IV Zjazd Geomorfologów Polskich Główne kierunki badań geomorfologicznych... s

Transkrypt

1 Jacek Szmańda Pracownia Sedymentologii i Datowania TL Instytut Geografii UMK ul. Fredry 6/ Toruń ALUWIA WYBRANYCH OBSZARÓW RÓWNIN ZALEWOWYCH DRWĘCY I TĄŻYNY W ŚWIETLE ANALIZ TEKSTURALNYCH ALUVIAL DEPOSITS OF THE SELECTED FLOODPLAIN AREAS OF THE DRWÊCA AND THE T YNA IN THE INTERPRETATION OF GRAIN SIZE ANALYSIS Rozpatrując udział subśrodowiska korytowego i pozakorytowego w formowaniu den dolin rzecznych wielokrotnie posługiwano się analizą teksturalną aluwiów, w tym interpretacją ich wskaźników statystycznych. Przeprowadzone w ostatnich latach badania cech teksturalnych osadów powierzchni zalewowych Drwęcy i Tążyny uwypuklają znaczenie frakcji modalnych (podstawowych) w akumulacji rzecznej będącej pochodną materiału źródłowego i dynamiki ośrodka transportującego. Przedmiotem badań są aluwia wybranych (testowych) odcinków dna doliny Drwęcy (Szmańda, Hołowiecki, 1997) i Tążyny (Andrzejewski, 1994, 1997). Drwęca i Tążyna są dopływami Wisły uchodzącymi do niej we wschodniej części Kotliny Toruńskiej. Analizom laboratoryjnym poddano 89 prób pobranych z 10 wierceń (w jednym przekroju) w dolinie Tążyny oraz 224 próby z 12 wierceń (w jednym przekroju) i 36 prób pobranych z trzech wkopów w dnie doliny Drwęcy. Sondowanie w celu pobrania prób wykonywano w różnych formach dna: wałach brzegowych, starorzeczach, korytach przelewowych, basenach popowodziowych, obniżeniach międzyłachowych i równinach terasowych. Głębokość sond osiągała od 1,5 do 3,0 m, co wynikało głównie z faktu, że celem analiz litofacjalnych były osady powodziowe. Próby z wierceń wykonanych w dnie doliny Tążyny pobierano w nierównych odstępach uwarunkowanych makroskopową zmiennością typu osadu. Natomiast w dnie doliny Drwęcy próby pobierano w jednakowym interwale 10 cm, zaś z wkopów z każdej wyróżnionej warstwylaminy. Analizę składu mechanicznego wykonano na laserowym mierniku uziarnienia LPS Analysette 22. Wyniki uzyskiwano w jednakowych przedziałach co 1/4 φ w zakresie od 1250 do 0,16 µm. Jedynie w dwóch przypadkach zastosowano analizę kombinowaną (Szmańda, Hołowiecki, 1997). Wskaźniki uziarnienia wyliczono przy pomocy programu komputerowego wg wzorów Folka i Warda (1957). W wydzieleniach litologicznych posługiwano się klasyfikacją wg Wentwortha z modyfikacją Krumbeina i Lana, z uzupełnieniem Urbaniak-Biernackiej (1975). Analiza rozmieszczenia prób na diagramach zależności wskaźników uziarnienia Folka i Warda (ryc. 1) oraz przebieg krzywych częstości średnich wartości procentowych dla wszystkich prób z dolin Drwęcy i Tążyny (ryc. 2), oraz analiza wyników rozkładu uziarnienia w badanych

