BUDOWA LITOSFERY CENTRALNEJ I PÓŁNOCNEJ POLSKI (OBSZAR PROJEKTU POLONAISE) NA PODSTAWIE ZINTEGROWANEJ ANALIZY DANYCH GEOFIZYCZNYCH I GEOLOGICZNYCH
nfos
projekt badawczy nr 2.94.0004.00.0 finansowany przez
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej na zlecenie Ministerstwa Środowiska
ms
 


 

 

Wstęp
Piotr Krzywiec, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa;

Marek Jarosiński, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

Obszar badań wyznaczony został przez głębokie profile sejsmiki refrakcyjnej pomierzone w centralnej i północnej Polsce w ramach projektu POLONAISE’97 (fig. 1). Wykorzystując dane projektu POLONAISE’97 oraz inne dostępne dane geofizyczne z tej części Polski, dokonano zintegrowanej geologiczno – geofizycznej interpretacji budowy skorupy ziemskiej i litosfery. Zrealizowano następujące prace badawcze:analiza i modelowania głębokich sejsmicznych danych refrakcyjnych i refleksyjnychanaliza i modelowania danych grawimetrycznychanaliza i modelowania danych magnetycznychanaliza i modelowania danych termicznychmodelowania reologiczneanalizy geodynamiczne. Część zrealizowanych prac miała dla obszaru Polski charakter nowatorski (np. modelowania grawimetryczno-termiczne) i połączona była z opracowaniem nowych narzędzi badawczych (np. modelowania reologiczne). Zasadniczym celem projektu było doprowadzenie do jak najpełniejszej integracji danych geofizycznych i petrofizycznych dostępnych na obszarze badań (centralna i północna Polska). Cztery pierwsze zrealizowane zadania (analiza danych sejsmicznych, grawimetrycznych, magnetycznych i termicznych) to prace stricte geofizyczne, jednak w trakcie ich realizacji w dużym stopniu odnoszono się do budowy i ewolucji geologicznej badanego obszaru. Zadanie piąte (modelowania reologiczne) wykraczało w istotny sposób poza spektrum tradycyjnie pojmowanych analiz geofizycznych i dotyczyło zagadnień geomechaniki litosfery. Zadanie szóste (analizy geodynamiczna) najbardziej zbliżone było do badań tradycyjnie pojmowanej geologii. Podkreślić jednak trzeba, iż wyczerpująca interpretacja geologiczna nie była celem realizacji niniejszego tematu badawczego, a służyła jedynie przedstawieniu stopnia spójności pomiędzy wynikami analiz geofizycznych i geomechanicznych a możliwymi interpretacjami genetycznymi struktur w obrębie litosfery.Pełna synteza geologiczna, oparta na uzyskanych wynikach, będzie się rozwijała wraz z dojrzewaniem teorii akrecji bloków litosfery wzdłuż krawędzi Baltiki oraz ich późniejszej tektonicznej przebudowy. Uzyskane w trakcie realizacji tematu wyniki były prezentowane na następujących konferencjach naukowych:

  • V Międzynarodowa Konferencja „Heat Flow And The Structure Of The Lithosphere” Kostelec nad Čarnym Lessy, Czechy, 10 – 16 czerwca 2001r Abstrakt: J. Majorowicz, M. Wróblewska, J. Szewczyk oraz P. Krzywiec:” Heat flow models across the Trans-European Suture Zone in the area of the POLONAISE’97 international seismic experiment – Polish Lowland.” p.50
  • Spotkanie robocze projektu badawczego EUROPROBE,"EUROPROBE Neoproterozoic-Early Paleozoic, Time-Slice Symposium: Orogeny and Cratonic Response on the Margins of Baltica", Ankara, Turcja, 2001: J. Majorowicz, M. Wróblewska, J. Szewczyk oraz P. Krzywiec:” Heat flow models across the rans-European Suture Zone in the area of the POLONAISE’97 international seismic experiment.”, p.44.
  • Majorowicz J., Cermak V., Safanda J., Wróblewska M., Krzywiec P.,Grad M., Guterch A., 2002, Geophysical consequences of the craton-accreted terranes thermal transition in Poland. 27th General Assambly, European Geophysical Society, Nice, France, 21-26.04.2002, abstract EGS02-A-03439.
  • Grad M., Guterch A., Jarosiński M., Królikowski C, Krzywiec P., Majorowicz J., Petecki Z., Wróblewska M., Wybraniec S., 2003, Integrated geophysical – rheological model of the Trans-European Suture Zone (TESZ) in NW Poland. European Geophysical Society Geophysical Research Abstracts, 5, 01725.
  • Majorowicz J.A., Čermak V., Šafanda J., Krzywiec P., Wróblewska M., Guterch A., Grad M., 2003, Heat flow models of the transition zone between Palaeozoic and Precambrian Europe based on Polonaise’97 deep seismic data. [w]: Goleby B., Drummond B., Bannister S., Henrys S., (comp.), The 10th International Symposium on Deep Seismic Profiling of the Continents and their Margins, Programme and Abstracts, Taupo, New Zealand, 6-10.01. Institute of Geological and Nuclear Sciences Information Series, 52.

Uzyskane wyniki zaprezentowane zostały w trakcie realizacji tematu w następujących artykułach:

  • Jarosiński M., Poprawa P., Dąbrowski M., 2002. Jednowymiarowe modelowania reologii litosfery – wprowadzenie do metody. Przegląd Geologiczny, 50(10/1): 879-892.
  • Majorowicz J., Wróblewska M., Krzywiec P., 2002, Interpretacja i modelowanie ziemskiego strumienia cieplnego w obszarze eksperymentu sejsmicznego Polonaise’97 – analiza krytyczna, Przegląd Geologiczny, 50(11): 1082-1091.
  • Majorowicz J.A., Cermak V., Safanda J., Krzywiec P., Wróblewska M., Guterch A., Grad M., Heat flow models across the Trans-European Suture Zone in the area of the POLONAISE’97 seismic experiment. Physics and Chemistry of Earth, 28: 375 – 391 pdf ( pdf.) (870 KB)
  • Majorowicz J., 2004. Thermal lithosphere across the Trans-European Suture Zone in Poland. Geological Quarterly, 48(1): 1-14 ( pdf [pdf.] (962 KB) )

 


1. WYBRANE PARAMETRY FIZYCZNE MINERAŁÓW I SKAŁ W FUNKCJI CIŚNIENIA I TEMPERATURY ORAZ ICH PRZYDATNOŚĆ DO INTERPRETACJI DANYCH GEOFIZYCZNYCH

Nonna Bakun-Czubarow, Instytut Nauk Geologicznych, Polska Akademia Nauk, Warszawa

Celem opracowania było zgromadzenie wybranych parametrów fizycznych (ρ,Vp, Vs) minerałów skałotwórczych i głównych skał litosfery z całego świata oraz próba prześledzenia zmienności tych parametrów w funkcji ciśnienia i temperatury. Parametry fizyczne zestawiono w czterech tabelach. W pierwszej z nich zgromadzono gęstości w warunkach normalnych oraz prędkości podłużnych fal sejsmicznych Vp w funkcji ciśnienia, w zakresie od 0,1 do 10,0 kbar, dla 137 suchych i wilgotnych skał skorupy ziemskiej i dolnej litosfery. W drugiej tabeli zestawiono wartości gęstości i prędkości fal podłużnych zmieniające się w funkcji ciśnienia, w zakresie od 0,1 do 30,0 kbar, dla skał ultramaficznych dolnej litosfery (fig. 2)

