Basin inversion first part.pdf

Referat, Posiedzenie Naukowe

Instytut Nauk Geologicznych

Uniwersytet Wrocławski

9 marca 2007 r.

INWERSJA BASENOWA:

ZNACZENIE POJĘCIA I PRZYKŁADY Z BASENÓW SUDECKICH

(CZĘŚĆ PIERWSZA)

Jurand Wojewoda

HISTORIA POJĘCIA INWERSJI

Historia pojęcia inwersji w odniesieniu do procesów sedymentacji i tektoniki na obszarach basenowych

wywodzi się z 19-wiecznej hipotezy geosynklinalnej, zgodnie z którą, inwersji, czyli odwróceniu, ulegają

rozległe fleksuralne obniżenia wypełnione miąższymi osadami ( geosynkliny ), przekształcając się w analo-

giczne obszary wypiętrzone ( geoantykliny ) (Dana, 1863). Pierwsza pisemna wzmianka o inwersji pochodzi

od Jamesa Halla (1859) , rzeczywistego odkrywcy geosynklin, który pisze: „ Najbar-

dziej wypiętrzone partie ziemskiej skorupy, czyli góry, wyrastają poprzez gigan-

tyczną inwersję reliefu z najbardziej obniżonych regionów, z których biorą swój

początek… ”. ( „the most elevated parts of the earth’s crust – the mountains – had risen

by a giganitic inversion of relief from the more depressed regions where they had origi-

nated…” ) (por. Aubuoin, 1965; Dott 1985).

James Hall

(1811–1898)

James Dwight Dana

(1813-1895)

Fig. 1 Model symetrycznego, dwustronnego orogenu przedstawiony przez Kobera

1921 (fig. 30) inspirowany pracami J.D. Dana i E. Suessa

Takie, geomorfologiczne rozumienie inwersji, odnoszące się do stwierdzenia zmia-

ny stanu konkretnego obszaru Ziemi można uznać zatem za pierwotne. Nie implikuje

ono w żaden sposób przyczyn samej zmiany stanu. Początkowo, również żadnych kon-

kretnych przyczyn nie sugerował amerykański geolog James Dwight Dana , który w

swoim dziele z 1863 roku sformułował co prawda „ generalne prawa rozmieszczenia

lądów i ich rzeźby ”, ale jeżeli chodzi pasma górskie zaliczył je jedynie do „ młodszych

obszarów kontynentalnych ” (przypis 1).

Pod koniec IX wieku, geolog szwajcarski Eduard Suess przedstawił zręby kon-

trakcyjnej hipotezy orogenu (1875, 1985, 1888 & 1893). Suess w ogromnym stopniu

wpłynął na kształtowanie się poglądów o ewolucji basenów. Inspirowany jego poglą-

dami Dana już w 1873 roku przedstawił model rozwoju geosynkliny właśnie w kontek-

ście hipotezy kontrakcyjnej (por. Dott 1997; Sengor 1999).

Suess Eduard

(1831-1914)

PRZYPIS 1

“I. The continents have mountains along their borders, while the interior is relatively low; and these border mountain-chains often consist of two or

three ranges elevated at different epochs. II. The highest mountain-border faces the largest ocean, and conversely. III. The continents have their

volcanoes mainly on their borders, the interior being almost wholly without them, although they were largely covered with salt water from the Azoic

age to the Tertiary. Also metamorphic rocks later than the Azoic are most prevalent along their borders. IV. Nearly all the volcanoes of a continent

are on that border which faces the largest ocean. V. The strata of the continental borders are for the most part plicated on a grand scale, while those

of the interior are relatively but little disturbed. VI. The successive changes of level on coasts, even from the Azoic age to the Tertiary, have been in

general parallel to the border mountain-chains. VII. The continents and oceans had their general outline or form defined in earliest times

(Dana, 1863, pp. 731–732)

Abraham Ortel

(Ortelius, 1527-1598)

Fig. 2 Schemat otwarcia Atlantyku (Antonio Snider-

Pellegrini (1858)

W 1908 roku niemiecki

geofizyk Alfred Wegener

pierwszy przedstawił suge-

stywną koncepcję pocho-

dzenia współczesnych oce-

anów i kontynentów, znaną

pod nazwą teorii wędrówki

kontynentów (ang. ( conti-

nent drift ) (Wegner 1912,

1915 i 1929; Du Toit 1927)

(Fig. 3).

Warto podkreślić, że

Wegner nie był pierw-

szym, który postulował

rozpad kontynentów. Kar-

tograf holenderski Abra-

ham Ortel (Ortelius) w

swoim Thesaurus Geo-

graphicus wydanym w

Antwerpii w 1596 roku

sugerował związki kształ-

tu między kontynentami.

W 1858 roku Antonio

Snider-Pellegrini opublikował rycinę, na której wy-

raźnie postuluje otwarcie Atlantyku między Afryką i

Ameryką (Fig. 2), a w 1910 roku amerykański geolog

F. B. Taylor wskazał „ zderzające się kontynenty” ,

jako przyczynę powstawania gór.

