книги / Zu den Beziehungen von Tektonik, Sylvinitbildung und Basaltintrusion im Werra-Kaligebiet (DDR)
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Zersatzrinden (Bild 14) und weitere Anzeichen einer hydrothermalen Um bildung. An der Stirnfront oder der Unterkante von Basaltlagergängen zeigen die erwähnten Pillows, vor allem bei einer weitergehenden Zer gliederung derselben, oder überfahrene ältere Basalt-Salz-Brekzien Er scheinungen des Zersatzes in graue und grünliche tonmineralähnliche Bil dungen.
Mikroskopisch allerdings lassen sich in den Kontaktbereichen aller Ba saltvorkommen in den Kaliflözen in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Um gebung zum Zeitpunkt der Platznahme und relativ auch der Größe der In trusivkörper (Wärmeinhalt) verschiedene Stadien der Umbildung verfolgen. Zur näheren Charakteristik der Vorgänge wurden petrographische und mi neralogische Untersuchungen durchgeführt, deren detaillierte Resultate in einer gesonderten Publikation mitgeteilt werden /91/. Zusammenfassend läßt sich der Vorgang der Umbildung der Basalte wie folgt charakterisieren:
-Die Phase der Umbildung der Basalte setzt mit der Platznahme ein und ist durch eine Aufnahme von Wasser (positive Transvaporisation nach SZADECZKY-KARDOSS /66/) charakterisiert.
-Dabei erfolgt eine Zersetzung und Vergelung der nephelinoiden Basis und der Olivine, in deren Ergebnis es zu einer Mobilisation von palagonitischen Substanzen und zur anschließenden Auskristallisation von sekundären Schichtgit'tersilikaten kommt.
-Es treten unregelmäßige und regelmäßige Wechsellagerungsminerale auf. Bei höherem Lösungsund Kaliumangebot, z. B. im Exokontakt, bildet sich überwiegend Illit. Unter energetisch günstigen Bedingungen (z. B.
in Basaltkörpern) entsteht Muskovit-Illit.
- Diesem Prozeß geht die Aufnahme von K parallel.
-Wie unter 4.3.2. nachgewiesen werden konnte, erfolgt durch den Basalt eine Aufnahme von Na im Sinne einer Fixierung in silikatischen Struk turen nicht, sondern im Kontakt mit NaCl wird ein Teil des silikatisch gebundenen Na (nephelinoide Basis) in eine wasserlösliche Form überführt. Ob dieser Vorgang im unmittelbaren Zusammenhang mit der Vergelung der Basis infolge Wasseraufnahme zu sehen ist, konnte nicht eindeutig ge klärt werden.
-Alle Vorgänge müssen als relativ kurzzeitig charakterisiert werden, so daß in Abhängigkeit von der Lösungsund Kaliumzufuhr sowie dem zur Verfügung stehenden Wärmeinhalt der Basaltkörper mehr oder weniger f,eingefrorene Umbildungsstadien" nebeneinander Vorkommen.
-Nach RÖSLER /65/ werden bei derartigen Prozessen Ca und SiÜ2 frei. Im speziellen Fall ist die Mobilisation von Ca, Mg und Fe als sicher an zusehen, womit eine Bildung von Calcit, Dolomit, Magnesit, Anhydrit, Goethit und bei stärkerem Lösungseinfluß auch von Rinneit im Kontakt bereich verbunden ist.
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5.Zusammenfassende Diskussion der Ergebnisse
In Auswertung der Literatur und der zahlreichen Vulkanitaufschlüsse in den Kaliflözen Thüringen'1 und "Hessen" auf einer abgebauten Fläche von mehr als 60 km2 muß für alle im Untersuchungsgebiet auftretenden Basalt vorkommen und Schlotbrekzien eine enge Bindung an um NNE - NNW strei chende Störungssysteme angenommen werden. Die Entstehung der Störungen ist auf die Wiederbelebung präexistierender Brüche im tieferen Unter grund auch innerhalb des Mittelmeer-Mjösen-Lineaments zurückzuführen. Dabei handelt es sich in der Regel nicht um durchgehende Spalten, son dern um mehr oder weniger ausgedehnte Systeme von einander parallellau fenden Spalten, also Zerrüttungszonen ohne größere Verwerfungsbeträge. Nach detaillierten Beobachtungen unter Tage stellen die Förderzentren und Schlote lediglich lokale Erweiterungen derselben dar.