. Tabela trzecia przedstawia wartości prędkości fal sejsmicznych podłużnych i poprzecznych, w wybranych skałach magmowych, osadowych i metamorficznych, w funkcji ciśnień i temperatur charakteryzujących górne i środkowe poziomy skorupy ziemskiej (0,5–6,0 kbar; 25–300 oC). W omawianym zakresie zmienności wzrost ciśnienia niweluje wpływ wzrostu temperatury na prędkość propagacji fal sejsmicznych. Tabela czwarta jest poświęcona anizotropii Vp monokryształów głównych minerałów skałotwórczych. Zawiera ona także gęstości oraz średnie wartości prędkości propagacji fal sejsmicznych P i S. W petrologicznym modelowaniu litosfery powinna być uwzględniana natura nieciągłości sejsmicznych (nieciągłości składu chemicznego, transformacje fazowe, bądź zmiany stanu skupienia) oraz wyniki bezpośrednich badań skał dostępnych na danym obszarze. Natura nieciągłości Mohorovičića pozostaje ciągle przedmiotem dyskusji i na znacznych obszarach ma, najprawdopodobniej, charakter transformacji typu gabro→eklogit (fig. 3). Modele petrologiczne litosfery powinny charakteryzować się zgodnością wydzieleń litologicznych z profilami sejsmicznymi oraz wykazywać zgodność z geologią, tektoniką i dostępnym inwentarzem skalnym obszaru modelowania.

 


2. ZNACZENIE PARAMETRÓW GEOMECHANICZNYCH SKAŁ MAGMOWYCH I METAMORFICZNYCH W WARUNKACH EKSTREMALNYCH CIŚNIEŃ I TEMPERATUR

Joanna Pinińska, Wydział Geologii, Uniwersytet Warszawski, Warszawa

Charakterystyka geologiczna wgłębnych struktur, niedostępnych dla bezpośrednich obserwacji może być oparta tylko na interpretacji danych geofizycznych (sejsmicznych i grawimetrycznych). Z kolei dane geofizyczne są interpretowane na podstawie ekstrapolowania danych geologicznych z obserwacji terenowych oraz z badań laboratoryjnych. Następuje tu zatem sprzężenie zwrotne między badaniami geofizycznymi i geologicznymi. W odniesieniu do określenia zakresu zmian własności znanych ośrodków skalnych w warunkach ekstremalnych ciśnień i temperatur stosowane są eksperymentalne badania geomechaniczne parametrów petrofizycznych a zwłaszcza korelacji gęstości skał z prędkościami fal. Określane zmienności odbywa się w warunkach podwyższonych ciśnień i temperatury w celu uzyskania możliwie czytelnej krzywej nadającej się do ekstrapolacji w stronę warunków ekstremalnych. W ten sposób uzyskiwane sa informacje na temat przypuszczalnych własności geofizycznych znanych skał w warunkach niedostępnych do badań bezpośrednich. Możliwe więc jest ustalenie klucza diagnostycznego do identyfikacji ośrodków skalnych na podstawie ich cech stwierdzanych za pomocą zdalnych badań geofizycznych – sejsmicznych i grawimetrycznych. Interpretacja geofizyczna jest uwiarygodniona na podstawie parametrów petrofizycznych ustalonych dla jednoznacznie określonych ośrodków skalnych, a interpretacja geologiczna jest uwiarygodniona na podstawie danych geofizycznych. Do identyfikacji litologicznej ośrodka skalnego konieczne jest przeprowadzenie badań szczegółowych. W odniesieniu do przypowierzchniowych utworów, zgromadzone są duże zbiory danych petrofizycznych. Natomiast niewiele wiadomo na ten temat w odniesieniu do głębszych stref litosfery. Oceny parametrów dla dużych głębokości wymagają bowiem specjalistycznej aparatury z komorami wysokociśnieniowymi i termicznymi. Są kosztowne i dlatego na świecie są finansowane głównie przez górnictwo naftowe, agencje atomistyki i gospodarki odpadami toksycznymi.W warunkach geograficznych Polski w przypowierzchniowej strefie skorupy ziemskiej skały nie zwietrzałe i nie spękane charakteryzują się prędkościami podłużnych fal ultradźwiękowych w zakresie od 1400 do 8000 m/s, przy gęstości objętościowej od około 1,5 g/cm3 do ponad 3 g/cm3 (fig. 4). Z zestawienia danych z badań wybranych skał magmowych i metamorficznych z wielu miejsc na świecie (R.S.Carmichael, Fhysical Properties of Rocks and Mineralas ; CRC Press 1990) jak i z Polski (J. Pinińska; Właściwości wytrzymałościowe i odkształceniowe skał t. 1 do 8; 1994 do 2004) wynika, że wartości charakterystyczne, istotne w geofizycznej interpretacji wyników badań sejsmicznych i grawimetrycznych zmieniają się istotnie pod wpływem ciśnienia, temperatury oraz wód porowych. I tak np. ekstremalne prędkości propagacji fali podłużnej (Vp) wyznaczone dla eklogitu i dunitu: 8100 m/s wzrastają po nawodnieniu do 8400 m/s. W temperaturze do 200 oC i ciśnieniu do 500 Mpa (Carmichael 1990) prędkości fal podłużnych osiągają do 8900 m/s (fig. 4). Prędkość propagacji poprzecznej (Vs) osiąga dla dunitu 4510 m/s w temperaturze 200oC i ciśnieniu 500 Mpa, a przy 300oC spada do 4440 m/s. Ekstremalne wartości gęstości objętościowej (jo )stwierdzone dla dunitu w warunkach laboratoryjnych wzrastają z 3,32 g/cm3 do 3,47 g/cm3 przy ciśnieniu 500 Mpa w temperaturze 200 oC.

 


3. SEJSMICZNE MODELE STRUKTURY SKORUPY ZIEMSKIEJ TRANS-EUROPEJSKIEJ STREFY SZWU (TESZ) W NW POLSCE

Marek Grad, Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 7, 02-093 Warszawa

Aleksander Guterch, Instytut Geofizyki, Polska Akademia Nauk, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa

Obszar trans-europejskiej strefy szwu (TESZ) w NW Polsce był w ostatniej dekadzie przedmiotem intensywnych badań sejsmicznych (GSS), mających na celu poznanie głębokiej struktury skorupy i dolnej litosfery. Uzyskane wyniki pokazują, że grubość skorupy ziemskiej w strefie TESZ jest pośrednia pomiędzy skorupą kratonu wschodnioeuropejskiego na wschodzie (~42 km) i grubością skorupy platformy paleozoicznej (~30 km) na SW od frontu deformacji waryscyjskich. Stwierdzono również występowanie w strefie TESZ skał o stosunkowo niskich prędkościach fal P (Vp<6,1 km/s) do głębokości ok. 20 km. Niskie prędkości mogą wskazywać na ich osadowe, metamorficzne lub wulkaniczne pochodzenie. W dolnej skorupie stwierdzono występowanie skał o wysokich prędkościach fal P (Vp=6,8–7,3 km/s). Granica Moho występuje tu na głębokości ok. 30 33 km, a prędkość w górnym płaszczu pod granicą Moho jest stosunkowo wysoka (Vp>8,3 km/s). Szerokość strefy przejściowej między platformami wynosi ok. 200 km. Trójwarstwowa skorupa krystaliczna Baltiki przechodzi w tej strefie w dwuwarstwową skorupę paleozoiczną (waryscyjską), charakteryzującą się brakiem najniższej warstwy o wysokich prędkościach (Vp~7,1 km/s). Na wszystkich profilach stwierdzono występowanie reflektora w dolnej litosferze 10 15 km pod granicą Moho. (Fig. 5)

Literatura:

CZUBA W., GRAD M., LUOSTO U., MOTUZA G., NASEDKIN V., POLONAISE P5 WORKING GROUP (2001) Crustal structure of the East European Craton along POLONAISE'97 P5 profile. Acta Geophys. Pol., 49 (2): 145-168.

