Niecka górnośląska

Niecka górnośląska rozciąga się na Wyżynie Śląsko-Krakowskiej, na powierzchni około 6100 km2, z czego 1600 km2 znajduje się po stronie czeskiej. Jest główną jednostką tektoniczną występującą na obszarze województwa śląskiego. Granicę niecki górnośląskiej określa zasięg utworów węglonośnych karbonu górnego, a częściowo także linie uskoków (północno-wschodnia granica przebiega wzdłuż uskoków rowu Sławkowa). Na zachodzie ograniczają ją sfałdowane utwory fliszowe karbonu dolnego (kulmu). Granica północno-wschodnia ukryta jest pod utworami permu i triasu. Granica południowa przebiega pod nasunięciem fliszu karpackiego. Granice niecki górnośląskiej wyznaczają granicę Górnośląskiego Zagłębia Węglowego.

Niecka górnośląska powstała we wschodniej części basenu morawsko-śląskiego na prekambryjskiej jednostce tektonicznej zwanej blokiem górnośląskim (Kotas 1985). Geneza i ukształtowanie niecki wiążą się z orogenezą waryscyjską.

Podłoże utworów karbonu produktywnego

Podłoże niecki górnośląskiej zbudowane jest z utworów prekambru, kambru, dewonu oraz częściowo z młodszych skał karbonu (Jureczka i Kotas, 1995). Utwory najniższego prekambru reprezentowane są przez skały krystaliczne, głównie paragnejsy i łupki łyszczykowe. Kambr zbudowany jest z utworów klastycznych. Miąższość utworów kambryjskich waha się od 0 do 1100 m. Utwory dewonu w najstarszej części (dewon dolny) to utwory klastyczne. Ich miąższość waha się od 0 do 78 m. Dewon środkowy to ciemnoszare i czarne dolomity o grubości 250-290 m. Dewon górny reprezentowany jest przez wapienie organiczne i detrytyczne. Karbon dolny (środkowy i górny turnej) budują skały węglanowe będące kontynuacją sedymentacji platformowej rozpoczętej w dewonie. Maksymalna miąższość utworów węglanowych dewonu i dolnego karbonu wynosi 1170 m. Skały węglanowe (wapień węglowy) stopniowo przechodzą w klastyczne utwory pochodzenia morskiego (kulm), odpowiadające utworom fliszowym (Kotas, 1995). Miąższość całej serii fliszowej waha się od 200 m do 1500 m. Utwory te charakteryzuje praktycznie całkowity brak pokładów węgla. Powyżej tego poziomu następują znaczne zmiany litologiczne. Morskie osady przechodzą w utwory molasowe zawierające liczne pokłady węgla. Charakterystyka formacji skalnych budujących podłoże karbonu produktywnego zamieszczona jest w części opisującej budowę geologiczną województwa śląskiego.

Serie litostratygraficzne karbonu produktywnego

Formację węglonośną tworzą utwory górnego karbonu (silez), których całkowita miąższość w strefie największej subsydencji basenu wynosi około 8500 metrów. Miąższość tych utworów stopniowo maleje w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim.

Tabela 1. Podział stratygraficzny Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Gabzdyl i Gorol 2008)

Profil osadów węglonośnych karbonu rozpoczyna seria paraliczna zaliczana do namuru A (Tabela 1). Charakterystyczną cechą utworów paralicznych jest cykliczna budowa profilu, zbudowanego ze skał klastycznych i fitogenicznych występujących przemiennie z osadami o wyraźnych wpływach okresowych zalewów morskich, tworzących tzw. poziomy lub horyzonty morskie (Jureczka i Martinec 2005). Na tej podstawie w obrębie serii paralicznej wydzielono cztery ogniwa litostratygraficzne. Są to począwszy od spągu: warstwy pietrzkowickie, gruszkowskie, jaklowieckie i warstwy porębskie (Tabela 1), stanowiące grupę warstw brzeżnych (Gabzdyl i Gorol 2008). Warstwy brzeżne najpełniej rozwinięte są w zachodniej części zagłębia, w pasie od Ostrawy przez Rybnik do Gliwic. Udział skał grubookruchowych w utworach paralicznych wynosi 20-50%. Są to najczęściej piaskowce drobno- i średniookruchowe, rzadziej występują frakcje grubsze. Skały fitogeniczne tworzą około 260 warstw i stanowią 3 – 4% udziału w serii paralicznej. Wśród nich wydzielono ponad 110 pokładów węgla o miąższości rzadko przekraczającej 1,0 - 1,5 metra.

