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

F R E I B E R G E R F O R S C H U N G S H E F T E

Herausgegeben vom Rektor der Bergakademie Freiberg

C 347 Geowissenschaften

Mineralogie-Geochemie

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

Von KLAUS KOCH und JOCHEN VOGEL, Freiberg

Mit 53 Bildern und 2 Tabellen

Veröffentlichung Nr. 878 der Sektion Geowissen­ schaften der Bergakademie Freiberg

VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie * Leipzig

2.Geologisch-tektonische Zusammenhänge der

2.4.Beziehungen zwischen Lösungsaufstieg und

3.Geochemisch-mineralogische Charakteristik der hydrometamorphen Vorgänge der Sylvinitentstehung

3.2.Zum Verhalten einiger Spurenelemente während der

3.3.Isotopengeochemische Untersuchungen an

3.6.1.Chemismus dispers verteilter gasförmiger

4.1.Petrographisch-petrochemische Charakteristik

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Autoren

Koch, Klaus, Dipl.-Min., Dr. rer. nat., Freiberg

Vogel, Jochen, Dipl.-Geol., Dr. rer. nat., Neuhaus

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0 . Einführung

Bereits kurz nach dem Einsetzen des Bergbaus im Werra-Kaligebiet Ende des 19. Jahrhunderts traten im Bereich der Kaliflöze Gas-Salz-Ausbrüche und Basaltgänge auf. Mit dem weiteren Abbau der Lagerstätte, vor allem

in westlicher und südwestlicher Richtung, nahm die Zahl der Ausbrüche und BasaltVorkommen erheblich zu. Diesen Fakten galt das Interesse von Berg­ leuten und Geologen aus mehrfachem Grund von Anfang an:

-AusbTÜche mit Basaltvorkommen stellen erhebliche Störungsund Gefah­ renmomente für den Bergbau dar. Wiederholt haben Gas-Salz-Ausbrüche umfangreiche Zerstörungen an Betriebseinrichtungen verursacht und lei­ der auch Menschenleben gefordert.

-Beide zeigen in der Mehrzahl enge räumliche Verbindung miteinander, die zudem noch durch typische Umbildüngszonen in den Kaliflözen selbst charakterisiert wird.

-Von diesen Umbildungen besitzen die Sylvinite in den normalerweise carnallitisch ausgebildeten Flözbereichen durch ihren relativ hohen ^O-Gehalt besonderes wirtschaftliches Interesse.

Zunächst deutete man die Umbildungserscheinungen als Kontaktwirkung der Basalte. Mit zunehmender Zahl der Aufschlüsse, vor allem anhand der aus­ gedehnten Sylvinitzonen im Kaliflöz "Thüringen", erwies sich jedoch eine Beteiligung von Lösungen als sicher. Eine Zusammenfassung des bis 1960 hierzu erreichten Kenntnisstandes findet sich in der zusammenfassenden Monographie über das Werra-Kaligebiet von HOPPE /37/. Danach herrscht Klarheit, vor allem auf der Basis der Arbeiten von DIETZ /16/, BAAR /8/ und HOPPE /38/, über den generellen Zusammenhang zwischen dem tertiären Vulkanismus der Rhön und den z. T. ausgedehnten Umbildungen an um N - S streichenden Störungszonen. Die notwendigen Lösungen wurden überwiegend als Thermalwässer juvenilen Ursprungs im Gefolge der basaltischen Magmen abgeleitet. Hinweise von D'ANS /2/ auf das "trockene" Auftreten von Vulkaniten im Salinar führten zu der später häufig verwendeten irreführenden Einteilung in sogenannte "trockene" und "nasse" Basalte. Zu den Fragen des Intrusionsmechanismus, der Kontakte bzw. der Petrographie der Gang­ basalte liegen außer den Betrachtungen von KÜHN /51/ und FRANKE /23/ nur sporadische Angaben, meist auf der Basis makroskopischer Beobachtungen $ und in unveröffentlichten Arbeiten /63/, /44/, /22/, vor. Zur Genese der Sylvinite als hydrometamorphe Umbildungsprodukte lagen zwar in der Lite­ ratur /8/, /10/, 1 2 / verstreut wesentliche Beiträge vor, der Beweis ihres Bildungsmechanismus und eine Synthese auf der Grundlage von Beobachtun­ gen unter Tage aber fehlten. Das Fehlen einer solchen genetischen Zusam­ menfassung machte sich um so mehr bemerkbar, als durch neuere Arbeiten /30/, /48/ das Auftreten von Ablaugungserscheinungen und damit verbunde­ nen Umbildungssylviniten in verschiedenen Fällen auch im Zusammenhang

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mit Störungszonen nachgewiesen werden konnte, denen vulkanische Erschei­ nungen aufsitzen.

