Zeitschrift für Angewandte Geologie: Band 4, Heft 10 Oktober 1958 [Reprint 2021 ed.] 9783112558324, 9783112558317

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ZEITSCHRIFT FÜR A N QE WANDTE QEOLOQIE

AUS DEM I N H A L T E. Kautjsch

HERAUSQEQEBEN VON DER S T A A T L I C H E N C,EO LOQI SC H E N K O M M I S S I O N U N D DER Z E N T R A L E N V O R RAT S K O M M I SS IO N DER D E U T S C H E N

DEMOKRATISCHEN

REPUBLIK

Eindrücke vom V. Parteitag der SED in Berlin Autorenkollektiv Die Diamanten Sibiriens R.W.Gesewa Zur Charakteristik des sedimentär« metamorphen Typs der Uranverersung K.-B. Jubit? Erste praktische Anwendung der fein» stratigraphisch«geodiemisdien Ca»Mg« Hori;ontierungsmethodik für die Kalk' lagerstättenerkundu ng R. Köhler ti F. Reuter Einige ingenieurgeologische Probleme beim Bau von Talsperren in der CSR E. Lange Die Entwicklung der Petrochemie in der UdSSR

AKADEMIE - VERLA Q • BERLIN

BAND 4 / HEFT l V / OKTOBER 1958 SEITE 449-496

IN HALT

Seite

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E . KAUTZSCH : Eindrücke v o m V. P a r t e i t a g der S E D in Berlin 449

R. STRAUBEL: Aufgaben des Markscheiders bei der geologischen E r k u n d u n g 474

A u t o r e n k o l l e k t i v : Die D i a m a n t e n Sibiriens R . W . GEZEWA : Zur Charakteristik des m e t a m o r p h e n Typs der Uranvererzung

450 sedimentär-

Ii. LANGE: Die Entwicklung der Petrocheniie in der UdSSR 480

458

H. ULBRICH: Uber das A u f t r e t e n von explosiven Gasen in Erzbergwerken 466 K.-B. JUBITZ: Erste praktische Anwendung der feinstratigraphisch - geochemischen Ca - Mg - Horizontierungsmethodik f ü r die K a l k l a g e r s t ä t t e n e r k u n d u n g . 469 R . KÖHLER & F. REUTER: Einige ingenieurgeologisclie Probleme beim Bau von Talsperren in der ÜSR . . . 470

Iv. DETTE: Die Entwicklung der Baustoffindustrie in der U d S S R 482 0 . PROKOP: Medizinische Probleme u n d Bedeutung der sogenannten Radiaesthesie 483 Besprechungen und Referate

486

Nachrichten u n d Informationen

493

Die ZEITSCHRIFT FÜR ANGEWANDTE GEOLOGIE berichtet ständig ausführlich über folgende Arbeitsgebiete: Geologische Grundlagenforschung u n d Lagerstättenforschung / Methodik der geologischen E r k u n d u n g / Ökonomie u n d P l a n u n g der geologischen

Erkundung

/

Technik

der

geologischen

E r k u n d u n g / Geologie u n d Lagerstättenkunde im Ausland /

Bibliographie, Verordnungen, Richtlinien, Konferenzen, Personalnachrichten

Dem Redaktionskollegium gehören a n : Prof. Dipl.-Berging. B Ü H R I G , Nordhausen - Dr. H E C K , Schwerin Prof. Dr. L A N G E , Berlin Dr. R E H , Jena -

Prof. Dr. KAUTZSCH, Berlin

Dr. M E I N H O L D , Leipzig — Dr. N O S S K E , Leipzig -

Prof. Dr. S C H Ü L L E R , Berlin -

Prof. Dr. P I E T Z S C H , Freiberg

Dipl.-Berging.-Geologe S T A M M B E R G E R , Berlin

Prof. Dr. W A T Z N A U E R , Karl-Marx-Stadt Chefredakteur: Prof. Dr. E R I C H L A N G E , Berlin

Die ZEITSCHRIFT FÜR ANGEWANDTE GEOLOGIE ist kein Organ einer engen Fachgruppe. Auf ihren Seiten können alle strittigen Fragen der praktischen Geologie behandelt werden. Die Autoren übernehmen f ü r ihre Aufsätze die übliche Verantwortung.

Herausgeber: Staatliche Geologische Kommission und Zentrale Vorratskommission für mineralische Rohstoffe der Deutschen Demokratischen Republik. Chefredakteur: Prof. Dr. Erich Lange, Berlin. Redaktion: Berlin N 4, Invalidenstraße 44. Verlag: Akademie-Verlag GmbH, Berlin W 8, MohrenstraBe 39 (Fernsprecher 200386, Postscheckkonto: Berlin 35021). Bestell- und Verlagsnummer des Heftes: 1047/4/10. Die „Zeitschrift für angewandte Geologie" erscheint monatlich. Bezugspreis 2 , - DM je Heft. — Satz und Druck: Druckhaus „Maxim Gorki", Altenburg. Veröffentlicht unter der Lizenznummer ZLN 5008 des Ministeriums für Kultur, Hauptverwaltung Verlagswesen. Karten: Mdl. der DDR Nr. 4273, 4323, 4351 / K 11. Printed in Germany.

Deutsche Demokratische Republik\ Die Geologen der Deutschen Demokratischen Republik beglückwünschen den Präsidenten unseres ersten Arbeiter- und Bauernstaates WILHELM

PIECK

und die Regierung der Deutschen Demo-

kratischen Republik %um Gründungstag unseres jungen Staates und Zu den großen Erfolgen beim Aufbau des Sozialismus. Wir geloben, unseregan^e Kraft einzusetzen für den weiteren Aufbau des Sozialismus, für die Festigung und Stärkung unserer Arbeiterund Bauernmacht, für die Erhaltung des Friedens und jiir ein einheitliches, f riedliebendes, demokratisches Deutschland.

Berlin, deny. Oktober 19j8

ZEITSCHRIFT FÜR ANQEWANDTE Cy E O

L

O

C/ I E

CHEFREDAKTEUR:

PROF.DR.E.LANQE

B A N D 4 • O K T O B E R 1958 . H E F T 10

Eindrücke vom V. Parteitag der SED in Berlin EBERHARD KAUTZSCH,

Berlin

In der Zeit vom 10. 7. bis 16. 7. 1958 hielt die Sozialistische Einheitspartei Deutschlands ihren V. Parteitag in Berlin ab. Dieses höchste Gremium der S E D , an welchem 1648 Delegierte mit beschließender Stimme und 603 Delegierte mit beratender Stimme teilnahmen, setzte sich mit überwiegender Mehrheit aus Vertretern der sozialistischen Betriebe der Industrie und dem sozialistischen Sektor der Landwirtschaft zusammen. Außerdem nahmen zum ersten Male Genossen aus Handwerksbetrieben, Genossenschaften und Betrieben mit staatlicher Beteiligung an den Beratungen des Parteitages teil. Desgleichen war auch eine stärkere Delegierung von Genossenschaftsbauern zum Parteitag zu verzeichnen. Das Programm des Parteitages war so abgestimmt, daß hier die dringendsten Fragen zum Aufbau des Sozialismus in seiner ersten Stufe beraten werden sollten. Hierbei wurde in dem grundlegenden Referat des 1. Sekretärs des Zentralkomitees der Sozialistischen E i n h e i t s p a r t e i D e u t s c h l a n d s , WALTER ULBRICHT, z u m

Ausdruck gebracht, daß es vor allem darauf ankomme, die wirtschaftliche Überlegenheit des sozialistischen Systems gegenüber dem kapitalistischen unter Beweis zu stellen und innerhalb weniger Jahre den Pro-KopfVerbrauch an den wichtigsten Konsumgütern in der Deutschen Demokratischen Republik gegenüber dem in Westdeutschland zu erreichen und zu übertreffen. Das b e d e u t e t n a c h d e n A u s f ü h r u n g e n v o n WALTER ULBRICHT

und anderen Delegierten einen weiteren Ausbau der Grundstoffindustrie und vor allem die rasche Entwicklung der internationalen Arbeitsteilung und die planmäßige Zusammenarbeit innerhalb des gesamten sozialistischen Lagers. Dabei soll vor allem die chemische Industrie um mehr als 6 0 % gesteigert werden, auch werden große Anstrengungen gemacht, Rohstoffe aus dem heimischen Boden auf den verschiedensten Gebieten in verstärktem Maße nutzbar zu machen. Darüber hinaus müssen wir die Einfuhr von wichtigen Rohstoffen erheblich erhöhen. So erfährt Erdöl 1965 eine Einfuhrsteigerung gegenüber 1957 von 1,040 Mio t auf 4,8 Mio t, Kupfer von 15000 t auf 43000 t, Aluminium von 18000 t auf 85000 t. Auch die Einfuhr vieler anderer Rohstoffe, die aus dem heimischen Boden nicht zur Verfügung gestellt werden können, muß erhöht werden. Dies bedeutet, daß wir zum Export neben Fertigerzeugnissen auch Grundstoffe, wie- z. B. Kalisalze, im verstärkten Maße bereitstellen müssen. Diese mit wenigen Worten im Vorstehenden geschilderten Aufgaben der Grundstoffindustrie erfordern auch eine verstärkte Anstrengung für die geologischen Er-

kundungsarbeiten auf den verschiedensten Sektoren. So muß nicht nur eine verstärkte Ausnutzung der heimischen Rohstoffquellen für die Erzeugung von Kupfer, Nickel, Zink und anderen Metallen erreicht werden, sondern es muß auch die Untersuchung des Bodens der Deutschen Demokratischen Republik nach seltenen Elementen erweitert werden. Gleichzeitig findet neben einer Abstimmung der Produktion zwischen der Sowjetunion und der Deutschen Demokratischen Republik eine verbesserte Zusammenarbeit der Forschung beider Länder statt. Die wissenschaftliche Forschungsarbeit muß deshalb sehr weitgehend mit den gestellten Aufgaben abgestimmt, vorbereitet und durchgeführt werden. Der Leiter des Forschungsrates bei der Regierung der Deutschen Demokratischen Republik, Professor Dr. THIESSEN, hob auf dem V. Parteitag besonders hervor, daß das Zusammenwirken von Arbeiten theoretischer, experimenteller, entwicklungs- und verfahrenstechnischer Art besonders wichtig sei. In bezug auf die geologische Grundlagenforschung und die angewandte Geologie, insbesondere die Lagerstättenforschung auf den verschiedensten Zweigen der Mineralerkundung, bedeutet dies ebenfalls eine sinnvolle aufeinander abgestimmte Organisation. Entsprechend den richtungsweisenden Ausführungen von Professor THIESSEN stehen auch auf dem Sektor der Geologie die Aufgaben und Probleme der Grundlagenforschung und die Aufgaben der angewandten Geologie mit der direkten Lagerstättenerkundung in engstem Zusammenhang. Sie sind nicht voneinander zu trennen, eins gehört zum andern. Die neuesten Erkenntnisse der Grundlagenforschung müssen möglichst rasch für die Lagerstättensuche bereitgestellt werden. Die Erfahrung dabei hat gelehrt, daß Planung, Bildung von Schwerpunkten und Gemeinschaftsarbeit diese Zusammenhänge am besten klären können, da sie gleichzeitig der natürlichen Gesetzlichkeit der Forschung und dem volkswirtschaftlichen Bedürfnis genügen. „Beides muß zusammenpassen wie Schlüssel und Schloß, eins ist ohne das andere nicht möglich." Professor THIESSEN sagte weiterhin, es sei ein Irrtum anzunehmen, daß die geistigeSchöpferkraft, die Initiative oder die Genialität der Menschen verkümmern würden, wenn sie sich den praktischen Aufgaben zuwenden. „Die Berührung mit der Praxis ist wie die Berührung mit der E r d e . " Es ist nur notwendig, Kopf, Hirn und Herz dafür zu öffnen. „Die Produktion ist vom Ganzen abhängig, von dem Betrag, der in ihr steckt." Angewendet auf die geologische Forschung ist festzustellen, daß der Grad an Wissenschaftlichkeit, mit

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AUTORENKOLLEKTIV / Die Diamanten Sibiriens

450 dem m a n an die E r k u n d u n g zum Nachweis v o n B o d e n schätzen h e r a n g e h t , m i t ein M a ß für den zu e r w a r t e n d e n E r f o l g ist. S e h r wesentlich für die D u r c h f ü h r u n g dieser A r b e i t und die E r r e i c h u n g der hochgesteckten Ziele ist neben der Anwendung der rein wissenschaftlichen M e t h o d e n a u c h der E i n s a t z der m o d e r n s t e n E r k u n dungsmittel. Hierbei k o m m t der Geophysik eine besondere Aufgabe zu, z u m a l speziell bei uns die modernsten geophysikalischen Erkundungsverfahre'n angewendet werden sollten. D e r Grund dafür ist, daß der B o d e n der Deutschen D e m o k r a t i s c h e n R e p u b l i k oberflächennahe bereits in sehr weitgehendem M a ß e erforscht ist, und daß wir unsere F o r s c h u n g durch Anwendung neuer E r k u n d u n g s m e t h o d e n i m m e r s t ä r k e r in u n b e k a n n t e Tiefen hinab ausdehnen müssen. E s ist zweifellos so, daß hierzu ein sehr großes Maß v o n Optimismus notwendig ist. E s war bezeichnend für den Geist, der auf dem V. P a r t e i t a g h e r r s c h t e , daß dort

aus allen Diskussionsreden ein solcher ungebrochener Optimismus zu verspüren war. E s ist unsere Aufgabe, uns diesen Geist, wie ihn z u m Beispiel Ministerpräsident OTTO GROTEWOHL m i t den folgenden W o r t e n a u s d r ü c k t e , bei unserer geologischen A r b e i t der L a g e r s t ä t t e n e r k u n d u n g zu eigen zu m a c h e n : „ T r a g t den Optimismus, t r a g t die B e g e i s t e r u n g und t r a g t die revolutionäre T a t k r a f t , die unseren P a r t e i t a g erfüllten, in die Herzen aller a r b e i t e n d e n M e n s c h e n . " D a z u ist erforderlich, daß die Möglichkeiten des Aufsuchens v o n neuen L a g e r s t ä t t e n im einzelnen sehr sorgsam abgewogen werden, und daß dann die E r k u n d u n g s a r b e i t m i t möglichst m a s s i e r t e m , auf S c h w e r p u n k t e b e s c h r ä n k t e m E i n satz der v o r h a n d e n e n wissenschaftlichen und t e c h n i schen Mittel durchgeführt wird. W e n n das m i t der nötigen K l a r h e i t und m i t dem nötigen Optimismus geschieht, k a n n es a m E r f o l g n i c h t fehlen.

Die Diamanten Sibiriens Die nachfolgende Arbeit wurde dem gleichnamigen Werk entnommen, das 1957 vom Ministerium für Geologie und Lagerstättenschutz im Gosgeoltechistat (Wissenschaftlich-Technischer Staatsverlag für Literatur auf dem Gebiet der Geologie und des Lagerstättenschutzes) herausgegeben wurde. Verfasser des Buches sind die Geologen der Amakinsker Expedition, welche die Diamantvorkommen der Jakutischen A S S R erschlossen: A. P. BOBRIJEWITSCH, M.N. BONDARENKO, M. A . GNEWUSCHEW, N. W . K I N D , B . J . KORESCHKOW, N. A. KURYLEWA, S. D. NEFEDOWA, L. A. POPUGAJEWA, J . C. P O P O W A , W . D . SCHULSKIJ, G. I . SMIRNOW, P . K . J U R K E W I T S C H , G. CH. F A I N STEIN u n d W . N. SCHTSCHUKIN. Die wissenschaft-

liche Redaktion lag in den Händen von A. P. BUROW und W . S. SOBOLEW.

In der Ubersetzung bringen wir das unwesentlich gekürzte Vorwort sowie den Teil des Buches, der ausführlich die Geologie des diamantführenden Gebietes und die geologischen Verhältnisse der Durchschlagsröhren behandelt. Wir sind der Meinung, daß die ausführliche Darstellung sowie die verschiedenen Karten das Interesse aller Geologen finden werden, da bisher auf dieses Gebiet noch nicht so detailliert eingegangen wurde. Aus technischen Gründen müssen wir aber auf die Wiedergabe der beigegebenen farbigen geologischen Karte im Maßstab 1 : 500000 verzichten. In den nächsten Heften unserer Zeitschrift informieren wir unsere Leser durch Referate und Übersetzungen über die Petrographie und Mineralogie der Kimberlite dieses Gebietes, über die Mineralogie der sibirischen Diamanten sowie über die Diamantseifen. Die beim Aufsuchen der Diamantlagerstätten angewandte Methodik wird ebenfalls dargestellt werden. Die Redaktion Der D i a m a n t weist innerhalb aller bekannten Mineralien und künstlichen Legierungen die größte H ä r t e auf. Die unübertroffene H ä r t e der D i a m a n t e n und ihre S t a b i l i t ä t gegenüber chemischen R e a g e n z i e n sowie ihre Verschleißfestigkeit f ü h r t e n zu einer weitgehenden Anwendung in der T e c h n i k . D e r D i a m a n t gehört zu den E d e l s t e i n e n erster Klasse. H e u t e ist es schon schwierig, einen Industriezweig zu finden, in dem in diesem oder j e n e m Maße keine D i a m a n t e n b e n u t z t werden. Besonders weitgehend werden sie in der Metallbearbeitungs-, Steinschneide- und Schleifindustrie sowie beim B o h r e n h a r t e r Gesteine angewandt. Die Verwendung der D i a m a n t e n beschleunigt die Produktionsprozesse um ein Vielfaches, erhöht die

Q u a l i t ä t der P r o d u k t i o n und die M a ß g e r e c h t h e i t der Erzeugnisse. T r o t z der großen, bei der Herstellung h a r t e r und s u p e r h a r t e r Legierungen e r r e i c h t e n E r f o l g e w ä c h s t der B e d a r f der I n d u s t r i e an D i a m a n t e n v o n J a h r zu J a h r . I m Z u s a m m e n h a n g m i t der V e r g r ö ß e r u n g der Nachfrage n a c h t e c h n i s c h e n D i a m a n t e n w ä c h s t a u c h ihre P r o d u k t i o n im W e l t m a ß s t a b , die zu B e g i n n des Zweiten W e l t k r i e g e s (1940) ü b e r 1 4 , 4 Millionen K a r a t betrug. I m Kriege s a n k die D i a m a n t g e w i n n u n g auf 9 — 11 Millionen K a r a t , e r r e i c h t e a b e r 1 9 4 9 wieder das Vorkriegsniveau. In den l e t z t e n fünf J a h r e n war ein besonders schnelles W a c h s t u m der D i a m a n t g e w i n n u n g zu beo b a c h t e n . I m J a h r e 1 9 5 4 erreichte in der gesamten W e l t die D i a m a n t g e w i n n u n g 2 0 , 4 Millionen K a r a t , wovon 1 6 , 8 Millionen K a r a t , d. h. etwa 8 2 % , als t e c h n i s c h e D i a m a n t e n V e r w e n d u n g finden. Die a n g e f ü h r t e n Zahlen beweisen genügend anschaulich, welche große B e d e u t u n g die t e c h n i s c h e n D i a m a n t e n in den l e t z t e n J a h r e n g e w a n n e n ; a u c h die sowjetische Industrie leidet d a r a n einen akuten Mangel. Die im U r a l entwickelte Rohstoffbasis für D i a m a n t e n kann infolge des geringen Gehaltes der Seifen n i c h t die E n t f a l t u n g einer großen Diamantgewinnungsindustrie gewährleisten. Die auf den L a g e r s t ä t t e n der westlichen A b d a c h u n g des Mittelural in den J a h r e n 1 9 4 1 — 1 9 4 4 organisierte D i a m a n t g e w i n n u n g weist bisher einen geringen U m f a n g auf und k a n n die Bedürfnisse der sowjetischen Industrie an t e c h n i s c h e n D i a m a n t e n n i c h t befriedigen. Die E i n f u h r v o n D i a m a n t e n aus dem Ausland ist s t a r k erschwert durch die Hindernisse, welche die den W e l t d i a m a n t e n m a r k t kontrollierenden kapitalistischen L ä n d e r v e r u r s a c h e n . D a h e r ist die Verwendung t e c h n i s c h e r D i a m a n t e n in der U d S S R b e s c h r ä n k t . Viele Industriezweige der U d S S R erhalten ü b e r h a u p t keine D i a m a n t e n , sie a r b e i t e n m i t E r s a t z stoffen. Insbesondere wurden alle B o h r a r b e i t e n praktisch auf E r s a t z m a t e r i a l i e n umgestellt. Nach vorläufigen B e r e c h n u n g e n k a n n allein eine j ä h r l i c h e E i n s p a r u n g v o n einigen H u n d e r t Millionen R u b e l erzielt werden, wenn das Ministerium für Geologie und L a g e r s t ä t t e n s c h u t z der U d S S R und das Ministerium

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AUTORENKOLLEKTIV / Die Diamanten Sibiriens

450 dem m a n an die E r k u n d u n g zum Nachweis v o n B o d e n schätzen h e r a n g e h t , m i t ein M a ß für den zu e r w a r t e n d e n E r f o l g ist. S e h r wesentlich für die D u r c h f ü h r u n g dieser A r b e i t und die E r r e i c h u n g der hochgesteckten Ziele ist neben der Anwendung der rein wissenschaftlichen M e t h o d e n a u c h der E i n s a t z der m o d e r n s t e n E r k u n dungsmittel. Hierbei k o m m t der Geophysik eine besondere Aufgabe zu, z u m a l speziell bei uns die modernsten geophysikalischen Erkundungsverfahre'n angewendet werden sollten. D e r Grund dafür ist, daß der B o d e n der Deutschen D e m o k r a t i s c h e n R e p u b l i k oberflächennahe bereits in sehr weitgehendem M a ß e erforscht ist, und daß wir unsere F o r s c h u n g durch Anwendung neuer E r k u n d u n g s m e t h o d e n i m m e r s t ä r k e r in u n b e k a n n t e Tiefen hinab ausdehnen müssen. E s ist zweifellos so, daß hierzu ein sehr großes Maß v o n Optimismus notwendig ist. E s war bezeichnend für den Geist, der auf dem V. P a r t e i t a g h e r r s c h t e , daß dort

aus allen Diskussionsreden ein solcher ungebrochener Optimismus zu verspüren war. E s ist unsere Aufgabe, uns diesen Geist, wie ihn z u m Beispiel Ministerpräsident OTTO GROTEWOHL m i t den folgenden W o r t e n a u s d r ü c k t e , bei unserer geologischen A r b e i t der L a g e r s t ä t t e n e r k u n d u n g zu eigen zu m a c h e n : „ T r a g t den Optimismus, t r a g t die B e g e i s t e r u n g und t r a g t die revolutionäre T a t k r a f t , die unseren P a r t e i t a g erfüllten, in die Herzen aller a r b e i t e n d e n M e n s c h e n . " D a z u ist erforderlich, daß die Möglichkeiten des Aufsuchens v o n neuen L a g e r s t ä t t e n im einzelnen sehr sorgsam abgewogen werden, und daß dann die E r k u n d u n g s a r b e i t m i t möglichst m a s s i e r t e m , auf S c h w e r p u n k t e b e s c h r ä n k t e m E i n satz der v o r h a n d e n e n wissenschaftlichen und t e c h n i schen Mittel durchgeführt wird. W e n n das m i t der nötigen K l a r h e i t und m i t dem nötigen Optimismus geschieht, k a n n es a m E r f o l g n i c h t fehlen.

