Některé výsledky vyhodnocení vrtných prací v oblasti lomu Čeřinka
(Český kras)

Some results of evaluation of drilling in the area of the Čeřinka Quarry
(Bohemian Karst)

Pavel Bosák

(Český kras 21; str.27-33; Beroun 1995)

 

0. Abstract

Karst forms uncovered during drilling operations in the region of active Čeřinka Quarry (the Bohemian Karst) are classified. They resulted from polygenetic and polycycklic karstification in Devonian and Variscan times, before Upper Cretaceous and after Santonian. Devonian paleokarsts are small corrosional vugs filled with limestones and clays formed during freshwater and marine diagenetic phases. Variscan paleokarst is vuggy porosity filled with bitumens and some indications of hydrothermal paleokarst. Surface forms of karst and paleokarst have been developing since pre-Upper Cretaceous times. Pre-Cenomanian rests are reprezented by variegated kaolinitic-lateritic weathering crusts preserved in deepest parts of karst pockets and depressions. They are often overlain by collapsed and weathered Upper Cretaceous sediments (Peruc-Korycany and Bílá Hora Formations). Post-Santonian evolution was concentrated to prolonged deepening of karst depressions connected with the retreat of Cretaceous cover and exhumation of pre-Cenomanian planation surface. Speleogenesis occured in phreatic zone by mixing corrosion of karst groundwater and infiltrating surface river waters. Corrosion operated deeply under the piezometric level. Irregular and vertical caves and shafts originated. Quaternary evolution was connected with the entrenchment of the Berounka River and exhumation of pre-Quaternary fill from caves.

 

1. Úvod

V nedávné době (1993-1994) bylo realizováno několik vrtů 20-90 m hlubokých, zčásti šikmých, v dobývacím prostoru Čeřinka-Kozolupy. V této zprávě stručně shrneme některé výsledky karsologického vyhodnocení vrtných jader. Z pochopitelných důvodů nebudou uvedeny lokalizace a čísla vrtů.

Krasové jevy oblasti kolem lomu Čeřinka náleží 24. krasové oblasti Českého krasu (Lysenko 1978, Cílek a kol. 1988), dílčí oblastí Lysenkem (1978) označené jako těžební pásmo antiklinály Doutnáče. Jeskyně ve sledované oblasti souhrnně popsali Homola (1947), Turnovec (1965), Lysenko (1977, 1978) a Kolčava a kol. (1994). O některých jeskyních v krasové oblasti se zmiňoval i Petrbok v několika svých pracích (viz Lysenko 1978).

Podzemní krasové jevy i vertikální zkrasovění jsou založeny na tektonických liniích směrů SZ-JV a S-J, které predisponují též vertikální zkrasovění. Jeskyně jsou přednostně vyvinuty ve vápencích stupně lochkov a prag. Vývoj jeskyní omezuje šikmé uložení deskovitých loděnických vápenců, respektive vápenců kotýských s rohovci. Nejvíce jeskyní je ve vápencích koněpruských, sliveneckých a loděnických. Zkrasovění je vázáno na horizont 410-290 m n.m. (podle Lysenka 1977, 1978) a až 260 m n.m. (podle Turnovce 1965) s vývojem náznaků horizontálních úrovní v Palachově propasti a Arnoldce kolem 380 a 360 m n.m. Palachova jeskyně a jeskyně Arnoldka jsou nejhlubšími jeskyněmi Českého krasu. Jeskyně v oblasti lomu Čeřinka detailně dokumentovali a popsali Lysenko (1969a, b, 1973, 1977, 1978), Hromas a kol. (1969), Hromas (1971, 1972), Hromas a Kučera (1972, 1974), Kozák (1976), Kácha (1983, 1987), Zapletal (1983), Kolčava a kol. (1994).

 

2. Krasové jevy

Ve vrtných jádrech byla zjištěna škála krasových jevů, které budou charakterizovány v následujících odstavcích.

 

Drobné paleokrasové dutinky

Pravděpodobně k nejstarším paleokrasovým jevům na vrtných jádrech patří drobné korozní dutiny vyplněné karbonátovým materiálem. Byly vytvořeny v průběhu diageneze a souvisejí s vývojem sladkovodní čočky při lokální emerzi vápence nad hladinu depocentra. Dutinky jsou vázány na spodní část sliveneckých vápenců a na vápence koněpruské. Drobné dutinky cm řádu jsou často ploché a vyplněné kalovými a jemně organodetritickými vápenci slabě načervenalé barvy. Vápence kalové místy mají charakter loděnického litotypu, vápence organodetritické pak jsou blízké suchomastskému či loděnickému litotypu.