CZUBA W., GRAD M., LUOSTO U., MOTUZA G., NASEDKIN V., POLONAISE P5 WORKING GROUP (2002) Upper crustal seismic structure of the Mazury complex and Mazowsze massif within East European Craton in NE Poland. Tectonophysics, 360: 115-128.

GRAD M., JANIK T., YLINIEMI J., GUTERCH A., LUOSTO U., TIIRA T., KOMMINAHO K., ŚRODA P., HÖING K., MAKRIS J., LUND C.-E. (1999) Crustal structure of the Mid-Polish Trough beneath the Teisseyre-Tormquist Zone seismic profile. Tectonophysics, 314: 145-160.

GRAD M., KELLER G.R., THYBO H., GUTERCH A., POLONAISE WORKING GROUP (2002a) Lower lithospheric structure beneath the Trans-European Suture Zone from POLONAISE'97 seismic profiles. Tectonophysics, 360: 153-168.

GRAD M., GUTERCH A. MAZUR S. (2002b) Seismic refraction evidence for crustal structure in the central part of the Trans-European Suture Zone in Poland. Geological Society, London, Special Publications, 201: 295-309.

GRAD M., ET AL. (2003) Crustal structure of the Trans-European suture zone region along POLONAISE’97 seismic profile P4. J. Geophys. Res., 108 (B11): 2541, doi:10.1029/2003JB002426.

GUTERCH A., GRAD M., MATERZOK R., PERCHUĆ E. (1986) Deep structure of the Earth’s crust in the contact zone of the Palaeozoic and Precambrian platforms in Poland (Tornquist-Teisseyre Zone). Tectonophysics, 128: 251-279.

GUTERCH A., GRAD M., JANIK T., MATERZOK R., LUOSTO U., YLINIEMI J., LÜCK E., SCHULZE A., FÖRSTE K. (1994) Crustal structure of the transitional zone between Precambrian and Variscan Europe from new seismic data along LT-7 profile (NW Poland and eastern Germany). C. R. Acad. Sci. Paris, 319, serie II: 1489-1496.

GUTERCH A., GRAD M., THYBO H., KELLER G. R., THE POLONAISE WORKING GROUP (1999) POLONAISE’97 - an international seismic experiment between Precambrian and Variscan Europe in Poland. Tectonophysics, 314: 101-121.

JANIK T., YLINIEMI J., GRAD M., THYBO H., TIIRA T., POLONAISE P2 WORKING GROUP (2002) Crustal structure across the TESZ along POLONAISE'97 seismic profile P2 in NW Poland. Tectonophysics, 360: 129-152.

JENSEN S. L., JANIK T., THYBO H., POLONAISE PROFILE P1 WORKING GROUP (1999) Seismic structure of the Palaeozoic Platform along POLONAISE’97 profile P1 in northwestern Poland. Tectonophysics, 314: 123-143.

ŚRODA P., POLONAISE PROFILE P3 WORKING GROUP (1999) P- and S-wave velocity model of the southwestern margin of the Precambrian East European Craton; POLONAISE'97, profile P3. Tectonophysics, 314: 175-192.

ŚRODA P., CZUBA W., GRAD M., GUTERCH A., GACZYŃSKI E., POLONAISE WORKING GROUP (2002). Three-dimensional seismic modelling of crustal structure in the TESZ region based on POLONAISE'97 data. Tectonophysics, 360: 169-185.

WILDE-PIÓRKO M., GRAD M., TOR WORKING GROUP (2002). Crustal structure variation from the Precambrian to Palaeozoic platforms in Europe imaged by the inversion of teleseismic receiver functions - project TOR. Geophys. J. Int., 150: 261-270.

 

 


4. SKAŁY DOLNEJ SKORUPY I NAJWYŻSZEGO PŁASZCZA NA OBSZARZE EKSPERYMENTU POLONAISE’97: MODELE PETROLOGICZNO-SEJSMICZNE

Jacek Puziewicz, Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław

Wnioskowanie o składzie mineralnym środkowej i dolnej skorupy ziemskiej w polskiej części TESZ i sąsiadujących z nią obszarach jest możliwe w oparciu o dane sejsmiczne, geologiczną historię regionu oraz odsłonięte na powierzchni przekroje środkowej i dolnej skorupy (fig. 6). Dolna skorupa w częściach platformy wschodnioeuropejskiej przyległych do TESZ jest zdominowana przez maficzne granulity, w których ilość minerałów ciemnych i/lub stosunek Mg/(Mg+Fe) wzrastają ku SW. Wyżejległe partie środkowej skorupy są znacznie bogatsze w skalenie i kwarc. Ilość tych składników wzrasta ku SW, przypuszczalnie dzięki nagromadzeniu intruzji granitowych/czarnokitowych na krawędzi platformy. Środkowa i dolna skorupa TESZ stanowią prawdopodobnie ścienione i o intensywniejszej foliacji przedłużenie środkowej i dolnej skorupy platformy wschodnioeuropejskiej. Zalega na nich zespół niskometamorficznych skał awalońskiej pryzmy akrecyjnej. Dolna skorupa położonej na SW platformy waryscyjskiej ma prawdopodobnie warstwowany charakter zbliżony do dolnej skorupy odsłoniętej w strefie Ivrea. Zalega na niej gruba środkowa skorupa ukształtowana we względnie gorącym środowisku, zawierająca liczne intruzje granitowe.

 


5. MODEL TERMICZNY LITOSFERY CENTRALNEJ I PÓŁNOCNO-ZACHODNIEJ POLSKI

Jacek Majorowicz, Northern Geothermal, Edmonton, Canada oraz University of North Dakota, Northern Plains Climate Research Center, USA

Marta Wróblewska, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

Dwuwymiarowe modelowania termiczne wykonywano przy użyciu metody obliczeniowej różnic skończonych wzdłuż profili sejsmicznych projektów: POLONAISE’97, TTZ, LT-7, LT-5, LT-4, LT-2, konstruując na ich podstawie geometrię modelu. W przypadku P2 i P4 posłużono się metodą elementów skończonych przy analizie parametrów termicznych tj. przewodności cieplnej oraz produkcji ciepła radiogenicznego. We wszystkich modelach jako wartość graniczną przyjęto średnią roczną temperaturę powietrza 8 oC. We wstępnej fazie do optymalizacji użyto wartości strumienia powierzchniowego (Q) na podstawie mapy gęstości strumienia (Karwasiecka i Bruszewska, 1997) natomiast ostateczne wyniki oparte są na wielkości Q skorygowanej na wpływ zmian klimatycznych ostatniego zlodowacenia (Szewczyk i Gientka, 2003). Do określenia produkcji ciepła radiogenicznego wykorzystano zależność statystycznej relacji od prędkości fali sejsmicznych (Rybach i Batebarth, 1982, 1984) z zastosowaniem poprawki na wpływ temperatury i ciśnienia, wg Cermaka i Bodri (1986). Produkcja ciepła skorupy tylko po części tłumaczy występowanie wysokich wartości strumienia cieplnego w strefie ponad zmetamorfizowanymi osadami zalegającymi do 20km. Rozkład przewodności cieplnej uzyskano na podstawie danych opublikowanych przez Chapmana i Furlong (1992) i prostej zależności od ciśnienia (głębokość) i temperatury. Wykonane zostały również pomiary na próbach rdzenia pobranych z 3 otworów, położonych w sąsiedztwie analizowanych profili. Na podstawie uzyskanych wyników modelowych wykreślone zostały mapy strumienia i temperatury na powierzchni Moho, ale także miąższości termicznej litosfery (przyjęto izotermę 1300 oC) (Majorowicz i in, 2003). Rozkład temperatur na powierzchni Moho wskazuje na dużą zmienność w obrębie Niżu Polskiego od 400 do 800 oC, a w SW Polsce spadają poniżej 450 oC. Centralna część TTZ cechują wyższe temperatury od 600 do 800 oC. Wysokie temperatury, w SW Polsce, nie korelują się z prędkościami sejsmicznymi Pn (8,25-8,4 km/s, Jensen i in., 1999, Guterch, Grad, 2000) w górnym płaszczu, co wskazuje raczej na wychłodzoną skorupę i niski strumień. Można to częściowo tłumaczyć anizotropią fali sejsmicznej oraz nietypowym składem petrologicznym płaszcza na tym obszarze. Równie możliwym wytłumaczeniem jest zmienny charakter pola temperatur litosfery. Temperatura górnej skorupy nadal oddaje warunki wysokiego strumienia na Moho jakie istniały w przeszłości, podczas gdy w dolnej skorupie i górnym płaszczu obniżyła się do dzisiejszych warunków, a co za tym idzie zmalała również wartość Q (Majorowicz, 2004; Lotz 2004). Analiza modeli dwuwymiarowych dowodzi istnienie rozległego, zgodnego z anomalią zlokalizowaną w rejonie uskoku Dolska i czoła frontu waryscyjskiej deformacji, podwyższenia temperatur na granicy skorupa – płaszcz. Wysoki strumień pomierzony w obszarze cienkiej skorupy oraz niski strumień cieplny w obecności miąższej skorupy został potwierdzony przez prosty model równowagi izostatycznej. Małe zróżnicowanie powierzchni oraz małe wysokości ponad powierzchnię morza (poniżej 200 m) i duże zmiany miąższości skorupy (od 30 km do 45 km) wymagają dużych wahań strumienia cieplnego (odpowiednio 35 do 75 mW/m2). (Fig. 7)