Die Diamanten Sibiriens Die nachfolgende Arbeit wurde dem gleichnamigen Werk entnommen, das 1957 vom Ministerium für Geologie und Lagerstättenschutz im Gosgeoltechistat (Wissenschaftlich-Technischer Staatsverlag für Literatur auf dem Gebiet der Geologie und des Lagerstättenschutzes) herausgegeben wurde. Verfasser des Buches sind die Geologen der Amakinsker Expedition, welche die Diamantvorkommen der Jakutischen A S S R erschlossen: A. P. BOBRIJEWITSCH, M.N. BONDARENKO, M. A . GNEWUSCHEW, N. W . K I N D , B . J . KORESCHKOW, N. A. KURYLEWA, S. D. NEFEDOWA, L. A. POPUGAJEWA, J . C. P O P O W A , W . D . SCHULSKIJ, G. I . SMIRNOW, P . K . J U R K E W I T S C H , G. CH. F A I N STEIN u n d W . N. SCHTSCHUKIN. Die wissenschaft-

liche Redaktion lag in den Händen von A. P. BUROW und W . S. SOBOLEW.

In der Ubersetzung bringen wir das unwesentlich gekürzte Vorwort sowie den Teil des Buches, der ausführlich die Geologie des diamantführenden Gebietes und die geologischen Verhältnisse der Durchschlagsröhren behandelt. Wir sind der Meinung, daß die ausführliche Darstellung sowie die verschiedenen Karten das Interesse aller Geologen finden werden, da bisher auf dieses Gebiet noch nicht so detailliert eingegangen wurde. Aus technischen Gründen müssen wir aber auf die Wiedergabe der beigegebenen farbigen geologischen Karte im Maßstab 1 : 500000 verzichten. In den nächsten Heften unserer Zeitschrift informieren wir unsere Leser durch Referate und Übersetzungen über die Petrographie und Mineralogie der Kimberlite dieses Gebietes, über die Mineralogie der sibirischen Diamanten sowie über die Diamantseifen. Die beim Aufsuchen der Diamantlagerstätten angewandte Methodik wird ebenfalls dargestellt werden. Die Redaktion Der D i a m a n t weist innerhalb aller bekannten Mineralien und künstlichen Legierungen die größte H ä r t e auf. Die unübertroffene H ä r t e der D i a m a n t e n und ihre S t a b i l i t ä t gegenüber chemischen R e a g e n z i e n sowie ihre Verschleißfestigkeit f ü h r t e n zu einer weitgehenden Anwendung in der T e c h n i k . D e r D i a m a n t gehört zu den E d e l s t e i n e n erster Klasse. H e u t e ist es schon schwierig, einen Industriezweig zu finden, in dem in diesem oder j e n e m Maße keine D i a m a n t e n b e n u t z t werden. Besonders weitgehend werden sie in der Metallbearbeitungs-, Steinschneide- und Schleifindustrie sowie beim B o h r e n h a r t e r Gesteine angewandt. Die Verwendung der D i a m a n t e n beschleunigt die Produktionsprozesse um ein Vielfaches, erhöht die

Q u a l i t ä t der P r o d u k t i o n und die M a ß g e r e c h t h e i t der Erzeugnisse. T r o t z der großen, bei der Herstellung h a r t e r und s u p e r h a r t e r Legierungen e r r e i c h t e n E r f o l g e w ä c h s t der B e d a r f der I n d u s t r i e an D i a m a n t e n v o n J a h r zu J a h r . I m Z u s a m m e n h a n g m i t der V e r g r ö ß e r u n g der Nachfrage n a c h t e c h n i s c h e n D i a m a n t e n w ä c h s t a u c h ihre P r o d u k t i o n im W e l t m a ß s t a b , die zu B e g i n n des Zweiten W e l t k r i e g e s (1940) ü b e r 1 4 , 4 Millionen K a r a t betrug. I m Kriege s a n k die D i a m a n t g e w i n n u n g auf 9 — 11 Millionen K a r a t , e r r e i c h t e a b e r 1 9 4 9 wieder das Vorkriegsniveau. In den l e t z t e n fünf J a h r e n war ein besonders schnelles W a c h s t u m der D i a m a n t g e w i n n u n g zu beo b a c h t e n . I m J a h r e 1 9 5 4 erreichte in der gesamten W e l t die D i a m a n t g e w i n n u n g 2 0 , 4 Millionen K a r a t , wovon 1 6 , 8 Millionen K a r a t , d. h. etwa 8 2 % , als t e c h n i s c h e D i a m a n t e n V e r w e n d u n g finden. Die a n g e f ü h r t e n Zahlen beweisen genügend anschaulich, welche große B e d e u t u n g die t e c h n i s c h e n D i a m a n t e n in den l e t z t e n J a h r e n g e w a n n e n ; a u c h die sowjetische Industrie leidet d a r a n einen akuten Mangel. Die im U r a l entwickelte Rohstoffbasis für D i a m a n t e n kann infolge des geringen Gehaltes der Seifen n i c h t die E n t f a l t u n g einer großen Diamantgewinnungsindustrie gewährleisten. Die auf den L a g e r s t ä t t e n der westlichen A b d a c h u n g des Mittelural in den J a h r e n 1 9 4 1 — 1 9 4 4 organisierte D i a m a n t g e w i n n u n g weist bisher einen geringen U m f a n g auf und k a n n die Bedürfnisse der sowjetischen Industrie an t e c h n i s c h e n D i a m a n t e n n i c h t befriedigen. Die E i n f u h r v o n D i a m a n t e n aus dem Ausland ist s t a r k erschwert durch die Hindernisse, welche die den W e l t d i a m a n t e n m a r k t kontrollierenden kapitalistischen L ä n d e r v e r u r s a c h e n . D a h e r ist die Verwendung t e c h n i s c h e r D i a m a n t e n in der U d S S R b e s c h r ä n k t . Viele Industriezweige der U d S S R erhalten ü b e r h a u p t keine D i a m a n t e n , sie a r b e i t e n m i t E r s a t z stoffen. Insbesondere wurden alle B o h r a r b e i t e n praktisch auf E r s a t z m a t e r i a l i e n umgestellt. Nach vorläufigen B e r e c h n u n g e n k a n n allein eine j ä h r l i c h e E i n s p a r u n g v o n einigen H u n d e r t Millionen R u b e l erzielt werden, wenn das Ministerium für Geologie und L a g e r s t ä t t e n s c h u t z der U d S S R und das Ministerium

Zeitschrift tiir angewandte Geologie (1958) Heft 10

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AUTORENKOLLEKTIV / Die D i a m a n t e n Sibiriens

für Buntmetallurgie der U d S S R bei ihrem Bohrprogramm zum Diamantbohren übergehen. Einen noch größeren Effekt liefert die Umstellung in der Metallbearbeitungs-, Werkzeugmaschinen-, Gerätebau- und Schleifindustrie auf Diamanten. In Zusammenhang mit den großen Aufgaben zur weiteren Entwicklung der Volkswirtschaft und zur Erhöhung der Arbeitsproduktivität, die vom 20. Parteitag der K P d S U für den sechsten Fünfjahrplan gestellt wurden, wird die Versorgung der Industrie mit sowjetischen Diamanten zu einem wichtigen Problem von staatlicher Bedeutung. In den Jahren 1954/55 wurden in der Jakutischen A S S R reiche Diamantseifen und primäre Diamantlagerstätten entdeckt, die nach dem Diamantinhalt mit den in Abbau befindlichen Lagerstätten des Auslandes,

darunter auch den Lagerstätten Südafrikas, in eine Reihe gestellt werden können. Die großen Perspektiven der Diamantführung der Sibirischen Tafel, die durch die Arbeiten der letzten J a h r e und besonders der Jahre 1955/56 festgestellt wurden, gewährleisten die Möglichkeit, in der Jakutischen A S S R eine Diamantgewinnungsindustrie in einem Umfang zu organisieren, welcher den Bedarf der U d S S R an technischen Diamanten völlig befriedigt. Das Buch „Die Diamanten Sibiriens", das vom Geologenkollektiv der Amakinsker Expedition der Hauptverwaltung Geologie des Urals und Sibiriens des Ministeriums für Geologie und Lagerstättenschutz der U d S S R zusammengestellt wurde, berücksichtigt die neuesten Unterlagen, die sich bei der Untersuchung der Diamantführung der Sibirischen Tafel ergaben, einschließlich der im Jahre 1955 ermittelten Ergebnisse. In diesem Buch werden zum erstenmal die auf dem Territorium der Jakutischen S S R entdeckten primären Diamantlagerstätten beschrieben; ausführlich werden Petrographie und Mineralogie der Kimberlite sowie Kristallographie und Mineralogie der Diamanten behandelt. In dieser Arbeit werden auch die Diamantseifen des Wiljui-Beckens charakterisiert und die geologischen Arbeiten zur Erkundung von Diamanten unter den Verhältnissen der Sibirischen Tafel beschrieben. I. Geologie der primären Diamantlagerstätten des Wiljui-Beckens

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Wiljui-Diamantbecken

A b b . 1. Übersichtskarte des zentralen Teils der J a k u t i s c h e n A S S R

Der Wiljui-Diamantbezirk (Abb. 1) liegt im Nordwesten der Jakutischen A S S R . Er umfaßt das Becken des Flusses Wiljui und der folgenden großen Nebenflüsse: Marcha, Tjung, Ygyatta, Achtaranda, Bolschaja und Malaja Batuobija. Die Gesamtfläche des Diamantbezirks beträgt über 300000 km 2 . In der letzten Zeit wurden die Grenzen dieses Bezirkes weit nach Norden vorgeschoben. Eine abbauwürdige Diamantführung wurde in den Becken der Flüsse Muna und Olenek festgestellt. Das Wiljui-Diamantbecken liegt strukturell im Zentralteil der Sibirischen Tafel an einer Stelle, wo mehrere große verschiedenaltrige Strukturen zusammenstoßen. E s handelt sich hierbei um die unterpaläozoische Anabar-Anteklise, die unterpaläozoische Angara-LenaSenke, die oberpaläozoische Tunguska-Syneklise und die mesozoische Wiljui-Syneklise 1 ). Dadurch ') Bezeichnungen der Strukturen nach N. S. S C H A T S K I J und N. S. S A I Z E W (1954).

Zeltschrift f ü r a n g e w a n d t e Geologie ( 1 9 5 8 ) Hett 10 452

wird die räumliche Verteilung der in diesem Territorium auftretenden paläozoischen und mesozoischen Gesteine bestimmt. Der gesamte nördliche Teil des zur Südflanke der Anabar-Anteklise gehörenden Gebietes besteht vorwiegend aus oberkambrischen und unterordovizischen Sedimenten, die sehr flach nach Südwesten, d. h. nach der Tunguska-Syneklise, einfallen, wo sie allmählich in mittel- und oberordovizische und untersilurische Schichten übergehen. Nördlich von diesem Gebiet in Richtung zum Zentrum des Anabar-Massivs streichen ältere Sedimente des Unter- und Mittelkambriums und des oberen Proterozoikums aus. Die oben erwähnten, fast nicht dislozierten Sedimente des Unterpaläozoikums und Oberproterozoikums lagern mit großem Hiatus und Winkeldiskordanz auf gefaltetem altem Präkambrium, das den Sockel der Tafel bildet. Die Gesamtmächtigkeit der oberproterozoischen und unterpaläozoischen Schichten (vom Rif bis einschließlich Silur) oder, was dasselbe ist, die Lagerungstiefe des kristallinen Sockels liegt nach Angaben von N. S. SAIZEW in der G r ö ß e n o r d n u n g v o n 1 5 0 0 — 2 0 0 0 m.

Nach Süden geht das Gebiet der unterpaläozoischen Schichten der Anabar-Abdachung, sich verengend, in den nordöstlichen Teil der unterpaläozoischen AngaraLena-Senke über, innerhalb derer eine Anzahl großer positiver und kleinerer negativer Strukturen und kuppeiförmiger Bildungen zu verzeichnen ist. Im Westen und Nordwesten wird diese Senke durch den Rand der Tunguska-Syneklise begrenzt, die aus geringmächtigen sedimentären und tuffogenen Gesteinen des Oberpaläozoikums und Untermesozoikums, intrudierten lagerförmigen und durchgebrochenen Trappkörpern besteht. Nach Osten und Südosten tauchen die Gesteine des unteren Paläozoikums unter die kontinentalen unterjurassischen Schichten ab, die den randlichen Teil der Wiljui-Syneklise und die flache mesozoische TunguskaWiljui-Senke bilden. Die unterjurassischen Schichten sind hier nicht über 100 m mächtig. Nach Osten zu, d.h. in Richtung zum Zentrum der Wiljui-Syneklise, werden die unterjurassischen Gesteine durch immer jüngere mesozoische Schichten abgelöst, deren Mächtigkeit in dieser Richtung allmählich zunimmt. Der zentrale Teil der Wiljui-Syneklise besteht bereits aus Kreidesedimenten. Nach den letzten Angaben beträgt die Gesamtmächtigkeit aller mesozoischen Schichten über 3000 m.

Die basischen Eruptivgesteine des Trapp-Komplexes tendieren zum Rand der Tunguska-Syneklise; sie sind an eine Zone von Tiefenbrüchen gebunden, die an Zerrungsstellen der Erdkruste an den Grenzen der Tunguska-Syneklise und der umgebenden unterpaläozoischen Strukturen entstanden sind. Die Hauptphase des Trapp-Vulkanismus lag in der Trias. Hinsichtlich des Alters liegt also eine Analogie zwischen den sibirischen Trapps und den Doleriten der Karroo Südafrikas vor; dieser Umstand betont die ähnliche geologische Entwicklung dieser beiden großen präkambrischen Tafeln und der damit verbundenen Diamantprovinzen. Diese Ähnlichkeit wird dadurch verstärkt, daß auf der Sibirischen Tafel originelle Alkalibasalte auftreten, die den Basalten ähneln, welche die Kimberlite Süd-

AUTORENKOLLEKTIV / Die Diamanten Sibiriens afrikas begleiten; dies diente auch als Grundlage für entsprechende Prognosen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind auf der Sibirischen Tafel schon ganz zuverlässig Kimberlite nachgewiesen, die hinsichtlich Petrographie und Lagerungsverhältnissen den Kimberliten Südafrikas völlig analog sind. Diese Gesteine sind an Strukturen gebunden, die sich senkrecht in die Tiefe fortsetzen und unter der Bezeichnung „Durchschlagsröhren" bekannt sind. Die Kimberlite, welche die Röhren ausfüllen, sind das Muttergestein sowohl für die südafrikanischen als auch für die sibirischen Diamanten. Kimberlitröhren im Wiljui-Diamantbezirk wurden in zwei Rayons entdeckt, die voneinander mehrere hundert Kilometer entfernt sind: im Süden handelt es sich um den Rayon an der Malaja Batuobija, im Norden um den Rayon Daaldynsk. Beide Rayons liegen am Rande der Tunguska-Syneklise in einem Gebiet mit fast durchgängigem Auftreten ordovizischer karbonatischer Gesteine, das unmittelbar an die Zone der maximalen Verbreitung der Trapps anschließt. Im folgenden beschreiben wir den geologischen B a u der erwähnten Rayons und die Geologie der Kimberlitpipes. Der geologische B a u des Gebiets a n der M a l a j a B a t u o b i j a

Administrativ gehört dieses Territorium zum Rayon Suntar der Jakutischen A S S R . Dieser Rayon liegt im Becken des Flusses Malaja Batuobija, eines großen rechten Nebenflusses des Flusses Wiljui, innerhalb des Mittelsibirischen Berglandes, an der Grenze zur Lena-Wiljui-Niederung. Das Malaja Batuobija-Becken liegt am Kontakt zweier großer, verschiedenaltriger Struktureinheiten, nämlich der oberpaläozoischen Tunguska-Syneklise und der mesozoischen Wiljui-Senke. Dadurch wird der uneinheitliche und komplizierte geologische Bau dieses Territoriums bestimmt (Abb. 2). Die Basis des Profils bilden gipsführende bunte Mergel, die zur Wercholena-Serie des Oberkambriums gehören. Sie sind ganz gering verbreitet, und sie streichen an einigen Punkten in den Kernen der steilen Brachyantiklinalfalten aus. Die Schichten der Wercholena-Serie gehen allmählich in eine mächtige Folge (bis 200 m) sandig-karbonatischer und tonig-karbonatischer Gesteine über, die von den meisten Geologen zur Ustj-kutSerie des unteren Ordoviziums gerechnet werden. Diese Gesteine sind sehr weit verbreitet und die wichtigsten im geologischen Profil dieses Rayons. Die unteren Teile der Folge werden durch eine Wechsellagerung massiger und plattiger Dolomite und Kalksteine einerseits und bunter Mergel andererseits gekennzeichnet. Im oberen Teil des Profils herrschen sandig-karbonatische Gesteine vor. Auf der erodierten Oberfläche des Unterpaläozoikums liegen sandige Schichten vermutlich karbonischen Alters (Emjaksa-Serie), die nur an einem Punkt aufgeschlossen sind, und kontinentale sandig-tonige Schichten der produktiven Serie des Unterperms, die sich auch in Form geringer Vorkommen im Nordwesten des Territoriums erhalten haben. Ihre Mächtigkeit geht nicht über einige Dutzend Meter hinaus. In manchen Bereichen werden die Gesteine der produktiven Serie von geringmächtigen (10 bis 20 m) tuflogenen Bildungen überdeckt (Tuffe, Tuffsandsteine, Tuffkonglomerate), die zu einer oberpermischuntertriassischen Tuffserie gehören. Der Charakter ihres

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Sibiriens

453 folgen. Innerhalb der diskordant lagernden Körper treten am häufigsten Dykes, seltener Intrusionen unregelmäßiger F o r m auf. Die Dykes sind sowohl in der Zone der stärksten Verdichtung der Trapps im Nordwesten des Territoriums als auch außerhalb dieser Zone, wo sie sich in den ordovizischen Gesteinen verfolgen lassen, verbreitet. Die Hauptmenge der Diabase intrudierte offensichtlich während der Trias, da die Diabase sowohl in die unterpaläozoischen Gesteine als auch in die produkt i v e ^ ) und inTuffserie (P 2 —T) intrudierten. Das Mesozoikum ist vertreten durch Sandsteine und Konglomerate des unteren Lias (Ukugut-Serie), die auf der erodierten Oberfläche aller bereits erwähnten alten Sedimente und Eruptiva liegen. Die unterjurassischen Schichten sind im Süden des Rayons a m weitesten verbreitet; sie erfüllen hier eine flache Senke, die sich fast in Ostwestrichtung von der Unteren Tunguska zum Wiljui-Becken hinzieht, wo sie mit dem randlichen Teil der Wiljui-Senke verschmilzt. Die Mächtigkeit der SandsteinKonglomerat-Schichten der Ukugut-Serie nimmt nach dem Achsenteil der Senke allmählich zu und erreicht hier 100m. Im Randteil der Senke sind die jurassischen Schichten erodiert und nur in F o r m einzelner Inseln erhalten. Ihre Mächtigkeit beträgt hier nur 20—25 m.

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Auf den kontinentalen Schichten des unteren Lias liegen konkordant litoral-marine 1 - Alluvium des Q u a r t ä r s ; 2 - Sand-Kies-Schotterablagerungen und Kaolinittone vermutlich tertiären Alters; 3— marine tonig-kalkig-sandige Schichten mit F a u n a aus dem mittleren L i a s ; 4 — kontinentale tonig-kalkig-sandige Schichten sandigkonglomeratische Schichten des Unteren Lias (Ükugut-Serie); 5 - Tuffablagerungen oberpermischdes mittleren Lias, die an sehr untertriassischen Alters (Tuffserie); 6 — kontinentale sandig-tonige Schichten unterpermischen Alters (produktive Serie); 7 - sandige Schichten vermutlich karbonischen Alters (Emjaksa-Serie); 8 - sandig-karbeschränkten Stellen vor der bonatische und tonig-karbonatlsche Schichten des Unteren Ordoviziums (Ustj-Kut-Serie); 9 - rote gipsJtthrende Schichtendes Oberen Kambriums (Wercholena-Serie); 10 - Schichtintrusionen der T r a p p s ; 11 Erosion bewahrt blieben. Ihre Trappdykes; 12 - tektonische Linien. Mächtigkeit beträgt nicht mehr als 1 0 - 1 2 m. Kontakts mit den unterpermischen Schichten ist nicht Zum Känozoikum (?) gehören die alten Sand-Kiesklar. Geröllablagerungen und die Kaolintone von vermutlich In die Ablagerungen des unteren und mittleren tertiärem Alter. Sie wurden 1955 nur im Becken des Paläozoikums intrudierten basische Eruptiva des TrappMittellaufes des Flusses Iireleech nachgewiesen, wo sie Komplexes, vertreten durch einförmig zusammensich als kleine Inseln im Zwischenstromgebiet erhielten, gesetzte fein- und mittelkristalline Olivindiabase. Am das aus karbonischen Gesteinen der ordovizischen meisten verbreitet sind lagerförmige Intrusionen, die im Ustj-kut-Serie besteht. E s bleibt künftigen UntersuNordwesten eine Mächtigkeit von etwa 100 m erchungen vorbehalten, eine mögliche weitere Verbreitung reichen. Nach Südosten zu nimmt die Mächtigkeit a b ; dieser Schichten zu erforschen. a m Oberlauf des Flusses Malaja Batuobija sind diese Im Rayon sind quartäre eluviale, deluvial-soliIntrusionen bereits überhaupt nicht mehr zu verfluktionäre und limnisch-moorige Ablagerungen der A b b . 2. G e o l o g i s c h e K a r t e d e s B e c k e n s d e s M i t t e l l a u f e s d e r M a l a j a B a t u o b i j a . s a m m e n g e s t e l l t v o n N . W . K I N D , M . P . M E T J E L K I N A , J . I . C H A B A R D I N U. a .

Zu-

Zeitschrift für angewandte Geologie ( 1 0 6 8 ) Heft 10

454 Zwischenstromgebiete und der Oberläufe der Flüsse stark vertreten, ebenso sandig-schotterige rezente (Flußbett-) und alte (Terrassen-) Ablagerungen des Alluviums in den Tälern der großen Flüsse. Die unterpaläozoischen, mittelpaläozoischen und mesozoischen Gesteine, ebenso die magmatischen Gesteine des Trapp-Komplexes sind ungleichmäßig verbreitet. Ihr Auftreten ist an bestimmte Gebiete oder Zonen gebunden, die sich in nordwestlicher Richtung erstrecken und dem Generalstreichen der Strukturen dieses Teils der Sibirischen Tafel untergeordnet sind. Beim Aufbau des Nordwestteiles des Malaja B a tuobija-Beckens spielen die Trapps, welche in die unterund oberpaläozoischen Gesteine intrudierten, die Hauptrolle. Südöstlich der Trappzone liegt ein Gebiet, in dem ordovizische Gesteine a u f t r e t e n ; es gibt hier einzelne Bereiche, die diskordant von jüngeren unterpermischen und unterjurassischen Schichten überdeckt werden. Schließlich besteht der ganze südliche und südöstliche Teil des Beckens aus kontinentalen Ablagerungen des unteren J u r a s , mit wenigen Bereichen, die von litoralmarinen jurassischen Sedimenten bedeckt sind.