2

3 próbach przeprowadzona na diagramach spektralnych udziału procentowego frakcji w przedziałach co 1/4 φ (ryc. 3), pozwoliła wydzielić dwie, dla aluwiów Drwęcy i trzy, dla aluwiów Tążyny frakcje modalne. W analizowanych aluwiach Drwęcy wyróżnione frakcje modalne posiadają mody o średniej wartości: ok. 2,25 φ (0,21 mm), co odpowiada drobnoziarnistym piaskom (moda piaszczysta) i ok φ (0,013 mm), co odpowiada pyłom średnioziarnistym (moda mułkowa). Frakcja modalna piaszczysta jest lepiej wysortowana i lepiej wyrażona (rozkłady leptokurtyczne) niż frakcja modalna mułkowa. W osadach gruboziarnistych, próby o wartościach średniej średnicy (Mz) mniejszej od 2,5 φ, występuje jedynie moda piaszczysta. Wraz ze wzrostem wartości Mz następuje sukcesywny spadek udziału mody piaszczystej na korzyść mody mułkowej. W przedziale wartości Mz ok. 2,5-5,5 φ próby mają charakter dwumodalny. Przy wartościach Mz powyżej 5,5 φ w próbach występuje jednomodalny rozkład uziarnienia. Próby te posiadają wysortowanie w zakresie umiarkowanego i złego oraz platy- lub mezokurtyczny rozkład uziarnienia. Na diagramach zależności średniej średnicy (Mz) i wysortowania (σ 1 ) oraz średniej średnicy i skośności (Sk 1 ), występują typowe dla rozkładów dwumodalnych (Folk, Ward, 1957) trendy rozmieszczenia prób: odwróconej litery V w pierwszym przypadku (ryc. 1A) i trend sinusoidalny w drugim (ryc. 1B). Trend na wykresie średniej średnicy i kurtozy (K G ) (ryc. 1C) jest nieco bardziej skomplikowany ale dobrze obrazuje lepsze wysortowanie mody piaszczystej (rozkłady leptokurtyczne) od mody mułkowej (rozkłady platy- i mezokurtyczne). W badanych aluwiach Tążyny wyróżnione trzy frakcje modalne mają następujące średnie wartości: ok. 0 φ (1 mm) - piaski bardzo gruboziarniste (moda grubopiaszczysta), ok. 1,75 φ (0,3 mm) - piaski średnioziarniste (moda średniopiaszczysta) i ok. 6,25 φ (0,013 mm) - pyły średnioziarniste (moda mułkowa). Najlepiej wysortowana i wyrażona (rozkłady bardzo i skrajnie leptokurtyczne) jest frakcja modalna grubopiaszczysta, która w najgrubszych osadach wstępuje samodzielnie tworząc rozkłady jednomodalne. Frakcja modalna piasków średnioziarnistych jest słabiej wysortowana niż gruboziarnistych. Pojawia się ona w próbach od Mz powyżej ok. 1 φ tworząc wspólnie z modą grubopiaszczystą rozkłady dwumodalne. Najgorzej wysortowana i zbliżona cechami do odpowiadającej jej frakcji modalnej mułkowej w aluwiach Drwęcy jest moda mułkowa. Obecność jej zaznacza się w próbach od Mz ok. 1,5 φ tworząc osady o rozkładzie trzymodalnym. W miarę wzrostu wartości Mz w próbach obecność mod piaszczystych zanika, tworząc dla wartości powyżej ok. 5 φ rozkłady jednomodalne z modą mułkową. Trendy rozmieszczenia prób na diagramach zależności wskaźników Folka i Warda w osadach Tążyny i Drwęcy są podobne. Jedynie w grupie osadów gruboziarnistych występuje kilkanaście prób z

4 Tążyny cechujących się gorszym wysortowaniem i bardziej dodatnioskośnych od osadów Drwęcy co wynika z mieszania się frakcji grubo- i średniopiaszczystej w próbach dwumodalnych. Ocenę dynamiki środowiska depozycyjnego akumulowanych osadów na badanych odcinkach dolin przeprowadzono analizując rozmieszczenia prób na diagramie C/M Passegi (1964). Wynika z niej, że pobrane próby reprezentują wszystkie subśrodowiska depozycyjne aluwiów na równinie zalewowej. W trakcie analizy statystycznej wyników stwierdzono, że wartości średniej średnicy (Mz) i mediany (M) są niemal identyczne (współczynniki korelacji r = 0.98). Także przebieg izolinii 1% w zakresie frakcji gruboziarnistych, znaczącej granicę udziału conajmniej jednego procenta zawartości w próbach w przedziałach frakcyjnych co 1/4 φ na diagramach spektralnych (ryc. 3), niemal pokrywa się z przebiegiem linii pierwszego percentyla (C). Biorąc te podobieństwa pod uwagę, naniesiono na wspomniany diagram spektralny wartości rangowe Cr, Cs i Cu oznaczające kolejno granice największego materiału transportowanego w: suspensji ziarnowej (saltacji), suspensji frakcjonalnej i suspensji jednorodnej (Racinowski,

