QUATERNARY TECTONICS AND SEDIMENTATION IN NORTH-EASTERN HUNGARY

ANN. REP. OF THE GEOLOGICAL INSTITUTE OF HUNGARY, 1994 1995/II: 69 73 (2000) QUATERNARY TECTONICS AND SEDIMENTATION IN NORTH-EASTERN HUNGARY by SÁNDOR JASKÓ Geological Institute of Hungary H 1143 Budapest, Stefánia út 14. Manuscript received in 1993. Keywords: Quaternary, Pliocene, tectonics, lineaments, fault zones, fluviatile sedimentation, denudation, stratigraphic gap, middle-pleistocene denudation, north-eastern Hungary UDC: 551.43+551.782.2(234.373.5)556.537+551.43(234.373.5) The Quaternary sedimentary sequence of north-eastern Hungary is split into two parts by an unconformity. The upper part is undisturbed. The lower part is cut into pieces by faults. Considerable erosion took place on the top of horsts, and conversely, more of the lower sequence is preserved at the bottom of rifts. The more important Quaternary faults developed from small scale reactivation of the lineaments of the basement. Introduction The river plains of the Bodrog, Tisza and Szamos in NE Hungary are covered entirely by Quaternary deposits. Because of this early geological studies concerned only the surface formations. Boreholes penetrating to deeper formations were drilled only in recent times. A critical analysis of the results of these boreholes has led to the understanding of the deeper Pleistocene and Upper Pliocene deposits. Facies pattern and stratigraphic classification The lithostratigraphic charts of the Stratigraphic Commission of Hungary give only a summary heading for the Quaternary series of our area. The reporting of new results needs a more detailed subdivision given in Table 1. Bükkalja Lignite Formation is not found at the foot of the Tokaj Range but several boreholes found it on the opposite margin of the basin. Across the border, in the Ukraine, the formation is present with an economic lignite occurrence at Velikaya Begany, a village near Berehove (SYABRYAY et al. 1969). Nagyalföld Variegated Clay has an average thickness 200 to 300 m and it is found all over the study area with a uniform facies. The boundary of the variegated clay and the lignite series is not sharp. Following the deposition of the Nagyalföld Variegated Clay the palaeogeographic conditions suffered an abrupt change. The ancient rivers of the surrounding hills started to deposit gravel upon reaching the plain. This is the Tiszapalkonya Gravel Member. Between the gravel and pebbly sand layers constituting the lowermost Quaternary there are intercalations of clay and silt. The lowermost gravel bed reaches far into the centre of the basin. This forms the basal gravel of the start of the sequence. Higher in the sequence the gravel beds are only covering the margins of the basin and should be considered the marginal facies. Erdõtelek Member. A finer grained sequence of beds (clay and sand) is covering the gravel described above. To some extent both formations are heteropic facies of each other. Where the Tiszapalkonya Gravel is thin the Erdõtelek Member becomes thicker by the gradual disappearance of gravel beds. Middle-Pleistocene denudation has removed much of the upper part of these beds at some places. Thus the Lower and the Upper Pleistocene deposits are separated by an significant unconformity. The Sajóvölgy Gravel Member and the Mátészalka Member (clay and sand) are again heteropic facies corresponding to each other. An increase of the thickness of one of them is matched by a corresponding decrease of the other. Fig. 1 illustrates the distribution of the gravel members listed above. The sketch map shows 4 areas of different development: 1. Around the Bodrog river only the Sajóvölgy Gravel is present. 2. In the area of Mátészalka and Nyírbátor we see the Tiszapalkonya Gravel Member only. 3. Both gravel members are found in the region of Záhony, Vásárosnamény and Tisztaberek.

70 S. JASKÓ Table 1 1. táblázat Upper Pliocene and Quaternary formations of the north-eastern Great Hungarian Plain Az Alföld északkeleti részének felsõ-pliocén és negyedidõszaki képzõdményei Age Földtani kor Holocene and Upper Pleistocene holocén és felsõ-pleisztocén Lower Pleistocene and uppermost Pliocene alsó-pleisztocén és legfelsõ-pliocén Pliocene pliocén Formations, facies and members Formációk, fáciesek és tagozatok Nyírbátor Sand Fm. (aeolian) Nyírbátori Futóhomok Formáció (szárazföldi) Nyékládháza Gravel Fm. Nyékládházi Kavics Formáció (?) Mátészalka Clay and Sand Member Sajóvölgy Gravel Member (lacustrine and fluviatile) (terrestrial and fluvial) Mátészalkai Tagozat Sajóvölgyi Kavics Tagozat (tavi és folyóártéri agyag és homok) (szárazföldi és folyami) Mid-Pleistocene unconformity közép-pleisztocén diszkordancia Tisztaberek Gravel Formation. (?): Tisztabereki Kavics Formáció (?): Erdõtelek Clay and Sand Member (lacustrine and fluviatile) Erdõtelki Tagozat (tavi és folyóártéri agyag és homok) unconformity diszkordancia Nagyalföld Variegated Clay Formation (terrestrial) Nagyalföldi Tarkaagyag Formáció (szárazföldi) Bükkalja Lignite Formation (oscillating: brackish, freshwater, marsh) Bükkaljai Lignit Formáció (oszcillációs: csökkentsósvízi, édesvízi, mocsári) Tiszapalkonya Gravel Member (terrestrial and fluvial) Tiszapalkonyai Kavics Tagozat (szárazföldi és folyami) Fig. 1. Cross sections of the Quaternary of the north-eastern Great Hungarian Plain 1. Nyírbátor Wind-BlownSand Formation, 2. Upper Pleistocene and Holocene: Mátészalka Member (clay and sand), 3. Upper Pleistocene Sajóvölgy Gravel Member, 4. Lower Pleistocene Erdõtelek Member (clay and sand), 5. Lower Pleistocene Tiszapalkonya Gravel Member, 6. Upper Pliocene Nagyalföld Variegated Clay Formation, 7. Miocene volcanics; I. Bodrog Line, II. Kraszna Line, III. Szamos Line 1. ábra. Vázlatos szelvények az Alföld északkeleti részének negyedidõszaki rétegeirõl 1. Nyírbátori Futóhomok Formáció, 2. Felsõ-pleisztocén és holocén (Mátészalkai Tagozat, agyag és homok), 3. Felsõ-pleisztocén (Sajóvölgyi Kavics Tagozat), 4. Alsó-pleisztocén (Erdõtelki Tagozat, agyag és homok), 5. Alsó-pleisztocén (Tiszapalkonyai Kavics Tagozat), 6. Felsõ-pliocén (Nagyalföldi Tarkaagyag Formáció), 7. Miocén eruptív összlet; I. Bodrog-vonal, II. Kraszna-vonal, III. Szamos-vonal

Quaternary tectonics and sedimentation in north-eastern Hungary 71 4. Near Nyíregyháza the Quaternary consists entirely of fine-grained deposits with the complete absence of gravel and pebbly sand. The Nyírbátor Sand which forms the uppermost part of the sequence is a product of aeolian transportation. Its distribution and occasional thickening is independent of structural movements. Sections of Fig. 2 show the vertical and horizontal relations between the above Quaternary members. Fig. 2. Sketch map of the north-eastern Great Hungarian Plain showing the distribution of Quaternary gravel deposits 1. Upper Pleistocene to Holocene gravel of the Sajóvölgy Gravel Member, 2. Lower Pleistocene gravel of the Tiszapalkonya Gravel Member, 3. Upper Pleistocene gravel over Lower Pleistocene gravel, 4. Quaternary sequence without gravel, 5. Miocene volcanics on the surface, 6. Lines of cross sections; I. Bodrog Line, II. Kraszna Line, III. Szamos Line 2. ábra. Térképvázlat az Alföld északkeleti részérõl: a negyedidõszaki kavicsos üledékek elterjedése 1. Felsõ-pleisztocén holocén kavicsos üledék: Sajóvölgyi Kavics Tagozat, 2. Alsó-pleisztocén kavicsos üledék: Tiszapalkonyai Kavics Tagozat, 3. A felsõ-pleisztocén kavicsos üledék az alsó-pleisztocén kavicsos üledék fedõjében, 4. Kavicsos üledék nélküli negyedidõszaki rétegsor, 5. Miocén eruptívum a felszínen, 6. Földtani szelvényvonal; I. Bodrog-vonal, II. Kraszna-vonal, III. Szamos-vonal Structural conditions Sections constructed on the basis of borehole data outline three major zones of dislocation. Each is named after a river having a more or less parallel course to the zone: so we have the Bodrog Line, the Kraszna Line and the Szamos Line (see Fig. 1). North of the Bodrog Line the Lower Pleistocene is everywhere eroded; so the Upper Pleistocene is de-posited directly on the Pliocene and Miocene formations. This marginal fault is part of the system of faults which has sunk the volcanic rocks of the central range (JASKÓ 1986). The Pliocene movements in this area were of a much larger scale than those of the boundary of the Lower and Upper Pleistocene. The Kraszna Line is similar in becoming inactive at the end of the Early Pleistocene. Evidence for this is the undisturbed bedding of the Upper Pleistocene formations. In contrast, Lower Pleistocene beds are developed differently on both sides of the fault (see Fig. 3). Earlier studies attributed this difference to syn-sedimentary vertical movements (SÜMEGHY 1954, p. 406). Another possible explanation is that the formations of different development came into contact by later horizontal movements at the end of the Lower Pleistocene. North of the Szamos Line remnants of Miocene volcanism are emerging from the plain. Geological literature refers to a deep structural lineament here. Here is the termination of the main south-west to north-east striking faults of the basement of the Pannonian Basin. Over the Szamos Line the direction of the Carpathian ranges is perpendicular to the above; the strike is north-east to southwest (CECH 1988, p. 199, RUMPLER, HORVÁTH 1988, p. 168, BALLA 1988, p. 199). At some places along the Szamos line there were small scale movements even in the Upper Pleistocene. Borehole data point to movements

72 S. JASKÓ Fig. 3. Cross section through Nyírmeggyes, Mátészalka and Nagyszekeres 1. Aeolian sand, 2. Clay, 3. Sand, 4. Gravel and pebbly sand, 5. Variegated clay; H1 base of Upper Pleistocene, H2 base of Lower Pleistocene 3. ábra. Földtani szelvény Nyírmeggyes, Mátészalka és Nagyszekeres vonalában 1. Futóhomok, 2. Agyag, 3. Homok, 4. Kavics és kavicsos homok, 5. Tarkaagyag; H1 a felsõ-pleisztocén alsó határa, H2 az alsó-pleisztocén alsó határa other than simple reverse faults as the Quaternary sediments were deformed into steeply inclined folds (FERENCZI and SCHRÉTER in FERENCZI 1937, Fig. IV, Section II.) In conclusion we can assume generally that the Quaternary dislocations everywhere in this area are generated by small scale reactivation of the structural lines of the basement. References BALLA, Z. 1990: Magyarország nagyszerkezetének eredetérõl (Abstract: On the origin of the structural pattern of Hungary). Földt. Közl. 118 [1988] (3): 195 206. CECH, FR. 1988: Dynamics of the Neogene Carpathian Basins in Relation to Deep Structure. Západné Karpaty. Sér. geol. 12: 1 293. FERENCZI, I. 1937: A Csonkaszatmár és Csonkabereg megyében végzett földtani kutatómunka eredményei (Extended abstract: Resultate der in den Komitaten Szatmár und Bereg durchgeführten geologischen Forschung). Földt. Int. Évi Jel. 1929 1932: 301 328. JASKÓ, S. 1986: A Mátra, a Bükk és a Tokaji-hegység neotektonikája (Abstract: Neotectonics of the Mátra, Bükk and Tokaj Mountains). Földt. Közl. 116 (2): 147 159. MRB (Magyar Rétegtani Bizottság Hungarian Stratigraphical Committee): Magyarország kõzetrétegtani formációi. (The lithostratigraphical formations of Hungary.) RUMPLER, J., HORVÁTH, F. 1988: Some representative seismic reflection lines from the Pannonian Basin. in LEYGH ROYDEN, L. HORVÁTH F. (eds.): The Pannonian Basin. AAPG Memoir. 45: 153 170. SÜMEGHY, J. 1954: Újabb földtani adatok a Tiszántúl északi részérõl (Abstract: Nouvelles contributions à la géologie de la partie septentionale du Tiszántúl [Territoire au-delà de la Tisza]). Földt. Int. Évi Jel. 1953 II.: 405 415. SYABRYAY, V. T. et al. 1969: Material composition and spore content of the coal-bearing formations of the Ukrainian SSR etc.; in Russian. Kiev.

Quaternary tectonics and sedimentation in north-eastern Hungary 73 NEGYEDIDÕSZAKI TEKTONIKA ÉS ÜLEDÉKKÉPZÕDÉS MAGYARORSZÁG ÉSZAKKELETI RÉSZÉBEN JASKÓ SÁNDOR Magyar Állami Földtani Intézet, 1143 Budapest, Stefánia út 14. Tárgyszavak: Kvarter, pliocén, tektonika, lineamentum, törési zóna, folyóvízi üledékképzõdés, denudáció, üledékhézag, Északkelet-Magyarország ETO: 551.43+551.782.2(234.373.5) 556.537+551.43(234.373.5) Az Alföld északkeleti részének negyedidõszaki üledékeit az 1. (rétegtani) táblázat mutatja be. Az 1. ábrán lévõ vázlatos szelvények ezeknek a tagozatoknak vertikális és horizontális irányban egymáshoz való csatlakozását szemléltetik. Itt az üledéksort két részre bontja egy diszkordanciafelület. A felsõ rész kevés kivételtõl eltekintve zavartalan helyzetû. Az alsó részt törések darabolták szét. Ezt követõen a sasbérceken több, az árkokban pedig kevesebb kõzetanyagot pusztított le az intra-pleisztocén denudáció. Így a felsõ-pleisztocén üledékek egy már lepusztított felületû síkságra települtek rá. A fúrások adataiból megszerkesztett szelvényrajzokon három jelentõs diszlokációs zóna ismerhetõ fel. Ezeket a velük nagyjából egy irányba futó folyókról nevezték el: Bodrog-vonal, Kraszna-vonal, Szamos-vonal (2. ábra). A Bodrog-vonal a Tokaji-hegység eruptív kõzettömegét a mélybe süllyesztõ törésövezethez tartozik. A Kraszna-vonal két oldalán egymástól különbözõ kifejlõdésû alsó-pleisztocén rétegsorokat mutattak ki a fúrások (3. ábra). A Szamos-vonal mentén egy mélyszerkezeti lineamentum húzódik. Itt érnek véget a Pannon-medence aljzatának DNy ÉK csapású fõtörésvonalai. A Szamos-vonal túlsó oldalán már erre merõleges irányban, vagyis Ény DK csapással húzódik a Kárpátok vonulata. Feltételezhetõ, hogy a negyedidõszaki diszlokáció másutt is az idõsebb hegymozgások kisméretû újraéledéseként keletkezett a kora- és a késõ-pleisztocén között.