Rzeźba strukturalna Sudetów w świetle wyników pomiarów wytrzymałości skał i analiz ...

191 Pages·2011·15.12 MB·Polish

by  Placek A.

Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego 16

Rzeźba strukturalna Sudetów
w świetle pomiarów wytrzymałości skał
i analiz numerycznego
modelu wysokości

Agnieszka Placek
Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego
Wrocław 2011
Serdecznie dziękuję promotorowi niniejszej rozprawy doktorskiej,
prof. dr hab. Piotrowi Migoniowi, za cenne wskazówki merytoryczne,
dyskusje oraz motywację.
Dr hab. Wiesławie Żyszkowskiej jestem wdzięczna za udostępnianie
Pracowni Kartografii Komputerowej, przewodnictwo w zgłębianiu
tajników ArcGis oraz zaufanie.
Szczególne podziękowania kieruję także w stronę recenzentów,
prof. dr hab. Witolda Zuchiewicza oraz dr hab. Radosława
Dobrowolskiego, których uwagi pozwoliły mi uniknąć licznych błędów
oraz udoskonalić ostateczny kształt publikacji.
Dziękuję także wszystkim, którzy okazując swoją życzliwość i wsparcie
umożliwili powstanie niniejszej pracy. W szczególności zaś mojemu
Mężowi Witkowi i Córeczce Ani.
A. Placek.
Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego 16

Rzeźba strukturalna Sudetów
w świetle pomiarów wytrzymałości skał
i analiz numerycznego
modelu wysokości
Agnieszka Placek
Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego
Wrocław 2011
Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego 16

Redaktor serii
Zdzisław Jary

Redaktor techniczny
Marek Kasprzak

Recenzenci tomu
Prof. dr hab. Witold Zuchiewicz
Dr hab. Radosław Dobrowolski

Skład komputerowy
Marek Kasprzak

Projekt graficzny okładki
Waldemar Spallek, Agnieszka Placek

Ilustracja na okładce:
seria map dla rejonu Gór Stołowych: numeryczny model wysokości (lewa górna ilustracja), mapa
ekspozycji z naniesionymi spadkami >15° (prawa górna ilustracja), mapa krzywizny (lewa dolna
ilustracja), mapa cieniowana z naniesionymi spadkami <5° (prawa dolna ilustracja), mapa poten-
cjalnej wytrzymałości skał z naniesionymi spadkami >15° (w środku)

Publikacja finansowana ze środków na działalnośd statutową
Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego

Zalecane cytowanie
Placek A., 2011. Rzeźba strukturalna Sudetów w świetle pomiarów wytrzymałości skał i analiz
numerycznego modelu wysokości. Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju
Regionalnego 16, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław.

©Copyright 2011 by Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego

ISBN 978−83−62673−03−2

Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego
Plac Uniwersytecki 1, 50-137 Wrocław

Druk i oprawa
I-BiS s.c., ul. Lelewela 4, 53-505 Wrocław
Rzeźba strukturalna Sudetów... – A. Placek

Spis treści:

1. WSTĘP ................................................................................................................................................ 9
2. CELE I METODY PRACY ......................................................................................................................13
2.1. CELE PRACY ........................................................................................................................................ 13
2.2. METODY PRACY .................................................................................................................................. 13
2.2.1. Prace przygotowawcze .......................................................................................................... 14
2.2.2. Pomiary twardości skał .......................................................................................................... 14
2.2.3. Prace analityczne ................................................................................................................... 16
3. OBSZAR BADAO ................................................................................................................................19
3.1. GRANICE OPRACOWANIA ...................................................................................................................... 19
3.2. FIZJOGRAFIA OBSZARU BADAO ................................................................................................................ 20
3.3. BUDOWA GEOLOGICZNA ....................................................................................................................... 23
3.3.1. Zarys rozwoju geologicznego ................................................................................................. 23
3.3.2. Główne jednostki geologiczne ............................................................................................... 24
3.3.3. Zróżnicowanie litologiczne ..................................................................................................... 26
4. ZARYS PROBLEMATYKI W ŚWIETLE LITERATURY ...............................................................................29
4.1. DOTYCHCZASOWE KONCEPCJE ROZWOJU RZEŹBY SUDETÓW ......................................................................... 29
4.1.1. Pierwsze prace powojenne .................................................................................................... 29
4.1.2. Zalążki nowych koncepcji ....................................................................................................... 29
4.1.3. Model pedyplanacyjny ........................................................................................................... 30
4.1.4. Znaczenie głębokiego wietrzenia ........................................................................................... 30
4.1.5. Analizy morfotektoniczne ...................................................................................................... 32
4.1.6. W stronę modelu dynamicznej etchplanacji .......................................................................... 33
4.1.7. Morfogeneza czwartorzędowa .............................................................................................. 34
4.2. BADANIA NAD RZEŹBĄ STRUKTURALNĄ ..................................................................................................... 35
4.2.1. Opracowania regionalne ....................................................................................................... 35
4.2.2. Progi strukturalne .................................................................................................................. 37
4.2.3. Kotliny śródgórskie ................................................................................................................ 38
4.2.4. Wzgórza wyspowe ................................................................................................................. 38
4.2.5. Twardzielcowe wzgórza wulkaniczne .................................................................................... 38
4.2.6. Skałki ...................................................................................................................................... 39
4.3. ANALIZY MORFOMETRYCZNE RZEŹBY SUDETÓW Z UWZGLĘDNIENIEM ODPORNOŚCI SKAŁ .................................... 40
5. WYTRZYMAŁOŚD SKAŁ SUDECKICH – WYNIKI POMIARÓW ................................................................43
5.1. SKAŁY MOGMOWE ............................................................................................................................... 43
5.2. SKAŁY OSADOWE ................................................................................................................................. 47
5.3. SKAŁY METAMORFICZNE........................................................................................................................ 50
5.4. PRZESTRZENNE ROZMIESZCZENIE KLAS WYTRZYMAŁOŚCI .............................................................................. 53
6. WYBRANE PARAMETRY MORFOMETRYCZNE SUDETÓW NA TLE ZRÓŻNICOWANIA WYTRZYMAŁOŚCI
SKAŁ 63
6.1. EKSPOZYCJA ....................................................................................................................................... 63
6.1.1. Region zachodni ..................................................................................................................... 69
[5]
Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego Uniwersytetu Wrocławskiego 16

