ASGP (1997), vol. 67: 25-43
ELECTRICAL CONDUCTIVITY ANOMALY OF THE NORTHERN CARPATHIANS AND THE DEEP STRUCTURE OF THE OROGEN
Kazimierz ŻYTKO
State Geological Institute, Carpathian Branch, Skrzatów 1, 31-560 Kraków, Poland
Żytko, K., 1997. Electrical conductivity anomaly of the northern Carpathians and the deep structure of the orogen. Ann. Soc. Geol. Polon., 67: 25-43.
Abstract: The Carpathian conductivity anomaly, also called geoelectrical anomaly, is constrained by the presence of high-conductivity rock series at depths of 10 to 25 km, in different segments of the orogen. This paper aims at locating the source of the anomaly in the framework of crustal blocks and at its geological interpretation. The faulted and locally depressed to 20 km surface of the high-resistivity Precambrian basement of the Polish Carpathians is presented basing on the results of magnetotelluric sounding (MTS). The major faults, of Neogene age, are oriented SW-NE in the west and SE-NW in the east, running symmetrically to the Krasnik-Rzeszów-Rymanów-Debrecen line (ca. 22° E). The high-conductivity layer overlying the crystalline basement is probably composed of metamorphosed Palaeozoic strata, including coal-bearing Carboniferous rocks. The sole presence and extent of these rocks, however, are not sufficient to generate the regional conductivity anomaly whose outline is clearly related to that of the Tertiary Carpathian orogen.
The results of MTS sounding have been compared with those of seismic refraction studies in the Ukrainian Carpathians. Two belts of depressions of variable depth have been distinguished in the basement. The southern belt includes a collision suture, i.e. the contact zone between the lowered Central European block and the blocks of the Central West and East Carpathians. Between Bardejov-Wysowa and the Marmarosh Massif the source of the geoelectrical anomaly is situated close to the northern margin of the southern basement depression. Farther to the south, up to 46° N near Sf. Gheorghe, Romanian geologists place this source on a deep-seated fault that borders the Central East Carpathian block from E.
To the east of the Slovak-Ukrainian border, the southern depression is overlain by folded flysch complexes of the Rakhov, Porkulets, "Black Flysch", and Ceahlau units, interpreted as the infill of the Outer Dacides rift, as well as by the Dukla unit flysch. The rift was situated in the marginal part of the European continent. Its western continuation, presently covered by the Dukla and Magura Nappes, is documented by relics of dark Doggerian and Neocomian flysch strata, as well as by basalts exposed within the Grajcarek Unit, north of the Pieniny Klippen Belt west of Krynica. The farther continuation of this zone can be found in the Penninicum (Piemontais?) of the Alps.
The source of the Carpathian geoelectrical anomaly is situated near the collision suture; however, the structure of the Ukrainian Carpathians basement and a shift of the anomaly source towards the Carpathian Foredeep in the Focsani region, Romania, may indicate a relationship between the anomaly and the lowered, marginal part of the continental crust.
It is suggested that an important factor generating the Carpathian geoelectrical anomaly is graphite originated due to post-Oligocene migration and graphitization of organic substance within deeply buried strata of the Jurassic-Cretaceous rift and within fault zones in the crystalline basement. The near-surface manifestation of this process is the presence of veins bearing hydrothermal mineral association, including authigenic quartz ("Marmarosh diamonds"). This quartz contains inclusions of anthraxolite, a hard bitumen showing traces of incipient graphitization. Such veins are ubiquitous in the Carpathians, close to the axis of the anomaly.
Abstrakt: Karpacka anomalia przewodności zwana też anomalią geoelektryczną wywołana jest obecnością dobrze przewodzących kompleksów skał w głębokości od 10 do 25 km na różnych odcinkach orogenu. Podjęto próbę zlokalizowania źródła anomalii w układzie bloków skorupy oraz próbę wyjaśnienia jego geologicznej natury. Przedstawiono przybliżony obraz zdyslokowanej i obniżonej lokalnie nawet do 20 km powierzchni wysokooporowego fundamentu Karpat polskich (prekambr w oparciu o wyniki sondowań magnetotellurycznych (MTS). Główne pęknięcia powstały w neogenie; układają się one symetrycznie (SW-NE na zachodzie, SE-NW na wschodzie), skośnie w stosunku do linii Kraśnik-Rzeszów-Rymanów-Debreczyn bliskiej południkowi 22. Przedstawiono cechy nadścielającej fundament warstwy dobrze przewodzącej - jest to przypuszczalnie zmetamorfizowany paleozoik z udziałem węglonośnego karbonu. Obecność i zasięg tych utworów nie wystarczają do generowania regionalnej anomalii przewodności, która nawiązuje wyraźnie do trzeciorzędowego zarysu Karpat.
Wyniki badań fundamentu metodą MTS zestawiono z wynikami refrakcyjnych badań podłoża Karpat ukraińskich. Wyznaczono dwa pasy depresji podłoża o zmiennej głębokości. W pasie południowym znajduje się kolizyjny szew czyli strefa kontaktu obniżonego bloku skorupy kontynentu europejskiego i bloków centralnych Karpat Zachodnich i Wschodnich. Między BardejovemWysową a masywem Marmarosz źródło anomalii geoelektrycznej znajduje się przy północnym brzegu południowego pasa depresji podłoża. Dalej ku południowi, aż po 46 równoleżnik w pobliżu Sf. Gheorghe według rumuńskich geologów źródło to znajduje się przy rozłamie skorupy stanowiącym zewnętrzną granicę bloku centralnych Karpat Wschodnich.
Na wschód od granicy słowacko-ukraińskiej nad depresją południowego pasa znajduje się sfałdowany flisz jednostek rachowskiej, porkuleckiej, Czarnego Fliszu i Ceahlău interpretowany jako wypełnienie ryftu Dacydów zewnętrznych, a także flisz jednostki dukielskiej. Ryft ten zlokalizowany był w brzeżnej strefie kontynentu. Jego zachodnie przedłużenie przykryte płaszczowinami dukielską i magurską dokumentują relikty ciemnego doggerskiego i neokomskiego fliszu oraz bazaltów w jednostce Grajcarka przy północnej granicy pienińskiego pasa skałkowego na zachód od Krynicy. Dalsze przedłużenie znajduje się w Penninicum (Piemontais?) w Alpach. Strefa źródła karpackiej geoelektrycznej anomalii jest bliska kolizyjnego szwu; budowa fundamentu w Karpatach ukraińskich oraz przesunięcie źródła anomalii do zapadliska w rejon Focşani w Rumunii wskazują na związek anomalii z obniżonym brzeżnym pasem skorupy kontynentalnej.
Istotnym czynnikiem generującym karpacką geoelektryczną anomalię jest przypuszczalnie grafit. Powstał on w wyniku pooligoceńskiej migracji i grafityzacji substancji organicznej w pogrążonych głęboko osadach juraj-sko-kredowego ryftu i w strefach pęknięć fundamentu. Przejawem tego procesu przy powierzchni jest obecność żył z asocjacją minerałow hydrotermalnych, w tym autigenicznego kwarcu (diamenty marmaroskie). Obecne są w nim wrostki antraksolitu, twardego bituminu o początkowej grafityzacji. Żyły te są częste w Karpatach w sąsiedztwie epicentrum anomalii.
