книги / Ergebnisse ingenieurgeologis Kluftuntersuchungen im Salinar fur Abdichtungsinjektionen von Zuflussen im Kalibergbau der DDR

Oie Klüftung ist i.allg. sehr weitständig. Cal und Al haben im Gegensatz zu anderen kompetenten Salinarschichten aufgrund ihrer unmittelbaren Grundgebirgsnähe vorzugsweise mit Störungen und Verwerfungen auf tekto­ nische Beanspruchungen reagiert, woraus sich ein eigenständiger Typ für ingenieurgeologische Abdichtungsmodelle im Salinar ergibt.

7.3.2.Oberer Werraanhydrit, StaBfurtkarbonat und Basalanhydrit

Besonders im Westteil des Südharz-Kaligebietes (vor allem Ohmgebirgstyp) besitzt das Werrasteinsalz nur geringe Mächtigkeiten bzw. fehlt ganz (SEIDEL /44/). Hier bilden die kompetenten Salinarschichten von Zechstein­ kalk bis Basalanhydrit ein im wesentlichen einheitliches Teilstockwerk. Die Klüfte folgen generell der präzechsteinzeitlichen Tektonik oder Paläogeographie. Im Gegensatz zum Zechsteinkalk und Unteren Werraanhydrit konnten im Oberen Werraanhydrit, StaBfurtkarbonat und Basalanhydrit keine Störungen oder Verwerfungen beobachtet werden. Die Klüftung im Ca2 ist engständiger als im Cal; Oberer Werraanhydrit ist stärker geklüftet als Unterer Werraanhydrit.

In Gebieten mit großer Mächtigkeit des Werrasteinsalzes (und dessen pla­ stischer Reaktion) bilden Oberer Werraanhydrit, StaBfurtkarbonat und Ba­ salanhydrit ein eigenständiges Schichtenpaket. Der GrundgebirgseinfluO ist wesentlich geringer, da das Werrasteinsalz postume Bewegungen aus dem Unterbau und Wiederbelebungen variszischer und älterer Störungen während verschiedener tektonischer Phasen zumindest teilweise abgepuffert hat. Das äußert sich in der Klüftung dadurch, daß nur die markantesten variszischen und älteren Richtungen auftreten. Die herzynische Richtung tritt

stärker in Erscheinung, und eggische sowie erzgebirgische Einflüsse werden geringer.

7.3.3.Staßfurtsteinsalz und -kaliflöz

Nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen folgt das Kluftinventar aller Salinarschichten im Liegenden des Staßfurtsteinsalzes den variszischen oder älteren tektonischen bzw. paläogeographischen Richtungen und zeigt keine deutliche Beeinflussung durch den saxonischen Bauplan.

Sind Kalisalze in Ausnahmefällen klüftig, so folgen die Klüfte in ihren Raumstellungen vorzugsweise präexistenten, lineamentären tektonischen Störungen (siehe 5.3.). Die wichtigsten alten, saxonisch wiederbelebten Störungen sind in Abschnitt 7.2. genannt worden.

Im allgemeinen haben aber das Steinsalz und die Kalisalze vollständig plastisch reagiert; sie spiegeln mit ihren komplizierten Faltenstrukturen sowohl Richtungen aus dem Unterbau als auch in starkem Maße die Richtun­

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gen der jungmesozoisch-alttertiären Tektogenese und jüngerer tektonischer Phasen wider. Es muß nochmals unterstrichen werden, daß die Salze nur in Ausnahmefällen geklüftet sind (siehe 5.3.).

7.3.4.Hauptanhydrit

Wie in Abschnitt 5.1.2.1. dargestellt wurde, besitzt der Hauptanhydrit in allen fünf ausgegliederten Aufschlußtypen ein charakteristisches Trennflächeninventar, das in den jeweiligen Kluftstellungen einerseits saxonisch belebten, alten tektonischen Linien folgt und andererseits un­

mittelbar aus dem saxonischen Bauplan des postsalinaren Deckgebirges ent­ standen ist. Der Einfluß der alten präsalinaren Störungen wird mit zuneh­ mendem horizontalem und vertikalem Abstand von ihnen geringer.

Je stärker die Aktivierung solcher "Uranlagen" im Sinne STILLES /I6 / ge­ wesen ist, desto markanter zeigt sich eine dazu richtungskonforme Haupt­ anhydritklüftung (und der übrigen klüftigen Salinarschichten).