Powyżej serii paralicznej występują serie osadów kontynentalnych, wśród których wyróżnia się trzy jednostki litostratygraficzne: górnośląską serię piaskowcową, serię mułowcową i krakowską serię piaskowcową. Górnośląską serię piaskowcową tworzą warstwy siodłowe (namur B) i warstwy rudzkie (namur C; Tabela 1). Na znacznych obszarach zagłębia kontakt tej serii z podłożem przebiega w spągu pokładu węgla 510. Odrębność litologiczno-facjalna tej serii wynika z przewagi utworów gruboklastycznych, występowania grubych pokładów węgla oraz braku poziomów z fauną morską. Występuje w niej około 60 warstw węgla, w tym pokłady o miąższości 4 – 8 metrów, a nawet 24 metrów (Jureczka i Kotas 1995). Górnośląska seria piaskowcowa wykazuje największą węglonośność w okolicy Zabrza – Gliwic, Bytomia i Jastrzębia. Maksymalna miąższość serii wynosi około 1100 m w części zachodniej zagłębia, natomiast w części wschodniej, osady te nie występują.

Kolejną jednostką litostratygraficzną jest seria mułowcowa, którą budują rozdzielone poziomem tufitu warstwy załęskie (westfal A) i warstwy orzeskie (westfal B). Seria ta tworzy dolną część grupy warstw łękowych (Tabela 1). Jest to monotonna seria zbudowana z osadów drobnoklastycznych (głównie mułowców), w których występuje około 160 warstw węgla, z czego około 70 ma znaczenie ekonomiczne (Gabzdyl i Gorol 2008). Miąższości pokładów węgla są stosunkowo niewielkie, rzadko przekraczają 1,5 metra. Miąższość serii rośnie w kierunku zachodnim. Maksymalnie osiąga ok. 2000 metrów w centralnej części niecki głównej.

Sedymentację kontynentalną karbonu produktywnego kończy krakowska seria piaskowcowa. Stanowią ją warstwy łaziskie (westfal C) i warstwy libiąskie (westfal D), zaliczane do górnej części grupy warstw łękowych (Tabela 1). Są to głównie skały grubo- i średnioklastyczne: piaskowce, piaskowce zlepieńcowate i zlepieńce. Zawierają one nieliczne pokłady węgla (40 warstw) o miąższości dochodzącej do 6 - 7 metrów. Krakowska seria piaskowcowa występuje we wschodniej i centralnej części zagłębia. Największą miąższość około 1140 metrów osiąga w rejonie Libiąża.

