vztah struktur, stratigrafie a krasovění ve

vztah struktur, stratigrafie a krasovění ve

46
VZTAH STRUKTUR, STRATIGRAFIE A KRASOVÌNÍ
VE ZBRAŠOVSKÝCH ARAGONITOVÝCH JESKYNÍCH
Relation of structures, stratigraphy and karstification in the Zbrašov Aragonite Caves
Josef Havíø1, Ondøej Bábek2, Jiøí Otava3
Ústav fyziky Zemì, PøF MU, Tvrdého 12, 602 00 Brno a Èeská geologická služba, Leitnerova 22, 658 69 Brno;
e-mail:[email protected]
2
Katedra geologie PøF UP, tø. Svobody 26, 771 46 Olomouc; e-mail: [email protected]
3
Èeská geologická služba, Leitnerova 22, 658 69 Brno; e-mail [email protected]
1
(25-14 Valašské Meziøíèí)
Key words: Upper Devonian, conodonts, joints, thrust faults, cleavage
Abstract
The influence of structural pattern and stratigraphic relations on karstification of Upper Devonian limestones of the Macocha and
Líšeò formations is discussed. Subvertical joints are considered as main factor controlling the development of cave corridors. Locally
the directions of passages are influenced by faults. The time gap of two conodont zones documented within the caves most probably
corresponds to the most karstified zone of the whole region. Recently, a new adit uncovered small thrust faults in crinoidal and nodular
limestones with the common regional SE vergency.
Úvod
V rámci základního geologického mapování oblasti
Maleník – Poodøí, projektu 6207 ÈGS jsme se pokusili
propojit nìkolik výzkumných metod na pomìrnì malé ploše.
Dùvodem je výjimeènost a pestrost geologických jevù
v této mimoøádnì zajímavé Národní pøírodní památce
(oficiálnì vyhlášena 8/7/2003). Témìø ve všech pøípadech
bude možno výsledky výzkumu aplikovat na širší okolí.
Èlánek pouze informuje o prvých výsledcích, podrobnìjší
informace budou publikovány samostatnì a budou
korelovány se širším okolím v rámci mapování na listu
1:25 000 Kelè 25-141.
Strukturní pomìry a jejich vliv na prùbìh chodeb
Krasové dutiny mají v prostoru Zbrašovských
jeskyní výrazný vertikální charakter. Bohužel však není
k dispozici dostateènì pøesný plán jeskyní, který by
umožnil statisticky vyhodnotit orientaci krasových dutin
ve vertikálních øezech. Na základì pøesného horizontálního
plánu Zbrašovských jeskyní byly orientace krasových
prostor zobrazeny jednoduchým síovým modelem, v nìmž
byly jednotlivé úseky pøirozených (krasových) chodeb
nahrazeny orientovanou úseèkou (obr. 1). Jeskynní chodby
jsou orientovány pøevážnì ve smìru ZSZ–VJV až SZ–JV
(obr. 2). Orientace jeskynních chodeb byla porovnána
s orientacemi plošných struktur, které byly mìøeny
v prostorách návštìvní trasy, v Prokopovì jeskyni,
v Jeskyni smrti a v první èásti novì ražené štoly (v blízkosti
Zasedacího sálu).
Velmi zøetelným plošným prvkem dobøe pozorovatelným ve vápencích v celém prostoru Zbrašovských
jeskyní jsou plochy foliace uklánìjící se pøevážnì k SZ (obr.
3). Deformaèní pùvod této foliace byl jednoznaènì doložen
Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2003, Brno 2004
již v pøíspìvku Šteffana a Melichara (1996). Ve východní
èásti má foliace pøevážnì charakter klivážových puklin.
V západní èásti jeskynních prostor pak plochy deformaèní
foliace omezují drobné (øádovì decimetrové až metrové)
tektonické šupiny karbonátù.