Literatura:

Cermak, V., Bodri, L., 1986. Two-dimensional temperature modeling along five East-European geotraverses. J.Geodynamics, 5, pp.133-163.

Chapman, D.S., Furlong, K.P., 1992. Thermal state of the continental lower crust. In: D.M.Fountain, R.Arculus and R.W.Kay (Eds) Continental lower crust. Elsevier, Amsterdam -London - New York, pp.179-199.

Guterch, A., Grad, M. 2000, Nowa generacja programów badań głębokich struktur litosfery: eksperymenty sejsmiczne POLONAISE’97 i CELEBRATION 2000 w Europie Środkowej. Prz. Geol., 48: 1085-1095.

Jensen, S.L., Janik, T., Thybo, H., POLONAISE WORKING Group, 1999. Seismic structure of the paleozoic platform along POLONAISE '97 profile P1 in north-western Poland. Tectonophys., 314, 123-143.

Karwasiecka M., Bruszewska B., 1997- Gęstość powierzchniowego strumienia cieplnego Ziemi na obszarze Polski. Centralne Archiwum Geologiczne, opracowanie nr 21/98, Warszawa, (niepublikowane).

Lotz B., 2004. Neubewertung des rezenten Warmestroms im Nordostdeutschen Becker. GeoForschungsZentrum Potsdam, Scientific Technical Report STR04/04

Majorowicz J., 2004. Thermal lithosphere across the Trans-European Suture Zone in Poland. Geological Quaterly v.48, no.1 : 1-14 ( pdf [pdf.] (962 KB) )

Majorowicz, J.A. Cermak, V., Safanda, J., Krzywiec, P., Wróblewska, M., Guterch, A. And Grad, M., 2003, Heat flow models across the Trans-European Suture Zone in the area of the POLONAISE’97 seismic experiment, Phys. Chem. Earth, 28, 375-391.( pdf [pdf.] (870 KB) )

Rybach, L., Buntebarth, G., 1982. Relationship between the petrophysical properties density, seismic velocity, heat generation and mineralogical constitution. Earth Planet. Sci. Lett. 57, 367-376.

Rybach, L., Buntebarth, G., 1984. The variation of heat generation density and seismic velocity with rock type in the continental crust. Tectonophysics, 103, 309-344.

Szewczyk, J. and Gientka D., 2003, Climate and climatic change from underground temperatures: Continental energy balance, land - surface processes, integration with meteorological and proxy data, EGS/AGU 2003 abstract CL19 and poster, EGS/AGU 2003, April, Nice, France.

 

 


6. ZINTEGROWANE MODELOWANIE GRAWIMETRYCZNO-MAGNETYCZNE WZDŁUŻ PROFILU SEJSMICZNEGO P4

Zdzisław Petecki, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

W celu rozpoznania budowy litosfery w obszarze kontaktu kratonu wschodnioeuropejskiego z jego przedpolem (strefa szwu transeuropejskiego – TESZ) łączne modelowanie danych grawimetrycznych i magnetycznych zostało wykonane wzdłuż refrakcyjnego i szerokokątowego refleksyjnego profilu P4. Model grawimetryczny i magnetyczny skorupy i najwyższego płaszcza do głębokości 60 km wzdłuż profilu P4 (fig. 8) wskazuje na skomplikowaną budowę geologiczną rejonu. Dwie duże strefy uskokowe, strefa Dolska (130 km) i SW krawędź typowej trójwarstwowej skorupy kratonicznej (300 km) ograniczają domeny skorupowe o różnych charakterze w obrazie pól potencjalnych. Zintegrowane modelowanie grawimetryczno-magnetyczne wskazuje na biwergentną naturę strefy uskokowej Dolska. Strefa ta ogranicza od NE wyniesienie Wolsztyn-Leszno, które znajduje odzwierciedlenie wysokich wartościach anomalii grawimetrycznych i podwyższonych wartościach anomalii magnetycznych. Krawędź kratonu koreluję się z gwałtowną zmiana charakteru pola magnetycznego, któremu towarzyszy wybitna strefa gradientowa. Źródłem znaczącej dodatniej anomalii magnetycznej o amplitudzie 200 nT położonej na NE od tego lineamentu magnetycznego jest dolnoskorupowa struktura o znacznych rozmiarach pionowych i ostro zapadających krawędziach. Wysoka podatność magnetyczna (0.06 SI) wskazuje, że źródłem tej anomalii może być magmowa intruzja występująca w krawędziowej części kratonu. Modelowanie grawimetryczne wskazuje, że w obszarze położonym między tymi strefami uskokowymi występuje basen wypełniony skałami o niskich gęstościach, który osiąga znaczne głębokości (do 20 km) oraz wysokogęstościowa dolna skorupa. Ta ostatnia może stanowić klin skorupy kratonicznej wrzynającej się w skorupę platformy paleozoicznej (Wschodnia Avalonia?). Jednak obliczone gęstości tego ciała są wyższe niż dolnej skorupy kratonu wschodnioeuropejskiego. Może to wskazywać na procesy przenikania materii płaszczowej do dolnej skorupy, które mogły grać ważną rolę w ewolucji bruzdy śródpolskiej. Zróżnicowanie gęstości najwyższego płaszcza jest konieczne do wyjaśnienia długofalowych anomalii grawimetrycznych. Najwyższe gęstości wymodelowano w strefie TESZ. Zwiększone gęstości górnego płaszcza w tej strefie mogą być spowodowane transformacją skał maficznych w eklogit.

