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

Elemente erwiesen. Generell ist in den Sylviniten eine bedeutende Erhö­ hung der Spureneiementgehalte, vor allem von Blei, zu verzeichnen.

Nach den ersten Untersuchungen /20/ schien sogar über den Pb/Cu-Koeffi- zienten eine Korrelation mit dem jeweiligen CC^-Gehalt der Sylvinite mög­ lich zu sein.

Wie aus Bild 23 deutlich wird, ist die Zufuhr von Spurenelementen durch aufsteigende Lösungen zwar deutlich, doch der unterschiedliche Einbau der Elemente Blei und Kupfer /49/ (ausgewiesen auch durch die unter­ schiedliche Migrationsweite) in Halogeniden und der unter 3.1. charak­ terisierte Umbildungsmechanismus sowie die Gesetzmäßigkeit der CC^-Akku-

mulation (s. 3.5.) lassen verständlich werden, daß eine solche Korrelation nicht zu erwarten ist. Insgesamt aber besitzen Schwermetalle für die ge­ netische Einstufung von Umbildungszonen (aszendenter oder deszendenter Lösungszufluß) eine spezifische Bedeutung, die sicher über den speziellen Fall des Werra-Kaligebietes hinausgeht.

3.3.Isotopengeochemische Untersuchungen an Salzmineralen

fiurch Untersuchungen des Ö O-Gehaltes wasserhaltiger Salzminerale sollte geklärt werden, inwieweit sekundäre (hydrometamorphe) Umbildungsprozesse in den Kalilagern einen Einfluß auf die Isotopenverteilung haben. Unter besonderer Berücksichtigung dieses Aspektes konzentrierten sich die Unter­ suchungen auf die Minerale Carnallit, Kainit und untergeordnet Kieserit. Das Kristallwasser wurde thermisch gewonnen und daran die Isotopenvertei­ lung bestimmt /79/.

Für den Carnallit ist eine deutliche Differenzierung vom unveränderten Trümmercarnallitit über die Ausbildung im Obergangsbereich zum Sylvinit bis zu den aus Restlösungen kristallisierten sekundären Carnallititen zu

erkennen (Bild 24). Im hydrometamorph unveränderten Trümmercarnallitit ist der durchschnittliche ö 1 -O-Wert von + 5,0 bis + 6,5 fc als für den unter­

suchten Teilbereich statistisch gesichert anzusehen.

Durch die in das Kalilager eingedrungenen systemfremden Lösungen und die

Verhältnisses ein, die besonders deutlich bei den Proben zum Ausdruck kommt, die dem Obergangsbereich Carnallitit/Syl'vinit und hier speziell

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Bild 23. Spurenelementverteilung im "Begleitflöz" (BC-j - BS-j) zum Kaliflöz "Hessen" im Obergangs­ bereich Carnallitit-Sylvinit - Vertaubung (CO2 - Ausbruch) - Kaliwerk "Marx-Engels", Unterbreizbach (auch Koch)

Danach stellen die Proben mit (T^O-Werten größer als ♦ 5,0 l« noch lösungsmetamorph unveränderten Carnallitit dar. Die Grenze, der hiermit nachweisbaren Infiltration liegt bei etwa 0,5 m. Mit abnehmender Ent­ fernung ist eine zunehmende Infiltration durch aszendente Lösungen zu verzeichnen, so daß die Proben äes Kontaktbereiches den für Carnallitit niedrigsten Wert zeigen. Erwartungsgemäß entspricht der in Bild 24 angegebene Wert von - 2,0 l» einem glasigen Carnallitit, der sekundär aus einer MgC^Teichen Restlösung der Carnallititumwandlung auskristal­ lisierte .

Eine geringe oder keine Differenzierung, bei Berücksichtigung der Analy­ sengenauigkeit von + 0,3 i> , tritt bei den iveißen und roten glasigen Camalliten, die nicht genetisch mit den hier diskutierten Vorgängen ver bunden sind, gegenüber den Trümmercarnallititen auf:

Man sollte vermuten, daß durch die tektonische Mobilisation des Trümmercarnallitits und der damit verbundenen Bildung des glasigen Carnallitits

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Bild 24. <f^®0-Werte des Kristallwassers der Minerale Kieserit, Carnallit

im Druckschatten ebenfalls eine Isotopenfraktionierung zu verzeichnen wäre.