6.1.2. Region środkowo-zachodni .................................................................................................... 70
6.1.3. Region śródsudecki ................................................................................................................ 71
6.1.4. Region środkowo-wschodni ................................................................................................... 71
6.1.5. Region wschodni .................................................................................................................... 72
6.1.6. Region przedgórski ................................................................................................................ 73
6.1.7. Tektoniczne i strukturalne uwarunkowania zróżnicowania ekspozycji ................................. 73
6.2. NACHYLENIA ...................................................................................................................................... 76
6.2.1. Występowanie powierzchni słabo nachylonych .................................................................... 77
6.2.1.1. Powierzchnie słabo nachylone a wytrzymałośd skał ......................................................................... 80
6.2.1.2. Zagadnienie chronologii spłaszczeo .................................................................................................. 83
6.2.2. Występowanie powierzchni silnie nachylonych ..................................................................... 84
6.2.2.1. Interpretacja morfotektoniczna, znaczenie wytrzymałości i cech struktury skał .............................. 86
6.2.2.2. Stoki bardzo strome .......................................................................................................................... 92
6.3. ZAKRZYWIENIE POWIERZCHNI................................................................................................................. 94
6.3.1. Zakrzywienie poziome ........................................................................................................... 95
6.3.2. Zakrzywienie pionowe ......................................................................................................... 102
6.3.3. Zakrzywienie powierzchni a litologia – podsumowanie ...................................................... 103
6.4. WYSOKOŚCI WZGLĘDNE ...................................................................................................................... 103
6.4.1. Wielkośd deniwelacji przy zastosowaniu filtra o wielkości oczka 500 m ............................. 104
6.4.2. Wielkośd deniwelacji przy zastosowaniu filtra o wielkości oczka 1000 m ........................... 110
6.4.3. Wielkośd deniwelacji przy zastosowaniu filtra o wielkości oczka 2000 m ........................... 113
6.4.4. Wielkośd deniwelacji przy zastosowaniu filtra o wielkości oczka 4000 m ........................... 116
6.4.5. Zróżnicowanie rzeźby Sudetów w świetle map wysokości względnych – podsumowanie... 120
6.4.6. Uwagi metodyczne .............................................................................................................. 120
7. FORMY STRUKTURALNE W SUDETACH – PRZYKŁADY POWIĄZAO MIĘDZY RZEŹBĄ TERENU A
WYTRZYMAŁOŚCIĄ SKAŁ W MEZOSKALI ................................................................................................. 123
7.1. FORMY STRUKTURALNE I TEKTONICZNE W SUDETACH................................................................................ 123
7.2. RZEŹBA STRUKTURALNA NA SKAŁACH OSADOWYCH .................................................................................. 123
7.2.1. Kuesty i stoliwa niecki północnosudeckiej ........................................................................... 125
7.2.1.1. Zróżnicowanie wytrzymałości skał w niecce północnosudeckiej i morfometria kuest ................... 125
7.2.1.2. Wnioski ........................................................................................................................................... 131
7.2.2. Porównanie wysokości progów strukturalnych niecek północnosudeckiej i śródsudeckiej . 132
7.3. RZEŹBA STRUKTURALNA NA SKAŁACH WULKANICZNYCH ............................................................................. 134
7.3.1. Wzgórza bazaltowe Pogórza Kaczawskiego ........................................................................ 135
7.3.1.1. Morfometria wzgórz bazaltowych .................................................................................................. 135
7.3.1.2. Właściwości bazaltów ..................................................................................................................... 140
7.3.1.3. Wytrzymałośd skał otoczenia .......................................................................................................... 141
7.3.1.4. Zależnośd między badanymi cechami ............................................................................................. 141
7.3.1.5. Wnioski ........................................................................................................................................... 144
7.4. FORMY STRUKTURALNE NA SKAŁACH KRYSTALICZNYCH .............................................................................. 146
7.4.1. Grzbiety odpornościowe ...................................................................................................... 146
7.4.1.1. Granitoidowy masyw Karkonoszy i jego osłona .............................................................................. 146
7.4.1.2. Granitoidowy masyw kłodzko-złotostocki ...................................................................................... 148
7.4.2. Wzgórza wyspowe ............................................................................................................... 149
7.4.2.1. Masyw Ślęży .................................................................................................................................... 150
7.4.2.1.1. Wyniki pomiarów twardości skał ............................................................................................... 152
7.4.2.1.2. Wnioski ...................................................................................................................................... 156
8. DYSKUSJA WYNIKÓW BADAO I PROBLEMÓW METODYCZNYCH ..................................................... 159
8.1. PRZEWODNIE CECHY RZEŹBY SUDETÓW W ŚWIETLE ZRÓŻNICOWANIA WYTRZYMAŁOŚCI SKAŁ ............................ 159
[6]
Rzeźba strukturalna Sudetów... – A. Placek

8.2. STRUKTURA A TEKTONIKA .................................................................................................................... 161
8.3. DYSKUSJA NAD PROBLEMAMI METODYCZNYMI ........................................................................................ 162
9. PODSUMOWANIE I WNIOSKI .......................................................................................................... 165
LITERATURA: ........................................................................................................................................... 169
MATERIAŁY KARTOGRAFICZNE: ............................................................................................................... 183
SPIS ILUSTRACJI: ...................................................................................................................................... 187
SPIS TABEL: .............................................................................................................................................. 190

[7]

