346 KB - Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ

VII Zjazd Geomorfologów Polskich
kraków
Cechy litologiczne
2005
i rozkład osadów dennych
zbiornika włocławskiego
Piotr Gierszewski, Jacek B. Szmańda, Małgorzata Luc
1. Wstęp
Litologii osadów dennych dużych zbiorników zaporowych w Polsce poświęconych jest niewiele opracowań. Szczególne miejsce w tym zakresie zajmują prace
A.K. Teisseyra (1983) dotyczące osadów Jeziora Turawskiego oraz M. Banacha (1985,
1988, 1994) zawierające opis cech uziarnienia i rozmieszczenia osadów w Zbiorniku
Włocławskim. Ponieważ osady ostatniego z wymienionych badane były głównie pod
katem wpływu procesów zachodzących w strefie platformy brzegowej, autorzy postawili podjąć ponownie temat ich analizy pod kątem ich wykształcenia i rozmieszczenia
w strefie pelagicznej. M. Banach (1988) stwierdza bowiem, że osad deponowany
w odległości powyżej 100 m od brzegu „jest jednorodny, pylasty, brunatno-szary” co by
sugerowało, że jedynym czynnikiem wpływającym na jego wykształcenie jest odległość
od brzegu. Jednak szereg procesów hydrodynamicznych zachodzących w obrębie czary
zbiornika oraz jego zróżnicowanie batymetryczne sugerowało, że osady profundalne
powinny być zróżnicowane.
2. Metody badań
Badania składu mechanicznego osadów wykonywano na laserowych miernikach
uziarnienia LPS „Analysette 22” w Pracowni Sedymentolgii i Paleoekologii Instytutu
Geografii UMK w Toruniu oraz Zakładzie Geomorfologii i Hydrologii Niżu IGiPZ
PAN w Toruniu. Przeanalizowano łącznie blisko 400 próbek osadów pobranych w 40
profilach, co 1 km pomiędzy Płockiem i Włocławkiem (634 i 674 km biegu rzeki).
Wyniki uzyskiwano w przedziałach co ¼ phi. Na podstawie klasyfikacji frakcjonalnej
148
Piotr Gierszewski, Jacek B. Szmańda, Małgorzata Luc
U. Urbaniak–Biernackiej (1978) i w nawiązaniu do typologii osadów PIG stosowanej
w kartowaniu geologicznym (Instrukcja…, 1975) wydzielono typy litologiczne osadów dennych. Wyliczono także graficzne parametry uziarnienia na podstawie wzorów
R.L. Folka i W.C. Warda (1957).
3. Uziarnienie osadów dennych
Największy udział w utworach mineralnych mają mułki (61%). Znaczący piaski
(16%) oraz mułki piaszczyste (11%) i piaski mułkowe (8%). Frakcję podstawową
w osadach dennych wypełniających czaszę zbiornika stanowi frakcja mułkowa (ryc. 1)
o średnicy ziaren od 4,5 phi do 7 phi. Moda frakcji podstawowej mieści się w przedziale średnicy ziarna od 5,25 phi do 5,5 phi i jej przeciętna frekwencja wynosi 6,6%.
Wśród frakcji akcesorycznych przeważa frakcja piasków gruboziarnistych o modzie w
przedziale od 0,5 phi do 0,75 phi (przeciętna frekwencja 2,5%) i piasków średnioziarnistych o modzie w przedziale od 1,5 phi do 1,75 phi (przeciętna frekwencja 2,3%).
Zmiana proporcji udziału w osadach dennych wspomnianych frakcji przyczynia się
do charakterystycznego rozrzutu próbek na diagramie zależności przeciętnej średnicy
ziarna (GSS) i wysortowania (GSO). Trend rozmieszenia próbek na tym diagramie ma
kształt odwróconej do góry nogami litery V (ryc. 2). Jednocześnie wartości najlepszego
wysortowania odpowiadają w przybliżeniu modzie grubomułkowej frakcji podstawowej
i grubopiaszczystej frakcji akcesorycznej.
Rozkłady uziarnienia mułków, mułków ilastych i iłów mają charakter jednomodalny. Przedział średnicy ziarna mody zmienia się od 5,25-5,5 phi w mułkach, poprzez
Ryc. 1. Uśredniona frekwencja uziarnienia w osadach dennych Zbiornika Włocławskiego
Cechy litologiczne i rozkład osadów dennych Zbiornika Włocławskiego
149
Ryc. 2. Rozkład próbek osadów dennych Zbiornika Włocławskiego na diagramie zależności
przeciętnej średnicy ziarna i wysortowania
p – piasek, pm – piasek mułkowy, mp – mułek piaszczysty, m – mułek, mpi – mułek piaszczysto-ilasty,
mip – mułek ilasto-piaszczysty, d – diamikton, mi- mułek ilasty, im – ił mułkowy, i – ił.
