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

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Bild 34. Quantitative Verteilung des C0 2 -Gehaltes innerhalb einer hydrometamorphen Umbildungszone im Kaliflöz "Thüringen” - Kaliwerk f,Ernst Thälmann”, Merkers

Kohlensäure ist. Im unteren Profil wirkte die Halititbank als Stauhori­ zont für aszendente Lösungen und damit auch für die mitgeführte Kohlen­ säure. Der geringe Gehalt im Carnallitit ist auf eine begrenzte Migra­ tion infolge Volumenreduzierung und dem damit verbundenen teilweisen Ab­ sinken und Zerbrechen des Halitits zurückzuführen.

Die Untersuchungsergebnisse über die CC^-Verteilung rechtfertigen die Schlußfolgerung, daß für die Auslösung eines Ausbruches ein kritischer Gasgehalt notwendig ist. Ober die Größe dieser Grenzkonzentration können z. Z. .keine Aussagen gemacht werden, da die Untersuchungsmethodik be­ stimmter Verbesserungen bedarf ünd wahrscheinlich nur In-situ-Messungen zum Erfolg führen.

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Bild 35

Meßwerte des akustischen Gasmeßgerätes in Abhängigkeit vom geologischen Profil und dessen petrographischer Ausbildung

oben: Kainit unter Sylvinit

unten: Sylvinit unter Halitit (Steinsalz) und Carnallitit

Kaliwerk MErnst Thälmann*1, Merkers - Kaliflöz "Thüringen**

3.6, Zur Verteilung von Kohlenwasserstoffen

Kohlenwasserstoffvorkommen sind von allen Schachtanlagen des Werra-Ge­ bietes bekannt, wenngleich auch ihre quantitative Verteilung unter­ schiedlich ist. Gasförmige Kohlenwasserstoffe stehen hinsichtlich ihrer Häufigkeit an erster Stelle, während Erdöle seltener und feste Kohlen­ wasserstoffe nur untergeordnet auftreten. Alle Vorkommen fester und flüs­ siger Kohlenwasserstoffe liegen in unmittelbarer Nähe N - S streichender Störungszonen. Das Erdöl ist sowohl genetisch als auch räumlich entweder an den Basalt selbst oder an parallel dazu verlaufende Schnittzonen ge­ bunden.

Die Vorkommen gasförmiger Kohlenwasserstoffe sind in der überwiegenden Mehrzahl von Klüften oder in größerer Entfernung von den Störungszonen bekannt. Das wird dadurch bedingt, daß das Gas, dessen Diffusion durch das Salinar bis in das Niveau der Kalilager nicht möglich war, von den obengenannten Störungszonen aus leicht bewegliche Komponente ähnlich dem Kohlendioxid auf Schichtfugen und mit den Lösungen in horizontaler Richtung migrierte, so daß eine Trennung von Erdöl und gasförmigen Koh­

lenwasserstoffen stattfand. Bei den Austritten dieser Kohlenwasserstoffe handelt es sich, bedingt durch den Bau der Störungszonen, nur um lokale Imprägnationen.

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3.6.1. Chemismus dispers verteilter gasförmiger Kohlenwasserstoffe

Höhere Konzentrationen fester, flüssiger und gasförmiger Kohlenwasser­ stoffe sind relativ selten, so daß aus diesem Grunde die Salzgesteine auf ihren Gehalt an Kohlenwasserstoffen untersucht wurden. Die gaschro­ matographischen Bestimmungen führte das FIEE Gommern aus.

In Profilen, die senkrecht zum Streichen der Störungszonen mit Intrusivmaterial gelegt waren, wurden durch diese Untersuchungen dispers ver­ teilte organische Substanzen (Methan, Äthan, Propan) in Konzentrationen von 10~3 bis 10”^ Vol.-i sowie untergeordnet höhere Kohlenwasserstoffe in geringer Konzentration nachgewiesen.

Während der hydrometamorph unveränderte Carnallitit frei von Kohlenwas- . serstoffen ist, steigen die Gehalte im Carnallitit des Obergangsbereiches zum Sylvinit sprunghaft an und nehmen im Sylvinit in Richtung des Basal­ tes ab, wobei im Zentrum der Störungszonen das Salz in der Regel .frei von Kohlenwasserstoffen ist. Generell ergibt sich, daß die Anreicherung gas­ förmiger Kohlenwasserstoffe gemeinsam mit Kohlendioxid in der peripheren Front der Umbildungslösungen erfolgte, so daß stets im Sylvinit des Ober­ gangsbereiches zum Carnallitit die höchsten Gehalte zu erwarten sind. Obgleich in dem in Bild 36 dargestellten Profil (s. a. Bild 12, Profil 2) die reine Carnallititausbildung nicht beprobt werden konnte, vermittelt es doch einen Oberblick über die Verteilung gasförmiger Kohlenwasserstof­ fe. Es handelt sich hierbei um ein Sylvinitprofil, in dem zwei Intrusivbrekzien aufgeschlossen sind. Von besonderer Bedeutung ist, daß der Syl­ vinit nicht einaktig, sondern durch mehrere Vorgänge entstand, wobei sich der Obergangsbereich Carnallitit/Sylvinit immer mehr nach E, bezogen auf die obengenannte Abbildung, verschob. Entsprechend variieren die Gasge­ halte, da sich die Kohlenwasserstoffe als migrierfreudigste Komponente gegenüber dem trägeren Medium salinare Lösung an der Peripherie der Lö­ sungsfront akkumulierten.

Die Gasführung des Carnallitits (Probe 14) steht nicht im Widerspruch zu dem eingangs Erwähnten, da die Probe nicht mehr den lösungsmetamorph un­ veränderten Trümmercarnallitit repräsentiert, sondern als speckig glän­ zender Carnallitit (sekundäre Durchtränkung) vorliegt.

Den maximalen Gasgehalt zeigt die Probe 15 unmittelbar über dem Carnalli­ tit (Probe 14). Bei der ersten Lösungszufuhr entstand der Sylvinit der Probe 15. Da es sich hierbei um den Obergangsbereich zum Carnallitit han­ delte, waren die Gehalte der eingebauten Kohlenwasserstoffe hier am größ­ ten.

Bei einer zweiten, quantitativ nicht größeren Durchtränkung, aber weiter­ migrierenden Lösungsfront wurden erneut Kohlenwasserstoffe mobilisiert und C02 gefördert. Da aber der Bereich der Probe 16 nicht an der Periphe­ rie der Lösungsfront lag, sind die eingebauten Kohlenwasserstoffgehalte

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10 -1 15

c 2 Hg [ l 0 ~ * V o l. ^ ° l o ]

geringer als bei Probe 15. Die Bitumengehalte des Sylvinits unmittelbar an der Intrusivbrekzie stehen nicht im Widerspruch zu dem Obengenannten, sondern finden durch den geringeren Wärmeinhalt der Brekzie eine Erklä­ rung.

3.6.2. Nachweis von Kohlenwasserstoffen durch UV-Licht

Da die Gehalte dispers verteilter organischer Substanzen teilweise unter der Nachweisgrenze liegen, andererseits die untersuchten Profile, bedingt durch die Probenahme, Lücken zeigten, wurde versucht, Fluoreszenzerschei­ nungen mit Hilfe einer tragbaren UV-Lampe zu kartieren.

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In der reinen Carnallititausbildung wurde keine Fluoreszenz beobachtet CBild 37). Dies stimmt mit den chemisch ermittelten Bitumengehalten der Profile überein. Die ersten Fluoreszenzerscheinungen treten im Sylvinit des Obergangsbereiches zum Carnallitit auf, so daß hier eine mehr oder minder durchgehend bitumenführende Zone vorliegt. Der sich daran anschlie ßende Sylvinit ist nur teilweise bitumenführend, während im vertaubten Ka lilager keine Fluoreszenzerscheinungen zu beobachten waren.

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Zusammenfassend ergibt sich:

Aus den physikalisch-chemischen Teilbestimmungen flüssiger und fester Kohlenwasserstoffe /79/ resultieren sehr heterogene Bitumina, wobei aller­ dings auf Grund des allgemein geringen Spurenelementgehaltes signifikante Unterschiede zwischen den Erdölproben verschiedener Störungszonen kaum auftreten.

Als Muttergesteine sind der Kupferschiefer (T 1), der Zechsteinkalk (Ca 1J und der Untere Werra-Anhydrit (A 1) anzusprechen. Hinweise dafür geben die zahlreichen Obertagebohrungen, so daß sich die Dff’ferenziertheit der Bitumina durch bereits primäre Unterschiede, aber auch durch die unter­ schiedliche Aufheizung vor und während des Basaltvulkanismus erklären läßt.

Nach ELERT & FREUND /19/ wird mit zwei genetisch unterschiedlichen Gruppen von Kohlenwasserstoffen im Salinar gerechnet:

-Kohlenwasserstoffe, deren Bildung auf organische Substanz in den Kali­ lagern zurückgeht, und

-Zufuhr durch Umbildungslösungen aus liegenden Schichten

Inwieweit organische Substanzen der Kalilager, obgleich die Tonlöserbe­ reiche bei der Profillegung ausgeklammert wurden, an der Gesamtmenge der Kohlenwasserstoffe im Werra-Revier einen Anteil haben, kann z. Z. auf Grund fehlender Bitumengehalte, z. B. der lösungsmetamorph unveränderten Carnallitite, nicht entschieden werden.

4.Zum Auftreten der Vulkanite im Salinar

Die bisherigen Beschreibungen von untertägigen Basaltvorkommen des WerraKaligebietes in der Literatur basieren meist auf der Auswertung von Ein­ zelaufschlüssen oder einer geringen Anzahl von Basaltvorkommen /60/, /16/, /63/, /51/, /37/, /22/, /83/, /44/. Bedingt durch den raschen Fortschritt des Bergbaus in beiden Kaliflözen, liegen heute räumliche Aufschlüsse einer ganzen Reihe von Störungszonen mit Basalterfüllung vor, so daß eine zusammenfassendere Betrachtung hierzu möglich erschien /47/. Insgesamt konnten unter Tage mehr als 1SO Einzelaufschlüsse in einer Vielzahl von Störungszonen mit ständiger oder streckenweiser Vulkaniterfüllung auf einer abgebauten Fläche von etwa 60 km2 (s. a. Bild 3) untersucht werden. Als notwendiger Vergleich wurden einige der im Untersuchungsgebiet vorhan­ denen übertägigen BasaltVorkommen in die Arbeit mit einbezogen.

4.1.Petrographisch-petrochemische Charakteristik der Vulkanite

Die im Rahmen des Gesamtthemas dieser Arbeit wesentlichen Probleme und Vorgänge erwiesen sich als von der Petrologie der im Untersuchungsgebiet

„auftretenden Basalttypen unabhängig. Daher wird auf die petrographisch-

petrochemische Charakteristik der Gesteine nur kurz eingegangen. Die Er­ gebnisse der detaillierten Untersuchungen werden gesondert veröffent­ licht.

Das im Miozän und Pliozän entstandene Vulkangebiet der Rhön, in dessen Randbereich das Untersuchungsgebiet liegt (s. Bilder 1 und 3), zeichnet sich durch das ausgedehnte. Auftreten von normal gesättigten Plagioklas­ basalten neben stärker unterkieselten Alkalibasalten mit teilweisen Über­ gängen ineinander und der begleitenden Ausbildung von Phonolith aus. Zur petrologischen Entwicklung der Rhön liegen in den zusammenfässenden Pu­

blikationen von FICKE /21/ sowie von EIGENFELD und FICKE /18/ ausführliche Betrachtungen vor, die auch zur Grundlage dieser Arbeit wurden. Veröffent­ lichte Angaben zur Petrochemie einiger Basaltvorkommen im Bereich des Kaliwerkes "Ernst Thälmann”, Merkers, liegen bei FRANKE /23/ vor.

Im Gegensatz zu der verwirrenden Vielfalt der Erscheinungsformen von In­

trusionen in den Kaliflözen, sind die auftretenden Basalte makroskopisch gesehen eintönig. Eine Untergliederung deutet sich lediglich nach dem stärker wechselnden sichtbaren Olivingehalt an. Bei einer mikroskopischen Durchmusterung der Proben’ergibt sich, daß die im Untersuchungsgebiet auf­ tretenden Basalte aus nur wenigen Mineralen zusammengesetzt sind, die je­ doch hinsichtlich ihrer Ausbildung und Anteile stark wechseln. Die Schwie­ rigkeiten einer exakten petrographischen Kennzeichnung der im Salinar auf­ tretenden Gesteine liegt einmal in der an sich schon kaum auflösbaren Grundmasse, zum anderen aber in der meist mehr oder weniger vollständigen Umbildung des ursprünglich vorhandenen Glasund Foidanteiles zu einer nicht auflösbaren Matrix, obwohl die Gesteine selbst noch ein überra­ schend frisches Aussehen haben.

Die petrochemisch-petrographische Charakteristik der im Untersuchungsgebiet auftretenden Basalte ergab, daß es sich bei der Mehrzahl aller Vorkommen um Olivinnephelinit (Nephelinbasalt) handelt. Untergeordnet tritt Olivinbasalt (Plagioklasbasalt), in Einzelvorkommen Hornblende­ basalt und "Limburgit" auf. In Übereinstimmung mit einer von FICKE /21/ erarbeiteten Gliederung der Rhönvulkanite können die Olivinbasalte zu den Ersteruptionen gerechnet werden, während die Olivinnephelinite als ba­ sische Differentiate der mafisch betonten Alkaligesteine zu den Spät­ eruptionen zählen. Damit kann das untersuchte Gebiet der Vorderrhön als mafisch betonte Randzone der Rhön angesehen werden.

Aus der vergleichenden Darstellung der NIGGLI-Parameter im Gesamtvaria­ tionsdiagramm der Rhön nach JUNG /43/, vornehmlich aber nach einer mo­ dernen Methode von GEVORKJAN /24/ sowie auf Grund von Untersuchungen zur

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Verteilung charakteristischer Spurenelemente ergibt sich, daß alle Ge­ steinstypen lediglich durch Vorgänge der Kristallisationsund Graviationsdifferentiation aus einem einheitlichen, wahrscheinlich olivinbasal­ tischen Ausgangsmagma abgeleitet werden können. Wesentliche Vorgänge einer Assimilation lassen sich nicht nachweisen. Innerhalb der Olivinnephelinite konnte eine Entwicklung von olivinreicheren, stärker unterkieselten Intrusionen zu weniger stark mafisch betonten, pyroxenreicheren Gesteinen beobachtet werden. Olivin und zum Teil auch Pyroxen treten als intratellurische Einsprenglinge auf, so daß ein Aufdringen der Magmen als Kristallbrei angenommen werden kann.

4.2.Erscheinungsformen der Intrusivbildungen

Alle bislang unter Tage angetroffenen BasaltVorkommen lassen sich zwang­ los aus dem Gesamtablauf des Vulkanismus ableiten. In der Reihenfolge der Häufigkeit treten Saigergänge, Lagergänge und Intrusivbrekzien auf. Die jeweiligen Erscheinungsformen hängen in erster Linie von der Möglichkeit der Magmen zur Reaktion während des Aufstieges bzw. von der Ausbildung des Reaktionspartners während der Platznahme ab.

Zu Beginn des Tertiärs liegen innerhalb einer relativ starren Salztafel, die von Rotliegendsedimenten in wechselnder Mächtigkeit und Wasserführung unterlagert wird, beide Kaliflöze in der unter 1.2. beschriebenen Ausbil­ dung vor. Innerhalb der chloridischen Entwicklung der Salinarfolge, die den Beobachtungen allein zugänglich ist, treten damit drei wesentliche Reaktionspartner auf:

-geschichtetes Steinsalz bzw. die Halitite zechsteinzeitlicher Vertau­ bungen, beide nahezu wasserfrei

-kieseritisches Hartsalz und

-Carnallitite, letztere beide mit formelmäßig im Kristallgitter gebun­ denem Wasser

Bezieht man die durch den vorher erfolgten (präbasaltischen) Lösungs­ aufstieg hervorgerufenen Umbildungen in die Betrachtungen ein, so konnten die Intrusiva beim Aufstieg die Kaliflöze weiterhin in folgenden zwei Ausbildungstypen, die untereinander Übergänge aufweisen, antreffen:

-Umbildungszonen, innerhalb derselben die Sylvinite bzw. Vertaubungen bereits weitgehend wieder verfestigt sind, als Ausdrück eines größeren Zeitabstandes zwischen Lösungsund Basaltaufstieg

-Umbildungszonen in der Entstehung begriffen, also weitgehend mit Lösung durchtränkte, plastische Salzmassen

Damit sind, in erster Linie*vom Wassergehalt und von der Kompetenz her, stark unterschiedliche Reaktionspartner für aufsteigende Magmen gegeben. Wesentlich ist in diesem Zusammenhänge noch, daß sich analog zu den Lö­ sungen (s. a. 3.1.) für die Magmatite in den oberen Teilen der Umbildungs-

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Zonen, speziell an der Hangendbegrenzung zum jeweiligen Steinsalzpaket Zonen mit günstiger Wegsamkeit (Hangendabsenkung, Lösungsstau) finden.

4.2.1. Intrusivbrekzien

Obwohl ihre Vorkommen volumenmäßig weit hinter denen der normalen Basalt­ gänge Zurückbleiben, verdient das Auftreten von Intrusivbrekzien beson­ dere Beachtung. Anhand ihrer Zusammensetzung und Erscheinungsform können wesentliche Rückschlüsse für den Intrusionsmechanismus gewonnen werden. Eine günstige Studienmöglichkeit bot hierzu (s. a. 2.4.) die in Bild 38 und Bild 12 dargestellte Störungszone. Sie ist durch mehrfache Aufschlüsse sowohl im Kaliflöz "Thüringen1' (Bild 12) als auch "Hessen" (Bild 38) be­ legt. Die Intrusion vollzog sich auf einem bis zu 10 m breiten System von Einzelstörungen mit Öffnungsbeträgen bis zu 16 cm im Steinsalz bzw. kieseritischen Hartsalz und einem geringfügig um N - S pendelnden Streichen.

In ihrem zentralen Teil (Profil 1 bis 3 in Bild 12) ist vorherrschend eine durchgehende Gangspalte (10 bis 15 cm) entwickelt, die sich sowohl nach Süden als auch ins Hangende in mehrere geringmächtige Schlechten aufglie­ dert. Parallel zu dieser Zertrümmerung ist eine deutliche Abnahme der Fragmentgröße in der Füllung zu beobachten. Als Bestandteile der Intrusivbrekzie konnten Fragmente der Liegendschichten (hauptsächlich Rotliegend­ sedimente sowie Glimmerschiefer, Gneise und Quarzite des kristallinen Un­ tergrundes, aber auch-kalkige Relikte unbekannter Herkunft) und Bruch­ stücke von kompaktem Basalt beobachtet werden. Die Anteile der einzelnen' Komponenten können, wie aus Bild 12 ersichtlich, sehr stark schwanken, wo­ bei man mitunter den Eindruck gewinnt, daß ehemals zusammenhängende Par­ tien des Untergrundes erst während der Intrusion weitgehend zerkleinert wurden. Auch die Grundmasse baut sich aus demselben Material nur geringe­ rer Korngröße auf. Als Zement findet sich eine mehr oder weniger stark tonig zersetzte Substanz mit deutlichen Anteilen von Glimmer und Halit. Nach relativ frischen Proben zu urteilen, dürfte es sich dabei um zerspratztes und anschließend zersetztes Basaltglas mit Anteilen von stark zerkleinerten Rotliegendsedimenten und Resten von Glimmerschiefer han­ deln.

War die Intrusion mehrphasig und treten innerhalb derselben Störungszonen noch Basaltgänge auf, so läßt sich stets die Reihenfolge: Lösungen - Intrusivbrekzie - Basaltintrusion erkennen. Aus den Beobachtungen im Detail wie aus dem unter 2.4. Gesagten erscheint folgende Möglichkeit der Ent­ stehung von Intrusivbrekzien als wahrscheinlich. Während der Wiederbele­ bung von präexistierenden Brüchen im Untergrund kam es in den starren Tei­ len der Liegendschichten (Kristallin und Teilen des Rotliegenden) zur ört­ lichen Kataklase. Bei teilweiser Öffnung der Störungszonen und Aufstieg der Magmen setzte eine randliche Reaktion zwischen Magma und Nebengestein ein. Insbesondere durch mehrphasige Bewegungen war damit die Möglichkeit

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zur Ausbildung einer stark brekziösen Zone in den apikalen Teilen gegeben. Bedingt durch die thermische Kontaktwirkung wie auch durch die Wechsel­ wirkung während der beginnenden teilweisen Aufnahme von Nebengesteins­ material kam es zur Freisetzung von und Anreicherung mit Gasen und Was­ ser in diesen Zonen. Damit war gleichzeitig eine stärkere Erhöhung des Druckes gegeben. Bei weiterem Aufreißen der Spalten ins Hangende erfolgte ein örtlicher erheblicher Druckabfall. Damit erweiterte sich die Möglich­ keit zur Brekzienbildung plötzlich auf den gesamten Aufstiegsweg durch

das Rotliegende (bedingt auch im Salinar), und die Intrusivbrekzie füllte explosionsartig die entstandenen Hohlräume aus. Das gesamte Salinar in

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