AUTORENKOLLEKTIV / Die Diamanten Sibiriens Diese klare Zonarität des geologischen B a u s wird in erster Linie durch die Tektonik des Gebiets bestimmt. Das beschriebene Territorium liegt innerhalb von drei S t r u k t u r e n , die S W — NO streichen (Abb. 3). E s handelt sich hier 1. um den Südostrand der TunguskaSyneklise, der mit dem Gebiet zusammenfällt, in dem die Gesteine der produktiven Folge maximal verbreitet sind; 2. um das Gebiet, in dem das Unterpaläozoikum am R a n d der Wiljui-Syneklise und der mesozoischen Tunguska-Wiljui-Senke relativ gehoben i s t ; und 3. um die mesozoische Tunguska-Wiljui-Senke. Die angeführten Strukturen entsprechen im ganzen drei Strukturstufen. Die unterpaläozoischen Gesteine, welche die untere Strukturstufe bilden, liegen fast horizontal, mit schwachem Abtauchen nach Osten. Bei allgemeinem monoklinalem Einfallen der Gesteine sind einige flache Antiklinalstrukturen zu beobachten, die dadurch fixiert sind, daß ältestes Oberkambrium und Schichten der unteren Horizonte der U s t j - K u t - S e r i e an die Tagesoberfläche kommen. Möglicherweise hängen diese Strukturen mit der Salztektonik zusammen. Mit der Salztektonik steht auch die in den unterpaläozoischen Gesteinen weit verbreitete Brachykleinfaltung in Zusammenhang. Die oberpaläozoischen Gesteine, welche die mittlere Strukturstufe bilden, liegen horizontal auf der erodierten Oberfläche des Unterpaläozoikums. Nach Süden und Südosten zu tauchen die unterpaläozoischen Gesteine unter die unterjurassischen Schichten der oberen Strukturstufe a b ; die unterjurassischen Schichten füllen die flache mesozoische Tunguska-Wiljui-Senke aus. Das ziemlich plötzliche Abtauchen der unterpaläozoischen Gesteine am Rand der Senke ist offensichtlich eine Folge junger tektonischer Bewegungen, nämlich einer relativen Absenkung des Zentralteils der Senke und einer Hebung des randlichen Teils. Mit diesen Bewegungen hängen vermutlich auch die in diesem Gebiet häufig zu beobachtenden kleinen Brüche, Gräben und Bruchspalten zusammen, die auf Luftaufnahmen gut zu verfolgen sind und zwei streng aushaltende Richtungen erkennen lassen: West-Ostund Nordost-Südwest-Richtung, die im wesentlichen den heutigen Umrissen der Tunguska-Wiljui-Senke entsprechen. Die älteren Tiefenbrüche, die von Trappmagma bei seinem Aufstieg benutzt wurden, besitzen im wesentlichen West-Ost- und Nordwest-Südost-Richtung.

Abb. 3. Tektonisches Schema der rechten Seite des Flusses Wiljui im Bereich der Flüsse Achtaranda und Wiljutschan. Zusammengestellt von N. W. KIND 1 — Südostrand der Tunguska-Syneklise, der mit dem Gebiet zusammenfällt, in dem die produktive Serie des Unteren Perms maximal auftritt ( I ) ; 2 — Gebiet einer relativen Hochlage des Unterpaläozoikums am Rand der Wiljui-Syneklise und der mesozoischen Tunguska-Wiljui-Senke ( I I ) : a ) v o n zahlreichen Trappintrusionen durchbrochen, b) fast ohne Trappintrusionen; 3 — mesozoische Tunguska-Wiljui-Senke und randlicher Teil der WiljuiSyneklise ( I I I ) ; 4 — Grenze der Tunguska-Syneklise im oberen Paläozoikum; 5 — rezente Grenzen der Wiljui-Syneklise und des mesozoischen TunguskaWiljui-Beckens; sie fallen mit den Grenzen eines relativ starken Absinkens des Unteren Paläozoikums zusammen; 6 —Außengrenze der maximalen Verbreitung der Trapps; 7 — Flächen maximaler Konzentration der Intrusivdiabase mit intensiver postmagmatischer Mineralisation {Fortsetzung der Zone der Tiefenbrüche, die sich am Rand der Tunguska-Syneklise hinzieht); 8 — alte {oberpaläozoische) Tiefenbrüche, die als Hauptaufstiegswege für das Eindringen der Trapps dienten; 9 — Linien jüngerer (hauptsächlich mesozoisch-känozoischer) kleiner Brüche, Gräben sowie Bruch- und Ablösungsklüfte.

Eine große Anzahl disjunktiver Störungen wurde westlich des beschriebenen Territoriums im Becken des Mittellaufes des Flusses Malaja B a t u o b i j a beobachtet, das in dem Gebiet liegt, wo die Trappintrusionen ihre größte Verbreitung besitzen. Dieses Gebiet intensiver Störungen und Blockbewegungen ist die südöstliche Fortsetzung der Bruchzone, zu der das Becken der Achtaranda und der daran anschließende Teil des Beckens des Flusses W i l j u i gehören. Nach Osten zu, in Richtung zum Fluß Malaja B a t u o b i j a , nimmt die Intensität der disjunktiven Störungen merklich ab, obwohl einzelne Brüche auch hier auftreten; den Nachweis erbringen schroffe tektonische Diskordanzen zwischen den Gesteinen der U s t j - K u t - S e r i e einerseits und den jüngeren unterpermischen und unterjurassischen Gesteinen andererseits, ferner einzelne Trappdykes in der Zone der unterpaläozoischen Sedimente. Bereits vor der Entdeckung der primären Diamantlagerstätten wurde im Becken des Flusses Malaja B a t u o b i j a durch Untersuchungen im J a h r e 1954 der

Zeitschrift tiir angewandte Geologie (1958) Heft 10 AUTORENKOLLEKTIV / Die D i a m a n t e n Sibiriens

455 arbeiten ist 2 ). Die Ergebnisse der weiter westlich im Becken des Flusses Bolschaja Batuobija durchgeführten Such- und Kartierungsarbeiten bestätigten, daß dieses Gebiet hinsichtlich einer primären und sekundären Diamantführung wenig höffig ist. Geologie der Kimberlitröhre „ M i r "

Im Juni 1955 wurde vom Trupp Nr. 132 der Amakinsker Expedition im Becken des Flusses Malaja Batuobija die erste Kimberlitröhre entdeckt, die den Namen „Mir" (Frieden) erhielt. Der geologische Bau des an den Explosionsschlot „Mir" anschließenden Bereiches ist ziemlich einfach (Abb. 5). Am ältesten sind hier karbonatische Gesteine der Ustj-Kut-Serie, die vorwiegend durch dick- und feinplattige Dolomite und kalkige Dolomite vertreten sind, die mit grauen und seltener rötlichen Mergeln wechsellagern. Die Schichten der Ustj-Kut-Serie liegen fast horizontal, sie werden aber durch eine geringe Brachyfaltung kompliziert. Uber den Gesteinen der Ustj-Kut-Serie liegen mit scharfer Erosionsdiskordanz kontinentale sandigtonige Schichten, die nach den Unterlagen der Sporenund Pollenanalyse zum unteren Jura gehören. Diese Schichten besitzen in diesem Bereich die für die untere a ) Im J a h r e 1956 wurde noch eine Kimberlitröhre aufgefunden, welche die Bezeichnung „Kollektivnaja" erhielt. Sie liegt ebenfalls Innerhalb der erwähnten Struktur. Außerdem wurden in demselben Gebiet durch geophysikalische Untersuchungen mehrere große magnetische Anomalien nachgewiesen.

A b b . 4. S c h e m a t i s c h e geologische K a r t e des linken Ufers des Flusses Iireleech i m Bereich der Durchschlagsröhre „ M i r " . Zusammengestellt

von

N. W . KIND,

P. F . POTAPOW

und

J . N. JELAGINA nach den v o n den Trupps Nr. 1 3 2 und 200 erbrachten Unterlagen

1 — unterordovizische Dolomite, K a l k e und Mergel (Ustj-Kut-Serie); 2 — unterjurassische Tone, tonige Sande, Alevrolithe und Kohlen (untere Folge der Ukugut-Serie) ; 3 — unterjurassische sandige, sandig-kiesige und Sand-Geröllschichten (obere Folge der Ukugut-Serle); 4 — Sand-KiesGeröllschichten, Kaolintone vermutlich tertiären Alters ; 5 — Kimberlite; 6 — Kohlen, durch bergmännische Aufschlüsse im unteren J u r a nachgewiesen; 7 — vermutete Verwerfungslinien.

räumliche Zusammenhang zwischen dem Dispersionshof der Pyrope, und folglich der vermuteten Verbreitung der Kimberlitpipes mit einer bestimmten tektonischen Struktur festgestellt, nämlich dem Gebiet des gehobenen Unterpaläozoikums, das sich im Südosten unmittelbar an das Gebiet des massenhaften Auftretens der Trapps anschließt. Eben diese am Rand der mesozoischen Senke gelegene tektonisch instabile Übergangszone wurde als die für das Aufsuchen primärer Diamantlagerstätten höffigste Zone betrachtet. Nach Südwesten zu, in Richtung zum Fluß Bolschaja Batuobija, keilt diese Übergangszone aus, und die Grenze der maximalen Verbreitung der Trapps schließt sich hier unmittelbar an die Tunguska-Wiljui-Senke an; dieser Umstand gestattete, die Vermutung auszusprechen, daß das Becken des Flusses Bolschaja Batuobija in bezug auf primäre Diamantführung wenig höffig ist. Die im Jahre 1955 von den Trupps der Amakinsker Expedition durchgeführten Kartierungs-, Such- und Erkundungsarbeiten bestätigten die Richtigkeit dieser Aussage. Die im Becken des Flusses Malaja Batuobija entdeckte Kimberlitröhre liegt gerade innerhalb der erwähnten Struktur, und die weite „Verseuchung" dieser Struktur mit Pyropen läßt vermuten, daß hier auch noch andere Kimberlitröhren vorhanden sind, deren Auffindung eine Sache der künftigen Such-

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A b b . 5. S c h e m a t i s c h e geologische K a r t e der K i m b e r l i t Durchschlagsröhre „ M i r " . Zusammengestellt v o n N. W . KIND,

M. P. M E T J E L K I N A

und

J . I. CHABARDIN n a c h

Unterlagen der A m a k i n s k e r E x p e d i t i o n

den

1 — Alluvium; 2 — schotterig-blockiges Deluvium der karbonatischen Nebengesteine; 3 — deluvial-eluviale Ablagerungen der Kimberlite; 4 — feinklastischer gräulichgrüner und dunkelgrüner Kimberlittuff; 5 — veränderter feinklastischer hellgelber Kimberlittuff ; 6 — grobklastische Kimberlitbrekzie; 7 — verquarzte grobklastische Kimberlitbrekzie; 8 — am Kontakt veränderter orangefarbener Kimberlit ; 9 — karbonatische Gesteine der Ustj-Kut-Serie des Unteren Ordoviziums. Auf dem Profil sind auch die quartären Bildungen gezeigt, welche die Kimberlite überdecken.

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A u t o r e n k o l l e k t i v / Die Diamanten Sibiriens

kontinentale Serie des Jura etwas ungewöhnliche fein-, rung von Produkten der chemischen Verwitterung der Nebengesteine bei schwach gegliedertem Relief. klastische kohlenführende Fazies. Den Hauptteil des Profils bilden schichtige, graue und gelbe, unregelmäßig Damit erklärt sich gut die hohe Konzentration der gefärbte, lockere und feste Tone, tonige Sande, feingeDiamanten in dieser Folge, welche die Konzentration schichtete gebänderte Argillite und Alevrolithe mit der Diamanten in den Kimberliten selbst um ein MehrPflanzenresten. In ihnen liegen nach Streichen und faches übertrifft. Die Mächtigkeit der beschriebenen AbMächtigkeit nicht aushaltende Zwischenlagen und Linlagerungen ist sehr gering, sie bewegt sich zwischen 1 und 5 m. Die ziemlich schroffen Mächtigkeitsschwansen rußiger Tone und Braunkohlen vor, mit einer Mächkungen auf kleinem Raum erklären sich möglicherweise tigkeit von einigen Zentimetern bis zu 0,5—0,8 m, mögdurch die Verkarstung der unterlagernden paläozoischen licherweise auch mehr, da einige kleinere Schürfe die karbonatischen Gesteine, was auch dazu führte, daß sie Sohle der Kohlenschicht nicht aufschlössen. nicht erodiert wurden. An der Basis des sichtbaren Teils des Profils treten Man hält diese Ablagerungen vorbehaltlich für prähellgraue Arkosesande und -sandsteine auf, ferner rostquartär, aller Wahrscheinlichkeit nach sind sie tertiär. braune dichte Eisensande wechselnder Korngröße. Bei dieser Annahme ging man von allgemeinen ErwäDie obersten Horizonte der unterjurassischen Schichgungen und der Analogie mit anderen Gebieten der ten bestehen aus lockeren und festen mittel- und grobSibirischen Tafel aus, bei denen ein Auftreten der Kaokörnigen polymikten Sanden gelber und gräulich-gelber linverwitterungskruste auf oberkretazischen Gesteinen Farbe, mit Zwischenlagen von Schottern und kieseligen festgestellt wurde. Sanden. Der obere Teil des Profils unterscheidet sich lithologisch nicht von den weit verbreiteten typischen Die Beziehungen zwischen der Kimberlitröhre „Mir" unterjurassischen kontinentalen Ablagerungen (Ukugutund den beschriebenen paläozoischen, mesozoischen und Serie). känozoischen Gesteinen werden durch die Karte und die Profile (Abb. 4) gut illustriert. Die Durchschlagsröhre Die unterjurassischen Schichten liegen am vollstänzerreißt die Gesteine der Ustj-Kut-Serie; unmittelbare digsten unmittelbar nordöstlich der Durchschlagsröhre Kontakte mit den jüngeren Schichten sind heute nicht zu „Mir" auf der flachen Zwischenstromoberfläche vor, wo beobachten. Im Grundriß besitzt die Durchschlagssie im Grundriß ein unregelmäßiges Oval bilden und von röhre „Mir" die Form eines unregelmäßigen, sich von Nordosten und Südosten her durch die Oberläufe kleiner Nordwest nach Südost erstreckenden Ovals. Ihre AbBäche erodiert werden. messungen betragen 490 x 3 2 0 m (Abb. 5). Im Nordwesten liegen die unterjurassischen Schichten in scharfer tektonischer Diskordanz mit den Gesteinen Die bergmännischen Aufschlüsse legten im wesentder Ustj-Kut-Serie, sie stehen mit ihnen auf der Linie lichen nur den oberen, durch die Verwitterung zerstöreiner vermuteten Verwerfung in Kontakt, die sich in ten Teil des Kimberlitkörpers bis zu einer Tiefe von 3,5 nordöstlicher Richtung längs des Chabardin-Baches hinbis 4 m frei, und nur einige dieser Aufschlüsse erreichten zieht. Die Durchschlagsröhre „Mir" liegt in der Verdie festen unveränderten Gesteine. Unabhängig von der längerungslinie dieser vermuteten Verwerfung. Tiefe des Erosionsanschnittes besitzt der obere Teil der Durchschlagsröhre folgenden Aufbau 3 ). Östlich und südöstlich der Durchschlagsröhre liegen Von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,5—1,2 m die unterjurassischen Schichten normal auf Unterläßt sich eine Deluvial-Eluvialschicht verfolgen, die aus paläozoikum. Ihr Kontakt verläuft auf der absoluten einem feinkörnigen, etwas tonigen Sand oder KimberlitHöhe von 330 —340 m über N. N. und der relativen Höhe grus mit blau-grünen Chloritschüppchen, Pyrop- und von 6 0 - 7 0 m. Ilmenitkörnern besteht. Diese Schicht enthält seltene Die Mächtigkeit der unterjurassischen Schichten beSchotter fester Kimberlite, ferner scharfkantige und geträgt 1 —3 bis 15 m, möglicherweise mehr, und zwar in der rundete Nebengesteinsbruchstücke. Die deluvialen AbNähe der Verwerfungslinie am nordwestlichen abgelagerungen besitzen grünlich-graue und grünlich-gelbe sunkenen Flügel. Östlich und südlich des beschriebenen Farbe. Stellenweise ist hier eine Schichtung zu beobBereichs liegen die oberen Sand-Kies-Schotterhorizonte achten, deren Richtung gewöhnlich der Neigung der ö r t des unteren J u r a in Form einzelner Inseln unmittelbar lichkeit entspricht. An den randlichen Teilen der Durchauf ordovizischen karbonatischen Gesteinen. Die kohleschlagsröhre besitzen die deluvialen Ablagerungen einen führenden Fazies sind hier nicht vorhanden. Die jüngsten Bildungen (ohne Berücksichtigung des * etwas abweichenden Bau. Hier herrschen große Bruchstücke und Blöcke der karbonatischen Schichten der Quartärs) sind offensichtlich die 1955 vom Trupp Nr. 200 Ustj-Kut-Serie in starkem Maße vor; sie bilden bisaufgefundenen originellen tonigen und sandig-kiesigen weilen eine zusammenhängende Deluvialschicht mit diamantführenden Schichten, die auf einer sehr kleinen einer Mächtigkeit von 1—1,5 m, welche die EluvialFläche (200 X 400 m) in der Nähe der Durchschlagsröhre ablagerungen des Kimberlits überdeckt. „ M i r " vor der Erosion bewahrt wurden. Ein charakteristischer Zug dieser Schichten, die sich von den umBis zu einer Tiefe von 2—3 m folgt dann ein von der gebenden Gesteinen stark unterscheiden, ist die einVerwitterung stark angegriffener Kimberlit. Er besteht förmige Zusammensetzung des grobklastischen Materiaus einem lockeren, seltener in Schotter und Grus zerals. Es besteht aus Geröll und Kies von Quarz, Quarzit, fallenden grünlich-grauen, gelbgrünen, dunkelgrünen Flint und anderer fester Gesteine mit einer geringen und bisweilen blauen Gestein, mit reichlich blaugrünem Beimengung von stark zerstörtem Geröll kaolinitiChlorit, Pyrop und in geringerem Maße Ilmenit. Die sierter Gesteine unklarer Herkunft. An der Basis der Größe der Bruchstücke nimmt mit wachsender Tiefe zu. Folge liegen feste und schwere Kaolintone von heller und Das Gestein wird von einem Netz feiner (bis 0,5 cm), bunter Farbe (grau, bläulich-grau, gelb, himbeerfarben mit Kalkspat ausgefüllter Trümer durchzogen. In den u. a.). von der Verwitterung weniger berührten Bereichen ist Die Lithologie dieser Folge spricht für eine limnisch•) Die Beschreibung der Durchschlagsröhre erfolgt nach den Unterlagen alluviale Entstehung und eine Bildung durch Umlageder bergmännischen Aufschlüsse.

Keltschrift für angewandte Geologie ( 1 9 5 8 ) Heft 1 0 AUTORENKOLLEKTIV

/ Die Diamanten Sibiriens

eine Serie seigerer, seltener schwach geneigter Spalten zu beobachten, die unter den Spalten von südöstlicher ( 1 1 0 - 1 2 0 ° ) und südwestlicher ( 2 1 0 - 2 3 0 ° ) Richtung vorherrschen. In den Spalten ist nicht selten eine Eisenausfällung zu beobachten, und der Kimberlit ist in diesen Bereichen orange und braun gefärbt. Mit wachsender Tiefe wird der Kimberlit immer massiger und geht allmählich in festes monolithisches Gestein über. Im Querschnitt zeigt der Kimberlitkörper uneinheitlichen Aufbau. Auf Grund struktureller Merkmale heben sich ziemlich deutlich zwei Gesteinstypen hervor: feinklastischer Kimberlittuff und grobklastische Kimberlitbrekzie. Der erste Kimberlittyp — der feinklastische Kimberlittuff — füllt fast die gesamte Durchschlagsröhre mit Ausnahme des Südostteils aus. Es treten einige Tuffvarietäten auf, die sich nach der Farbe und gewissen Zügen der mineralogischen Zusammensetzung unterscheiden. D i e e r s t e V a r i e t ä t stellt ein gräulich-grünes massiges Gestein dar, das aus regellos verteilten gerundeten olivgrünen und hellgrünen Serpentinkörnern besteht; der Serpentin bildet häufig gut erhaltene Pseudomorphosen nach Olivin. In diesem Gestein befinden sich einzelne tafelige, blaugrüne, 5 —7 mm große Chloritkristalle sowie gerundete weinrote und lila Pyropkörner, deren Größe sich zwischen 1 und 5 mm bewegt. Die Pyropkörner sind gewöhnlich von Rissen durchzogen, sie zerfallen leicht in kleine Stücke. Von außen überzieht sie eine dünne, grünliche Kelyphitkruste. Seltener kommen Einschlüsse kleiner (bis 0,5 cm), gerundeter und kantiger Ilmenitkörner mit unebenem Bruch und charakteristischem Pechglanz vor. Im Gestein sind zahlreiche, 0,5—3 cm große Bruchstücke von feinkörnigem Kimberlit zu beobachten. In geringerer Menge treten Nebengesteinstrümmer auf. Stellenweise ist eine durch Wechsel grobkörniger und feinkörniger Tuffvarietäten bedingte Bänderung zu bemerken. D i e z w e i t e V a r i e t ä t unterscheidet sich von der eben beschriebenen durch die dunklere Farbe der Grundmasse und die bräunlich-grüne Färbung des Serpentins. Das ganze Gestein wird von feinsten Serpentin-Karbonattrümern durchzogen, einzelne Mineralien sind in einer aus Serpentin und Karbonaten bestehenden Hülle eingeschlossen. Beide Varietäten des grünlich-grünen und dunkelgrünen Kimberlits bilden den gesamten zentralen und nordwestlichen Teil der Durchschlagsröhre; sie entsprechen einem tieferen Erosionsanschnitt. D i e d r i t t e V a r i e t ä t stellt ein helles, grünlichgelbes, poröses und löcheriges Gestein dar. Strukturell ist es den bereits beschriebenen Varietäten sehr ähnlich, es unterscheidet sich aber durch die hellere Färbung der Grundmasse und die kleineren Abmessungen der Olivinkörner (Pseudomorphosen). Außerdem ist auffallend, daß der blaugrüne Chlorit innerhalb der Einschlüsse fast vollständig fehlt. Im Vergleich mit den vorher erwähnten Varietäten tritt auch hier eine etwas größere Menge von Nebengesteinstrümmern auf. Einzelne Partien des hellen Kimberlits enthalten merkliche Eisenhydroxydausscheidungen, sie sind gelblich-braun gefärbt. Diese Kimberlitvarietät bildet im Grundriß einen Halbring mit einer Breite von etwa 50 m, der die Durchschlagsröhre im Südosten im höchsten Teil umsäumt. Aller Wahrscheinlichkeit nach bilden die beschriebenen hellen Kimberlite den veränderten oberen Teil der Durch-

