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

sung, die ins Hangende abwanderten und auf Schichtfugen horizontal mi­ grierten, so daß für ihre Aufnahme im überlagernden Werra-Steinsalz ein relatives Porenvolumen von 5,54 notwendig war.

Berücksichtigt man, daß die Störungszonen bis ins Obere Werra-Steinsalz und teilweise bis nach über Tage reichten, infolge Volumenreduzierung das Hangende aufgelockert wurde und dadurch eine Migration der Restlö­ sungen auf Schichtfugen bis in den Carnallitit stattfand (Zuflüsse salinarer Lösungen im Carnallitit), so ist das theoretisch gefundene Poren­ volumen nicht zu hoch. Daraus resultiert andererseits, daß für die Auf­ nahme der Restlösungen keine großen Hohlräume benötigt wurden und daß die heutigen Zuflüsse nur einen geringen Teil der bei der Hydrometamorphose gebildeten Restlösungen darstellen.

3.2.Zum Verhalten einiger Spurenelemente während der Hydrometamorphose

Durch die Untersuchung der Verteilung einiger Spurenelemente soll versucht werden, die unter 3.1. beschriebenen Prozesse hinsichtlich der stoffli­ chen Bilanz und ihres Ablaufes näher zu charakterisieren. Ober.die nach­ folgend diskutierten Elemente hinaus ist noch zu erwähnen, daß in Schlechtenfüllungen bzw. Vertaubungen das vereinzelte Vorkommen von Mine­ ralen nachgewiesen werden konnte, die auf eine stellenweise Zufuhr von

Bor /35/ und Arsen /54/ hindeuten. Eine systematische mineralogische Bearbeitung dürfte weitere derartige Hinweise ergeben, die eine bessere Einengung der Herkunft und Konzentration der eingedrungenen Lösungen (aszendent - deszendent) und damit eine bessere Abgrenzung verschiedener Sylvinittypen gestatten.

3.2.1. Brom

Der Wert von Untersuchungen zur Bromverteilung für die Lösung genetischer Probleme und praktischer Fragen im Kalibergbau ist in der Literatur hin­ reichend bewiesen worden /3/, /13/, /76/. Für das Werra-Kaligebiet liegen, speziell für den untersuchten Bereich, sowohl das Bromnormalprofil der Abscheidungsfolge als auch detailliertere Untersuchungen in den Kaliflö­ zen vor /31/, /86/. Sie beinhalten jedoch in erster Linie Aussagen zur möglichen primärgenetischen Anlage bzw. der frühdiagenetischen Umbildung der Kaliflöze und nur wenige Hinweise auf posttektonische, intrakrustale Umbildungen. Hinsichtlich der Methodik und prinzipiellen Betrachtungen

sei auf die Arbeiten von KOHN /52J und BRAITSCH /13/ verwiesen.

Da die Bestimmung der Gesamtbromgehalte der Salzgesteine kaum paragene­ tische Aussagen gestattet, wurden nach Möglichkeit angereicherte Mineral­ fraktionen untersucht. Bei grobverwachsenen Salzgesteinen werden aus den

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zerkleinerten Proben die Minerale von Hand ausgelesen. Bei enger Ver­ wachsung wird eine Trennung nach der Dichte mit Hilfe von Schwereflüssig­ keiten vorgenommen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der Bromgehalt der Fraktionen durch anhaftendes Bromoform verfälscht werden kann. Aus eigenen Untersuchungen, deren Ergebnisse von einer Probenserie aus Ta­ belle 1 ersichtlich sind, ergibt sich, daß der Fehler bei entsprechender Reinigung der getrennten Proben mit Xylol (150 ml auf etwa 20 g Substanz) unbedeutend gehalten werden kann. Von den gewonnenen Fraktionen (Halit, Sylvin, Carnallit und Kainit) werden sowohl die Bromgehalte als auch der Reinheitsgrad bestimmt. Graphisch erfolgt dann die Extrapolation dieser Werte auf 100t Mineralanteil.

Tabelle 1. Übersicht der Bromverteilung in Halitfraktionen bei Anwendung der Dichtetrennung

Wie unter 3.1. dargelegt, ist für den hier interessierenden Prozeß der Sylvinitbildung zu beachten, daß das Ausgangsgestein, der Carnallitit, sich aus Garnallit, dem paragenetisch ausgeschiedenen Halit, dem Halit der überarbeiteten Trümmer, Kieserit sowie untergeordnet Sylvin und An­ hydrit zusammensetzt. Für den Bromgehalt der neu entstehenden Gesteine Sylvinit bzw. Halitit sind damit die Bromgehalte des Carnallits, der Halitanteile (Grundmasse bzw. Trümmer) und der zusitzenden Lösung von Bedeutung, die sich mit forschreitender horizontaler Migration im Kali­ lager (s. a. Bild 15) ständig erhöhen. Es wird deutlich, daß Punktpro­ ben der Sylvinite bzw. Halitite, auch bei gleichem Abstand von der Zu­ fuhrspalte (Lösungsfront), allein in Abhängigkeit vom miterfaßten pri­ mären Halitanteil unterschiedliche Gehalte zeigen können.

Für Carnallitite sind Anzeichen einer sekundären Beeinflussung (Farb­ wechsel, speckiger Glanz) häufig bereits kurz vor dem Einsetzen von Um­ bildungszonen zu beobachten. Dies trifft häufig auch auf Schlechten und Schnitte zu. Daneben existieren Schnitte, die den Carnallitit ohne sicht­ bare Veränderung desselben durchsetzen, entlang derer abe.r im Kaliflöz

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sogar Gasrachein auftreten. Eine Untersuchung der Bromgehalte des Carnallits könnte hier Hinweise auf die eventuelle Beteiligung von Lösun­ gen geben. Die annähernd gleichmäßig hohen Gehalte in einem solchen un­ tersuchten Profil (Bild 20) charakterisieren hydrometamorph unveränderten

Trümmercarnallitit, dessen Bromanteil im Schwankungsbereich der bei /3/ angegebenen Grenzen liegt. Damit wird der Schluß gestutzt, daß CO2 auch ohne die Beteiligung wesentlicher Lösungsmengen aufgestiegen ist und im Carnallitit akkumuliert werden konnte.

Bild 20. Annähernde Konstanz der Bromwerte des Carnallits an C07 -führen- den Schnitten im Trümmercarnallitit - Grubenbetrieb "Ernst Thälmann", Merkers.

Eine andere häufige Erscheinung ist im Profil des Bildes 21 dargestellt. Die Bromgehalte des Trümmercarnallitits zeigen in Richtung auf den Ober­ gangsbereich zum Sylvinit deutlich fallende Tendenz. Besonders auffällig ist, daß bereits vor dem Erreichen des Obergangsbereiches mit Beginn der ersten nachweisbaren, noch unter dem kritischen Gasanteil liegenden Ge­ halte (vgl. 3.5.) die Bromwerte zunächst allmählich und mit Beginn des Obergangsbereiches dann deutlich abfallen. Diese Erscheinung ist auf den Cl-Br-Austauscheffekt nach D'ANS /53/ zurückzuführen. Infolge MgC^-Sät- tigung kommt es zu keiner weiteren Carnallititauflösung, wohl aber zu einer Durchfeuchtung (speckiger Glanz), wobei die gegenüber Carnallit an Brom untersättigte Umbildungslösung Brom aufnimmt. Der daraus resultie­ rende Gehalt des Carnallits stellt kein primäres Verhältnis dar. Insge­ samt ergibt sich, daß die Bromgehalte von Carnallit in der Nähe von Um­ bildungszonen in weiten Grenzen variieren.

Für Sylvinite bzw. Halitite ergaben die Untersuchungen der Bromgehalte von Sylvin und Halit stark differierende Werte.

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I__ I

Bild 21. Abnahme der Bromgehalte im Carnallit in Annäherung an den Obergangsbereich Carnallitit/Sylvinit infolge Infiltration mit Qg3 -Lösung

1-Ausschnitt mit Lage der Proben 1 bis 24

So kann bei der Diskussion der Bromwerte petrographisch unterschied­ licher Sylvinitglieder eines Profils die Zufuhr NaCl-gesättigter und vollständig ungesättigter Lösungen sowohl bei einem Vergleich der Stö­ rungszonen untereinander als auch innerhalb* einer Störungszone nachge­ wiesen werden. In einem Beispiel (Tabelle 2) liegen die Bromgehalten im vertaubten Umwandlungssylvinit (Halitit) mit rund 0,015t noch unter dem rechnerisch ermittelten Wert für dieses Gestein bei Zufuhr ungesättigter

Lösungen. Dasselbe trifft erst recht für die Verhältnisse im Zentrum des Lösungsaufstieges zu, in dem die Brom-Halit-Werte sogar unter den durch­ schnittlichen Bromgehalten des Werra-Steinsalzes liegen. Beide Kriterien sprechen für eine schnelle Zufuhr großer Mengen ungesättigter Umbildungs-

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30,0094

40,0079

S 0,0032

60,0030

70,0063

80,0094

90 , 0 1 0 1

*5 Die Länge des untersuchten Profils beträgt 300 m. Die untersuchten Gesteine sind: Probe Nr. 1 und 2 - kainitischer Sylvinit, Probe Nr. 3 - 11 - Halitit (Vertaubung).

lösungen, die infolge ihres schnellen Durchströmens durch das WerraSteinsalz auch kein Brom aus diesem aufnehmen konnten.

Ferner können auch in einer Störungszone wiederholte Umbildungsvorgänge durch unterschiedlich stark gesättigteaszendente (oder deszendente) Lö­ sungen nachgewiesen werden. Diese Aufschlüsse sind gekennzeichnet durch die mehrmalige deutliche Abgrenzung petrographisch unterschiedlicher Sylvinithorizonte. Die gegenüber den berechneten Bromgehalten teilweise erniedrigten oder stark erhöhten Bromverhältnisse von Halit und Sylvin lassen sich dadurch erklären, daß quantitativ differenzierte Umbildungs­ lösungen eindrangen, die ungesättigt und bromarm schnell in das Kalilager gelangten oder infolge Sättigung stagnierten und dadurch eine Er­ höhung des paragenetischen Bromverhältnisses bewirkten.

Die Unterscheidung zwischen Trümmern bzw. Schollen von geschichtetem Halitit im Carnallitit und dem P.eaktionshalitit im Obergangsbereich Carnallitit/Sylvinit, der infolge Oberschreitung der Löslichkeitsgleich­ gewichte bei MgCl7-Aufnahme ausgeschieden wird, ist neben (in der Regel) eindeutigen geologischen Kriterien auch über den Bromgehalt möglich. Diese Abgrenzung ist z. B. notwendig, um Halititschollen als Stauhori­ zonte für salinare Lösungen innerhalb des Obergangsbereiches odeT des Sylvinitlagers nachzuweisen oder in gleichmäßig ausgebildeten Umbildungs zonen den Anteil beider abschätzen zu können. Für Halititschollen liegen

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die Bromgehalte um 0,026%, die sich gegenüber dem Reaktionshalit mit durchschnittlich 0,005% deutlich abheben.

3.2.2. Eisen

Innerhalb der Kaliflöze fällt, bedingt durch eine intensivere Rotfärbung angrenzender Salzgesteine, auf, daß sich in einigen Störungszonen eine Eisenzufuhr nachweisen läßt.. Diese Färbung kann von Schlechten und Schnitten ausgehend sowohl im Carnallitit als auch im Hartsalz sowie im Kontaktbereich von Intrusivbildungen auftreten. Im Bild 22 ist ein Bei­ spiel dieser Färbung und der Eisenzufuhr, verbunden mit einer Mineral­ neubildung infolge weiterer Stoffzufuhr (Ca) im KontaktbeTeich eines Ba­ saltganges, dargestellt. Wie sich aus der Ermittlung der Veränderung des Mineralgehaltes in einzelnen feinstratigraphischen Horizonten des Kali­ flözes "Hessen" (vgl. auch Bild 22) ergibt, sind vor der Intrusion'des Basaltes auf dieser Störungszone Lösungen aufgestiegen, die an NaCl weit­ gehend gesättigt waren und größere,Mengen von CaSO^ und Fe enthielten. In den Horizonten mit den höchsten KCl-Anteilen wurde dieser herausgelöst, und unter Reaktion mit KCl und MgSO^ schied sich Polyhalit ab. Die Eisen­ zufuhr bzw. Färbung unterstreicht die Selektivität des Prozesses. Kainit und Leonit treten nur in Spuren auf, wie auch die Umbildungen selbst unter der Einwirkung des Basaltes als sehr gering erscheinen. Lediglich im oberen Teil der Lage 5 ist es durch Lösungsstau zu einer weiteren late­ ralen Migration der Lösungen gekommen, welche damit günstige Bedingungen für die Basaltintrusion schufen (s. a. 4.). Häufiger jedoch sind in Um­ bildungszonen, vor allem in der Nähe von Basalten, reduzierende Verhält­ nisse (Auftreten von Pyrit und Graufärbung) anzutreffen. Sie dürften ihre Ursache z. T. in den häufig erhöhten Kohlenwasserstoffgehalten der auf­ steigenden Lösungen haben. Auch in der Mehrzahl dieser Bereiche läßt'sich eine generelle Eisenzufuhr nachweisen. Untersuchungen dazu, inwieweit

über den Quotienten ^e3 /Fe2+ eine weitere Aussage zum Redoxpotential der Lösungen und damit zur genetischen Einstufung der Sylvinite gewonnen wer­ den kann, sind noch ergebnislos geblieben /79/.

Ein erster Hinweis wurde durch die Korrelierbarkeit dieses Quotienten mit dem C02-Gehalt der Salzgesteine gewonnen. Zur möglichem Herkunft des Eisens siehe auch unter 4.3.

3.2.3. Schwermetalle

Zur Verteilung von Schwermetallen in dem hier interessierenden Prozeß liegt eine Reihe von Arbeiten vor /20/, /49/. Darin haben sich Blei und Kupfer (mit Einschränkungen) für die Herkunft der Lösungen und die gene tische Einstufung der entstandenen Umbildungszonen als aussagekräftige

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