8,5-8,75 phi w mułkach ilastych do 9,5-9,75 phi w iłach. Wysortowanie tych osadów
jest umiarkowane lub słabe. Rozkładami dwumodalnymi charakteryzują się piaski.
W ich przypadku dominującą modę stanowi frakcja piasków gruboziarnistych w przedziale 0-0,25 phi o przeciętnej frekwencji 10,4%, a domieszkową frakcja grubych
mułków z modą w przedziale 5,25-5,5 phi i przeciętnej frekwencji 1,2%. W zależności
od zmiany proporcji wspomnianych frakcji osady te są albo umiarkowanie albo słabo
wysortowane, przy czym wraz ze zmniejszaniem się przeciętnej średnicy ziarna pogarsza
się wysortowanie osadów piaszczystych (ryc. 2).
Pozostałe z wyróżnionych w obrębie dna zbiornika typów osadów tj. piaski mułkowe, mułki piaszczyste, piaski mułkowo-ilaste i ilasto-mułkowe oraz diamiktony mają
rozkłady wielomodalne przy zmieniających się w różnym zakresie i udziale procentowym
wartościach mod. Osady te są najczęściej słabo albo bardzo słabo wysortowane.
4. Rozmieszczenie osadów dennych
Badania M. Banacha (1985, 1988, 1994) wykazały, że rozkład osadów dennych
w Zbiorniku Włocławskim determinowany jest głównie zmniejszaniem się z biegiem
rzeki, w kierunku zapory, prędkości przepływu wody oraz procesami sedymentacji przybrzeżnej, związanymi głównie z abrazją brzegu. W związku z tym w rozkładzie osadów
na dnie misy zbiornika następuje zmniejszanie wielkości frakcji w osadzie w kierunku
zapory oraz drobnienie wielkości ziarna wraz z odległością od brzegów.
Oprócz wymienionych wyżej uwarunkowań wpływających na rozkład cech litologicznych osadów przeprowadzono badania, których celem była próba oceny znaczenia
innych czynników decydujących o zróżnicowaniu uziarnienia osadów.
Szczególną uwagę zwrócono między innymi na wpływ stosunków głębokościowych
i budowy geologicznej brzegów zbiornika. W tym celu określono zależności korelacyj-
150
Piotr Gierszewski, Jacek B. Szmańda, Małgorzata Luc
ne między pozycją poboru próbek osadów względem odległości od zapory (mierzonej
w kilometrach biegu rzeki), głębokością wody (wyrażanej w metrach) i położeniem
w stosunku do linii brzegowej, a frekwencją podstawowych frakcji.
Wpływ zmniejszenia się prędkości przepływu w dawnym korycie rzeki opisał
M. Banach (1988, 1994). Proces drobnienia osadów w kierunku zapory przedstawił
na podłużnych profilach granulometrycznych i modelu rozkładu osadów wyróżniając
strefy hydro- i litodynamiczne zbiornika. Określone przez autorów zależności korelacyjne
między udziałem frakcji piaszczystej (od -1 phi do 4 phi), mułkowej (od 4 phi do 9 phi)
i ilastej (poniżej 9 phi), a biegiem rzeki uzupełniają jedynie wspomniany model. Ich
wyniki wskazują, że w kierunku zapory następuje spadek udziału frakcji piasku wyrażony
współczynnikiem korelacji r=-0,18 i wzrost frakcji mułkowej (r=0,1) i ilastej (r=0,3)
w osadach. Niskie wartości współczynników korelacji wskazują na niewielki wpływ
średniej prędkości płynięcia wody w przekroju poprzecznym zbiornika na wielkość
deponowanego ziarna.
Zmiana charakteru akumulacji wraz ze wzrostem odległości od brzegu i wzrostem
głębokości wyrażająca się w drobnieniem frakcji osadu widoczna jest głównie w strefie
platformy przybrzeżnej zbiornika. Prawidłowość tą szczegółowo opisał M. Banach (1994).
Drobnienie osadów wraz ze wzrostem głębokości wody widoczne jest również w strefie
głębokowodnej (profundalu). Dobrze wyrażają to współczynniki korelacji między głębokością wody i udziałem frakcji piaszczystej r=-0,34, mułkowej r=0,28 i ilastej r=0,3.
W przypadku związku między uziarnieniem, a odległością brzegu stwierdzono następujące prawidłowości: spadek udziału frakcji piaszczystej, r =-0,35, wzrost udziału frakcji
mułkowej, r=0,36 i słabo zaznaczający się wzrost udziału frakcji ilastej, r=0,05.
