Rekonstrukcja środowiska sedymentacji oligoceńskich warstw menilitowych (Karpaty zewnętrzne) w świetle analizy palinofacjalnej

Warstwy menilitowe wchodzą w skład serii osadowych pasa fałdowo-nasunięciowego Karpat zewnętrznych. Ich depozycja rozpoczęła się we wczesnym oligocenie w Paratetydzie, która w tym czasie była odizolowana od oceanu światowego i cechowała się ograniczoną cyrkulacją wód, co spowodowało powstanie w jej obrębie stref o obniżonym zasoleniu. Warstwy menilitowe zdominowane są przez osady drobnoklastyczne, w których całkowita zawartość węgla organicznego może sięgać nawet 20%. Prace przeprowadzono w 42 odsłonięciach warstw menilitowych na obszarze Polski, Słowacji, Ukrainy i Rumuni. Przeprowadzono analizy mikroskopowe 249 preparatów palinologicznych, w świetle przechodzącym i w świetle ultrafioletowym (UV) odbitym. Standardowa analiza palinofacjalna, w przypadku osadów deponowanych w warunkach wysokoredukcyjnych, do których należą warstwy menilitowe, ma ograniczone możliwości ze względu na zatarcie pierwotnej struktury mikroszczątków organicznych. W związku z tym, w trakcie ilościowej oraz jakościowej analizy materii organicznej z warstw menilitowych, w świetle przechodzącym stwierdzono niewielkie zróżnicowanie składników palinologicznych i dominację amorficznej substancji organicznej w prawie wszystkich badanych profilach. Zastosowanie analizy palinofacjalnej oraz jej weryfikacja w świetle UV, w połączeniu z metodami sedymentologicznymi o niespotykanej dotąd skali regionalnej, stanowi unikalne podejście badawcze niestosowane standardowo w odtwarzaniu warunków sedymentacji w basenach karpackich. Umożliwiło to wielowskaźnikową interpretację warunków depozycji warstw menilitowych. Ponadto, w warstwie metodycznej wykazano ograniczenia w stosowaniu diagramu trójkątnego wprowadzonego przez Tysona. Dzięki analizie materii organicznej w świetle ultrafioletowym, zidentyfikowano składniki pierwotne budujące amorficzną substancję organiczną, m. in. cysty Dinoflagellata, sporomorfy oraz brakiczny/słodkowodny mikroplankton. Szczególnie ważnym aspektem okazało się rozpoznanie w przeobrażonej materii organicznej glonów z rodzajów Botrycoccus sp., Campenia sp., Leiosphaeridia sp., Pterospermella sp. oraz Pediastrum sp. Obecność Botryococcus sp., Pediastrum sp. i Pterospermella sp. pozwoliła stwierdzić, iż występowały obszary cechujące się obniżonym zasoleniem w trakcie powstawania warstw menilitowych. Ponadto, technika ta umożliwiła określenie stopnia redepozycji materii organicznej. Integracja wyników palinofacjalnych i sedymentologicznych pozwoliła wyznaczyć strefy odpowiadające lagunie/równi pływowej, wewnętrznemu szelfowi (powyżej sztormowej podstawy falowania), rejonowi delty i prodelty, zewnętrznemu szelfowi. Zinterpretowano główne elementy systemu depozycyjnego basenu przedgórskiego Karpat zewnętrznych we wczesnym oligocenie. Uznano, iż warstwy menilitowe deponowane były w jednym, morfologicznie zróżnicowanym zbiorniku morskim, w obrębie którego zaznaczały się strefy wyniesione (podniesione bloki w obrębie basenu nadpryzmowego, wypiętrzenie przedgórskie). W związku z tym, stwierdzono, że warstwy menilitowe nie reprezentują jednego środowiska sedymentacji i w zależności od tego z jakiego elementu/strefy basenu pochodzą, to mogły osadzać się na różnych głębokościach. Przedstawiona w pracy interpretacja obejmuje utwory wchodzące w skład różnych jednostek strukturalnych Karpat zewnętrznych, w ich obrazie palinspastycznym.

Menilite Beds are a part of the sedimentary succession of the fold-and-thrust Outer Carpathians orogenic belt. The deposition of the Menilite Beds initiated in the Paratethys in the early Oligocene. At that time, it was characterized by separation from the world ocean and limited water circulation, resulting of reduced salinity zones. Menilite Beds are dominated by fine-grained deposits, in which the TOC values reach up to 20%. Field work was carried out in 42 outcrops in Poland, Slovakia, Ukraine and Romania. 249 palynological samples were analyzed in transmitted and reflected UV light. Standard palinofacies analysis for sediments deposited under high-reduction conditions, such as Menilite Beds, is limited. It is related to alteration of the original structure of organic components. Therefore, during the quantitative and qualitative analysis of organic matter from Menilite Beds, low diversity of palynological components and dominance of AOM was revealed in almost all studied outcrops. The palynofacies analysis results with UV verification combined with sedimentological analysis on an unprecedented regional scale is a unique research approach not standardly used in reconstructing sedimentation conditions in the Carpathian basins. This enabled a multi-proxy interpretation of sedimentary conditions during the deposition of Menilite Beds. Simultaneously evident methodological limitations of the application of the Tyson triangular diagram has been proved. Moreover, organic matter analysis in UV light allowed to identify primary components of AOM, including Dinoflagellate cysts, sporomorphs and freshwater/brackish microplankton. A particularly important aspect turned out to be the identification of Botrycoccus sp., Campenia sp., Leiosphaeridia sp., Pterospermella sp. and Pediastrum sp. in the AOM. The presence of Botryococcus sp., Pediastrum sp. and Pterospermella sp. enable to determine areas characterized by depleted salinity in Carpathian basin during the deposition of the Menilite Beds. The technique also made it possible to determine degree of redeposition. The palynofacies analysis results, combined with sedimentological analysis allowed the determination of zones corresponding to the tidal lagoon/tidal flat, the inner shelf (above the storm wave base), the delta, the prodelta and the outer shelf. The main elements of the foreland basin system of the Outer Carpathians in the early Oligocene were interpreted. It was assumed that the deposition of the Menilite Beds took place in a large, more or less morphologically diverse foreland basin with potential submarine highs (elevated area in wedge-top basin, forebulge). Therefore, it should be concluded that Menilite Beds do not represent a single sedimentation environment. Depending on which element/zone of the foreland basin they come from, Menilite Beds could be deposited at different depths. The interpretation presented in the PhD thesis include rocks from various structural units of the Outer Carpathians, and takes into account their palinspastic reconstruction.