Se vznikem šupinové stavby vápencù souvisí také
vznik vìtších tektonických struktur uklánìjících se pøevážnì
k SZ (obr. 3). Nejdùležitìjší z tìchto struktur je tektonická
zóna oznaèena Stáhalíkem v roce 1997 jako dislokace køtitelnice (viz Stáhalík 1997–2000), jejíž jednotlivé plochy se
významnì podílí na prostorovém omezení krasových dutin
v sz. èásti Zbrašovských jeskyní. Ve všech pøípadech bylo
u tìchto tektonických struktur pozorováno stáèení ploch
deformaèní foliace do plochy dislokace (na øadì míst mají
dislokace až charakter „mezifoliaèních prokluzù“), což
svìdèí o genetickém vztahu mezi dislokacemi a foliací. Èasté
jsou pøízlomové vrásy decimetrových rozmìrù ukazující
na pøesmykový charakter dislokací. Dislokace se velmi
èasto se vìtví a pøecházejí jedna do druhé. Jejich plochy
jsou nerovné, jak hodnoty azimutu smìru tak i hodnoty
sklonu varírují v pøípadì jednotlivých ploch až o desítky
stupòù. K SZ uklonìné dislokace lze pokládat za plochy
omezující velké tektonické šupiny øádovì nejménì desetimetrových èi stametrových rozmìrù. Zjištìná komplikovaná šupinová stavba vápencù byla vytvoøena v prùbìhu
variské deformace pøi kompresi orientované pøibližnì
ve smìru SZ-JV. Jak na plochách foliace tak i na plochách
dislokací je tato komprese doložena kinematickými
indikátory ukazujícími na pøesmykové pohyby. Deformaèní
foliace i dislokace však byly po vzniku šupinové stavby
nìkolikrát opìt reaktivovány, o èemž svìdèí další (mladší)
kinematické indikátory dokládající následné pohyby
charakteru poklesù, šikmých násunù i šikmých poklesù.
Dalšími strukturami pozorovanými v prostorách
Zbrašovských jeskyní jsou pukliny. Nelze na nich doložit
47
Zbrašovské aragonitové jeskynì
Podle Mgr. V. Ouhrabky, 2001
ZJ/3
Z/J2
Z/J4
Z/JSmrti
Z/J5
Z/J6
Z/J1
Obr. 1 – Schematický nákres síového modelu orientace krasových chodeb Zbrašovských jeskyní a lokalizace vzorkù
na konodonty.
Fig. 1 – Schematic net model of orientations of natural corridors in the Zbrašov caves.and localisation of the conodont
samples.
významnìjší støižný pohyb, jen zcela výjimeènì bylo
na tìchto plochách nalezeno rýhování ukazující na jejich
reaktivaci a jen v jednom pøípadì bylo toto rýhování
nalezeno na ploše jejíž rozmìr pøesahoval rozmìr krasové
dutiny. Pukliny mají rovné plochy, které pøesekávají ale
vzájemnì neposouvají plochy foliace, pøípadnì jsou
na plochách foliace a na plochách k SZ upadajících dislokací
ostøe zakonèovány. Nìkdy na ostøe ukonèené pukliny
navazují po øádovì centimetrovém odsazení nové puklinové
plochy (step-over). V prostorách „U ježka“ bylo
pozorováno køížení velké strmé pukliny s dislokací náležející
k tektonické zónì køtitelnice. Žádná z ploch druhou
strukturu neodsazovala, což dokazuje jednak menší stáøí
strmé pukliny a jednak neexistenci významnìjšího støižného
pohybu podél této puklinové plochy.
Pukliny jsou pøevážnì strmé (až subvertikální), jejich
orientace je ovšem velmi nejednotná (obr. 3). Nejèetnìjší
jsou pukliny smìru S–J a SZ–JV až SSZ–JJV (obr. 2), které
jsou ovšem reprezentovány pøedevším drobnými
sekundárními plochami. Podobnì také systém strmých
puklin smìru pøibližnì SV–JZ je tvoøen zejména drobnými
sekundárními strukturami. Primární pukliny reprezentované
rozsáhlými rovnými puklinovými plochami, jejichž rozmìr
pøesahuje rozmìr krasových dutin (vèetnì velkých dómù)
jsou orientovány pøedevším ve smìru ZSZ–VJV až SZ–JV
(obr. 2) a jsou bez výjimky strmì uklonìné èi vertikální (obr.
3). Primární pukliny tak vytváøí systém, který je pøibližnì
kolmý na plochy omezující tektonické šupiny (plochy
deformaèní foliace a s ní spjaté dislokace).
Porovnání pøednostní orientace jeskynních chodeb
s orientacemi plošných prvkù ukazuje úzký vztah chodeb
k primárním puklinám. Drobné odchylky v pøednostní
orientaci chodeb a primárních puklin smìru ZSZ–VJV až
SZ–JV jsou statisticky nevýznamné. Extrémnì vysoké
hodnoty sklonu primárních puklin velmi usnadòují jejich
využití pøi tvorbì vertikálních krasových struktur (komínù
a pod.), které hrají v hranickém krasu významnou úlohu.