Druhým typem jsou drobné dutinky vyplněné pleťově zabarveným mikritem na přechodu loděnických/sliveneckých vápenců.

Třetím typem jsou dutinky zřetelné jako žlutookrové ostře zvýrazněné a ohraničené výplně s náznaky interního zvrstvení nekonformního s vrstevnatostí vápence.

Čtvrtým typem jsou dutinky vyplněné zeleným jílem a zelenošedými kalovými „vápenci“. Formy jsou velmi podobné jevům z koněpruských vápenců v koněpruské oblasti.

K pravděpodobným projevům diageneze ve freatickém a vadózním sladkovodním prostředí mohou rovněž patřit i stromatakty, jakkoli jejich geneze je nejistá. Obecně se přijímá indikace mělkovodní sedimentace vápenců. V jednom vrtu jsou ve sliveneckých a loděnických vápencích velmi četné stromatakty různé velikosti.

Kromě těchto syndiagenetických a mladě diagenetických jevů se na jádrech objevují i další projevy velmi starého paleokrasu. V některých vrtech jsou přítomny brekciovité zóny, vyhojené fialově tvrdou masou, místy s drobnými brekciovitými hnízdy a sečené kalcitovou žilkou a nepravidelné útvary vyplněné červeným karbonátem, tyto výplně zasahují i do stylolitů. Tyto tvary připomínají formy krasu vzniklé tlakovým účinkem podzemní vody v hluboce freatickém režimu, později zaplněné.

Dalším typem jsou formy identifikovatelné v koněpruských vápencích jako tektonizované záteky kalových béžových vápenců podrcené mladší tektonikou a mladě zkrasovělé s lístečkovitým okrovým jílem jako výplní. Jde asi o struktury typu neptunických žil, později tektonizované a zkrasovělé.

K paleokrasové porózitě náleží i drobné korozní dutinky mm až slabého cm řádu vyplněné bitumeny. Jsou vyvinuty jak v matečné hornině, tak i v kalcitových žilách. Bitumeny vyplňují korozní porózitu v ohybech antiklinálních struktur, kam namigrovaly ve směru tlakových stínů. Migrace souvisí s jednotlivými fázemi variského vrásnění. Paleokrasová porózita je buď stejného stáří nebo starší, preexistující.

 

Připovrchové tvary

K připovrchovým tvarům patří výplně depresí a obdobných krasových a morfologických forem zastižených vrty. Deprese jsou vyplněny jak nepochybným materiálem pocházejícím ze svrchnokřídových sekvencí cenomanu a nejnižšího turonu, tak i materiály pravděpodobně terciérními (terrovité a kaolinické jílovité typy podobné těm, které Petrbok ve svých nesčetných pracích popisoval jako „nepochybně neogénní“) až po kvartérní materiály (hlíny, sutě). Některé deprese nesou materiál, u kterého nelze rozhodnout, zda vznikl v terciéru či ve svrchní křídě, popřípadě jde o svrchnokřídový materiál silně rozložený a přemístěný. Některé sedimenty jsou klasifikovatelné jako terciérní či pleistocénní. Dá se říci, že nejhlubší deprese anebo nejhlubší partie depresí jsou vyplněny zbytky svrchnokřídových sedimentů. Ty jsou do depresí zakleslé, případně místně redeponované (viz podoba s lomem Na Parapleti - Röhlich a Chlupáč 1951), místy též dosti zvětralé, pravděpodobně při následující fázi intenzivního zvětrávání a krasovění (paleocén - eocén).