Alfred Lothar Wegener

(1880-1930)

William J. Morgan Xavier Le Pichon

Fig. 3 Rozpad Pangei - oryginalna ilustracja z pracy

Alfreda Wegenera (1929)

Fig. 4 Główni twórcy globalnej teorii tektoniki płyt

(góra); główne płyty litosfery wydzielane w teorii tekto-

niki płyt (dół): (1) Juan de Fuca, (2) Pacyfik, (3) Arabia,

(4) Cocos, (5) Afryka, (6) Nazca, (7) Antarktyka, (8)

Indie-Australia, (9) Karaibska, (10) euroazjatycka, (11)

N-Ameryka, (12) S-Ameryka, (13) Filipiny

Pomimo, że teoria wędrówki kontynentów A. We-

gnera była początkowo lekceważona, a nawet zarzuco-

na, to jednak zapoczątkowała ona nowy okres w historii

badań geologicznych, a zwłaszcza geotektonicznych,

który szeroko określa się pod mianem mobilizmu . W

latach 60-tych XX wieku, kiedy dokonano rewolucyj-

nych odkryć struktury i wieku współczesnych oceanów,

a zwłaszcza grzbietów śródoceanicznych i zjawiska

spreadingu , na bazie mobilizmu wegenerowskiego

powstała globalna teoria geotektoniczna - tektonika

płyt, która w zmodyfikowanych formach obowiązuje do

dzisiaj (Morgan 1968; Le Pichon i inni 1973)(Fig. 4).

KONTRAKCYJNY MODEL INWERSJI

Przyczyny inwersji rozumianej jako wypiętrzenie obszaru basenowego , były

różnie wskazywane, przez różnych geologów, w zależności od wyznawanych przez

nich globalnych modeli tektonicznych. Zanim jednak te ostatnie ugruntowały się

w geologii, w 1848 oraz 1852 roku, geolog francuski Élie de Beaumont w obja-

śnieniach do mapy Francji w skali 1:500000 stwierdził, że zwiększająca się ku po-

łudniowi miąższość osadów miocenu wiąże się z subsydencją spowodowaną

kontrakcją i tym samym zasugerował kompresyjny rozwój basenu alpejskiego ( wg

Şengör 1999 ) .

Przełom XIX i XX wie-

ku zdominowały poglądy

prezentowane przez Le-

opolda Kobera (1921) i

Hansa Stille (1924), które

wywodziły się wprost z

hipotezy kontrakcyjnej Su-

essa (tzw. szkoła tekto-

niczna Kobera-Stillego ).

Wprowadzając do geologii

pojęcie kratonu i przedsta-

wiając zmodyfikowany

model orogenu fałdowego

Kobera, jako efekt kompre-

sji obszarów międzykrato-

nicznych (Stille w sposób zasadniczy wpłynął na

późniejszy rozwój badań strukturalnych). Prace Stil-

lego (1929 a i b), poświęcone tektonice i paleoge-

ografii Europy Środkowej, do dzisiaj wielu geologom

wyznaczają ramy prowadzonych badań w zakresie

tematyki basenowo-orogenicznej. Schemat Stillego

(1929 b, p. 342) jest sugestywnym pierwowzorem

dwuwymiarowego odwzorowania inwersji, w jej

niemal współczesnym pojmowaniu (Fig. 5).

W 1966 roku J. Tuzo Wilson opublikował arty-

kuł, w którym przedstawił schemat ewolucyjny

znany obecnie pod nazwą cyklu Wilsona (Fig. 6).

W rzeczywistości schemat ten stanowił próbę połą-

czenia znanych wcześniej pojęć, tzn. geosynklin i

kratonów , w jednym modelu przestrzenno-

ewolucyjnym. Koncepcja Wilsona zapoczątkowała

praktykę wiązania basenów sedymentacyjnych z

orogenami i tym samym dała pojęciową podstawę

do wprowadzenia w późniejszym okresie terminu

inwersji basenowej.

Hans Stille

(1876-1966)

Fig. 5 Schemat rozwoju strefy subwaryscyjskiej

(pierwowzór inwersji basenowych) (Stille 1929)

Schematy paleogeograficzno-strukturalne Suessa

i Stillego, wzmocnione później powszechnie lanso-

wanym diagramem Wilsona, w istotny sposób

wpłynęły na kolejne interpretacje orogenu wary-

scyjskiego ( Central European Variscan Belt sensu

Kossmat 1927) (Fig. 7 i 8), w tym również obszaru

Sudetów (m. in. Narębski 1992; Franke & Żelaź-

niewicz 2002 & 2006; Aleksandrowski i inni 2006).

Fig. 6 Schemat przestrzenno-ewolucyjny znany pod

nazwą cyklu Wilsona

Élie de Beaumont

(1798-1874)

Podobnie,

rekonstrukcje

paleogeogra-

ficzne Zieglera

(1982) mają

swoje korzenie

w XIX-

wiecznej hipo-

tezie kontrakcji.

