Ewolucja tektoniczna basenów sedymentacyjnych polskiej części Karpat zewnętrznych w świetle analizy subsydencji

Abstract

Celem przeprowadzonych badań było określenie tektonicznych uwarunkowań rozwoju basenów sedymentacyjnych Karpat zewnętrznych. Zastosowano jednowymiarowy backstripping, przeprowadzony dla zrekonstruowanych, syntetycznych profili osadowego wypełnienia basenów. W przypadku analizy subsydencji głębokomorskich basenów Karpat zewnętrznych poprawka paleobatymetryczna ma bardzo duże znaczenie, co przy trudnościach z jej określeniem skutkuje szerokim zakresem możliwego błędu otrzymanych wyników. Odtworzony rozwój subsydencji basenów Karpat zewnętrznych jest jednorodny. Dla basenów śląskiego, a częściowo również skolskiego, stwierdzono trend wygasającej subsydencji, obejmujący tyton, wczesną kredę oraz cenoman, równoczesny z generalnym spowolnianiem tempa dostawy materiału detrytycznego do basenów, co uznano za przejaw postryftowej fazy rozwoju basenów. Pozwala to sugerować, że potencjalne, synryftowe wypełnienie osadowe basenów nie jest rozpoznane w Karpatach zewnętrznych z uwagi na lokowanie się powierzchni odkłuć przede wszystkim w obrębie dolnokredowych, postryftowych osadów drobnoklastycznych. Na podstawie analizy porównawczej z rozwojem tektonicznym obszarów otaczających badane baseny, tj. południowej domeny pery-tetydzkiej (basen polskim) oraz północnej części Karpat wewnętrznych, zasugerowano że powstanie basenów Karpat zewnętrznych mogło rozpocząć się od oksfordzkiego i/lub kimerydzkiego ryftowania. W późnej kredzie (turon-mastrycht), a ewentualnie również we wczesnym paleocenie, basen śląski i skolski uległy wynoszeniu tektonicznemu oraz strukturalnej inwersji. W okresie tym nastąpiło wyraźne zwiększenie tempa depozycji, co sugeruje, że wynoszeniu uległy również obszary źródłowe. Jako przyczynę regionalnej kompresji, prowadzącej do wynoszenia i inwersji wskazać można fazę orogeniczną w obrębie Karpat wewnętrznych. Omawiane zjawiska bezpośrednio poprzedzają, bądź częściowo współwystępują z tektoniczną inwersją basenów domeny pery-tetydzkiej, co pozwala sugerować genetyczne związki między omawianymi procesami. Pod koniec późnej kredy bądź w paleocenie w basenach Karpat nastąpił nawrót subsydencji. Kontynuowała się ona w eocenie, przy równoczesnym generalnym spadku tempa depozycji za wyjątkiem basenu magurskiego. Na przełomie eocenu i oligocenu baseny Karpat zewnętrznych uległy intensywnemu wynoszeniu, które koreluje się z impulsem gwałtownej subsydencji w paleogeńskim basenie centralnych Karpat. Procesy te zachodziły równocześnie z jedną z zasadniczych faz orogenicznych w systemie łuku alpejskiego. Początkowo wynoszenie doprowadziło do izolacji basenów, ograniczenia cyrkulacji prądów i rozwoju euksenicznego środowiska depozycji, po czym tempo depozycji materiału detrytycznego gwałtownie wzrosło. Po ustaniu tektonicznego wynoszenia na przełomie eocenu i oligocenu, w basenach Karpat zewnętrznych nastąpiła ostatni faza umiarkowanej subsydencji (oligocen – wczesny miocen), która częściowo może być wiązana z obciążaniem płyty przedpola przez rozwijającą się pryzmę akrecyjną, ewentualnie również z basenotwórczym efektem transportu tektonicznego (piggy-back; np. basen magurski). Cechą charakteryzującą rozwój basenów Karpat zewnętrznych w eocenie, oligocenie i miocenie jest gwałtowny wzrost tempa dostawy materiału detrytycznego do basenów, cechujący sedymentację syn-orogeniczną. Proces ten wykazuje wyraźny diachronizm: w wewnętrznej strefie basenu magurskiego początek depozycji o takim charakterze miał miejsce już we wczesnym eocenie, podczas gdy w basenie skolskim w późnym oligocenie. Konsekwencją przyjętego dla basenów Karpat zewnętrznych modelu ryftowego, jest założenie kontroli geometrii syn-ryftowych basenów przez struktury ekstensyjne, co z kolei oznacza, iż struktury te w początkowej fazie kolizji prawdopodobnie ulegały tektonicznej inwersji. W efekcie prowadzi to do hipotezy o ewolucji od zakorzenionego do naskórkowego stylu kolizji orogenu Karpat zewnętrznych. TECTONIC EVOLUTION OF THE POLISH PART OF OUTER CARPATHIAN’S SEDIMENTARY BASINS — CONSTRAINTS FROM SUBSIDENCE ANALYSIS. Summary Tectonic process governing development of the Outer Carpathians sedimentary basins were examined by means of subsidence analysis (backstripping) of reconstructed, synthetic sections. The Outer Carpathians sedimentary basins are regarded as the deep marine ones. This leads to uncertainties in paleobathymetric estimation, and thus widens error margins of subsidence analysis. The results of backstripping for the Outer Carpathians sedimentary basins show similarities in the general pattern of their subsidence history. Decreasing subsidence rates and decreasing deposition rates for the late Jurassic (Tithonian), Early Cretaceous and Cenomanian are suggestive for post-rift thermal sag stage of the basins development. Possible syn-rift basin-fill is not recognised in the Outer Carpathians orogen due to preferential emplacement of detachment surfaces at a level of the post-rift (Early Cretaceous) sediments. Tectonic evolution of the surrounding basins, i.e., the Southern peri-Tethyan realm (Polish Basin) and the Northern Inner Carpathians, suggests that the rifting in the Outer Carpathians basins could have taken place during Oxfordian–Kimmeridgian. During the Late Cretaceous (Turonian–Maastrichtian), and possibly the early Paleocene, the Silesian and Skole basins were subject to a minor uplift (several hundreds meters at most) and structural inversion. Contemporaneous increase in deposition rates indicates that their source areas were uplifted as well. The uplift was coeval with an orogenic phase in the Inner Carpathians and directly predated tectonic inversion/uplift of the peri-Tethyan basins, indicating genetic relations between these processes. During the late Cretacous and/or Paleocene, subsidence was re-established in the Outer Carpathians sedimentary basins. This continued during the Eocene, accompanied by decrease in deposition rates, except of theMagura Basin. Since the Late Eocene a rapid uplift begun, which prolonged until the Early Oligocene, contemporaneous with subsidence event in the Central Carpathian Paleogene Basin. This is coeval with one of the main collision phases in the Alpine belt. The Eocene/Oligocene uplift was followed by the last, minor subsidence event (Oligocene–EarlyMiocene) in the Outer Carpathians basins, which partially could be related to loading of the plate by the developing accretionary wedge, and possibly to piggy-back mechanism (e.g., Magura Basin). Generally for the Eocene–Miocene stage of the Outer Carpathians basins, a characteristic feature of a prominent increase in deposition rates is observed. The onset of rapid, syn-orogenic deposition migrated systematically in time from the inner zone (southern part ofMagura basin—Early Eocene) towards the outer zone of the belt (northern part of Skole and Silesian Basins — Late Oligocene. Supposed presence of extensional structures controlling syn-rift subsidence at the early stage of the basins evolution favors their inversion during the first stages of the collision. This might lead to speculation on possible evolution from basement-involved thick-skinned style into thin-skined style of collision.