457 schlagsröhre, der im zentralen und nordwestlichen Teil erodiert wurde. Der zweite Kimberlittyp — die grobklastische Tuffbrekzie — besteht aus zwei Varietäten. D i e e r s t e V a r i e t ä t tritt im südöstlichen Teil der Durchschlagsröhre am Kontakt auf. Die hellgraue, stark veränderte Grundmasse des Gesteins enthält zahlreiche, regellos verstreute Körner und Bruchstücke von serpentinisiertem Olivin, Täfelchen von blaugrünem Chlorit und gerundete Pyrop- und Ilmenitkörner. Die Chloritmenge ist hier wesentlich größer als beim ersten Kimberlittyp. Eine charakteristische Besonderheit besteht auch darin, daß eine große Menge (bis 3 0 % ) scharfkantiger und gerundeterNebengesteinsbruchstücke vorhandenist. D i e z w e i t e V a r i e t ä t kommt im mittleren Teil der Durchschlagsröhre vor, am Bett des Chabardin-Baches. Das Gestein trägt die Spuren einer stark ausgeprägten Brekzienbildung, stellenweise ist es intensiv verquarzt und sogar in sekundären Quarzit umgewandelt. Unter den Einschlüssen kommen im Kimberlit verwandte ultrabasische Gesteine, kristalline Schiefer (Eklogite, eklogitähnliche Gesteine, kristalline Schiefer des Archaikums), unterpaläozoische Sedimente und Trapps vor. Von den verwandten Einschlüssen, die in den sibirischen Kimberliten überhaupt wenig verbreitet sind (wenn man die Einschlüsse des Kimberlits selbst nicht rechnet), kommen in einzelnen Bereichen der Durchschlagsröhre „Mir" originelle, stark veränderte Einschlüsse mit porphyrartigen Pyropkristallen vor, die offensichtlich aus ultrabasischen Gesteinen entstanden sind. Einschlüsse eklogitartiger Gesteine und archaischer kristalliner Schiefer treten hier sehr selten auf, so verbreitet sie in den Kimberliten des Rayons Daaldynsk sind. Innerhalb der zweitrangigen Einschlüsse, dominieren karbonatische Gesteine der Ustj-Kut-Serie sowie Diabase. Seltener sind Einschlüsse von Quarzit und anderen, im Gelände nicht bestimmbaren, stark veränderten Gesteinen. Ihre Menge ist relativ gering, sie beträgt im Durchschnitt nicht mehr als 5 — 1 0 % des in Form von Einschlüssen auftretenden Kimberlits. Die Sedimentgesteinseinschlüsse bestehen aus Dolomiten und Mergeln. Diese Bruchstücke sind gewöhnlich gerundet, seltener scharfkantig. Ihre Abmessungen variieren von einigen Millimetern bis zu 10 — 16 cm. Es kommen schwach veränderte oder fast unveränderte Sedimentgesteine vor, die ihre ursprüngliche Struktur bewahrt haben (feinoolithisch, stromatolithisch usw.). Bisweilen werden diese Bruchstücke von einem dünnen blaugrünen Saum veränderten Gesteins überzogen. Außerdem sind in Hornstein übergegangene Stücke zu beobachten. Jedoch wurden bei der petrographischen Untersuchung keine echten Kontakthornfelse nachgewiesen. Von Interesse im zentralen Teil der Durchschlagsröhre ist der Fund eines Xenolithen, eines sandig-tonigen Gesteins mit Einschlüssen rechteckiger Argillitbruchstücke, die bald bis zu Ton zerstört, bald zu sehr festen Hornfelsen umgewandelt sind. Äußerlich erinnert dieses Gestein stark an unterjurassische Schichten, die in unmittelbarer Nähe der Durchschlagsröhre auftreten. Die Abmessungen des sichtbaren Teiles des Xenolithen betragen 1,5 X 1,3 m. Die Diabasbruchstücke bestehen gewöhnlich aus aphanitischen und feinkörnigen Abarten. Sie besitzen

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GEZEWA / Zur Charakteristik der

eckige, seltener gerundete Form. Diese Trümmer werden im Querschnitt 20—25 cm groß. E s wurden auch große Diabasbrocken von 1,5 X 0,35 m Größe angetroffen. Diese Gesteine wurden durch das kimberlitische Magma fast nicht verändert. Der Kimberlit selbst ist um diese Einschlüsse etwas verfestigt und an die letzten gleichsam „angeschweißt". Fremdeinschlüsse in der Kimberlitmasse sind ungleichmäßig verteilt. Es ist zu bemerken, daß die größte Menge karbonatischer Nebengesteine an den randlichen Teilen der Durchschlagsröhre auftritt. Anhäufungen von Diabasbruchstücken kommen sowohl im Kontaktteil als auch im mittleren Teil der Durchschlagsröhre vor. Es wurde bereits erwähnt, daß die Kimberlitröhre „ M i r " Sedimente der Ustj-Kut-Serie durchbricht, die aus feinoolithischen tonigen und sandigen Dolomiten bestehen. Der Kontakt zwischen Kimberlit und den Nebengesteinen ist scharf ausgeprägt. Der Kimberlit selbst ist am Kontakt in einer 3—5 m mächtigen Zone in eine lockere, tonige, durch Eisenoxyde orange gefärbte Masse umgewandelt. E s ist schwer, über den Aufbau dieser Zone in größerer Tiefe zu urteilen, da sie durch bergmännische Aufschlüsse nur bis zu einer Tiefe von 2 m aufgeschlossen ist. Die Sedimente am Kontakt sind in einem 2—3 m breiten Streifen etwas umgewandelt; mit der Annäherung an den Kimberlit nehmen sie eine grünlich-gelbe Färbung an, und unmittelbar am Kontakt werden sie gebleicht. Die oolithischen Varietäten der Dolomite verlieren ihre Struktur und werden dichter. Die Durchschlagsröhre „ M i r " ist jetzt in bezug auf die Diamantführung die reichste. Bereits beider Abteufung der Erkundungsbaue wurden Diamanten unmittelbar im primären Gestein, dem Kimberlit, gefunden. Die Frage nach dem Alter der Kimberlitröhre „ M i r " ist nicht zu lösen, wenn man nur von den Verhältnissen

Uranvererzung

zwischen dem Kimberlit und den Nebengesteinen (Sedimenten) ausgeht, da man hierbei nur von einem nachunterordovizischen Alter sprechen könnte. Jedoch kann das Auftreten der großen Menge von Trapptrümmern im Kimberlit als Hinweis auf postpermisches oder sogar posttriassisches Alter der Durchschlagsröhre dienen, da das Aufdringen der Trapps auf diesem Territorium hauptsächlich in der Trias erfolgte, insofern die Trapps die Schichten der produktiven (P x ) und der Tuffserie (P 2 -T) durchbrachen. Eine präzise Festlegung der oberen Altersgrenze der Kimberlitröhre „ M i r " ist nicht möglich, da unmittelbare Kontakte der Durchschlagsröhre mit den jurassischen Schichten fehlen. E s ist gleichzeitig zu bemerken, daß die Verhältnisse zwischen den unterjurassischen Gesteinen und den Kimberliten der Durchschlagsröhre „Kollektivnaja", die 1956 im gleichen Rayon entdeckt wurde, gewissermaßen für ein präunterjurassisches Alter der Kimberlite sprechen. Es ist von Interesse, daß die im Gebiet der Durchschlagsröhre „ M i r " ermittelten Verhältnisse zwischen paläozoischen und mesozoischen Schichten die Möglichkeit geben, hinsichtlich der Tiefe des Erosionsanschnittes dieser Gesteine einen wichtigen Schluß zu ziehen. Wenn man von einem präjurassischen, aber postpermischen Alter der Kimberlite ausgeht, ist die Tiefe des Anschnitts relativ gering, da die Ablagerungen der produktiven und der Tuflserie in diesem am Rand der Südostgrenze der Tunguska-Syneklise gelegenen Territorium sehr geringmächtig sind und in präjurassischer Zeit kaum über 100 — 150 m hinausgingen. Daher ist unter Zugrundelegung der bereits vorhandenen Daten zu sagen, daß die Tiefe des Erosionsanschnittes der Durchschlagsröhre „ M i r " einige Hundert Meter, vielleicht auch nur einige Dutzend Meter beträgt.

Zur Charakteristik des sedimentär-metamorphen Typs der Uranvererzung R . W . GEZEWA,

Moskau1)

Einleitung Seit den letzten Jahren befaßt man sich in der sowjetischen und ausländischen Literatur besonders eingehend mit der Rolle, die die metamorphen und epigenetischen Vorgänge bei der Bildung von Urankonzentrationen spielen. Einige Forscher betrachten die sedimentär-metamorphen Uranlagerstätten als selbständigen genetischen Typ. Die Existenz dieses Typs der Uranvererzung gehört j edoch zu den strittigen Fragen und wird von vielen Wissenschaftlern in Zweifel gestellt. Dieser Umstand findet wahrscheinlich darin seine Erklärung, daß bis heute nur solche Lagerstätten betrachtet wurden, wie z. B. der Witwatersrand, der Erzgürtel von Katanga-Nordrhodesien, R u m Jungle u. a., die an alte, stark metamorphisierte Formationen gebunden sind und äußerlich den hydrothermalen Lagerstätten nahestehen. Andererseits gibt der Charakter der Erze dieser Lagerstätten die Möglichkeit, sie als Produkte zu betrachten, die durch Metamorphose früher gebildeter sedimentärer Konzentrationen entstanden sind, d. h. als sedimentär-metamorphe Produkte. Im folgenden beschreiben wir die vom Verfasser beobachteten spezifischen Züge der Lithologie und Mineralo') Aus,.Fragen der Geologie des Urans" (russ.), Beilage Nr.6 der Zeitschrift .Atomenergie", 1957.

gie der Uranerzvorkommen in verhältnismäßig schwach metamorphisierten Schichten des unteren Paläozoikums. Diese spezifischen Züge weisen deutlich auf die Möglichkeit hin, daß sich Uran bei der Regionalmetamorphose von Sedimenten in Geosynklinalgebieten konzentrieren kann. 1. Allgemeine Charakteristik und Uranführung der produktiven Folge Die Uranvererzungen sind an unterpaläozoische Gesteine gebunden; sie stehen mit den Ausbissen varistischer Granite nicht in Verbindung. Die Gesteine wurden hauptsächlich während der varistischen Faltung intensiv disloziert. Später lebten einige alte Störungen im Zusammenhang mit den Blockverschiebungen während der alpidischen Orogenese wieder auf. Die produktive Folge besteht aus folgenden Gesteinen: glimmrige Tonschiefer, die zum oberen Teil der mächtigen Quarzit-Schiefer-Serie gehören; darüber liegt konkordant ein geringmächtiger Schwarzschieferhorizont, darüber ein ebenfalls geringmächtiges Schichtpaket dolomitisierter Kalksteine. Sporadisch ist auch die Vererzung in den Gesteinen im Hangenden der produktiven Folge zu beobachten, ferner in den schichtigen Lagern

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GEZEWA / Zur Charakteristik der

eckige, seltener gerundete Form. Diese Trümmer werden im Querschnitt 20—25 cm groß. E s wurden auch große Diabasbrocken von 1,5 X 0,35 m Größe angetroffen. Diese Gesteine wurden durch das kimberlitische Magma fast nicht verändert. Der Kimberlit selbst ist um diese Einschlüsse etwas verfestigt und an die letzten gleichsam „angeschweißt". Fremdeinschlüsse in der Kimberlitmasse sind ungleichmäßig verteilt. Es ist zu bemerken, daß die größte Menge karbonatischer Nebengesteine an den randlichen Teilen der Durchschlagsröhre auftritt. Anhäufungen von Diabasbruchstücken kommen sowohl im Kontaktteil als auch im mittleren Teil der Durchschlagsröhre vor. Es wurde bereits erwähnt, daß die Kimberlitröhre „ M i r " Sedimente der Ustj-Kut-Serie durchbricht, die aus feinoolithischen tonigen und sandigen Dolomiten bestehen. Der Kontakt zwischen Kimberlit und den Nebengesteinen ist scharf ausgeprägt. Der Kimberlit selbst ist am Kontakt in einer 3—5 m mächtigen Zone in eine lockere, tonige, durch Eisenoxyde orange gefärbte Masse umgewandelt. E s ist schwer, über den Aufbau dieser Zone in größerer Tiefe zu urteilen, da sie durch bergmännische Aufschlüsse nur bis zu einer Tiefe von 2 m aufgeschlossen ist. Die Sedimente am Kontakt sind in einem 2—3 m breiten Streifen etwas umgewandelt; mit der Annäherung an den Kimberlit nehmen sie eine grünlich-gelbe Färbung an, und unmittelbar am Kontakt werden sie gebleicht. Die oolithischen Varietäten der Dolomite verlieren ihre Struktur und werden dichter. Die Durchschlagsröhre „ M i r " ist jetzt in bezug auf die Diamantführung die reichste. Bereits beider Abteufung der Erkundungsbaue wurden Diamanten unmittelbar im primären Gestein, dem Kimberlit, gefunden. Die Frage nach dem Alter der Kimberlitröhre „ M i r " ist nicht zu lösen, wenn man nur von den Verhältnissen

Uranvererzung

zwischen dem Kimberlit und den Nebengesteinen (Sedimenten) ausgeht, da man hierbei nur von einem nachunterordovizischen Alter sprechen könnte. Jedoch kann das Auftreten der großen Menge von Trapptrümmern im Kimberlit als Hinweis auf postpermisches oder sogar posttriassisches Alter der Durchschlagsröhre dienen, da das Aufdringen der Trapps auf diesem Territorium hauptsächlich in der Trias erfolgte, insofern die Trapps die Schichten der produktiven (P x ) und der Tuffserie (P 2 -T) durchbrachen. Eine präzise Festlegung der oberen Altersgrenze der Kimberlitröhre „ M i r " ist nicht möglich, da unmittelbare Kontakte der Durchschlagsröhre mit den jurassischen Schichten fehlen. E s ist gleichzeitig zu bemerken, daß die Verhältnisse zwischen den unterjurassischen Gesteinen und den Kimberliten der Durchschlagsröhre „Kollektivnaja", die 1956 im gleichen Rayon entdeckt wurde, gewissermaßen für ein präunterjurassisches Alter der Kimberlite sprechen. Es ist von Interesse, daß die im Gebiet der Durchschlagsröhre „ M i r " ermittelten Verhältnisse zwischen paläozoischen und mesozoischen Schichten die Möglichkeit geben, hinsichtlich der Tiefe des Erosionsanschnittes dieser Gesteine einen wichtigen Schluß zu ziehen. Wenn man von einem präjurassischen, aber postpermischen Alter der Kimberlite ausgeht, ist die Tiefe des Anschnitts relativ gering, da die Ablagerungen der produktiven und der Tuflserie in diesem am Rand der Südostgrenze der Tunguska-Syneklise gelegenen Territorium sehr geringmächtig sind und in präjurassischer Zeit kaum über 100 — 150 m hinausgingen. Daher ist unter Zugrundelegung der bereits vorhandenen Daten zu sagen, daß die Tiefe des Erosionsanschnittes der Durchschlagsröhre „ M i r " einige Hundert Meter, vielleicht auch nur einige Dutzend Meter beträgt.

Zur Charakteristik des sedimentär-metamorphen Typs der Uranvererzung R . W . GEZEWA,

Moskau1)

Einleitung Seit den letzten Jahren befaßt man sich in der sowjetischen und ausländischen Literatur besonders eingehend mit der Rolle, die die metamorphen und epigenetischen Vorgänge bei der Bildung von Urankonzentrationen spielen. Einige Forscher betrachten die sedimentär-metamorphen Uranlagerstätten als selbständigen genetischen Typ. Die Existenz dieses Typs der Uranvererzung gehört j edoch zu den strittigen Fragen und wird von vielen Wissenschaftlern in Zweifel gestellt. Dieser Umstand findet wahrscheinlich darin seine Erklärung, daß bis heute nur solche Lagerstätten betrachtet wurden, wie z. B. der Witwatersrand, der Erzgürtel von Katanga-Nordrhodesien, R u m Jungle u. a., die an alte, stark metamorphisierte Formationen gebunden sind und äußerlich den hydrothermalen Lagerstätten nahestehen. Andererseits gibt der Charakter der Erze dieser Lagerstätten die Möglichkeit, sie als Produkte zu betrachten, die durch Metamorphose früher gebildeter sedimentärer Konzentrationen entstanden sind, d. h. als sedimentär-metamorphe Produkte. Im folgenden beschreiben wir die vom Verfasser beobachteten spezifischen Züge der Lithologie und Mineralo') Aus,.Fragen der Geologie des Urans" (russ.), Beilage Nr.6 der Zeitschrift .Atomenergie", 1957.

gie der Uranerzvorkommen in verhältnismäßig schwach metamorphisierten Schichten des unteren Paläozoikums. Diese spezifischen Züge weisen deutlich auf die Möglichkeit hin, daß sich Uran bei der Regionalmetamorphose von Sedimenten in Geosynklinalgebieten konzentrieren kann. 1. Allgemeine Charakteristik und Uranführung der produktiven Folge Die Uranvererzungen sind an unterpaläozoische Gesteine gebunden; sie stehen mit den Ausbissen varistischer Granite nicht in Verbindung. Die Gesteine wurden hauptsächlich während der varistischen Faltung intensiv disloziert. Später lebten einige alte Störungen im Zusammenhang mit den Blockverschiebungen während der alpidischen Orogenese wieder auf. Die produktive Folge besteht aus folgenden Gesteinen: glimmrige Tonschiefer, die zum oberen Teil der mächtigen Quarzit-Schiefer-Serie gehören; darüber liegt konkordant ein geringmächtiger Schwarzschieferhorizont, darüber ein ebenfalls geringmächtiges Schichtpaket dolomitisierter Kalksteine. Sporadisch ist auch die Vererzung in den Gesteinen im Hangenden der produktiven Folge zu beobachten, ferner in den schichtigen Lagern

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GEZEWA I Zur Charakteristik der Uranvererzung

Abb. l a u. b. Die Vererzung in glimmrig-tonigen Schiefern a — Resturanschwärze (1) und Pyrit (2), umgeben von Aufhellungshöfen (3) im Schiefer (vergrößert); b — Radiographie der gleichen Stufe in natürlicher Größe (Belichtung 4 Tage)

des Diabases, an solchen Stellen, wo der Diabas unmittelbar mit den schwarzen Schiefern in Berührung kommt. Die kristallin entwickelten, den phyllitartigen nahestehenden glimmrig-(sericitisch-)tonigen Schiefer bilden nach ihrem Gehalt an blastischem Material (hauptsächlich Quarz) einen Übergang zu den Alevrolithen; nahe am Kontakt mit den schwarzen Schiefern werden sie bisweilen gleichmäßiger körnig und reichern sich mit organischem Material (bis zu einigen Prozent) an. Der Horizont der schwarzen Schiefer baut sich aus einer Wechsellagerung von kohlig-kieseligen und kohligtonigen Varietäten auf. Die Gesteine bestehen aus einem feinkörnigen, im wesentlichen quarzigen oder sericitischtonigen Aggregat, das mit Pyrit und besonders mit organischem Material angereichert ist (10—15%). Dieses organische Material akkumuliert sich in den Intergranularräumen zwischen den Quarz- und Sericitkörnern, es liegt verstreut in der pelitischen Masse vor oder bildet kleine Konkretionen. Untersuchungen wiesen nach, daß das gesteinsbildende organische Material der Schiefer hochkohlenstoffhaltig und polymerisiert ist und fast keine löslichen Bitumina und Huminsäuren enthält. In seiner übergroßen Masse ist das organische Material anisotrop, es verbrennt bei einer Temperatur von 500—800° C, d. h., hinsichtlich der Metamorphose liegt es höher als Anthrazit (SHEMTSCHUSHNIKOW 1952). Die Elementarzusammensetzung der brennbaren Masse der Schiefer läßt einen bituminösen Charakter des

459 größten Teiles der Komponenten vermuten, aus denen die disperse organische Substanz und ihr ursprüngliches sapropelitisches Gestein besteht. Für die schwarzen Schiefer ist im ganzen Bereich ihrer Verbreitung in diesem Gebiet, ebenso wie für die unterpaläozoischen Schiefer vieler Gebiete der Erdkugel ein regional erhöhter Gehalt an Uran kennzeichnend. Der Urangehalt in diesen Gesteinen liegt etwa eine Größenordnung höher als der mittlere Clarkegehalt des Urans in Sedimenten. Die dolomitisierten Kalksteine bestehen größtenteils aus Dolomit und einem geringen Anteil von Kalkspat, Pyrit und organischer Substanz (1—2%); diese organische Substanz zeichnet sich gegenüber der organischen Substanz der schwarzen Schiefer dadurch aus, daß sie Bitumen C enthält. Die dolomitisierten Kalksteine besitzen (im Vergleich zum Clarkegehalt) einen weniger erhöhten Urangehalt als die unterlagernden schwarzen Schiefer. Die Uranvererzung ist zu beobachten in Bereichen von komplizierten Falten- und Bruchstrukturen, mit großen Amplituden (einige hundert Meter), flachen Überschiebungen mit Auspressung der Gesteine von den Flanken in die Scheitelteile der Struktur, besonders im Horizont der schwarzen Schiefer. Ferner tritt eine Vielzahl kleiner Verschiebungen der Schichten gegeneinander auf, die zu einer Brekzienbildung und Mylonitisierung der Gesteine führten. Merklich entwickelt sind später eingetretene Störungen vom Typ der Verwerfungen, die die Faltung und die Überschiebungen durchqueren; die Sprunghöhen erreichen bis zu 150 m. Für einen Teil von ihnen wurde mit Bestimmtheit vorpermisches Alter ermittelt (hercynische Phase), einige sind jünger. Die Vererzung liegt in Form flözartiger Lager vor, die die stratigraphischen Grenzen der produktiven Folgen nicht schneiden und den Faltenstrukturen und Bruchstörungen folgen. Hierbei tendiert die Hauptmasse der Lager zu den am stärksten dislozierten Bereichen, in denen sie bisweilen in vielen Stufen im Profil der produktiven Folge angeordnet sind. Die Grenzen der vererzten und der Nebengesteine sind undeutlich, im

Abb. l c . Die Vererzung in den glimmrig-tonigen Schiefern

Resturanschwärze (1) umgibt und korrodiert Metakristalle des Pyrits (2), die von Quarz- (3) und Sericitneubildungen (4) begleitet werden. 5 — Grundgewebe des Schiefers. Dünnschliff. Gekreuzte Nicols, 40fache Vergrößerung.