Rozsah připovrchového zkrasovění byl zjišťován kombinací několika geofyzikálních metod (Beneš 1994). Mapy geoelektrických metod ukazují výskyt málo porušených (tektonizovaných, zkrasovělých) vápenců blízko pod povrchem. Mapy odporů jsou poplatné morfologii skalního podloží, tzn. čím je vyšší odpor, tím je menší mocnost „skrývky“. Izoliniemi ohraničené „kvalitnější“ bloky mají charakteristický oblý tvar kuželových nebo kónických vrchů, vystupujících nad rozčleněným povrchem s mnoha dílčími depresemi. Deprese jsou dosti členité mísovité až nálevkovité sníženiny místy přecházející do komínovitě modelovaných vertikálních krasových tvarů (korozní komíny, geologické varhany). Jejich vazba na strukturní linie je nepochybná. V oblasti širokých poruchových pásem, tato jsou intenzívně zkrasovělá do hloubky, ale i v ploše.

 

Krasové dutiny

Krasové dutiny jsou zde míněny v nejširším slova smyslu, nikoli tedy jen jeskyně. Maloprůměrové vrtné jádro málokdy dovoluje identifikovat, zda jde (1) o korozí rozšířenou puklinu vyplněnou sedimenty, která více nebo méně komunikuje přímo s povrchem, nebo (2) korozně rozšířenou vrstevní spáru vyplněnou sedimentem anebo o (3) jeskynní dutinu vyplněnou sedimenty (produkt speleogeneze s.s., takové dutiny byly identifikovány tři v nadmořských výškách kolem 406 a 365 m n.m.). Lokalizace krasových dutin byla upřesněna pomocí karotáže (Zima 1994).

Nicméně lze se důvodně domnívat, že mnohé z málo vysokých krasových dutin anebo ztrát jádra představují korozí rozšířené pukliny (špalty) komunikující více nebo méně přímo s povrchem. Je to příklad drobných dutin do hloubky 10-20 m. Zdá se, že ve velké většině tyto dutiny nemají souvislost se speleogenezí s.s., tedy vznikem korozních dutin vázaných na vývoj freatické a vadózní zóny. Jsou vázány na korozi meteorických vod perkolujících podél ploch inhomogenit ve vadózní zóně nad hladinou nejvyššího stavu piezometrické hladiny (též zóna aerace). Jejich vznik je vázán především na terciérní a kvartérní krasově geomorfologické pochody, méně na období starší. Dutiny jsou vyplněny litologicky variabilními výplněmi – hlínami a žlutými či žlutohnědými a rezavěhnědými jíly (podle popisů starých vrtů) a škálou sedimentů od jílů s valounky křemene okrové až hnědé barvy (terasové sedimenty), přes plastické a kaolinitické jíly žluté, okrové, hnědé, červené, zelené a pestré barvy (svrchní křída, terciér, kvartér, často vyplavená jemnozemní část červenozemních zvětralin a půd) po různé typy hlín jílovitých, prachovitých, písčitých i se štěrkovou příměsí a ostrohranným skeletem i se sprašovou příměsí různých barev (okrové, hnědé, karmínové, hnědočervené, hnědé) (terciér-kvartér) a kamenité výplně (sutě, brekcie). Místy se objevují i různě zajílované písky se stratifikací či bez ní.

Velké množství korozí rozevřených puklin obsahuje jemnozrnnou jílovito-hlinitou výplň s proměnlivým množstvím jemně písčité frakce. To jsou případy zaplňování korozně rozšířených inhomogenit jemnou frakcí sedimentů vyplavenou a posléze usazenou ve freatické zóně. To je případ zejména hlubších partií vrtů.

 

Infiltrační zjílovění

Proces infiltračního zjílovění byl definován Cílkem, Bosákem a Bednářovou (v tisku) a aplikován Bosákem, Cílkem a Tipkovou (1992) a Bosákem, Cílkem a Bednářovou (1993). Jde o proces studené metasomatózy, kdy vápenec přechází do prachovito-jílovité hmoty. Takové projevy byly na jádrech zjištěny jako polohy světle běložlutého a šedobílého plastického kaolinitického jílu a kaolinitického prachu. Tento proces je typický zejména pro koněpruské vápence, jak tomu je i v těchto vrtech.

 

Intergranulární koroze

Proces intergranulární koroze a zpískovění byl definován Cílkem, Bosákem a Bednářovou (v tisku) a aplikován Bosákem, Cílkem a Tipkovou (1992) a Bosákem, Cílkem a Bednářovou (1993). Pro tento typ procesu Ovčarov (1973) použil termín mikrokras. Jde o korozní rozvolnění stavebních částic horniny ve freatickém prostředí vedoucí k dezintegraci horniny na písčité eluvium. Iniciální projevy tohoto procesu na puklinách byly zjištěny v mnoha vrtech nové vrtné fáze. Tyto projevy jsou typické zejména pro koněpruské a slivenecké litotypy, tvořené především organodetritickými vápenci.

