Orientace puklin a zlomů v kulmských horninách jižně od Skalky u Prostějova

Abstract

The article informs about results of orientation analysis of fractures (joints and faults) carried out in the region south of Skalka (near Prostějov). This region is situated on the E margin of the Bohemian Massif near the Kvasice Fault. Fractures were studied mostly at the sites of the Culm sediments, the set of ten steep joints were found also at one site of the Miocene clastics. In the Culm sediments, several sets of steep to subvertical fractures (mostly joints) were distinguished, at some sites also gently to moderately dipping fractures were found. Some of planes were tectonized. At the site SP09A (in the quarry north of Pivín) the relatively significant steep NNW–SSE strike-slip fault was observed, which is probably part of fault structure limiting the eastern margin of uplifted block of the Culm rocks south of Skalka.

Úvod

Studie přednostní orientace puklin a zlomů prezentovaná v tomto článku byla prováděna v rámci projektu České geologické služby zaměřeného na hydrogeologické problémy související s minerálními vodami v lázních ve Skalce, jižně od Prostějova. Cílem tohoto článku je stručně informovat o charakteristice puklinové sítě a o zlomech zjištěných na horninových výchozech v prostoru jižně od Skalky. Pukliny a zlomy byly sledovány převážně na dostupných výchozech kulmských hornin, v omezené míře byly ale nalezeny a proměřeny diskontinuity také na jedné lokalitě neogenních klastik.

 

Stručný nástin geologické situace a pozice studovaných lokalit

Studovaný prostor (obec Skalka a její jižní okolí) se nachází na východním okraji Českého masivu, ve vzdálenosti jen přibližně tří až pěti km jz. od kvasického zlomu (viz obr. 1), který je součástí tzv. poruchového pásma Hané a představuje jižní tektonické omezení Hornomoravského úvalu s významnou pliocenní až kvartérní výplní (Suk et al. 1996; Špaček et al. 2015). Poruchové pásmo Hané je širokou tektonickou zónou zahrnující řadu zlomů převážně tzv. sudetského směru (tj. směr SZ–JV) vyznačujících se neogenní až kvartérní reaktivací, projevující se mimo jiné porušením čela západokarpatských příkrovů a kvartérních sedimentů Hornomoravského úvalu (např. Růžička 1989; Suk et al. 1996; Špaček et al. 2015).

Na podkladu kulmských hornin myslejovického souvrství (Dvořák 1993) leží neogenní sedimenty karpatské předhlubně. Na jižním okraji Skalky a jižně od Skalky vystupují kulmské horniny z pod neogenního pokryvu, přičemž největší odkrytá plocha se nachází na mírně vyvýšeném hřbetu v prostoru „U jezírek“ (obr. 2).

Blízkost kvasického zlomu a hlubší uložení kulmských hornin s. od Skalky, kde byl jejich povrch navrtán až v hloubce téměř 300 metrů (Zapletal 2004), jsou fakta podporující předpoklad existence zsz.–vjv. orientovaného zlomu také v prostoru obce Skalka, tak, jak je znázorněn na mapě 1 : 50 000 (Růžička 1995, viz obr. 2). Všechny výchozy studované v rámci této práce se nacházejí jižně od zmíněného zsz.–vjv. zlomu.

Studium puklin a zlomů kulmských hornin bylo provedeno na celkem sedmi lokalitách situovaných na jižním okraji Skalky (lokalita OP07) a jižně od Skalky (viz obr. 2). Dále byly zjištěny diskontinuity (pukliny, možná drobné zlomy) v neogenních sedimentech odkrytých v pískovně jjv. od Skalky (lokalita SP04).

 

Přednostní orientace puklin a zlomů

Na lokalitách na jižním okraji obce Skalka a jižně od obce Skalka byla změřena orientace celkem 511 ploch puklin a zlomů (501 v kulmských horninách a 10 v neogenních sedimentech), z nichž 68 bylo reprezentováno zlomy se striacemi (obr. 3).

Mezi měřenými puklinami a zlomy převládaly strmé až subvertikální plochy. Na všech lokalitách kulmských hornin bylo možné na základě geometrické analýzy rozlišit více než jeden systém strmých ploch, přičemž dva systémy obvykle patřily k dominantním. K systémům projevujícím se výrazně na více lokalitách patří strmé diskontinuity orientované přednostně ve směru V–Z (lokality OP01, P07, SP06 a SP09B), S–J (lokality OP07, SP06 a SP09B), SV–JZ až VSV–ZJZ (lokality OP01, OP03, SP09A a SP23-24) a SZ–JV až SSZ–JJV (lokality OP03, SP09A a SP23-24). Mezi zjištěnými zlomy se striacemi převládaly zejména plochy systémů směru V–Z a S–J, plochy jiných systému byly tektonizovány (tj. aktivovány či reaktivovány jako zlomy za vzniku striací) v menší míře.