Mit der Einbeziehung des Kainits in die Untersuchungen wurde versucht, die Grenze zwischen Thermalwasserkainit /13/ und Hutkainit im Werra-Re­ vier deutlicher zu ziehen, was schließlich eine bessere genetische Ein­ stufung der hydrometamorphen Vorgänge zur Folge hätte. Die Ergebnisse lassen leider keine eindeutige Differenzierung erkennen. Die <f^®0-Werte des Kainits aus Störungszonen, der im Miozän durch aszendente, C02 ~haltige Lösungen entstand oder überprägt wurde, zeigen einen Schwankungs­

bereich zwischen + 1,1 4# und - 2,4 t* (s. Bild 24). Die Proben ent­

stammen entweder dem Basaltkontakt oder (^-führenden Profilen. In dem­ selben Schwankungsbereich liegen ferner alle die mit "Kainit fraglicher Genese" bezeichneten Proben. Sie können ebenfalls präbasaltisch angeleg­ ten Störungszonen zugeordnet werden, die, nach geologischen Kriterien

zu urteilen, im Miozän nur minimal überprägt wurden.

Den niedrigsten o °0-lVert repräsentiert ein Hutkainit ■(- 3,3 %• ) aus

Aschersleben. Der Vergleich mit den typischen Salzhangkainiten des Gru­

benfeldes "Alexandershall" (+ 0,6 bis - 2,3 %• ) ergibt sowohl gegen­

gischen Kriterien die mögliche Schlußfolgerung, daß Anteile von deszendenten Lösungen aus dem Bereich des Salzhanges oder von Auslaugungssenken beteiligt waren.

Kieseritproben (Bild 24), die für Vergleichszwecke mit untersucht wurden,

zeigen mit Werten von + 8 , 8 t* bzw. 9,9 l« die extremste ®0-Anreicherung

der untersuchten Salzminerale. Die'Untersuchungen stellen lediglich einen ersten Versuch der Einbeziehung einer neuen methodischen Möglichkeit zur besseren genetischen Deutung bestimmter Prozesse dar. Ihre zielgerichtete Fortsetzung auf breiterer Basis, auch unter Einbeziehung der auftretenden Lösungen /88/, könnte verschiedene Probleme lösen helfen.

3.4.Zu Veränderungen im Spurenmineralbestand

Nach LEONHARDT & BERDESINSKI /55/ wird der Mineralbestand der Salzlager­ stätten nach der Herkunft des Materials in drei Gruppen unterteilt, deren Abgrenzung untereinander vom System her zwar eindeutig ist, aber durch die verschiedenen genetischen Bildungsmöglichkeiten ineinander übergeht. Die Autoren unterscheiden neben salinaren Mineralen semisalinare, die durch Assimilation nichtsalinarer Komponenten entstanden sind.

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Auf Grund der wechselnden pH-Eh-Verhältnisse im eindunstenden Meeres­ becken oder durch Verdünnung bei Zufluß von Süßwassern ergaben sich dif­ ferenzierte Mineralneuund -Umbildungen. Durch die Untersuchungen u. a. von KÜHN /53/, GRIMM /25/ und BRAUSCH /13/ zeichnete sich ab, daß bei einer zielgerichteten Auswertung des Spurenmineralbestandes eine Mög­ lichkeit der genetischen Einstufung der Lagerstätte besteht.

3.4.1. Verhalten von Quarz bei der Hydrometamorphose

Erstmalig wies GRIMM /25/ nach, daß authigene idiomorphe Quarze in salinar beeinflußten Gesteinen und im Verbreitungsbereich salinarer Ablage­ rungen faziellen und stratigraphischen Aussagewert besitzen.

Quarz als Bestandteil der Salzlagerstätten ist seit 1867 /14/ bekannt und wird bei mineralogischen Bestandsaufnahmen stets angeführt. Aufbauend auf Hinweisen des Erstautors, wurde dieser Fragenkomplex im Rahmen einer Di­ plomarbeit /78/ am Rande untersucht. Es war erstmalig möglich, anhand des Verhältnisses von Länge (L) zu Breite (B) der Kristalle petrographisch un­ terschiedliche Salzgesteine zu charakterisieren und genetische Schlußfol­ gerungen zu ziehen. Die Abhängigkeit der Formen idiomorpher Quarzkristalle von der petrographischen Ausbildung des Kalilagers konnte nachgewiesen werden.

Die in den Sedimenten auftretenden Quarzkristalle führt GRIMM /25/ auf einen primären SiC^-Gehalt salinarer Lösungen zurück, wobei die Löslich­ keit vom pH-Wert des Lösungsmittels abhängig ist.

Die primären Quarze können nachträglich durch eine erneute SiC^-Zufuhr überprägt werden. Diese Möglichkeit war im Werra-Revier durch die weiter oben charakterisierten lösungsmetamorphen Vorgänge gegeben, wobei der SiC^-Gehalt den Lösungen und dem Abbau silikatischer Minerale entstammt. So konnten durch eigene Untersuchungen im Trümmercarnallitit durchschnitt­ lich 50 Kristalle (abhängig vom Halititanteil des Carnallitits) und im Umwandlungssylvinit etwa 300 Kristalle je 1 cm^ Gestein ermittelt werden. Damit ist bestätigt, daß der höhere Quarzgehalt des Sylvinits nicht allein aus einer relativen Anreicherung, bedingt durch die Volumenverminderung bei der Hydrometamorphose, resultiert, sondern daß die Si0 2 ~Zufuhr eine wesentliche Rolle spielt.

