книги / Ergebnisse ingenieurgeologis Kluftuntersuchungen im Salinar fur Abdichtungsinjektionen von Zuflussen im Kalibergbau der DDR
..pdf-anhand der Ausbildung des normalen und des Klippenanhydrits sowie des normalen und des klippennahen Leinesteinsalzes eine früh-epigenetische, zechsteinzeitliche Herausbildung der Klippen angenommen werden muG,
-diagenetische Prozesse im Hauptanhydrit und synsedimentäre und lösungsmetamorphe Vorgänge an der Klippenbildung maßgeblich beteiligt waren (Gips-Anhydrit-Umwandlung),
-halokinetische Erscheinungen bei der Entstehung der Klippen nicht ur sächlich beteiligt waren, sondern nur modifizierend auf das vorhandene A3-Relief eingewirkt haben,
-und aufgrund einer Reihe von Umbildungsvorgängen im klippennahen Leine steinsalz auf intensive Bewegungsvorgänge in der Umgebung der Klippen und in den Klippen selbst während der Ablagerung des Leinesteinsalzes geschlossen werden muß.
Der Klippenanhydrit weicht auch petrographisch stark von der normalen Hauptanhydritausbildung ab; er ist oft stark salzhaltig (bis etwa 30 %
Halitanteil /21/).
In den subherzynen Sattellagerstätten wird der Unterschied zwischen der Klüftung im normalen Hauptanhydrit und in den Klippen besonders deutlich. Der ausgeprägten erzgebirgischen Hauptklüftung im normal ausgebildeten
A3 des Subherzyns (Bild 2 c und 4 a) steht ein weniger geregeltes, vor zugsweise herzynisch streichendes Kluftinventar in den Klippen gegenüber (Bild 4b). In den Klippen treten i.a. mehrere Nebenkluftscharen auf (BEHR /19/, HEMMANN /21/ u.v.a.).
Die mittleren Einfallwinkel der Klippenklüfte betragen 65° bis 75°. Die Klüfte fallen damit um etwa 3° flacher ein als normale A3-Klüfte. Das kann offenbar auf die geringere Kompetenz des Klippenmaterials infolge des Salzgehaltes zurückgeführt werden.
In den subherzynen Klippen treten deutlich geringere Kluftdichten (0,9 Klüfte je Meter) und AusbiGlängen (0,84 m) als im normalen Hauptanhydrit auf. Im weiteren Vergleich zur normalen Hauptanhydritausbildung sind in den A3-Klippen mehr Klüfte geschlossen (67,4 %), aber auch mehr geöffnet (18,B X).
Weitere Anhydritklippen wurden im Ohmgebirgstyp und auf der Scholle von Calvörde untersucht. In ihnen sind ebenfalls deutliche Abweichungen bei allen Kluftparametern von der normalen A3-Klüftung vorhanden. Gesicherte Aussagen sind jedoch durch fehlende Repräsentanz der AufschluGdaten und den starken EinfluO der lokaleh Tektonik nicht möglich. Dennoch liefern die Raumlagediagramme interessante Hinweise zur Kluftgenese in den Klip pen (Bild 4 c und 4 d).
Die Anhydritklippe im Ohmgebirgstyp (Bild 4 c) besitzt vor allem eggische und rheinische Klüfte, die - ebenso wie die Klüftung im normalen Haupt-
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engen Zusammenhang zwischen Vertaubungen des Kaliflözes Ronnenberg (K3Ro/PLnp) und den Anhydritklippen, also ähnlich geartete Umbildungs vorgänge, wie sie HEMMANN /21/ für das Subherzyn beschrieben hat.
Faßt man die bisher bekannten Fakten zusammen, so erscheinen folgende Schlußfolgerungen logisch:
1.Die zechsteinzeitliche Klippenbildung wurde offenbar durch postume variszische Bewegungen aus dem präsalinaren Untergrund ausgelöst.
2.Die Anhydritklippen bildeten mit ihrer Klüftung vorzugsweise die variszische und ältere Großtektonik (s. Abschnitt 7.) ab und verhiel ten sich infolge Bettung im plastisch reagierenden Leinesteinsalz gegenüber der saxonischen Tektogenese vorwiegend passiv.
