Europa Centralna, charakteryzuje się niezwykle złożoną strukturą geologiczną i historią ewolucji tektonicznej. Całą złożoność geologiczną tej części Europy, a szczególnie obszaru Polski, ilustruje poniższa mapa.
Tektonika Europy Środkowej
Najstarszą jednostką tektoniczną jest tu kraton wschodnioeuropejski (East European Craton) o wieku ponad 1 miliarda lat, którego krawędź – strefa TTZ (Teisseyre-Tornquist Zone) przebiega przez Polskę na linii NW-SE. Od południowego zachodu wkracza na obszar Polski platforma paleozoiczna Centralnej i Zachodniej Europy, której wiek wynosi około 300 milionów lat. Natomiast na południu mamy młody system alpejski, reprezentowany w Polsce przez Karpaty (Carpathians). Szczególne miejsce zajmuje obszar południowo-wschodniej Polski, gdzie stykają się trzy wielkie prowincje Europy tworząc swego rodzaju węzeł tektoniczny kontynentu.
Rozpoznanie głębokiej struktury tego obszaru ma więc ważne znaczenie nie tylko dla geologii obszaru Polski, ale dla całej Europy. Prowadzone w Polsce wieloletnie badania geologiczne i geofizyczne pozwalają zbudować trójwymiarowy (3D) sejsmiczny model, na który składają się geometria warstw geologicznych i prędkości sejsmicznych. Informacji o piętrze osadowym dostarczają głównie badania w odwiertach geologicznych i sejsmiczne badania refleksyjne. Głównym źródłem informacji o skorupie ziemskiej są głębokie sondowania sejsmiczne metodą refrakcyjną. Ogrom wykorzystanych danych ilustrują poniższe mapy.
Dane wykorzystane do modelu 3D
Do budowy sejsmicznego modelu 3D obszaru Polski wykorzystano (a) geometrię warstw geologicznych na podstawie ponad stu tysięcy odwiertów geologicznych; (b) ponad sześciu tysięcy odwiertów które przebiły osady permskie; (c) ponad tysiąca odwiertów w których wykonano pionowe pomiary prędkości sejsmicznych (VSP – vertical seismic profiling); (d) ponad trzydziestu profili głębokich sondowań sejsmicznych. Finalny model obejmuje cały obszar Polski w siatce ok. 1 km x 1 km, z głębokością co 10 m (ponad 2 miliardy komórek). Każda z komórek ma przypisaną prędkość Vp. Przykłady map ilustrujących grubości warstw i prędkości średnich Vp pokazują poniższe mapy.
Mapy grubości warstwy i prędkości średniej dla kredy.
Mapy grubości warstwy i prędkości średniej dla permu
Mapy grubości warstwy i prędkości średniej dla górnej skorupy
Mapy głębokości podłoża i granicy Moho
„Pełny” model 3D daje możliwość wykorzystania go w innych badaniach geologicznych i geofizycznych, m.in. grawimetrycznych, magnetycznych, lokalnej sejsmiczności, petrologii. W szczególności przekroje pionowe (przykład poniżej) i cięcia poziome ilustrują złożoność struktury.
Przekrój przez Polskę wzdłuż 52-giego równoleżnika
Przekrój przez Polskę wzdłuż 52-giego równoleżnika: (a) model geologiczny, z numerowanymi warstwami 1-TQ, 2-kreda, 3-jura, 4-trias, 5-perm, 6- starszy paleozoik, 7-flisz (w Karpatach), 8,9,10-górna, środkowa i dolna skorupa, 11-płaszcz (tu nie sięgamy); (b) rozkład prędkości Vp. Strome struktury na długości geograficznej ok. 19-tego stopnia są permskimi wysadami solnymi o stosunkowo dużych prędkościach Vp (ok. 5 km/s).
Przekroje poziome na głębokościach 1, 3, 5, 10, 15 i 35 km
Zróżnicowanie struktury ilustrują cięcia poziome na głębokościach 1, 3, 5, 10, 15 i 35 km. złożoność struktury. Prędkości 2-5 km/s są charakterystyczne dla piętra osadowego, 6-7 km/s dla skorupy, >8 km/s dla górnego płaszcza. Cięcie na głębokości 1 km (a) pokazuje, że niemal cały obszar Polski pokryty jest osadami za wyjątkiem części NE i SW (kolor czerwony pokazujący prędkości >6 km/s charakterystyczne dla podłoża krystalicznego). Cięcie na głębokości 5 km (c) pokazuje podłoże dla większości obszaru, poza Karpatami i synklinorium śródpolskim (na linii Szczecin – Lublin), gdzie osady są znacznie grubsze. Cięcie na głębokości 35 km (f) pokazuje, że na tej głębokości w Polsce południowo-zachodniej prędkości są większe od 8 km/s (obszar czerwony) – jest to płaszcz. W Polsce północno-wschodniej jest to dolna skorupa z prędkościami ok. 7 km/s. Obszar wschodnioeuropejskiego kratonu charakteryzuje się znacznie grubszą skorupą, ok. 40-50 km.
Marek Grad
Więcej w publikacji:
Grad M., Polkowski M., Ostaficzuk S.R., 2016. High-resolution 3D seismic model of the crustal and uppermost mantle structure in Poland. Tectonophysics 666, 188–210, http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2015.10.022.