Analizując wpływ litologii brzegów zwrócono uwagę na jej zróżnicowanie wzdłuż
lewego i prawego brzegu. Znaczny udział osadów piaszczystych wyrażony m.in. przeciętnym udziałem frakcji piasku w próbkach pobranych wzdłuż lewego brzegu wynoszącym 61% związany jest z budową teras Kotliny Płockiej. W litologii wysokiego,
często klifowego zbocza Wysoczyzny Dobrzyńskiej dominują iły plioceńskie przykryte
dwoma poziomami glin czwartorzędowych. Udział tych osadów w budowie prawego
brzegu wynosi 65% (Banach 1994). Konsekwencją takiej budowy jest dominacja frakcji mułkowej (przeciętnie 51%) i spadek udziału frakcji piasku do przeciętnie 42%
w profilach pobranych wzdłuż prawego brzegu w stosunku do lewego.
W przyzaporowej części dna Zbiornika Włocławskiego na wysokości jazów i hydroelektrowni zaobserwowano zwiększenie udziału frakcji piaszczystej kosztem udziału
frakcji mułkowej i ilastej. Związane jest to najprawdopodobniej ze zwiększeniem prędkości przepływu wody wskutek pracy urządzeń hydrotechnicznych stopnia wodnego.
W czasie poboru prób osadów w tej części dna zbiornika stwierdzono obecność iłów
plioceńskich, co świadczy o przewadze procesów erozji nad procesami akumulacji.
Cechy litologiczne i rozkład osadów dennych Zbiornika Włocławskiego
151
5. Podsumowanie
Wstępne wyniki badań wykształcenia osadów dennych strefy pelagicznej Zbiornika
Włocławskiego wskazują na zdecydowaną przewagę frakcji mułkowej. W ponad połowie
przeanalizowanych próbek jej udział przekracza 75%. Przewagę frakcji piaszczystej
stwierdzono jedynie w 1/6 zbadanych próbek. Frakcja ilasta ma znikome znaczenie.
W zaledwie 0,02% próbek udział iłów wynosi powyżej 30%.
Na obecnym etapie badań nie stwierdzono dominującego czynnika wpływającego na
litologiczne zróżnicowanie osadów dennych. Badania zależności korelacyjnych wskazują
jednak na większy wpływ zmiany głębokości niż zmniejszania się średniej prędkości
przepływu wody w kierunku zapory na drobienie średnicy deponowanego ziarna. Podkreślić należy znaczenie budowy geologicznej brzegów i reżimu pracy urządzeń stopnia
wodnego na lokalne zróżnicowane składu mechanicznego osadów.
Syntetycznym ujęciem jakościowej oceny roli przeanalizowanych do tej pory
czynników wpływających na wykształcenie osadów dennych Zbiornika Włocławskiego
jest model przedstawiony na rycinie 3.
Ryc. 3. Model uwarunkowań decydujących o rozkładzie przestrzennym zależności rozmieszczenia osadów dennych w Zbiorniku Włocławskim
1 – osady piaszczyste, 2 – osady mułkowe, 3 – osady ilaste, 4 – gliny zwałowe.
152
Piotr Gierszewski, Jacek B. Szmańda, Małgorzata Luc
Opracowanie wykonane w ramach projektu badawczego
KBN: 3 P04E 01722
Literatura
Banach M., 1985, Osady denne – wskaźnik hydrodynamiki Zbiornika Włocławskiego, Przegl.
Geogr., 57, 4, 487-497.
Banach M., 1988, Główne procesy a osady w strefie brzegowej zbiornika Włocławek, Przegl.
Geol., 60, 3, 267-299.
Banach M., 1994, Morfodynamika strefy brzegowej Zbiornika Włocławskiego, Prace Geogr.,
IGiPZ PAN, ss. 161.
Instrukcja w sprawie opracowania i wydania szczegółowej mapy geologicznej Polski w skali 1:50 000,
1975, Wyd. Geol., Warszawa.
Folk R.L., Ward W.C., 1957, Brazos River bar, a study in the significance of grain size parameters,
Jour. Sedimetol. Pertol., 27, 3-27.
Teisseyre A.K. 1983, Osady denne Jeziora Turawskiego w świetle badań geologicznych, Geol.
Sudet., 18, 1, 21-60.
Urbaniak-Biernacka U., 1978, Propozycja terminologii dla przedziałów klasowych stopniowanej
skali wielkości okruchów skalnych, Przegl. Geogr., 47, 1, 147-152.
Piotr Gierszewski
Instytut Geografii i Przestrzennego Zagospodarowania
Polska Akademia Nauk
ul. Kopernika 19
87-100 Toruń
Jacek B. Szmańda
Instytut Geografii
Uniwersytet Mikołaja Kopernika
ul. Fredry 6/8
87-100 Toruń
Małgorzata Luc
Instytut Geografii
Uniwersytet Mikołaja Kopernika
ul. Gagarina 5
87-100 Toruń