Rozwój ryftu w późnym neoproterozoiku-wczesnym paleozoiku na lubelsko-podlaskim skłonie kratonu wschodnioeuropejskiego - analiza subsydencji i zapisu facjalnego

Abstract

Dla lubelsko-podlaskiego, górnoneoproterozoiczno-dolnopaleozoicznego basenu sedymentacyjnego przeprowadzono analizę subsydencji (backstripping) oraz analizę facjalną jego osadowego wypełnienia. Wydzielono cztery główne, częściowo współwystępujące, etapy tektonicznej ewolucji basenu, o odmiennych mechanizmach subsydencji: (1) późnoneoproterozoiczny ryft (faza subsydencji synryftowej w reżimie ekstensyjnym), (2) przejście od fazy syn- do postryftowej na przełomie późnego neoproterozoiku III i wczesnego kambru, (3) wczesnokambryjsko-środkowoordowicki pasywny brzeg kontynentalny (faza postryftowej subsydencji termicznej) oraz (4) późnoordowicko-późnosylurskie fleksuralne uginanie krawędzi Baltiki. Synryftowe wypełnienie basenu stanowią kontynentalne wylewy bazaltowe oraz kontynentalne zlepieńce i arkozy, obocznie zastępowane przez mułowce. Wykształcenie facjalne tych utworów dopuszcza synsedymentacyjną aktywność ekstensyjnych uskoków. Synryftowe depocentra rozwijały się zarówno wzdłuż obecnej strefy szwu transeuropejskiego, jak i wzdłuż SW przedłużenia aulakogenu Orsza-Wołyń. Efektem tych procesów było powstanie węzła potrójnego, którego porzuconym ramieniem jest druga z powyżej wymienionych stref. Przejście do fazy postryftowej subsydencji termicznej wyznaczają: stopniowo wygasająca subsydencja, równoczesna z morską transgresją, generalnym zmniejszaniem się frakcji materiału klastycznego i obocznym ujednoliceniem facjalnym oraz rozszerzaniem się zasięgu basenu. Przyjęto, że kambryjsko-środkowoordowicki pasywny brzeg kontynentalny był związany z domniemanym basenem (oceanem?) Tornquista, powstałym na SW od Baltiki w efekcie rozpadu super-kontynentu Rodinii. W takim ujęciu obecna pozycja kadomskiego orogenu na blokach małopolskim i górnośląskim w stosunku do kratonu wschodnioeuropejskiego nie jest reprezentatywna dla neoproterozoiku III i kambru. Ze względu na brak niepodważalnych dowodów na obecność synryftowych deformacji ekstensyjnych uznano, iż możliwa jest interpretacja wyników backstrippingu alternatywna względem modelu litosferycznej, basenotwórczej ekstensji. W alternatywnym modelu dla późnoneoproterozoiczno-środkowoordowickiego okresu rozwoju basenu jako przeważający mechanizm subsydencji basenu przyjęto termiczne studzenie litosfery, będące następstwem jej pasywnego przegrzania w czasie aktywności wulkanicznej w neoproterozoiku III. Model ten, choć dopuszczalny dla basenu lubelsko-podlaskiego, nie tłumaczy jednak rozwoju górnoneoproterozoicznych, kambryjskich i ordowickich basenów SW skłonu kratonu wschodnioeuropejskiego, genetycznie powiązanych z basenem tu omawianym. Począwszy od późnego ordowiku obserwowany jest systematyczny wzrost tempa subsydencji w czasie, które osiąga maksymalne wartości w późnym sylurze. Dla tego przedziału czasu obserwowany jest również silny wzrost subsydencji z NE ku SW, tj. ku skłonowi kratonu wschodnioeuropejskiego. Generalny rozwój subsydencji omawianego basenu w sylurze jest charakterystyczny dla procesu fleksuralnego uginania litosfery, w tym wypadku SW krawędzi Baltiki. LATE NEOPROTEROZOIC TO EARLY PALAEOZOIC DEVELOPMENT OF A RIFT AT THE LUBLIN–PODLASIE SLOPE OF THE EAST EUROPEAN CRATON – ANALYSIS OF SUBSIDENCE AND FACIES RECORD (EASTERN POLAND) Summary For the Neoproterozoic to Lower Palaeozoic Lublin–Podlasie sedimentary basin 1–D subsidence analysis was conducted by means of backstripping. This was performed for 14 boreholes, representative for the basin, and additionally was compared with the results of similar analysis applied further to the NW, i.e. for the Baltic Basin. To constraint tectonic model for the basin the results of backstripping were related to facies architecture of the basin–fill. Four partially overlapping main tectonic phases of the basin development were identified: (1) the late Neoproterozoic syn–rift, extension–related subsidence, (2) transition from synrift to postrift phase at the latemost Neoproterozoic III to earlymost Early Cambrian, (3) post-rift thermal subsidence of the passive continental margin during the late Early Cambrian toMiddle Ordovician and (4) Late Ordovician to late Silurian flexural bending. The rifting phase was initiated with deposition of continental coarse-grained sediments and emplacement of continental basalt. Subsequently the syn–rift basin was filled with continental conglomerates and arkoses, laterally replaced by mudstones, with facies development possibly controlled by extensional fault block activity. This passed up–section into shallow marine claystones and mudstones. Development of syn–rift depocentres was roughly coeval along Peri–Tornquist zone and SWprolongation of Orsha–Volhyn zone, leading to development of triple-point SW of analysed area, with the second of the above zones being an abounded arm. Passage to post–rift thermal subsidence of the passive continental margin is indicated by subsequently ceasing subsidence, coeval with marine transgression, fining of clastic sediments and relative facies unification, as well as expansion of depocentres. The passive margin is related here to a suspected Tornquist basin (ocean?), developed to the SW of Baltica as a result of break–up of the super–continent Rodinia. This requires an assumption, that recent position of a Cadomian orogen, recognised on Malopolska and Brunovistulicum, with respect to Baltica is not representative for the Neoproterozoic III and Cambrian. Lack of definite evidences for syn–rift extensional deformations leads to an alternative interpretation of the backstripping results. Instead of lithospheric, active extension, leading to development of the sedimentary basin, in the alternative model it was assumed that the Neoproterozoic to Middle Ordovician evolution of the Lublin–Podlasie basin was exclusively a result of thermal sag, related to cooling of lithosphere. This would be a consequence of passive heating of the system due to volcanic activity in the Neoproterozoic III. This alternative model, even if suitable for the Lublin–Podlasie basin, is not capable to explain the upper Neoproterozoic, Cambrian and Ordovician development of sedimentary basins at the SW slope of Baltica, which are genetically related to the analysed area. Any compromise between cooling after passive heating and cooling after active lithospheric extension, with different proportions between the both, is possible. Since the Late Ordovician gradual increase in subsidence rate in time is observed, which reaches maximum in the late Silurian (Pridoli). Overall pattern of the Silurian subsidence, both spatial and 1–D, is typical for a mechanism of flexural bending of lithosphere. A common development of Caledonian foredeep basins along e.g. some of Baltica and Eastern and Western Avalonia margins, coeval with Silurian flexural bending, enhances discussing such model for Lublin–Podlasie basin. Nevertheless, comparison of development of the analysed area with Holly Cross Mountains one during the Silurian does not support a simple foredeep model.