Ostatní plošné struktury se na celkové orientaci jeskynních
prostor podílejí výraznì menší mìrou, lokálnì však mohou
také hrát dùležitou roli pøi omezení krasových dutin.
Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2003, Brno 2004
48
Litologie a litostratigrafie vápencù, jejich deformaèní
postižení
N
0°
N
0°
90 °
90 ° 27 0°
27 0°
N = 135
N = 129
18 0°
18 0°
smìry puklin (všechny plochy)
strikes of joints (all planes)
smìry deformaèní foliace
strikes of cleavage
N
0°
N
0°
90 °
27 0°
90 °
27 0°
N = 15
N = 192
18 0°
18 0°
smìry primárních puklin
strikes of master joints
smìry jeskynních chodeb
strikes of cave corridors
Obr. 2 – Rùžicové diagramy smìrù plošných struktur a
jeskynních chodeb v prostoru Zbrašovských jeskyní.
Fig. 2 – Rose diagrams of orientations of planar structures
and natural corridors in the Zbrašov caves.
Deformace sedimentární výplnì krasových dutin
V novì ražené štole (Barborka) v metráži 40 byly
nalezeny jíly rudického typu, které byly postiženy køehce
duktilní kompresní deformací. Deformace se projevila mj.
vznikem drobných dislokací s ohlazenými plochami a
s rýhováním ukazujícím na pøesmykový charakter pohybu
(pøesmyky, šikmé pøesmyky). Pozorovaná deformace je jak
svým stylem, tak orientacemi vytvoøených køehkých
poruch velmi podobná deformaci zjištìné v roce 2003
v totožných sedimentech v dutinách vápencù macošského
souvrství v lomu Skalka (Cementárna Hranice).
N
N
N = 1 29
póly deformaèní foliace
poles of cleavage
U vchodu do ZAJ jsou odkryty svìtle šedé vápence
s plasticky deformovanými relikty amfipor, rugózních korálù
a krinoidù, které interpretujeme jako vilémovické vápence.
Jejich mocnost ve smìru kolmém na foliaci je 5,5 m. Z tìchto
vápencù nebyl odebrán žádný vzorek na konodonty.
V jejich nadloží vystupují masivní, hrubozrnné
kalciarenity až jemnozrnné kalciturdity s podpùrnou
strukturou klastù. Mikroskopicky se jedná o hrubozrnný
packstone s mikrosparitickou matrix. Mezi alochemy
dominují fragmenty a kolumnály krinoidù, max. velikost
6,0 mm, dále ostrohranné drobné úlomky fosforitù a drobná
bioklastová dr. V horninì jsou patrné stopy tlakového
rozpouštìní v podobì „fitted fabric“. Ve stìnì byly zastiženy
èoèkovité žilky s nepravidelným prùbìhem, s mocností až
3 cm, vyplnìné koncentrickými vrstvami tmavì šedého až
èerného hrubozrnného fibrózního kalcitu. Kalcitová výplò
je silnì deformovaná, deformace se projevuje výrazným
zakøivením dvojèatných lamel. Koncentrickou stavbou a
barvou výplnì se tyto „žilky“ výraznì liší od posttektonických žilek vyplnìných bílým kalcitem.
Mocnost tohoto sledu kolmo k foliaci je 6,0 m.
Z báze krinoidových kalciarenitù (obr. 1 a 5) byl odebrán
konodontový vzorek Z/J-6 (5,5 m nad bází profilu).
Lavicovité krinoidové kalciarenity až kalcirudity byly
rovnìž zastiženy v únoru 2004 pøi dokumentaci pøirozené
dutiny (Barborka) na niž narazila prùzkumná spojovací štola.
Výrazný litologický kontrast s nadložními hlíznatými až
plástevnatými vápenci umožnil dokumentovat a mìøit strmé
drobné pøesmyky s jv. vergencí (obr. 4 )
V nadloží krinoidových kalciarenitù, podél náhlé
litologické hranice vystupují tmavì šedé až èerné kalcilutity,
které s rychle støídají s neprùbìžnými nebo prùbìžnými
laminami vápnitých bøidlic. Tyto vápence interpretujeme
jako laminované nebo hnìvotínské vápence. Mikroskopicky se jedná o lime mudstone s vzácnými a velmi
drobnými bioklasty, pøevážnì spikulami, drobnými krinoidy
a radioláriemi, které plavou v jemnozrnné mikosparitické
matrix. Pøi bázi profilu se tyto kalcilutity støídají podle ostrých
zrnitostních hranic s jemnozrnnými kalciarenity wackestone s fragmenty a kolumnály krinoidù místy
s obrùstajícím syntaxiálním tmelem, drobnými bioklasty a
tenkými, vyválcovanými intraklasty, které plavou v mikroN
N= 9
póly velkých dislokací
poles of major faults
Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2003, Brno 2004
N = 1 35
póly puklin (všechny
plochy)
poles of joints (all planes)
Obr. 3 – Konturové a bodové
diagramy pólù ploch deformaèní
foliace, zlomù a puklin
v prostorách Zbrašovských
jeskyní.
