background image

GEOLOGICA CARPATHICA, 52, 2, BRATISLAVA, APRIL 2001

103—110

CONTINUOUS TECTONIC EVOLUTION OF THE ORAVA BASIN

(NORTHERN CARPATHIANS) FROM LATE BADENIAN

TO THE PRESENT-DAY?

MARIA BAUMGART-KOTARBA

Department of Geomorphology and Hydrology of Mountains and Uplands, Institute of Geography and Spatial Organization of the Polish

Academy of Sciences, św. Jana 22, 31-018 Kraków, Poland

(Manuscript received October 21, 1999; accepted in revised form December 12, 2000)

Abstract: The fault-bounded Orava Basin is situated on the boundary between the Inner and Outer Carpathians, close to
the northern boundary of the Klippen Belt. The Orava Basin was formed during the Neogene times and was enlarged in
its NE part during the Quaternary. According to the author’s hypothesis, the crucial role has been played by a master
transversal strike-slip fault named Prosiek-Domański Wierch—Lepietnica fault. The Orava Basin was opened by exten-
sion between the so-called Orava block rotated to the NW and the Tatra block shifted to the NE. According to palynologi-
cal data it started 14—15 Ma and was probably synchronous with thrusting of the Magura Nappe and also with the uplift
of the Tatra massif. Quaternary subsidence of the NE part of the present-day bottom of the Orava depression indicates,
that  probably  the  same  tectonic  mechanism  is  active  now.  Such  an  assumption  is  based  on  multidisciplinary  studies:
present-day activity of earthquakes (11 September 1995), geomorphological analysis of the Quaternary terraces aiming
at  the  reconstruction  of  vertical  tectonic  movements,  and  on  geophysical  soundings.  Some  attempts  aiming  at  under-
standing the role of paleostress field were made. The idea of a shift of tectonic process of subsidence and also of vertical
uplift from the west to the east is supported by inferences derived from the thermal evolution of the western part of the
Orava Basin.

Key words: Western Carpathians, fault-bounded Orava Basin, Quaternary alluvial or fluvio-glacial sedimentation and
terraces formation, vertical tectonic movements, earthquake of 11 September 1995, seismic reflection data.

Introduction

The geographical position of the Orava Basin (Fig. 1) on the
boundary between the Inner and Outer Western Carpathians is
related to its evolution during the last 14—15 Ma. According to
the  author’s  assumption,  the  origin  and  history  of  the  Orava
Basin was closely associated with the structural history of the
Inner  and  Outer  Carpathians  during  this  period.  The  crucial
role  has  been  played  by  a  master  transversal  strike-slip  fault
which  separates  from  west  the  massif  of  Ve ká  Fatra,  Choč
Mts, Skorušina Inner Flysch Range and a section of the Klip-
pen Belt between Zázrivá and Trstená with Beskid Żywiecki
and  Babia  Góra  Range  (Magura  Flysch).  From  the  east,  the
master fault separates the Nízke Tatry and Tatry massifs with
Podhale Inner Flysch syncline, related section of the Klippen
Belt  from  Staré  Bystré  to  Plavec  upon  Poprad  River  and
Magura  Units  with  Gorce  Mts  and  Beskid  Sądecki  Mts
(Baumgart-Kotarba 1996), (Fig. 1). Numerous studies of the
Neogene  evolution  of  the  Orava  Basin  have  been  published
(Książkiewicz  1972;  Oszast  1973;  Watycha  1976;  Oszast  &
Stuchlik 1977; Birkenmajer 1958, 1978, 1985; Pospíšil 1990,
1993; Bac-Moszaszwili 1993, 1995; Pomianowski 1995). Re-
cent  papers  focus  on  micro-tectonic  problems,  attempting  to
reconstruct  the  paleostress  field  which  affected  the  tectonic
evolution  of  this  area  (Zuchiewicz  1994,  1998;  Tokarski  &
Zuchiewicz 1998; Kukulak 1998).

In the author’s opinion, the Orava fault-bounded basin rep-

resents  a  pull-apart  basin.  The  Orava  Basin  became  opened
due to block-type horizontal movements. According to this hy-

pothesis, the Orava Basin was opening by extension between
the so-called Orava block rotated to the NW (~40°), and the
Tatry  block,  shifted  to  the  NE  (Baumgart-Kotarba  1996).
Opening of this basin, according to palynological data (Oszast
&  Stuchlik  1977),  started  14—15  Ma  ago  (Upper  Badenian,
Serravallian).  Quaternary  subsidence  in  the  NE  part  of  the
present-day  bottom  of  the  Orava  depression  indicates  that
probably the same tectonic mechanism, marked by the strike-
slip Domański Wierch Fault, is active now, while the uplifted
southwestern and southern part are now rather in a compres-
sive regime (Fig. 2).

The aim of this paper is to demonstrate that the present day-

activity of the earthquake of 11 September 1995 can be evalu-
ated by geomorphological methods against the background of
Quaternary vertical movements. Another problem is the pre-
sumed shift of subsidence from the west to the east. The uplift
started in the west close to Ústie n. Priehradou town after the
Pannonian,  while  at  the  Domański  Wierch  hill  after  the  Da-
cian. Despite the change of the sense of vertical movements,
the  mechanism  related  to  the  activity  of  a  large  fault  zone
called the “Prosiek fault system” (Nemčok 1993), considered
also  as  the  Domański  Wierch  left-lateral  strike-slip  fault
(Baumgart-Kotarba 1992, 1996), probably persists up to now.

Methods

Multidisciplinary studies make it possible to understand the

complexity  of  the  Orava  Basin’s  evolution.  Geological  and

background image

104                                                                                  BAUMGART-KOTARBA

geomorphological  analyses  are  of  fundamental  importance,
but the seismic reflection and refraction data reveal the com-
plex architecture of the Neogene basin and the relationship be-
tween older Neogene structural units and newly-formed Qua-
ternary  grabens  (Dec  et  al.  1998;  Baumgart-Kotarba  2000).
The earthquake of 11—12 September 1995 with the main shock
of Mz ~3.7 and I > 5.5, not so weak on a Western Carpathians
scale (recurrence time 30 years), was studied using micro- and
macrostructural analyses (Baumgart-Kotarba & Hojny-Kołoś
1998). It is very interesting, that the calculated effects of focal
mechanisms, compression or dilatation are in good agreement
with  long-lasting  tendencies  of  vertical  crustal  movements.
The latter can be reconstructed from an analysis of distribution
of the Quaternary terraces in the bottom of the Orava Basin.
The author’s interpretation of 6 joint stereograms from sites:

Lipnica,  Hladovka,  Staré  Bystré,  Miętustwo  is  preliminary,
but together with geophysical sounding and geomorphologi-
cal study seems to be coherent in terms of stress field recon-
struction.

The idea of a shift from the west to the east of both the tec-

tonic  subsidence  later  replaced  by  uplift  was  related  to  the
thermal evolution of the Orava Basin (Nagy et al. 1996) and
combined with geomorphological analysis.

Results

The results are illustrated in Fig. 2 which demonstrates the

distribution  of  the  succeeding  18  hypocentres  (temporal  as-
pect)  of  the  main  shock  and  aftershocks  (1—6,  7—10,  11—12,

Fig. 1. The Orava Basin and Tatra Mts against the background of a simplified geological map of Western Carpathians, based on Buday et al.
1960 and Fusán et al. 1967. The author’s interpretation of principal  faults that bound the distinguished tectonic blocks. 1 – granitoid and
metamorphic rocks, 2 – mainly Mezozoic faulted and thrusted sedimentary rocks of Inner Carpathians, 3 – Klippen Belt, 4 – Central Car-
pathian Flysch: – Eocene,  Upper Eocene, – basal conglomerate, 5 – Magura Nappe, 6 – Dukla and Grybow units, 7 – Silesian
Nappe, 8 – Subsilesian Nappe, 9 – Neogene molasses, 10 – Quaternary deposits, 11 – volcanites, 12 – overthrusts and faults, 13 – tec-
tonic windows and remnants of nappes, 14 – transversal, important faults (Zázrivá, Orava, Muráň f.), 15 – other important faults, 16 –
satellite lineament Zlín—Plavec named lineament of the northern limit of the Tatra Mts (Baumgart-Kotarba 1981, 1983).

background image

CONTINUOUS TECTONIC EVOLUTION OF THE ORAVA BASIN                                                 105

13—16, 17—18, see Table 1), calculated from data registered by
three seismic observatories – Ojców, Niedzica and Racibórz
(Baumgart-Kotarba & Hojny-Kołoś 1998). The fourth obser-

vatory at Skalnaté Pleso in the Slovak High Tatra Mts. noted
more  shocks  during  this  earthquake  (personal  information
from Skalnaté Pleso Observatory). The sign “+” or “—” before
the number of concrete shocks denotes compression or dilata-
tion focal effects. The background of this map represents the
main structural features of the Polish fringe of the Orava Ba-
sin.  White  colour  in  the  bottom  of  the  Orava  Basin  denotes
Quaternary terraces (Fig. 2). In the Orava Basin, Late-Vistu-
lian glacifluvial fan and Holocene fan-terraces are marked by
small dots (Fig. 5). The flat (dotted) areas are probably related
to Quaternary subsidence, documented at Wróblówka by the
112  m  thick  fluvial/glacifluvial  deposits  derived  from  the
Tatra Mts (Watycha 1973; Baumgart-Kotarba 1992). The new
seismic reflection and refraction profiles demonstrate that the
Wróblówka graben is rather large (ca. 100—120 m deep, 2 km
broad and 6 km lenght in west—east direction), and close to his
southern bordering fault is ca. 128 m deep (Baumgart-Kotarba
1998). The second parallel west—east oriented Pieniążkowice
graben, ca. 50 m deep, is separated from Wróblówka graben
by  a  flysch  horst,  which  rises  only  5  m  above  the  alluvial
braid-plain.

The compressive effects of the earthquake hypocentres are

spatially  related  to  areas  characterized  by  uplift  during  the
Quaternary, while the dilatation effects belong to flat areas of
the NE part of the Orava Basin. The focal depth of the main

Fig. 2. Parameters of the earthquake of 11 September 1995 against the background of the Orava Basin tectonic units and Quaternary ter-
races. Seismic data elaborated by Hojny-Kołoś. 1 – isolines of earthquake intensity (MSK 64): >5.5, >4.5, > 4, >3, 2 –  hypocenters 1
to  18,  the  black  spots  denote    magnitude  and  their  characteristics,  compressive  (+)  or  dilatation  (—),  3  –    temporal  alternation  of  main
shock  and  after-shocks,  4  –  epicenter,  5  –  geological  structures:  FM  (Magura  Flysch),  FP  (Podhale  Flysch),  PPS    (Pieniński  Pas
Skałkowy – Pieniny Klippen Belt) and terraces: LQ – Lower Quaternary, G – Günz, M – Mindel, R – Riss, W – Würm, LG –
Late  Vistulian,  H

AT 

–  Holocene-Atlantic,  H

SB

  –  Holocene-Subboreal,  on  Domański  Wierch  hill  Pliocene  Pl  and  Pliocene  covered  by

Quaternary deposits Pl + Q,  6 – European water divide.

No

     Date

  GMT

  M

s

Z

C / D

    I

o

   h
[km]

 1

 11 IX 1995

04

h

 02’18

  3,7

  C

    5

o

   6

 2

 11 IX 1995

05

h

 02’22

  3,3

  D

    4

o

   5

 3

 11 IX 1995

05

h

15’12

  2,2

  D

     2

o

   5

 4

 11 IX 1995

06

h

36;35

  2,0

  D

    2

o

   5

 5

 11 IX 1995

06

h

59’13

  2,1

  D

    2

o

   5

 6

 11 IX 1995

07

h

58’29

  2,2

  D

    2

o

   5

 7

 11 IX 1995

08

h

10’56

  2,5

  C

   3

o

   5

 8

 11 IX 1995

09

h

02’33

  3,2

  D

   4

o

   6

 9

 11 IX 1995

09

h

42’21

  2,6

  D

   3

o

   5

10

 11 IX 1995

10

h

06’38

  2,4

  C

  2,7

o

   5

11

 11 IX 1995

14

h

14’40

  2,7

  C

   3

o

   5

12

 11 IX 1995

15

h

23’11

  2,0

  C

   2

o

   5

13

 11 IX 1995

17

h

17’19

  3,4

  C

   5

o

   6

14

 11 IX 1995

17

h

23’33

  2,4

  D

   3°

   5

15

 11 IX 1995

17

h

42’24

  2,3

  D

   2°

   5

16

 11 IX 1995

18

h

09’15

  1,9

  D

   2°

   5

17

 12 IX 1995

11

h

48’24

  1,9

  C

   2°

   5

18

 13 IX 1995

18

h

59’43

  2,3

  D

   3°

   5

19

 13 IX 1995

05

h

47’31

  3,7

  C

   5°

   6

20

 13 IX 1995

06

h

02’15

  3,7

  C

   5°

   6

Note: C/D – compressive or dilatation effect

Table 1: List of seismic events: No. 1-18 of September, 11-13, 1995,
on Western Podhale and Eastern Orava basin, and No. 19-20 of Oc-
tober  13,  1995,  on  Eastern  Podhale  (Czarna  Gora-Trybsz).  Accord-
ing to M.Hojny-Kołoś  in Baumgart-Kotarba (1998).

background image

106                                                                                  BAUMGART-KOTARBA

shock was calculated at about 6 km. This depth corresponds
very well with Lefeld—Jankowski’s model of the depth struc-
ture of the Tatra Mts together with superimposed syncline of
the Podhale Flysch and narrow structure of the Klippen Belt,
pushed  on  light  and  low-resistivity  rocks  of  unknown  origin
(Lefeld & Jankowski 1985). Thus, it is possible to suggest that
the whole Tatra Mts massif with Podhale and the Klippen Belt
have migrated to the NNE, and are shifting till now. The Qua-
ternary  opening  of  the  Orava  Basin  with  Wróblówka  and
Pieniążkowice grabens and horst structures of W-E orientation
(Fig. 3) could be interpreted as an effect of extension perpen-
dicular  to  the  main  stress  direction  from  the  south  (proba-
bly 10—15°).  Such  an  assumption  is  in  good  agreement  with
seismic  profiles  made  across  the  uplifled  Domański  Wierch
molasse,  together  with  the  Wróblówka  graben.  Close  to  the
southern fault of the Wróblówka graben, the Pliocene deposits
of Domański Wierch series are dipping to the south on reflec-
tion profiles (Fig. 4), whereas the Domański Wierch series in
general  is  dipping  at  a  low  angle  to  the  NNW  (Birkenmajer
1958; Baumgart-Kotarba 1998, 2000).

The isolines in Fig. 2 indicate the intensity of the earthquake

of 11 September 1995. It seems that these elongated isolines
mark  two  orientations:  the  main  SW-NE  one,  related  to  the
strike-slip  fault  of  Domański  Wierch,  and  the  perpendicular
one, NW—SE. The second orientation can be interpreted as a
line marking the subsidence. This line seems to be parallel to
the zone of change of vertical movements (shorter diagonal of
the the Orava Basin parallelogram) (Fig. 5). Hypocenter no 13,
with sign “+”, belongs to the uplifted part of the bottom of the
Orava Basin. Also, the hypocenter no 10 with “+” is located
on the uplifted northern fringe of the Orava Basin.

A  reconstruction  of  the  stress  field  during  the  Upper

Pliocene and Quaternary was made on fractured pebbles of the
Late Pliocene (Dacian) age of the Domański Wierch at Staré
Bystré (Zuchiewicz 1994, 1998; Tokarski & Zuchiewicz 1998;
Kukulak 1998). These diagrams are interpreted as a result of
horizontal maximum stress oriented 35—45° NE. It is also the
orientation of the Domański Wierch uplifted ridge and that of
the assumed strike-slip fault of the Domański Wierch (Fig. 3).
The author’s interpretation of Tokarski & Zuchiewicz’s mea-
surement  of  fractured  clasts  of  Sarmatian  age  at  Miętustwo,
south of Domański Wierch, is that the main direction 13—23°
represents 

σ

of

 

the

 

regional

 

stress

 

field  in  the  Tatra  Mts.  –

Podhale block. The Domański Wierch oblique fault has SW-
NE direction (45°).

This  regional  stress  field  of  N13—23°  E  orientation  of  the

maximum horizontal stress is comparable with the NNE-ori-
entated  present-day  horizontal  stress  direction,  inferred  from
breakout studies by Jarosiński (1998). At locality Miętustwo
A, one distinct maximum of N15° E of joints was interpreted
as  an  extensional  one  (Tokarski  &  Zuchiewicz  1998).  Thus,
the Quaternary formation of grabens and horsts in the NE part
of the Orava Basin seems to be related to the NNE-orientated
regional maximum stress direction. The fault situated between
the  Domański  Wierch  uplifted  molasse  series  and  subsided
Wróblówka  graben  is  –  judging  from  reflection  profiles
(Fig. 4) – a reverse fault and can be interpreted as a result of a
push of Pliocene molasses on relatively young Quaternary flu-
vial/glacifluvial  Czarny  Dunajec  river  sediments.  Activation
of such a fault can be related to Quaternary uplift and shifting
of  the  Tatra  massif  together  with  Podhale  region  and  a  seg-
ment of the Pieniny Klippen Belt, due to NNE-directed com-
pression. In front of the compressive zone, the region showing
E-W extension is probably bounded by normal (?) faults. On
the west, the NW-oriented fault is placed between the western
part of the Orava Basin, uplifted during Quaternary times, and
its subsiding NE part (Fig. 5). On the east, the Wróblówka gra-
ben is probably bounded by a N-S-orientated fault which, far-
ther south, borders Pliocene deposits of the Domański Wierch
hill.  This  hill  is  elevated  less  than  the  Pieniny  Klippen  Belt
segment with the locality Rogoźnik and the Staré Bystré Beds
(outer  flysch)  outcropping  at  the  Cichy  stream  (Figs.  2,  5)
which  runs  parallel  to  the  Klippen  Belt  (Cieszkowski  1992,
1995).  On  the  eastern  side  of  the  N-S  running  fault,  the
Pliocene molasses have been drilled by only one borehole lo-
cated north of the Cichy stream. In this well-log, 35-m-thick
Quaternary sediments overlie Neogene silty-clayey fluvial de-
posits. The extent of Neogene molasses needs supplementary
seismic surveys.

Fig. 3. Geomorphological map and Quaternary faults documented
by geophysical sounding (Baumgart-Kotarba et al. 2001) (a – re-
fraction,  b,  c  –  reflection  profiles).  1  –  braided  river  pattern,  2
– peat-bogs, 3 – Würm terrace, 4 – present-day braided plain, 5
–  flysch  hill,  6  –  W—E    faults,  7  –  the  Domański  Wierch  ob-
lique  fault  (left-lateral  strike  slip-fault),  8  –  geophysical  profiles
(a—c), 9 – the epicenter of earthquake of 11 September 1995.

background image

CONTINUOUS TECTONIC EVOLUTION OF THE ORAVA BASIN                                                 107

Fig. 4. Interpretation of two reflection profiles, “b” and “c” in the eastern part of the Orava Basin. „Faults” means the tectonic zone between
uplifting Pliocene molasse of Domański Wierch hill and subsiding Quaternary in the  fault-bounded  Wróblówka graben;  PPS: Pieniny Klip-
pen Belt.

Fig. 5. Geomorphological features of the Orava Basin and system of faults active during Neogene and  Quaternary. 1 – faults bordering the
fault-bounded  complex  Orava  Basin,  2  –  secondary    faults,  3  –  Quaternary  faults,  4  –  left-lateral  strike-slip  fault  (Prosiek-Domański
Wierch—Lepietnica), 5 – the extent of glacio-fluvial/fluvial terraces ( Gűnz,  Mindel,  Riss,  Würm) with escarpments,
6 – Klippen Belt (PPS), 7 – Würm terrace, 8 – Late-Vistulian terrace, 9 – Holocene terraces, 10 – braid-plain of the Czarny Dunajec
river,  11 – height above the Orava river, 12 – flysch hill, 13 – European water-divide, 14 – epicenter of earthquake of 11 September
1995, 15 – location of drillings: W – Wróblówka, CD – Czarny Dunajec, K – Koniówka, D – Domański Wierch. Thickness of Neo-
gene (N) and Quaternary (Q) deposits in metres, 16 – state boundaries, 17 – sites: P – Piekielnik, T – Trstená, SH – Suchá Hora,  CH
– Chochołów, 18 – radiocarbon datings.

background image

108                                                                                  BAUMGART-KOTARBA

It is possible to assume that the long-persisting N to NNE-

orientated horizontal stress, induced by the Alcapa’s advance,
has  been  responsible  for  formation  of  a  large  oblique  Orava
fault during the last 14 Ma. The conjugated NE-SW and NW-
SE faults led to Neogene opening of the Orava Basin, begin-
ning from the Late Badenian (Serravallian) times. This open-
ing was directed towards the NE, utilising a system of parallel
NW-orientated faults. Important changes in tectonic evolution
of this part of the Western Carpathians could have been related
to a substantial impact exerted by the close proximity to the
then uplifted Tatra massif and formation of the Podhale syncli-
norium, controlling W-E and N-S orientated systems of faults
and fractures. The exact timing of these events is difficult to
constrain precisely. I suppose that at the Pliocene/Quaternary
boundary, a gravel-bed river carrying quartzitic sandstones ex-
isted in that area, testifying to increased erosion. Close to Lip-
nica,  Pliocene  sediments  resting  on  mildly  folded  Sarmatian
strata were mapped by Watycha (1976). According to unpub-
lished  palynological  analysis  by  L.  Stuchlik  (Institute  of
Palaeobotany, Polish Academy of Sciences, Kraków), a Plio-
Quaternary age of the so-called Pliocene strata cannot be ruled
out. That was the time of volcanic activity, documented by a
layer of tuffite comprised in organic sediments filling an aban-
doned channel. The Tatra-derived crystalline cobbles and peb-
bles in the Orava Basin were described from the Wróblówka
well-log. These clasts were deposited during a relatively cold
Quaternary period, characterized by the presence of tundra and
some forest patches (Watycha 1973).

Discussion and conclusions

The  thermal  evolution  of  the  western  part  of  Orava  Basin

was reconstructed by Nagy et al. (1996). On the Polish side at
Lipnica, the Sarmatian strata are exposed above 650 m a.s.l.,

whereas at Czarny Dunajec borehole the Sarmatian strata are
at  —116  —  +117  m  a.s.l.  (depth  848—565  m).  At  Lipnica,  the
coal  seems  to  be  controlled  by  high  pressure  and  probably
high  temperatures  (Kołcon  &  Wagner  1991).  Geochemical
data and thermal reconstruction of the basin indicate that the
western part of the Orava Basin near Ústie n. Priehradou un-
derwent subsidence (up to 1000 m depth, at temperature above
70 °C), and during the Pliocene (Nagy et al. 1996) was uplift-
ed  together  with  its  fringe.  Thus,  the  present  depression  of
Orava is of erosional character due to exhumation of soft Neo-
gene  strata.  Steep  slopes  bordering  the  Orava  depression  are
built of flysch rocks and probably are close to earlier-formed
slopes controlled by faults. The NE part of the Orava Basin is
a  young  subsiding  area.  Fig.  5  illustrates  both  the  older  and
younger faults.

The important question is whether the present-day and Qua-

ternary mechanisms of the Orava Basin formation were differ-
ent from those during Neogene times, or could this evolution
be related with the same tectonic process of rotation of the so-
called Orava Block (Choč with Skorušina, section of the Klip-
pen Belt and Beskid Wysoki with Babia Góra and Romanka-
Pilsko  group),  and  a  shift  to  the  NE  of  the  Tatra  block.  The
reason for changes from subsidence to uplift in the Orava Ba-
sin can be interpreted as follows. A shallower platform base-
ment  in  the  west  hampered  the  advance  of  the  Outer  Car-
pathians earlier than on the east. The Quaternary and present
activity  of  strike-slip  fault  of  Domański  Wierch  controls  the
young subsidence in the NE part of the bottom of the Orava
Basin  only.  Such  an  effect  was  described  by  Kováč  et  al.
(1989)  in  relation  to  the  western  part  of  the  Western  Car-
pathians in the Trenčín-Žilina section which was stopped by
the crystalline Bohemian Massif. In this case the physical rota-
tion to the NW was documented palaeomagnetically on Egg-
enburgian  (42°)  and  Karpatian  (37°)  marine  deposits  filling
piggy  back  basins.  On  the  Polish  side,  in  the  Babia  Góra

Fig. 6. Hypothetical model of the formation of the Western Carpathian arc during the time spans: 20—18, 14 and about 1 million years ago
(according to Baumgart-Kotarba 1996). Hatchures show the Klippen Belt as a symbol of the Western Carpathians arc, whereas the arrows
mark assumed direction of movements of the blocks (V – Váh block, FM – Malá Fatra block, O – Orava block, T – Tatra block, R –
Rudohorie  block).  The  model  shows  opening  of  the  Orava  Basin  due  to  tension  between  the  Orava  block  rotated  to  the  NW  and  Tatra
block migrating to the NE. Main block bounding faults: Mo – Morava fault, Be – Bečva fault, Ol – Olza fault, Bi – Biała (Zázrivá)
fault, Li – Lipnica fault, DoLe – Domański Wierch and Lepietnica faults (part of the Orava transversal fault), Ru – Ružbachy fault,
Ro – Ropa fault, Mu – Muráň fault, Ho – Hornád fault, L – Laborec fault.

background image

CONTINUOUS TECTONIC EVOLUTION OF THE ORAVA BASIN                                                 109

Range, Aleksandrowski (1985) has reconstructed two genera-
tions of folds. The younger NW-SE striking folds were consid-
ered as a result of folding in the East Carpathians and were su-
perimposed  on  the  older  ones.  The  older  generation  was
formed due to horizontal stress, which involved folding of the
Magura Nappe. The author’s assumption is that the older gen-
eration predates rotation, and the younger one could be related
to rotation of the Orava block to the NW (Fig. 6). The age of
the opening of the Orava Basin, evaluated till now due to pali-
nological studies of fluvial deposits from the Czarny Dunajec
borehole (Oszast & Stuchlik 1977), is presently very well sup-
ported  by  the  data  of  Oszczypko  (1997),  showing  that  the
Magura and Silesian nappes are overthrust upon foredeep ma-
rine deposits (Lower and Middle Badenian) in Zawoja bore-
hole.  Oszczypko  (1997)  concluded  about  multistage  over-
thrusting,  including  the  Late  Badenian  (stage  3)  and  after
Sarmatian  (stage  4)  stages,  and  reconstructed  the  position  of
the front of the Carpathian nappes. Zawoja borehole is located
35 km to the NW of the Czarny Dunajec borehole, situated in
the  central  part  of  the  Orava  Basin.  Thus,  the  thrusting  of
Magura Nappe and the opening of Orava Basin have been syn-
chronous. According to Cieszkowski’s (1992, 1995) opinion,
the  youngest  flysch  rocks  outcropping  close  to  the  Klippen
Belt are Middle Miocene (Staré Bystré Beds), while younger
Kopaczyska and Pasieka Beds are typical deep sea marine mo-
lasses. The Middle Miocene beds according to B. Olszewska’s
opinion  Langian,  and  even  Serravallian  in  age  (Cieszkowski
1992, 1995). In such a case, the opening of the Orava Basin
was manifested in a relatively short time. It is also interesting
that the uplift of the Tatra Mts, according to fission track dat-
ing, is 15—10 Ma only (Krá  1977). It is possible to interpret
that the beginning of the opening of the Orava Basin (Fig. 6)
was also synchronous with the onset of the Tatra uplift from a
depth  of  5  km  (Baumgart-Kotarba  1998).  According  to  new
data  concerning  K-Ar  dating  of  the  Miocene  andesite  intru-
sions in the southernmost part of the Magura units close to the
Pieniny  Mts  (Wżar  and  Bryjarka  Mts),  Birkenmajer  &  Péc-
skay (1999) conclusion is that both the 1

st

 and 2

nd

 phases are

similar in age between ca. 13.5—11Ma. It means that the andes-
itic subvolcanic activity is related to the same tectonic phase
which uplifted of the Tatra Mts, opened the Orava Basin and
induced  thrusting  of  the  Magura  Nappe,  as  was  documented
by Oszczypko (1997).

Acknowledgements: This research was supported mostly by
the Committee for Scientific Research – Grant No. 6PO 4E
020  08.  Many  thanks  for  good  collaboration  to  M.A.  Maria
Hojny-Kołoś, Institute of Geophysics, Polish Academy of Sci-
ences, to Prof. Dr. Ryszard Ślusarczyk, Dr. Jerzy Dec, M.A.
Ing. Elżbieta Czulak and M.A. Ing. Andrzej Bugajski from the
Institute of Geology, Geophysics and Nature Protection, Acad-
emy of Mining and Metalurgy. According to this project As-
soc. Prof. Dr. Antoni Tokarski from the Institute of Geology,
Polish Academy of Sciences measured the joint pattern in the
Pliocene  and  Sarmatian  sediments  in  Orava  Basin.  I  am  in-
debted  to  Prof.  Dr.  Witold  Zuchiewicz  for  his  suggestion  to
improve this manuscript. The same gratitude I would like to
express to the unknown Reviewers.

References

Aleksandrowski P. 1985: Structure of the Babia Góra region, Magu-

ra  nappe,  Western  Outer  Carpathians:  an  interference  of  West
and East Carpathian fold trends. Ann. Soc. Geol. Pol. 55, 3—4,
375—422.

Bac-Moszaszwili  M.  1993:  Structure  of  the  western  termination  of

the Tatra massif. Ann. Soc. Geol. Pol. 63, 167—193.

Bac-Moszaszwili  M.  1995:  Diversity  of  Neogene  and  Quaternary

tectonic  movements  in  the  Tatra  Mountains.  Folia  Quat.  66,
131—144.

Baumgart-Kotarba  M.  1981:  Tectonic  movements  in  Eastern

Podhale  in  the  light  of  an  analysis  and  analysis  of  Quaternary
terraces  of  the  Bialka  Tatrzanska  valley  and  the  lineaments
from satellite images. Przegl. Geograficzny 53, 4, 725—736.

Baumgart-Kotarba  M.  1983:  Channel  and  terrace  formation  due  to

differential  tectonic  movements,  with  the  Eastern  Podhale  ba-
sin as example. Prace Geogr. IG PZ PAN 145, 1—133.

Baumgart-Kotarba M. 1992: The geomorphological evolution of the

intramontane  Orava  Basin  associated  with  neotectonic  move-
ments,  Polish  Carpathians.  Stud.  Geomorph.  Carpatho-Balca-
nica
 25/26, 3—28.

Baumgart-Kotarba M. 1996: On origin and age of the Orawa Basin,

West  Carpathians,  Stud.  Geomorph.  Carpatho-Balcanica  30,
101—116.

Baumgart-Kotarba M. 1998: Young tectonic and evolution of the re-

lief  and  sediments  of  the  Orava  Basin,  (Projekt  badawczy  NR
6PO4E02008 Komitet Badań Naukowych), unpublished report.

Baumgart-Kotarba  M.  2000:  Tectonique  quaternaire  de  la  dépres-

sion  d’Orava  (Carpates  Occidentales).  Géomorphologie:relief,
processus, environnemet 
2000, 1, 61—68.

Baumgart-Kotarba  M.  &  Hojny-Kołoś  M.  1998:  Relation  between

Quaternary  Wróblówka  Graben  and  neogene  subsidence  area
in the light of the geomorphological studies and earthquake of
11 september 1995. Sprawozdania z czynn. i posiedzeń Polskiej
Akademii Umiejętności 61, za rok 1997, 
Kraków, 102—106.

Baumgart-Kotarba  M.,  Dec  J.  &  Ślusarczyk  R.  2001:  Quaternary

Wróblowka  and  Pieniążkowice  grabens  and  their  relations  to
Neogene sediments of the Orawa Basin and Pliocene Domańs-
ki Wierch molassa. In print.

Birkenmajer  K.  1958:  Geological  guide-book  of  Pieniny  Klippen

Belt. Wyd. Geol., Warszawa (in Polish).

Birkenmajer  K.  1978:  Neogene  to  Early  Pleistocene  subsidence

close  to  the  Pieniny  Klippen  Belt,  Polish  Carpathans.  Stud.
Geomorph. Carpatho-Balcanica 
12, 17—28.

Birkenmajer K. 1985: Major strike-slipe faults of the Pieniny Klip-

pen  Belt  and  the  Tertiary  rotation  of  the  Carpathians.  Publs.
Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci
. A16, 175, 101—115.

Birkenmajer  K.  &  Pécskay  Z.  1999:  K-Ar  Dating  of  the  Miocene

Andesite  Intrusions,  Pieniny  Mts.,  West  Carpathians,  Poland.
Bull. Pol. Acad. Sci., Earth Sci. 47, 2—3,155—169.

Buday T., Mahe  M., Maska M., Matejka A., Svoboda J. & Zoubek

V.  1960:  Tectonic  map  of  Czechoslovakia.  Ústř.  Úst.  Geol.,
Praha.

Cieszkowski  M.  1992:  Marine  Miocene  Deposits  near  Nowy  Targ,

Magura  Nappe,  Flysch  Carpathians,  South  Poland.  Geol.  Car-
pathica 
43, 6, 339—346.

Cieszkowski  M.  1995:  Marine  Miocene  deposits  close  to  Nowy

Targ region and its role to define the time of intramontane Ora-
va — Nowy Targ Basin. Geologia 21, 2, 154—168.

Dec  J.,  Lemberger  M.  &  Ślusarczyk  R.  1998:  Orava  Basin  and

Wróblowka graben in the light of geophysical studies — prelim-
inary results. Sprawozdania z czynn. i posiedzeń Polskiej Aka-
demii
 Umiejetnosci 61, za rok 1997, Kraków, 96—100.

Fusán  S.,  Kodym  O.,  Matejka  A.  &  Urbánek  L.  1967:  Geological

background image

110                                                                                  BAUMGART-KOTARBA

map of the CSSR, 1:500,000. Praha.

Jarosiński M. 1998: Contemporary stress field distorsion in the Pol-

ish  part  of  the  Western  Outer  Carpathians  and  their  basement.
Tectonophysics 297, 91—119.

Kołcon I. & Wagner M. 1991:  Brown coal from Neogene deposits

of Orava — Nowy-Targ Basin, petrological syudy. Kwart. Geol.
31, 305—322.

Kováč  M.,  Baráth  I.,  Holický  I.,  Marko  F.  &  Túnyi  I.  1989:  Basin

openning  in  the  Lower  Miocene  strike-slipe  zone  in  the  SW
part of the Western Carpathians. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 40,
1, 37—62.

Král J. 1977: Fission-track ages of apatites from some granitoid rocks

in West Carpathians. Geol. Zbor. Geol. Carpath. 28, 269—276.

Książkiewicz  M.  1972:  Geological  structure  of  Poland.  Tectonics,

Carpathians. Wyd. Geol., Warszawa, 1—228 (in Polish).

Kukulak J. 1998: Evolution of the Orava Basin recorded by jointing

of his souterneast fringe. III Ogólnopolska konferencja Neotek-
tonika  Polski:  teraźniejszość  i  przyszłość,  Kraków  23
24  X
1998, 
Kraków, 36—38.

Lefeld J. & Jankowski J. 1985: Model of deep structure of the Pol-

ish  Inner  Carpathians.  Publs.  Inst.  Geophys.  Pol.  Acad.  Sci.
A16, 175, 71—99.

Nagy A., Vass D., Petrík F. & Pereszlényi M. 1996: Tectonogenesis

of  the  Orava  Depression  in  the  light  of  latest  biostratigraphic
investigations and organic matter alteration study. Slovak Geol.
Mag.
 1/96, 49—58.

Nemčok J. 1993: Prosečno dislocation system, Geol. Ústav D. Štúra,

Bratislava, Geol. Práce, Spr. 98, 79—83.

Oszast  J.  1973:  The  Pliocene  profile  of  Domajski  Wierch  near

Czarny  Dunajec  in  the  light  of  palynological  investigation,
Western Carpathians, Poland. Acta Palaeobot. 14, 1, 1—42.

Oszast  J.  &  Stuchlik  L.  1977:  The  Neogene  vegetation  of  the

Podhale  (West  Carpathians,  Poland),  Acta  Palaeobot.  18,  1,
45—86.

Oszczypko  N.  1997:  The  Early-Middle  Miocene  Carpathians  pe-

ripheral  foreland  basin,  Western  Carpathians,  Poland.  Przegl.
Geol
. 45, 10, 1054—1063.

Pomianowski P. 1995: Structure of the Orawa Basin in the light  of

selected geophysical data. Ann. Soc. Geol. Pol. 64, 67—80 (En-
glish summary).

Pospíšil  L.  1990:  Gravity  model  of  Neogene  Orava  Basin.  Zemní

plyn nafta 35, 3—4, 301—307.

Pospíšil L. 1993: Geophysical research of the Orava and Skorušina

Mts. and Orava Basin. In: Geológia južnej a východnej Oravy.
Bratislava,  167—189.

Tokarski A. & Zuchiewicz W. 1998: Fractured clasts in the Domańs-

ki  Wierch  series:  Contribution  to  structural  evolution  of  the
Orawa  Basin  (Carpathians,  Poland)  during  Neogene  through
Quaternary times. Przegl. Geol. 46, 1, 62—66.

Watycha  L.  1973:  Quaternary  deposits  in  Wróblowka  borehole  in

Podhale area. Kwart. Geol. 17, 2.

Watycha L. 1976: Neogene deposits of Orava – Nowy Targ Basin.

Kwart. Geol. 20, 3, 575—585.

Zuchiewicz W. 1994: Late Cenozoic jointing and small-scale fault-

ing in the Polish Outer Carpathians: hints for stress field recon-
struction. Bull. INQUA Neotectonics Comm.17, 34—68.

Zuchiewicz W. 1998: Cenozoic stress field and jointing in the Outer

West Carpathians, Poland. J. Geodynamics 26, 57—68.