Die jederzeit sichere Prognose und Bekämpfung aber sowohl von Gas-Salz- Ausbriichen als auch von Lösungszuflüssen ist auch unter modernen techni­ schen Bedingungen eine wichtige Aufgabe /I7/ und wird bei Vorliegen ent­ sprechender geologisch-geochemischer Grundlagen effektiver zu lösen sein.

Die vorgelegte Arbeit ist die teilweise Zusammenfassung von zwei zu dem eingangs umrissenen Problemkreis (und seinen offenen Fragen) angefertig­ ten Dissertationen /47/, /79/. Beide Arbeiten hatten zwar eine unter­ schiedliche Thematik und Zielstellung, der Komplexität der untersuchten Beziehungen entsprechend aber war eine enge Zusammenarbeit, insbesondere zu Fragen der Tektonik, des Lösungsaufstiegs und der Sylvinitgenese, not­ wendig. Die wesentlichen Ergebnisse derselben werden daher, da die behan­ delten Zusammenhänge eines der zentralen genetischen Probleme dieses Kalireviers darstellen, auch gemeinsam publiziert. Alle Untersuchungen

beschränkten sich auf den innerhalb des Staatsgebietes der DDR aufgeschlos­ senen Teil des Werra-Kaligebietes. Eine Erweiterung der erzielten gene­ tischen Ergebnisse und Schlußfolgerungen auf das gesamte WeTra-Teilbecken ist jedoch sinnvoll, wie sich in Auswertung der zugänglichen Literatur ergab.

Die Autoren sind ihrem verehrten Lehrer Herrn Prof. Dr. habil. H. J. RÖSLER für die Anregung zu dieser Arbeit und ihre stete Förderung durch konzeptionelle Hinweise und Diskussionen, selbst "vor Ort", zu besonde­ rem Dank verpflichtet. Ohne die Genehmigung und praktische Unterstützung des VEB Kombinat Kali, insbesondere des VEB Kali "Werra", mit seinen Kaliwerken wären die notwendigen umfangreichen Arbeiten unter Tage nicht möglich gewesen. Für die hierbei gewährte Hilfe möchteh wir den Herren Prof. Dr.-Ing. G. BEYER, Berg.-Ing. R. SCHÄBITZER, Dipl.-Geol. H. JAHNE, Dipl.-Geol. S. OETTEL, Dipl.-Geol. 0 KÖNITZ (+), Geol.-Ing. P. PIELERT, Dr. E. STOLLE Cf-) und Dr. G. HAASE herzlich danken. Für die Durchführung der mineralogisch-geochemischen Untersuchungen standen uns die umfangrei­ chen Einrichtungen der Sektion Geowissenschaften an der Bergakademie Frei­

berg zur Verfügung, wofür wir dem gesamten Kollektiv, insbesondere aber den Herren Doz. Dr. habil. R. STARKE, Dr. habil. J. PILOT und Dr. L. ROST danken möchten. Unser Dank gilt nicht zuletzt Herrn Prof. Dr. habil.

M. G. VALJASKO, Moskau, und Prof. Dr. R. KOHN, Hannover, für fachliche Hinweise und Diskussionen.

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1.Überblick der geologischen Verhältnisse

Südwestlich, des Thüringer Waldes, umrahmt von der Rhön im Süden, dem

Vogelsberg im Südwesten und dem Knüllgebirge bzw. dem Richelsdorfer Ge­

birge im Nordwesten, befindet sich das Werra-Fulda-Kaligebiet (Bild 1).

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Bild 1. Geotektonische Stellung des WerraKaligebietes (aus KÄSTNER /45/)

1- Saxonische Hochschollen (Präzechstein)

2- Saxonische Störungen

3- Basalte (tertiär)

4- Werra-Steinsalz, allg. über 250 m

5- Werra-Steinsalz, allg. verbreitet

6- regionalgeologische Einheiten

Es läßt sich als relativ geschlossene Beckeneinheit mit vorwiegender

Senkungstendenz vom Rotliegenden bis Keuper aushalten und wurde durch

saxonische Tektonik in das nordwestlich gelegene Werraund das den süd­

westlichen Teil einnehmende Fulda-Kaligebiet aufgegliedert. Als nordöst-

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liehe Ausläufer des Vulkangebietes der Rhön treten im thüringischen Teil des Werra-Kaligebietes mit nach Süden zunehmender Häufigkeit Basaltkuppen und Schlotbrekzien auf. Sie werden einheitlich als Erosionsreste von ehe­ mals ausgedehnteren Basaltdecken eines miozänen Vulkanismus gedeutet, der die Sedimentfüllung des Beckens durchschlug und der im Zeitraum Jura/ Kreide geschaffenen Abtragungsfläche (Keuper bis Muschelkalk) auflagert. Neben den bereits aus der Literatur bekannten oberflächlichen Vulkanitvorkommen liegen durch den seit der Jahrhundertwende umgehenden Kaliberg­ bau zahlreiche Neuaufschlüsse innerhalb der Kaliflöze "Thüringen" und "Hessen" vor, die einen guten Einblick sowohl in den Ablauf des tertiären Vulkanismus als auch in seine Beziehungen zum Salinar bieten. Für die im Rahmen dieser Arbeit zu behandelnden Probleme werden die stratigraphisch­ tektonischen Verhältnisse im Werra-Kaligebiet nur soweit dargestellt, als sie wesentliche Bedeutung für die tertiäre Umbildung der Kaliflöze und die Entwicklung des Vulkanismus besitzen.

1.1.Stratigraphie der Schichtenfolge

Die verschiedentlich durch Bohrungen erreichte, vor allem lokal randlich aufgeschlossene Basis des Sedimentbeckens bildet das sogenannte Grundge­ birge. Es handelt sich hierbei um einen mittelbis hochmetamorphen Kom­ plex von Phyllit, Glimmerund Quarzitschiefer, Gneis, Granit und Metabasiten, vergleichbar einem kambrischen bis algonkischen Ausgangsmate­ rial, wie es uns im Kristallin der Mitteldeutschen Schwelle^ in ihren einzelnen benachbarten Struktureinheiten entgegentritt. Von wesentlicher Bedeutung ist das von EIGENFELD und FICKE /18/ hervorgehobene Auftreten auch von kalkigen Gesteinsserien in diesem Stockwerk. Die sicher bekannte Sedimentationsfolge des Rotliegenden beginnt mit Konglomeraten, Sandstei­ nen und Tonschiefern in wechselnder Mächtigkeit. Sowohl die Sedimentation des Rotliegenden als auch der übrigen Schichtenfolge steht im direkten Zusammenhang mit der Absenkung der Kristallinschwelle und den nachfolgend ausgebildeten inversen Strukturen, z. B. dem "Saar-Selke-Trog". Mit Be­ ginn des Zechsteins bildete sich in diesem Raum ein Randbecken als Teil des großen mitteleuropäischen salinaren Sedimentationsraumes aus. Entsprechend der Dynamik der salinaren Sedimentation durchlief es eine spe­ zielle Entwicklung, die insbesondere in ihren hochsalinaren Gliedern für die vorliegende Problematik von Bedeutung ist. Der regionale Aufbau und die Entwicklung des Salinars im Werra-Kaligebiet sind in der Monographie

^Die in dieser Arbeit verwendete Terminologie stützt sich auf autori­ sierte geologische Literatur des Zentralen Geologischen Institutes in Berlin. Die Begriffe Mitteldeutsche Schwelle, Mitteldeutsche Kristallin­ schwelle und SUdwestdeutsche Großscholle z. B. sind als geologische Regionaleinheiten zu verstehen.

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von HOPPE /37/ zusammenfassend dargestellt. Daher sollen nachstehend nur die wesentlichen und notwendigen Charakteristika herausgearbeitet werden Aus Bild 2 ist die Gliederung des Normalprofils der Zechsteinfolge er­ sichtlich. Die Ausbildung von Zechsteinkonglomerat (C 1), Kupferschiefer (T 1) und Zechsteinkalk (Ca 1) weicht von der im Zentralbecken nur unbe­ deutend ab; dagegen weist die sulfatische Abfolge wesentlich verringerte Mächtigkeiten auf und stellt in ihrer typischen Ausbildung als Anhydrit­ knotenschiefer einen mehr oder weniger kontinuierlichen Obergang von der karbonatischen zur sulfatischen Sedimentation dar.

Von der zentralen Beckenfolge stark abweichend ist die chloridische Ent­ wicklung. Sie erreicht hier im Randbecken infolge der verstärkten Absen­ kung und des laufenden Zuflusses vorkonzentrierter Meereslösung mit der Abscheidung von Kalisalzen ihren Höhepunkt innerhalb des.ersten Zechstein­ zyklus (Werra-Zyklus, Z 1). Wie aus Bild 2 ersichtlich ist, sind, in

einem 200 bis 300 m mächtigen Steinsalzpaket eingebettet, zwei Kaliflöze ausgebildet. Hinsichtlich der Steinsalzfolge (Na 1) ist zu bemerken, daß sie ein normal geschichtetes Steinsalz darstellen, das nach Struktur und

Mineralverteilung (90 bis 95 Vol.-l Halitanteil) prinzipiell den,im Zentral­ becken vorhandenen Typen entsprechen.

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