Zeitschrift tiir angewandte Geologie (1968) Heft 10

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GEZEWA / Zur C h a r a k t e r i s t i k der Uranvererzung

Grunde sind es angenommene Grenzen. Die Erzlager schließen auch Bereiche „tauber Gesteine" ein, die sehr häufig ärmer sind als die entsprechenden petrographischen Varietäten der produktiven Gesteine außerhalb der Erzlager. Außer durch die lithologisch-stratigraphische Lage der Schichten wird die Vererzung, insbesondere die sichtbare Uranmineralisation, durch Strukturelemente kontrolliert. Dazu gehören die unter den Aufschiebungen befindlichen Teile der Störungen, die kleinen Bruchspalten der Mylonitisierungszone u. a. In den glimmrigtonigen Schiefern tritt die Vererzung ausschließlich in

;

A b b . 2. Die Vererzung in dolomitisiertenKalksteinen Resturanschwärze in einem P y r i t metakristall: 1 — Pyrit; 2 — Schwärze; 3 — stengliger Quarz; 4 — Aufhellungshol des K a l k steins; 5 — K a l k s t e i n .

den Zonen tektonischer Störungen am Kontakt mit den schwarzen Schiefern auf und erfaßt die enge Kontaktzone verschiedener (je nach der Sprunghöhe) ungleichaltriger Schichten in den obersten Teilen der Quarzit-Schiefer-Folge. Die Uranführung der produktiven Folge hängt sowohl mit mineralogisch nicht ausgeprägten, molekulardispersen Abscheidungen zusammen („dispergierte Uranoxyde", die nur durch Strahlenbündel auf Mikroradiographien zu fixieren sind) als auch mit sichtbaren Uranoxyden. Innerhalb der letzten dominiert die Resturanschwärze, die sich in situ durch unvollständige Oxydierung kleinster Nasturanabscheidungen bildet, die metasomatisch das Grundgewebe der Gesteine oder die Eisendisulfide verdrängen; fixiert sind auch metasomatische, mächtigere Nasturanbildungen und einzelne Funde von in Quarztrümern regeneriertem Nasturan. Außerdem liegen in der Oxydationszone sekundäre Uranminerale vor, nämlich regenerierte Schwärze und Uranphosphate. In den glimmrig-tonigen Schiefern und dolomitisierten Kalksteinen wird die Verteilung der Uranoxyde durch früher entstandene Pyritmetakristalle, Pyrittrümer und metamorphisierte Pyritkonkretionen kontrolliert. Sie werden hierbei in den Schiefern von Aufhellungshöfen begleitet, die durch Oxydation der organischen Sub-'' stanz und Eisenabfuhr entstehen (Abb. l a , b). Nasturan, oder die Restschwärze, verdrängt gewöhnlich die Gesteine in Form feiner, unzusammenhängender Krusten, die die einzelnen Metakristalle (und Körner) des 3 Pyrits überziehen und kaum merklich korrodieren (Abb. l c und 2); Nasturan heilt die Risse der Kataklase aus und durchtränkt die Außenzonen der deformierten Pyritkonkretionen. In Einzelfällen (glimmrige Tonschiefer) bildet Nasturan bei intensiver Gesteinsverdrängung kleine metasomatische Körper. In den schwarzen Schiefern wird die Verteilung der Restschwärze und selten des Nasturans exakt durch dem Schichtverlauf folgende und andere mit der Faltung zusammenhängende kleine Störungen kontrolliert, die durch Brekzien und Mylonit der Nebengesteine ausgefüllt sind. Eine charakteristische Besonderheit der vererzten Brekzien besteht im Gegensatz zu den erzfreien darin, daß bei ihnen eine deutlich ausgeprägte allmähliche Aufhellung des schwarzen Schiefers bis zur fast

vollständigen Bleichung zu beobachten ist, die sich in Form enger Zonen (etwa 1 m m , selten 1—2 cm) am Rande der Bruchstücke und längs Bruchrissen entwickelt. Aus dem Vergleich der Fotoaufnahmen und der radiographischen Abzüge geht hervor, daß die Umrisse der Bleichungszonen in allen Einzelheiten den Akkumulationen der Uranoxyde entsprechen. Die letzten verdrängen metasomatisch das mylonitische Bindemittel und das Grundgewebe der Schieferbruchstücke, wobei sie sich zwischen den Quarz- (oder Sericit-)körnern entwickeln. Dadurch entstehen feine Säume von Restschwärze (Abb. 3a, b; 4 a , b) und massigere Ansammlungen von Nasturan (Abb. 3 c, d) in der Oxydationsfront der organischen Substanz. Außerdem ist die Restschwärze auch in Form kleinster Abscheidungen in den gebleichten Zonen an Stelle der oxydierten organischen Substanz und der Markasitkonkretionen verstreut (Abb. 4a, b). Die Säume der Uranoxyde werden gemeinsam mit den Aufhellungszonen zerbrochen und stufenartig gegeneinander verschoben (Abb. 4a, b), bisweilen werden die Risse mit Gangquarz ausgeheilt. Die Radiographien und die Kontaktabzüge einer großen Anzahl Proben vererzter Brekzien zeigen, daß die Erscheinungen der Aufhellung der Schiefer und der Abscheidung von Uranoxyden niemals ohne engsten morphologischen Zusammenhang auftreten. Dieses spricht an sich bereits unabhängig von theoretischen Erörterungen für den genetischen Zusammenhang beider Prozesse (s. Abschnitt 4). Eine Reihe von Faktoren, darunter visuelle Beobachtungen, ferner solche Daten, wie das Auftreten von Huminsäuren (bis zu 10 — 15%) und freien Bitumina (Bitumen A) in den aufgehellten Zonen, die schroffe Abnahme der Menge des organischen Kohlenstoffs (von 10 — 15 auf 0,6 — 0,7%) in den schwarzen Schiefern sowie die Abnahme des Raumgewichts (von 2,5 auf 2,0), die Zunahme Her fliirht.urpn Rpstanrltpilp 3a

Zeitschrift für angewandte Geologie ( 1 9 5 8 ) Heft 10

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GEZEWA / Zur C h a r a k t e r i s t i k der U r a n v e r e r z u n g

Masse der Brekzien und die Komplizierung ihrer thermischen Charakteristik durch bei niedrigen Temperaturen (175 —350° C) auftretende exotherme Effekte geben die Möglichkeit, die Aufhellung und Desaggregation der

I

H

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V. Neubildungen, die auf Gleitflächen bei der infolge der Reibungswärme auftretenden Temperaturerhöhung entstehen, sind Graphit und Pyrophyllit, die in stark dislozierten Bereichen der schwarzen Schiefer vorkommen. VI. Metasomatische Bildungen in den Erzen sind Nasturan (das zu einem bedeutenden Teil durch Resturanschwärze verdrängt wird), Markasit, Bravoit, Zinkblende, Kupferkies, Chloanthit, Rotnickelkies, Chlorit, ferner Pyrobitumen des Anthraxolith-Typs. Die Erzlager unterscheiden sich von den erzfreien Bereichen der produktiven Folge nur dadurch, daß in ihnen die metamorphen Komplexe IV, V und V I entwickelt sind. VII. Der Gangkomplex enthält Minerale typischer metamorpher Gänge und Trümer, deren Zusammensetzung sich wie bei allen sekretionären Gebilden des alpinen Typs bis in die Einzelheiten mit der Zusammensetzung der Nebengesteine koordinieren l ä ß t : calcitischdolomitische Trümer mit Sulfiden (Pyrit IV, Markasit, Kupferkies, Zinkblende u. a.) treten in dolomitisierten Kalksteinen auf; beim Verlassen dieser Kalksteine keilen diese Gänge schnell aus; die Quarztrümer mit den gleichen Sulfiden sind an kohlig-kieselig-tonige und glimmrig-tonige Schiefer gebunden, wobei, wenn sich zwei Pyrittrümer kreuzen, diese stark mit Pyrit angereichert werden (Abb. 6); Graphit und Gangpyrobitumen (Anthraxolith) entstehen ausschließlich in Trümern, die in den schwarzen Schiefern liegen und reich an dispersem

Abb. 3 c u. d. Die Vererzung in den Brekzien der kohligkieseligen und kohlig-tonigen Schiefer

c — Pechblende an der Oxydationsfront des organischen Materials in Bruchstücken und im mylonitischen Bindemittel mit oxydiertem organischem Material. Natürliche Größe; d — Radiographie der gleichen Stufe.

Gesteine am K o n t a k t mit den Uranoxyden als Prozeß der Oxydation der dispersen organischen Substanz zu definieren, wobei die Oxydationsprodukte und (nach den chemischen Analysen) das zur Zusammensetzung der Gesteine gehörende Eisen teilweise abgeführt werden.

2. Die mineralische Zusammensetzung der produktiven Folge Nach der Morphologie und den Bildungsbedingungen können in der Zusammensetzung der produktiven Folge etwa 8 Mineralkomplexe unterschieden werden (im großen und ganzen nach der Altersfolge). Sediméntare Mineralkomplexe I. Terrigenes klastisches Material (hauptsächlich Quarz); dieses Material besitzt eine bedeutende Verbreitung in den glimmrig-tonigen Schiefern und fehlt fast ganz in den schwarzen Schiefern und Kalksteinen. II. Aufgewirbelte Mineralteile und authigene Mineralformen, die teilweise bei der Metamorphose umgewandelt wurden. Sie bilden das Grundgewebe der Gesteine und bestehen aus Tonmineralen, Sericit, Quarz, Kalkspat, Dolomit, disperser organischer Substanz und Pyrit I. III. Spätdiagenetische Bildungen, d. h. Konkretionen und Knollen von Pyrit II mit toniger und organischer Substanz, teilweise deformiert und umkristallisiert. Metamorphe Mineralkomplexe

IV. Dispergierte Körner und Metakristalle — Pyrit III, Kupferkies, Zinkblende, Bleiglanz und Bravoit. Am verbreitetsten ist Pyrit, der typische Metakristalle bildrt (Dodekaeder, Würfel), die von nach der Schieferung gestreckten Quarzhöfchen („Druckschatten", Abb. 5) umgeben sind. Sonstige Sulfide sind nur in den Erzlagern zu beobachten.

Abb. 4 a — c. Die Vererzung in den Brekzien der kohligkieseligen und kohlig-tonigen Schiefer a — stufenartige Versetzung der Zone der Uranoxyde und der Oxydationsfront des organischen Materials in einem Bruchstück des schwarzen Schiefers. I m aufgehellten (oxydierten) Teil des Schiefers sind Uranoxyde, bisweilen mit Markasit (a) dispers verteilt (vergrößert); b — Radiographie des gleichen Handstückes in natürlicher Größe (Belichtung 4 Tage); c — vergrößerter Ausschnitt aus Abb. 4 a in Punkt a. Uranoxyde (schwarz) verdrängen Markasit (weiß). Anschliff (Vergr. 5 0 0 x ) . Niçois unvollständig gekreuzt.

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GEZEWA / Zur Charakteristik der U r a n v e r e r z u n g

spruchung der Gesteine steht (Durchlässigkeit der Gesteine während der Umwandlungen). D a d u r c h findet auch zweifellos der U m s t a n d seine E r k l ä r u n g , daß die Metamorphose m a x i m a l und in sehr s t a r k e m G r a d i n d e n kleinen Brekzien- undMylonitisierungszonen der schwarzen Schiefer in Erscheinung tritt. In diesen frühesten u n d mehr mals wiederaufgelebten mineAbb. 5. Typische Pyritmetakristalle (1) mit Druckschattenausfüllungen aus Quarz (2) ralisierten S t ö r u n g e n sind alle und Sericit (3). Dolomitisierter Kalkstein (Vergr. 2 x ) metamorphen Umwandlungen zu beobachten, v o n denen besonders die spezifischen m e t a s o m a t i s c h e n Reaktionen organischem Material s i n d ; kaolinitische T r ü m e r und unter Oxydierung der organischen S u b s t a n z und AbS c h w e r s p a t treten hauptsächlich in den bariumreichsten satz von U r a n o x y d e n charakteristisch sind. Schiefern auf. Die Mineralbildung in den T r ü m e r n erfolgte zweifellos in mehreren E t a p p e n , wobei mindestens zwei Generationen v o n Sulfiden vorliegen und sich eine M e t a s o m a t o s e innerhalb des Ganges entwickelt hat. D e r M i n e r a l k o m p l e x i n der O x y d a t i o n s z o n e

V I I I . Minerale der Oxydationszone: Resturanschwärze, die kleinste Nasturankonkretionen verdrängt, regenerierte Uranschwärze, umgelagerte organische Substanz, Autunit, Metatorbernit, verschiedene Uranglimmer, Zippeit, Allophan, Gips, E p s o m i t , Eisenhydroxyde. 3. Die Metamorphose der produktiven Gesteine Der g e s a m t e K o m p l e x der gesteinsbildenden Minerale und ihre Verwachsungsstrukturen weisen darauf hin, daß die produktiven Gesteine z u s a m m e n mit den anderen paläozoischen Ablagerungen des Gebiets metamorphisiert wurden. Die M e t a m o r p h o s e tritt regional auf allen Feldern in E r s c h e i n u n g und befindet sich weder in räumlicher noch in genetischer Abhängigkeit von varistischen Granitintrusionen. Die Metamorphose äußert sich in folgenden E r s c h e i n u n g e n : Umkristallisation der gesteinsbildenden Minerale unter B i l d u n g mikrogranoblastischer ( Q u a r z ) und mikrolepidoblastischer S t r u k t u r e n (Sericit), Regenerierung der klastischen Quarzkörner, K a r b o nisierung und Polymerisation der organischen S u b s t a n z , U m b i l d u n g der Konkretionen, E n t s t e h u n g von PyritMetakristallen, lokale Entwicklung von Graphit, Pyrobitumen u n d schließlich sekretionärer T r ü m e r , die v o n der Migration der S u b s t a n z e n bei der Metamorphose Zeugnis ablegen. Der Charakter der in der p r o d u k t i v e n Folge entstandenen und m e h r m a l s wechselnden Gleichgewichtsassoziationen, von denen die stabilste u n d a m meisten verbreitete die P a r a g e n e s e Quarz-Sericit-Dolomit-Pyrit ist, entspricht einem bei niedriger T e m p e r a t u r verlaufenden S t a d i u m der R e g i o n a l m e t a m o r p h o s e , d. h. der K a r b o n a t - S e r i c i t - F a z i e s . Hinsichtlich ihrer Verbreitung tritt diese F a z i e s gegenüber der in der Weltliteratur weit bekannten Grünschieferfazies (TURNER 1951) und ebenso der Chlorit-Pummelit-Fazies der Grenzschieferzone des Urals (SAWARIZKIJ 1950) merklich zurück. Zur Intensität (oder z u m Grad) der Metamorphose der Gesteine, die m a n , wie W. A. SAWARIZKIJ (1950) betont, u n a b h ä n g i g v o m S t a d i u m des Prozesses einschätzen muß, ist zu sagen, daß sie in verschiedenen Lagerstättenteilen äußerst ungleichmäßig und in direkter Abhängigkeit von der Intensität der tektonischen Bean-

An zweiter Stelle in dieser Reihe der abklingenden Metamorphose stehen die Bereiche der a m stärksten gefältelten Schiefer, bei denen eine intensive Umkristallisation des Grundgewebes der Gesteine erfolgte, zahlreich Metakristalle a u f t r e t e n und (in den schwarzen Schiefern) Neubildungen v o n P y r o b i t u m e n , Graphit und Pyrophyllit vorliegen. Weiter folgen Zonen geringer Klüftigkeit, oft mit einer Verdichtung der m e t a m o r p h e n Trümer. D a n n folgen die schwach dislozierten Schiefer und schließlich die massigen dolomitisierten Kalksteine. Zus a m m e n m i t dem allgemein bekannten L e i t s a t z , daß jedes Auftreten einer Tektogenese in Bewegungszonen von m e t a m o r p h e n Veränderungen der Gesteine begleitet wird, sprechen diese D a t e n von der entscheidenden B e d e u t u n g , welche die H a u p t p h a s e der varistischen F a l t u n g für die R e g i o n a l m e t a m o r p h o s e des Paläozoik u m s in diesem Gebiet h a t t e , indem sie sein heutiges Aussehen formte. Zu den der Tektogenese vorausgegangenen, säkulären epigenetischen (frühmetamorphen) Umbildungen der Gesteine beim Einsinken der Geosynklinale unter dem Gewicht der darüberliegenden Gesteinsfolgen (mit einer Mächtigkeit v o n etwa 1500 bis 1800 m) ist zu sagen, daß diese Umbildungen i m Vergleich m i t der Dislokationsmetamorphose anscheinend unbedeutend waren. Die Ü b e r e i n s t i m m u n g der m e t a m o r p h e n Neubildungen m i t dem Chemismus der Gesteine und die Angaben über d a s Fehlen eines genetischen Zusammenhanges zwischen R e g i o n a l m e t a m o r p h o s e und M a g m a tismus lassen v e r m u t e n , daß die m e t a m o r p h e n Vorgänge unter Anteilnahme wäßriger L ö s u n g e n erfolgten, die beim Auskristallisieren der Gesteine abgegeben wurden, und zwar ohne Zufuhr unmittelbar aus einem m a g m a tischen Herd. Diese V e r m u t u n g wurde seinerzeit von A. G. BETECHTIN (1944) bezüglich der Metamorphose der Manganerze ausgesprochen; sie wird heute von W. S. DOMAREW in bezug auf die Uranerze gestützt (DOMAREW 1956). 4. Zur Genese der U r a n v e r e r z u n g Auf Grund aller Merkmale zeichnet sich der genetische T y p der U r a n v e r e r z u n g im Unteren P a l ä o z o i k u m ganz deutlich a b ; nichtsdestoweniger können aber gegenwärtig die Migrationsverhältnisse des U r a n s nur in allgemeinster F o r m dargestellt werden, da diese F r a g e n noch einer weiteren Präzisierung bedürfen. Die F o r m e n des U r a n e r z v o r k o m m e n s und die B e ziehung zu Vererzung und Strukturelementen (s. A b -

Zeitschrift für a n g e w a n d t e Geologie ( 1 9 6 8 ) Heft 1 0 GEZEWA

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Zur

Charakteristik

der

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Uranvererzung

schnitt 2) deuten auf eine mehrmalige Migration des Urans hin, die zu seiner Konzentration führte. So kann man mit verschiedenem Zuverlässigkeitsgrad die ihrer Bedeutung nach ungleichwertigen vier Stadien der Migration des Metalls — Sedimentation, Diagenese, Metamorphose und Verwitterung — aussondern; sie geben die Möglichkeit, die betrachteten Erzvorkommen dem sedimentär-metamorphen Typ zuzuordnen, bei dem dasErzmaterial in den darauffolgenden hypergenen Vorgängen neu verteilt wurde. Dieser Schluß gründet sich auf die folgenden Unterlagen, die in ihrer Gesamtheit sowohl der Hypothese einer hydrothermalen, als auch einer rein sedimentären und hypergenen (infiltrativen) Entstehung der Uranvererzung widersprechen. 1. In den wichtigsten produktiven Horizonten, nämlich den schwarzen Schiefern und dolomitisierten Kalksteinen, treten wesentlich höhere Gehalte als die ClarkeGehalte auf. 2. Die lithologische und die chemische Zusammensetzung von Erzlagern und Nebengesteinen unterscheiden sich kaum; im Vergleich mit den Nebengesteinen sind die Erzlager nur mit den gleichen dispersen Elementbeimengungen, die auch in den Gesteinen enthalten sind (Uran, Vanadin, Kupfer, Nickel, Barium u. a.), etwas angereichert. 3. Die Kontakte (dem Wesen nach bedingte) sind äußerst undeutlich; die Erzlager liegen konkordant mit den dislozierten Nebengesteinen; die bedeutendsten Akkumulationen der Uranoxyde sind an Strukturelemente gebunden, die gleichaltrig (oder nahezu gleichaltrig) mit der Faltung sind, und sie liegen in Bereichen mit geringer, verstreuter Vererzung; in den späteren varistischen Störungen (Verwerfungen) fehlen Erzvorkommen sowie auch jede andere Mineralisation gänzlich. Diese Taten weisen darauf hin, daß sich die Erzlager während der Faltenbildung, vor der Entstehung der disjunktiven Störungen, formierten. 4. Es fehlen Spuren jeglicher Einwirkung von Intrusionen und Hydrothermen auf den Erzabsatz (wie auch auf die Metamorphose der produktiven Folge), ob-

} — Dolomitisiertcr K a l k s t e i n ; 2 — tonig-kalkiger Schiefer; 3 — kalkigtoniger Schiefer; 4 — tonig-kieseliger Schiefer; 5 — kohlig-toniger Schiefer; 6 — Pyrit-Zwischenlage; 7 — Gangquarz (nach der Schieferung); 8 — Gangquarz mit P y r i t ; 9 - Gangdolomit (in Zerrspalten).

gleich in den benachbarten Gebieten diese Erscheinungen klassisch ausgeprägt sind. 5. In den Erzen sind die Urankonzentrationen, die im allgemeinen einer relativ geringen Migration der Stoffe bei der Regionalmetamorphose der produktiven Gesteine des Gebiets entsprechen, nicht hoch; es existiert eine direkte Abhängigkeit der Intensität der Erzvorkommen vom Grad der Umbildung und Dislozierung der Gesteine. 6. Ein bedeutender Teil des Urans und der es begleitenden anderen Schwermetalle liegt in den Erzlagern in mineralogisch nicht definierter, disperser Form vor. 7. Für die metamorphen Vorgänge kennzeichnend ist der metasomatische Charakter der sichtbaren Nasturanabscheidungen; Nasturan wird durch reduzierende Mittel (Pyrit, Oxydationsfront des organischen Materials) gefällt, ohne daß eine Gangmineralisation nebenherläuft, wie sie für typische Hydrothermen obligatorisch ist. 8. Das primäre Uranoxyd (Nasturan) nimmt innerhalb der typischen Produkte der metamorphen Reihe einen bestimmten Platz ein, der aus den unmittelbaren Beziehungen dieses Minerals zu den anderen hervorgeht. Es befindet sich einerseits zwischen den Metakristallen und Mikrotrümern des Pyrits und andererseits zwischen den Sulfid-Quarz-Klüften des alpinen Typs; zwischen den Mineralisationen sind Spuren von Bewegungen zu verzeichnen (Kataklase der Erze, stufenweise Versetzungen, Ausheilen der Uranoxydabsätze mit Gangquarz, manchmal mit Regeneration des Gangquarzes. 9. Es ist eine deutlich hypergene Uranmineralisation entwickelt (Bezüge aus regenerierter Schwärze), die sich streng an die Umrisse der Erzlager der verschiedenen produktiven Horizonte hält; dies deutet darauf hin, daß das Metall bei der Hypergenese aus früher entstandenen Konzentrationen direkt entlehnt wurde. In erster Annäherung können die oben ausgesonderten Stadien des Uran-Erzabsatzes wie folgt charakterisiert i werden: Sedimentation und Diagenese

In dem Zeitraum, der der Akkumulation der produktiven Folge voranging, also im Anfangsstadium der geosynklinalen Entwicklung, bildete das Gebiet eine Senke, in der sich große Mengen einförmiger sandigtoniger Sedimente ansammelten. Auf Grund der allmählichen Abnahme der Korngröße des terrigenen Materials in der produktiven Folge und der Mächtigkeitsabnahme ermitteln die Geologen, die sich mit der Faziesanalyse befassen,die Verschiebung der Uferlinie und andere Veränderungen des hydrodynamischen Regimes. Diese Veränderungen werden dadurch gekennzeichnet, daß die sandig-tonige Fazies (glimmrig-tonige Schiefer, den Alevrolithen nahestehend) von feinkörnigen bituminösen (schwarze Schiefer) und dann durch karbonatische Sedimente abgelöst wird, deren Akkumulation in diesem Gebiet äußerst langsam vor sich ging. Derartige Verhältnisse, die für die sedimentäre Erzbildung als sehr günstig betrachtet werden (McKELVEY & I. M. NELSON, 1950), ferner die Entstehung eines ständigen reduzierenden Milieus, müssen zu einer Erhöhung der Urankonzentration im Meeresbecken führen. Da aber die Fixierung des Urans im Sediment aus stark verdünnten Lösungen erfolgte, nehmen wir an, daß zwar nicht alles Uran, aber doch zumindest der wesentlichste Teil aus den schlammigen Wässern in das Sediment bereits während der Diagenese übergegangen ist und von der organischen Substanz sorbiert wurde. Die organische

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GEZEWA / Zur Charakteristik der U r a n v e r e r z u n g