Na většině lokalit kulmských hornin pak byly pozorovány také plochy mírně až středně ukloněné. V případě středně ukloněných ploch převládaly systémy se středním směrem sklonu spádnice převážně k západu (lokality OP1, OP3, SP06, SP23-24). Naopak výjimečně výrazný systém diskontinuit ukloněných pod středními úhly k V až VJV, často tektonizovaných (se striacemi) byl pozorován na lokalitě OP07 (při j. okraji obce Skalka).

Striace nalezené na plochách zlomů většinou umožňovaly určit pouze směr pohybu, nikoli jeho smysl. Pokud byly na ploše přítomny kinematické indikátory dokládající také smysl pohybu, šlo ve všech případech o střechovitě se překládající růstová vlákna minerálů (tj. o struktury typu „crystal fibers“ ve smyslu Hancocka 1985; Doblase 1998 a dalších). Soubor kinematických dat byl ovšem značně heterogenní. K pohybům na plochách zlomů zjevně docházelo během více tektonických procesů, které byly spojeny s působením různě orientovaných napěťových polí. Lze předpokládat, že řada zlomů byla reaktivována opakovaně.

Konkrétní napěťové pole, spojené s alespoň některými zjištěnými pohyby na zlomech, bylo možné určit pouze na dvou lokalitách (OP01 a OP07). Pro výpočet byl použit program MIM5 (Yamaji et al. 2005) využívající metody vícenásobné inverze (Otsubo et al. 2006; Yamaji 2000). Na obou lokalitách byl zjištěn vliv napěťového pole spojeného se subhorizontální kompresí ve směru V–Z až VJV–ZSZ (obr. 4).

Na lokalitě OP01 byla osa minimální komprese (respektive maximální extenze) rovněž subhorizontální a působila ve směru S–J. Toto pole pak bylo spojené se subhorizontálními posuny na strmých až subvertikálních zlomech.

V případě lokality OP07 byla osa minimální komprese naopak subvertikální. Zjištěné napěťové pole bylo spojeno s přesmykovými pohyby na drobných zlomech ukloněných pod středními úhly převážně k východu. Tyto zlomy byly součástí k východu ukloněné násunové zóny, která tvoří nejvýznamnější tektonický prvek pozorovaný na lokalitě OP07. Na jiných lokalitách podobná zóna nalezena nebyla, ani nebyly na jiných lokalitách pozorovány významnější systémy diskontinuit s podobnou orientací. Je proto otázkou, zda diskutovaná násunová zóna představuje tektonický prvek pouze lokálního významu, nebo zda se podobné (k východu ukloněné) násuny vyskytují i na jiných místech kulmských výchozů u Skalky, třebaže nebyly na jiných lokalitách v rámci tohoto výzkumu doloženy.

Stáří zjištěných paleonapěťových polí nelze blíže určit. Jejich působení mohlo být spojeno jak s variskými tak i s povariskými tektonickými procesy.

V neogenních sedimentech byly zjištěny diskontinuity vzniklé křehkou deformací na lokalitě SP04 (obr. 3). Šlo o převážně strmé plochy orientované ve směru V–Z až SZ–JV. Jejich orientace dobře koresponduje s orientacemi zlomů se striacemi zjištěnými v lomu s. od Pivína (lokality SP09A a SP09B). Lze tedy předpokládat, že jejich geneze mohla souviset s reaktivací drobných zlomů v podložním kulmu.