Um die Basaltintrusionen, aber auch um Störungszonen ohne Vulkaniterfüllung sind, insbesondere in den carnallitischen Teilen der Kaliflöze 'Thüringen" und "Hessen", teilweise recht ausgedehnte Umbildungszonen CSylvinite, Vertaubungen) entwickelt. Eingehende Untersuchungen ergaben, daß die zur Umbildung notwendigen Lösungsmengen in Basaltaufstiegszonen stets präbasaltisch aufstiegen. Die Magmen selbst sind "trocken" intrudiert und nicht in der Lage gewesen, eine eigene Lösungsphase zu entwikkeln. Damit besteht zwischen beiden Vorgängen lediglich ein tektonischer Zusammenhang. Ein Aufstieg von juvenilen "Thermalwässern" im Sinne von HOPPE /37/ und BORCHERT /10/ ist nicht nachzuweisen«
Die unmittelbar bei Öffnung der Störungszonen aufsteigenden Lösungen können zwanglos aus den liegenden Sedimentschichten abgeleitet werden. Durch die Beckenstruktur und eine Verringerung der geothermischen Tie fenstufe im Tertiär lagen in den Sedimenten des Rotliegenden größere gespannte Wassermengen vor, die bei Aufreißen von Spalten sofort gelöst werden. Dafür sprechen auch lokal auftretende Beimengungen von Bitumina, wechselnde Gehalte von CaSO^ und eine erhöhte Spurenelementführung (z. B. Pb), die sich direkt aus den Horizonten im Liegenden ableiten lassen. Während des Aufstieges können sich diese Lösungen, je nach Aufstiegs geschwindigkeit , mit NaCl anreichern. Das Niveau der Kaliflöze erreicht also, je nach Öffnung der Störungen und geologisch-tektonischer Situation, unterschiedliche Lösungsmengen mit wechselnder Konzentration.
Innerhalb der Kaliflöze kommt es durch zusitzende Lösungen zu charakteri stischen Umbildungen, die in ihrer Grundtendenz schon durch BAAR /8/ er kannt worden sind. Auch wenn die Lösungen an NaCl gesättigt waren, werden sie im Kontakt mit Carnallitit das Bestreben haben, sich an M g C ^ und KCl aufzusättigen. Während dieser Reaktion scheiden sich Sylvin als "Löse rückstand" und das in der Lösung enthaltene NaCl als "Reaktionshalit" ab (bei CaSO^-Gehalten auch Polyhalit). Je nach Lösungsmenge und -konzentra- tion bilden sich auf diese Weise mehr oder weniger ausgedehnte Sylvinit-
bzw. Vertaubungszonen (BORCHERT /10/). Bedingt durch die im Gefolge die ser Reaktion eintretende Volumenverminderung bilden sich vor allem im oberen Flözteil am Kontakt zum hangenden Steinsalz und zu Tonlösern (Lö sungsstau) Zonen bevorzugter lateraler Wegsamkeit mit erheblichen Lö sungsmengen. Bei fortschreitender Umbildung kommt es dann zur Hangendab senkung, zum Aufreißen von Klüften bzw. zu Aufblätterungsfugen, zu einem Abwandern der Restlösungen ins Hangende und zur Auskristallisation von Sekundärbildungen. Im weiteren Verlauf können diese Zonen wieder verfe stigt werden. Während der Umsetzungen entstehen neben Sylvin Kainit, Polyhalit, Anhydrit und Langbeinit als bemerkenswerte Neubildungen.
Die Obereinstimmung des theoretisch möglichen mit dem chemisch ermittelten Mineralbestand ist in zahlreichen Fällen sehr gut. Die Gründe für auf tretende Abweichungen bestehen darin, daß bei der Berechnung nur die ty pischen Endglieder erfaßt wurden, während sich innerhalb der Störungs zonen Umbildungsvorgänge sowohl durch gesättigte als auch durch unge sättigte Lösungen überschneiden.
Untersuchungen zur Bromverteilung bestätigen die bereits anhand geolo gischer Kriterien vermuteten differenzierten Umbildungserscheinungen innerhalb der Störungszonen. So kann bewiesen werden, daß sich hydrometamorphe Vorgänge sowohl durch gesättigte NaCl-CaSO^-Lösungen als auch durch ungesättigte Lösungen überschneiden.
Die Ursache für den Abfall der Bromwerte im Carnallit in Annäherung vom lösungsmetamorph unveränderten Trümmercarnallitit an den Ubergangsbereich zum Sylvinit ist der D'ANSsche CI-Br-Austauscheffekt, da die bereits ge sättigte Qgj-Lösung trotz des Auflösungsstillstandes den Carnallitit diffusionsartig durchtränkte und somit einen Cl-Br-Austausch bewirkte.
Die Bestimmung der Größenverteilung idiomorpher Quarzkristalle im WerraSteinsalz und deren Zuordnung zu den Typen entsprechend der GRIMMschen Wachstumsreihe ermöglichen die Aufstellung eines Quarznormalprofils. Dar auf aufbauend werden die Verhältnisse in den Kalilagern untersucht. Es wird* nachgewiesen, daß sich der Chemismus der verschiedenen Umbildungs lösungen in der Quarzgrößenverteilung widerspiegelt. So sind Quarzkri stalle, die durch aszendente salinare Lösungen überprägt wurden, durch einen großen L/B-Quotienten ausgezeichnet, während Quarzformen aus dem Einflußbereich deszendenter Lösungen deutlich kleinere Größenverhältnisse aufweisen.
Kohlendioxid gelangte sowohl als freies Gas als auch in gelöster Form überwiegend zusammen mit aszendenten Lösungen entlang der Störungszonen in das Niveau der Kalilager und wurde hier als freies, inkristallines und interkristallines Gas (HARTWIG /32/) in den neu entstandenen Umwand-
lungssylvinit eingebaut. Die Bestimmung der Restgasgehalte in Horizontalund Vertikalprofilen bestätigt den Nachweis verschiedener Zufuhrspalten und zeigt erstmalig die Gasverteilung im geologischen Profil. So kann im
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Obergangsbereich Carnallitit/Sylvinit ein Maximum ermittelt werden, wel ches in der reinen Sylvinitausbildung deutlich abfällt und erst in unmit telbarer Nähe des Zufuhrkanals zu einem kleineren Maximum ansteigt. Diese Verteilung ist mit dem Umbildungsmechanismus in Einklang zu bringen, da sich das Gas als mobile Komponente gegenüber dem trägeren Medium salinare Lösung in der peripheren Lösungsfront ansammelt. In die C/O-Isotopenbe- stimmungen wurden freies, mineralgebundenes und in Wasser gelöstes Kohlen dioxid, MMagnesite,! aus dem Salinar, karbonatische Einschlüsse sowie "Magnesite” aus Intrusivmaterial und der Zechsteinkalk einbezogen. Damit konnten erstmalig in einem Lagerstättenbezirk alle genetisch zusammen hängenden Glieder untersucht werden.
Es gelingt der Nachweis, daß das leichtere Isotop ^2C bei der thermischen Zersetzung der Karbonate in dem entstehenden C02 angereichert wird. Die C-Isotopenwerte sind als Durchschnittswerte von C02 magmatischer Herkunft, aus der thermischen Zersetzung von Karbonaten und von Isotopenaustauscheffekten mit Kohlenwasserstoffen anzunehmen.
Die im Werra-Gebiet auftretenden Kohlenwasserstoffe sind an N - S strei chende Störungszonen oder deren Nähe gebunden. Als Muttergesteine kommen der T 1, Ca 1 und A 1 in Frage, aus denen der Bitumenanteil bei der In trusion der Basalte infolge Aufheizung der Lagerstätte mobilisiert wurde. Aus den unterschiedlichen Muttergesteinen und der Einwirkung der Aufhei zung resultieren differenziert zusammengesetzte Erdöle und Erdwachse.
Die gaschromatographisch ermittelten Gehalte dispers verteilter Kohlen wasserstoffe ergeben Obereinstimmung in der Akkumulation von Kohlendioxid und gasförmigen Kohlenwasserstoffen, so daß sich die Ergebnisse ergänzen.
Die petrochemisch-petrographische Charakteristik der im Untersuchungsge biet auftretenden Basalte ergab, daß es sich bei der Mehrzahl aller Vor kommen um Olivinnephelinit (Nephelinbasalt) handelt. Untergeordnet tritt Olivinbasalt (Plagioklasbasalt), in EinzelVorkommen Hornblendebasalt und "Limburgit" auf. Alle Gesteinstypen können durch Vorgänge der Kristallisationsund Gravitationsdifferentiation aus einem einheitlichen, wahr scheinlich olivinbasaltischen Ausgangsmagma abgeleitet werden. Wesentliche Vorgänge einer Assimilation lassen sich nicht nachweisen.
Vor Aufstieg der Magmen lagen wasserreichere Horizonte in den Rotliegend sedimenten, an der Zechsteinbasis (durch Auslaugung auch an der Salinarunterkante) und in den Kaliflözen ohne Berücksichtigung der Hangend schichten vor. Speziell zu den Kaliflözen muß bemerkt werden, daß es sich einmal, in der Normalausbildung, um verfestigte Sedimente mit strukturell gebundenem Wasseranteil (Carnallit, Kieserit) handelt, während in den Um bildungszonen auch noch weitgehend unverfestigte Produkte, z. T. von salzbreiartiger Konsistenz und mit sehr hohem Anteil an Porenlösung, vor liegen können. Somit existieren mehrere wasserhaltige Horizonte mit unter-
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Mit den Lösungen dringen auf Klüften und feinsten Rissen auch Alkalien, insbesondere NaCl, in die Basalte ein. Eine detaillierte Untersuchung zu den Kontaktbeziehungen Basalt/Salinar erbrachte in Bestätigung von Unter suchungen an ähnlichen Objekten, daß eine Assimilation von Na im Sinne einer Fixierung in silikatischen Strukturen, selbst bei Einschmelzung von Halit, nicht erfolgt. Vielmehr kommt es zu mehr oder weniger intensiven Reaktionen (unter Beteiligung einer geringen Lösungsphase), in deren Er folg sogar noch 30 bis 50% des silikatisch in der Basis gebundenen Na in eine wasserlösliche Form überführt werden, ohne daß dieser Vorgang nach den entstehenden Mineralphasen exakt definiert werden kann.
Für das Kalium bestehen klarere Abhängigkeiten. Durch die Aufnahme von H2O bei der Platznahme setzt eine Vergelung der nephelinoiden Basis und Zersetzung der Olivine ein. Ober ein Palagonitstadium und die Mobilisa tion dieser Substanzen bilden sich Schichtsilikate mit dem Trend zur
Glimmerbildung (K-Einbau) heraus. Dabei kann der glasige Habitus von Kon takten oder Brekzien, beispielsweise megaskopisch betrachtet, erhalten bleiben. Erst bei überwiegendem Lösungsund Kaliumangebot, z. B. in Exokontakten, bildet sich hauptsächlich Illit. Unter energetisch günstigen Bedingungen (z. B. in Basaltkörpern) entsteht Muskovit-Illit. In der Mehrzahl der Fälle existieren, bedingt durch die schnelle Erstarrung und mangelnde Lösungszufuhr, mehrere der erwähnten Phasen nebeneinander. Es handelt sich gleichsam um "eingefrorene Zustände". In, Analogie zu Unter suchungen von RÖSLER /65/ ist während dieser Vorgänge der Basaltumbil dung und -Zersetzung eine Mobilisation von Elementen für den speziellen Fall von Ca, Mg und Fe nachweisbar.6
6.Zusammenfassung
Die in den Kaliflözen des Werra-Kaligebietes auftretenden Basaltvorkommen und störungsgebundenen Umbildungszonen (Sylvinite) wurden umfassend unter sucht. Es wird nachgewiesen, daß der räumliche Zusammenhang von Umbil dungszonen und Basaltgängen lediglich tektonischer Natur ist. Der Ablauf der Erscheinungen ist Aufreißen von Störungszonen - Lösungsaufstieg - Umbildung der Kaliflöze - Magmenintrusion. Der Vorgang der hydrometamorphen Sylvinitentstehung in den carnallitischen Teilen der Kaliflöze wird als Metasomatose eingestuft und z. T. quantitativ beschrieben. Mit Hilfe von Untersuchungen zur Verteilung der Spurenelemente Br, Fe, Pb und Cu, der Sauerstoffisotope in Salzmineralen sowie von Quarz und Magnesit als Spurenminerale wird die Sylvinitgenese detailliert verfolgt. Auf der Basis von Angaben zur Verteilung von CO2 und von Kohlenwasserstoffen werden die Herkunft, Genese und Verteilung dieser regional am Umbi1düngsVorgang be teiligten Komponenten diskutiert.
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