Fig. 3 – Contoured and point
diagrams of the cleavage planes,
faults and joints in the Zbrašov
caves.
49
Také všechna ostatní publikovaná biostratigrafická data
z laminovaných vápencù v blízkosti Teplic nad Beèvou a
z hranické propasti spadají do zóny Pa. marginifera (Bábek
a Novotný 1999, Dvoøák a Friáková 1978). Na základì
úložných pomìrù vyplývá, že zóna Pa. marginifera vyvinutá
v této litofacii pravdìpodobnì dosahuje mocnosti až okolo
první stovky metrù, alespoò ve smìru kolmém k foliaci.
Tektonické procesy související s vývinem foliace (=
„laminace“) však mohly pùvodní pravou mocnost
sedimentu pøed deformací znaènì zkreslit (opakování
stratigrafického sledu, izoklinální vrásy, vysoký úhel mezi
pùvodní vrstevnatostí a deformaèní foliací).
Závìry
Prvními výsledky studia vzájemných souvislostí
krasovìní, strukturní geologie a stratigrafie ve svrchnìdevonských vápencích Zbrašovských aragonitových
jeskyní (ZAJ) lze struènì shrnout do následujících
poznatkù:
1) Nejpøíznívìjším strukturním prvkem pro vývoj jeskynních
chodeb byly subvertikální primární pukliny (viz obr.
1 a 2). Vliv zlomù je pouze lokální.
sparitické matrix. Silné deformaèní postižení se projevuje
zakøivením dvojèatných lamel syntaxiálního kalcitu a
rozposouváním blokù kalcitu podél dvojèaných lamel
do podoby “knih na regále” (“book-shelf” structure).
Tyto vápence jsou odkryty v celkové mocnosti cca
55 m kolmo k foliaci a pokraèují až na konec jeskynì
do Jurikova dómu a jeskynì Smrti. Z tohoto sledu bylo
odebráno 6 konodontových vzorkù: Z/J-5 (13 m nad bází
profilu), Z/J-4 (23 m), Z/J-3 (36 m), Z/J-1 (48 m), Z/J-2 (57 m)
a Z/J.Smrti (65 m).
Úložné pomìry, petrografie a biostratigrafická data
spoleènì svìdèí pro to, že v ZAJ je zachován sedimentární
pøechod od vilémovických vápencù do vápencù
laminovaných (hnìvotínských). Do svrchní èásti
vilémovických vápencù mùžeme øadit i èást profilu
v intervalu 5,5 až 13,3 m s hrubozrnnými a jemnozrnnými
krinoidovými kalciarenity. Stáøí vilémovických vápencù
v ZAJ spadá do frasnského zónového intervalu Pa.
punctata až sp. Pa. rhenana.
"parallel
lamination"
(foliation)
crinoid
fragments
sv. Pa. rhomboidea - sp. Pa. marginifera
FAMENNIAN
Líšeò Fm., Hnìvotín Mbr.
Z/J2
radiolarians
Z/J1
Z/J3
sponge
spicules
Z/J4
20m
Z/J5
15
10
neptunian dikes
rugose
corals
crinoid
ossicles
Calcirudite
(float/rudstone)
0
(?) platy
stromatoporoids
pack/grainstone
5
wackestone
Z/J6
Calcilutite
(lime mudstone)
Pa. gigas
hiatus
(Pa. linguiformis
- Pa. crepida Zone)
FRASNIAN
Mezi vilémovickými a laminovanými vápenci je
vyvinut mohutný hiát zahrnující konec frasnu a èást
spodního famenu, zóny Pa. linguiformis až sv. Pa. crepida.