Skały nadkładu karbonu produktywnego

We wschodniej części niecki górnośląskiej stropową część profilu karbonu górnego budują utwory zwane arkozą kwaczalską, zalegające na utworach węglonośnych. Wiek tych utworów określany jest na stefan (Tabela 1). Arkozę kwaczalską budują słabo zwięzłe, gruboziarniste piaskowce arkozowe i żwiry. Utwory te przeławicone są czerwonymi i pstrymi łupkami. Grubość arkozy kwaczalskiej maksymalnie sięga do 170 m. Permskie utwory występują głównie we wschodniej części niecki, a w mniejszym zakresie także w skrajnie północno-zachodniej części pod przykryciem utworów triasowych. W części wschodniej (poza obszarem województwa śląskiego) przeważnie tworzą izolowane wzgórza. Leżą niezgodnie na warstwach karbonu. Reprezentują osady czerwonego spągowca. Są to kolejno od spągu: martwica wapienna, zlepieńce myślachowickie – ogniwo węglanowe, i ogniwo porfirowo-wapienne. Powyżej zalegają tufy filipowickie, melafiry i porfiry. Miąższość utworów permu dochodzi nawet do 400 m. Utwory triasu występują najczęściej w obrębie niecek: bytomskiej, chrzanowskiej, wilkoszyńskiej i długoszyńskiej oraz w okolicy Gliwic i Mikołowa. Poza tymi obszarami trias występuje w izolowanych płatach. Dolny trias reprezentowany jest przez utwory klastyczne pstrego piaskowca wykształcone w postaci piaskowców, iłowców oraz mułowców. Powyżej tej serii leżą już typowo morskie osady należące do górnego pstrego piaskowca (retu). Reprezentują je dolomity, margle i wapienie jamiste. Sedymentacja morska trwała na omawianym terenie aż do końca wapienia muszlowego (trias środkowy). W tym czasie osadzały się głównie wapienie i dolomity. Część tego profilu wykształcona jest jako dolomity kruszconośne. Miąższość całego triasu nie przekracza 230-250 m. Skały jurajskie występują marginalnie, jedynie w skrajnie wschodniej części niecki. Są to margle glaukonitowe i piaskowce zaliczane do jury środkowej oraz wapienie skaliste, płytowe i margle pochodzące z jury górnej. Skały te opisane są w części poświęconej monoklinie śląsko-krakowskiej. Skały neogeńskie występują w postaci nieciągłej pokrywy osadowej, leżącej najczęściej bezpośrednio na skałach karbońskich. Lokalnie zalegają na utworach triasu lub osadach jurajskich. Ich miąższość wynosi od kilku do 1100 m (Jureczka i Kotas, 1995). Są reprezentowane głównie przez utwory miocenu i na niewielkim obszarze pliocenu.

Wśród skał mioceńskich wypełniających nieckę górnośląską wydziela się kilka, często mało precyzyjnie określonych, formacji litostratygraficznych. W części północnej występują najstarsze ogniwa miocenu w formie piasków i iłów. W południowej części niecki w głębokich rynnach erozyjnych zalegają gruboklastyczne osady formacji dębowieckiej. Formacja ta wykształcona jest w postaci zlepieńców, piaskowców, bardzo rzadko przewarstwionych mułowcami i iłowcami. Ich miąższość zwykle nie przekracza 100-150 m, maksymalnie sięga 250-300 metrów. Powyżej położony jest kompleks ilasto-mułowcowy morskich osadów miocenu formacji skawińskiej (baden). Miąższość ich wzrasta w kierunku południowym, gdzie osiąga 1100 m. Najmłodszy miocen reprezentują utwory ewaporatowe w postaci gipsów i soli kamiennych, o miąższości do 150 m (odpowiednik formacji wielickiej) oraz kompleks osadów ilasto-mułowcowych o miąższości do 300 m (warstwy gliwickie), występujący głównie w zachodniej części niecki. W południowej części niecki na osady mioceńskie formacji skawińskiej lub dębowieckiej nasunięte są skały fliszu karpackiego. Utwory pliocenu, o maksymalnej miąższości stu kilkudziesięciu metrów, występują północno-zachodniej części niecki.

Rys. 1. Uproszczona mapa geologiczna niecki górnośląskiej (według Kotasa 1972)

Osady czwartorzędowe tworzą nieciągłą pokrywę osadową o zmiennej miąższości, zbudowaną z piasków i żwirów, przewarstwionych glinami i iłami. Maksymalną miąższość (do 100 m) osiągają w dolinach kopalnych oraz współczesnych rzek (Chećko i in. 2009).