Dagegen wurde der normalmächtige, plattenförmige Hauptanhydrit wesent lich saxonisch überprägt, was sich in seinem Kluftinventar deutlich widerspiegelt. Demnach müßte die Klüftung in den Klippen und die stark untergeordneten Nebenkluftscharen im normalen Hauptanhydrit älter, al so nicht alttertiär-jungmesozoisch (subherzyne Phase) sein (s. Ab schnitt 7.).
5.1.2.4.Zusammenfassung und Schlußfolgerungen für Abdichtungs injektionen
Der Hauptanhydrit besitzt in seiner Normalausbildung eine charakteristische Klüftung, die sich in Abhängigkeit von der Großtektonik in ihren Haupt richtungen regional unterscheidet. Er wurde als wichtigster anhydritischer Wasserund Salzlösungsleiter besonders intensiv untersucht. Bild 5 ver anschaulicht schematisch die wichtigsten Untersuchungsergebnisse.
Die Notwendigkeit getrennter Kluftmodelle für normalen und Klippenanhy drit wird geotechnisch begründet, da aus dem unterschiedlichen Trenn flächeninventar anders geartete Abdichtungsstrategien erforderlich sind.
In den Anhydritklippen überwiegt variszischer oder älterer Einfluß, wäh rend der normale Hauptanhydrit stark saxonisch geprägt ist. Gemeinsam mit dem rezenten Kräfteplan (vgl. Abschnitt 7.4.) sind die Kluftscharen un terschiedlich hydrologisch 2 u bewerten. SCHWANDT /9, 26/ berichtet bei spielsweise von Laugentropfstellen, die in einer Anhydritklippe an her zynische Klüfte gebunden waren.
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5.1.3.Sangerhäuser Anhydrit
Der Vollständigkeit halber sollen einige wesentliche Untersuchungsergeb nisse zur Klüftung im Sangerhäuser Anhydrit vorgestellt werden. Als San gerhäuser Anhydrit wird der zumeist stark bis vollständig vergipste sulfatische Rückstand einer postsaxonischen Auslaugung zwischen Grauem Salzton und Basalanhydrit bezeichnet (LANGBEIN & SEIDEL /27, 2B/).
Kennzeichnend für den Sangerhäuser Anhydrit ist höchste Sulfatreinheit; nach SEIDEL /29/ und HOPPE & SEIDEL /I1/ betragen die Verunreinigungen maximal 5 X, meist jedoch nur 1 bis 2 %.
Es stehen 1476 Kluftdaten aus zwei größeren Aufschlüssen am Ausbiß des Südharzes, darunter 4B1 Werte aus oberflächennahen, alten Kammerbauen, zur Verfügung.
Die Aufstellung eines Kluftmodells für den Sangerhäuser Anhydrit ist sehr schwierig. Extreme Meßwerte, z.B. fast umlaufendes Streichen und äußerst hohe Kluftdichten in allen vier Scharen von meist mehr als 2 Klüften je Meter unterstreichen dessen Sonderstellung. Nur in herzynischer und erzgebirgischer Richtung treten deutliche Maxima auf. Etwa 3/4 aller Klüfte fallen steiler als 70° ein.
Mehr als 70 % aller Kluftabstände sind geringer als 50 cm, und Kluftab stände größer als 4 m wurden bei den Feldaufnahmen nicht angetroffen. Damit verbunden sind sehr kurze Kluftausbißlängen. Der Mittelwert beträgt 90 cm; 78,8 X der Kluftausbißlängen sind kleiner als 1 m. Nur 19 Klüfte (= 1,3 X) streichen länger als 5 m aus.
Verheilte Klüfte sind äußerst selten (14 Klüfte = 0,95 X). Es scheint, daß im Sangerhäuser Anhydrit sowohl das Kluftgefüge der liegenden Werra anhydritbis Basalanhydrit-Strukturen als auch des hangenden T3-A3- Komplexes vertreten sind und/oder eine diffuse Reaktion auf tektonische Beanspruchung erfolgte. Sicherlich sind vor der Auslaugung existierende Schwächeflächen erhalten geblieben; postsaxonische Auslaugung und mög liche jüngere Beanspruchungen können das Kluftbild ebenfalls beeinflußt haben. Da der Sangerhäuser Anhydrit im untertägigen Zechstein (Kaliberg bau!) ohne Bedeutung ist, lohnt ein tieferes Eindringen in die Proble matik im Rahmen dieser Arbeit nicht.
5.1.4.Basalanhydrit im Südharz-Kaligebiet
Für den DDR-Kalibergbau besitzt der Basalanhydrit (A2/PSfal) nur im westlichen Teil des Südharz-Kaligebietes (Ohmgebirgstyp) montanhydrololische Bedeutung.
ler Basalanhydrit ist ein meist gut geschichteter, kompakter, mit Tonagen und Steinsalzschmitzen durchsetzter Sulfathorizont. Er wird geleinsam mit dem.Staßfuristeinsalz als Liegendschutzschicht gegen das
salzlösungs-, ölund gasführende StaOfurtkarbonat im Südharz-Kaligebiet angesehen.
Oer Basalanhydrit ist für seine äuOerst weitständige, vorwiegend ge schlossene Klüftung bereits aus der Literatur bekannt und gilt als pri mär dicht (STOLLE /30/, ZÄNKER I V u.a.). STOLLE /30/ führt dies auf die petrographische Zusammensetzung des Basalanhydrits zurück.
Nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen muB man den Basalanhydrit als die mit Abstand am geringsten geklüftete Anhydritschicht des Zech steins ansehen. Im Basalanhydrit liegen die mittleren Kluftabstände zwischen 2 m und 5 m und nur in wenigen Bereichen bei 0,5 m. Alle Klüfte, gemessen in 600, 760 und 050 m Teufe, waren geschlossen; es wurden keine verheilten oder offenen Klüfte beobachtet. Außerdem weisen die wenigen Klüfte im Basalanhydrit nur geringe Ausbißlängen auf:
- Ohmgebirgstyp: 0,85 m im Mittel, B0 % der Klüfte sind kürzer als 1 m;
-Thüringer Becken i.w.S.: 0,47 bis 0,55 m, 92 % bzw. 100 % sind kürzer als 1 m:
-ZechsteinausbiQ (Steinbrüche): 0,84 m, 76,7 % kleiner als 1 m.
Die Raumstellung der Klüfte wurde durch variszisch und älter angelegte Grundgebirgsstrukturen wesentlich beeinflußt und unterliegt daher star ken lokalen Schwankungen. Neben der herzynischen Richtung (herzynische Leistenschollen im Thüringer Becken) haben vor allem rheinische (Mittel- meer-Mjüsen-Zone STILLES /16/) und eggische Klüfte Bedeutung.
Bild 6 zeigt zwei Raumlagediagramme aus dem Basalanhydrit. In einem Auf schluß im Thüringer Becken dominiert der rheinische Einfluß in Verlän gerung eines im Harzpaläozoikum aufgeschlossenen rheinischen Lineamentes (Bild 6 a); Bild 6 b veranschaulicht, daß durch komplizierte Lokaltekto nik (A2-Hochlage) der rheinische Einfluß selbst beim Ohmgebirgstyp völlig zugunsten der herzynischen Tektonik Thüringens unterdrückt werden kann.
Durchschnittliche Einfallwinkel liegen bei 70 bis 80°, die kleineren Wer te in A2-Hochlagen. Die Liegendgrenze des Basalanhydrits ist übrigens genauso wie die des Hauptanhydrits sehr scharf; die Hangendgrenze zeigt sich unscharf und wellig. Jedoch fehlen im Basalanhydrit größere Mächtig keitserhöhungen wie in den Hauptanhydritklippen.
4 FFH A 753 |
25 |
M N
Bild 6. Raumlagediagramme für ungestörten Basalanhydrit
a)Thüringer Becken i.w.S. (850 m Teufe, n = 104)
b)Ohmgebirgstyp (760 m, n = 30)
5.1.5.Merraanhydrite
Unterer (Alu/PWral) und Oberer Werraanhydrit (Alo/PWra2) besitzen nur im Werra-Kaligebiet gewisse montanhydrologische Bedeutung. Sie sind aber nur im Kupferschieferbergbau und am Ausbiß direkt aufgeschlossen.
Nach KÄSTNER /31/ weist vor allem der Untere Werraanhydrit eine recht weitständige Klüftung auf. 0a aus der Literatur kaum qualitative und keine quantitativen Aussagen zur Klüftung in den Werraanhydriten Vorla gen, wurden umfangreiche Untersuchungen am Ausbiß (Steinbrüche, Höhlen, Stollen; 3436 Meßwerte) und im Kupferschieferbergbau (etwa 400 Klüfte) durchgeführt.
5.1.5.1.Klüftung in den Werraanhydriten des Kupferschieferbergbaues
In der Kluftausbildung und -intensität unterscheiden sich der Untere und der Obere Werraanhydrit nur wenig. Es treten zumeist steil bis seiger einfallende herzynische, rheinische bis eggische und untergeordnet erzgebirgische Klüfte auf.
Mittlere Kluftabstände betragen 2 m bis 5 m, in Dichtklüftigkeitszonen 0,3 bis 0,8 m.
Der Untere Werraanhydrit bildet mit einer Vielzahl großer und kleinerer Störungen und Verwerfungen die Diskontinuitäten des Grundgebirges ab; im Alu sind Verwerfungen mit Sprunghöhen von 0,3 bis 20 m häufig. Daher scheinen die tektonischen Spannungen infolge der Grundgebirgsnähe vor zugsweise an Störungen abgebaut worden zu sein, woraus die weitständige
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Klüftung resultiert. Der Untere Werraanhydrit (und der Zechsteinkalk;
s. 5.2.2. und 7.3.1.) spiegelt im Vergleich zu anderen Anhydritschichten die komplizierte Tektonik des präsalinaren Grundgebirges am deutlichsten wider.
Für den Oberen Werraanhydrit sind größere Störungen und Verwerfungen untypisch, was offenbar auf seinen größeren Abstand zum präsalinaren Grund gebirge und auf die Pufferwirkung des Werrasteinsalzes, soweit vorhanden, zurückzuführen ist (siehe Abschnitt 7.3.2.).
Trotz der Vielzahl |
von Störungen |
im Unteren Werraanhydrit konnten |
weder |
im Alu noch im A!o |
offene Klüfte |
festgestellt werden (400 bis 765 |
m Teu |
fe). 3,7 % der Klüfte besaßen im Unteren Werraanhydrit durchschnittlich 4,8 mm Mineralisation, während im Oberen Werraanhydrit alle Klüfte ge schlossen (fß = 0) waren. Die Werraanhydrite besitzen ausgesprochen große Kluftausbißlängen (im Mittel 3,45 m).
5.1.5.2.Werraanhydrite am Ausbiß
Am Ausbiß (Höhlen und Schlotten) besitzt der Untere Werraanhydrit hohe Anteile an verheilten Klüften (32 % und 52 %). Im Oberen Werraanhydrit am Ausbiß liegt der Anteil an Verheilungen bei 2 bis 8 % (max. 15 X).
Die Raumstellung der Klüfte in den Werraanhydriten am Südharzrand und am Kyffhäuser wird noch stärker als untertage durch variszische und ältere Störungen beeinflußt. Vor allem in den Aufschlüssen des Oberen Werraan hydrits von der Staatsgrenze zur BRD bis in den Raum Questenberg lassen sich die Kluftstellungen direkt auf Störungen des Harzpaläozoikums zu rückführen.
Der Einfluß der rheinisch gerichteten Mittelmeer-Mjösen-Zone STILLES nimmt nach Osten hin und mit wachsendem Abstand vom Harz ab.
Die drei Hauptkluftscharen in Bild 7 a werden durch folgende Störungen beeinflußt:
-rheinisch gerichtetes Osterwieck-Brocken-Eichsfeld-Lineament,
-eggische Sülzhayner Störung /13/,
-herzynische Südharz-Monoklinale.
Bild 7 b gehört zu einem Aufschluß, in dem der Einfluß der Südharz-Mono klinale dominiert, da er genau in der Mitte zweier rheinischer Lineamente liegt.
Die relative Nähe zu erzgebirgischen Störungen im Ilfelder Rotliegendtrog stellt die erzgebirgische Kluftrichtung etwa gleichwertig neben flach herzynische Klüfte (Bild 7 c). Die Klüftung des in Bild 7 d dargestell ten Raumlagediagrammes bildet im Oberen Werraanhydrit folgende Störungen ab:
4+ |
27 |
N N
Bild 7. Raumlagediagramme für die Klüftung im Oberen Werraanhydrit ver schiedener Aufschlüsse am Südharzrand
a)Steinbruch und Stollen (n = 474)
b)Steinbruch (n = 566)
c)Stollen (n = 136)
d)Steinbruch (n = 521)
- rheinisches Ramberglineament,
- Südharz-Monoklinale und herzynische Störungen im Harz, - untergeordneter eggischer EinfluQ.
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Die Aufzählung derartiger Zusammenhänge zwischen der Klüftung im Unteren Zechstein und großen Störungen des Harzpaläozoikums ließe sich fort setzen. Im Abschnitt 7. soll auf derartige Beziehungen zusammenfassend eingegangen werden.
5.1.6.Vergleich der Klüftung anhydritischer Schichten
Die geringmächtigen Anhydritmittel der Leine-Folge sind sehr engständig geklüftet. Bei den mächtigen Anhydritschichten besitzt der Hauptanhydrit als bedeutendster sulfatischer Grundwasserleiter die mit Abstand eng ständigste Klüftung. Dies wird beim Hauptanhydrit oft durch große Kluft ausbißlängen unterstrichen, wie sie nur noch in den Werraanhydriten auftreten.
Äußerst interessant ist ein Vergleich der Kluftöffnungen (Tabelle 3). Da zu wurden alle ungestörten Aufschlüsse je Schicht zusammengenommen, um lokale Schwankungen unberücksichtigt zu lassen. Der Hauptanhydrit besitzt den mit Abstand größten Anteil an offenen Klüften; 12,4 % aller A3-Klüfte sind verheilt. Damit hat bereits der ungestörte Hauptanhydrit große mon tanhydrologische Bedeutung.
Tabelle 3. Anteile an geschlossenen, verheilten und offenen Klüften in Anhydritgesteinen (untertage)
Schicht |
fK |
= 0 |
verheilt |
offen |
n |
|
|
|
|
||
|
in |
% |
in % |
in % |
|
Anhydritmittel 1 bis 3 |
73,5 |
17,6 |
8, B |
6B0 |
|
Hauptanhydrit |
67,0 |
12,4 |
19,7 |
232B |
|
Basalanhydrit |
99,4 |
0,6 |
0,0 |
157 |
|
Werraanhydrite |
97,3 |
2,7 |
0,0 |
370 |
|
Weitere Anhydritschichten der Leine-Folge, nämlich die geringmächtigen Anhydritmittel, deuten ebenfalls auf mögliche Gasbzw. Salzlösungsfüh rung hin (Tabelle 3).
Sind offene Klüfte in den Anhydritschichten vorhanden, so besitzen sie mittlere üffnungsweiten von zumeist 0,5 bis 1,5 mm. Bei den verheilten Klüften beträgt die Mineralisation oft bis einige cm; große verheilte Einzelklüfte (“Spalten") können durchaus Verheilungen von einigen Oezimetern aufweisen (vorwiegend im Hauptanhydrit und in den Anhydritmitteln).
Abgesehen von einem Anteil an offenen Klüften von 60 bis 70 % und grö
ßeren Öffnungen am Ausbiß treffen die vorangegangenen Aussagen auch für Übertageverhältnisse zu.
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