Typologia środowisk sedymentacyjnych

Transkrypt

1 VII Zjazd Geomorfologów Polskich kraków 2005 Typologia środowisk sedymentacyjnych równiny zalewowej doliny dolnej wisły na podstawie cech teksturalnych osadów Na podstawie kartowania litologicznego dna doliny Wisły w zachodniej części Kotliny Toruńskiej i Dolinie Fordońskiej oraz analiz uziarnienia (ryc. 1) przeprowadzonych na laserowym mierniku cząstek i metodą sitową wyróżniono różne osady równiny zalewowej. CH osady korytowe (channel deposits) stanowią 80 do 90% całej objętości aluwiów równiny zalewowej. Na podstawie warstwowań zarysowuje się wyraźnie ich podział na osady górnych partii łach korytowych (RB) i osady wypełnień koryt międzyłachowych (RCH). Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 110 próbek. Jednomodalny charakter miało 40% próbek, dwumodalny 24,4%, trójmodalny 22,2%, czwórmodalny 13,3%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 4,97-4,61, w dalszej kolejności 2,89-1,93, 1,64-1,45, 4,32-4,13, 3,46-3,31, 8,96-8,38, 5,97-5,38, 1,16-0,97 phi. Średnia średnica ziarn wynosiła 2,96 phi. Wysortowanie było umiarkowane (0,85), krzywa uziarnienia dodatnio skośna (0,18), leptokurtyczna (1,06). Na diagramie Passegi osady korytowe zajmowały pola I, IV i V, które odpowiadają transportowi w zawiesinie przydennej i toczeniu. Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI widoczne były dwie populacje próbek. Jedna wokół wartości 2-3 phi związaną z materiałem piaszczystym i druga ok. 6-7 phi związana z przewarstwieniami mułkowatymi. LV osady wałów przykorytowych (natural levee) stanowią niewielką część osadów powodziowych. Objętość ich osadów do ogólnej objętości osadów powodziowych nie przekracza 2-2,5%. Na zbadanym obszarze mamy do czynienia najprawdopodobniej tylko z jedną ich generacją. Przeciętnie mają ok. 20 m szerokości, rzadko więcej niż 50 m. Wały przykorytowe występują ledwo na połowie brzegów rzeki. Większe rozmiary

2 214 Ryc. 1. Diagram wg R. Passegi i R. Byramjee (1969) dla różnych form równiny zalewowej dolnej Wisły CH osady korytowe, MBD osady mineralnego wypełnienia koryt, SR wstęgi piaszczyste, LVI inicjalne wały przykorytowe, FBR właściwe baseny popowodziowe, FBT przetransformowane baseny popowodziowe, LVD rozwinięte wały przykorytowe, LVSS wały przykorytowe z cieniami piaszczystymi, Cr granica ziaren transportowanych w wyniku toczenia (powyżej) i zawiesiny przydennej (poniżej), Cs największa średnica ziaren, które mogą być transportowane w zawiesinie frakcjonalnej, Cs największa średnica ziaren jakie mogą być transportowane w zawiesinie jednorodnej, C pierwszy centyl rozkładu uziarnienia, M mediana rozkładu uziarnienia, T ziarna utrzymujące się w zawiesinie pelagicznej. osiągają na brzegach wypukłych niż wklęsłych. Także miąższość ich osadów jest większa na brzegach wypukłych. Maksymalna miąższość serii wałów przykorytowych wynosi ok. 3-3,5 m, przeciętnie jednak nie więcej niż 2 m. Na podstawie struktur sedymentacyjnych daje się wyróżnić trzy typy facji wałów: inicjalne, rozwinięte i cienie piaszczyste.