Zarys tektoniki niecki górnośląskiej

Niecka górnośląska jest zapadliskiem przedgórskim rozwiniętym na bloku prekambryjskim (bloku górnośląskim) podczas orogenezy waryscyjskiej. W obrębie niecki wyróżnia się dwie strefy tektoniczne: strefę tektoniki fałdowej i strefę tektoniki dysjunktywnej (Kotas 1972).

Strefa tektoniki fałdowej biegnie wąskim pasem wzdłuż zachodniej granicy niecki górnośląskiej. Charakteryzuje się występowaniem nasunięć o przebiegu południkowym. Do głównych nasunięć należą: nasunięcie michałkowicko-rybnickie (rozdziela dwie duże struktury brachysynklinalne: nieckę jejkowicką i nieckę michałkowicką) i orłowsko-boguszowickie, ograniczające strefę od wschodu. Dalej, w kierunku wschodnim występuje strefa tektoniki dysjunktywnej, obejmująca największy obszar GZW. Utwory karbonu zalegają pod niewielkim kątem, nie przekraczającym 15°. Pocięte są licznymi uskokami schodowymi, najczęściej o kierunkach NNE-SSW i WNW-ESE. Zrzuty większości uskoków wynoszą 100-150 m, ale istnieją również strefy uskokowe o zrzucie sięgającym 500-1000 m (np. strefa uskokowa Żory-Jawiszowice). Zasadniczym elementem strukturalnym niecki górnośląskiej jest niecka główna. Inne mniejsze jednostki to: siodło główne i niecka bytomsko-dąbrowska na północy, niecka wilkoszyńska i niecka chrzanowska na wschodzie oraz siodło Jastrzębia na zachodzie (Buła i Kotas 1994).

Podczas alpejskich ruchów tektonicznych większość uskoków waryscyjskich uległa odmłodzeniu. Dominująca część niecki stanowi podłoże zapadliska przedkarpackiego, wypełnionego morskimi osadami miocenu. Najbardziej południowe części niecki górnośląskiej znalazły się pod nasuniętymi na miocen osadami fliszowymi Karpat zewnętrznych. Na skałach karbonu, w północnej i wschodniej części niecki, niezgodnie zalegają utwory piętra pokrywowego platformy epiwaryscyjskiej, należące do monokliny śląsko-krakowskiej.

Autor:dr hab. Jolanta Burda

Bibliografia

1. Buła Z., Kotas A. 1994. Mapa geologiczno-strukturalna utworów karbonu produktywnego. 1:100000. [W:] Atlas Geologiczny GZW. Część III. PIG. Warszawa.
2. Gabzdyl W., Gorol M., 2008: Geologia i bogactwa mineralne Górnego Śląska i obszarów przyległych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.
3. Gradziński R., Doktor M., Kędzior A., 2005: Sedymentacja osadów węglonośnej sukcesji Górnośląskiego Zagłębia Węglowego: kierunki badań i aktualny stan wiedzy, Przegląd Geologiczny, 53/9.
4. Jureczka J., i Kotas A., 1995: Upper Silesian Coal Basin. [w:] The Carboniferous system in Poland, red. A. Zdanowski, H. Żakowa, Pr. Państwow. Inst. Geol. 148.
5. Jureczka J., Martinec P., 2005: Rozwój utworów węglonośnych karbonu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, [w:] Geologia i zagadnienia ochrony środowiska w regionie górnośląskim, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
6. Kotas A., 1972: Ważniejsze cechy budowy geologicznej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego na tle pozycji tektonicznej i budowy głębokiego podłoża utworów produktywnych. Komitet Górnictwa PAN, Problemy Geodynamiki i Tąpań, 1, Kraków.
7. Kotas A., 1985: Uwagi o ewolucji strukturalnej Górnośląskiego Zagłębia Węglowego [w:] Tektonika Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, Mat. Konf. Nauk. Wyd. UŚl. red. J. Trzepierczyński, Katowice.