 

Další projevy zkrasovění

Na jádře jsou, kromě již zmíněných projevů zkrasovění, další některé projevy. V popisech vrtů to jsou uvedené krasovou korozí rozšířené pukliny. Vyskytují se samostatně nebo v hloubkově dosti oddělených seskupeních či svazcích. Bývají dosti často zaplněny jemnými sedimenty (jíly, hlíny, prachy) anebo zabarveny sloučeninami železa okrově a hnědě. Mnohdy je zřetelný krasový mikroreliéf a znaky zpískovění či selektivní koroze (pozitivně vystupují velká zrna kalcitu anebo alochemické součásti, hlavně bioklasty, a kalcitové žilky, mnohdy ve formě boxworks). Některé pukliny mají výplň ostrohrannými úlomky okolních vápenců.

V některých silněji zkrasovělých úsecích, zejména mezi krasovými dutinami a ztrátami jádra se objevují drobné propojené korozní dutinky cm až dm řádu, izolované nebo propojené (spongework) spojené s karstogenezí jak ve vadózní, tak i ve freatické zóně.

 

Epigenetické zčervenání

Proces epigenetického zčervenání byl definován Cílkem, Bosákem a Bednářovou (v tisku) a aplikován Bosákem, Cílkem a Tipkovou (1992) a Bosákem, Cílkem a Bednářovou (1993). Jde o epigenetický jev spojený s geochemickým cyklem železa v krasových terénech (Cílek 1993). Proces vede k zarudnutí horniny v okolí puklin či porózity. Epigenetické zkrasovění postihuje zejména loděnické a kotýské vápence, méně pak čisté organodetritické litotypy koněpruské a slivenecké.

 

3. Poznámky ke krasové hydrogeologii

V celé oblasti se nalézají hladiny podzemních jezer v jeskyních a propastech v různé výšce. Jezero v jeskyni Arnoldka má hladinu 39 m pod nejnižší úrovní jezera v Palachově propasti (horizontální odlehlost 200 m!) a 71 m pod Bubovickým potokem (horizontální odlehlost 135 m) (Hromas a Kučera 1974). Jezero v Únorové jeskyni (lom Deštivý v pásmu Amerik) má prokazatelný přítok z vápencového masívu (Havlíček a Urban 1984) a bylo potápěčsky prozkoumáno do značné hloubky s rozsáhlými prostorami (Zapletal 1985).

Je zřejmé, že v oblasti neexistuje jednotná hladina podzemních krasových vod. Jde pravděpodobně o závislosti na blokové stavbě a různé míře utěsnění blokových rozhraní. Výrazné zajílované pukliny a zlomy mohou sloužit jako hydraulická bariéra, obdobně jako kolmatovaná porózita, včetně porózity krasové s.l. Rozhraní mohou tvořit i výškové posuny litologií, které krasovějí jen slabě (zajílované litologie, např. kotýské, dvorecko-prokopské vápence, apod.). Dílčí tektonické bloky se tak mohou jevit izolovaně s rozdílnými výškami piezometrické úrovně (hladiny podzemních vod). Jednotlivé hladiny mohou být propojené pouze při významných oscilacích, kdy dochází k přelivům více propustným horninovým prostředím.

Prozatím nevyřešeným problémem je směr odtoku podzemní vody z jezírka v Palachově jeskyni. Radioizotopový pokus Stavební geologie v roce 1983 (51Cr) potvrdil odvodňování do oblasti povodí Loděnice (Kačáku) vyslovené již Hromasem a Kučerou (1974). Izotop se za 11 dní objevil v prameni Sv. Jana v kostele ve Svatém Janu pod Skalou (Včíslová 1983). Obdobně je tomu s vysvětlením původu oscilací jezer (až o více než 20 m), jakkoli se zdá, že mohou mít sezónní (klimatické) příčiny.