464 S u b s t a n z sorbiert, wie die Versuche zahlreicher Forscher zeigen, d a s U r a n aus ungesättigten L ö s u n g e n a m energischsten. Die Äußerungen der S p ä t d i a g e n e s e werden durch die nun folgenden m e t a m o r p h e n Vorgänge überdeckt. Über die Rolle der Spätdiagenese bei der B i l d u n g der Erzkonzentrationen liegen keinerlei mineralogische Anh a l t s p u n k t e vor. Solche typischen spätdiagenetischen Bildungen, wie die Pyritkonkretionen (STRACHOW, 1953) führen, wenn sie nicht zerbrochen und umkristallisiert wurden, keine Uranvererzung. Man k a n n lediglich v e r m u t e n , daß bei der S p ä t d i a g e n e s e und besonders bei der folgenden Gesteinsbildung in Verbindung mit der beginnenden K a r b o n a t i s i e r u n g der organischen Subs t a n z ihre Sorptionsbindungen m i t U r a n teilweise gestört werden konnten. Möglicherweise stellt ein gewisser Teil der dispergierten U r a n v e r b i n d u n g e n in den erzführenden dolomitisierten K a l k s t e i n e n F o r m e n dar, die sich a u s den S p ä t s t a d i e n der Diagenese erhalten haben. Metamorphose

Man k a n n den V o r g a n g der m e t a m o r p h e n Mineralbildung und des m e t a m o r p h e n E r z a b s a t z e s in 3 aufeinanderfolgende E t a p p e n gliedern (s. untenstehendes Schema). In der ersten Etappe, die einem mittleren S t a d i u m der geosynklinalen Entwicklung des Gebiets entspricht und mit der B i l d u n g v o n F a l t e n s t r u k t u r e n abgeschlossen wurde, erfolgte die Umkristallisierung und Dehydratisierung der gesteinsbildenden K o m p o n e n t e n , die organische S u b s t a n z wurde karbonisiert und polymerisiert, die Sorptionsbeziehungen mit U r a n wurden vollkommen zerstört. D a s a u s den produktiven Schichten der schwarzen Schiefer und dolomitisierten Kalksteinefreigewordene U r a n migrierte wahrscheinlich auf eine E n t f e r n u n g v o n einigen hundert Metern und konzentrierte sich im wesentlichen innerhalb der gleichen Schichten unter Bild u n g dispergierter O x y d e (?) des U r a n s (Bere iche m i t unsichtbarer Vererzung). N a c h der in den erzführenden schwarzen Schiefern (im Gegensatz z u m t a u b e n Gestein) zu beobachtenden reziproken Abhängigkeit zwi-

sehen U r a n g e h a l t und organischem Kohlenstoff zu urteilen, erfolgte die F ä l l u n g der dispergierten U r a n o x y d e durch R e d u k t i o n seitens der organischen S u b s t a n z . Diese R e a k t i o n t r a t in der folgenden E t a p p e der Mineralbildung deutlicher hervor. In der zweiten Etappe werden mit dem D r u c k a b f a l l und der intensivierten Zirkulation der Porenlösungen bei F o r t d a u e r der tektonischen Bewegungen die dispergierten U r a n v e r b i n d u n g e n teilweise gelöst, und es beginnt ihre ungleichmäßige Migration (in A b h ä n g i g k e i t , v o n der tektonischen B e a n s p r u c h u n g der Gesteine). Diese Migration erfolgt sowohl innerhalb der produktiven Schichten des K a l k s t e i n s u n d der schwarzen Schiefer als auch a m tektonischen K o n t a k t mit den überschobenen glimmrig-tonigen Schiefern. In den letzteren entstehen auf diese Weise rein m e t a m o r p h e Urankonzentrationen, obgleich die Möglichkeit nicht ausgeschlossen ist, daß bereits v o n A n f a n g a n in den höchsten Teilen der a n organischem Material reichen Q u a r z i t Schiefer-Serie höhere Metallkonzentrationen v o r h a n d e n gewesen sind. Man n i m m t an, daß d a s U r a n in F o r m von leichtlöslichen K o m p l e x v e r b i n d u n g e n des sechswertigen U r a n s migrierte; der E r z a b s a t z erfolgte bei metasomatischer V e r d r ä n g u n g des Gesteins in der U m g e b u n g v o n reduzierend wirkenden Substanzen ' durch N a s t u r a n . E s w u r d e genau festgestellt, daß in den glimmrig-tonigen Schiefern als Fällungszentren des U r a n s hauptsächlich Pyritknollen dienten, wobei der Schwefel des P y r i t s reduzierend wirkte. In den schwarzen Schiefern spielte auch in dieser E t a p p e die organische S u b s t a n z als reduzierendes Mittel die Hauptrolle bei der F i x i e r u n g des U r a n s . P y r i t und Markasit hatten nur geringe B e d e u t u n g . Diese Erw ä g u n g gründet sich auf die bereits erwähnten strengen morphologischen Beziehungen — bei gleichem M a ß s t a b beider Erscheinungen —, in denen die Knollen der Uranoxyde in den Erzbrekzien zur O x y d a t i o n s f r o n t des organischen Materials des Schiefers stehen und ihrer Ab-

S c h e m a der M i n e r a l b l l d u n g u n d des E r z a b s a t z e s bei der M e t a m o r p h o s e der p r o d u k t i v e n F o l g e Etappen der Mineralbildung

Geotektonische Situation

Charakter der Umwandlungen

Charakteristische Produkte der Metamorphose

I

Mittleres Stadium der geosynklinalen Entwicklung mit Einbeziehung der Hauptphase der varistischen Faltung

Umkristallisation der Gesteine, Dehydratisierung der Mineralkomponenten, Karbonisierung der organischen Substanz

Dolomit, Kalkspat, Sericit Pyrit, dispergierte Oxyde (?) des Urans 1 )» Quarz, Sericit, Pyrit, dispergierte Oxyde (?) des Urans, Graphit, Pyrophyllit*), Sericit, Quarz, Pyrit»)

Störung der sorptiven Bindungen mit der organischen Substanz, Absatz in Form dispergierter Oxyde (?)

II

Endstadium der geosynklinalen Entwicklung. Abschwächung der Faltung, verstärkte Zirkulation der Porenlösungen

Vererzungsraetasomatose

Nasturan') Nasturan, Markasit, Oxydationsprodukte der organischen Substanz (Huminsäuren) 2 )

Metasomatische Verdrängung des Gesteins um Pyritmetakristalle herum durch Nasturan. Metasomatische Verdrängung des Gesteins und des mylonitischen Bindemittels an derorganischenSubstanz, weniger bei Pyrit und Markasit, durch Nasturan. Migration des Urans in stark deformierte Bereiche der glimmrig-tonigen Schiefer hinein, Metasoma •ische Verdrängung des Gesteins um I yrit herum (Metakristalle, Konkretionen, tfikrotrümer)») durch Nasturan

Nasturan»)

III

Weiteres allmähliches Abklingen der tektonischen Bewegungen

IV

Bildung posttektonischer Verwerfungsstörungen

') In dolomitisierten Kalksteinen

!

Bildung von alpinen Gängen und eines Bindemittels der Brekzien

Dolomit, Kupferkies, Markasit, Pyrit 1 ). Quarz, Graphit, Pyrobitumen.Pyrit, Markasit, Kupferkies*). Pyrit, Quarz, Kaolinit, Kupferkies, Schwerspat 3 )

) In kohlig-kieseligen und kohlig-tonigen Schiefern (Wechsellagerung)

Verhalten des Urans

Teilweise Lösung der dispergierten Uranoxyde

Seltene Fälle einer Fällung des Nasturans am Gangpyrit der Frühgeneration. Einzelfälle einer Regeneration des Naturans in Quarztrümern

*) In pyritisierten glimmrig-tonigen Schiefern

Zeitschrift für angewandte Geologie (1958) Heft 10 GEZEWA I Z u r C h a r a k t e r i s t i k der U r a n v e r e r z u n g

lagerung a m Ort der Oxydation M a t e r i a l s (s. A b b . 3 u n d 4).

des

organischen

P h y s i k a l i s c h - c h e m i s c h e U n t e r s u c h u n g e n des Oxyd a t i o n s v o r g a n g e s bei fossilen K o h l e n v e r s c h i e d e n e n Ink o h l u n g s g r a d e s wiesen n a c h ( K E R R , 1956), d a ß selbst die h o c h k a r b o n i s i e r t e n ( m e t a m o r p h i s i e r t e n ) K o h l e n infolge d e r R e a k t i o n zwischen d e m Sauerstoff u n d d e n h e x a gonalen K o h l e n s t o f f r i n g e n d e r P s e u d o k r i s t a l l i t e , die bei Inkohlung, d e r K o h l e e n t s t e h e n , o x y d i e r t w e r d e n k ö n n e n . F. W . 0 R E S C H K O (1953) wies m i t einer A n z a h l v o n E x p e r i m e n t e n die P e r i o d i z i t ä t d e r O x y d i e r u n g d e r K o h l e n a c h , wobei zwei P r o d u k t e d e r K o h l e n o x y d a t i o n , sogenannte Kohlen-Sauerstoff-Komplexe, entstehen. Danach l i e f e r t die b l a s e n d e O x y d a t i o n u n d die Z e r s t ö r u n g dieser K o m p l e x e , die b e s o n d e r s b e i m E r w ä r m e n auf 120 bis 150° C m i t einer b e d e u t e n d e n W ä r m e a b g a b e v e r b u n d e n ist, die E n d p r o d u k t e d e r K o h l e n o x y d a t i o n : H u m i n säuren, Kohlenstoffoxyde und Wasser. D e n U r a n a b s a t z in d e n s c h w a r z e n S c h i e f e r n , insbes o n d e r e in d e n brekziösen, k a n n m a n sich als O x y d a t i o n s - R e d u k t i o n s - R e a k t i o n v o r s t e l l e n , die o h n e Z u t r i t t f r e i e n Sauerstoffs v o r sich g i n g : Organische S u b s t a n z + U ß + —> „ K o h l e - S a u e r stoffkomplex" + + >• H u m i n s ä u r e n + C 0 2 + CO + H 2 0 + N a s t u r a n . Man g e l a n g t z u diesem S c h e m a , w e n n m a n die E r g e b nisse d e r e r w ä h n t e n U n t e r s u c h u n g e n b e a c h t e t u n d f e r n e r die T a t s a c h e b e r ü c k s i c h t i g t , d a ß die o r g a n i s c h e S u b s t a n z a u c h bei u n g e n ü g e n d e m S a u e r s t o f f z u t r i t t durch Elektronenabgabe an Elemente mit wechselnder Valenz energisch o x y d i e r t w e r d e n k a n n . V o n d e n E n d p r o d u k t e n dieser R e d u k t i o n w e r d e n folg e n d e in d e n E r z b r e k z i e n fixiert: N a s t u r a n , oder R e s t uranschwärze, ferner H u m i n s ä u r e n , d a n n auch freie B i t u m i n a ( B i t u m e n A ) ; diese B i t u m i n a w e r d e n offensichtlich bei h ö h e r e n T e m p e r a t u r e n frei, sie sind i m m e r z u s a m m e n m i t d e n H u m i n s ä u r e n bei d e r A n a l y s e des gesteinsbildenden organischen Materials aus dem unmittelbaren K o n t a k t mit den Uranoxyden nachzuweisen. Diese R e a k t i o n w u r d e d u r c h die e x p e r i m e n t e l l e n U n t e r s u c h u n g e n v o n G. P . S l D O R O W u n d R . P . RäFALSKIJ

b e s t ä t i g t , d e n e n es gelang, U r a n i n i t bei e i n e r T e m p e r a t u r v o n 300° C d u r c h R e d u k t i o n des U r a n s m i t d e r organ i s c h e n S u b s t a n z einer u n s e r e r Kohlenkieselschieferp r o b e n a u s einer U r a n y l s u l f a t l ö s u n g z u s y n t h e t i s i e r e n . Mit dieser originellen, ö r t l i c h a u f t r e t e n d e n Metasom a t o s e , die b e s o n d e r s i n t e n s i v in d e n B r e k z i e n d e r s c h w a r z e n Schiefer z u r G e l t u n g k o m m t , w i r d die Miner a l b i l d u n g des U r a n s bei d e n m e t a s o m a t i s c h e n Vorg ä n g e n i m w e s e n t l i c h e n abgeschlossen. Die dritte Etappe, offensichtlich die S c h l u ß e t a p p e (SAWARIZKIJ, 1950), in d e r die s e k r e t i o n ä r e n T r ü m e r e n t s t e h e n , ist f ü r die M i g r a t i o n des U r a n s n i c h t c h a r a k t e r i s t i s c h (es w u r d e n n u r selten a u f t r e t e n d e K r u s t e n v o n R e s t u r a n s c h w ä r z e auf F r ü h a b s ä t z e n des P y r i t s in k a r b o n a t i s c h e n T r ü m e r n festgestellt, f e r n e r r e g e n e r i e r t e s N a s t u r a n in Q u a r z t r ü m e r n ) . S p u r e n v o n V e r b i e g u n g e n und Deformationen der H a u p t m e n g e der Gangminerale sowie d a s r u h i g e , l a n g s a m e W a c h s t u m v o n K r i s t a l l e n d e r s p ä t e r e n G e n e r a t i o n in d e n D r u s e n r ä u m e n z e u g e n d a v o n , d a ß die G ä n g e w ä h r e n d der a l l m ä h l i c h abkling e n d e n B e w e g u n g e n t s t a n d e n . Die g r o ß e n d i s j u n k t i v e n S t ö r u n g e n a u s d e n l e t z t e n E t a p p e n d e r T e k t o g e n e s e , die

465 keinerlei Mineralisation a u f w e i s e n , sind d a h e r die obere Altersgrenze der m e t a m o r p h e n Umbildungen. Bei d e n a n d e r e n , in d e n p r o d u k t i v e n S c h i c h t e n dispergierten Metallbeimengungen — Barium, Kupfer, Z i n k , Nickel, V a n a d i u m , W o l f r a m , Blei u n d M o l y b d ä n — k a n n m a n die gleichen, w ä h r e n d d e r M e t a m o r p h o s e d e r S c h i c h t e n v o r sich g e g a n g e n e n M i g r a t i o n s e t a p p e n feststellen wie bei U r a n . D a s w i r d a u c h d u r c h eine d i r e k t e K o r r e l a t i o n dieser Metalle m i t U r a n b e s t ä t i g t . Allerdings u n t e r s c h e i d e n sich offensichtlich in E i n z e l h e i t e n die Migrationswege d e r einzelnen E l e m e n t e infolge d e r ges e t z m ä ß i g e n m e t a m o r p h e n D i f f e r e n t i a t i o n . So w u r d e z. B. Nickel b e r e i t s in d e n A n f a n g s e t a p p e n des Prozesses bei d e r U m k r i s t a l l i s a t i o n d e r Gesteine teilweise als Sulfid a u s g e f ä l l t (vereinzelte B r a v o i t k ö r n e r ) teilweise z u s a m m e n m i t N a s t u r a n ( C h l o a n t h i t ) ; f ü r K u p f e r , Zink, Blei u n d B a r i u m ist d a g e g e n k e n n z e i c h n e n d , d a ß sie in d e n a b s c h l i e ß e n d e n E t a p p e n des Prozesses in d e n sekretion ä r e n G ä n g e n in F o r m v o n K u p f e r k i e s (2 G e n e r a t i o n e n ) , Z i n k b l e n d e , Bleiglanz u n d S c h w e r s p a t a b g e s e t z t w e r den. D e r a r t i g e f ü r die p r o d u k t i v e Folge t y p i s c h e Elem e n t e wie V a n a d i n , W o l f r a m , M o l y b d ä n u n d K o b a l t k o n z e n t r i e r e n sich in w e c h s e l n d e n M e n g e n in d e n u r a n f ü h r e n d e n Teilen der G e s t e i n e , sie b i l d e n a b e r k e i n e eigenen M i n e r a l e ; in d e n s p ä t e r e n G a n g b i l d u n g c n fehlen sie 2 ). Hypergenese

Die l a n g s a m e u n d a n h a l t e n d e Z i r k u l a t i o n d e r U n t e r t a g e w ä s s e r , die m i t d e m E i n s e t z e n d e r A b t r a g u n g s v o r g ä n g e b e g a n n u n d b e s o n d e r s seit d e m T e r t i ä r wiedera u f l e b t e , f ü h r t e d a z u , d a ß die O x y d a t i o n d e r E r z k o n zentrationen begann und unter dem Grundwasserspiegel eine m ä c h t i g e r e Z o n e d e r s e k u n d ä r e n A n r e i c h e rung entstand. Die h y p e r g e n e t i s c h e n V o r g ä n g e , die in Z o n e n t e k t o nischer S t ö r u n g e n , offenen S p a l t e n , D r u s e n r ä u m e n u n d in B e r e i c h e n m i t h ö h e r e r P o r o s i t ä t d e r Gesteine besonders intensiv verlaufen, üben wesentlichen Einfluß auf die N e u v e r t e i l u n g des U r a n s i n der p r o d u k t i v e n Folge a u s ; sie f ü h r e n zu einer U m b i l d u n g des N a s t u r a n s in Restschwärze und zur Entstehung größerer Konzent r a t i o n e n einer s e k u n d ä r e n U r a n v e r e r z u n g in eng ö r t lichen B e r e i c h e n (die j e d o c h n i c h t die u r s p r ü n g l i c h e schichtige G e s t a l t d e r E r z a k k u m u l a t i o n e n stören). D a h e r l a u g e n in d e n e r z f ü h r e n d e n s c h w a r z e n Schiefern die v a d o s e n W ä s s e r infolge i h r e r h o h e n , d u r c h die O x y d a t i o n des f e i n v e r t e i l t e n P y r i t s u n d des o r g a n i s c h e n Materials hervorgerufenen Azidität das U r a n aus den E r z l a g e r n v o l l s t ä n d i g a u s ; dieser P r o z e ß b e g i n n t u n m i t t e l b a r u n t e r der O b e r f l ä c h e u n d r e i c h t bis zu einigen D u t z e n d M e t e r n Teufe. D a s U r a n wird in F o r m d ü n n e r F i l m e v o n r e g e n e r i e r t e n S c h w ä r z e n in t i e f e r e H o r i z o n t e u m g e l a g e r t (Zone der s e k u n d ä r e n A n r e i c h e r u n g ) u n d m i t d e n G r u n d w ä s s e r n w e g g e f ü h r t . H i e r b e i wird es teilweise in d e r O x y d a t i o n s z o n e a u s g e f ä l l t , u n d z w a r n i c h t d u r c h die s c h w a r z e n Schiefer s e l b s t , s o n d e r n d u r c h die m i t i h n e n im K o n t a k t s t e h e n d e n p y r i t i s i e r t e n g l i m m r i g - t o n i g e n Schiefer u n d D i a b a s e , w o b e i Minerale des sechswertigen Urans entstehen. In d e n ü b r i g e n p r o d u k t i v e n H o r i z o n t e n b i l d e t sich eine n o r m a l e n t w i c k e l t e O x y d a t i o n s z o n e m i t k l e i n e n Dispersionshöfen vonPhosphoruranglimmernheraus. Unt e r d e m G r u n d w a s s e r s p i e g e l liegt die Z e m e n t a t i o n s z o n e . a

) Nach spektralanalytischen Untersuchungen.

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ULBRICH / E x p l o s i v e G a s e in E r z b e r g w e r k e n

Schlußbemerkungen Alle lithologisch-mineralogischen Daten weisen darauf hin, daß der von uns charakterisierte sedimentärmetamorphe Typ der Uranvererzung sehr häufig ist. Nach Literaturangaben muß dieser Typ in marinen Schieferformationen des Paläozoikums recht verbreitet sein, dies gilt sowohl für den Geosynklinal- als auch für den Tafeltyp. In beiden liegen im Vergleich zum ClarkeWert die Gehalte an organischer Substanz und an Uran höher. Zu solchen Formationen gehören die schwarzen Schiefer des Gebiets von Rum Jungle (Nordaustralien), die schwarzen Schiefer der Eisenerzformation an den Großen Seen u. a. M. R. C L E P P E R und D. C. W Y A N T (1956) nehmen an, daß Migration und örtliche Konzentration des Urans in diesen Schichten syngenetisch bei mäßiger Metamorphose erfolgen konnte. Ein Vergleich der vorhandenen Angaben zeigt, daß für die Bildung von Uranlagerstätten bei metamorpher Umwandlung von Sedimentgesteinen mit dispers verteiltem Uran eine geringe Metamorphose am günstigsten ist, die in verschiedenen Bereichen der Folge mit ungleicher Intensität wirkt. Mit anderen Worten: es müssen Bedingungen gegeben sein, die eine örtliche Verstärkung der Intensität der Gesteinsumwandlung und die Umlagerung des Urans infolge verstärkter Zirkulation der Porenlösungen gewährleisten. Für die von uns charakterisierten Erzvorkommen im unteren Paläozoikum wurde nachgewiesen, daß die Urankonzentration bei der Regionalmetamorphose, die

geringe Intensität zeigt (Quarz-Karbonat-Sericit-Fazies), durch die Anlage von Bruchspalten und tektonischen Störungen, die in den Frühetappen der Tektogenese entstanden, gefördert wurde. Jedoch muß die Tektonik beim Erzabsatz nicht bei allen Erzvorkommen des sedimentär-metamorphen Typs eine solche entscheidende Rolle spielen, da man annehmen kann, daß ein anisotropes Medium bei der Metamorphose durch Horizonte mit höherer Porosität, durch Wechsellagerung von Schichten verschiedener lithologischer Zusammensetzung und Kompetenz oder durch andere Faktoren bedingt werden kann. Literatur BETECHTIN, A. G.: Nachr. Akad. Wiss. UdSSR, Geol. Ser., Nr. 4, 1944. C L E P P E R , M. P. & D. C. WYANT: Die Uranprovinzen. - Aus dem Buch: Geologie der Rohstoffe für die Atomenergie (Vorträge ausländischer Wissenschaftler auf der Internationalen Konferenz zur friedlichen Nutzung der Atomenergie). Gosgeoltechisdat, 1956, S. 1. DOMAREW, W. S.: Geologie der Uranlagerstätten der kapitalistischen Länder. — Gosgeoltechisdat, 1956. K E R R , P. F . : Die Uran- und Thoriumlagerstätten. — Aus dem Buch: Geologie der RohstofTe für die Atomenergie (Vorträge ausländischer Wissenschaftler auf der Internationalen Konferenz zur friedlichen Nutzung der Atomenergie). Gosgeoltechisdat, 1956, S. 192. McKELVEY, V. E. & I. M. NELSON: Characteristics of marine uraniumbearing sedimentary rocks. — Econ. Geol. 45, 35 (1950). ORESCHKO, F. W.: Sammelband „Chemie und Genese der festen Brennstoffe", 1953, S. 162. SAWARIZKIJ, A . N . : Sammelband „Die Kieslagerstätten des Urals". Verlag der Akad. Wiss. UdSSR, 1950, S. 7. SAWARIZKIJ, W. A: Sammelband „Die Kieslagerstätten des Urals". Verlag der Akad. Wiss.UdSSR, 1950, S. 19. SHEMTSCHUSHNIKOW, J . A.: Nachrichten des Leningrader Berginstituts, X X V I I , Lief. 2 (1952). STRACHOW, N. M.: Die Diagenese der Sedimente und ihre Bedeutung für die Bildung sedimentärer Erze. Nachr. Akad. Wiss. UdSSR, Geol. Ser. Nr. 5, 1953. TURNER, F. D.: Die Evolution der metamorphen Gesteine. — Verlag für ausländische Literatur, 1951.

