книги / Zu den Beziehungen von Tektonik, Sylvinitbildung und Basaltintrusion im Werra-Kaligebiet (DDR)

CC^-Gehalt dargestellt. Während im Obergangsbereich Carnallitit/Sylvinit die höchsten Gasgehalte zu verzeichnen sind, ist hier Magnesit chemisch und kristalloptisch nicht mehr nachweisbar. Das Magnesitmaximum liegt ver­ mutlich vor dem Basalt mit schätzungsweise 10% und nimmt von hier sowohl zur Sylvinitausbildung als auch zum Basalt selbst mehr oder .minder konti­ nuierlich ab.

Die Genese des Magnesits ist schwierig zu erklären. Die Möglichkeit der Reaktion von Mg C ^ des Carnallitits mit CO2 in ionarer Lösung scheidet aus, da die Kohlensäure nur eine schwache Säure bildet, so daß die ent­ stehende Salzsäure den Magnesit sofort wieder zersetzt, wobei CO2 frei­ gesetzt wird.

Nach freundlicher persönlicher Mitteilung von Herrn Prof. Dr. SEROWY, Berlin, kommt für die Bildung des Magnesits nur eine thermische Aufspal­ tung des MgCl2 in Frage. Dabei entstehen als Zwischenstufe basische Ma­ gnesiumchloride (Oxichloride - Mg2OCl2 ) wechselnder Zusammensetzung, die röntgenographisch nachgewiesen werden konnten.

Diese Deutungsmöglichkeit steht zunächst im Widerspruch zu den geologi­ schen Gegebenheiten, da zwar eine Aufheizung der Lagerstätte durch die Basaltintrusion gesichert ist, aber Trümmercarnallitit von Intrusivmaterial durchsetzt wird, ohne daß größere Umbildungserscheinungen zu be­ obachten sind. Andererseits tritt Magnesit in Störungszonen auf, in denen nachweislich bereits präbasaltisch einzustufende hydrometamorphe Umbil­ dungserscheinungen in den Kalilagern stattgefunden haben. In Analogie­ schlüssen zu den Umwandlungssylviniten lag Carnallitit in den hydrometamorphen Umbildungsprofilen vor der Basaltintrusion in Restgehalten von maximal 5t vor, einer quantitativ unbedeutenden Menge.

Die Genese des Magnesits ist in der Form denkbar, daß die präbasaltisch entstandenen Umbildungserscheinungen in ihrer horizontalen Ausdehnung so gering waren, daß der Wärmeinhalt des Intrusivmaterials ausreichte, um den hydrometamorph unveränderten Carnallitit thermisch zu zersetzen. So­ mit ist das heutige Magnesitmaximum an den ehemaligen Carnallitit gebun­ den, wobei die fallenden Gehalte durch die abnehmende Carnallititaufspaltung bedingt sind. Andererseits läßt das Fehlen von Magnesit in den Störungszonen entweder auf Temperaturen schließen, die unter der thermi­ schen Zersetzung des Carnallitits lagen, oder aber die präbasaltisch ein­ zustufenden hydrometamorphen Umbildungen waren so umfangreich, daß der Trümmercarnallitit durch den abnehmenden Wärmestrom nicht mehr zersetzt werden konnte.

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Querschnitt, wobei das durchschnittliche Volumen der Poren einer spezifi­ schen Ausbildung des Kalilagers zugeordnet werden kann. Im Obergangsbe­ reich Carnallitit/Sylvinit treten die größten Poren auf, deren Durchmes­ ser mit weiterer Annäherung an die Zufuhrspalten abnehmen. Vermutlich ist diese Größenzunahme auf die reduzierte Lösefähigkeit der salinaren Lö­ sung gegenüber Carnallitit zurückzuführen, so daß eine "Sammelkristallisation" der einzelnen Gasporen stattgefunden hat.

3.5.1. Isotopengeochemische Untersuchungen

In die Untersuchungen wurden freies Kohlendioxid aus dem Präsalinar der Bohrung Oechsen und der Schachtanlage Menzengraben, mineralgebundene Gase einiger Sylvinite, die C09-haltigen Wässer des Bades Liebenstein sowie auf Grund des genetischenL Zusammenhanges zwischen CO2 und "Magnesit" 1 1J

diese Karbonate einbezogen.

Das CO2 der gasführenden Wasserproben wurde durch Erwärmen, das Gas der Salzgesteine durch Aufmahlen gewonnen und als BaCO^ ausgefällt, da sie enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe eine Verfälschung der C-Isotopen- werte bewirken.

Das Bariumkarbonat bzw. der "Magnesit" werden nach dem bei RÖSLER /67/ zitierten Verfahren von Mc CREA mit Phosphorsäure zersetzt und an dem

entstehenden C09 die Isotopenverhältnisse bestimmt. Die Meßgenauigkeit

Die <f^®0- und tf^C-Werte werden als Promilleabweichungen vom Chikagoer

Belemniten Standard (PDB) angegeben.