 

Výrazný zlom směru
SSZ–JJV

Zcela zásadní strukturní prvek byl pozorován ve v. části lomu v jižní části studovaného prostoru, severně od Pivína (lokalita SP09). Šlo o významnou zlomovou strukturu s řádově několik decimetrů širokým jádrem tvořeným drcenou zónou, zřetelně procházející celým lomem. Orientace této zlomové struktury byla přímo měřena na lokalitě SP09A (viz obr. 5, směr sklonu a sklon plochy je 244/80). Na ploše bylo pozorováno také rýhování dokládající převažující horizontální složku pohybu, smysl pohybu (pravostrannost či levostrannost) nebylo bohužel možné dostatečně věrohodně doložit. Na význam zlomové struktury ukazuje také fakt, že přednostní orientace hlavních systémů diskontinuit (puklin či zlomů) měřených v opuštěném lomu s. od Pivína se východně od zlomu (lokalita SP09A) a západně od zlomu (lokalita SP09B) vzájemně liší, přestože vzdálenost mezi oběma místy měření je pouze cca 20 metrů. Přitom charakter přednostní orientace diskontinuit pozorovaný západně od zlomu (lokalita SP09B) velmi dobře odpovídá přednostní orientaci ploch měřených na lokalitě SP06 situované cca 200 metrů dále k západu od diskutovaného lomu. Zjištěný zlom tedy zjevně představuje významnější tektonické rozhraní.

Severo-severozápadní pokračování diskutovaného zlomu zřetelně koresponduje s topograficky významným svahem situovaným mezi kulmskými výchozy v místě „U jezírek“ (lokalita OP01) a pískovnou s neogenními klastiky (lokalita SP04) nacházející se východně od kulmských výchozů. Jak plyne z topografického podkladu mapy na obrázku 2, dno pískovny s neogenními sedimenty se nachází o více než 40 metrů níže oproti výchozům kulmu v místě „U jezírek“, přičemž elevace tvořená kulmskými horninami je oproti východně (a níže) ležícímu prostoru s neogenním pokryvem ohraničena výše zmíněným relativně příkrým svahem orientovaným ve směru SSZ–JJV. Směr svahu velmi dobře odpovídá směru výrazné zlomové struktury zjištěné v opuštěném lomu s. od Pivína (lokalita SP09). Tato fakta ukazují, že východní omezení kulmských hornin vystupujících na povrch jižně od Skalky je přinejmenším částečně tektonické, tvořené strmým zlomovým systémem směru SZ–JV až SSZ–JJV oddělujícím západní kru (relativně vystouplou) od východní (relativně zakleslé). V lomu na lokalitě SP09 je pak pravděpodobně odkryt zlom, který je součástí diskutovaného zlomového systému.

Závěr

Na základě studia puklin a zlomů provedeného na lokalitách kulmských hornin na jižním okraji obce Skalka a jižně od obce Skalka lze konstatovat následující závěry:

1. Relativně vystouplá kra, vyznačující se povrchovými výchozy kulmských hornin, je na svém východním okraji tektonicky ohraničena strmým zlomem směru SSZ–JJV. Strmá struktura, která je s vysokou pravděpodobností součástí daného zlomu, je odkryta v opuštěném lomu v jižní části studovaného prostoru, severně od Pivína, kde odděluje dva bloky kulmských hornin. Na základě topografie a nadmořské výšky povrchových výchozů kulmských sedimentů (západně od zlomu) a neogenních sedimentů (východně od zlomu) lze očekávat pokračování diskutovaného tektonického rozhraní dále k SSZ až do prostoru obce Skalka, a to konkrétně do prostoru místních lázeňských pramenů.

2. Horninové prostředí kulmských sedimentů v relativně vystouplé kře jižně od Skalky je v celém svém rozsahu porušeno několika systémy strmých velkých diskontinuit (převážně puklin, v menší míře zlomů). Na každém místě lze pozorovat alespoň dva různě orientované systémy těchto diskontinuit. Tyto diskontinuity mohou být přívodními cestami pro fluida migrující skrze horninové prostředí tvořené sedimenty kulmu, přičemž hypotetická migrace fluid skrze puklinovou síť je možná v různých směrech (jak ve v.–z. tak v i s.–j.). Předložené studium ovšem nemůže odpovědět na otázku, jak velké množství fluid by bylo schopno diskutovanou puklinovou sítí proudit.

3. Z tektonického schématu širšího okolí obce Skalka lze pak ještě také předpokládat tektonické omezení relativně vyzdvižené kry také na jejím severním okraji, přičemž toto rozhraní by bylo tvořeno strmým zlomem směru ZSZ–VJV. Přímo v terénu ale nebyly v rámci předkládané studie žádné tektonické prvky, které by mohly daný zlom blíže charakterizovat, pozorovány, protože sledované odkryvy se většinou nacházejí ve větší vzdálenosti (jižně) od předpokládaného průběhu zlomu.

 

Poděkování

Příspěvek vznikl s finanční podporou projektu ČGS číslo 388200. Děkuji recenzentům, Radomíru Grygarovi a Jiřímu Rezovi, za cenné připomínky.