ZLEPIEŃCE

Zlepieńce (in. konglomeraty; ang. conglomerates; Fig. 1) są skałami terrygenicznymi, zwięzłymi, ziarnowymi i grubookruchowymi (należącymi do frakcji psefitowej), utworzonymi w wyniku nagromadzenia i scementowania okruchów skalnych o średnicy powyżej 2 mm. Ich luźnym odpowiednikami są żwiry. Od brekcji odróżniają się tym, że składają się w przeważającej mierze z obtoczonych fragmentów skał (otoczaków) - ziaren allogenicznych, co świadczy o ich transporcie na znaczne odległości przez prądy wodne (rzeczne, morskie, jeziorne) lub wodnolodowcowe (fluwiogracjalne) oraz o intensywnej obróbce mechanicznej (abrazji, obtaczaniu). Przestrzenie między otoczakami są wypełnione spoiwem mineralnym (np. węglanowym, krzemionkowym, żelazistym) oraz drobniejszym materiałem detrytycznym (matriks).

Ziarna allogeniczne (detrytyczne) to okruchy minerałów lub skał, których geneza wiąże się z wietrzeniem mechanicznym i chemicznym oraz niszczeniem starszych formacji skalnych w obrębie obszarów alimentacyjnych. Zostały one przetransportowane do basenu sedymentacyjnego przez czynniki zewnętrzne, takie jak woda, wiatr czy lodowiec (transport), a następnie zdeponowane (sedymentacja). W przeciwieństwie do minerałów autigenicznych (autogenicznych), które krystalizują in situ w środowisku sedymentacyjnym lub w trakcie wczesnej diagenezy wewnątrz osadu, ziarna allogeniczne stanowią materiał klastyczny obcego pochodzenia. Ich stopień wysortowania, obtoczenia oraz skład mineralogiczny pozwalają na rekonstrukcję warunków transportu i budowy geologicznej obszaru źródłowego.

KLASYFIKACJA

Klasyfikacje zlepieńców opierają się najczęściej na kryteriach genetycznych, stopniu obtoczenia, składzie petrograficznym otoczaków oraz stosunku objętościowym otoczaków do spoiwa. Ze względu na skład petrograficzny otoczaków wyróżnia się zlepieńce monomiktyczne (zbudowane z otoczaków jednego rodzaju skały, np. wyłącznie kwarcowe) oraz zlepieńce polimityczne (z otoczakami różnych skał magmowych, metamorficznych i osadowych). Ze względu na strukturę wewnętrzną i mechanizm depozycji wyróżnia się m.in. zlepieńce o charakterze ortokonglomeratów (z matrycą i silnym spoiwem) oraz parakonglomeratów (o dużej zawartości miazgi ilastej, np. glacjalne). Poniżej przedstawiono podstawowy podział genetyczny zlepieńców:

• Zlepieńce rzeczne (kontynentalne)
• Zlepieńce transgresywne (podstawowe)
• Zlepieńce śródformacyjne (śródwarstwowe)
• Zlepieńce morskie głębokowodne (fliszowe)
• Zlepieńce lodowcowe (morenowe)

Zlepieńce rzeczne powstają w korytach wielkich rzek o dużym spadku, w strefach podgórskich oraz w obrębie rozległych stożków napływowych. Charakteryzują się bardzo dobrą obróbką mechaniczną ziarn – otoczaki są gładkie, często spłaszczone lub elipsoidalne wskutek ciągłego wleczenia i turlania po dnie rzeki. Zlepieńce te wykazują dobrą selekcję frakcji oraz często warstwowanie przekątne, odzwierciedlające migrację form korytowych (piaszczysto-żwirowych ławic). Spoiwo ma najczęściej charakter piaszczysto-węglanowy lub żelazisty.

Przykładem takiego kontynentalnego osadu korytowego z obszaru Polski jest zlepieniec z Kwaczały (wchodzący w skład tzw. arkozy kwaczalskiej; przełom karbonu i permu, stefan/autun, C₂/P₁; Fig. 2). Jest to polimiktyczny zlepieniec rzeczno-molasowy wykształcony w warunkach niszczenia rzeźby po orogenezie waryscyjskiej. Cechuje się piaszczysto-ilastym spoiwem arkozowym oraz obfitością dobrze obtoczonych otoczaków kwarcu i rogowców, a także obecnością skamieniałych pni drzew z rodziny Araucarioxylon.