3 Typologia środowisk sedymentacyjnych równiny zalewowej LVSS cienie piaszczyste (levees with sandy shadows) zbudowane są z drobnych i średnich piasków z riplemarkami wstępującymi, nierzadko podścielone są warstwą piasków masywnych. Charakterystykę tekstury osadów cieni piaszczystych przeprowadzono na podstawie analizy 9 próbek. Średnia średnica ziarn cieni piaszczystych wynosi 2,34 phi, wysortowanie jest umiarkowane (0,51), krzywa uziarnienia jest dodatnio skośna (0,12), mezokurtyczna (0,99). Na diagramie Passegi osady cieni piaszczystych zajmują pola I, IV i V odpowiadające depozycji w wyniku toczenia i zawiesiny przydennej. LVI inicjalne wały przykorytowe (initial levees) charakteryzują się rytmiczną przemiennością warstw piaszczystych i mułkowo-ilastych. W stropie przechodzą zazwyczaj w wały rozwinięte. Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 178 próbek. Jednomodalny charakter miało 21% próbek, dwumodalny 34%, trójmodalny 32%, czwórmodalny 10%, pięciomodalny 3%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 5,15-4,68, w dalszej kolejności 1,26-0,78, 7,64-7,26, 6,15-6,12, 1,55-1,35, 2,12-1,64, 2,89-2,31, 3,46-3,17, 3,64-3,56, 8,89-8,58 phi. Średnia średnica ziarn mieści się jeszcze w zakresie mułku piaszczystego (4,16 phi), wysortowanie jest słabe, krzywa uziarnienia jest dodatnio skośna (0,29), leptokurtyczna (1,29). Na diagramie Passegi osady inicjalnych wałów przykorytowych rozkładają się na polach od IV do VIII oraz na polu T odpowiadających depozycji zawiesiny przydennej, z zawiesiny ziarnowej, z zawiesiny jednorodnej i z zawiesiny pelagicznej. Większość punktów grupuje się jednak w polach IV do VIII czyli depozycji z zawiesiny przydennej i zawiesiny ziarnowej. Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI widać podobnie jak w przypadku osadów korytowych zróżnicowanie na dwie populacje próbek. Jedna koncentruje się wokół wartości 2-3 phi związana jest z przewarstwieniami piaszczystymi, druga wokół wartości 6-7 phi związana jest z przewarstwieniami mułku. Charakterystykę tekstury osadów inicjalnych wałów przykorytowych przeprowadzono na podstawie analizy 178 próbek. Jednomodalny charakter miało 21% próbek, dwumodalny 34%, trójmodalny 32%, czwórmodalny 10% pięciomodalny 3%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 28-39, w dalszej kolejności , 5-6,5, 14-23, , , , , 80-85, 2,1-2,6 mikrometrów. Średnia średnica ziarn mieści się jeszcze w zakresie mułku piaszczystego (4,16 phi), wysortowanie jest słabe, krzywa uziarnienia jest dodatnio skośna (0,29), leptokurtyczna (1,29). Na diagramie Passegi osady inicjalnych wałów przykorytowych rozkładają się na polach od IV do VIII oraz na polu T odpowiadających depozycji z zawiesiny przydennej, z zawiesiny ziarnowej, z zawiesiny jednorodnej i z zawiesiny pelagicznej. Większość punktów grupuje się jednak w polach IV do VIII czyli depozycji z zawiesiny przydennej i zawiesiny ziarnowej. Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI widać podobnie jak w przypadku osadów korytowych zróżnicowanie na dwie populacje próbek. Jedna koncentruje się wokół wartości 2-3 phi związana jest z przewarstwieniami piasz czystymi, druga koncentruje się wokół wartości 6-7 phi i związana jest z przewarstwieniami mułku. LVD rozwinięte wały przykorytowe (developed levees) zbudowane są z drobnych piasków ze sporadycznymi tylko wkładkami mułków. Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 106 próbek. Jednomodalny charakter miało 12,8% próbek, dwumodalny 27,2%, trójmodalny 25,7%, czwórmodalny 22,65%, pięciomodalny 9,1%, sześciomodalny 6%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała

4 216 się w zakresie 4,87-4,67, w dalszej kolejności 2,69-2,22, 2,12-2,05, 1,16-0,97, 3,46-2,79, 1,64-1,55, 8,53-8,24, 9,20-8,59, 6,38-5,26, 7,76, 7,56, 9,82-9,48, 4,21-3,94 phi. Średnia średnica ziarna mieści się w obrębie drobnego piasku (3,28 phi), wysortowanie jest słabe (1,21), krzywa uziarnienia dodatnio skośna (0,29), bardzo leptokurtyczna (1,77). Na diagramie Passegi osady tego typu grupują się w polach IV i V, sporadycznie VI i VII. Odpowiada to depozycji z zawiesiny ziarnowej, zawiesiny przydennej i rzadziej toczenia, sporadycznie z zawiesiny jednorodnej. Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI nie ma tak silnego rozgraniczenia na dwie populacje próbek jak w przypadku osadów korytowych i osadów inicjalnych wałów przykorytowych. SR wstęgi piaszczyste (sandy ribbons), czyli duże piaszczyste formy powodziowe powstające poza wałami przykorytowymi, w literaturze mają różne nazwy (crevasse splays, flood-plain splays, naspy, glify krewasowe). Klasyczne glify krewasowe spotyka się na równinach zalewowych rzek meandrujących, zwłaszcza na wklęsłych brzegach meandrów. Tworzą się zazwyczaj prostopadle do koryta rzeki. W przypadku dolnej Wisły tworzą się one u wylotu, czasami dość długich, krewas doprowadzających i rozbudowują się równolegle do koryta rzecznego. Stąd też propozycja by formy te nazwać wstęgami piaszczystymi. W Pędzewie forma taka ma długość ok. 3 km i maksymalną szerokość około 600 m, w Przyłubiu Krajeńskim wartości te wynoszą odpowiednio 2,5 km i 500 m, w Kamieńcu 2,5 km i 550 m, w Małej Kępie 1,5 km i 650 m. W Czarżach długość kompleksu stożków osiąga 7 km zaś szerokość oscyluje ok. 600 m. Stosunek ich długości do maksymalnej szerokości kształtuje się w granicach 4-5. Położone są nieco wyżej od swego otoczenia. Najwyższe są partie centralne. Partie początkowe i końcowe nie są tak wyraźne, a często ukryte są pod pokrywą mułków. Najogólniej stożki przybierają kształt długich wstęg z ostrym końcem w część proksymalnej i tępym w części dystalnej. Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 179 próbek. Jednomodalny charakter miało 17,7% próbek, dwumodalny 39,2%, trójmodalny 31,8%, czwórmodalny 10,3%, pięciomodalny 1,9%, sześciomodalny 0,9%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 4,87-4,61, w dalszej kolejności 3,27-2,31, 2,02-1,74, 1,07-0,78, 3,64-3,46, 5,96-5,57, 8,04-7,38, 8,64-8,59, 9,38-9,20, 9,70-9,48 phi. Średnia wielkość ziarna mieści się tu w obrębie piasków drobnych (2,79 phi), wysortowanie jest słabe (1,13), krzywa uziarnienia dodatnio skośna (0,26), bardzo leptokurtyczna (1,54). Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI daje się zauważyć dość dużą jednorodność materiału wstęg piaszczystych. Raczej nie wyodrębniają się jakieś mniejsze populacje. Dominuje populacja w zakresie 1 do 5 phi. Niewielkie tylko zgrupowanie wtórne można zaobserwować wokół wartości 6 phi, czyli w zakresie mułków. W osadach wstęg piaszczystych mamy więc bardzo niewiele wkładek mułkowych. Na diagramie Passegi osady tego typu grupują się w górnej, prawej części wykresu w polach IV i V, sporadycznie I i VII. Odpowiada to depozycji z zawiesiny przydennej i toczenia oraz z zawiesiny ziarnowej, sporadycznie w wyniku samego tylko toczenia. FB baseny popowodziowe (floodplain basins) stanowią najniżej leżące fragmenty równiny zalewowej. Na obszarze dolnej Wisły strefa sedymentacji osadów basenów popowodziowych ma w Kotlinie Toruńskiej ok. 1,7 km, w Przełomie Fordońskim 1,3 km a w Basenie Unisławskim i okolicach Świecia 3 do 3,5 km szerokości. Przeciętna