Právì v souvislosti s tímto hiátem patrnì vznikaly dutiny
pozdìji vyplòované famenským sedimentem. Tyto dutiny
mohly vznikat v dùsledku vynoøení a karstifikace nebo jako
klasické neptunické žíly, tzn. brekciací horniny v dùsledku
tektonického neklidu. Od zóny Pa. rhomboidea (svrchní
èást spodního famenu) výše je obnovena sedimentace,
tentokrát relativnì hlubokovodních, pelagických
karbonátù. Zahájení sedimentace je patrnì provázeno výplní
pøedchozích dutin fibrózním kalcitovým cementem, který
obsahuje famenské konodonty. Celá mocnost pelagických
(laminovaných) vápencù na profilu (55 m) spadá
do intervalu sv. Pa. rhomboidea až sp. Pa. marginifera.
Z/J.Smrti
Macoch Fm.
Vilémovice Mbr.
Obr. 4 – Doklad šupinové stavby vápencù – drobný
pøesmyk dislokující litologické rozhraní hlíznatých a
krinoidových organodetritických vápencù (smìr pohybu
generelnì k JV).
Fig. 4 – Prove of sliced architecture of limestones – small
thrusts shifting the lithological border of nodular and
crinoidal biodetrital limestones. Direction of movement
generally to SW.
Calcarenite
Obr. 5 – Stratigrafický a litologický profil ZAJ ve smìru
kolmém na klivហ(foliaci).
Fig. 5 – Stratigraphic and lithologic section in the caves
perpendicular to cleavage.
Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2003, Brno 2004
50
2) Konodontová stratigrafie odhalila, že ve vápencovém
profilu ZAJ v intervalu frasn – famen chybí dvì
konodontové zóny (viz obr. 5), což mohl být faktor,
který primárnì pøíznivì ovlivnil intenzitu krasovìní
a vznik systému.
3) Klivហ(støední úklony k SZ) i vergence pøesmykù (k JV)
v ZAJ je v souladu s okolním regionálním trendem
a je velmi èitelná na litologickém rozhraní
krinoidových a hlíznatých vápencù v dutinách na
nìž narazila nová štola (obr. 4)
Podìkování
Podìkování kolektivu autorù patøí Barboøe Šimeèkové, vedoucí správy Zbrašovských aragonitových jeskyní a její pracovní skupinì,
za vytvoøení skvìlých pracovních podmínek, zpøístupnìní archivních materiálù a stálou podporu.
Literatura:
Bábek, O. – Novotný, R. (1999): The Hnìvotín Limestone Neostratotype Locality Revisited: A Conodont Biostratigraphy
and Carbonate Microfacies Approach, Moravia, Czech Republic. – Acta Univ. Pal. Olom, Fac. Rer. Natural.,
Geologica, 36, 63–68. Olomouc
Bábek, O. – Sedlák, P. (2000): Konodontová biostratigrafie hádsko-øíèských vápencù u Grygova. – Geol. výzk. Mor. Slez.
v r. 1999, 78–81. Brno
Bábek, O. – Kalvoda, J. (2001): Compositional Variations and Patterns of Conodont Reworking in Late Devonian and
Early Carboniferous Calciturbidites (Moravia, Czech Republic). – Facies, 44, 211–226. Erlangen
Dvoøák, J. – Friáková, O. (1978): Stratigrafie paleozoika v okolí Hranic na Moravì. – Výzk. Práce Ústø. Úst. Geol., 18ú, 5–
50. Praha
Friáková, O. (1964): Konodonti z manticocerasového stupnì hranického devonu. – Vìst. Ústø. Úst. geol., 39, 1, 13–17.
Praha
Friáková, O. (1972): Stratigrafie hranièních zón devon / karbon v jižní facii paleozoika u Hranic na Moravì. MS, 60 p. PøF
UJEP Brno
Chlupáè, I., Zikmundová, J., Zukalová, V. (1969): Fauny moravského devonu a jejich paleogeografické vztahy. – Vìst.
Ústø. Úst. geol, 44, 3, 155–156. Praha
Krejèí Z. (1991): Konodontová spoleèenstva svrchního devonu na Moravì. – (MS) Kandidátská disertaèní práce, ÈGÚ
Brno, 100 str.
Stáhalík, J. (1997–2000): Strukturní mapa ZAJ – torzní podklady, rukopisné vysvìtlivky a poznámky, kopie map. – MS
archív ZAJ (zaarchivováno 12.11.2001)
Šteffan, M. – Melichar, R. (1996): Tzv. plástevnaté vápence a tektonika Hranického krasu. – Semináø Skupiny tektonických
studií, Jeseník 26.–29.duben 1996, Program, abstrakta, exkurzní prùvodce, 48.
Geol. výzk. Mor. Slez. v r. 2003, Brno 2004