 


7. STRUKTURA LITOSFERY WZDŁUŻ PROFILI P2 I P4 (PROJEKT POLONAISE'97) – 2D MODELOWANIA TERMICZNO-GRAWIMETRYCZNE

Olga Polechońska, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

Marta Wróblewska, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

Utworzono dwuwymiarowe modele termiczno-gęstościowe dla dwóch profili projektu: P2 i P4 (Polechońska, Wróblewska, 2004). Podstawą dla nich była informacja płynąca z wyników modelowań prędkościowych. Pierwszym etapem było opracowanie metodą elementów skończonych (za pomocą oprogramowania „Ansys”) modelu rozkładu temperatury. Jako warunek brzegowy modelu przyjęto temperaturę na powierzchni w wysokości 8 oC. Od spodu modelu zadano strumień cieplny zmienny w zakresie od 15 mW/ m2 w obrębie kratonu do 40 mW/ m2 w obrębie platformy paleozoicznej. Wynik optymalizowano względem strumienia powierzchniowego (Karwasiecka, Bruszewska, 1997) oraz rozkładu temperatury na głębokości 1 km (Karwasiecka, 1994). Korzystając z powyższych wyników możliwe było obliczenie gęstości dla środkowej i dolnej skorupy, przy zastosowaniu formuły Soboleva, Babeyki (1994). Dla płaszcza oraz nisko-prędkościowej górnej skorupy, gęstości zostały wyznaczone w trakcie modelowania za pomocą aplikacji „GM-SYS” na drodze doboru. Ilustracja przedstawia końcowe wyniki dla obu profili. Podczas gdy dla profilu P4 rozkład gęstości jest zgodny z rozkładem prędkości, dla profilu P2 sytuacja jest odmienna. W celu uzyskania zgodności pomiędzy krzywymi rzeczywistą a modelowaną konieczne stało się znaczne podwyższenie gęstości utworów osadowych pryzmy akrecyjnej (centralna część profilu). (Fig. 9)

Literatura:

KARWASIECKA M., BRUSZEWSKA B., 1997- Gęstość powierzchniowego strumienia cieplnego ziemi na obszarze Polski. Centralne Archiwum Geologiczne, opracowanie nr 21/98, Warszawa, (niepublikowane).

KARWASIECKA M., 1994, EUROPROBE – opracowanie cieplnego pola Ziemi na obszarze Polski, Oddział Górnośląski Państwowego Instytutu Geologicznego, CAG PIG Warszawa

POLECHOŃSKA O., WRÓBLEWSKA M., 2004. Deep lithosphere structure along P2 and P4 profiles. Thermal-gravity models. Poster przedstawiony podczas Międzynarodowej Konferencji - Warsztatach "Geodynamics of Central Europe", Zakopane, 2004r. ( pdf [pdf] (12.12 MB) )

SOBOLEV S., BABEYKO A. Y., 1994. Modeling of mineralogical compositions, density and elastic wave velocities in anhydrous magmatic rocks. Surveys in Geophysics, 15, s. 515-544

 

 


8. BRZEG KRATONU WSCHODNIO-EUROPEJSKIEGO W PÓŁNOCNO-ZACHODNIEJ I ŚRODKOWEJ POLSCE W ŚWIETLE DANYCH SEJSMICZNYCH, MAGNETYCZNYCH I GEOTERMICZNYCH

Czesław Królikowski, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

W pracy podano w odpowiednim skrócie aktualny stan wiedzy w tym zakresie oraz przedstawiono nową, tektoniczną koncepcję kontaktu kratonu z platformą paleozoiczną na obszarze NW Polski. Koncepcja oparta jest na wynikach analizy:

  • danych sejsmicznych, głównie programu Polonaise
  • nowego zdjęcia magnetycznego w północno-zachodniej i centralnej Polsce,
  • obrazu pola geotermalnego. Wyniki eksperymentu sejsmicznego POLONAISE wskazują na kratoniczne pochodzenie dolnej skorupy o wysokiej prędkości fal sejsmicznych, zalegającej pod platformą paleozoiczną na obszarze na SW od linii TTL. Linia TTL byłaby granicą kratonu ze środkową i górną skorupą należącą do platformy paleozoicznej.

    Na obszarze NW Polski wyróżnić można trzy obszary o zupełnie odmiennej charakterystyce pola magnetycznego. Obszar pierwszy to rozległa anomalia ujemna. Obszar drugi pokrywa słaba anomalia dodatnia Pomorza Zachodniego (PZ) i związana z nią po stronie południowej strefa gradientowa, której oś przebiega od południowego skraju Zalewu Szczecińskiego przez Stargard, Piłę, Bydgoszcz i Inowrocław. Anomalię PZ ogranicza od północnego wschodu linia TTL, przebiegająca w przybliżeniu przez miejscowości Szczecinek, Bydgoszcz i Toruń. Wyznacza ją szeroka strefa dużego gradientu pola o kierunku NW-SE. Ten magnetyczny lineament ogranicza od południowego zachodu trzeci obszar dużej anomalii magnetycznej Miastka-Chojnic-Tucholi (MCT). Interpretacja anomalii PZ wykazała, że głębokość ciała magnetycznego wynosi 18,5 km, co odpowiada, zgodnie z danymi sejsmicznymi i ich interpretacją spągowi niskoprędkościowej górnej skorupy. W obszarze, który rozciąga się wzdłuż południowego skraju anomalii PZ i na południowy zachód od niego, następuje zanik namagnesowania skorupy dolnej w wyniku pogrążania się jej poniżej izotermy Curie. Jej obecność ujawnia się tylko poprzez wysokie prędkości sejsmiczne. Z modelowania geotermalnego wynika, że izoterma 600 oC przebiega w tym rejonie na głębokości 22 – 25 km, znacznie powyżej Moho. Mielibyśmy zatem do czynienia z obrazem tektonicznym, jaki przedstawia szkic na fig. 10. Dokładna analiza obrazu strukturalnego, rozkładu prędkości sejsmicznych i ich gradientów pionowych, a także wyników modelowań geotermalnych sugeruje, że mamy do czynienia z pogrążoną skorupą dolną kratonu pod skorupą platformy paleozoicznej (PP) a nie na odwrót ( fig. 10). Za powyżej wskazanym obrazem tektonicznym przemawiałyby więc:

    • zanik normalnego namagnesowania skorupy dolnej kratonu w strefie płytkiego przebiegu izotermy 600 oC na południowy zachód od skraju anomalii PZ,
    • obecność ujemnych anomalii magnetycznych, wywołanych przez odwrotnie namagnesowaną skorupę dolną PP, występującą powyżej izotermy Curie
    • wyższy gradient pionowy prędkości skorupy dolnej na PP niż skorupy dolnej na kratonie, co wynika z nakładania się na wysokoprędkościową skorupę dolną kratonu skorupy dolnej PP o niższej prędkości,
    • różnica gęstości skorupy dolnej kratonu i skorupy dolnej PP; ta pierwsza jest znacznie cięższa niż ta druga i bardziej prawdopodobne jest zanurzanie się tej pierwszej pod drugą niż na odwrót.

      Nie ma jednego brzegu kratonu. Istnieją natomiast trzy ważne granice, które charakteryzują złożoność tektoniczną całej strefy szwowej. Pierwsza, to znana od dawna linia TTL, wyznaczona na podstawie analizy anomalii magnetycznych. Drugą granicę wyznacza SW skraj anomalii PZ. Byłby to północno-wschodni zasięg odwrotnie namagnesowanej skorupy dolnej PP, a jednocześnie byłaby to granica zaniku własności magnetycznych skorupy dolnej kratonu. Miałaby ona więc charakter i magnetyczny i tektoniczny. I trzecia granica, oznaczałaby SW zasięg wysokoprędkościowej skorupy dolnej kratonu.

