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

Der Anteil an Bruchverformungen nimmt mit zunehmendem Steinsalzanteil ab. Das zeigt sich vor allem in den Anhydritklippen des Hauptanhydrits und in den Anhydritmitteln der Leine-Folge. Ein hoher Steinsalzanteil in den An­ hydritmitteln (z.T. über 60 %) ließ diese beispielsweise vorwiegend bruchlos (plastisch) auf Beanspruchungen reagieren, was besonders deut­ lich auf der Scholle von Calvörde ausgeprägt ist. Die geringmächtigen An­ hydritmittel wurden z.T. groflräumig verfaltet; in steilgestellten Mulden­ flanken sind Klüfte äußerst selten. Der Nachweis einer vom Salzgehalt abhängigen Klüftung ist jedoch wegen des begrenzten Werteumfanges nicht möglich.

Dagegen konnte im StaOfurt-Kaliflöz einer stark gestörten Sattellagerstät­ te (vgl. 5.3. und /3, 6 /) nachgewiesen werden, daß zwischen der petrographischen Ausbildung der Salzgesteine und der Klüftungsintensität unter gleichen tektonischen und Lagerungsverhältnissen ein deutlicher Zusammen­ hang besteht. In der untersuchten Lagerstätte zeigt die petrographisch unterschiedliche Ausbildung des Staßfurt-Kaliflözes in tektonisch gleich beanspruchten Bereichen unterschiedliche Kluftdichten. In Bild 13 /6 / wurde die normale Hartsalzausbildung nach AHLBORN /39/ gleich 100 % ge­ setzt.

Hohe K2 S0^-Genalte (langbeinitisches oder polysulfatisches Hartsalz) lie­ fern große Kluftdichten; das Staßfurtsteinsalz und die carnallitische Aus­ bildung des Kaliflözes sind ungeklüftet.

Bild 13. Zusammenhang zwischen Kluftdichte und Salzausbildung im Kali­ flöz Staßfurt einer Sattellagerstätte /6 /

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Anteil geöffneter bzw. verheilter Klüfte in %

Bild 16. Kluftdichte und Kluftöffnungen in Abhängigkeit von der Teufe bei Hartsalzausbildung des Kaliflözes Staßfurt in einer Sattellagerstätte /6 /

*-•-<statistischer Mittelwert mit Standardabweichung für die Klüftigkeits­ ziffer k

M >H dgl. bei stark sylvinitischer Hartsalzausbildung

xstatistischer Mittelwert für Anteil an geöffneten bzw. verheilten Klüften

Tabelle 5. Teufenabhängigkeit der Klüftung in den Anhydritmitteln (aml bis am3) auf der Scholle von Calvörde

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6+

6.3.Bemerkungen zur störungsgebundenen Klüftung

Weitaus stärker als rein gesteinsabhängige Einflußfaktoren und Teufenabhängigkeiten wirken sich bruchtektonische und salinartektonische GroGelemente auf die Klüftungsintensität aus. Für die ingenieurgeologische Be­ wertung der Klüftung in den salinaren Schichten muG aber bei den Großformen grundsätzlich zwischen rein bruchtektonischer Beanspruchung (Störungen, Verwerfungen) und vorwiegend halokinetisch (salinartektonisch) verursach­ ter Strukturbildung (Salzdiapire, Salzsättel usw.) unterschieden werden. Mischformen sind häufig.

Im Zusammenhang mit den Typen von Salzstrukturen besitzt die strukturelle Position Einfluß auf die Klüftung und Laugenführung. Nach SCHWANDT /9/ u.a. sind Klüftung und Salzlösungsführung vor allem an Strukturbereiche intensiver Zerrung/Dehnung gebunden.

Im Bereich von großen Bruchstörungen tritt offenbar eine stärkere Zer­ klüftung als in salinartektonischen Strukturen auf. An tektonischen Stö­ rungen (z.B. Basaltspaltenzonen im Werra-Kaligebiet; vom Grundgebirge durchgepauste Störungen; Lineamente) besteht ein genetischer Zusammenhang zwischen Bruchund Kluftbildung, der sich in der selben Orientierung von Hauptklüftung und Bruchstörungszone äußert /3, 4/. Generell nimmt die Klüftungsintensität mit wachsendem Störungsabstand ab (Bild 18).

Da im Rahmen dieser Arbeit nur relativ ungestörte Salinarschichten unter­ sucht werden sollen, kann auf weitere Ausführung zur störungsgebundenen Klüftung verzichtet werden.

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Entfernung von der Verwerfung m m

a)

Bild 18. Kluftdichten bei Hartsalzausbildung im Kaliflöz StaOfurt in Abhängigkeit von Sattelbzw. Störungsabstand (störungsgebundene Klüftung)

a)Ohmgebirgstyp; Verwerfung mit maximaler Sprunghöhe von 40 m, zahlrei­ che Gas-Salz-Ausbrüche im Vorfeld

b)Sattellagerstätte mit Verwerfung im Sattelkern (etwa 800 m Sprunghöhe)

7.Tektonische EinfluQfaktoren

7.1.Die zeitliche Entwicklung der tektonischen Beanspruchung

In Mitteleuropa herrscht nach zahlreichen Veröffentlichungen großräumig ein relativ konstanter Gebirgsspannungszustand. Allerdings ist das groß­ räumige Spannungsfeld langfristigen zeitlichen Änderungen unterworfen (ILLIES /40/, SCHWAB u.a. /41/, KNOLL /42, 43/, HESSMANN & SCHWANDT /4/).

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Tabelle 6 . Tektonische Prozesse und Verformungsergebnisse innerhalb der Kaliund Steinsalzabbaugebiete der DDR nach HESSMANN & SCHWANDT /4/

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Das Salinarstockwerk mit seinen mächtigen, plastisch reagierenden Salzen war demnach seit der zechsteinzeitlichen Ablagerung unterschiedlich ge­ richteten strukturprägenden Prozessen ausgesetzt.

Zunächst müssen postume Bewegungen aus dem subsalinaren Unterbau angenom­ men werden, die dem variszischen Bauplan mit NW - SE gerichteter maxima­ ler tektonischer Spannung entsprechen. Neben anderen Ergebnissen dieser Postumität im Salinarstockwerk muß unbedingt die zechsteinzeitliche Bil­ dung der Anhydritklippen genannt werden. Oas Kluftinventar in den Anhy­ dritklippen folgt eindeutig dem variszischen Bauplan (siehe 5.1.2.3.). Die Frage nach dem Alter der Klippenklüfte ist geotechnisch weniger be­ deutsam. Die Klüftung in den Anhydritklippen (und die schwache Nebenklüf­

tung im Hauptanhydrit selbst) kann altmesozoischen oder gar zechsteinzeit­ lichen Alters sein, was allerdings erhebliche postume Bewegungen voraus­ setzt. Entstanden die Klippenklüfte im Zuge früher saxonischer Beanspru­ chungen (z.B. kimmerische Phasen), so erfolgte die Anlage der Klüfte

gemäß latent vorgeprägten variszischen und älteren Richtungen.

SEIDEL /44/ spricht zum Beispiel im Zusammenhang mit der Entstehung des Thüringer Beckens von einem "Wechselspiel zwischen der Epirogenese der ausklingenden variszischen Orogenese und der schwächeren Epirogenese so­ wie vor allem der Tektonik der saxonischen Orogenese" (S. 104). Dies wür­ de die erste These unterstützen.

Die Klüftung in den Anhydritklippen (und im Hauptanhydrit selbst) entstand auf jeden Fall vor dem typischen normalherzynischen Pressungsakt (subherzyne Phase) der alttertiär-jungmesozoischen Tektogenese.

Im normal ausgebildeten Hauptanhydrit wurde dann diese wenig markante Klüftung saxonisch stark überprägt, während die im Leinesteinsalz einge­ betteten Klippen bruchtektonisch weitestgehend unbeeinflußt blieben.

Große Bedeutung für die Klüftung im Salinar besitzen saxonisch wiederbe­ lebte Störungen variszischer oder früherer Anlage (SEIOEL /44/, HOPPE & SEIDEL /ll/, LUDWIG /15/ u.a.). Daher sollen diese in einem gesonderten Abschnitt behandelt werden.

7.2.Der Einfluß variszischer oder älterer Bruchtektonik auf die Salinarklüftung

Nach STILLE /16/, SEIDEL /44/, RICHTER-BERNBURG /45/, HOPPE & SEIDEL /ll/, SCHWAB u.a. /41/ u.a. stehen die Strukturformen des Salinars und des postsalinaren Deckgebirges in enger zeitlicher und räumlicher Beziehung zur tektonischen Aktivität präexistierender, tiefreichender (lineamentärer) Störungszonen des präsalinaren Grundgebirges.

STILLE /I6 / spricht von einer "Uranlage" und von "endogen vorgezeichneten Bahnen", also von präexistenten, alten Schwächezonen, die nach CL00S

/46, 47/ und STILLE /4B/ bis in das Präkambrium zurückreichen.

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1.- geradliniger Verlauf über Zehner, Hunderte bis Tausende von Kilome­ tern, wobei rheinische, eggische und flach herzynische Richtungen bevorzugt werden;

2.Wiederaufleben über mehrere geologische Ären und tektonische Prozesse;

3.Durchpausen durch mehrere tektonische Stockwerke.

Das wichtigste Lineament in Mitteleuropa ist die Mittelmeer-Mjösen-Zone STILLES 116/ oder Rheinische Fuge nach RICHTER-BERNBURG /45/.

Folgende lineamentäre Strukturen nach MOHR /14/ und LUDWIG /15/ haben das Kluftgefüge im Salinar der Untersuchungsgebiete mit ihren Richtungen stark beeinflußt:

1. Ohmgebirgstyp, Thüringer Becken i.w.S. und Ausbiß

-Mittelmeer-Mjösen-Zone STILLES (rheinisch)

-Osterwieck-Brocken-Eichsfeld-Lineament /14/ mit der Ohingebirgsgrabenzone (rheinisch)

-Ramberg-Lineament /14/ (rheinisch)

-Pritzwalk-Harzostrand-Lineament (Harzostrandstörung, rheinisch)

-Südharz-Monoklinale /13, 14/ (herzynisch)

-Kyffhäuser-Crimmitschauer Störungszone, einschließlich Kelbraer

Störung /13/ (herzynisch bis E - W)

- Finnestörungszone /13/ (herzynisch).

2.Scholle von Calvörde

-- Haldensiebener Störung (herzynisch)

- Gardelegener Abbruch (herzynisch)

Nach LUDWIG /15/ gibt es außerdem noch eggische Störungen, die in den Un­ tersuchungsgebieten liegen und unterpermisch aktiv gewesen sind.

Weiterhin führte der variszisch beanspruchte Unterbau mit seinen typischen herzynischen (etwa 120° Streichen) und erzgebirgischen (etwa 60 bis 70°) tektonischen Linien (vgl. JUNG /17/ und HOPPE & SEIDEL /ll/) ebenfalls zu markanten Strukturformen im Salinar.

Somit kann zusammenfassend festgestellt werden, daß das präsalinare Grund­ gebirge bereits vor der Ablagerung des Zechsteins variszisch und älter (präkambrisch) vorgeprägt worden war. Dadurch wurde die saxonische Tekto­ nik maßgebend beeinflußt, was sich im Salinarstockwerk vor allem auf die Klüftung im Unteren Zechstein entscheidend ausgewirkt hat.

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7.3.Stockwerksgliederung zur Beurteilung der Salinarklüftung für die Prognose kluftgebundener Salzlösungen und Gase

Vor allem durch die hohe tektonische Mobilität der Zechsteinsalze tritt ein disharmonischer Stockwerksbau von subsalinarem Grundgebirge, Salinar und postsalinarem Deckgebirge in Erscheinung (SEIDEL /44/, ZÄNKER /7, 8/, HOPPE & SEIDEL /ll/).

Das Salinar wird von einem variszisch gefalteten Grundgebirge mit zahl­ reichen variszisch angelegten oder älteren Störungen unterlagert (siehe 7.2.). Das Hangende bildet das germanotyp (saxonisch) beanspruchte Tafel­ deckgebirge mesozoischer und jüngerer Schichten.

Die Untersuchungen zur Klüftung in den Salinarschichten haben gezeigt, daß der Grundgebirgseinfluß - vor allem im Unteren Zechstein - markanter ist, als bisher angenommen wurde. Es bestätigt sich die Auffassung STILLES /lß/, nach der die Richtungen der saxonischen Tektonik in der Hauptsache endogen vorgezeichnet gewesen sind.

In Übereinstimmung mit den Arbeiten von ZÄNKER /7, 8 /, der anhand von Un­ tersuchungen zum Faltenbau des Salinars salinare Teilstockwerke ausglie­ derte, müssen für ingenieurgeologische Kluftmodelle zur Abdichtung von

-verschiedene Beanspruchungspläne und die daraus abzuleitenden Hauptkluftste Hu ng en,

-Art und Intensität der Bruchverformungen und

-vor allem durch den vertikalen und horizontalen Abstand vom subsalinaren Grundgebirge bzw. zu lineamentären Großstörungen /3, 50/

gekennzeichnet. Jedes der Teilstockwerke erfordert eine eigene Abdichtungs­ strategie bei der Zuflußbekämpfung durch Injektionen.

7.3.1.Zechsteinkalk und Unterer VJerraanhydrlt

Aufgrund der unmittelbaren Auflagerung auf dem präsalinaren Grundgebirge nimmt das Trennflächengefüge im Zechsteinkalk und im Unteren Werraanhydrit eine Sonderstellung ein. Diese Schichten haben am deutlichsten mit ihren Kluftscharen und zahlreichen Störungen/Verwerfungen den variszischen Bau­ plan (herzynisch, erzgebirgisch) mit seinen präexistenten rheinischen und eggischen tektonischen Linien abgebildet (vgl. 5.1.5. und 5.2.2.). Im Thüringer Becken i.w.S. folgt die Klüftung im Zechsteinkalk und Unteren Werraanhydrit dem subsalinaren Schollenmosaik nach JUNG /ll/% wobei der rheinische und eggische Einfluß nach Osten und mit zunehmendem Abstand vom Harz abnimmt (vgl. RICHTER-BERNBURG /45/).