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

Bild 10. Beziehungen zwischen Tektonik, BasaltVorkommen sowie der Ausbildung des Kaliflözes "Thüringen" im nördlichen Teil eines Schlotbereiches

1-Trümmercarnaiiitit

2-weißer, glasiger Carnallitit im oberen Teil von 1

3- Sylvinit

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2.2.Herkunft und Aufstieg der Lösungen

Anhand der in den Kaliflözen vorkommenden ausgedehnten Umbildungszonen, Vor allem der Sylvinite, kann man au.f insgesamt erhebliche Lösungsmengen schließen, die auf Grund der vorhandenen geologisch-tektonischen Situa­ tion in überwiegendem Maße aus dem Liegenden aufgestiegen sein müssen. Gleichzeitig aber kann man häufig beobachten, daß die Intensität der Um­ bildungserscheinungen in der streichenden Erstreckung einer Störungszone stark schwankt und auch in der horizontalen Ebene deutliche Anzeichen einer Absetzigkeit auftreten. Hierin spiegelt sich, neben einem gewissen Einfluß prätertiärer Tektonik, die unterschiedliche Öffnung der unter 2.1. charakterisierten'Störungen wider. Je nach Anzapfen und Lösungsführung der Liegendschichten konnten unterschiedliche Mengen mit wechselnder Konzentration und Zusammensetzung das Niveau der Kaliflöze erreichen. Diese summarische Feststellung basiert auf einer Vielzahl* von unter­ tägigen Beobachtungen. In Auswertung derselben, der Literatur sowie im

Rahmen verschiedener Arbeiten (KOCH u. a. /5/, /49/) konnten zur möglichen Herkunft und Zusammensetzung der Lösungen eine Reihe von Angaben gesam­ melt werden. Zusammenfassend ergibt sich:

-Potentielle Träger einer Wasserführung sind die Schichten des Rotliegen­ den, eingeschränkt auch des Zechsteinkalkes (Ca 1) und Anhydritknoten­ schiefers (A 1) im Liegenden des Salinars sowie Plattendolomit (Ca 3) und Buntsandstein im Hangenden.

-Als Folge der Heraushebung der saxonischen Hochscholle des Thüringer Waldes und einer starken Verringerung der geothermischen Tiefenstufe

im Vorklang der Magmenintrusion bildete sich eine Art artesisches Bek-

ken mit großen Vorräten gespannter, erhitzter Wässer.

-Durch das Aufreißen von Spaltensystemen konnten entweder aus den ein­ zelnen Horizonten oder als Mischkollektive beträchtliche Mengen gelöst werden und in Abhängigkeit von den Öffnungsbewegungen sowie vom Gas­ gehalt (C02) migrieren.

-Zur Unterscheidung von aszendenten und deszendenten Lösungstypen kön­ nen folgende Charakteristika gelten:

. aszendent: meist CC^-gesättigt, allgemein erhöhte Spurenelementge­

halte, insbesondere aber Pb und B, wechselnde Gehalte von CaSO^ und Bitumina (aus T 1 und A 1) sowie höhere Temperaturen

. deszendent: allgemeine Spurenelementarmut, lediglich infolge Ablau­ gung mitunter charakteristische MgSO^-Gehalte, geringer temperiert - Oberflächenlösungen

Die unterschiedlichen Temperaturen der Lösungstypen lassen sich noch nicht exakt erfassen, sie spiegeln sich aber z. B.-in den Rb/Mg-Verhält- nissen der heute im Gebirge anzutreffenden Restlösungen deutlich wider /49/.

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Neben dem störungsgebundenen Aufstieg der Lösungen kann eine flächenhaf­ te Migration allenfalls durch die Ausweitung von Zerrüttungszonen im Be­ reich von Kreuzungspunkten (s. a. 2.1.) vorgetäuscht werden. Obwohl eine •plötzliche, bruchartige Verformung des Salinarkomplexes im Zusammenhang mit der Anlage basaltführender Störungszonen als vorwiegend anzunehmen is,t, kann neben dem schnellen Aufstieg selbst von ungesättigten Lösungen bis in den Bereich der Kaliflöze auch, z. B. in Zerrüttungszonen geringer öffnungsweite, eine langsame Migration mit allmählicher AufSättigung an NaCl und selbständiger Erweiterung der Zuflußwege angenommen werden. Ver­ schiedene Fakten (unterschiedliche Füllung benachbarter Schlechten, mehr­ fache deutliche Lösungsspiegel innerhalb einer Umbildungszone) untermau­ ern weiterhin den Schluß, daß die Öffnungsbewegungen und damit auch die Lösungszufuhr häufig mehraktig gewesen sind.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, daß in Zerrüttungszonen großer Ausdehnung auch deszendente Wässer wirksam geworden sein können /26/. In deren Nachbarschaft können natürlich auch Mischkollektive von Lösun­

gen aufgestiegen sein, die einen erheblichen deszendenten Anteil beinhal­ ten. Die exakte Charakterisierung und Abgrenzung solcher Umbildungstypen ist kompliziert und erfordert umfangreiche spezielle Untersuchungen.

2.3.Umbildungen innerhalb der Kaliflöze

Zu Beginn des Tertiärs liegen innerhalb einer relativ starren Salztafel die Kaliflöze "Thüringen” und "Hessen" in 'der unter 1.2. diskutierten Ausbildung vor. In dem gesamten Schichtpaket treten unsdamit für die aufsteigenden Lösungen bzw. Vulkanite drei wesentliche unterschiedliche Reaktionspartner entgegen: geschichtetes Steinsalz bzw. die Halitite der zechsteinzeitlichen Vertaubungen, kieseritisches Hartsalz und Carnallitit. Die Schichtenfolge ist durch die eingeschalteten Kaliflöze, aber auch im feinstratigraphischen Aufbau (Tonlöser, Halitbänke in den Flözen) durch eine ausgesprochene vertikale Anisotropie gekennzeichnet, die sich, wie noch gezeigt wird, auf den Aufstieg der Lösungen (Stauund Reaktions­ horizonte) modifizierend auswirkt. Deutlich wird auch, daß die hier dis­ kutierten Vorgänge gegen die zechsteinzeitlich wirksamen Bildungsund UmbildungsVorgänge abgegrenzt werden müssen. In die Untersuchungen wurden daher, unterstützt auch durch physikalische Altersdatierungen /62/, /69/, nur solche Aufschlüsse einbezogen, die relativ eindeutig als tertiär ent­ standen charakterisiert werden können. Hinsichtlich einer Übersicht aller Umbildungsphasen im Werra-Kaligebiet siehe KOCH u. a. /50/.

Bei Erreichen der liegenden (und hangenden) Steinsalzschichten können die Wässer noch weitgehend an NaCl untersättigt sein, so daß es zunächst zu einer reinen Auflösung von Steinsalz und in Abhängigkeit von der Migra­ tionsgeschwindigkeit zu einer möglichen AufSättigung kommt. Die Umbil-

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düngen in den Kaliflözen selbst hängen hauptsächlich vom Edukt, der Lö­ sungszusammensetzung und -menge ab. In den durchquerten Vertaubungen sind die Umbildungen, wie im Steinsalz, gering und kaum zu bemerken. Die Um­ bildung im kieseritischen Hartsalz der Kaliflöze ließ sich am besten dort verfolgen, wo z. B. die carnallitische Entwicklung von vornherein fehlt. Als wesentlichste Reaktion wäre die Bildung von Kainit aus Sylvin und Kieserit zu nennen (KCl + MgS04 • H 20 + 2H20 (Lösung) -*■ KCl • MgS04 • 3H20). Dabei spiegeln sich die ursprünglichen Kleinrhythmen des Hartsalzes in dem Wechsel von Halitund Kainitlagen wider. Größere Kainitzonen treten häufig unter Sylviniten auf und bestätigen die stärkere, ausgedehnte Lösungsdurchtränkung. Bei weiterer Lösungszufuhr und der Umbildung z. B. des gesamten Flözes "Hessen" kommt es um die zentrale Vertaubung zur Ausbildung ausge­ dehnterer Zonen von Kainit, Leonit und Glaserit (untergeordnet auch Langbeinit), bis schließlich nur noch Polyhalit als Kaliumträger im Halitit auftritt. Die Anreicherung von CaS04 (meist als Polyhalit) in den zentra­ len Teilen ist typisch und verbreitet. Sie deutet auf eine mögliche Zufuhr desselben z. B. aus dem Anhydritknotenschiefer hin.

Weit größere Ausdehnung und Verbreitung besitzen die UmbildüngsZonen in der carnallitischen Ausbildung der Kaliflöze. Entsprechend ihrer Bedeu­ tung werden sie unter 3. umfassender charakterisiert.

2.4.Beziehungen zwischen Lösungsaufstieg und Basaltintrusionen

Wie eingangs bemerkt, wurden die aszendenten Lösungen bisher überwiegend

als "juvenile Thermalwässer im Gefolge der Basalte" angesehen /37/, /II/.

Bild 11

Die großräumigen Beziehungen zwischen Tektonik, Basalt­ vorkommen und Umbildungszonen

im Kaliflöz "Thüringen" in einem ausgewählten, typischen Bereich des Werra-Kaligebietes

(nach Literaturangaben)

1- Umbildungszonen mit Sylvinit und zentralen Vertaubungs­ bereichen

2- Trümmercarnallitit

3- Störungszonen, vermutet

4- Störungszonen, durch Basalt­ erfüllung nachgewiesen

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Nach der untertägigen Situation (s. a. Bild 11) zu urteilen, scheint tat­ sächlich ein enger Zusammenhang zwischen den Umbildungen in den Kaliflö­ zen und den BasaltVorkommen zu bestehen* Eine nähere Auswertung auch der älteren Aufschlüsse läßt jedoch erkennen, daß dieser Zusammenhang in.er­ ster Linie ein tektonischer ist und sich in Hinsicht auf die erste Fest­ stellung einige Widersprüche ergeben. So läßt sich z. B. oft beobachten, daß das Auftreten von Vulkaniten sogar in Carnallititen nur von sehr ge­ ringen Umbildungen im Zentimeterbereich begleitet wird. Dies führte zu einer Einteilung in "trockene" und "nasse1' Basalte /22/, wie sie um­ schrieben allerdings weitverbreitet ist. Wertet man nun einzelne zusam­ menhängende Störungszonen exakt aus, so zeigt sich, daß ein und derselbe Vulkanitgang sowohl "trocken" als auch "naß" innerhalb der Kaliflöze auftTeten kann. Als Beispiel hierfür mag die in Bild 12 dargestellte, be­ reits bei DIETZ /16/ erwähnte Störung gelten. Obwohl die Gangerfüllung hier aus Intrusivbrekzie mit einem bedeutenden Anteil von Material aus dem Grundgebirge besteht und damit eine direkte Verbindung bis dorthin sicher ist, sind die aus der Intensität der Umbildungen in den jeweiligen Aufschlüssen abzuleitenden Lösungsmengen sehr unterschiedlich gewesen.

Auch hinsichtlich der Gasverteilung sind starke Unterschiede rekonstruier­ bar. Sicher scheint zunächst, daß Lösungen und Intrusiva die gleichen Aufstiegswege benutzten. Geht man nun von juvenilen "Wässern im Gefolge der Basalte" aus, so sollten die Aufstiegsmöglichkeiten für dieselben innerhalb der Brekzie als günstig anzusehen sein. Tatsächlich aber zeigt sich bei Kombination aller Beobachtungen (s. a. Bild 12) ein anderes

Bild. In Profil 5 upd 4 des Bildes 12 läßt sich keine wesentliche hydro­

thermale Beeinflussung der Intrusivbrekzie (Bild 1 3 ) nach ihrer Platz-

nahme feststellen. Eine hydrothermale Beeinflussung, insbesondere der Ba­ saltfragmente, ist dagegen in Profil 3 (Bild 14) deutlich sichtbar. Aus den Aufschlußverhältnissen und den Beobachtungen im Detail ist aber auch erkennbar, daß dieselbe vor der Platznahme erfolgte. Den entscheidenden Beweis hierfür liefert jedoch das Profil 2/1. Obwohl begleitende Sylvi-

nitzonen vorliegen, zeigt die aufgeschlossene Intrusivbrekzie keinerlei wesentliche hydrothermale Beeinflussung. Daraus läßt sich ableiten, daß zwischen Lösungsaufstieg, Umbildung der Kaliflöze und Basaltintrusion ein deutlicher zeitlicher Hiatus besteht. Diese Schlußfolgerung kann, bis auf wenige Ausnahmen, wo ein etwa gleichzeitiger Lösungsaufstieg angenommen werden muß, an der Mehrzahl aller Basaltaufschlüsse bestätigt werden. Sie muß in Zusammenfassung aller Beobachtungen dahingehend er­ weitert werden, daß der Lösungsaufstieg innerhalb der Aufstiegswege der Vulkanite generell präbasaltisch erfolgte.

Daraus ergibt sich notwendigerweise die Annahme mehrerer Öffnungsphasen 'für die einzelnen Störungssysteme. Damit aber wird sowohl der generelle räumliche Zusammenhang zwischen Umbildungen und BasaltVorkommen als auch

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hang, da die Herkunft äer Lösungen sowohl nach ihrer Menge als auch Zu- *sammensetzung zwanglos aus den liegenden Sedimentschichten abgeleitet werden kann.

Auf die direkte Wechselbeziehung Basalt/Salinar wird noch einzugehen sein (s. 4.), doch wird bei den bisher genannten und gezeigten Dimensio­ nen (s. a. Bild 11) deutlich, daß ihr hinsichtlich der größräumigen Um­ bildungen (Sylvinitgenese) eine völlig untergeordnete Rolle zukommt.

3.Geochemisch-mineralogische Charakteristik der hydrometamorphen Vorgänge der Sylvinitentstehung und einiger Begleiterscheinungen

Unter 2. konnte gezeigt werden, daß die geologisch-tektonischen Voraus­ setzungen und Zusammenhänge zwischen Lösungsaufstieg und Basaltintrusion komplexer Natur sind. Die fast von Störungszone zu Störungszone unter­ schiedlichen Gegebenheiten bedingen eine Vielfalt der Erscheinungen und müssen, um ein übersichtliches Bild der Hauptvorgänge zu erhalten, gene­ ralisiert werden. Dies gilt gleichfalls für die stoffliche Seite, so daß nachfolgend nur die wesentlichen Prozesse dargestellt sind.

Die Verfasser sind sich darüber im klaren, daß die unter 3.1. beschrie­ benen Vorgänge der Sylvinitgenese eine Metasomatose darstellen. Der in der klassischen Literatur /57/, /37/ geprägte Ausdruck "Hydrometamorphose" wurde übernommen, um Mißverständnissen allein durch den Sprachge­ brauch vorzubeugen.

3.1.Hydrometamorphose des Carnallitits (Sylvinitgenese)

Der Vorgang der intrakrustalen, sekundären Sylvinitbildung ist von BORCHERT /10/ und BAAR /8/ theoretisch begründet worden. Insbesondere im Zusammenhang mit den zahlreichen Gas-Salz-Ausbrüchen boten sich ausge­ zeichnete Möglichkeiten, die prinzipielle Richtigkeit der oben angege­ benen Überlegungen für das Werra-Kaligebiet erstmals zu beweisen /46/ und in weiteren Arbeiten zu verallgemeinern und zu modifizieren.

Für die Entstehung von Sylviniten ist es von der grundlegenden Reaktion und den allgemeinen Vorgängen her gleich, ob aszendente oder deszendente Lösungen in das Kaliflöz eindringen. Die modifizierenden Faktoren für das Eindringen deszendenter Lösungen konnten an einem Beispiel darge­ legt werden /48/. Im Zusammenhang mit Fragen der Basaltintrusion ist jedoch nur der erste Typ von Interesse, so daß sich die weiteren Aus­ führungen darauf konzentrieren.

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Kommen aszendente Lösungen, die je nach Verweilzeit in den Steinsalz­

schichten an NaCl aufgesättigt sind, mit den Carnallititen der Kaliflöze

in. Kontakt, so wird infolge des Ungleichgewichtes folgende generelle

Reaktion ablaufen (s. a. Bild 15):

KCl • MgCl2 • 6H20 + NaCl (Trümmer) + Lösung (NaCl)-- -

KCl + NaCl (Trümmer) + NaCl (Lösung) + Lösung f (MgCl2, KCl, NaCl)

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Bild 15. Schema der hydrometamorphen Umbildung im carnallitischen

Geht man von einer gesättigten NaCl-Lösung aus, so wird sie sich im Kon­

takt mit Carnallitit an MgCl2 aufsättigen. Dadurch wiederum wird ihre

Aufnahmefähigkeit für NaCl geringer, und sogenannter Reaktionshalit als

Produkt der Obersättigung fällt aus. Enthält die Lösung CaSO^, so bildet

sich auf analoge Weise Reaktionsanhydrit bzw. mit dem im Carnallitit ent­

haltenen Kieserit Polyhalit. Verläuft dieser Prozeß quantitativ, entsteht

aus dem Carnallitit ein hochwertiger Sylvinit, der sich im einzelnen aus

dem KCl-Anteil des Carnallitits, dem z. B. im Trümmercarnallitit enthal­

tenen Halitanteil, dem Reaktionshalit und dem Reaktionsanhydrit (-poly-

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