 


9.BUDOWA TEKTONICZNA PODŁOŻA BRUZDY ŚRÓDPOLSKIEJ W OPARCIU O WYNIKI ANALIZY DANYCH SEJSMIKI REFLEKSYJNEJ ORAZ GRAWIMETRII I MAGNETYKI

Piotr Krzywiec, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa;

Stanisław Wybraniec, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa;

Zdzisław Petecki, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

Wykorzystując liczne profile przemysłowej sejsmiki refleksyjnej ulokowane w centralnej i północno-zachodniej Polsce i przecinające bruzdę śródpolską opracowano model budowy tektonicznej podłoża pre-cechsztyńskiego. Punktem odniesienia dla przeprowadzonej interpretacji danych sejsmicznych był model odspojonej mezozoicznej ewolucji bruzdy, zakładający występowanie regionalnego odspojenia mechanicznego między pod-cechsztyńskim podłożem a mezozoiczną pokrywą osadową (por. Krzywiec, 2002a,b, 2004; Krzywiec i Wybraniec, 2003). W związku z tym odspojeniem tektonika nieciągła (ekstensja) generalnie ograniczona była do podłoża zaś pokrywa osadowa charakteryzowała się brakiem zasadniczych uskoków normalnych i ciągłymi gradientami zmian miąższości utworów syn-ekstensyjnych. Jedynie lokalnie miało miejsce uskokowanie w obrębie pokrywy osadowej, zjawisko to było często związane z rozwojem struktur solnych. Mechaniczne odspojenie odegrało również dużą rolę w trakcie późnokredowo – paleogeńskiej inwersji bruzdy śródpolskiej Uwzględniając [1] lokalizację stref wysokich gradientów zmian miąższości utworów triasu – jury i dolnej kredy, [2] lokalizację struktur solnych oraz [3] morfologię podłoża określono położenie domniemanych stref uskokowych rozwiniętych w obrębie podłoża pod-cechsztyńskiego i odpowiedzialnych za ekstensję i inwersję bruzdy. Wyniki interpretacji danych sejsmicznych skorelowano z mapami geologicznymi oraz z przetworzonymi mapami grawimetrycznymi i magnetycznymi, uzyskując bardzo dobrą zgodność między zaproponowanym regionalnym układem tektonicznym podłoża pod-cechsztyńskiego a innymi danymi geologicznymi i geofizycznymi (fig. 11). NE krawędź bruzdy śródpolskiej związana była generalnie z SW krawędzią kratonu wschodnioeuropejskiego, zaś jej krawędź SW z systemem regionalnych uskoków en-echelon, powstałych najprawdopodobniej we wcześniejszych (paleozoicznych) etapach ewolucji tektonicznej tego obszaru. Zwraca uwagę bardzo dobra korelacja tych stref uskokowych z przebiegiem uskoku świętokrzyskiego. Wykorzystując autorskie metody przetwarzania i wizualizacji danych sejsmiki refleksyjnej (Wybraniec, 2004) dokonano analizy danych głębokich profili refleksyjnych GB-1 i GB-2. Potwierdzono, że profil GB-1 jest bardzo niskiej jakości i de facto nie dostarcza żadnych informacji o budowie geologicznej poniżej cechsztynu. Przetworzenie profilu GB-2 (fig. 12) pozwoliło na lepsze zwizualizowanie strefy delaminacji dolnej skorupy tworzącej tzw. "strukturę krokodylową” opisaną przez Peteckiego (2003) i będącą być może ekwiwalentem analogicznej dolnoskorupowej strefy kolizyjnej znanej z obszaru Niemiec (por. np. Meissner i in., 2002).

Literatura:

Krzywiec P., 2002, Oświno structure (NW Mid-Polish Trough) - salt diapir or inversion-related compressional structure? Geological Quarterly, 46(3): 337-346.

Krzywiec P., 2002 - Mid-Polish Trough inversion - seismic examples, main mechanisms and its relationship to the Alpine – Carpathian collision. [In]: G. Bertotti, K. Schulmann, S. Cloetingh (ed.), Continental Collision and the Tectonosedimentary Evolution of Forelands. European Geosciences Union Stephan Mueller Special Publication Series, 1: 151-165. ( pdf [pdf] (9.34 MB) )

Krzywiec P., Wybraniec S., 2003, Role of the SW Margin of the East European Craton During the Mid-Polish Trough Mesozoic Development and Inversion – Integration of Seismic and Potential Field Data. Proceedings of the 8th Meeting of the Czech Tectonic Studies Group / 1st Meeting of the Central European Tectonics Group, 24-27.04, Hruba Skala, Geolines – Papers in Earth Sciences, 16: 64-66.

Krzywiec P., 2004, Triassic evolution of the Kłodawa salt structure: basement-controlled salt tectonics within the Mid-Polish Trough (central Poland). Geological Quarterly. 48(2): 123-134. ( pdf [pdf] (651 KB) )

Krzywiec P., 2004, Basin-scale basement control of the evolution of the Mid-Polish Trough. American Association of Petroleum Geologists European Region Conference, Prague, 10-13.10.2004, 87. ( pdf [pdf] (35 KB) )

Meissner R., Thybo H., Abramovitz T., 2002, Interwedging and inversion structures around the Trans-European Suture Zone in the Baltic Sea, a manifestation of compressive tectonic phases. Tectonophysics, 360: 265-280.

Petecki Z., 2003, Lower crustal reflectivity pattern in the Pomeranian Segment of the Trans-European Suture Zone: evidence for Caledonian Collision Zone. Acta Geophysica Polonica, 51(1): 63-72.

Wybraniec. S., 2004.Refleksyjność skorupy NW Europy na podstawie głębokich badań sejsmiką refleksyjną programu BIRP. Referat wygłoszony na posiedzeniu naukowym Zakładu Geofizyki PIG, 12 maja 2004.( pdf [pdf] (7.22 MB) )

 

 

 

10. INTERPRETACJA GLEBOKICH BADAŃ SEJSMICZNYCH W OPARCIU O SEJSMICZNE MODELOWANIA REFLEKSYJNE

Kaja Pietsch, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków;

