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

Weitaus stärker als die Lithologie wirken sich bruchtektonische Großelemente (Störungen, Verwerfungen u.ä.) auf die Klüftung aus (die störungs­ gebundene Klüftung ist jedoch relativ eng an große Bruchdeformationen begrenzt). Eine ausgeprägte Klüftung tritt im Bereich von Störungen auf, die vom Subsalinar bis in das Deckgebirge reichen und/oder lineamentären Charakter besitzen (siehe 7.2.).

Salinartektonisch angelegte Strukturen können auch in bestimmten Bereichen (z.B. Topund höhere Flankenbereiche) Zonen erhöhter Klüftigkeit aufwei­ sen. Nach SCHWANDT /9/ treten Klüftung und Salzlösungszuführung vor allem in Strukturbereichen intensivster Zerrung/Dehnung auf, d.h. an markanten Streichrichtungsänderungen lokaler und regionaler Strukturen, an tophöch­ sten Bereichen von Sätteln, Aufpressungen und lokalen Hochlagen und an stark gezerrten Flankenbereichen von Salinarstrukturen.

Die Salinarklüftung nimmt bei gleichen tektonischen und Lagerungsverhält­ nissen mit der Teufe ab (siehe 6.2.). Bei den geringmächtigen Anhydrit­ mitteln des Leine-Steinsalzes besteht eine Abhängigkeit der Klüftung von der Schichtmächtigkeit im Sinne von BOCK /10/.

3.Beschreibung der geologischen Verhältnisse in den Untersuchungsgebieten

Die Untersuchungsgebiete umfassen die regionalgeologischen Einheiten Thüringer Becken i.w.S. (nach HOPPE & SEIDEL /ll/), Subherzynes Becken (Nordharz-Kaligebiet nach LÖFFLER /12/) und Scholle von Calvörde.

Tabelle 1 liefert einen Überblick über die stratigraphischen Verhältnis­ se in den Untersuchungsgebieten.

Wichtigstes Klassifikationsmerkmal bei der Beurteilung der Klüftung im Salinar ist die regionale Großtektonik. In den Untersuchungsgebieten gibt es folgende GroQstörungen (siehe auch /I3 bis 15/):

-Ohmgebirgsgrabenzone (rheinisch gerichtet);

-Schlotheimer Graben (herzynisch);

-Hurnburger Störung (erzgebirgisch streichend);

-Haidensiebener Störung und Gardelegener Abbruch (herzynisch).

Weiterhin beeinflußt eine Vielzahl kleinerer Störungen die Kluftstellun­ gen im Salinar. Am Zechsteinausbiß des Harzes und des Kyffhäusers und in deren Nähe muß auch die Bruchtektonik des Harzund Kyffhäuserpaläozoikums berücksichtigt werden (siehe z.B. Abschnitt 5.1.5.2.).

Als weitere Großelemente sind die Salzsättel des StaOfurttyps im Nord­ harzund Saale-Unstrut-Kaligebiet zu beachten.

10

Bei der Auswertung der Kluftdaten wurden die Aufschlüsse entsprechend ihrer geologischen Stellung, ihrer tektonischen Verhältnisse, ihrer Stratigraphie und ihrer geographischen Lage in f ü n f Haupttypen untergliedert. Die starke Beeinflussung der Klüftung durch die regionale Großtektonik erleichterte die Ausgliederung der fünf Haupttypen (Tabelle

2 ).

Tabelle 2. Übersicht über die Haupttypen von Aufschlußverhältnissen

Regionaltektonisch gehört der Ohmgebirgstyp im westlichen Teil Thürin­ gens zur rheinisch orientierten tektonischen Zone des Leinetalgrabens „ als Teil der Mittelmeer-Mjösen-Zone STILLES /16/. Die Aufschlüsse im Be­ reich der Ohmgebirgsgrabenzone zeigen ausgeprägte rheinische und eggische Kluftscharen neben der herzynischen. Bei der ingenieurgeologischen Beur­ teilung der Klüftung sind Mächtigkeitsreduzierungen, vor allem des Staßfurtsteinsalzes, zu berücksichtigen.

Abgesehen vom Ohmgebirgstyp wird das Thüringer Becken i.w.S. nahezu äqui­ distant durch herzynische Störungszonen in Leistenschollen aufgeteilt (JUNG /17/, HOPPE & SEIDEL /I1/ u.a.). Es herrscht neben variszischen und älteren tektonischen Linien eine vorzugsweise herzynisch gerichtete Klüf­ tung vor. Oie Aufschlüsse im Zechsteinausbiß des Südharzrandes wider­ spiegeln mit ihren Kluftstellungen die komplizierte Bruchtektonik des Harzpaläozoikums.

12

Unter Subherzynen Sattellagerstätten sollen hier die Kaliund Stein­ salzgrubenfelder des Nordharz-Kaligebietes (LÖFFLER /12/) von Staßfurt, Bernburg und Aschersleben verstanden werden. Die Salzsättel mit den mächtigen Anstauungen des Staßfurtsteinsalzes haben die Kluftgefüge maß­ geblich beeinflußt.

Die Klüftung im Ostteil der Scholle von Calvörde besitzt regionale Eigen­ ständigkeit. Neben der herzynischen Schollenumgrenzung ist die Tektonik sehr kompliziert.

4.Zur Aufnahmeund Auswertemethodik

Bei den Kluftmessungen wurden jeweils Raumlage (Einfallwinkel, Einfall­ richtung), kluftscharbezogene Kluftabstände, -ausbißlängen und Kluftöff­ nungsweiten (fK = Q/"geschlossen"; verheilt mit Weite; offen/"klaffend" mit Weite; weiterhin ölbzw. Wasserspuren, Durchfeuchtungen, Kluftmine­ ralisationen bzw. -füllungen) gemessen.

Die Auswertung der Raumlage erfolgte mittels Dichteplänen (SCHMIDTsches Netz) sowie für einfache Darstellungen durch Richtungsrosen. Von den Einfallswinkeln wurden außerdem scharbezogene Häufigkeitsverteilungen und Mittelwerte dargestellt.

Die Kluftabstände wurden scharweise statistisch ausgewe^tet. Im Ergebnis steheh mittlere Kluftabstände mit Standardabweichung sowie prozentuale Verteilungen der Einzelabstände auf B bis 10 Klassen zur Verfügung. Mitt­ lere Kluftdichten lassen sich weiterhin leicht (als reziproker Wert) aus den mittleren Kluftabständen errechnen.

Die Kluftausbißlängen wurden einheitlich in 6 Klassen aufgenommen (0 bis 0,5; 0,5 bis 1; 1 bis 3; 3 bis 5; 5 bis 10; größer 10 m). Daraus wurden scharbezogene Mittelwerte und prozentuale Verteilungen der Klassen er­ mittelt.

Die Kluftöffnungen wurden scharweise in prozentuale Anteile geschlossener, verheilter und offener Klüfte unterteilt; es wurden Mittelwerte für of­ fene (“klaffende") und verheilte Klüfte mit Standardabweichungen berech­ net. Die Anteile an Klüften mit öl-, Wasseroder Salzlösungsführung, mit Harnischen und anderen Bewegungsmerkmalen fanden in der Auswertung eben­ falls Berücksichtigung.

13

Auf der Grundlage dieser Teilergebnisse wurden für jeden Aufschluß und zusammenfassend für jede stratigraphische Einheit wichtige Kluftparameter in einer Übersicht zusammengestellt. Bei der Erarbeitung dieser Kluftmo­ delle wurden groOtektonische und. lokale tektonische Verhältnisse, Teufe, Lagerungsverhältnisse und andere Besonderheiten berücksichtigt. Allen Untersuchungen - sowohl in Grubenfeldern als auch am Ausbiß - wurden die gleichen Auswertemethoden und -algorithmen zugrundegelegt. Damit sind die Untersuchungsergebnisse vergleichbar.

Es muß noch darauf verwiesen werden, daß bei den Kluftmessungen im Salinargebirge (Kali-, Steinsalzund Kupferschieferbergbau / Höhlen, Stollen, Steinbrüche am Ausbiß) einige methodische Besonderheiten zu berücksich­ tigen sind (vgl. STÄUBERT /3/ und SCHWERTER & STÄUBERT /18/).

5.Gesetzmäßigkeiten zur Verbreitung, Intensität und Ausbildung der Klüfte in ungestörten Zechsteinschichten (Regionaler Teil)

3.1.Anhydritgesteine

5.1.1.Anhydritmittel des Leinesteinsalzes

Auf der Scholle von Calvörde dominiert in allen drei untersuchten Anhy­ dritmitteln eine erzgebirgisch gerichtete Hauptklüftung (vgl. Bild 1 a und b).

Deutlich ausgeprägx ist auch die herzynische Richtung; nur untergeordnet treten rheinische bis eggische Klüfte auf. Die Messungen wurden in flach einfallenden Aufschlüssen in 600 bzw. 1000 m Teufe durchgeführt. Dagegen weisen bis 85° einfallende Muldenflanken von Anhydritmittelstrukturen hinsichtlich Raumlage und Intensität ein grundsätzlich anderes Bild auf; dies ist jedoch nicht Gegenstand dieser Arbeit.

Während auf der Scholle von Calvörde die Kluftstellungen in allen Anhy­ dritmitteln gleich sind, beobachtet man im Hauptanhydrit eine andere Ver­ teilung (vgl. Bild 2 d).

In den subherzynen Sattellagerstätten gleichen sich i.'a. die Raumstellun­ gen von Hauptanhydrit und Anhydritmitteln. In Abhängigkeit von der Lithologie des Hauptanhydrits beobachtet man

-bei normaler Ausbildung des Hauptanhydrits die für das Subherzyn ty­ pische erzgebirgische Richtung (Bild 1 c),

-in den Anhydritklippen (-Vorsprüngen) eine bevorzugte herzynische Rich­ tung (Bild 1 d; s. Abschnitt 5.1.2.3.).

Die Einfallwinkel besitzen in den Anhydritmitteln Werte von 70 bis 80°

14

Abstände kleiner als 50 cm! Größte ftluftabstände lagen bei 2,5 m (Haupt­ klüftung) bis mehr als 6 m (Nebenkluftscharen).

Die AusbiOlängen erreichen im mehrere Meter mächtigen Anhydritmittel 1

1 bis 2 di, wobei 65 bis 75% der aml-Klüfte kürzer als 1 m sind. In den Anhy­ dritmitteln 2 und 3 entsprechen die AusbiOlängen meist der Schichtmäch­ tigkeit (0,2 bis 0,7 m). Die Klüfte enden in jedem Falle in den liegenden ("Tonfuß") bzw. hangenden Partien der Anhydritmittel und reichen niemals

in das Anhydritmittelsalz (bzw. Hangendes Begleitsalz beim aml) hinein. Die meisten Klüfte sind geschlossen (f^ = 0) oder verheilt. Die Minerali­ sation (bei 10 bis 40 % aller Klüfte) erreicht nicht selten Breiten zwi­ schen 10 und 50 mm, Maximalwerte betragen 25 cm. Abgesehen von einem am2-Aufschluß am Füllort eines Schachtes im Subherzyn gibt es keine of­ fenen Klüfte; sie kommen offenbar nur im Salzhangbereich und u.U. an Störungen vor (ggf. Gasund/oder Laugenführung).

5.1.2.Hauptanhydrit

In der Klüftung des Hauptanhydrits (A3/PLnal) spiegeln sich die fünf un­ terschiedenen regionalen Haupttypen des Salinars wider (vgl. Abschnitt 3., besonders Tabelle 2).

8369 eingemessene Klüfte zeugen von den guten AufschluDverhältnissen und stellen eine sichere Grundlage für die Aufstellung ingenieurgeologischer Kluftmodelle dar.

5.1.2.1.Raumstellung

Der Hauptanhydrit ist ein kompetentes Gestein. 1 bis 2 Hauptund 1 bis 2 Nebenkluftrichtungen entsprechen der regionalen GroOtektonik. Die Klüfte fallen immer steil bis feiger ein (75 bis 90°).

Der Ohmgebirgstyp ist durch eine ausgeprägte Klüftung in rheinischer und herzynischer Richtung gekennzeichnet (vgl. auch ZÄNKER /7/). Gleichzeitig treten eggische und untergeordnet erzgebirgische Klüfte auf (Bild 2 a).

Die rheinische (Mittelmeer-Mjösen-Zone STILLES /16/) und eggische (Stö­ rungen im Harzpaläozoikum) Richtung nehmen mit wachsendem Abstand von der Mittelmeer-Mjösen-Zone und vom Harz nach Osten hin deutlich ab.

Im Hauptanhydrit des Thüringer Beckens i.w.S. dominiert infolge der vor­ zugsweise herzynisch gerichteten GroOtektonik eine ausgeprägte herzynische Klüftung. Alle übrigen Richtungen treten i.a, deutlich zurück (Bild 2 b).

Richtungen und Intensität des Trennflächeninventars am Zechsteinausbiß des Südharzes werden durch die lokale Großtektonik des Harzpaläozoikums bestimmt. Es können die Richtungen aber auch durch Verwitterung und Ver­ karstung schwach geregelt und undeutlich sein. Zumeist überwiegt der herzynische Einfluß (Südharz-Monoklinale); mitunter treten alle vier

16

Eine eigenständige Klüftung weist auch der Hauptanhydrit der Scholle von Calvörde auf. Die herzynische Richtung (Schollenränder) dominiert bei gleichzeitigem Auftreten rheinischer, eggischer und erzgebirgischer Klüf­ te. Die Klüfte sind durch komplizierte lokale Tektonik wenig geregelt (Bild 2 d).

5.1.2.2.Kluftdaten des Hauptanhydrits aus UT-Aufschlüssen

Im allgemeinen liegen die mittleren Kluftabstände im Hauptanhydrit je nach regionaler Großtektonik und Lagerungsverhältnissen bei 0,5 bis 1 m, in Nebenkluftscharen zwischen 1,2 und 2,5 m (Bild 3). Aus allen 1520 ge­ messenen Einzelkluftabständen (UT) ergibt sich ein mittlerer Abstand von 80,5 cm. Die engständigste Klüftung wiesen die Aufschlüsse des Subherzyns (mittlerer Kluftabstand von 64 cm) und auf der Scholle von Calvörde

(47 cm) auf.

Bild 3. Erwartungswerte für mittlere Kluftabstände im Hauptanhydrit der Leine-Folge

■ Hauptklüftung □ Nebenkluftscharen

Für alle Aufschlußtypen ergibt sich eine mittlere Kluftausbißlänge von 1,87 m; 59,3 X aller Klüfte sind kürzer als 1 m. Die größten Kluftlängen wurden mit durchschnittlich 3,13 m beim Ohmgebirgstyp gemessen. Relativ selten auftretende, langaushaltende Klüfte folgen vorzugsweise der rhei­ nischen Richtung (Ohmgebirgstyp und Thüringer Becken). Als Beispiele sollen zwei rheinische Klüfte mit mehr als 60 m bzw. 00 m Länge genannt

18