5 Szczypek, 1985). Na tej podstawie wydzielono osady deponowane z prądów transportujących osad trakcyjnie i saltacyjnie oraz w zawiesinie frakcjonalnej, jednorodnej i o charakterze pelagicznym (ryc. 3). Należy zwrócić uwagę, że pole c (ryc. 3) wyznaczające transport osadu w zawiesinie frakcjonalnej (w górnej części słupa wody) jest najsłabiej reprezentowane, co może wynikać z niedoboru ziaren o frakcji w zakresie ok. 3-5 φ (ryc. 2) transportowanych przez wody obu rzek. Wraz ze wzrostem wartości Mz i przebiegiem izolinii 1% ku wyższym wartościom, co oznacza spadek kompetencji (dynamiki) ośrodka transportującego, następuje zmiana akumulacji osadu od piasków przez mułki do iłów. Jednak zmniejszanie się średniej średnicy frakcji aluwiów nie następuje na drodze jednoczesnego zmniejszania się średnicy (drobnienia) deponowanych ziaren, lecz głównie przez zmniejszanie udziału modalnych frakcji piaszczystych (Tążyna) lub frakcji piaszczystej (Drwęca) oraz zwiększania udziału modalnej frakcji mułkowej w deponownym osadzie. Niezależnie od zmiany udziału frakcji modalnych ich wielkość oraz stopień dyspersji (wysortowanie) w zasadzie nie ulega zmianie. Świadczy o tym przebieg izolinii zawartości procentowej w przedziałach co 1/4 φ na diagramach spektralnych (ryc. 3) oraz wartości odchylenia standardowego (jako miary dyspersji) obliczone dla poszczególnych frakcji modalnych wykazujące tylko niewielką korelację (współczynnik korelacji od 0.06 do 0.35) ze zmianą udziału procentowego tych frakcji (wysortowanie jest podobne) wraz ze wzrostem wartości Mz. Akumulacja aluwiów na wybranych (testowych) odcinkach dolin Drwęcy i Tążyny jest funkcją materiału (osadu) niesionego przez rzeki i ich dynamiki. Efektem spadku dynamiki jest drobnienie deponowanych aluwiów, zaś uni- bądź polimodalność ich uziarnienia zależy najprawdopodobniej głównie od cech materiału (osadu) transportowanego w ośrodku wodnym. Zjawisko to opisali wcześniej Folk i Ward (1957) rozpatrując znaczenie wskaźników uziarnienia w studiach nad osadami korytowymi łachy rzeki Brazos. Literatura: Andrzejewski L.,1994, Ewolucja systemu fluwialnego doliny dolnej Wisły w późnym vistulianie i holocenie na podstawie wybranych dolin jej dopływów, Rozprawy UMK, Toruń. Andrzejewski L.,1997, Przebieg procesów fluwialnych w dolinie Tążyny na tle rozwoju doliny Wisły [w:] Warsztaty terenowe, Procesy, formy i osady fluwialne na obszarze młodoglacjalnym Niżu Polskiego Toruń-Słupsk czerwca Folk R.L., Ward W.C., 1957, Brazos River bar, a study in the significance of grain size parameters, Jour. Sed. Pertol., 27. Passega R., 1964, Grain-size representation by CM patterns as a geological tool, Journal Sed. Petrol., 34.

6 Racinowski R., Szczypek T., 1985, Prezentacja i interpretacja wyników badań uziarnienia osadów czwartorzędowych, Skrypty Uniw. Śląskiego, nr 359, Katowice. Szmańda, Hołowiecki, 1997, Analiza litofacjalna aluwiów powodziowych na tle morfologii dna wybranego odcinka doliny Drwęcy w okolicy Elgiszewa [w:] Warsztaty terenowe, Procesy, formy i osady fluwialne na obszarze młodoglacjalnym Niżu Polskiego Toruń- Słupsk czerwca Urbaniak-Biernacka, 1975, Propozycja terminologii dla przedziałów klasowych stopniowanej skali wielkości okruchów skalnych, Przegląd Geograficzny, t. 27 z.1.