Marcin Kobylarski, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

W niniejszej pracy przedstawiono próbę wykorzystania modelowań sejsmicznych 2D do interpretacji pól falowych rejestrowanych w trakcie Głębokich Badań Sejsmicznych (GBS) wykonanych wzdłuż profilu GB-2, zarejestrowanego przez Przedsiębiorstwo Badań Geofizycznych (1992) oraz profilu TO740198, zarejestrowanego przez Geofizykę Toruń Sp. z o.o. (1998). Profile te przebiegają przez strefę deformacji waryscyjskich Polski południowo-zachodniej, ukrytą pod pokrywą utworów permo-mezozoicznych i kenozoicznych monokliny przedsudeckiej. Oprócz refleksów odpowiadających granicom pokrywy platformowej (A) na profilach zaznacza się strefa o podwyższonej refleksyjności, złożona z subhoryzontalnych ciągów refleksów związana z dolną skorupą (C) oraz strefa transparentna górnej skorupy (B), w obrębie której mamy do czynienia z pojedynczymi refleksami lub ciągami refleksów o niskich amplitudach. Granica Moho (M) w spągu kompleksu dolnej skorupy została wyinterpretowana wzdłuż całych profili. Nienajlepszej jakości rejestracje, jakie uzyskano na profilach GB-2 i TO740198 powodują, że wykonaną interpretację geofizyczno-geologiczną należy uznać za hipotetyczną (Cwojdziński i in., 1996). W takiej sytuacji nieodzownym narzędziem wspomagającym interpretację są modelowania sejsmiczne, które umożliwiają konstrukcję teoretycznych pól falowych, obliczanych dla coraz bardziej złożonych modeli sejsmogeologicznych badanego górotworu, aż do uzyskania zgodności z zarejestrowanym polem falowym. Niejednoznaczne wyniki analizowanych profili sejsmicznych spowodowały, że jako startowy model sejsmogeologiczny wykorzystano wyinterpretowany w oparciu o profil GSS – P4 Polonaise’97 model prędkościowo-głębokościowy (Guterch i in., 1997). Modelowania zostały wykonane programami opartymi na dwóch różnych podejściach do problemu rozprzestrzeniania się pola falowego. W pierwszym przypadku wykonano modelowania zero-offsetowe w oparciu o rozwiązanie równania falowego metodą różnic skończonych. W drugim zaś w oparciu o trasowanie promienia sejsmicznego. Modelowania wykonano przy użyciu systemu Promax (Landmark Graphic Corporation) oraz systemu GeoGraphix (Landmark Graphic Corporation), znajdujących się na Wydziale Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej. Obliczone teoretyczne pola falowe w podobny sposób odwzorowują założony model seejsmogeologiczny, a obserwowany rozkład granic sejsmicznych jest zbliżony do rozkładu obserwowanego na profilach GB-2 oraz TO741098. Wyraźne różnice widoczne są jedynie w dolnej skorupie (C), w obrębie której rejestrowana jest strefa o podwyższonej refleksyjności, którą można wiązać z laminacyjną budową tego kompleksu (Guterch i in., 1992, 1994). Niezgodność w modelowym i rzeczywistym obrazie sejsmicznym dolnej skorupy wskazuje na konieczność modyfikacji założonego modelu prędkościowego. Podwyższona refleksyjność tego interwału sugeruje występowanie ośrodka warstwowanego, o znacznych kontrastach prędkości, a nie jak założono w modelu startowym ośrodka o gradientowym wzroście prędkości z głębokością. Modyfikacja modelu prędkościowego spowodowała zmianę teoretycznego zapisu sejsmicznego w interwale dolnej skorupy, który składa się teraz z szeregu refleksów. Zestawienie teoretycznego pola falowego z polem zarejestrowanym na profilach GB-2 oraz TO740198 pokazuje zgodność w lokalizacji strefy o podwyższonej refleksyjności, co potwierdza laminacyjny charakter budowy tej strefy. Wykonane modelowania pozwalają na wyciągnięcie wniosków odnoszących się zarówno do metodyki modelowań wykorzystywanych w Głębokich Badaniach Sejsmicznych, jak i ich przydatności przy interpretacji zarejestrowanych przekrojów GBS. Teoretyczne pole falowe obliczone z zastosowaniem metody opartej o trasowaniu promienia oraz metody różnic skończonych dają podobne wyniki. Wymodelowany układ granic sejsmicznych odpowiada założonemu w modelu układowi warstw, a amplitudy refleksów są zgodne z rozkładem i zróżnicowaniem prędkości w poszczególnych warstwach. Wydaje się więc, że przy częstotliwościach obserwowanych w pomiarach GBS i oczekiwanych dokładnościach, modelowania z zastosowaniem metody trasowania promienia są zupełnie wystarczające. Wniosek ten jest dość istotny z praktycznego punktu widzenia, ponieważ, dla tego typu modelowań budowa modelu prędkościowego jest prostsza, a czas obliczeń - zdecydowanie krótszy. Wykonane modelowania pokazują również przydatność refleksyjnych modelowań sejsmicznych do geofizyczno – geologicznej interpretacji przekrojów GBS. Uzyskanie dość dobrej zgodności słabego zapisu sejsmicznego rejestrowanego na profilach GB-2 i TO740198 z teoretycznym polem falowym pozwala założyć, że przyjęty do modelowań końcowy model sejsmogeologiczny odwzorowuje budowę skorupy ziemskiej w badanej strefie. (Fig. 13)

Literatura:

BABEL WORKING GROUP, 1993 – Deep seismic reflection/refraction interpretation of crustal structure along BABEL profiles A and B in the southern Balic Sea. Geophysics J. Int. 112; 325-343.

CWOJDZIŃSKI S., DZIEWIŃSKA L., JÓŹWIAK W., MŁYNARSKI S., POKORSKI J., ZIENTARA P., BAZIUK T., 1996 – Reinterpretacja sejsmicznych badań refleksyjnych na profilach GB-2 i GB-2A. Opracowanie PIG, Warszawa

FEDOROWICZ A., KLECAN A.,1998 – Opracowanie tematu Kościan – Krobia. Archiwum Przedsiębiorstwa Geofizyka Toruń Sp. z o.o.

GUTERCH A., GRAD M., MATERZOK R., PERCHUĆ E., JANIK T., GACZYŃSKI E., DOAN T.T., BIAŁEK T., GADOMSKI D., MŁYNARSKI S., TOPORKIEWICZ S., 1992 – Laminated structure of the lower crust in the fore-Sudetic region in Poland derived from seismic data. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 69: 217-223.

GUTERCH A., GRAD M., JANIK T., MATERZOK R., LUOSTO U., YLINIEMI J., LÜCK E., SCHULTZE A., FRÖSTE K., 1994 – Crustal structure of the transition zone between Precambrian and Variscan Europe from new seismic data along LT-7 profile (NW Poland and eastern Germany). Geophysics, C. R. Acad. Sc., 319 (II): 1489-1496.

GUTERCH A., GRAD M., THYBO H., KELLER G.R., 1997 – Polonaise’97 International seismic experiment. Terra Nostra, II: 56-59. KASINA Z., 2003 – Modelowania sejsmiczne. Wydawnictwo GSMiE PAN, Kraków.

MEISSNER R., KRAWCZYŃ C.M., 1999 – Caledonian and Proterozoic terrane accretionin the Southwest Balic Sea. Tectonophysics 314: 123-143.

MŁYNARSKI S., POKORSKI J., DZIEWIŃSKA L., JÓŹWIAK W., ZIENTARA P., 2000 – Deep reflection seismic experiments in western Poland. Geological Quaterly, 44 (2): 175-181.

PETECKI Z., 2003 – Lower crustal reflectivity pattern in the Pomeranian Segment of the Trans-European Suture Zone: evidence for Caledonian Collision Zone. Acta Geophysica Polonica, 51 (1): 63-72.

 

 


11. JEDNOWYMIAROWE MODELE REOLOGICZNE LITOSFERY WZDŁUŻ GŁĘBOKICH PRZEKROJÓW SEJSMICZNYCH PROJEKTU POLONAISE’97, TTZ I LT

Marek Jarosiński, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa;

Marcin Dąbrowski, Instytut Geofizyki, Polska Akademia Nauk, ul. Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa

Komplikacje strukturalne i znaczna zróznicowanie powierzchniowego strumienia cieplnego w poprzek TESZ sprawiają, że jest to bardzo atrakcyjne miejsce dla modelowania zmienności reologicznej w obrębie litosfery. Modelowanie takie przeprowadzono wzdłuż 5 przekroi sejsmicznych projektu POLONAISE jak również wzdłuż linii TTZ i LT-7. Wyniki modelowania termicznego wskazują na skokowy wzrost intensywności produkcji ciepła radiogenicznego pomiędzy blokami kratonu wschodnioeuropejskiego a pozostałymi fragmentami skorupy należącymi do szeroko pojętej strefy TESZ. Pozwoliło to na postawienie hipotetycznej granicy pomiędzy blokami o proweniencji gondwańskiej, a należącymi do Baltiki. Modele litologiczne poszczególnych warstw litosfery zostały zbudowane na podstawie charakterystycznych prędkości sejsmicznej fali podłużnej. Parametry „funkcji potęgowej” pełźnięcia mikrodyslokacyjnego dla poszczególnych warstw zostały obliczone poprzez uśrednienie parametrów dla składników litologicznych każdej warstwy. Modele reologiczne zostały skonstruowane alternatywnie dla prawdopodobnego zakresu tempa deformacji i reżimów tektonicznych. W rezultacie otrzymano charakterystykę mechaniczną litosfery w postaci rozwarstwienia krucho-podatnego ze wskazaniem poziomów możliwego mechanicznego odkłucia. Oszacowano również całkowitą wytrzymałość litosfery oraz przedstawiono dystrybucję wytrzymałości pomiędzy skorupą a płaszczem. Przedyskutowano również niektóre aspekty spójności modelu reologicznego z koncepcjami tektonicznymi badanego obszaru oraz przedstawiono modele alternatywne. (Fig. 14)