Zlepieńce transgresywne (in. zlepieńce podstawowe; ang. basal conglomerates) tworzą się w strefie przybrzeżnej postępującej transgresji morskiej. W miarę jak morze wkracza na ląd, fala abrazyjna niszczy starsze podłoże skalne, obtacza powstałe okruchy i deponuje je bezpośrednio na nierównej, zerodowanej powierzchni niezgodności stratygraficznej. Zlepieńce te stanowią spód cyklów morskich i są doskonałym wskaźnikiem paleogeograficznym.

Klasycznym, wybitnie znanym w Polsce przykładem takiej formacji jest zlepieniec zygmuntowski występujący w Górach Świętokrzyskich. Jest to rezydualno-transgresywny zlepieniec permski, zbudowany z dobrze obtoczonych otoczaków skał starszego podłoża, który spoczywa transgresywnie na sfałdowanych seriach starszego paleozoiku.

Zlepieńce śródformacyjne (śródwarstwowe) to cienkie wkładki skał okruchowych występujące wewnątrz jednorodnych serii osadowych (najczęściej węglanowych). Powstają w wyniku okresowej aktywności prądów dennych, sztormów lub wstrząsów sejsmicznych, które zrywają z dna świeżo zdeponowany, częściowo zdiagenezowany osad, transportują go na niewielką odległość, lekko obtaczają i osadzają ponownie jako warstwę intraklastową. Ich miąższość jest zazwyczaj niewielka (od kilku centymetrów do kilkudziesięciu centymetrów) (Fig. 3).

Zlepieńce głębokowodne powstają w basenach morskich, geosynklinalnych i orogenicznych na skutek grawitacyjnych ruchów masowych (spływów rumoszowych, prądów zawiesinowych) w strefach skłonów podmorskich, kanionów oraz stożków głębokowodnych. Osady te są charakterystycznym elementem sekwencji fliszowych oraz syntektonicznych stożków deltowych powstających w aktywnych zapadliskach:

Debryty kohezyjne (ang. debris flow) – tworzą się z gęstych, zawiesinowo-ilastych mas błotno-rumoszowych spływających po skłonie podmorskim. Cechują się chaotyczną wewnętrzną strukturą, brakiem wysortowania oraz obecnością otoczaków i bloków skalnych zawieszonych bezładnie w drobnoziarnistej matrycy ilasto-piaszczystej (Fig. 4).

Zlepieńce prądów zawiesinowych oraz osady stożków podmorskich – deponowane u wylotu kanionów i w strefach erozyjnych koryt podmorskich przez gęste prądy mętnościowe. Wykazują często uwarstwienie frakcjonalne (od najgrubszych otoczaków w spągu ławicy do drobniejszych u jej stropu) oraz wyraziste struktury spągowe (Fig. 5). Przykładem syntektonicznych osadów głębokowodnych z Sudetów są gruboziarniste, polimiktyczne i źle wysortowane zlepieńce z warstw idzikowskich (Rów Górnej Nysy, późna kreda – koniak; Fig. 6). Powstały one w gwałtownie subsydującym basenie morskim znoszone grawitacyjnie ze strefy brzegowej i wypiętrzanego krystalicznego masywu Śnieżnika.

Zlepieńce egzotykowe – odmiana zlepieńców fliszowych charakteryzująca się obecnością egzotyków, czyli otoczaków i porwaków skalnych pochodzących z nieistniejących już dzisiaj na powierzchni stref lądowych lub kordylierów (np. kordoliery śląskiej). W Karpatach fliszowych (np. w zlepieńcach z Ciężkowic, Żegociny, Huwnik czy czarnorzeckich) stanowią one bezcenne źródło wiedzy o budowie geologicznej i składzie petrograficznym zatopionego podłoża basenu karpackiego (Fig. 7).

Zlepieńce lodowcowe (skałowane i zdiagenezowane tillity) są skamieniałymi odpowiednikami współczesnych glin lodowcowych i morenowych. Cechują się całkowitym brakiem selekcji ziarn (polimityczność) – w drobnoziarnistej, zwięzłej masie ilasto-piaszczystej tkwią bezładnie rozproszone, często kanciaste lub słabo obtoczone, porysowane otoczaki (w tym głazy narzutowe). Świadczą o dawnych zlodowaceniach (np. w neoproterozoiku lub karbonie/permie; Fig. 8).