5 Typologia środowisk sedymentacyjnych równiny zalewowej miąższość osadów basenów popowodziowych waha się około 1,5-2 m, maksymalnie może dochodzić do 4 m. Zbudowane są z mułków ilastych w partiach spągowych i mułków piaszczystych w partiach stropowych. Ich największe miąższości występują raczej w centralnych partiach równiny zalewowej, zwłaszcza gdy zajmują one pogrzebane ramiona rzeczne i krewasy oraz kotły i wyleżyska po martwym lodzie. Osady basenów popowodziowych można podzielić na dwie grupy: typowe i przetransformowane. FBR typowe baseny popowodziowe (right floodplain basins) zbudowane są z jednolitych warstw mułków i iłów są dość rzadkie. Występują w dystalnych partiach równiny zalewowej. Mają strukturę masywną. Tworzą dolną partię serii osadów powodziowych. Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 153 próbek. Jednomodalny charakter miało 33,3% próbek, dwumodalny 36,2%, trójmodalny 15,9%, czwórmodalny 10,1%, pięciomodalny 4,4%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 5,16-4,61 w dalszej kolejności 6,16-5,57, 8,97-7,38, 2,12-1,83, 1,74-1,26, 1,16-0,78, 3,08-2,89, 3,26-3,17, 4,13-5,56 phi. Średnia średnica ziarn mieści się w obrębie mułku ilastego (6,16 phi), wysortowanie jest słabe (1,97), krzywa uziarnienia dodatnio skośna (0,23), leptokurtyczna (1,06). Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI mimo makroskopowo dostrzegalnej jednorodności osadu daje się jednak zauważyć zróżnicowanie na dwie populacje próbek. Nie jest ono związane ze średnią średnicą ziarna a raczej z wysortowaniem. Mamy bowiem osad o zbliżonej średnicy ziarna (5-7 phi), ale mający dwie wartości wskaźnika wysortwania σi; mianowicie 1,5 do 2 i 2,5 do 3,5. Wskazuje to na zmienność dostawy materiału depozycyjnego. Bezpośrednio po powodzi następuje depozycja z udziałem prądów gęstościowych, a w okresie niewielkich tylko rozlewów w okresie wysokich stanów wody depozycja z zawiesiny. Na diagramie Passegi osady właściwych basenów popowodziowych zajmują pole VI i pole T, rzadko VII i VIII, jeszcze rzadziej inne pola za wyjątkiem I, II, III, i IX. Wskazuje to, że depozycja następowała tu w przeważającej formie z zawiesiny pelagicznej i zawiesiny jednorodnej, rzadziej z zawiesiny ziarnowej. FBT przetransformowane baseny popowodziowe (transformed floodplain basins) są spotykane znacznie częściej niż właściwe i charakteryzują się obecnością wkładek piaszczystych, najczęściej o strukturach masywnych. Matriks mułkowe na pierwszy rzut oka jednolite po dokładniejszym zbadaniu laserowym analizatorem cząstek wskazuje na obecność wtórnie wprowadzonego materiału piaszczystego. Wprowadzenie to mogło nastąpić w wyniku rozwiewania wałów przykorytowych i wstęg piaszczystych, z ustalonych wydm piaszczystych i bioturbacji. Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 495 próbek. Jednomodalny charakter miało 19,6% próbek, dwumodalny 32,2%, trójmodalny 29,2%, czwórmodalny 13,9%, pięciomodalny 4,4%, sześciomodalny 0,7%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 5,16-4,61, w dalszej kolejności 6,38-5,44, 2,50-1,83, 5,57-4,72, 1,15-0,78, 1,74-1,35, 7,96-7,38, 9,20-9,86 phi. W wyniku wcześniej opisanych procesów średnia średnica ziarn w przetransformowanych basenach popowodziowych jest nieco większa niż we właściwych i wynosi 5,54 phi, co odpowiada frakcji mułku ilastego. Wysortowanie jest słabe (1,98), krzywa uziarnienia dodatnio skośna (0,26), leptokurtyczna (1,16). Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI widać populację próbek skoncentrowaną wokół wartości 6 phi, z niewielkim