 


11. BUDOWA GEOLOGICZNA GŁĘBOKIEGO PODŁOŻA PLATFORMY PALEOZOICZNEJ SW POLSKI W ŚWIETLE WYNIKÓW EKSPERYMENTU SEJSMICZNEGO POLONAISE’97

Stanisław Mazur, Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław;

Marek Jarosiński, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa

Profile sejsmiczne eksperymentu POLONAISE’97 dokumentują budowę wgłębną obszaru TESZ, który stanowi szeroką strefę akrecji terranów na pograniczu proterozoicznej litosfery kratonu wschodnioeuropejskiego oraz młodszej, paleozoicznej litosfery Europy Zachodniej. Uzyskane rezultaty wskazują na zasadnicze różnice w strukturze sejsmicznej litosfery z obszaru platformy wschodnioeuropejskiej, platformy paleozoicznej SW Polski i orogenu waryscyjskiego. W połączeniu z danymi pól potencjalnych i modelami termicznymi, wyniki sondowań sejsmicznych pozwalają na wydzielenie 5 typów litosfery: (1) Typ EEC – litosfera kratonu wschodnioeuropejskiego o trójwarstwowej strukturze sejsmicznej skorupy i niskoprędkościowym górnym płaszczu, która charakteryzuje się niską produkcją ciepła radiogenicznego i dużą amplitudą anomalii magnetycznych, (2) Typ TTZ – bloki litosfery przylegające bezpośrednio do kratonu wschodnioeuropejskiego i sięgające po SW granicę strefy TT mające trójwarstwową strukturę sejsmiczną skorupy, grubą niskoprędkościową górną skorupę i Vp w górnym płaszczu wyższą niż pod platformą wschodnioeuropejską; typ TTZ charakteryzuje niska produkcja ciepła radiogenicznego (na poziomie EEC) oraz średnia amplituda anomalii magnetycznych w segmencie pomorskim, (3) Typ TESZ – skorupa szwu transeuropejskiego pomiędzy TTZ a strefą tektoniczną Dolska posiadająca trójwarstwową strukturę sejsmiczną, grubą niskoprędkościową górną skorupę oraz silnie refleksyjną dolną skorupę o dużym gradiencie Vp; typ TESZ charakteryzuje również wysoka produkcja ciepła radiogenicznego i brak anomalii magnetycznych, (4) Typ PP - fragment litosfery pomiędzy strefą Dolska a uskokiem środkowej Odry o dwuwarstwowej skorupie z niskimi prędkościami fal sejsmicznych aż po powierzchnię Moho; podobnie jak TESZ typ PP charakteryzuje się wysoką produkcją ciepła radiogenicznego oraz brakiem anomalii magnetycznych, (5) Typ VP występujący na S od strefy uskokowej środkowej Odry ma charakterystykę podobną do litosfery PP, jednak różni się od niej niskimi prędkościami Vp w górnym płaszczu; płytkie położenie cokołu krystalicznego sprawia, że występują tu wyraźne anomalie magnetyczne. Dwa pierwsze typy litosfery (EEC i TTZ) są genetycznie związane z kratonem wschodnioeuropejskim, podczas gdy dwa ostatnie (PP i VP) z litosferą należącą do orogenu waryscyjskiego. Litosfera platformy paleozoicznej (typ TESZ), oddzielająca orogen waryscyjski od kratonu wschodnioeuropejskiego, stanowi osobny blok podłoża, który wywodzi się z Awalonii lub ze spokrewnionego z nią terranu przyłączonego do brzegu Baltiki we wczesnym paleozoiku. Jej trójwarstwowa struktura sejsmiczna jest prawdopodobnie wypadkową szeregu czynników takich jak m.in. wczesnopaleozoiczne podklejanie dolnej skorupy przez magmy wytapiane z subdukowanej płyty oceanu Tornquista, nasuwanie kaledońskiej pryzmy akrecyjnej czy młodsze przemieszczenia wzdłuż wielokrotnie reaktywowanych stref przesuwczych. Wyniki eksperymentu POLONAISE’97 potwierdzają rolę uskoku Dolska jako NE granicy obszaru, którego struktura sejsmiczna została przebudowana w efekcie „gruboskórkowej” tektoniki waryscyjskiej. Przebudowie tej uległa to nie tylko litosfera Masywu Czeskiego wywodząca się przypuszczalnie z Armoryki, ale także fragment platformy paleozoicznej położony pomiędzy uskokami Dolska i środkowej Odry. (Fig. 15)

 


13. INTERPRETACJA GEOLOGICZNA WYNIKÓW GŁĘBOKICH SONDOWAŃ SEJSMICZNYCH EKSPERYMENTU POLONAISE’97 DLA OBSZARU PLATFORMY PREKAMBRYJSKIEJ

Zbigniew Cymerman, Państwowy Instytut Geologiczny, Oddział Dolnośląski, Wrocław

Interpretacyjne przekroje geologiczne dla czterech profili sejsmicznych (P2, P3, P4 i P5) eksperymentu POLONAISE’97 dla polskiej części platformy wschodnio-europejskiej (PWE) zosta ły wykonane w oparciu o dane z rdzeni wiertniczych i regionalnych rozważań geologicznych. Prekambryjskie podłoże krystaliczne w Polsce NE było spenetrowane przez 259 głębokich otworów wiertniczych i jest ono położone na głębokościach wahających się od kilkuset metrów do kilku km. Niestety, otwory wiertnicze nie są jednolicie rozmieszczone na obszarze eksperymentu POLONAISE’97, większość z nich była wykonana na terenie suwalskiego masywu anortozytowego i w regionie podlaskim. Problemy powstają z wiarygodnością orientacji więźby skał (foliacji SM) wyznaczonej za pomocą skrzywienia osi otworów i charakteru protolitu, gdy nie mamy nowoczesnych danych geochemicznych i niewiele oznaczeń wiekowych skał. Wyniki analizy strukturalnej polskiej części PWE wskazują, że podatne strefy ścinania rozwijały się w szerokim zakresie skal od regionalnych stref o miąższości kilku km do milimetrowej grubości warstewek. Generalnie, kąty upadu foliacji SM wynoszą około 50o-60o. W świetle badań strukturalnych rdzeni wiertniczych, nie ma praktycznie danych strukturalnych lub kinematycznych, które popierałyby poprzednie modele budowy i ewolucji obszaru PWE z kilkoma starymi „masywami” i młodszymi „pasmami” orogenicznymi. Ewolucja tektoniczna skorupy prekambryjskiej w Polsce NE Poland jest scharakteryzowana przez dwa główne procesy. Starsze deformacje są ściśle związane z reżimem kompresyjnym, który spowodował rozwój podatnych pakietów nasunięciowych przemieszczanych zasadniczo ku SW w warunkach facji amfibolitowej i granulitowej metamorfizmu regionalnego podczas orogenezy swekofeńskiej. Następne deformacje wystąpiły podczas orogenezy gotyjskiej (ca. 1.55-1,45 mld lat temu) i były wyrażone reżimem kompresyjnym i lokalnie ekstensyjnym z rozwojem podatnych pakietów nasunięciowych, z niektórymi z nich podobnymi do geometrii „pop-up” (stogu antyform), jak np. w SW części suwalskiego masywu anortozytowego. Przemieszczenia pakietów nasunięciowych było głównie w kierunku NE-SW, ale z podatnym ruchem w przybliżeniu ku NE. Rozwój magmatyzmu granitowego typu rapakivi w kompleksie mazurskim był także związany z tą młodszą orogenezą. (Fig. 16)

 

 


Projekt i wykonanie strony: Marta Wróblewska 19 listopad 2004

Uwaga: Niektóre dane kontaktowe mogą być nieaktualne.