NAJBARDZIEJ ZNANE POLSKIE ZLEPIEŃCE

W polskiej geologii na szczególną uwagę zasługuje kilka unikalnych formacji zlepieńcowych, które zapisały się w historii badań geologicznych oraz architekturze i krajobrazie regionalnym:

Zlepieniec zygmuntowski (zygmuntówka lub potocznie ze względu na swój charakterystyczny wygląd „salceson”) – gęsty, rezydualno-transgresywny zlepieniec permski (cechsztyn), występujący w rejonie Czerwonej Góry koło Chęcin (Góry Świętokrzyskie, m.in. nieczynny kamieniołom Jerzmaniec). Jest to grubookruchowa, niezwykle dekoracyjna skała osadowa zbudowana ze źle wysortowanych, słabo obtoczonych klastów o średnicy od kilku centymetrów do nawet 80 cm, reprezentujących głównie ciemnoszare i szaro-różowe wapienie dewońskie z Bolechowic (zawierające skamieniałości amfipor i stromatopor), a podrzędnie dolomity i utwory naciekowe. Klasty te spoczęły w drobnoziarnistym, czerwonobrązowym matriks zbudowanego z mikrytu, neosparytu i minerałów ilastych zabarwionych tlenkami i wodorotlenki żelaza, powstałym w warunkach suchego klimatu. Skała utworzyła się u podnóża górzystego wybrzeża świeżo wypiętrzonych i erodowanych waryscydów, gdzie rumosz wapienny spływał grawitacyjnie do zbiornika cechsztyńskiego lub śródgórskich kotlin. Nazwa skały pochodzi od trzonu pierwszej Kolumny Zygmunta III Wazy w Warszawie na Placu Zamkowym, do budowy której użyto tego kamienia; od XVI do końca XX wieku był on cenionym polskim kamieniem ozdobnym i architektonicznym („marmur chęciński/kielecki”) (Fig. 9).

Zlepieniec koperszadzki (środkowy trias, anizyk) – skała będąca głównym ogniwem tzw. serii koperszadzkiej, występująca na powierzchni terenu niemal wyłącznie na niewielkim obszarze w Tatrach Bielskich (w rejonie Jagnięcego Szczytu). Osad ten jest uważany za przejaw wczesnych ruchów górotwórczych w strefie tatrzańskiej i powstał w wyniku rozmycia permskich osadów przykrywających granitoidowy trzon krystaliczny Tatr. Seria koperszadzka składa się z dwóch ogniw: niższego – zlepieńcowatego, stworzonego z bloków granitu szarego i czerwonego, pegmatytów oraz aplitów tkwiących w spoiwie ilasto-żelazistym przepełnionym detrytem granitowym, oraz górnego – gliniastego, zbudowanego z czerwonobrunatnej gliny z bezładnie rozrzuconymi okruchami skaleni, miki, skał wulkanicznych i wkładką skały piroklastycznej, przejmującej ku stropowi laminę mułowcową. Różnorodność petrograficzna otoczaków oraz obecność ziaren zarówno ostrokrawędzistych, jak i obtoczonych z zaznaczonym miejscami warstwowaniem dowodzą, że osad ten powstał z produktów wietrzenia trzonu krystalicznego i materiału wulkanicznego, przemieszczanych grawitacyjnie oraz okresowo transportowanych przez bystro płynące wody (Fig. 10).

Zlepieniec myślachowicki – permski (czerwony spągowiec) zlepieniec wulkanogeniczny i kontynentalny z obszaru podkrakowskiego (okolice Chrzanowa i Myślachowic). Charakteryzuje się intensywnie czerwoną barwą matriks oraz licznymi, dużymi otoczakami lokalnych skał wulkanicznych (porfirów, melafirów/bazaltów) oraz skał węglanowych. Jest doskonałym przykładem fanglomeratu i osadów stożków napływowych formujących się w warunkach suchego, gorącego klimatu permskiego w zapadliskach terenu wokół powstających gór fałdowanych waryscydów. Lokalnie wiązany jest z zrębowym podniesieniem struktury Dębnika (Fig. 11).

Zlepieńce odgrywają istotną rolę w gospodarce surowcami mineralnymi. Ze względu na dużą odporność mechaniczną niektórych odmian (np. zlepieńców kwarcowych), są one eksploatowane jako wysokiej jakości kruszywa budowlane i drogowe. Odmiany o barwnych otoczakach i efektownej strukturze (jak zlepieniec zygmuntowski czy niektóre zlepieńce triasowe i permskie) po spolerowaniu znajdują zastosowanie jako cenne kamienie okładzinowe, dekoracyjne i architektoniczne. Ponadto gruboziarniste zlepieńce o dobrej porowatości wtórnej mogą stanowić lokalne, wydajne skały zbiornikowe dla wód podziemnych oraz węglowodorów.