6 218 wtórnym zgrupowaniem wokół wartości 2 phi związanym z nielicznymi wkładkami piaszczystymi w matriks mułkowym. Na diagramie Passegi osady tego typu rozrzucone są dość równomiernie po prawie wszystkich polach za wyjątkiem I, II i IX. Wskazuje to na dużą różnorodność sposobów depozycji od zawiesiny pelagicznej, przez zawiesinę jednorodną, zawiesinę ziarnową, zawiesinę przydenną, nawet do toczenia. MBD mineralne osady wypełnień koryt, bagnisk i jeziorzysk dolinnych (mineral backswamp deposits) stanowią osady zdeponowane w różnego rodzaju opuszczonych korytach rzecznych, ramionach bocznych i korytach wód powodziowych a także licznych zagłębień po martwym lodzie wypełniających dno doliny. Mineralne wypełnienia koryt (MBD) składają się z niebieskich lub szarych iłów. Są one pozostałością starych rozlewisk dolinnych jakie powstały bezpośrednio przed depozycją typowych osadów powodziowych. Zajmują dystalne partie równiny zalewowej, szczególnie obszary pogrzebanych głębszych ramion rzecznych i wyleżysk po bryłach martwego lodu. Charakterystykę tekstury tych osadów przeprowadzono na podstawie analizy 18 próbek. Jednomodalny charakter miało aż 84,2% próbek, dwumodalny 5,3%, trójmodalny 10,5%. Najwyraźniejsza wartość modalna zaznaczała się w zakresie 6,06-557, w dalszej kolejności 6,38-6,32, 7,38-7,26, 8,53-8,43, 10,23-10,13 phi. Średnia średnica ziarn wynosi 7,47 phi, co odpowiada zakresowi iłu. Wysortowanie jest słabe (1,46), krzywa uziarnienia jest dodatnio skośna (0,22), platykurtyczna (0,89). Na wykresach zależności MZ do σi, SkI do MZ i σi do SkI widać tylko jedną populację próbek skoncentrowaną wokół wartości 7 phi. Na diagramie Passegi osady tego typu koncentrują się wyłącznie na polu T, odpowiadającym depozycji z zawiesiny pelagicznej. Jest to więc pod względem genetycznym najbardziej jednorodna grupa osadów pozakorytowych. W iłach wypełnień koryt także występuje domieszka drobnych i średnich piasków. Ich geneza może być podobna jak w przypadku basenów popowodziowych. Domieszki te mogą też powstawać w wyniku rozmywania piaszczystych brzegów rozlewisk i transportu na krach lodowych. Wnioski Osady pozakorytowe w dolinie dolnej Wisły charakteryzują się dużym zróżnicowaniem litologicznym. Wykazują one wielomodalność rozkładu uziarnienia. Są raczej słabo wysortowane, krzywe rozkładu uziarnienia są bardzo dodatnie skośne lub dodatnio skośne (ryc. 2). Stopień spłaszczenia krzywej uziarnienia jest różny od bardzo leptokurtycznego po platykurtyczny. W osadach występują dwie zasadnicze wartości modalne w pobliżu wartości 4,72 i 5,57 phi. Inne nie zaznaczają się tak wyraźnie. Wiele poszlak wskazuje, że okresem szczególnie sprzyjającym sedymentacji dużych form w obrębie równiny zalewowej jest okres zimowy, kiedy występują zatory lodowe.

7 Typologia środowisk sedymentacyjnych równiny zalewowej Ryc. 2. Wartości wskaźników uziarnienia według R.L. Folka i W.C. Warda (1957) dla różnych form równiny zalewowej dolnej Wisły. Pozostałe oznaczenia jak na ryc. 1 Literatura Folk R.L., Ward W.C., 1957, Brazos river bar, a study of significance of grain size parameters, Journal of Sedimentary Petrology, 27,1, Passega R., Byramjee R., 1969, Grain size image of clastic deposits, Sedimentology 13, Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania Polska Akademia Nauk ul. Kopernika Toruń

8