Diese Oberprägung macht sich bei der Klärung genetischer Fragen störend bemerkbar. Aus diesem Grunde mußten für spezielle Untersuchungen in den Kalilagern die Verteilung und die Größenverhältnisse idiomorpher Quarz­ kristalle im Werra-Steinsalz, das durch aszendente Lösungen in seiner Ge­ samtheit nur unbedeutend überprägt wurde, als Bezugsbasis betrachtet wer­ den.

Ein geringeres sekundäres Quarzwachstum ist vermutlich bei hydrometamorphen Gesteinen zu erwarten, die durch deszendente Lösungen entstanden, da

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H ä u f i g k e i t

Bild 26. Abnahme des durchschnittlichen L/B-Quotienten von Quarz innerhalb einer Tonlage des Na 1«3t-Horizontes mit zunehmender Entfernung von einer N - S-streichenden Störungszone - Kaliwerk "Ernst Thälmann",

Merkers

der Si0 2 “Gehalt dieser Lösungen mit großer Wahrscheinlichkeit geringer als bei aszendenten Lösungen war.

Die Quarzkristalle wurden aus Lösungsrückständen gewonnen. Durch Vorunter­ suchungen ist statistisch nachgewiesen, daß für die Kalisalzgesteine, wo­ bei der Sylvinit die größte Schwankungsbreite zeigt, 100 Kristalle und

für das Werra-Steinsalz 30 Kristalle für ein reproduzierbares Ergebnis ausreichen. Als aussagekräftige Parameter sind der Quotient L/B und das Produkt L x B zu betrachten.

Auf die Untersuchung der Größenverteilung im Werra-Steinsalz soll nicht näher eingegangen werden. Zu bemerken wäre, daß die Bromkurve und der L/B-Quotient einen ähnlichen Verlauf zeigen, so daß der Erhöhung der Salinität eine Vergrößerung des Quotienten parallel geht.

Zur Demonstration der möglichen Migration aszendenter Metamorphoselösun­

gen auch im Werra-Steinsalz (auf einer cm-dicken Tonlage des Horizontes

Na lor^) ist in Bild 26 der sich ändernde L/B-Quotient in Abhängigkeit von der Entfernung von einer lösungsführenden Störungszone dargestellt. Die unterschiedliche Entfernung der Probenahmepunkte untereinander ist durch die Aufschlußverhältnisse bedingt, da dieser Horizont in der Regel nicht aufgeschlossen wird.

Es zeigt sich dennoch eindeutig, daß mit zunehmender Entfernung von der Störungszone die L/B-Werte abnehmen. Besonders auffällig ist der .hohe Quotient (4,0) der am weitesten westlich liegenden Probe, der sich von den L/B-Werten im darüberliegenden Sylvinit des Kalilagers nicht unter­ scheidet. Der Quotient 3,0 des östlichen Probepunktes hebt sich von den üblichen Werten des Werra-Steinsalzes (um 1,5) deutlich ab. Es ist er­ sichtlich, daß auf diesem cm-dicken Tonlöser die aszendenten Lösungen bedeutend weiter migrierten als am Tonlöser des Kalilagers, da dieses

im Bereich der beiden östlichsten Probenahmepunkte bereits wieder in carnallititischer Ausbildung vorliegt.

Im Gegensatz zu den auftretenden Formen im Werra-Steinsalz sind aus dem Flöz "Thüringen1' in der Hauptsache alle Übergänge zwischen langund kurzprismatischen Formen (Typen IV-VI nach GRIMM /25/) vorhanden. Nur ganz untergeordnet treten Kristalle pseudokubischer und dihexaedrischer Tracht auf. Typ II kann wiederumg nirgends beobachtet werden.

Die Farben der Kristalle wechseln zwischen wasserklar, rötlich und bräun­ lich-grau; eine Zuordnung der Farbgruppen zu einer spezifischen Ausbil­ dung des Kalilagers ist nicht möglich.

- Trümmercarnallitit

Für hydrometamorph unveränderten Trümmercarnallitit ergibt sich ein durchschnittlicher L/B-Quotient um 3,0, der geringfügig in der Dezimale nach dem Komma variiert.