Rzeźba strukturalna Sudetów... – A. Placek

1. Wstęp

Sudety stanowią szczególny obszar na ceńskie, związane głównie z postępem wie-
terytorium Polski. O ich specyfice decydują trzenia, erozji i procesów stokowych działają-
trzy główne czynniki. Pierwszym z nich jest cych w zróżnicowanych warunkach klima-
bardzo złożona, mozaikowa budowa geolo- tycznych w obrębie istniejących już, starszych
giczna: sąsiadują tu ze sobą dziesiątki typów form rzeźby.
skał o zróżnicowanych właściwościach, a ich Mimo wielkiej różnorodności form spo-
wiek datowany jest od proterozoiku po keno- tykanych w Sudetach, długo przyjmowany
zoik. Drugim czynnikiem wyróżniającym Su- model ewolucji tego górotworu, zakładający
dety na tle innych obszarów naszego kraju jest wielofazowy, cykliczny rozwój rzeźby denu-
wyjątkowo długi okres ewolucji rzeźby. Więk- dacyjnej w trzeciorzędzie, oparty głównie na
szość tego zróżnicowanego litologicznie ob- idealistycznych koncepcjach cyklu geograficz-
szaru pozostawała pod wpływem oddziaływa- nego Davisa i pedyplanacji Kinga, w zniko-
nia procesów egzogenicznych co najmniej od mym stopniu uwzględniał znaczenie dużego
schyłku kredy, czyli przez ostatnie 65 milio- zróżnicowania litologii i wytrzymałości budu-
nów lat. Trzeci czynnik, który zadecydował jących go skał. Za przewodnią cechę rzeźby
w ogromnym stopniu o dzisiejszym charakte- Sudetów uznawano powierzchnie zrównań,
rze tego masywu górskiego stanowiły kenozo- których wiek uważano za zróżnicowany wy-
iczne (głównie neogeńskie) ruchy tektoniczne. łącznie na podstawie ich dzisiejszej pozycji
Sztywne podłoże krystaliczne przykryte nie- hipsometrycznej (Klimaszewski 1958, Jahn
ciągłą warstwą zlityfikowanych skał osado- 1953a, Walczak 1968, 1972). Rewizja poglą-
wych uległo potrzaskaniu na bloki, które zo- dów na temat roli niejednorodności geologicz-
stały nierównomiernie wypiętrzone bądź obni- nej podłoża dokonywała się stopniowo, szcze-
żone. Dzisiejsza morfologia Sudetów jest za- gólnie w latach 80. i 90. XX w. Zwrócono
tem efektem współdziałania wszystkich wy- uwagę na znaczenie długotrwałego głębokiego
mienionych czynników. Względnie młode wietrzenia chemicznego, którego postęp wa-
progi uskokowe rozdzielają tu fragmenty daw- runkowany był głównie właściwościami pod-
nej powierzchni denudacyjnej, w obrębie któ- łoża (Jahn 1980, Migoń 1992a, 1993a,
rej uwidaczniają się wzniesienia i krawędzie 1997a,b, 1998, 1999c, Jahn i in. 2000). Z cza-
o założeniach strukturalnych1. Najmłodszy rys sem doceniono także rolę tektoniki w kształ-
rzeźby stanowią formy plejstoceńskie i holo- towaniu progów morfologicznych (Sroka
1991, 1997, Migoń, 1991, 1996a, Krzyszkow-
1Struktura będzie w niniejszej pracy rozumiana ski, Pijet, 1993, Migoń, Potocki 1996, Badura
jako zespół cech podłoża, które warunkują sposób
1999, Badura i in. 2003, Ranoszek 1998, 1999,
i intensywność oddziaływania wietrzenia i erozji
2001). Obecnie waga czynnika strukturalnego
(Migoń, 2004), przez co mogą wpływać na kształt
i wielkość form rzeźby. Należą do nich zróżnico- nie jest już w zasadzie kwestionowana, a pew-
wanie wytrzymałości sąsiadujących ze sobą skał, ne obszary w Sudetach (np. Góry Stołowe,
ale także układ i gęstość spękań, geometria intruzji,
Kotlina Jeleniogórska) doczekały się szczegó-
sposób zalegania warstw skalnych itp. czyli cechy
łowych opracowań podkreślających wpływ
pośrednio wynikające z przeszłości tektonicznej.
Odrębnie traktowane są te formy rzeźby, które budowy geologicznej na ukształtowanie form
powstały bezpośrednio wskutek aktywności tekto- rzeźby. Jednym z czynników wskazywanych
nicznej, takie jak progi uskokowe. W pewnym
jako kluczowy w rozwoju form strukturalnych
zakresie w pracy podniesione zostanie również
jest wytrzymałość skał.
zagadnienie wpływu wytrzymałości skał na ewolu-
cję tych form.
[9]