uskokowych uskoku Saara od w arstw n ajw yż­

szych ku niżej leżącym. Fragm ent mapy pokładowej w skali 1 :5000, kopalnia B ielszow ice (wg Z. Obtułowicza). A. Pokład 405 ( + 150 m npm); B. Pokład 40®

( + 100 m npm); C. Pokład 501 (— 100 m npm); D. Pokład 620 (—500 m npm).

1 — sziczielima uskokowa

Fig. 23. D evelopm ent of fault surfaces of the Saara fault from the upper-m ost beds to the low er ones. A fragm ent of a map of seam s on the scale of 1 :5000, the Bielszow ice coal-m ine (acc. to Obtułowicz). A. Seam 405 (+ 150 m above sea level); B. Seam 406 ( + 100 m above sea level); C. Seam 501 (—100 m below sea

level); D. Seam 620 (—500 m below sea level). 1 — fault fissure

nego charakteru przemieszczeń uskokowych. Za podatnym charakterem wspomnianych uskoków przem aw ia też fakt, że ich powierzchnie usko­

kowe często m ają liczne odgałęzienia w postaci uskoków o am plitudach zbliżonych do uskoku głównego (por. Belousov 1954, s. 467— 472; Belo­

usov, Gzovskij 1964, s. 95; Jaroszewski 1974, s. 98). Falistość linii usko­

kowych również może być wynikiem stopniowego, nie gwałtownego po­

stępu ruchu ścięciowego (Jaroszewski 1974, s. 127).

Innym, drobnostrukturalnym wskaźnikiem podatności odkształceń w GZW jest kliważ. Wg Jaroszewskiego (1972, s. 62) „silna strefowość kliważu rów noległego3 (a i sam a jego obecność — por. Nevin 1950, s. 134) przem aw ia za znacznym udziałem plastycznego odcinka defor-

• Do powierzchni uskokowych — przyp. E. H.

— 410 —

m acji w procesach uskokowych...”. W Górnośląskim Zagłębiu Węglo­

wym jedną z przyczyn wykształcenia kliważu przyuskokowego jest szczególna podatność niektórych skał — węgli i łupków węglowych, w których kliważ ten występuje. Analizy fizyko-chemiczne wykazały, że węgle bogate w substancje humusowe o niskim stopniu uw ęglenia — o niezupełnej jeszcze konsolidacji, złożone ze składników pochodzenia drzewnego (witrynitu, sefim uzynitu i m ikrynitu) nadają węglom cha­

ra k te r sprężysto-plastyczny. W ystępujące w węglach niskouwęglonych hum iany Ca, Mg, K i Na podnoszą ich sta n plastyczny, odgrywając w tych węglach rolę plastyfikatorów (Kuhl 1962). Na plastyczny ch a ­ ra k te r utworów, w których pow staje kliważ omawianego typu, zw ra­

cali już m. in. uwagę Aderca (1960), Wilson (1961, s. 471) i Ażgirej (1967, s. 470).

Na koniec można sądzić, że również drobnookruchowy, dobrze roz­

ta rty p ro d u k t zniszczenia tektonicznego — glinka tektoniczna (fault gouge) często w ypełniająca szczeliny uskoków, wskazuje na znacznie większą rolę powolnego rozcierania niż raptow nego rozryw ania (znisz­

czenia kruchego).

C harakter k ruchy w ykazują uskoki o kierunku NW—SE i NE—SW.

Przem aw ia za ty m przede wszystkim geom etria wgłębna ich powierzch­

ni uskokowych. Powierzchnie te w górnych p artiach w ystępują w po­

staci szeregu pęknięć, ścięć, które niżej, bez stopniowej zm iany w ich wykształceniu, przechodzą w jedną powierzchnię główną: następuje sto­

sunkowo szybkie koncentrowanie poślizgu na jednej powierzchni usko­

kowej, bez wykształcenia różnych stadiów pośrednich. Dalsze przesłan­

ki to grubookruchowy charakter brekcji tektonicznej w szczelinach uskokowych w skazujący na znaczny udział rozryw ania — zniszczenia typu kruchego i bardzo silne strzaskanie partii przyuskokowych, połą­

czone często z wyruszeniem w arstw (w obrębie rotujących bloków) z ich normalnego położenia.

Nasuwa się pytanie, jaka mogła być przyczyna, że w ty ch samych utw orach (które sprzyjają pow staniu uskoków raczej „podatnych”) po­

w stały uskoki o dw ojakim charakterze. W ydaje się, że podatny ch arak ­ t e r uskoków południkowych i równoleżnikowych wiąże się z ich wcześ­

niejszym powstaniem (patrz s. 421), kruchy zaś charakter uskoków NW—SE i NE—SW — z uskokowaniem późniejszym, w trakcie k tó re­

go te same skały, poddane wcześniejszym naciskom (obciążenie n ad ­ kładem) i związanej z nimi konsolidacji, inaczej reagow ały na n a p rę ­ żenia.

Ja k się zdaje, ewolucja powyższa nie dotyczyła jednak różnokierun- kowych uskoków prom ienistych, które mogły powstać (w ram ach da­

nego układu) jednocześnie.