Postulowany

przez tektonikę płyt proces kolizji , sto-

sowany w odniesieniu do aktywnych

krawędzi płyt, skutecznie przenosi istotę

lokalnej kontrakcji na schemat orogenu

alpejskiego w Europie (Ziegler 1985,

1989 & 1990), a nawet na obszar basenu

duńsko-polskiego (m. in. Dadlez 1980,

Krzywiec 2002). Ponieważ w obowiązu-

jących schematach reologicznych tekto-

niki płyt regionalna kompresja (siła)

jest uznawana za główną przyczynę re-

gionalnego skrócenia , czyli kontrakcji

(odkształcenie), zatem konsekwentnie

modele inwersji basenowych dla w/w

obszarów są wyprowadzane właśnie z

regionalnej kompresji. Kontrakcyjne

modele inwersji basenowych oparte na

regionalnej kompresji zostały ostatnio

zaproponowane zarówno dla waryscy-

dów sudeckich (m.in. Mazur & Kryza

1996; Kozdrój 2003; Mazur i inni 2006),

jak i basenu duńsko-polskiego (m.in.

Krzywiec 2000, 2002 i 2005; Mazur i

inni 2005).

Fig. 7a Sugestywny schemat waryscydów Europy Kossmata (1927)

Fig. 7b Schemat waryscydów Europy nawiązujący do schematu

Kossmata 1927 (Dallmayer i inni, 1995,; Franke & Żelaźniewicz

2002)

Fig. 8 Schemat inwersji kontrakcyjnej.

Przestrzeń B1 i B2 powinny być takie

same. Na niebiesko zaznaczony obszar

inwersji stratygraficznej.

Fig. 7c Tektonicy, uczestnicy zjazdu Niemieckiego Towarzystwa

Geologicznego (DGG) w miejscowości Goslar w 1927 roku, gdzie

podjęto brzemienne w skutkach „uzgodnienia” dotyczące stanu

wiedzy i kierunku dalszych badań geologicznych w Europie.

Oznaczenia: c – Hans Stille, f – Franz Kossmat.

Kossmat Franz

(1871-1938

Fig. 9 Schemat kontrakcyjnej inwersji ujemnej (lewa strona) i do-

datniej (prawa strona) (wg. Schlischie 2003; Andresen 2006)

Kontrakcja stanowi obecnie często

postulowany mechanizm przebudowy

architektury basenów sedymentacyj-

nych. Proponowane współcześnie tek-

toniczne, kontrakcyjne modele prze-

budowy architektury basenów se-

dymentacyjnych często są określane

mianem inwersji basenowej, chociaż w

rzeczywistości sens tego pojęcia nie

zawsze odpowiada jego pierwotnemu

znaczeniu. Powszechnie przyjmuje się,

że inwersja oznacza przeciwny do

wyjściowego (inicjalnego, początko-

wego) kierunek i styl deformacji

przestrzeni geologicznej (np. Schli-

schie, 2003)(Fig. 8).

W zależności od następstwa procesów tekto-

nicznych wyróżnia się inwersję dodatnią , kiedy

po etapie ekstensji (i obniżania) obszaru baseno-

wego następuje etap jego kontrakcji (i wypiętrze-

nia) spowodowanej kompresją oraz inwersję

ujemną , kiedy procesy te następują w odwrotnej

kolejności (Fig. 9).

Inwersja kontrakcyjna jest pojęciem czysto

geometrycznym, co znalazło wyraz w próbie jej

ilościowej oceny. Po pierwsze, założeniem pod-

stawowym jest zbilansowanie przestrzeni geolo-

gicznej przed i po inwersji, co sprowadza się do

kilku prostych zasad (Williams i inni, 1989).

Przede wszystkim, aby tylko na podstawie prze-

słanek geometrycznych (np. interpretacja sekcji

sejsmicznych) stwierdzić inwersję zdefiniowaną

jak wyżej, należy wykazać, że przestrzeń wypeł-

niona osadami wskutek subsydencji jest równa

przestrzeni „wypchniętej” z basenu sedymentacyj-

nego (poza wpływ środowiskowych procesów

basenowych), czyli uznania, że wielkości B1 i B2

ze schematu na figurze 8 są takie same. Niestety,

w niektórych pracach poświęconych kontrakcyjnej

inwersji basenowej, zasada ta nie jest traktowana

serio, a wnioskowanie o istnieniu zjawiska inwer-

sji jest czysto - wrażeniowe. Aby ułatwić ocenę

ilościową inwersji wprowadzony został tzw.

współczynnik inwersji (Williams i inni, 1989),

który opiera się na prostych i poniekąd łatwych do

zweryfikowania cechach geometrycznych ujaw-

nionych na 2-wymiarowych odwzorowaniach

architektury basenowej (sekcje sejsmiczne) (Fig.

10). Warto również podkreślić, że wymienione

wyżej parami procesy - ekstensja i obniżanie oraz

kompresja i wypiętrzanie, są przez wielu geolo-

gów traktowane jako jednoznacznie ze sobą po-

wiązane, co wprost wynika z uproszczonego

schematu reologicznego, który zwykle stosuje się

dla objaśniania odkształceń litosferycznych.

Fig. 10 Położenie tzw. punktu zerowego oraz para-

metry geometryczne współczynnika inwersji Ri

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: