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

5.2.Karbonatgesteine

Karbonatgesteinsaufschlüsse sind im Kaliund Steinsalzbergbau selten, da sie wegen ihrer stratigraphischen Position und ihrer Gefährlichkeit

als mögliche Gas-, Wasseroder Salzlösungsspeicher kaum durchörtert wer­ den. Untertageaufnahmen waren daher nur im StaOfurtkarbonat (Stinkschie­ fer und Hauptdolomit) und im Zechsteinkalk des Thüringer Beckens i.w.S. möglich. Diese Untersuchungen wurden durch Kluftmessungen am ZechsteinausbiQ (Südharzrand und Kyffhäuser) ergänzt.

5.2.1.StaBfurtkarbonat

Zur Klüftung des StaOfurtkarbonates (Ca2/PSfk) sind aus der Literatur zahlreiche allgemeingültige Untersuchungsergebnisse bei der Suche und Erkundung von Kohlenwasserstoff-Lagerstätten sowie zur Beherrschung der hydrologischen Gefährdung aus dem Liegenden des Kaliflözes Staßfurt im westlichen Südharz-Kaligebiet bekannt /3/.

Quantitative Aussagen zu Kluftparametern sind jedoch äußerst selten. Ei­ gene Untersuchungen im Thüringer Becken i.w.S. und am Ausbiß haben erge­ ben, daß der Stinkschiefer und der Hauptdolomit in ihren Kluftausbildungen und -intensitäten weitestgehend übereinstimmen.

Bild 8 zeigt die Raumlage der Klüfte mit dem typischen, fast seigeren Einfallen. Auch die Raumstellungen im Staßfurtkarbonat-Kluftgefüge sind maßgeblich durch paläotektonische Richtungen und die Paläogeographie des subsalinaren Grundgebirges beeinflußt worden (siehe Abschnitt 7.3.2.). Daher nimmt auch der rheinische Einfluß auf die Ca2-Klüftung von West

nach Ost ab; herzynische Klüfte bestimmen im Ostteil des Thüringer Beckens i.w.S. das Kluftgefüge.

Das Staßfurtkarbonat besitzt Einfallwinkel von durchschnittlich BO bis 85°. Da immerhin 70 bis 80 X aller Klüfte steiler als 00° einfallen, un­ terscheidet sich das Ca2 deutlich von seinen liegenden und hangenden anhydritischen Schichten.

Das Staßfurtkarbonat besitzt eine äußerst engständige Klüftung. Die mitt­ leren Abstände liegen meist zwischen 20 cm und 50 cm. Dabei bleiben aber die aus der KW-Erkundung bekannten Mikroklüfte (Haarrisse) unberücksich­ tigt, da ihre Längen oft nur wenige cm betragen und für die Wasserführung ohne Bedeutung sind. Die überwiegende Mehrzahl der Ca2-Klüfte besitzt Ausbißlängen im Intervall von 0,3 bis 1,5 m; lang aushaltende Klüfte sind selten.

Der Anteil an verheilten Klüften ist ausgesprochen hoch. Es besteht offen­ sichtlich eine Teufenabhängigkeit des Anteiles offener Klüfte. Auf Grund der wenigen Aufschlüsse kann dieser Zusammenhang nur angedeutet werden (Tabelle 4).

30

Tabelle 4. Anteile an geschlossenen, verheilten und offenen Klüften im StaOfurtkarbonat verschiedener Teufenlage

5.2.2.Zechsteinkalk

Der Zechsteinkalk (Cal/PWrk) hat das größte Kluftvolumen im Subsalinar und und ist damit maßgebender Grundwasserleiter im Unteren Zechstein (KÄSTNER 731/, KABEL 732/ u.v.a.).

Nach KÄSTNER 731/ reichen die ebenfalls sehr steil bis seiger einfallen­ den Klüfte im Cal nur selten bis in den Unteren Werraanhydrit oder ins Liegende.

Die Untertagemessungen wurden im Sangerhäuser Kupferschieferrevier durch­ geführt. Im Zechsteinkalk dominieren dort herzynische Klüfte; in der Re­ gel treten als zweite Schar rheinisch bis erzgebirgisch streichende Klüfte auf (Bild 9). Damit wird im wesentlichen dem subsalinaren Schol­ lenmosaik (JUNG III/) gefolgt.

N N

Bild 9. Raumlagediagramme für die Klüftung im Zechsteinkalk

a)Thüringer Becken i.w.S. (etwa 400 m Teufe, n = 160)

b)Ausbiß des Kyffhausers (übertage, n = 116;

32

Im Thüringer Becken besitzt der Zechsteinkalk in ungestörter, söhliger bis flacher Lagerung eine sehr weitständige Klüftung mit mittleren Ab­ ständen vun 4 m bis 8 m. Gleichzeitig ist er vielfach gestört oder ver­ worfen. Die Verwerfungen weisen zumeist Sprunghöhen von 0,3 bis 20 m auf und reichen bis in den Unteren Werraanhydrit. Sie beeinflussen die Kluft­ dichten beiderseits der Verwerfungen bis in 5 bis 00 m Entfernung. An

den Störungen wurden offenbar die meisten tektonischen Spannungen abge­ baut, daraus folgt die weitständige Klüftung im Cal (siehe Bemerkungen zum Unteren Werraanhydrit in Abschnitt 3.1.5.; siehe auch 7.3.1.).

Die mittleren Kluftabstände von 50 bis 60 cm am Ausbiß dürften etwa stark gestörten UT-Verhältnissen entsprechen.

Im üntertägigen Zechsteinkalk sind 30 bis 50 % der Klüfte verheilt (zu­ meist Calcit). Die Verheilungen besitzen durchschnittlich 10 mm Breite, maximal 20 cm. Offene Klüfte konnten weder in ungestörten noch in gestör­ ten Aufschlüssen beobachtet werden (1603 Klüfte aus dem Kupferschiefer­ bergbau) .

Die Kluftausbißlängen ähneln denen im Staßfurtkarbonat. Die Mittelwerte liegen untertage und am Ausbiß bei 1 bis 2 m.

5.2.3.Bemerkungen zum Leinekarbonat

Das Leinekarbonat (Ca3/PLnk) wird im südlichen Teil des Thüringer Beckens und im Werra-Kaligebiet, wo es mehr als 20.m Mächtigkeit besitzt, als Plattendolomit bezeichnet. Die hohe hydraulische Wirksamkeit der Klüfte (Wasserwegsamkeit und -ergiebigkeit) kennzeichnet den Plattendolomit als wichtigen Grundwasserleiter des Suprasalinars in diesem Gebiet (KABEL 732/, SCHILDER & SCHWANDT /33/). Es liegen keine strukturgeologischen Untersuchungen vor.

Am Ausbiß des Südharzes wurde das Leinekarbonat in einer Mächtigkeit von 0,85 m angetroffen und näher untersucht. Das geringmächtige Leinekarbonat im Liegenden des Hauptanhydrits ("Magnesitbank") bestätigt die allgemeingültige engständige, nahezu seigere Klüftung in den Zechsteinkarbonaten.

Es wurden geringe mittlere Kluftabstände (30 cm), kurze Kluftausbißlängen (0,51 m) und zahlreiche Verheilungen (34,4 %) im Ergebnis der Untersuchun­ gen festgestellt.

5.2.4.Zusammenfassung und Schlußfolgerungen für Abdichtungsinjektionen

Während in den anhydritischen Schichten deutliche Unterschiede in den Kluftausbildungen und -intensitäten auf treten (vgl. 5.1.6.), besitzen die Karbonate des Zechsteins 1 bis 3 eine vergleichsweise engständigere Klüftung. Eine offensichtliche Ausnahme bildet der Zechsteinkalk. Es ist anzunehmen, daQ er wegen seiner unmittelbaren Auflagerung auf dem präsalinaren Grundgebirge die Bruchdeformationen vorzugsweise über Störungen und Verwerfungen abgebaut hat.

Die Karbonatklüfte fallen nahezu seiger ein. Sie sind i.allg. durch ge­ ringe Kluftabstände und -ausbiOlängen gekennzeichnet (30 bis 50 cm Ab­ stände und Längen von 0,5 bis 1,3 m). Im untertägigen Werraund StaQ-

wirkungen! ).

Alle Karbonatschichten sind potentielle Gasspeicher -und Grundwasserbzw. Salzlösungsleiter /32/. Im ZufluOfalle muß man mit großen Kluftvolumina bei größerer flächenhafter Verbreitung und mit hoher Wasserwegsamkeit rechnen.

Im Zechsteinkalk scheinen stark klüftige Bereiche aber nur lokal be­ grenzt zu sein. Als Wasserbringer, vor allem aus den Rotliegendschichten, dürften vor allem die Störungen und Verwerfungen im Cal in Frage kommen (KÄBEL /32/, SCHILDER & SCHWANDT /33/).

Im Zuflußfalle sind zunächst Grobabdichtungsmittel notwendig (große Kluftvolumina). Die kompetenten Karbonate bieten ein gutes Widerlager und würden hohe Injektionsdrücke gestatten. Bohrtechnisch kompliziert gestaltet sich die Richtungsgenauigkeit der Injektionsbohrungen bis in

die konturfernen Karbonatschichten. Die anschließend unter Umständen not­ wendige Feinabdichtung kann ebenfalls mit hohen Injektionsdrücken ausge­ führt werden. Diesen Vorteilen beim Druckregime stehen hohe Bohrkosten und die Probleme der Zielgenauigkeit gegenüber. Daher dürfte eine konturferne Injektion in den Zechsteinkarbonaten derzeit ökonomisch nicht ver­ tretbar sein.

5.3.Zur Klüftung in Salzgesteinen

Staßfurtund Leinesteinsalz sind überwiegend ungeklüftet. Nur vereinzelte Klüfte aus dem Hauptanhydrit enden nach wenigen Dezimetern im hangenden Basissalz der Leine-Folge, wie in Lagerstätten des Ohmgebirgstyps, in subherzynen Sattellagerstätten und auf der Scholle von Calvörde beobach­ tet werden konnte.

34

Am Übergang Basalanhydrit - Staßfurtsteinsalz (Ohmgebirgstyp und Thürin­ ger Becken i.w.S.) wurden keine Klüfte im Steinsalz beobachtet. Außerhalb des Werra-Kaligebietes ist die carnallitische Ausbildung der Kaliflöze zumeist kluftfrei. Aber auch die übrigen Kalisalzgesteine sind nur in Ausnahmefällen klüftig. Im allgemeinen erfolgte eine plastische Reaktion auf tektonische Beanspruchungen. Sind Kalisalze in Ausnahmefäl­ len infolge starker tektonischer Beanspruchung klüftig, so folgen die Klüfte in ihren Raumstellungen vorzugsweise präexistenten tektonischen Richtungen.

Die intensivste Klüftung in Kalisalzen tritt im Hartsalz einer Sattella­ gerstätte mit kombiniert tektonisch-salinartektonischer Beanspruchung auf (Saale-Unstrut-Kaligebiet). Nach eigenen Messungen setzt die Hartsalzkluftung dort erst nach etwa 4 km senkrechten Abstandes vom Sattelkern aus (STÄUBERT u.a. /6 /)..Im gewählten Beispiel versetzt eine herzynische, offenbar lineamentäre Verwerfung den Unteren Buntsandstein gegen Auslau­ gungsrückstände des Zechsteins um rund 800 m. Sattelbzw. störungsnahe Bereiche (2,5 bis 3 km Abstand) besitzen immerhin 8 bis 10 Klüfte je Me­ ter Hartsalzfirste.

Im Kontakt mit den - meridional streichenden Basaltoder Basaltbrekzienzonen setzt die Klüftung in den Kaliflözen Thüringen und Hessen des Wer­ ra-Kaligebietes bereits in etwa 0,2 bis 0,6 km Entfernung aus.

Salzsättel des Staflfurttyps besitzen keine ausgeprägte Klüftung im Kali­ flöz Staßfurt. Eine Ausnahme bilden aber z.B. am Kreuzungspunkt des herzynisch streichenden Aschersiebener Sattels mit dem jüngeren, erzgebirgischen Schierstedter Sattel auftretende Klüfte (AHLB0RN /34/).

Im westlichen Südharz-Kaligebiet treten nur im Bereich der rheinisch gerichteten Ohmgebirgsgrabenzone, wenn auch nicht generell richtungs­ konform, wenige Klüfte auf (KNAPE /35/, ZÄNKER /7, 8 /). Im Bereich einer herzynisch gerichteten Störungszone (westliches Südharz-Kaligebiet; max. Sprunghöhe von 40 m) konnten weiterhin gemeinsam mit Gas-Salz-Ausbruchs- hohlräumen Klüfte beobachtet werden, die aber mit größerem Abstand von der Störung schnell aussetzten.

Salinartektonisch angelegte Sattelund Muldenstrukturen (Südharz, Schol­ le von Calvörde) scheinen zumindest in Kalisalzgesteinen kluftfrei zu sein.

Zusammenfassend soll auf die enge Bindung der Kalisalzklüftung an Zonen starker tektonischer Beanspruchung hingewiesen werden. Im allgemeinen sind aber auch Kalisalze ungeklüftet.