Einen weiteren wesentlichen Einfluß hat die Mächtigkeit des Zechsteinsalinars auf die Klüftung im A3 ausgeübt. Dadurch unterscheidet sich die Klüftung im Hauptanhydrit der Kaliwerke des Ohmgebirgstyps mit außeror­ dentlicher Geringmächtigkeit des Unteren und Mittleren Zechsteins bei­ spielsweise von der des Subherzyns. Der Hauptanhydrit in den salinartektonisch entstandenen subherzynen Sattelstrukturen besitzt ein typisch

saxonisch (subherzyne Phase) entstandenes Kluftinventar mit der bekann-

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ten erzgebirgischen Hauptklüftung (vgl. 5.1.2., besonders Bilder 2 c und 4 a). Das Staßfurtsteinsalz ist im Subherzynen Becken meist 300 bis 500 m mächtig. Daher war ein Durchpausen subsalinarer Linien bis in die LeineFolge kaum möglich.

Je mächtiger die Salinarfolge ausgebildet worden ist, desto schwächer haben sich variszische und ältere tektonische Linien oberhalb des Staß­ furtsteinsalzes nachzeichnen lassen. Oie Mächtigkeit des Staßfurtsteinsalzes besitzt für die A3-Klüftung die gleiche Bedeutung wie die des Werrasteinsalzes für das Stockwerk Alo/Ca2/A2 (siehe 7.3.2.).

Für die Klüftung im Hauptanhydrit der Untersuchungsgebiete lassen sich folgende Beanspruchungspläne ausgliedern:

1.Dhmgebirgstyp und Zechsteinausbiß am Südharzrand: deutliche Nachzeichnung präexistenter Linien;

2.Thüringer Becken i.w.S. und Scholle von Calvörde:

etwa gleichberechtigter Einfluß alter Störungen und saxonisch typischer Richtungen;

3.Subherzynes Becken:

deutliche Prägung der Klüftung im A3 durch den saxonischen Beanspru­ chungsplan (germanotype Deformation; vor allem subherzyne tektonische Phase).

Oie erzgebirgischen Klüfte im normal ausgebildeten Hauptanhydrit des Subherzyns müssen während der subherzynen Phase der saxonischen Tektogenese (Wende Oberkreide/Tertiär) entstanden sein. Im Ergebnis dieser erzgebirgisch gerichteten Pressung und der dadurch ausgelösten AufSattelungen entstanden die erzgebirgischen Klüfte als Zerrungsklüfte, was durch ihre häufigen Verheilungen unterstrichen wird.

Aus den genannten Gründen muß eine Mehraktigkeit der kluftbildenden Vor­ gänge angenommen werden. Die Altersbestimmung wird um so schwieriger, je größer der Einfluß präexistenter, zumeist mehrfach wiederbelebter Linien auf das Trennflächengefüge war.

Anhand der Anhydritklippen wurde gezeigt (siehe 5.I.2.3.), daß postume Bewegungen der variszischen Tektogenese und/oder frühe saxonische Bewe­ gungen (kimmerische Phasen) ebenfalls zur Zerklüftung geführt haben können.

7.3.5.Leinesteinsalz mit den Anhydritmitteln

Die Anhydritmittel in den subherzynen Sattellagerstätten und auf der Scholle von Calvörde sind als geringmächtige Schichten in mächtigem Lei­ nesteinsalz eingebettet. Oft wurden sie mit dem Salz plastisch verformt, was durch ihren oft hohen Halitanteil begünstigt wurde. Das Trennflächen­ gefüge fn den Anhydritmitteln besitzt in allen untersuchten Aufschlüssen eine ausgeprägte erzgebirgische Hauptkluftstellung, die offensichtlich während der subherzynen, erzgebirgisch gerichteten Pressungsphase der saxonischen Tektogenese als Zerrungsklüftung entstanden ist.

Die weiterhin untergeordnet auftretenden Kluftscharen sind eindeutig äl­ ter; es muß eine kimmerische Anlage dieser Klüfte angenommen oder auf postume Bewegungen der variszischen Tektogenese verwiesen werden (vgl. Klüftung in den Anhydritklippen und in den Anhydritmitteln über solchen; siehe 5.1.2.3., 5.1.1. und 7.2.). Die Klüftung in den Anhydritmitteln wurde durch den saxonischen Bauplan (siehe Tabelle 6 ) entscheidend ge­ prägt. Die Ausnahme bildet die Klüftung in den subherzynen Anhydritmit­ teln über Anhydritklippen; die Deutung dieser Kluftgefüge entspricht der der Klippenklüftung (siehe 5.1.2.3. und 7.1.).

7.4.Der Einfluß der jungtertiären und rezenten Kräftepläne auf die Salinarklüftung

Wie bereits ausgeführt, entspricht der rezente Beanspruchungsplan etwa dem der variszischen Tektogenese (siehe 7.1., Tabelle 6 ). Die rezenten maximalen horizontalen Druckspannungen sind NW - SE orientiert; normal dazu wirken die minimalen tektonischen Spannungen.

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Bei der Aufstellung ingenieurgeologischer Kluftmodelle als Grundlage für eine wirksame und ökonomisch vertretbare Abdichtung von Zuflüssen durch Injektionen muQ man primär davon ausgehen, daß die Klüftung durch petrologische Merkmale wesentlich beeinflußt wird, d.h., die bruchtektonischen Deformationen und die strukturelle Prägung der Salinarschichten werden zunächst von der stofflichen Zusammensetzung bestimmt. Modifizierend kön­ nen u.a. wirken: Kompetenz oder Inkompetenz der liegenden oder hangenden Schicht(en), Mächtigkeit, Einbettung in mobile Salze u.ä.m. Dieses Primärkluftgefüge erfährt dann in gestörten Bereichen Veränderungen, die in eine gebirgsabhängige Abdichtungsstrategie einbezogen werden müssen; ab­ baubedingte Merkmale (Entspannung, Sprengung) sind ebenfalls zu berück­ sichtigen.

Im Gegensatz zu Steinsalz und den Kalisalzen, die nur unter extremer tek­ tonischer Beanspruchung geklüftet wurden, besitzen die Zechsteinanhydrite und -karbonate ein typisches Kluftinventar.

Der große Umfang der Kluftuntersuchungen ermöglichte es, Erwartungswerte für eine gesteinsabhängige Klüftung im Salinar anzugeben, d.h., es liegen für ungestörte Salinarschichten ("Primärkluftgefüge11) ingenieurgeologische Kluftmodelle nach regionalen Kriterien vor.

Eine sehr engständige Klüftung weisen in den Untersuchungsgebieten fol­ gende Schichten auf:

-Staßfurtkarbonat als Stinkschiefer und Hauptdolomit (Ohmgebirgstyp, Thüringer Becken i.w.S., Ausbiß);

-Anhydritmittel der Leine-Folge (Subherzyne Sattellagerstätten und Scholle von Calvörde);

-Hauptanhydrit (alle Aufschlußtypen).

Die Klüftung im Zechsteinkalk und im Unteren Werraanhydrit nimmt eine Sonderstellung ein; die Klüftung tritt zugunsten zahlreicher Störungen und Verwerfungen stark zurück, was auf die unmittelbare Grundgebirgsnähe zurückzuführen ist. Daraus folgt offenbar eine andere Zuflußsituation, die eindeutig eine modifizierte Abdichtungsstrategie erfordert.

In den Untersuchungsgebieten besitzt der Basalanhydrit die geringste Klüf­ tung aller Anhydritund Karbonatschichten. Bei den Kluftöffnungen, die die Wahl des Injektionsmittels entscheidend beeinflussen, beobachtet man eine deutliche Teufenabhängigkeit. Die Grenzteufe für offene Klüfte in ungestörten Anhydriten und Karbonaten beträgt etwa 000 m.

Generell muß auch eine Abnahme der Kluftdichten, -ausbißlängen, der Kluft­ volumina und des Durchtrennungsgrades nach der Teufe angenommen werden, deren Nachweis jedoch durch begrenzte Aufschlußverhältnisse sehr schwie­ rig ist.

Während die Kluftausbildung innerhalb einer Schicht großräumig relativ konstant ist, d.h. Kluftabstände und -ausbißlängen in den Hauptund Ne­

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benkluftscharen nur verhältnismäßig gering schwanken, treten häufig Ver­ änderungen in der Raumstellung der Trennflächen auf. Regional und z.T. auch lokal haben unterschiedliche Beanspruchungspläne zu mehreren, unter­ schiedlich markant ausgeprägten Kluftscharen geführt.

Für die Abdichtung von Salzlösungszuflüssen ist die Kenntnis der ausge­ prägtesten, hydrologisch potentiell wirksamsten Kluftschar(en) bedeutsam. Nach ihrer (ihren) Raumstellung(en) richten sich die Wahl der Bohransatz­ punkte, die Richtungen und Neigungen der Injektionsund ggf. der Entla­ stungsbohrungen. Daher wurde der Raumstellung der Klüfte in der vorlie­ genden Arbeit besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Wie die Untersuchungen gezeigt haben, wurde das Kluftgefüge in den kompetenten Salinarschichten außerordentlich stark von tektonischen und ggf. paläogeographischen Li­ nien des subsalinaren Untergrundes beeinflußt.

Abgesehen vom Hauptanhydrit über mächtigem salinarem Zechstein 1 und 2 folgt die Klüftung i.allg. variszisch und älter (präkambrisch) angelegten Störungen und Strukturen. Daher sind komplexe geologisch-strukturgeolo­ gische Vorkenntnisse unter ingenieurmäßiger Betrachtungsweise für eine wirksame und ökonomisch günstige Abdichtung von Zuflüssen durch Injek­ tionen notwendig.

Anhand der fünf ausgegliederten Haupttypen von Aufschlußverhältnissen (Schichtenaufbau, Lagerungsverhältnisse, Tektonik usw.) wurden Gesetz­ mäßigkeiten zur Ausbildung und Intensität der Klüftung der wichtigsten ungestörten, anhydritischen und karbonatischen Schichten des Zechsteins vorgestellt. Die weiterhin unterschiedenen fünf vertikalen Teilstockwerke des Zechsteins 1 bis 3 zur Beurteilung der Klüftung stellen eine Entschei­ dungsgrundlage für eine gebirgsabhängige Abdichtungsinjektion im Salzberg­ bau dar. Es stehen als Bestandteil einer Abdichtungsstrategie in den Un­ tersuchungsgebieten folgende Ergebnisse für ingenieurgeologische Injek­ tionsmodelle zur Verfügung:

-lokale (Schächte) und regionale (Aufschlußtypen) Kluftmodelle für unge­ störte Anhydritund Karbonatschichten (Raumstellung und Bedeutung der Kluftscharen, Erwartungswerte für Kluftabstände, -ausbißlängen, -Öff­ nungen usw.);

-quantifizierte vertikale Kluftunterschiede von Schicht zu Schicht bzw. Teilstockwerk zu Teilstockwerk zur Prognose der Klüftung (Raumstellung und Intensität) nicht aufgeschlossener liegender oder hangender Schich­ ten;

-Aussagen zur hydrologischen Wirksamkeit der Trennflächen und Möglich­ keiten der weiteren Nutzung der Untersuchungsergebnisse für Schutz­ schichtbewertungen gegen Salzlösungsund Grundwasserleiter sowie zur Gasbekämpfung im Kali-, Steinsalzund Kupferschieferbergbau der DDR.

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Durch die Kenntnis der Klüftung (und anderer Bruchstrukturen) potentiel­ ler Salzlösungsleiter und weiterer salinarer Schichten können die Injek­ tionsvorbereitung und -ausführung optimiert werden.

9.Zusammenfassung

Die Klüftung im Salinargebirge, insbesondere anhydritischer und karbonatischer Schichten, ist für die Beherrschung der hydrologischen (und kluft­ gebundenen Gas-) Gefährdung im DOR-Kali- und Steinsalzbergbau von groöer Bedeutung. Das Kluftgefüge mit seinem primär oder sekundär offenen Kluft­ volumen ist im allgemeinen Salzlösungsund/oder Gasspeicher sowie ZufluBweg.

Da eine wesentliche Zielstellung der Bergbausicherheit darin besteht, den Abbau vor einer hydrologischen Gefährdung zu schützen und damit die Pro­ duktionsgrundlage und Exportfähigkeit des Kalibergbaues zu gewährleisten, ist die Kenntnis zur Ausbildung, Intensität und von Gesetzmäßigkeiten der Klüftung im Salinar unerläßlich. Das trifft besonders für eine wirksame und ökonomisch günstige Abdichtung eingetretener Zuflüsse durch Injek­ tionen zu.

Die Abdichtung von Salzlösungszuflüssen im DDR-Kalibergbau erweist sich also neben injektionstechnologischen Aspekten vor allem als geologisch­ strukturgeologisches Problem. Daher wurden in der Arbeit Untersuchungs­ ergebnisse zu Gesetzmäßigkeiten der Klüftung von Salinarschichten varge­ stellt. Neben einer primär gesteinsabhängigen Klüftung, besonders der Anhydritund Karbonatgesteine, wurden Einflußfaktoren, wie Teufe, Kluft­ genese, geomechanisches Spannungsfeld und präsalinare Grundgebirgstekto-

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/19/ BEHR, E.-M.: Geologische Beobachtungen am Hauptanhydrit des Staß- furt-Egelner Sattels im Bereich des Kaliwerkes Staßfurt Schacht VI/VII. Freib. Forsch.-H. C 90. Berlin 1960, S. 88-105

/20/ FLEISCHER, S.: Die stratigraphische, fazielle und tektonische Aus­ bildung des Hauptanhydrits auf dem Berlepsch-Maybach-Schacht in

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