 

4. Poznámky ke karstogenezi

Speleogenezí hlubokých jeskynních systémů se zabýval Lysenko (1969a). Vznik patra jeskyně Palachovy v úrovni cca -20 až -25 m spojoval s „erozivní činností podzemního toku“ v „závislosti na Bubovickém potoku“. Vznik vertikálních puklinových prostor je „mladšího data a je podmíněn kromě tektonické predispozice především snížením baze Bubovického potoka a zahloubením podzemního toku v místech tektonicky nejvíce porušených“.

Hromas (1972) vázal vývoj jeskyně na vývoj Bubovického potoka, jehož vody „zřetelně komunikují s podzemním jezerem“.

Hromas a kol. (1969) i Hromas a Kučera (1972) považují za základ Palachovy propasti staré vertikální dutiny, které vznikaly v Českém krasu v terciéru a podle Ložka (1963) možná i v mezozoiku. Na poruchách docházelo k „pozvolné korozi i hluboko pod úrovní tehdejší erozní báze“. K remodelaci došlo v kvartéru v závislosti na zahlubování koryta Berounky. Vznikla tak výraznější horizontální patra kolem 360 a 380 m n.m. Propast je tedy „korozního původu a vznikla v kvartéru“ zřejmě „vyprázdněním původně zcela zahliněné“ terciérní vertikální dutiny. „Eroze se uplatnila jen částečně v některých šikmých komínech“.

Lysenko (1977, 1978) spojoval vývoj a morfologii krasovění s geologicko - strukturními poměry, tj. s „rychlým střídáním vápenců různé litologické povahy a komplikovanou tektonikou území s následným vytvořením složitých hydrologických poměrů“. Krasovění ovlivňuje zejména průběh ukloněných křídel antiklinál a příčné poruchy směrů SZ-JV a S-J. Zejména výrazné vertikální zkrasovění je vázáno na tektonické poruchy.

Výplně vertikálních kapes objevujících se v různých, výškových úrovních považoval Turnovec (1965) za oligocénní. Výplně hlubokých korozních tvarů v oblasti lomu Na Parapleti (u Bubovic) obsahují však doložené křídové sedimenty (Chlupáč a Röhlich 1951) a jejich vznik je kladen do předcenomanského období, kdy jsou srovnávány se sedimenty rudického typu (Bosák, Horáček a Panoš 1989).

Vrtné práce odhalily celou složitost polygenetického a polycyklického vývoje v oblasti tzv. středoevropského typu polycyklického krasu (Panoš 1964). Zhruba se dá vyčlenit několik period a fází krasovění, které se příliš neodlišují od schématu Bosáka (1985):

- fáze krasovění v devonu,

- fáze krasovění vázané na variskou orogenezi,

- předcenomanská perioda krasovění,

- posantonská perioda krasovění.

Morfologie i rozsah krasovění bylo výrazně ovlivněno litologicko-strukturními poměry, zejména po variském vrásnění. Krasovění, zejména podpovrchové a hluboké, je vázáno spíše na existenci příhodných litologií a struktur, než na morfologický vývoj.

 

Fáze krasovění v devonu

K této fázi krasovění náležejí menší paleokrasové dutinky ve sliveneckých a koněpruských vápencích. Vznikaly v závislosti na periodických krátkodobých vynořeních určité části vápenců, vzniku čočky sladké vody a migraci sladkovodních a mořských diagenetických prostředí s rozhraními s vysokou korozní schopností (hranice freatické a vadózní sladkovodní zóny, zóna míšení sladké a slané vody). Jde o jevy syndiagenetické malého rozměru. Proces však predisponoval vznik sekundární porózity a tím i migrace roztoků. Koroze vznikala asi v několika fázích vynoření v průběhu sedimentace koněpruských a sliveneckých vápenců. Distribuce kolem rozhraní sliveneckých a loděnických vápenců může indikovat krátkodobý event na této či při této hranici. Určitě projevy uvnitř loděnických vápenců (v okolí struktur nejlépe identifikovatelných jako pevná dna) a výskyty stromataktů v nich ukazuje, že příčinné agenty cyklické povahy sedimentace tohoto litotypu mohly vést i ke krátkodobým vynořením určitých částí depocentra.

Nejasné postavení z hlediska datování pak má vznik brekcií s fialovým tmelem připomínající tvary vzniklé tlakovým účinkem podzemní vody v hluboce freatickém režimu, později zaplněné. Jde o pozdně diagenetický či epigenetický projev.