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4 FFH C 347

- ObeTgangsbereich Carnallitit/Sylvinit

Im Trümmercarnallitit des Übergangsbereiches variiert der Quotient, be­ dingt durch die Entfernung des Probenahmepunktes vom Sylvinitkontakt, in weiten Grenzen. Während der Quotient von 3,1 den lösungsmetamorph unver­ änderten Carnallitit aus dem Übergang zum Sylvinit repräsentiert, ist bei­ spielsweise aus den Quotienten 3,5 oder 3,8 bereits die Durchtränkung des Trümmercarnallitits durch gesättigte Metamorphoselösungen ersichtlich. Dasselbe trifft für den Quotienten 5,3 zu, der für ein Carnallititrelikt inmitten eines Sylvinitgebietes typisch ist.

- Hydrometamorphe Umbildungsprofile

Von WINKELHÖFER /82/ wurden auf Grund eines Hinweises hydromet amorph stärker veränderte Salzgesteine im Niveau des Kaliflözes "Thüringen" untersucht, die durch einen deutlich sichtbaren "Laugenspiegel" in einen hangenden Halitit und liegenden Sylvinit getrennt sind. Die Untersuchung des Lösungsrückstandes ergab

und bestätigt durch dieses Ergebnis den Befund, daß die kurzprismatischen Formen im Sylvinit in langprismatische im Halitit übergehen.

Damit weisen die Ergebnisse der statistischen Auswertung auftretender Quarzformen auf die mehrmalige Lösungszufuhr hin, die bereits im Aufschluß durch den vorhandenen "Laugenspiegel" angedeutet wird und durch Bromunter­ suchungen bestätigt wurde. In einem Fall wäre der Sylvinit durch COs~freie Lösungen entstanden, die Si0 2 "frei oder zumindest arm an Kieselsäure wa­ ren, so daß ein Sekundärwachstum der Quarzkristalle unterblieb. In einer späteren Phase erfolgte durch Si0 2 ~haltige^, C0 2 _führende Lösungen eine erneute Überprägung, wobei der zuerst gebildete Sylvinit ausgelaugt wurde. Dem ging ein Sekundärwachstum der Quarzkristalle parallel.

Auch in dem folgenden Profil aus dem Grubenbetrieb "Ernst Thälmann" (Bild 27) ist ein deutlicher Abfall des L/B-Quotienten in einigen Proben zu verzeichnen. Die Werte liegen unter den üblichen Quotienten der Umwandlungssylvinite, die durch aszendente, (X^-haltige Lösungen entstan­ den sind, so daß auch hier ein weiterer Umbildungsvorgang naheliegend ist.

Für die untersuchten Profile im Bereich der Schachtanlagen "Alexandershall" und "Abteroda" treffen diese Feststellungen analog zu.

^Dafür spricht auch das Auftreten von Opal in stark überprägten Hali titen, z. B. der ZentralVertaubung im Kaliwerk "Ernst Thälmann", Merkers.

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Bild 27. Abnahme des durchschnittlichen L/B- Quotienten von Quarz im Bereich hydrometamorpher Oberprägung des Sylvinit-Lagers - Kaliwerk "Ernst-Thälmann", Merkers

Insgesamt ergibt sich aus den Untersuchungen, daß durch aszendente, Si0 2 _ (und C0 2 ~)haltige Lösungen während der weiter oben charakterisierten Um­ bildungsvorgänge eine Oberprägung der primären Quarzformen stattfand. Dieses Sekundärwachstum äußert sich einmal durch Einschlüsse idiomorpher und korrodierter Quarzkristalle im Quarz (Bild 28); andererseits findet durch ein verstärktes Längenwachstum eine Erhöhung des L/BrQuotienten gegenüber den Quarzen aus Trümmercarnallitit statt. Für diese Bildungs­ phase sind Quotienten größer als 3,5 charakteristisch. Andererseits sind die niedrigen Quotienten in hydrometamorphen Gesteinen der Schachtanlagen "Alexandershall" und "Abteroda" sowie in einigen Fällen des Grubenbetrie­ bes "Ernst Thälmann", die in der Nähe der Carnallititquotienten liegen, auf Si0 2 ~freie oder Si0 2 ~arme Umbildungslösungen zurückzuführen. Für diese Umbildungsvorgänge kommen wahrscheinlich deszendente Lösungen in Frage.

In einigen Profilen aus den Grubenbetrieben "Ernst Thälmann" und- "Alexan­ dershall" treten Quotienten auf, die unter den für hydrometamorph unver­ änderten Trümmercarnallitit gefundenen Werten liegen* Das berechtigt zu der Schlußfolgerung, daß durch zufließende Lösungen eine Wiederauflösung primär ausgeschiedener Quarzkristalle möglich war. Die Ursachen, die den Kieselsäuretransport bewirkten, können zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht übersehen werden.