Nach Literaturangaben (u. a. CRAIG /15/) zeichnet sich COj-Gas magmati­

lendioxid zum CO2 der betreffenden Probe infolge fehlerhafter Probenahme bzw. um Aufnahme von atmosphärischem C0£ beim Aufstieg der Wässer des Kurbades Liebenstein.

^Entsprechend dem hohen Fe-Gehalt (HARTWIG /33/) sind die im Salinar auftretenden "Magnesite" als Mesitinspäte anzusprechen (s. a. 3.4.).

"Magnesite" als Einschlüsse im Intrusivmaterial stellen sowohl echte Neubildungen als auch eine Reihe von Obergängen zu völlig unveränder­ ten karbonatischen Einschlüssen dar.

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Eine geringfügige, aber erkennbare Differenzierung im Kohlenstoffisoto-

penverhältnis ist bei der Gegenüberstellung freier und mineralgebundener

Kohlensäure zu bemerken. Das mineralgebundene Gas liegt mit (f^C-Werten

von - 6,7 %» bis - 7,9 I# in einem engen Streubereich, wobei sich eine

ableiten läßt. Es ist denkbar, daß es beim COj zu ähnlichen Vorgängen

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kommt, wie sie COLOMBO (zit. nach STAHL /74/) für die Diffusion von Kohlenwasserstoffen durch Tone nachweisen konnte.

Besonders bei freier Kohlensäure, weniger bei mineralgebundenem Gas, kann eine Isotopenaustauschfraktionierung im Sinne von CRAIG /15/, HULSTON & Mc CABE /39/ zwischen C02 und CH4 oder anderen Kohlenwasser­ stoffen stattfinden, deren Effekt mit sinkendem C02-Gehalt des Gases zunimmt. Diese Möglichkeit scheidet jedoch, zumindest für die unter­

suchte freie Kohlensäure des Werra-Gebietes * aus, da der t^-Gehalt

mindestens 98t und der Gehalt an Kohlenwasserstoffen in den untersuch­ ten Proben weniger als 0,5t beträgt.

Eine teufenabhängige Schwerefraktionierung der Isotopenverhältnisse wurde nach den Untersuchungen von STAHL /74/ beim CH^ bekannt. Für C02 können ähnliche Erscheinungen hier noch nicht festgestellt werden:

zwischenliegenden "Magnesite" stellen sowohl echte Magnesite aus Salz­ gesteinen der Umbildungszonen als auch Neubildungen aus dem Kontaktbe­ reich Basalt/Salinar und aus Kluftfüllungen wie auch Material des Unter­ grundes unterschiedlicher thermischer Beanspruchung in Form von Ein­ schlüssen im Intrusivmaterial dar. Sie zeigen im Gegensatz zu den C-Iso- topenwerten einen relativ schmalen (F1 8 0-Streubereich. Dieses große Spek­ trum beim Kohlenstoff könnte dadurch bedingt sein, daß mehrere C02 -Quel- len zur Verfügung standen. In Frage kommt magmatisches C02 sowie CG2 aus der Reaktion mit Zechsteinkalk und eventuell auch mit Karbonaten aus dem Devon infolge thermischer Zersetzung bei der Intrusion der Basalte. Schließlich könnte durch regional stärkere Beimengungen von Kohlenwasser stoffen eine weitere Verschiebung des 12 C/13C-Isotopengleichgewichtes hervorgerufen werden.

Nach der ausgewerteten Literatur konnten im Rahmen dieser Arbeit erst­ malig in einem Lagerstättenbezirk freies C02, thermisch teilweise zer­

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Das COj in den Kalilagern des Werra-Reviers kann danach aus dem Magma stammen, durch thermische Spaltung von Karbonaten aus dem Liegenden ent­ stehen bzw. Anteile aus liegenden bituminösen Schichten enthalten, so daß auch eine Mischung aus diesen drei Quellen möglich ist, wobei lokal (be­

des tektonisch differenzierten Baues der Störungszonen (2.1.) und der schwankenden Lösungszusammensetzung sind die hydrometamorphen Umbildungs­ erscheinungen und die Gasgehalte sowohl innerhalb einer Umbildungszone als auch im Vergleich derselben untereinander sehr unterschiedlich.

An Kreuzungspunkten von Störungssystemen unterschiedlicher Richtung ist, wie unter 2.1. erwähnt, ferner eine Auflockerung des Gebirges zu ver­ zeichnen, wobei im Werra-Kaligebiet hierzu die Vergitterung der N - S streichenden Störungszonen mit der von Roßdorf-Urnshausen charakteri­ stisch in Erscheinung tritt. Auch die großen Gas-Salz-Ausfcrüche in diesem Bereich bestätigen dies. In beiden Fällen konzentriert sich das C02 auf relativ schmale Zonen (den Obergangsbereich Carnallitit/Sylvinit aber auch innerhalb der Sylvinit-Ausbildung), die zwar meist parallel mit der Lage der Störungszonen übereinstimmen, aber durchaus nicht immer an diese gebunden sein müssen. Zwischen den einzelnen Störungszonen selbst ist die Lagerstätte frei von C02-

Die großen Gas-Salz-Ausbrüche, die sich beim Auffahren des Obergangsbe­ reiches Carnallitit/Sylvinit ereignen, sind nicht allein auf die Ände­ rung des mechanischen Verhaltens von Carnallitit und Sylvinit bei norma­ len Gasgehalten (ECKART u. a. /17/) zurückzuführen. Eine wesentliche Ur­ sache ist der Gasgehalt im Obergangsbereich. Infolge der hohen Mobilität gegenüber dem dichteren Medium salinare Lösung wird das C02 stets an der Peripherie der Lösungsfront sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung angereichert. Sättel in den Kalilagern begünstigen die Akkumu­ lation. Voraussetzung für diesen Vorgang war aber das Vorhandensein eines dichten Daches, um ein Abwandern der MgCl2-reichen Umbildungslösungen zu­ sammen mit dem C02 zu verhindern. Da aber trotz der zugeführten NaClMengen infolge Wegfuhr des leichtlöslichen MgCl2 eine negative Stoffbi­ lanz bei der Hydrometamorphose (s.. 3.1. - Bild 15) herrscht, kommt es zu einer Volumenreduzierung und damit zum Nachbrechen des Hangenden, so daß die Restlösungen zusammen mit C02 auf schichtparallelen Hohlräumen im hangenden Werra-Steinsalz der Kalilager auskristallisierten. Diese Kri-

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A/~ — A/~A

Horizontalprofil bei unterschiedlicher Ausbildung des Kaliflözes "Thürin­ gen" - Kaliwerk "Ernst Thälmann", Merkers

oben: Schnittgebundenes Auftreten von CO2 im hydrometamorph unveränderten

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stallsalzlagen sind eine zusätzliche Möglichkeit der C07-Anreicherung und stellen, da sie im Hangenden unregelmäßig verteilt Vorkommen, eine zusätzliche Gefahr für das Hochbrechen eines Ausbruches dar. Das Ergeb­ nis ist ein blockförmiges Nachbrechen des Hangenden bei Gas-Salz-Aus- brüchen, das nicht allein auf die Wirkung der Schwerkraft zurückzuführen ist, sondern vom Gasgehalt im Hangenden entscheidend beeinflußt wird. Die bekannte Kohlendioxidführung von glasigem Carnallitit, insbesondere in den Carnallititkuppen der Schachtanlage Menzengraben (MÜLLER /59/) wurde ebenfalls durch das Abwandern der Restlösungen bedingt.

Einleitend wurde erwähnt, daß C02 in der Regel an aszendente Lösungen gebunden ist. Daneben sind Beispiele bekannt, daß C02 ohne Lösungsphase

aufgestiegen ist (3.2.1.), so daß Kohlensäure die bei der tektonischen

Beanspruchung der Lagerstätte aufreißenden Spalten und Klüfte passiv aus­ füllt. Diese Fälle sind makroskopisch an fehlenden Sekundärparagenesen

an Schnitten im Trümmercarnallitit erkennbar. Chemisch ist diese lösungs­

geschlossen, so daß das Gas an die Störungszone (Kluft, Schnitt) direkt oder deren unmittelbare Umgebung gebunden ist.

3.5.3. Zur Gasverteilung in den Kaliflözen

Die Untersuchungen ergaben, daß im lösungsmetamorph unveränderten Trüm­ mercarnallitit das Gas nur auf den unmittelbaren Bereich der Schnitte konzentriert ist. Bild 33 (oben) zeigt, daß kein zusammenhängend gasimprägnierter Bereich auftritt.

Für hydrometamorphe Umbildungsprofile ist generell festzustellen, daß im Übergangsbereich Carnallitit/Sylvinit die höchsten Gasgehalte auftreten (Bild 33, unten). Die zum Carnallitit hin rasch abnehmenden Ge­ halte erklären sich dadurch, daß die an MgCl2 gesättigte Lösung zwar keine Auflösung, wohl aber eine Infiltration des Carnallitits (specki­

ger Glanz) hervorruft. Dieser geringfügigen Durchtränkung geht ebenfalls ein Gaseinbau parallel. In der reinen Sylvinitausbildung gehen die Ge­ halte zurück und erreichen lediglich ein geringeres Maximum an den Zu­ fuhrspalten. Dabei ist festzustellen, daß die C02-Zufuhr sowohl auf Spalten, die durch Intrusivmaterial ausgefüllt wurden, als auch an Schnitten stattfand. Häufig stimmen Förderspalte für C02 und Intrusiv­ material nicht überein (Bild 34).

Eine spezielle geologische Situation ist in Bild 35 dargestellt. Im oberen Profil liegen die C02-Gehalte im Kainitit um Null, da dieser als •Produkt der hydrometamorphen Umwandlung auch durch aszendente C021haltige Lösungen im Werra-Revier überraschenderweise stets arm oder frei an

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