 

Fáze krasovění vázané na variskou orogenezi

V průběhu variské orogeneze vznikaly hydrotermální krasové dutiny, později vyplněné kalcitem (Cílek, úst.sděl. 1994). Tyto jevy byly vázány hlavně na výrazné dislokace směru S-J. Podobně i v nových vrtech byly nalezeny mocné kalcitové žíly, výsledky hydrotermální aktivity. Hydrotermální aktivita výrazně rozšiřovala prostoupené dislokace.

Vznik akumulací bitumenů v drobné porózitě, jak v horninách, tak i v oblasti kalcitových žil souvisí s určitým procesem krasovění. Drobné póry mají korozní původ a vznikaly pravděpodobně v průběhu migrace vod během změn tlakových polí při vrásnění. To, že bitumeny vyplňují i dutinky v kalcitových žilách nebo na jejich kontaktu s vápencem indikuje, že tato fáze je mladší než vznik žil.

 

Předcenomanská perioda krasovění

Zbytky svrchnokřídových sedimentů ve vertikálních krasových dutinách indikují, že určitá aktivita krasovění musela probíhat i v období spodní-střední křída, tzn. v období před sedimentací a během sedimentace báze perucko - korycanského souvrství (alb-cenoman). Pestré lateriticko - kaolinitické zvětraliny, zčásti přemístěné tvoří spodní část těchto depresí (Bosák 1985; Bosák, Horáček a Panoš 1989). Je tomu tak i v okolí lomu Čeřinka, jak naznačeno několika vrty.

 

Posantonská perioda krasovění

V této periodě, krasovění proběhlo pravděpodobně v několika fázích. Vývoj byl vázán na postupnou exhumaci sečného povrchu předcenomanského stáří s dobře vyvinutou krasovou morfologií (srv. Bosák 1985; Bosák, Horáček a Panoš 1989). Exhumace probíhala od paleocénu do kvartéru a byla charakterizována ústupem čela souvislých křídových sedimentů generelně k S. Zbytky tohoto povrchu jsou dobře zřetelné ve výšce 390-420 m n.m. Výškově jsou nepochybně dnes rozčleněny neotektonicky. Zřetelné jsou dvě výškové úrovně a to 390-405 m n.m. a 400-420 m n.m. Z tohoto povrchu vystupují nižší zaoblené a kuželové vrchy s vrcholy kolem 425-430 m n.m., tj. exhumované nerovnosti předcenomanského povrchu. Vývoj povrchu po exhumaci závisel na postupu zpětné eroze vázané na tektonické pohyby saxonských fází a na zahlubování místní i regionální erozní báze (tou je Berounka) a na litologické odolnosti jednotlivých horninových pruhů vůči erozi.

To, že křídové sedimenty jsou zachovány v hlubší části kapes svědčí o relativně intenzivním a rychlém krasovění v období rozpadu souvislého pokryvu křídových sedimentů, tj. nepříliš dlouho po regresi moře. Zdá se, že tento proces intenzívně probíhal zejména v paleocénu a eocénu (Bosák 1991), např. i koněpruské oblasti (Bosák 1993).

Paleogénní a spodnoneogénní vývoj oblasti souvisel s rozvojem rozsáhlých říčních systémů a zaplňováním a exhumací říčních akumulací (Bosák, Cílek a Tipková 1992; Bosák, Cílek a Bednářová 1993) a s rozsáhlou směsovou korozí pod erozní bází. Z rozsáhlých akumulačních plošin vyčnívaly pouze ojedinělé vrchy. Intenzivní směsová koroze v místech mísení podzemních vod a infiltrujících povrchových (říčních a srážkových) vod vedla k rozsáhlé speleogenezi, včetně koroze vertikálních dutin. Zbytky sedimentů řek se nacházejí v různých místech této krasové oblasti (Turnovec 1965) i v některých vertikálních dutinách ve vrtech.

Pleistocénní vývoj sledoval rychlou zpětnou erozi vyvolanou atecedentním zaříznutím řeky Berounky ve středním starém pleistocénu (bihár, Horáček 1980). Tento proces rozrušil relativně uniformní a plochou morfologii a přispěl k vyklízení sedimentů ze starších podzemních dutin.

 


Literatura: