background image

www.geologicacarpathica.com

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA

, DECEMBER 2014, 65, 6, 471—479                                                  doi: 10.1515/geoca-2015-0006

Identification of a buried Late Cenozoic maar-diatreme

structure (North Moravia, Czech Republic)

VOJTĚCH ŠEŠULKA

1

, IVA SEDLÁKOVÁ

1

, ONDŘEJ BÁBEK

1,2

 and ANTONÍN PŘICHYSTAL

1

1

Department of Geological Sciences, Masaryk University, Kotlářská 267/2, 611 37 Brno, Czech Republic;

 vsesulka@seznam.cz;  ivased@sci.muni.cz;  babek@prfnw.upol.cz;  prichy@sci.muni.cz

 

2

Department of Geology, Palacký University of Olomouc, Křížkovského 8, 771 47 Olomouc, Czech Republic

(Manuscript received December 22, 2013; accepted in revised form October 7, 2014)

Abstract:  The  maar-diatreme  volcanic  structure  in  the  vicinity  of  the  village  of  Lomnice  near  the  town  of  Bruntál
(North Moravia, Czech Republic) has been investigated using a set of geophysical methods including ground magne-
tometry, gravimetry and electrical resistivity tomography. The structure was detected by an aerial magnetic survey in
the second half of the 20

th

 century. Since its discovery only limited information about this buried structure has been

available. The coherence of the magnetic anomaly of 190 nT and Bouguer anomaly of —4.7 mGal indicates a volcanic
origin of the structure. The funnel-shaped maar-diatreme structure is filled with lacustrine clay and colluvium of Car-
boniferous greywacke, which forms the country rock. The surface diameter of the structure is about 600 m, the depth is
more than 400 m. The spatial association with other volcanic centers in the surroundings of the town of Bruntál infers
the relative dating of the Lomnice maar. The phreatic eruption and maar-diatreme formation could be an indirect conse-
quence of effusive activity of the nearby Velký Roudný volcano. The Lomnice structure is the first Plio-Pleistocene
maar-diatreme ever described in North Moravia and Silesia.

Key words: applied geophysics, ground magnetometry, gravimetry, electrical resistivity tomography, maar-diatreme,
Plio-Pleistocene, Central European Volcanic Province, Bohemian Massif.

Introduction

The Late Cenozoic volcanic activity in the eastern part of the
Bohemian  Massif  (North  Moravia)  belongs  to  the  Central
European  Volcanic  Province  (CEPV),  which  includes  the
Rhenish Massif and Eifel area, Germany and the Eger (Ohře)

Rift  in  the  Bohemian  Massif,  Czech  Republic  (Kopecký
1964; Schreiber & Rotsch 1998; Ulrych et al. 2011) (Fig. 1).
The anorogenic volcanism (Ulrych et al. 2011) in the prov-
ince is linked to the development of a major intracontinental
rift  system  and  to  domal  uplift  of  the  Variscan  basement.
Mantle  processes  such  as  the  diapiric  upwelling  of  small-

Fig. 1. Simplified tectonic map showing the position of the studied area in the CEVP (based on Ulrych et al. 2011).

background image

472

ŠEŠULKA, SEDLÁKOVÁ, BÁBEK and PŘICHYSTAL

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

scale convective instabilities from the base of the upper man-
tle  (Wilson  &  Downes  2006)  or  episodic  rising  of  mantle
plumes (Wedepohl & Baumann 1999) are considered as the
driving mechanisms for the volcanic activity.

While the time constraints and tectonic models for the de-

velopment  of  the  Eger  Rift  and  its  volcanism  are  frequently
discussed  in  the  literature  (Babuška  &  Plomerová  2008;
Ulrych et al. 2011), little is known about the easternmost part
of the volcanic province in North Moravia and Silesia (Fediuk
&  Fediuková  1985;  Birkenmajer  et  al.  2007;  Lustrino  &
Wilson  2007).  The  Plio-Pleistocene  (5.5  to  0.8 Ma)  anoro-
genic volcanic activity in North Moravia is aligned with the
Sudetic fault system and it is spatially and temporally  associ-
ated  with  increased  CO

2

  fluxes,  development  of  geomorphic

faults, present-day seismic activity and active graben-like sed-
imentary basins (Grygar & Jelínek 2003; Špaček et al. 2009).

The Cenozoic volcanic rocks in North Moravia have been

known  and  mapped  since  the  end  of  the  19

th

  century  (Ma-

kowsky 1882; Klvaňa 1893), but information about their age
and  geochemistry  is  scarce  (Marek  1973;  Šmejkal  1980;
Šibrava & Havlíček 1980; Birkenmajer et al. 2002a,b, 2004,
2007;  Pécskay  et  al.  2009).  The  existing  geophysical  re-
search was focused mainly on the regional magnetic surveys
(Gruntorád  &  Lhotská  1973;  Šalanský  &  Gnojek  2002;
Šalanský 2004) and only a few shallow geophysical data are
available  for  specific  volcanic  features  such  as  diatremes
(Šalanský & Gnojek 2002).

Shallow  geophysical  imaging,  including  magnetometry,

gravimetry  and  electric  conductivity  (resistivity)  surveys
proved  to  be  a  useful  approach  in  the  mapping  of  diatreme
volcanoes (Macnae 1995; Schulz et al. 2005; Matthes et al.
2010).  Recently,  Cenozoic  maars  and  diatremes  were  geo-
physically  imaged  in  the  western  and  northern  parts  of  the
Bohemian  Massif  (Schulz  et  al.  2005;  Lindner  et  al.  2006;
Mrlina et al. 2009; Skácelová et al. 2010).

The  aim  of  this  paper  is  to  provide  information  on  the

shape  and  subsurface  structure  of  a  maar-diatreme  volcano
near  Lomnice,  North  Moravia  based  on  detailed  magneto-
metric  and  gravimetric  mapping  combined  with  electrical
resistivity tomography. The geophysical image of the maar-
diatreme can be useful for subsequent dating and tectonic in-
terpretation  of  the  Plio-Pleistocene  volcanic  activity  in  the
easternmost part of the CEVP.

Geological setting

The  North  Moravian  Cenozoic  volcanism  represents  the

easternmost  part  of  the  Odra  tectono-volcanic  zone  (Ko-
pecký 1978; Ulrych et al. 1999). It is traditionally subdivided
into  two  groups,  which  differ  in  location  and  age  (Pacák
1928). The outer group (in the concept of a Variscan orogene
zonation) is of Tertiary age and is related to the Sudetic Mar-
ginal Fault. Major volcanic structures are hosted in the Fore-

Fig. 2. Geological and tectonic sketch of the Cenozoic volcanic field in the surroundings of the town of Bruntál with a possible shoreline of
the paleolake according to the present-day topography.

background image

473

BURIED LATE CENOZOIC MAAR-DIATREME (NORTHERN MORAVIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

Sudetic block and the North Sudetic Depression (Birkenmajer
et  al.  2004,  2007)  in  Lower  Silesia,  Poland.  A  number  of
volcanic outcrops (e.g. volcanic plugs, lava flows and  cinder
cones)  have  been  described  and  dated  by  the  K-Ar  method.
The age range of the volcanic activity is since Late Oligocene
until Miocene (Birkenmajer et al. 2002a,b, 2004, 2007). The
inner  Plio-Pleistocene  volcanic  rocks  are  concentrated
around a crossing of the Bělá and Klepáčov deep fault sys-
tems (Sudetic fault system of the Bohemian Massif – Buday
et al. 1995) and the Šternberk—Horní Benešov Belt (a tectonic
zone  with  Devonian  submarine  volcanic  belt).  Nevertheless
this  conventional  subdivision  is  not  well  constrained.  The
spatial and time correlation is not verifiable as suggested by
recent studies at the site Pohoř (Šešulka et al. 2012; Ulrych
et al. 2013).

The inner volcanic group in the surroundings of the town

of Bruntál comprises several types of volcanic structures, in-
cluding  the  Velký  Roudný  scoria  cone  with  associated  lava
flows (Cajz et al. 2012), the feeder vent in Břidličná or the
Razová subaquatic tuffs (Barth 1977; Cajz et al. 2012). The
effusive  rocks  are  mostly  represented  by  olivine  basalt,
nephelinite basanite and olivine nephelinite (Barth 1977).

The  surveyed  locality  is  situated  between  the  village  of

Lomnice and its subdivision of Tylov (Bruntál district, North
Moravia) in a side valley of the Lomnice Brook (Fig. 2). The
slopes  of  the  valley  are  carved  in  Lower  Carboniferous
(Visean)  greywacke  with  shale  interbeds  (Horní  Benešov
Formation,  Nízký  Jeseník  Culm  Basin),  which  provide  the
country  rock  for  the  diatreme  structure.  The  central  part  of
the  valley  is  filled  with  Quaternary  colluvial  and  alluvial
sediments  with  underlying  lacustrine  clays  and  colluvium.
Although the shape of the valley might suggest the presence
of the maar, geological mapping fails to detect any evidence
of  the  volcanic  structure.  No  outcrop  or  piece  of  volcanic
rock has been found at the site. The Lomnice maar as well as
the  other  buried  volcanic  structures  in  the  vicinity  of  the
town  of  Bruntál  (e.q.  Tylov  structure)  were  identified  only
by  airborne  magnetic  surveys  (Gruntorád  &  Lhotská  1973;
Šalanský 2004).

During the 1970s, three shallow boreholes were drilled by

geologists of the Czech Geological Survey in the area of air-
borne  magnetic  structure  at  Lomnice  (drill  holes  Lomnice
MV-1 – depth 94.5 m, Lomnice MV-2 – depth 86.2 m and
Lomnice-Tylov  B-1  –  depth  52 m).  According  to  the  field
description of cores (Fig. 3) by J. Dvořák & M. Růžička (un-
published reports), the rock record between  ~ 11 and  ~ 83 m
depth  consists  of  an  alternation  of  light  green  or  grey  silt-
stones  with  emerald  green  clays,  in  places  with  small  char-
coals,  vivianite  coatings  (Lomnice  MV-1  –  43.7 m),  a  big
piece  of  wood  (70.2 m)  and  possibly  volcanoclastic  admix-
ture (89.20 m). The clays and silts are typically finely lami-
nated, with individual laminae 2 to 3 mm thick. That is why
they can be interpreted as deposits of a maar lake. Unfortu-
nately, no rock samples are retained, as all samples were lost
during the moving of the Czech Geological Survey in 1993.
The location of the collars is also unclear. The approximate
position of the B-1 drill hole is shown in Růžička’s detailed
but unpublished geological map. The coordinates of the other
two holes are unknown.

Fig. 3.  Lithological  log  of  the  historic  drill  holes  B1  and  MV1
(modified from Dvořák & Růžička, unpublished data).

Methodology

The combination of several geophysical methods was ap-

plied in the survey of the Lomnice maar structure.

The ground magnetic survey was carried out using the ce-

sium  magnetometer  SM-5  NAVMAG  (Scintrex,  Canada).
The instrument enables a continuous measuring of total mag-
netic  field  and  records  data  with  frequency  of  two  points
per second. The position is measured by built-in GPS antenna
with a precision of about 5 meters. The accuracy of position
was  checked  by  hand-held  GPS  Trimble  Juno  ST.  Fifteen

background image

474

ŠEŠULKA, SEDLÁKOVÁ, BÁBEK and PŘICHYSTAL

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

profiles  were  measured,  each  0.5 km  long,  running  in
NE-SW direction. Based on this data we have interpolated a
contour map of magnetic anomalies, which covers an area of
0.73 km

2

.

The  gravimetric  survey  was  done  along  2.8 km  long

NNE-SSW  profile,  with  100 m  station  spacing.  The  profile
crosses the center of the Bouguer gravity anomaly found for-
merly by Váca & Šutor (1968) during the older areal gravity
survey of 4.4 points per sq km (the distance between points
of this older measurement was  ~ 500 m, accuracy 0.04 mGal,
reduction density 2.67 g.cm

—3

). For the new gravimetric sur-

vey we used a SODIN 410 (Sodin W Gravity Ltd, Canada).
Terrain  elevations  were  gauged  by  levelling  and  the  posi-
tions of points were checked up with a hand-held GPS. The
accuracy of the gravity measurements was 0.02 mGal.

Preliminary  shape  and  depth  assessment  of  the  extent  of

the  diatreme  body  was  done  in  PotentQ  software,  the  final
modelling was carried out using the GM-SYS (Oasis Montaj,
Canada). The parameters of the magnetic field (total intensity
48982 nT, declination 3.67°, inclination 66°) were taken from
the  World  Magnetic  Model  2010  Calculator  of  the  British
Geological  Survey  (http://www.geomag.bgs.ac.uk/data_ser-
vice/models_compass/wmm_calc.html).

Due to lack of geological information from the historic drill

holes,  three  general  bodies  were  considered  in  the  model:
country  rock  (Lower  Carboniferous  greywacke),  maar  filling
(lacustrine  sediments)  and  volcanic  rocks  of  the  diatreme  in
the deeper part of the modelled structure. The Quaternary de-
posits in the uppermost part of the maar are inconsequential.
The magnetic susceptibility of basalts from surface samples at
other North Moravian localities is 15—40

×10

—3

 SI (Foltýnová

2003) and depends on the weathering state of the rock (Mülle-
rová  &  Müller  1972).  For  the  model  purposes  we  have  used
the value 33

×10

—3

 SI for the basalt breccia. The susceptibility

of greywacke (0.15

×10

—3

) was measured by hand-held kap-

pameter  KT-6  (Satisgeo,  Czech  republic).  The  susceptibility
of the lacustrine sediments (mostly clays) usually tends to zero
(Schulz et al. 2005; Mrlina et al. 2009). Remanent magnetiza-
tion was not considered in the magnetic data processing.

The  density  of  the  surrounding  upper  Paleozoic  rocks  is

2.71 g.cm

—3

  (Čejchanová  1981).  For  maar  sedimentary  fill-

ing  (sheet  washes  of  greywackes  and  Plio-Pleistocene  sedi-
ments)  we  used  a  density  of  ~ 2 g.cm

—3

.  Volcanic  breccias

and relicts of basalt volcanism are expected to have the high-
est  density  with  up  to  3 g.cm

—3

.  The  input  parameters  of

magnetic susceptibility and density are shown in Table 1.

Two electrical resistivity tomography (ERT) sections were

made  using  the  ARES  automatic  geoelectrical  system  (GF
Instruments, Czech Republic) with the Wenner-Schlumberger
array and 5 m electrode spacing. The first section with a total
length  of  890 m,  running  in  a  NE-SW  direction  across  the
diatreme  was  measured  using  the  roll-along  method  of  a
32-electrode (155 m) array. Based on the results from the first
survey, another section overlapping the first one, with a total
length  of  1155 m  was  gauged  in  a  NE-SW  direction  using
the roll-along method of 104 electrodes (515 m) in a single
array. In order to reduce total measurement time with multiple
(eight) repetitions of the roll-along method, we used the Wen-
ner-Schlumberger  array.  Although  it  is  not  the  best  method

for imaging of vertical structures, we chose it as a relatively
rapid and simple compromise, which is suitable for imaging
of layered structure of the maar-diatreme sedimentary fill.

Two 2D inverse models of resistivity were generated from

the  measured  apparent  resistivity  data  using  least-square  in-
version method by RES2DINV software (Geotomo Software,
Malaysia). The first section (Fig. 6 – top) encompassed 2172
data  points  in  15  data  levels.  The  inverse  model  has  1522
blocks in 9 layers with the maximum pseudodepth of 31.3 m
below the surface. The block uncertainty of the inverse model
ranges from <1 % (near surface) to ~10 % (maximum depth)
of the model resistivity values. The root mean square (RMS)
error of model iteration 5 is 1.8 %, which indicates high-quality
data.  The  second  section  (Fig. 6  –  bottom)  was  measured
along the same line but it was extended further to the NW and
SE in order to detect the wall and the deeper structure of the
diatreme.  The  inverse  model  has  8,360  blocks  in  20  layers
with  the  maximum  pseudodepth  67.4 m  below  the  surface.
However, probably due to large variations in surface resistivi-
ties the iteration process became relatively unstable after three
iterations, with the resulting large RMS error of 23.7 %. Low-
quality  data  as  indicated  by  low  sensitivities  of  the  model
blocks are distributed especially in the lower half of the sec-
tion between 50 and 500 m along the section (Fig. 6). In order
to enhance the vertical structure of the diatreme walls, we ap-
plied three different weights (1, 1.5 and 2) of vertical-to-hori-
zontal flatness filter in the RES2DINV software. However, the
inversion  models  were  almost  identical  for  any  of  the  three
values. The inversion model on Fig. 6 was generated with the
vertical-to-horizontal flatness filter weight of 1.0.

Results

New  magnetic  and  gravity  measurement  detected  a  deep

funnel-shaped  structure,  which  is  interpreted  as  a  maar-dia-
treme. Joint gravity and magnetic modelling of the structure
was done along a 2.8 km long gravity profile. There is an ob-
vious  ~ 250 m  shift  between  the  tops  of  the  main  positive
magnetic  anomaly  and  negative  gravity  anomaly  (Fig. 4).
Most likely it reflects the different distribution of sources of
the  magnetic  and  gravity  anomalies.  The  maar  filling  base
should not be at the same level. In the NW part the thickness
of the filling may be larger, and this would cause the gravity
minimum.  At  the  place  of  the  magnetic  maximum,  the  sur-
face of the diatreme filling seems to be shallower.

The magnetic survey revealed a ring structure with a posi-

tive  magnetic  anomaly  > 100 nT  (local  peaks  even  up  to

Rock

 

Magnetic  

susceptibility (SI)

 

Density (g.cm

–3

)

 

Lower Carboniferous 
greywacke

 

0.15 

× 10–3

 

2.71

 

Lacustrine sediments

 

    0 

× 10–3

 

             2

 

Basalt, basalt breccia

 

  33 

× 10–3

 

             2.8

 

 

Table 1: Input values of magnetic susceptibility and density for the
geophysical  model.  Fig. 5  –  Gravity  model  of  the  maar-diatreme
structure.

background image

475

BURIED LATE CENOZOIC MAAR-DIATREME (NORTHERN MORAVIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

190 nT). The vertical magnetic model on Fig. 5 shows a more
than 500 m deep funnel-shaped structure, which is interpreted
as a maar-diatreme. The maar is filled with lacustrine clay and
colluvial sediments and in the lower part of the maar-diatreme
structure,  we  assume  a  highly  magnetic  body,  probably  a
lava  intrusion  (whole  diatreme  is  a  volcanic  vent).  The  top
surface of the highly magnetic rock (basalt breccia, basalt) is
at the depth of more than 200 m.

The Bouguer anomaly of the Lomnice maar structure shows

a  value  of    —4.7 mGal.  The  regional  trend  of  0.19 mGal/km
was subtracted from the Bouguer gravity along the profile and
residual  gravity  values  represented  input  into  the  modelling
process.  Furthermore,  with  the  horizontal  dimension  of  the
maar structure of about 600 m in diameter (according to mag-
netic survey), it was necessary to restrict the gravity model in
the  vertical  direction.  Thereby  the  2.5D  model  was  created.
The outcome of the gravity modelling is a maar structure more

Fig. 4. Gravity (from Váca & Šutor 1968) and magnetic anomalies with location of gravity and ERT profile.

than 500 m in diameter and with a depth of 400 m. The SSW
side dips gently, while the northeast slope is steeper (Fig. 4).

According  to  magnetic  and  gravity  data,  colluvial  sedi-

ments  and  sheet  washes  of  Lower  Carboniferous  rocks  are
present in the uppermost part of the maar structure. Beneath
them  Plio-Pleistocene  lacustrine  sediments  and  volcanic
breccias  with  relicts  of  the  basalt  volcanism  are  expected.
This is consistent with results of ERT measurement.

Two zones of high resistivity values ( ~ 200 to a maximum

of 14,003 

Ω.m) are visible at both margins of the two inverse

model  sections  (0  to  ~ 70 m;  ~ 980  to  1155 m  distance  on
surface). They are interpreted as country rock comprising the
Lower  Carboniferous  succession  of  greywackes  alternating
with  siltstones.  The  boundaries  of  these  high-resistivity
zones are sharp and delineate a concave, bowl-shaped body
of  low  resistivity  values  ( < 20  to  ~ 130 

Ω.m) located in be-

tween,  and  interpreted  as  the  diatreme  fill.  The  resistivity

background image

476

ŠEŠULKA, SEDLÁKOVÁ, BÁBEK and PŘICHYSTAL

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

Fig. 6. Two overlapping ERT sections showing inverse models of resistivity and their interpretation. Note the prominent low-resistivity zone
interpreted  as  lacustrine  mudstones  between  ~ 200  and  ~ 500 m  distance  along  the  profile  as  well  as  the  maar-diatreme  walls  at  ~ 70  and
~

980 m.

Fig. 5. Gravity and magnetic profile across the maar-diatreme structure near Lomnice.

background image

477

BURIED LATE CENOZOIC MAAR-DIATREME (NORTHERN MORAVIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

boundaries  interpreted  as  the  maar-diatreme  walls  are  dip-
ping  steeply  in  the  NW  but  much  more  gently  in  the  SE,
which  very  well  correlates  with  the  magnetic  and  gravity
survey  data  (Figs. 4,  5,  6).  The  zone  of  very  low  resistivity
values ( < 20 to  ~ 50 

Ω.m), confined to the central part of the

maar body (Fig. 6, top part), may represent the maar lake fill
(presumably  mudstones).  This  low  resistivity  zone  reaches
up to the surface between  ~ 200 and  ~ 500 m distance, giving
some  thickness  constraints  to  the  lacustrine  sediments  (be-
tween  ~ 20  and  ~ 45 m).  However,  the  lower  limit  of  this
zone is uncertain due to the low block sensitivity of the in-
verse model (see above). The low-resistivity zone is in places
overlain by near-surface zones of medium resistivity values
( ~ 80  to  ~ 160,  rarely  up  to  ~ 400 

Ω.m),  which  thicken  to-

wards the walls of the diatreme. Their shape and resistivity
ranges may indicate the presence of colluvial sediments de-
posited at the margins of the former maar (Fig. 6).

Discussion

The coherence of magnetic and gravity anomalies indicates

a volcanic origin of the structure. The magnitude of  the Lom-
nice gravity and magnetic anomalies are comparable to some
of  the  West  Bohemia  and  Western  Saxony  maar-diatreme
structures (Mrlina et al. 2009; Matthes et al. 2010). Magnetic
and gravity surveys proved to be suitable methods for detec-
tion  of  maars  elsewhere  (Macnae  1995;  Schulz  et  al.  2005;
Lindner  et  al.  2006;  Cassidy  et  al.  2007).  The  filling  of  the
maar near the Lomnice village (based on the geophysical sur-
vey  and  historic  drill  holes  in  the  western  part  of  the  maar
structure)  is  also  very  similar  to  other  known  maars  of  the
CEVP. The upper part (lacustrine clays and colluvium) corre-
sponds to the D lithozone of maar crater sediments (laminated
silt  and  clay,  sandy  and  gravel  layers)  described  in  the  Eifel
area by Pirrung et al. (2003). The lower parts are comparable
to  the  C  (pyroclasts  and  wallrock  fragments),  B  (debris  of
wallrocks and pyroclasts) and A (diatreme breccia) lithozones.
However no tephra ring is present at the Lomnice locality.

According  to  a  study  of  lacustrine  tuffites  of  the  Razová

pyroclastic  complex  (altitude  530 m a.s.l.),  very  significant
changes  of  hydrological  regime  in  the  area  occurred  in  the
late  Pliocene  to  early  Pleistocene  (Barth  &  Zapletal  1978).
Lava  flows  from  the  Velký  Roudný  volcano  dammed  the
paleo-Moravice River valley, while the water level rose to at
least  550 m a.s.l.  creating  a  large  lake.  A  part  of  the  lake
very probably extended up to the maar area (present-day alti-
tude  ~ 570 m a.s.l. – Fig. 1). This might have caused a sub-

Table 2: Summary of K-Ar dating at the Velký Roudný volcano.

stantial bedrock water saturation followed by phreatic erup-
tion and birth of the Lomnice maar structure. The initiation
of  the  eruption,  which  created  the  maar-diatreme  structure,
can  thereby  be  related  to  the  activity  of  the  nearby-located
Velký Roudný volcano. Several effusive phases were docu-
mented  based  on  radiometric  dating  (Table 2),  with  at  least
two main episodes (Cajz et al. 2012).

The  assumed  Plio-Pleistocene  age  of  the  Lomnice  maar

contrasts with similar maar structures of the Eger Rift (West
Bohemia)  or  the  Guttau  Volcano  Group  (Upper  Lusatia),
which  are  of  the  Oligocene-Miocene  age  (Suhr  et  al.  2006;
Skácelová et al. 2010). On the other hand, the Ar-Ar age of
the Mýtina maar in the Cheb Basin (western part of the Eger
Rift) is only 288 ± 17 ka (Mrlina et al. 2009).

Conclusion

The combination of detailed magnetic and gravity survey

with  electrical  resistivity  tomography  (ERT)  proved  to  be
very  suitable  to  describe  the  shape  and  origin  of  the  previ-
ously detected geophysical anomaly near the village of Lom-
nice. The combination of magnetic and gravity anomalies as
well  as  topographical  data  points  to  the  presence  of  a  ring
structure of volcanic origin, which can be explained best as a
maar-diatreme  structure.  The  detailed  geophysical  survey
data and their inversion modelling enabled the definition of
the lateral distribution and vertical structure of the diatreme.

The  maar-diatreme  structure  is  funnel-shape  and  about

600 m in diameter near the surface. It extends to a depth of at
least 500 m below the present-day surface and it is filled pre-
dominantly with lacustrine clays and colluvium. This filling
causes the negative gravity anomaly. On the basis of a posi-
tive magnetic anomaly, the presence of volcanic rock in the
lower part of the diatreme is assumed.

According to other volcanic centers in the surroundings of

the town of Bruntál, the Lomnice maar-diatreme is assumed
to be of Plio-Pleistocene age (3.4 to 1.5 Ma). The formation
of the structure could be related to the water regime variations
caused by effusive activity of the Velký Roudný volcano.

The Lomnice structure is the first maar-diatreme ever de-

scribed in the Moravian-Silesian part of the CEVP.

Acknowledgments:  This  research  was  supported  by  the
Czech Science Foundation GAČR Project P210/12/0573 and
by the institutional research plan MSM0021622427 provided
by the Ministry of Education, Youth and Sport of the Czech
Republic.

Locality

 

Age

 

Source

 

Velký Roudný — Bílčice quarry

 

3.31 ± 0.24 Ma

 

Pécskay et al. (2009)

 

Velký Roudný — Bílčice (nepheline basanite lava)

 

  2.4 ± 0.12 Ma

 

Ulrych et al. (2013)

 

Bílčice — Leskovec (Velký Roudný lava flow)

 

3.4 ± 0.9 Ma

 

Šibrava & Havlíček (1980)

 

Chřibský les lava flow (nephelinite basanite)

 

              1.46 ± 0.15 Ma (USGS)

 

Chřibský les lava flow (nephelinite basanite)

 

       2.2 ± 0.9 Ma (TI)

 

Chřibský les lava flow (alkaline olivine basalt)

 

            1.28 ± 0.4 Ma (USGS)

 

Chřibský les lava flow (alkaline olivine basalt)

 

       1.6 ± 0.6 Ma (TI)

 

 

background image

478

ŠEŠULKA, SEDLÁKOVÁ, BÁBEK and PŘICHYSTAL

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

References

Babuška V. & Plomerová J. 2008: Control of paths of Quaternary

volcanic products in Western Bohemia Massif by rejuvenated
variscan triple junction of ancient microplates. Stud. Geophys.
Geod.
 52, 607—629.

Barth V. 1977: Basaltic volcanoes of the central part of the Nízký

Jeseník Mts. Čas. Mineral. Geol. 22, 3, 279—291 (in Czech).

Barth  V.  &  Zapletal  J.  1978:  Geology  of  the  Razová  Pyroclastic

Complex in the Nízký Jeseník Mts. Sbor. Geol. Věd, Geol. 32,
97—122 (in Czech).

Birkenmajer  K.,  Pécskay  Z.,  Grabowski  J.,  Lorenc  M.W.  &

Zagożdżon P.P. 2002a: Radiometric dating of the Tertiary vol-
canics in Lower Silesia, Poland. II. K-Ar ages and palaeomag-
netic data from Neogene basanites near Lądek Zdrój, Sudetes
Mts. Ann. Soc. Geol. Pol. 72, 3, 241—253.

Birkenmajer  K.,  Pécskay  Z.,  Grabowski  J.,  Lorenc  M.W.  &

Zagożdżon P.P. 2002b: Radiometric dating of the Tertiary vol-
canics in Lower Silesia, Poland. III. K-Ar ages and palaeomag-
netic data from Late Oligocene to Early Miocene basaltic rocks
near  Jawor,  Fore-Sudetic  Block.  Ann.  Soc.  Geol.  Pol.  72,  3,
241—253.

Birkenmajer  K.,  Pécskay  Z.,  Grabowski  J.,  Lorenc  M.W.  &

Zagożdżon P.P. 2004: Radiometric dating of the Tertiary vol-
canics in Lower Silesia, Poland. IV. Further K-Ar and palaeo-
magnetic data from Late Oligocene to Early Miocene basaltic
rocks of the Fore-Sudetic Block. Ann. Soc. Geol. Pol. 74, 1—19.

Birkenmajer  K.,  Pécskay  Z.,  Grabowski  J.,  Lorenc  M.W.  &

Zagożdżon P.P. 2007: Radiometric dating of the Tertiary vol-
canics in Lower Silesia, Poland. V. K-Ar and palaeomagnetic
data  from  Late  Oligocene  to  Early  Miocene  basaltic  rocks  of
the North-Sudetic Depresion. Ann. Soc. Geol. Pol. 77, 1—16.

Buday T., Ďurica D., Opletal M. & Šebesta J. 1995: Significance of

the Bělá and Klepáčov fault system and its continuation to the
Carpathians. Uhlí—Rudy—Geol. Průzkum 9, 275—282 (in Czech).

Cajz  V.,  Schnabl  P.,  Pécskay  Z.,  Skácelová  Z.,  Venhodová  D.,

Šlechta S. & Čížková K. 2012: Chronological implications of
the paleomagnetic record of the Late Cenozoic volcanic activity
along  the  Moravia-Silesia  border  (NE  Bohemian  Massif).
Geol. Carpathica 63, 5, 423—435.

Cassidy J., France S.J. & Locke C.A. 2007: Gravity and magnetic

investigation of maar volcanoes, Auckland volcanic field, New
Zealand. J. Volcanol. Geotherm. Res. 159, 1—3, 153—163.

Čejchanová B., Hanák J. & Ondra P. 1981: Density data from the

Bohemian Massif on the territory of ČSR. Part 2. Czech Geol.
Surv.-Geofond,
 Praha, 1—323 (in Czech).

Fediuk F. & Fediuková E. 1985: Postmesozoic alkaline volcanics of

northern  Moravia.  Acta  Univ.  Carol.,  Geol.  4,  355—382  (in
Czech).

Foltýnová  R.  2003:  Geochemical-petrographical  characteristics  of

neovolcanics  of  northern  Moravia  and  Silesia.  MSc.  Thesis,
Fac. Sci
., Masaryk University, Brno, 1—87 (in Czech).

Gruntorád  J.  &  Lhotská  Z.  1973:  A  geophysical  investigation  of

neovolcanites. Sbor. Geofyz. Výzk. Jeseníků, Praha, 56—74 (in
Czech).

Grygar  R.  &  Jelínek  J.  2003:  The  Upper  Morava  and  Nysa  pull-

apart grabens – the evidence of neotectonic dextral transten-
sion  on  the  Sudetic  Fault  System.  Acta  Montana,  Ser.  A  24,
131, 51—59.

Klvaňa  J.  1893:  Beiträge  zur  Petrographie  der  mährisch-schlesis-

chen Basalte. Vhngn. d. Naturf. Vereines in Brünn 32, 3—17.

Kopecký L. 1964: Neovolcanites of the Bohemian Massif. In: Svo-

boda  J.  (Ed.):  Regional  geology  of  ČSSR.  I-2,  3.  Academia,
Praha, 365—408 (in Czech).

Kopecký  L.  1978:  Neoidic  taphrogenic  evolution  and  young  alka-

line volcanism of the Bohemian Massif. Sbor. Geol. Věd, Geol.
31, 91—124.

Lindner H., Gabriel G., Götze H.-J., Kaeppler R. & Suhr P. 2006:

Geophysical and geological investigation of maar structures in
Upper Lusatia region (East Saxony). Z. Dtsch. Gesell. Geowiss.
157, 355—372.

Lustrino M. & Wilson M. 2007: The circum-Mediterranean anoro-

genic Cenozoic igneous province. Earth Sci. Rev. 81, 1—65.

Macnae  J.  1995:  Applications  of  geophysics  for  the  detection  and

exploration of kimberlites and lamproites. J. Geochem. Explor.
53, 1—3, 231—243.

Makowsky A. 1882: Die erloschene Vulkane Nord-Mährens und ös-

terreich. Schlesiens. Vhngn. d. Naturf. Vereines in Brünn 21, 1,
69—97.

Marek F. 1973: Palaeomagnetism of the inner Sudeten series of vol-

canoes of the basalt formation of the Nízký Jeseník Mts. Sbor.
Geol. Věd, Užitá Geofyz.
 11, 31—66.

Matthes H., Kroner C., Jahr T. & Kämpf H. 2010: Geophysical mod-

eling  of  the  Ebersbrunn  diatreme,  western  Saxony,  Germany.
Near Surface Geophysics 8, 4, 311—319.

Mrlina J., Kämpf H., Kroner C., Mingram J., Stebich M., Brauer A.,

Geissler  W.H.,  Kallmeyer  J.,  Matthes  H.  &  Seidl  M.  2009:
Discovery of the first Quaternary maar in the Bohemian Mas-
sif, Central Europe, based on combined geophysical and geo-
logical surveys. J. Volcanol. Geotherm. Res. 182, 97—112.

Müllerová J. & Müller K. 1972: Demonstration of the existence of

two  lava  flows  in  the  Velký  Roudný  at  Slezská  Harta.  Sbor.
Věd. Prac. VŠB
 18, 97—100 (in Czech).

Pacák O. 1928: Basalts of the Jeseníky Mountains and adjacent re-

gion. Věst. Král. Čes. Spol. Nauk. Tř. II., 1—172.

Pécskay Z., Přichystal A., Tomek Č. & Zapletal J. 2009: New radio-

metric  data  of  volcanics  from  northern  Moravia  and  Silesia.
Moravskoslezské paleozoikum 2009, 15—16 (in Czech).

Pirrung  M.,  Fischer  C.,  Büchel  G.,  Lutz  H.  &  Neuffer  F.O.  2003:

Lithofacies succession of maar crater deposits in the Eifel area
(Germany). Terra Nova 15, 2, 125—132.

Schreiber U. & Rotsch S. 1998: Cenozoic block rotation according to

a conjugate shear system in central Europe – indications from
palaeomagnetic measurement. Tectonophysics 299, 111—142.

Schulz R., Buness H., Gabriel G., Pucher R., Rolf C., Wiederhold

H. & Wonik T. 2005: Detailed investigation of preserved maar
structures  by  combined  geophysical  surveys.  Bull.  Volcanol.
68, 95—106.

Skácelová  Z.,  Rapprich  V.,  Valenta  J.,  Hartvich  F.,  Šrámek  J.,

Radoň M., Gaždová R., Nováková L., Kolínský P. & Pécskay
Z.  2010:  Geophysical  research  on  structure  of  partly  eroded
maar  volcanoes:  Miocene  Hnojnice  and  Oligocene  Rychnov
volcanoes (northern Czech Republic). J. Geosci. 55, 333—345.

Suhr P., Goth K., Lorenz V. & Suhr S. 2006: Long lasting subsidence

and  deformation  in  and  above  maar-diatreme  volcanoes  –  a
never ending story. Z. Dtsch. Gesell. Geowiss. 157, 3, 491—511.

Šalanský  K.  2004:  Geophysics  of  the  neovolcanites  in  the  Czech

Republic. Czech Geol. Surv., Spec. Pap., Praha 17, 1—174 (in
Czech).

Šalanský K. & Gnojek I. 2002: Geomagnetic anomalies in the Czech

Republic.  Czech  Geol.  Surv.,  Spec.  Pap.,  Praha  14,  1—141
(in Czech).

Šešulka V., Drápalová R., Přichystal A. & Všianský D. 2012: New

knowledge about a neovolcanic rock at Pohoř near Odry (dis-
trict Nový Jičín). Geol. Výzk. na Moravě a ve Slezsku 19, 1—2,
48—52 (in Czech).

Šibrava  V.  &  Havlíček  P.  1980:  Radiometric  age  of  Plio-Pleis-

tocene volcanic rocks of the Bohemian Massif. Věst. Ústř. Úst.
Geol.
 55, 3, 129—139.

Šmejkal  V.  1980:  The  significance  of  isotopic  geochemistry  for

solving  of  stratigraphic,  paleogeographic  and  minerogenetic

background image

479

BURIED LATE CENOZOIC MAAR-DIATREME (NORTHERN MORAVIA)

G

G

G

G

GEOL

EOL

EOL

EOL

EOLOGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPA

OGICA CARPATHICA

THICA

THICA

THICA

THICA, 2014, 65, 6, 471—479

problems.  [Význam  izotopické  geochemie  pro  řešení  stratigra-
fických,  paleogeografických  a  minerogenetických  problémů.]
In: Bouška V., Jakeš J., Paceš T. & Pokorný J. (Eds.): Geochem-
istry. Academia, Praha, 423—438 (in Czech).

Špaček  P.,  Zacherle  P.,  Sýkorová  Z.,  Švancara  J.  &  Pazdírková  J.

2009: Present-day microseismicity of the eastern Sudetic Fault
System and Plio-Quaternary development of the Upper Morava
Basin. In: GeoDresden 2009: Geology of the Bohemian Mas-
sif. Schr. Dtsch. Gessel. Geowiss. 3, 175.

Ulrych J., Pivec E., Lang M., Balogh K. & Kropáček V. 1999: Ceno-

zoic  intraplate  volcanic  rock  series  of  the  Bohemia  Massif:  a
review. Geolines 9, 123—129.

Ulrych J., Dostal J., Adamovič J., Jelínek E., Špaček P., Hegner E.

& Balogh K. 2011: Recurrent Cenozoic volcanic activity in the
Bohemian Massif (Czech Republic). Lithos 123, 133—144.

Ulrych J., Ackerman L., Balogh K., Hegner E., Jelínek E., Pécskay

Z.,  Přichystal  A.,  Upton  B.G.J.,  Zimák  J.  &  Foltýnová  R.
2013:  Plio-Pleistocene  basanitic  and  melilititic  series  of  the
Bohemian Massif: K-Ar ages, major/trace element and Sr-Nd
isotopic data. Chemie der Erde, Geochem. 73, 4, 429—450.

Váca F. & Šutor A. 1968: Report on detail gravity research in the

Bruntál-Vrbno pod Pradědem area. Final report for year 1967.
Inst. App. Geophys., Brno, 1—26 (in Czech).

Wedepohl  H.K.  &  Baumann  A.  1999:  Central  European  Cenozoic

plume  volcanism  with  OIB  characteristics  and  indications  of
lower mantle source. Contr. Mineral. Petrology 136, 225—239.

Wilson M. & Downes H. 2006: Tertiary-Quaternary intraplate mag-

matism  in  Europe  and  its  relationship  to  mantle  dynamics.  In:
Gee D.G. & Stephenson R. (Eds.): European lithosphere dynam-
ics. Geol. Soc. London, Mem., 32, Geol. Soc. London,   147—166.