Über das Auftreten yon ex losiven Gasen in Erzbergwerken HORST ULBRICH,

Berlin

1. Einleitung Die Zentrale Vorratskommission für mineralische Rohstoffe (ZVK) verlangt zu den von den Industrieund Erkundungsbetrieben einzureichenden Vorratsberechnungen gemäß der Richtlinien über Form und Inhalt von Vorratsberechnungen (1957) einen entsprechenden geologischen Bericht, der alle Angaben, die zur Bestätigung der Vorräte notwendig sind, sowie alle bei den Erkundungsarbeiten erzielten geologischen Ergebnisse enthalten muß. Von einigen Geologen der Industriebetriebe wurde die Notwendigkeit dieser umfassenden Berichterstattung noch nicht erkannt und mehrfach darauf hingewiesen, daß die Forderungen unter l i l a der Richtlinien in den Punkten 5 bis 7 weitgehend überflüssig seien. So wird im Abschnitt 7 (Bergtechnische Bedingungen zum Abbau der Lagerstätte) u. a. gefordert, Gasausscheidungen des nutzbaren Minerals und der Nebengesteine zu beschreiben. Im gleichen Abschnitt werden Angaben über die geologischen Faktoren verlangt, die die Gewinnung beeinflussen und die Durchführung spezieller Maßnahmen beim Abbau notwendig machen. Daß diese Forderungnicht nurfür die Steinkohlen- oderKalibetriebe wichtig ist, sondern auch für Erzbetriebe Bedeutung hat, sollen nachstehende Ausführungen bekräftigen. Das Auftreten explosiver Gase (vor allem Methan) ist nach den heute vorliegenden Ergebnissen nicht mehr eine ausschließliche Besonderheit des Steinkohlenbergbaues. Immer häufiger treten auch beim Abbau von Erzlagerstätten derartige Erscheinungen auf. So kam es in den letzten 15 Jahren in der Sowjetunion und

in anderen Ländern wiederholt vor, daß Erzgruben schlagwettergefährdet waren. J e mehr sich der Erzbergbau ausdehnte und in den Abbau viele neu erschlossene Lagerstätten der verschiedensten nutzbaren Mineralien einbezogen wurden und auch in alten Gruben der Abbau auf tieferen Sohlen weitergeführt wurde, stellte man vor allem seit 1940 in der Sowjetunion fest, daß sich die Fälle des Auftretens großer und damit gefährlicher Mengen von Methan häuften. Das erforderte einerseits von den Geologen die Ursachen für die Bildung dieser Gase zu klären, andererseits von den Bergleuten die Suche nach gefahrlosen Verfahren zur Durchführung der Sprengarbeiten einzuleiten. 2. Ursachen für das Auftreten explosiver Gase Methan kann unter folgenden Umständen beim Abbau von Erzlagerstätten vorkommen: a) wenn die Erzvorkommen, die magmatisch, metamorph oder sedimentär entstanden sind, in unmittelbarer Nähe von Sedimenten liegen, die Kohlenflöze führen; b) wenn bei der Bildung der Erzvorkommen organische (pflanzliche) Rückstände eingeschlossen wurden, die in der Folgezeit Methan bildeten; c) wenn die Lagerstätte oder die Nebengesteine bituminös sind; d) wenn das Erzvorkommen in der Nähe von Erdöloder Erdgasvorkommen liegt. In der UdSSR, vorgenommene Untersuchungen ließen erkennen, daß im Erdöl enthaltene Gase aus großer Teufe in die Atmosphäre und in einzelnen Fällen

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Schlußbemerkungen Alle lithologisch-mineralogischen Daten weisen darauf hin, daß der von uns charakterisierte sedimentärmetamorphe Typ der Uranvererzung sehr häufig ist. Nach Literaturangaben muß dieser Typ in marinen Schieferformationen des Paläozoikums recht verbreitet sein, dies gilt sowohl für den Geosynklinal- als auch für den Tafeltyp. In beiden liegen im Vergleich zum ClarkeWert die Gehalte an organischer Substanz und an Uran höher. Zu solchen Formationen gehören die schwarzen Schiefer des Gebiets von Rum Jungle (Nordaustralien), die schwarzen Schiefer der Eisenerzformation an den Großen Seen u. a. M. R. C L E P P E R und D. C. W Y A N T (1956) nehmen an, daß Migration und örtliche Konzentration des Urans in diesen Schichten syngenetisch bei mäßiger Metamorphose erfolgen konnte. Ein Vergleich der vorhandenen Angaben zeigt, daß für die Bildung von Uranlagerstätten bei metamorpher Umwandlung von Sedimentgesteinen mit dispers verteiltem Uran eine geringe Metamorphose am günstigsten ist, die in verschiedenen Bereichen der Folge mit ungleicher Intensität wirkt. Mit anderen Worten: es müssen Bedingungen gegeben sein, die eine örtliche Verstärkung der Intensität der Gesteinsumwandlung und die Umlagerung des Urans infolge verstärkter Zirkulation der Porenlösungen gewährleisten. Für die von uns charakterisierten Erzvorkommen im unteren Paläozoikum wurde nachgewiesen, daß die Urankonzentration bei der Regionalmetamorphose, die

geringe Intensität zeigt (Quarz-Karbonat-Sericit-Fazies), durch die Anlage von Bruchspalten und tektonischen Störungen, die in den Frühetappen der Tektogenese entstanden, gefördert wurde. Jedoch muß die Tektonik beim Erzabsatz nicht bei allen Erzvorkommen des sedimentär-metamorphen Typs eine solche entscheidende Rolle spielen, da man annehmen kann, daß ein anisotropes Medium bei der Metamorphose durch Horizonte mit höherer Porosität, durch Wechsellagerung von Schichten verschiedener lithologischer Zusammensetzung und Kompetenz oder durch andere Faktoren bedingt werden kann. Literatur BETECHTIN, A. G.: Nachr. Akad. Wiss. UdSSR, Geol. Ser., Nr. 4, 1944. C L E P P E R , M. P. & D. C. WYANT: Die Uranprovinzen. - Aus dem Buch: Geologie der Rohstoffe für die Atomenergie (Vorträge ausländischer Wissenschaftler auf der Internationalen Konferenz zur friedlichen Nutzung der Atomenergie). Gosgeoltechisdat, 1956, S. 1. DOMAREW, W. S.: Geologie der Uranlagerstätten der kapitalistischen Länder. — Gosgeoltechisdat, 1956. K E R R , P. F . : Die Uran- und Thoriumlagerstätten. — Aus dem Buch: Geologie der RohstofTe für die Atomenergie (Vorträge ausländischer Wissenschaftler auf der Internationalen Konferenz zur friedlichen Nutzung der Atomenergie). Gosgeoltechisdat, 1956, S. 192. McKELVEY, V. E. & I. M. NELSON: Characteristics of marine uraniumbearing sedimentary rocks. — Econ. Geol. 45, 35 (1950). ORESCHKO, F. W.: Sammelband „Chemie und Genese der festen Brennstoffe", 1953, S. 162. SAWARIZKIJ, A . N . : Sammelband „Die Kieslagerstätten des Urals". Verlag der Akad. Wiss. UdSSR, 1950, S. 7. SAWARIZKIJ, W. A: Sammelband „Die Kieslagerstätten des Urals". Verlag der Akad. Wiss.UdSSR, 1950, S. 19. SHEMTSCHUSHNIKOW, J . A.: Nachrichten des Leningrader Berginstituts, X X V I I , Lief. 2 (1952). STRACHOW, N. M.: Die Diagenese der Sedimente und ihre Bedeutung für die Bildung sedimentärer Erze. Nachr. Akad. Wiss. UdSSR, Geol. Ser. Nr. 5, 1953. TURNER, F. D.: Die Evolution der metamorphen Gesteine. — Verlag für ausländische Literatur, 1951.

Über das Auftreten yon ex losiven Gasen in Erzbergwerken HORST ULBRICH,

Berlin

1. Einleitung Die Zentrale Vorratskommission für mineralische Rohstoffe (ZVK) verlangt zu den von den Industrieund Erkundungsbetrieben einzureichenden Vorratsberechnungen gemäß der Richtlinien über Form und Inhalt von Vorratsberechnungen (1957) einen entsprechenden geologischen Bericht, der alle Angaben, die zur Bestätigung der Vorräte notwendig sind, sowie alle bei den Erkundungsarbeiten erzielten geologischen Ergebnisse enthalten muß. Von einigen Geologen der Industriebetriebe wurde die Notwendigkeit dieser umfassenden Berichterstattung noch nicht erkannt und mehrfach darauf hingewiesen, daß die Forderungen unter l i l a der Richtlinien in den Punkten 5 bis 7 weitgehend überflüssig seien. So wird im Abschnitt 7 (Bergtechnische Bedingungen zum Abbau der Lagerstätte) u. a. gefordert, Gasausscheidungen des nutzbaren Minerals und der Nebengesteine zu beschreiben. Im gleichen Abschnitt werden Angaben über die geologischen Faktoren verlangt, die die Gewinnung beeinflussen und die Durchführung spezieller Maßnahmen beim Abbau notwendig machen. Daß diese Forderungnicht nurfür die Steinkohlen- oderKalibetriebe wichtig ist, sondern auch für Erzbetriebe Bedeutung hat, sollen nachstehende Ausführungen bekräftigen. Das Auftreten explosiver Gase (vor allem Methan) ist nach den heute vorliegenden Ergebnissen nicht mehr eine ausschließliche Besonderheit des Steinkohlenbergbaues. Immer häufiger treten auch beim Abbau von Erzlagerstätten derartige Erscheinungen auf. So kam es in den letzten 15 Jahren in der Sowjetunion und

in anderen Ländern wiederholt vor, daß Erzgruben schlagwettergefährdet waren. J e mehr sich der Erzbergbau ausdehnte und in den Abbau viele neu erschlossene Lagerstätten der verschiedensten nutzbaren Mineralien einbezogen wurden und auch in alten Gruben der Abbau auf tieferen Sohlen weitergeführt wurde, stellte man vor allem seit 1940 in der Sowjetunion fest, daß sich die Fälle des Auftretens großer und damit gefährlicher Mengen von Methan häuften. Das erforderte einerseits von den Geologen die Ursachen für die Bildung dieser Gase zu klären, andererseits von den Bergleuten die Suche nach gefahrlosen Verfahren zur Durchführung der Sprengarbeiten einzuleiten. 2. Ursachen für das Auftreten explosiver Gase Methan kann unter folgenden Umständen beim Abbau von Erzlagerstätten vorkommen: a) wenn die Erzvorkommen, die magmatisch, metamorph oder sedimentär entstanden sind, in unmittelbarer Nähe von Sedimenten liegen, die Kohlenflöze führen; b) wenn bei der Bildung der Erzvorkommen organische (pflanzliche) Rückstände eingeschlossen wurden, die in der Folgezeit Methan bildeten; c) wenn die Lagerstätte oder die Nebengesteine bituminös sind; d) wenn das Erzvorkommen in der Nähe von Erdöloder Erdgasvorkommen liegt. In der UdSSR, vorgenommene Untersuchungen ließen erkennen, daß im Erdöl enthaltene Gase aus großer Teufe in die Atmosphäre und in einzelnen Fällen

Z e i t s c h r i f t tiir a n g e w a n d t e G e o l o g i e ( 1 9 5 8 ) H e f t 1 0

ULBRICH / E x p l o s i v e G a s e in Erzbergwerken

auch innerhalb der Gesteinsschichten in horizontaler R i c h t u n g auf beträchtliche Entfernungen migrieren können. E r w ä h n t werden muß auch d a s Auftreten v o n Methan in alten, unbewetterten G r u b e n b a u e n infolge der Zersetzung des Grubenholzes und anderer organischer Stoffe durch Fehlen frischer Wetter. 3. Beispiele f ü r das A u f t r e t e n explosiver Gase in E r z g r u b e n Methan t r i t t entweder in reiner F o r m oder mit Beimengungen anderer Kohlenwasserstoffe sowie Wasserstoff auf. In der Sowjetunion sind u. a. die polymetallische L a g e r s t ä t t e v o n Norilsk und die Manganerzgruben v o n Nikopol, in der D D R die B e t r i e b e des Kupferschieferb e r g b a u s , in E n g l a n d die Eisenerzgruben im Gebiet von Cleveland, in C a n a d a die polymetallischen L a g e r s t ä t t e n der P r o v i n z Ontario und in S ü d a f r i k a einige Golderzund U r a n b e r g w e r k e im O r a n j e - F r e i s t a a t als gasführend bekannt. A. M. A L J A M S K I J verwies 1957 auf die weite Verbreitung erdöl- und erdgasführender Gesteine auf dem Gebiet der U d S S R und d a m i t auf die Möglichkeit einer E r h ö h u n g der Zahl gasführender E r z g r u b e n . Insbesondere betrifft d a s L a g e r s t ä t t e n in großer Teufe. B e i der E r k u n d u n g der norddeutschen Eisenerze und der Blei-Zink-Schiefer i m R a u m v o n S p r e m b e r g ist ebenfalls d a m i t zu rechnen, daß explosive G a s e angetroffen werden, die für den späteren A b b a u besondere Maßnahmen erforderlich machen. E s sollen nun die bereits erwähnten E r z v o r k o m m e n näher bet r a c h t e t werden. a) Die Lagerstätte von Norilsk (Sibirien)

Die Vererzung h a t hier polymetallischen Charakter und ist an die sehr harten G a b b r o d i a b a s e gebunden, die in F o r m v o n L a g e r g ä n g e n in die L a b r a d o r p o r p h y r i t e und Andesindiabase eingeschaltet sind. I m Liegenden der Porphyrite und D i a b a s e l a g e r t eine S e d i m e n t a b f o l g e mit S a n d s t e i n e n , Tonschiefern, Kohlenschiefern und Kohlenflözen. In beträchtlicher E r s t r e c k u n g liegt d a s Erzlager unmittelbar den Sedimentgesteinen auf. A b b . 1 zeigt ein schematisches Profil durch einen Feldesteil des zur Zeit im T i e f b a u a b g e b a u t e n Vorkommens. Alle Gesteine im Bereich der L a g e r s t ä t t e sind s t a r k zerklüftet. Die meisten K l ü f t e , die nur 1 m m und weniger m ä c h t i g sind, fallen steil ein (70 - 90°). In der Zone ewigen F r o s t e s , die hier 170 —200 m tief hinabreicht, sind die Gesteinsklüfte mit Eis gefüllt, während sie tiefer im Bereich der Zone positiver T e m p e r a t u r e n offen sind. Die Kohlenflöze in den liegenden Sedimentgesteinen enthalten Methan mit Beimischung von etwas Wasserstoff. Der Gasgehalt b e t r ä g t 10—15 m 3 /t. B e i m A b b a u im T i e f b a u treten die explosiven G a s e aus, und zwar in F o r m v o n „ B l ä s e r n " ähnlich den Kohlensäurebläsern im K a l i b e r g b a u . E s treten ständige B l ä s e r mit konstanter Intensität über längere Zeit ( J a h r e ) auf, daneben gibt es auch periodisch a u f t r e t e n d e Ausblasungen (10—40 Tage). In den höheren L a g e r s t ä t t e n teilen (Zone des ewigen F r o s t e s ) ist die Methanausscheidung u n b e d e u t e n d , da d a s E i s in den K l ü f t e n d a s Eindringen v o n Gas in die G r u b e n b a u e verhindert. In der Zone der positiven T e m p e r a t u r e n stehen die K l ü f t e offen, so daß die G a s e hier a u s t r e t e n können. Besonders bei Schießarbeiten k o m m t es deshalb hier zu ernsten Schwierigkeiten in den Grubenbauen. A. M. A L J A M S K I J (1957), der die Norilsker L a g e r s t ä t t e 1956

467 eingehend untersuchte, berichtet d a v o n , daß bereits bei der E r k u n d u n g der L a g e r s t ä t t e ernsthafte Schwierigkeiten a u f t r a t e n . B e i m Niederbringen einer OTB o h r u n g erreichte m a n in 221 m Teufe noch im Bereich der L a b r a d o r p o r p h y r i t e die Zone der a u f g e t a u t e n Gesteine, als es unerwartet zu einer Gaseruption k a m , und eine G a s s ä u l e 13 m hoch stieg. Der Ausbruch dauerte 19 T a g e . Wie später festgestellt wurde, befand sich z. Z. des Ausbruches das Bohrlochtiefste noch 200 m oberhalb der ersten Kohlenflöze. W. B . K O M A R O W berechnete, daß in den Norilsker G r u b e n b a u e n im Mittel etwa 30 m 3 M e t h a n / T a g je 1000 m 2 freigelegter F l ä c h e ausgeschieden werden. Über die H e r k u n f t des Gases und die Migration bestehen verschiedene H y p o t h e s e n ; so u. a. v e r t r i t t M. F . S M I R N O W die Meinung, daß es sich u m mit Methan gefüllte K l ü f t e handelt, die d a s Gesteinsm a s s i v durchsetzen. b) D a s E i s e n e r z v o r k o m m e n v o n C l e v e l a n d ( E n g l a n d )

Die L a g e r s t ä t t e h a t die F o r m eines flach einfallenden, flözartigen L a g e r s mit einer Mächtigkeit, die zwischen 1,5 und 3,5 m und einem Flächeninhalt v o n etwa 150 k m 2 schwankt. I m Hangenden des L a g e r s liegen 9 bis 18 m m ä c h t i g e bituminöse Schiefer, das Liegende bilden Sedimente des Unteren J u r a . Stellenweise ist d a s Eisenerzflöz m i t flüssigem B i t u m e n g e t r ä n k t , das unmittelbar aus den überlagernden Schiefern herausgesickert ist. A u s Abb. 2 ist ein Profil durch eine der E r z g r u b e n ersichtlich. N a c h Mitteilung v o n H. J . P E R R I N S (1954) k o m m t hier in den Grubenbauen ein G a s vor, das aus einem Gemisch v o n Methan, Wasserstoff u n d schweren Kohlenwasserstoffen (Propan, B u t a n ) besteht. E s scheidet sich in der H a u p t s a c h e aus den hangenden bituminösen Schiefern und teilweise aus den Liegendgesteinen a b , aber auch aus dem a b g e b a u t e n E r z , wenn dieses mit B i t u m e n g e t r ä n k t ist. E s k a m häufig zur A n h ä u f u n g gefährlicher Gaskonzentrationen und auch zu Explosionen. Der A b b a u der E r z e erfolgte im K a m m e r - und Pfeilerbau mit Sicherheitspfeiler. U m den Gasgehalt in den Grubenbauen zu vermindern, bohrte m a n in die F i r s t e der K a m m e r n besondere Bohrlöcher zur E n t g a s u n g . D a s d a r a u s austretende Gas zündete m a n an. Die Verbrennung an der Bohr-

jgggggggl irr V / / / / / A Labraiorporphyrit GabbrvOiabase

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1 Kohlenflöze

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effusive Diabase |

lerklüftung

Abb. 1. Schematisches Profil durch einen Feldesteil des Vorkommens von Norilsk

Zeitschrift für a n g e w a n d t e Geologie (1958) Heft 10

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ULBRICH / E x p l o s i v e G a s e in Erzbergwerken

In jüngster Zeit ereigneten sich auch in den Erzgruben des W i t w a t e r s r a n d e s (Südafrikanische Union) Methanexplosionen, e) D a s Kristallin des E r z g e b i r g e s

Abb. 2. Schematisches Profil durch einen Teil des Vorkommens im Bezirk Cleveland (England) lochmündung hielt längere Zeit an. Im zweiten Weltkrieg k a m es infolge des mechanisierten und rasch fortschreitenden A b b a u s zu mehreren schweren Schlagw e t t e r k a t a Strophen Die V o r k o m m e n i m Bezirk Ontario ( C a n a d a )

N a c h d e m der A b b a u auf diesen polymetallischen L a g e r s t ä t t e n bis 1941 in Teufen u m 400 m umging, wurde kein Gas festgestellt. E r s t mit dem U b e r g a n g zu tieferen Horizonten wurde in 17 Gruben Methan nachgewiesen. Besonders die Golderzlagerstätte Central Patricia wurde s t a r k v o n Schlagwetterexplosionen heimgesucht. Die präkambrischen Gesteine dieses Bezirkes bestehen aus D i a b a s e n , Quarzporphyriten, Q u a r z i t e n , Tuffen u. a. Sie sind durch zahlreiche Sprünge und Verschiebungen gestört und in den tieferen Horizonten von einer großen Zahl K l ü f t e durchsetzt. Der A b b a u geht jetzt in etwa 1000 m T e u f e um. Abg e b a u t werden die goldhaltigen Pyrit-Arsenkies-Gänge, die in Fe-haltigen Gesteinen aufsitzen. D a s Methan ist meistens an T a s c h e n gebunden, die in allen Gesteinsarten auftreten können, und zwar vorwiegend a n Störungen, K o n t a k t e n oder K l ü f t e n . Die H e r k u n f t der G a s e ist noch nicht geklärt, m a n v e r m u t e t , daß sie sich bei sehr hohem D r u c k aus kohlenstoffhaltigem Material gebildet haben. E s ist durchaus möglich, daß das Methan in ganz b e s t i m m t e n Gesteinen entstanden ist und d a n n in andere migrierte (TIGERT 1951). d) D i e G o l d e r z (Südafrika)

und Uranlagerstätten

des

Oranje-Freistaates

Gegenwärtig sind fast alle Gold- und Uranerzgruben des Oranje-Freistaates schlagwettergefährdet. Neben Methan tritt Wasserstoff auf, dessen Gehalt in dem Gemisch brennbarer Gase gewöhnlich 2 0 — 3 0 % b e t r ä g t , in Einzelfällen aber bis auf 5 0 % steigt. Die Entzünd u n g s t e m p e r a t u r von Wasserstoff im Gemisch mit L u f t liegt bei 585° C, also bedeutend niedriger als die Z ü n d t e m p e r a t u r eines Methan-Luft-Gemisches. B e i einem Gehalt der L u f t a n beiden Gasen ergeben sich gefährliche Verhältnisse, da die zur E n t z ü n d u n g des Gemisches notwendige T e m p e r a t u r geringer sein wird als bei einem Methan-Luft-Gemisch. Die Quelle der explosiven G a s e in den E r z g r u b e n des Oranje-Freistaates bilden kohleführende Schichten v o n Sedimentgesteinen, die über den goldhaltigen Quarziten lagern. Man nimmt a n , daß CH 4 und H 2 von deszendenten W ä s s e r n aus den kohleführenden Schichten gelöst werden und in tieferen Horizonten unter b e s t i m m t e n p-, T - B e d i n g u n g e n auf Spalten, Sprüngen und Kont a k t e n in die tiefer liegenden Erzhorizonte eindringen, von wo aus sie beim A b b a u frei werden, da Druckentlastung eintritt. B e i m Niederbringen v o n Versuchsbohrungen tritt hier in der Regel eine große Menge Gas unter Druck aus. D a s Ausströmen des Gases d a u e r t gewöhnlich monatelang.

(DDR)

Bei der Untersuchung der Blei-Zinkvorkommen im südl. Teil des Freiberger Erzbezirkes, dem B r a n d e r Revier, stieß m a n 1956 bei Untertagebohrungen auf wasserführende Gangzonen im Glimmerschiefer, aus denen geringe Gasmengen a u s s t r ö m t e n . Die Gase bestehen in der H a u p t s a c h e aus Stickstoff, enthalten aber auch E d e l g a s e (He, Ne, Ar) und Kohlenwasserstoffe. In einer sehr interessanten Veröffentlichung weist G O T T E (1958) darauf hin, daß die H e r k u n f t dieser Gase keinesfalls aus zersetztem Grubenholz abzuleiten ist. E s liegt nahe, daß die auftretenden Kohlenwasserstoffe mit den in diesem Gebiet früher a b g e b a u t e n kohlenstoffhaltigen Uranerzen genetisch v e r k n ü p f t sind. Die H e r k u n f t des Methans ist jedoch noch unklar. 4. Schlußfolgerungen D a s Auftreten explosiver Gase ist h e u t e nicht mehr eine ausschließliche Besonderheit des Kali- oder Kohlenbergbaus, sondern zeigt sich immer häufiger auch beim Abbau von Erzlagerstätten. Da E r z e und deren Nebengesteine bedeutend größere Gesteinshärte als Salze oder K o h l e aufweisen, sind Schießarbeiten bei der A u s f ü h r u n g v o n bergmännischen Arbeiten ( S c h a c h t a b t e u f e n , Streckenauffahren u. a.) unerläßlich. E s ist eine T a t s a c h e , daß die Schießverfahren in harten Gesteinen bei Anwesenheit explosiver Gase in den Grubenwettern noch bei weitem nicht eingehend erforscht sind. A u s den E r f a h r u n g e n des Norilsker K o m b i n a t s (Sowjetunion) und auch denen der E r z g r u b e n im Bezirk Cleveland (England) ist ersichtlich, daß die Anwendung von Schießverfahren, wie sie in schlagwettergefährdeten Steinkohlengruben üblich sind (wenig brisante Sicherheitssprengstoffe), in harten Gesteinen keine Gewähr weder für die W i r k s a m k e i t noch für die Gefahrlosigkeit der Arbeiten geben. E s ist erforderlich, daß Schießverfahren ausgearbeitet werden, die unter den Verhältnissen schlagwetterführender E r z g r u b e n gefahrlos sind. D a b e i sollten neben den bisher vorliegenden E r f a h r u n g e n a u s schlagwettergefährdeten Gruben auch weitgehend die Ergebnisse der sowohl in der Sowjetunion wie auch in anderen L ä n d e r n durchgeführten ausgedehnten Forschungen über die U r s a c h e n und den Mechanismus der E n t z ü n d u n g eines Methan-Luft-Gemisches bei Schießarbeiten ausgewertet werden. E s ist außerdem zu erwarten, daß die gefahrlosen Schießverfahren offenbar wesentliche Änderungen a n den üblichen A b b a u s y s t e m e n , a n der Bewetterungstechnik und an anderen technischen Anlagen der Erzgruben notwendig machen. Die Ingenieure und Techniker des V E B S c h a c h t b a u , Verfestigungen und Abdichtungen sollten bei den durchzuführenden bergmännischen Arbeiten zur E r k u n d u n g von neuenErzlagerstätten in d e r D D R auch dieses Problem beachten und die entsprechenden Vorkehrungen treffen. Literatur

A L J A M S K I J , A. M.: Das Auftreten explosiver Gase in Erzbergwerken. — Gornij Journal, 1957, H. 6, S. 21 - 2 5 . GOTTE, W.: Über ein bemerkenswertes Gasvorkommen im Kristallin des Erzgebirges. - Geologie, 1958, H. 3 - 6 , S. 7 2 0 - 7 2 3 . P E R R I N S , H. J . : Transactions of the Institution of Mining Engineers. — 1954, june, v. 113, p. 7 6 3 - 7 9 8 . T I G E R T , T. T.: The Canadian Mining and Metallurgical Bulletin 1951, February Nr. 446, p. 70—73. Richtlinien der ZVK über Form und Inhalt von Vorratsberechnungen v. 6. Februar 1 9 5 7 . - Z. angew. Geol. (1957). H. 4, S. 1 8 9 - 1 9 1 .

Zeitschrift f ü r a n g e w a n d t e Geologie (1958) Heft 10

J U B I T Z / Ca-Mg-Horizontierungsmethodik für K a l k l a g e r s t ä t t e n e r k u n d u n g

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Erste praktische Anwendung der feinstratigraphischgeochemischen Ca-Mg-Horizontierungsmethodik für die Kalklagerstättenerkundung ^ (Vorläufige Mitteilung) KARL-BERNHARD JUBITZ, Berlin

N a c h Abschluß der theoretischen Voruntersuchungen gelangte j e t z t erstmalig ein neues E r k u n d u n g s v e r f a h r e n für Karbonatgesteine im R a h m e n einer Kollektivarbeit zwischen dem Geotektonischen Institut der Deutschen A k a d e m i e der Wissenschaften zu Berlin und dem V E B Zementwerk Schwanebeck zum praktischen E i n s a t z , indem beide gemeinsam ein mittelgroßes KalklagerstättenE r k u n d u n g s o b j e k t im Oberen Muschelkalk (HuywaldStruktur) auf der B a s i s feinstratigraphischer Korrelier u n g nach chemischen D i a g r a m m e n — methodisch etwa ähnlich der Horizontierung nach elektr. S C H L U M B E R GER-Diagrammen — durchgeführt haben. 1. Arbeitsmethodik Die durchschnittlich 35 m tiefen Bohrungen waren wegen der schwachen B r u c h t e k t o n i k des Untersuchungsgebietes rasterförmig angeordnet, der mittlere A b s t a n d von Bohrloch zu Bohrloch b e t r u g etwa 60 m. In 4 0 % der Fälle wurde die stratigraphisch scharf b e s t i m m b a r e Grenze Oberer Muschelkalk/Mittlerer Muschelkalk durchfahren, u m parallel und ergänzend zu den chemischen D i a g r a m m e n der einzelnen Bohrprofile auch noch petrographische Kontrollbestimmungen durchführen zu können. D a s geochemische Richtprofil ließ sich direkt a m R a n d e der b e n a c h b a r t e n , im A b b a u stehenden Großsteinbrüche der dortigen Zementindustrie abbohren und mit dem bereits vorhandenen feinstratigraphischen Richtschnitt vorausgegangener Untersuchungen kombinieren. Die S p ü l p r o b e n a u f n a h m e für die chemischen Reihenanalysen ( G e s a m t k a r b o n a t C a C 0 3 , M g C 0 3 ) erfolgte meterweise. Wesentliche ergänzende Hinweise für die D e u t u n g der chemischen Bohrprofile gaben außerdem Gewichtsbestimmungen der Spülproben und die dazugehörigen Spektren der Korngrößenanalysen. 2. Technik Z u m E i n s a t z gelangte ein Salzgitter-Bohrgerät H 60 mit 95 mm-Vollbohrkronen (Dieselantrieb); gespült wurde von einer fahrbaren K o m p r e s s o r a n l a g e mit Preßluft, bei Erreichen des hochgelegenen Grundwasserspiegels dann mit einer kombinierten Preßluft-Grundwasserspülung. F ü r den P r o b e n a u f f a n g fanden v o m Gerätewerk der Deutschen A k a d e m i e der Wissenschaften zu Berlin konstruierte Auffangvorrichtungen Verwendung. D a s Umsetzen des Bohrgerätes erfolgte auf Schlitten mittels T r a k t o r e n , wobei sich ein Minimum an toter „ S t a n d z e i t " ergab. Der Materialgewinn an Spülproben b e t r u g durchschnittlich etwa 8 0 — 9 0 % , liegt also u m ein Mehrfaches höher, als es erfahrungsgemäß bei normalen Kernx) In Anlehnung an das Vortragsreferat „Theoretische und technische Gesichtspunkte zur geochemischen Horizontierung in Ca-Mg-Gesteinen (Kalklagerstättenerkundung und tekton. Strukturanalyse)", gehalten vor der Sektion Berlin der Geologischen Gesellschaft in der DDR am 5. 6.1958.

bohrungen in diesen flachen Teufenbereichen ( < 50 m) und dieser bohrtechnisch schwierig zu bearbeitenden Kalk-Tonmergel-Wechselfolge der Ceratitenschichten zu erwarten gewesen wäre. D a d u r c h war eine korrekte Durchschnittsprobenaufnahme als A u s g a n g s b a s i s für die geochemischen Untersuchungen gewährleistet. Bohrtechnische Schwierigkeiten t r a t e n infolge der ungünstigen Witterungsbedingungen vor allem beim Ansatz der B o h r u n g e n (Anbohren) durch Vereisung der Preßluft-Austrittsdüsen an den Vollbohrkronen (JOULE THOMSON-Effekt) auf, ferner beim Durchbohren der Oberfläche des Grundwasserhorizontes sowie in mächtigeren Tonmergelzonen (Verstopfen der Düsen und d a m i t ungleichmäßige F ö r d e r u n g der Spülproben). 3. Ergebnis Wissenschaftlich: Insgesamt ließ sich der wissenschaftliche Nachweis führen, daß sich das feinstratigraphisehpetrographische Profil des Oberen Muschelkalkes im engeren Untersuchungsgebiet durch ein entsprechendes geochemisches ersetzen läßt, da der Sedimentationsr h y t h m u s K a l k / T o n bzw. darüber hinaus auch Dolomit/ K a l k / T o n charakteristisch genug ist, u m a n h a n d der geochemischen D i a g r a m m e b e n a c h b a r t e Bohrprofile stratigraphisch miteinander zu vergleichen und d a m i t den A u f b a u sowie die Z u s a m m e n s e t z u n g des K a l k v o r kommens zu erkennen. E i n e Feinhorizontierung der Schichteinheiten mittels numerischer Einzelwerte ist hier nicht möglich, ausgenommen v o n einigen Tonmergelhorizonten im Liegenden der Ceratitenschichten, die infolge ihres geringen K a r b o n a t g e h a l t e s auffällige Minima in der chemischen G e s a m t k u r v e hervorrufen. Besonders ist in diesem Z u s a m m e n h a n g darauf hinzuweisen, daß ebenfalls die petrographisch sonst so bezeichnende Grenze Mittlerer Muschelkalk/Oberer Muschelkalk geochemisch in den G e s a m t k a r b o n a t k u r v e n ( C a C 0 3 + M g C 0 3 ) nicht z u m Ausdruck k o m m t , da hier lediglich ein grundlegender Wechsel im Verhältnis D o l o m i t / K a l k a u f t r i t t , der methodisch nur über MgCO s B e s t i m m u n g e n erfaßbar ist. Dieser „ M a g n e s i u m s t o ß " an der B a s i s des Oberen Muschelkalkes (Gelbe Basisschichten KLEINSORGEs) wurde zusätzlich als zweite K o n t r o l l b e s t i m m u n g für die einwandfreie stratigraphische Horizontierung der Bohrlöcher untereinander benutzt, zumal er gleichzeitig in chemischer Hinsicht die untere A b b a u g r e n z e des K a l k v o r k o m m e n s für die Portlandzementfabrikation angibt. Ökonomisch: Im Vergleich zu ähnlichen, aber mit Kernbohrungen gefahrenen E r k u n d u n g s o b j e k t e n hat das neue Verfahren seine R e n t a b i l i t ä t voll und ganz unter Beweis gestellt: Der Meterpreis für die Bohrkosten wurde auf mehr als 1 / 1 0 des Kernmeterpreises gesenkt, die zeitliche Bohrleistung ließ sich — obgleich die technische Zusammenstellung des Bohrzeuges durchaus noch den Charakter einer Großversuchsanlage zeigte — etwa auf das 3—4fache einer normalen K e r n b o h r u n g steigern (entsprechende Vergleichswerte für den bohr-

Zeitschrift lür angewandte Geologie (1968) Heft 10

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KÖHLER & REUTER / Ingenieurgeologische

t e c h n i s c h leichter z u b e a r b e i t e n d e n U n t e r e n Muschelkalk: 1 / 2 0 — 1 / 3 0 , 10 —20faeh; JUBITZ 1957). E i n g e s p a r t w u r d e n allein bei diesem O b j e k t e t w a 5 0 0 0 0 DM, obwohl sich d a b e i die Q u a l i t ä t d e r E r k u n dung durch den höheren Spülprobengewinn und damit die bessere E n t n a h m e v o n D u r c h s c h n i t t s m u s t e r n f ü r die I n d u s t r i e erheblich v e r b e s s e r n ließ. Die E i n f ü h r u n g dieses n e u e n A r b e i t s v e r f a h r e n s in die P r a x i s , a n dessen E n t w i c k l u n g ein K o l l e k t i v v o n Geologen m i t g e a r b e i t e t h a t , b e d e u t e t g e g e n ü b e r der bish e r i g e n E r k u n d u n g s f o r m also eine b e t r ä c h t l i c h e Rationalisierung.

4. Ausblick Als zweiter B e t r i e b in d e r D D R h a t d e r V E B E r d ö l u n d E r d g a s d a s V e r f a h r e n versuchsweise z u m A b b o h r e n des Muschelkalkgewölbes einer E r d g a s s t r u k t u r im T h ü r i n g e r B e c k e n ü b e r n o m m e n , insbesondere z u r gen a u e n K o n s t r u k t i o n v o n S t r u k t u r a r t e n u n d d a m i t als T e i l e r k u n d u n g z u r K l ä r u n g der g r u n d l e g e n d e n F r a g e ,

Probleme

inwieweit in G e b i e t e n m i t geringer A b t e i l u n g s t e k t o n i k p o s t s a l i n a r e S t r u k t u r e n Hinweise z u m A n s a t z s c h w e r e r B o h r u n g e n auf i n t r a - u n d s u b s a l i n a r e A u f w ö l b u n g e n (Erdgas) geben k ö n n e n . E i n z e l h e i t e n dieser E r k u n d u n g s f o r m , v o r allem met h o d i s c h e r A r t , w e r d e n d e m n ä c h s t in d e r „ Z e i t s c h r i f t f ü r a n g e w a n d t e Geologie" z u m A b d r u c k gelangen, d a diese F o r m d e r „ k e r n l o s e n F e i n - H o r i z o n t i e r u n g " sich a u c h auf a n d e r e schichtige K a r b o n a t g e s t e i n e des weiter e n U n t e r s u c h u n g s g e b i e t e s (Zechstein, J u r a , Kreide) e r w e i t e r n lassen wird u n d d a h e r g r ö ß e r e p r a k t i s c h e Anwendung verspricht. A n einer E r w e i t e r u n g d e r M e t h o d i k a u c h auf die k a r b o n a t a r m e n Gesteine wird g e g e n w ä r t i g g e a r b e i t e t .

5. Literatur J U B I T Z , K.-B.: Kombinierte feinstratigraphisch-geochemische Methoden zur Rationalisierung der Kalklagerstättenerkundung. - Ber. Geol. Ges. D D R 2, S. 121, Berlin 1957. — Zur feinstratigraphisch-geochemischen Horizontierungsmethodik in Kalksedimenten (Trias). — Geologie (im Druck).

Einige ingenieurgeologische Probleme beim Bau v von Talsperren in der CSR RICHARD KÖHLER & FRITZ REUTER, B e r l i n & J e n a

1. Einführung A n l ä ß l i c h eines E r f a h r u n g s a u s t a u s c h e s m i t t s c h e c h o slowakischen T a l s p e r r e n - G e o l o g e n h a t t e n die Verfasser i m O k t o b e r 1957 Gelegenheit, einige T a l s p e r r e n in d e r ÖSR z u b e s u c h e n . E s w a r möglich, a n v e r s c h i e d e n e n Obj e k t e n die w i c h t i g s t e n geologischen E r k u n d u n g s m e t h o d e n k e n n e n z u l e r n e n . V o n d e r Vielzahl d e r b e s u c h t e n T a l s p e r r e n in d e n B e s k i d e n , im t s c h e c h i s c h e n E r z g e b i r g e u n d im B ö h m e r w a l d sollen n u r einige h e r a u s g e g r i f f e n w e r d e n , d e r e n geologische B e a r b e i t u n g a u c h f ü r die Ingenieurgeologen d e r D D R v o n Interesse sein d ü r f t e . E s h a n d e l t sich u m A b d i c h t u n g s m a ß n a h m e n u n d d e r e n V o r v e r s u c h e , wie sie uns a m Beispiel d e r T a l s p e r r e n i m M o r a v a - F l u ß u n d bei 2 e r m a n i c e gezeigt w u r d e n . Die E r r i c h t u n g v o n K r a f t w e r k e n in einem F l u ß l e r n t e n wir a n d e n S p e r r e n bei Slapy u n d Orlic in d e r Moldau k e n n e n . Schließlich k a n n noch ü b e r die geologischen A r b e i t e n bei d e r Anlage eines K a v e r n e n k r a f t w e r k e s b e i L i p n o i m Oberlauf d e r Moldau b e r i c h t e t w e r d e n . V o n tschechischer Seite w u r d e n wir d u r c h die Kollegen Dr. PROKOP, I n g e n i e u r ROTH, I n g e n i e u r SEJICE u n d d e r e n M i t a r b e i t e r n g e f ü h r t , d e n e n wir a n dieser Stelle u n s e r e n D a n k sagen m ö c h t e n . U n s e r D a n k g e b ü h r t w e i t e r h i n allen Dienststellen u n d F a c h k o l l e g e n , die u n s g r o ß z ü g i g u n d k a m e r a d s c h a f t l i c h einen E i n b l i c k in die T ä t i g k e i t d e r Ingenieurgeologie g e w ä h r t e n .

2. Talsperre bei Moravska im Morava-Fluß I m M o r a v a - F l u ß ist ein 38 m h o h e r E r d d a m m v o n r u n d 350 m L ä n g e g e p l a n t . E r soll als S t e i n s c h ü t t d a m m m i t wasserseitiger T o n d i c h t u n g a u s L ö ß l e h m u n d T o n g e b a u t w e r d e n . Die S p e r r e d i e n t d e r T r i n k wasserversorgung. D e r B a u g r u n d b e s t e h t a u s F l y s c h , d e r im wesentlichen a u s S a n d s t e i n e n u n d g e r i n g m ä c h t i g e n Tonschieferlagen gebildet ist. Der f e s t e Felsen w i r d ü b e r l a g e r t v o n L o c k e r g e s t e i n e n , die sich g a n z ü b e r w i e g e n d a u s F l u ß s c h o t t e r n , G e h ä n g e s c h u t t u n d A u l e h m zusammensetzen.

Als geologische U n t e r s u c h u n g s a r b e i t e n w u r d e n n a c h der D u r c h f ü h r u n g eines S c h u r f p r o g r a m m e s , d a s die Mächtigkeitsverhältnisse der Lockergesteinsschichten k l ä r e n sollte, m e h r e r e K e r n b o h r u n g e n jeweils in G r u p p e n z u 3 L ö c h e r n n i e d e r g e b r a c h t , in d e n e n W a s ser-Durchlässigkeitsprüfungen und Zementinjektionen d u r c h g e f ü h r t w u r d e n . M a n b o h r t gewöhnlich m i t S t a h l s c h r o t u n d v e r l a n g t einen E n d d u r c h m e s s e r v o n 79 m m . Der K e r n g e w i n n b e t r ä g t in d e r Regel 90%, a u c h in k l ü f t i g e n G e s t e i n e n w e r d e n 30 bis 4 0 % h i e r b e i nicht u n t e r s c h r i t t e n . Auf G r u n d d e r W a s s e r d u r c h l ä s s i g k e i t s p r ü f u n g u n d der Z e m e n t i n j e k t i o n w e r d e n a u ß e r d e n bei u n s ü b l i c h e n W e r t e n , wie D u r c h l ä s s i g k e i t p r o M e t e r u n d M i n u t e bei der W D - P r ü f u n g u n d a u f g e n o m m e n e Z e m e n t m e n g e p r o Verpressungsstufe,vonden Ingenieurgeologen n o c h f o l g e n d e E r g e b n i s s e verlangt: a) E i n ü b e r s c h l ä g i g e r W e r t ü b e r die Gesamtmengedes Injektionsgutes, das f ü r die A n l a g e des s p ä t e r e n Dicht u n g s s c h l e i e r s u n d bei d e r B a u g r u n d v e r g ü t u n g erforderlich ist; b) A n g a b e n , bei w e l c h e m V e r p r e s s u n g s d r u c k die Deckgebirgsschicht e n eine D e f o r m a t i o n zeigen. Aus diesen G r ü n d e n ist es a u c h erklärlich, w e s h a l b die B o h r l ö c h e r in D r e i e r g r u p p e n a n g e l e g t w e r d e n . Die E r g e b n i s s e der W a s s e r d u r c h l ä s s i g k e i t s p r ü f u n g w e r d e n ganz ä h n l i c h wie bei u n s a u s g e w e r t e t u n d d a r g e stellt. Betreffs der V e r p r e s s u n g des U n t e r g r u n d e s w e r d e n in t e c h n i s c h e r Beziehung andere Methoden angewendet. Neuerdings verwendet m a n zum Absperren des Bohrloches Abb 1 Zirkulationsobturator

einen sogenannten Zirkulationso b t u r a t o r ( A b b . l ) . Die Arbeitsweise

Zeitschrift lür angewandte Geologie (1968) Heft 10

470

KÖHLER & REUTER / Ingenieurgeologische

t e c h n i s c h leichter z u b e a r b e i t e n d e n U n t e r e n Muschelkalk: 1 / 2 0 — 1 / 3 0 , 10 —20faeh; JUBITZ 1957). E i n g e s p a r t w u r d e n allein bei diesem O b j e k t e t w a 5 0 0 0 0 DM, obwohl sich d a b e i die Q u a l i t ä t d e r E r k u n dung durch den höheren Spülprobengewinn und damit die bessere E n t n a h m e v o n D u r c h s c h n i t t s m u s t e r n f ü r die I n d u s t r i e erheblich v e r b e s s e r n ließ. Die E i n f ü h r u n g dieses n e u e n A r b e i t s v e r f a h r e n s in die P r a x i s , a n dessen E n t w i c k l u n g ein K o l l e k t i v v o n Geologen m i t g e a r b e i t e t h a t , b e d e u t e t g e g e n ü b e r der bish e r i g e n E r k u n d u n g s f o r m also eine b e t r ä c h t l i c h e Rationalisierung.

4. Ausblick Als zweiter B e t r i e b in d e r D D R h a t d e r V E B E r d ö l u n d E r d g a s d a s V e r f a h r e n versuchsweise z u m A b b o h r e n des Muschelkalkgewölbes einer E r d g a s s t r u k t u r im T h ü r i n g e r B e c k e n ü b e r n o m m e n , insbesondere z u r gen a u e n K o n s t r u k t i o n v o n S t r u k t u r a r t e n u n d d a m i t als T e i l e r k u n d u n g z u r K l ä r u n g der g r u n d l e g e n d e n F r a g e ,

Probleme

inwieweit in G e b i e t e n m i t geringer A b t e i l u n g s t e k t o n i k p o s t s a l i n a r e S t r u k t u r e n Hinweise z u m A n s a t z s c h w e r e r B o h r u n g e n auf i n t r a - u n d s u b s a l i n a r e A u f w ö l b u n g e n (Erdgas) geben k ö n n e n . E i n z e l h e i t e n dieser E r k u n d u n g s f o r m , v o r allem met h o d i s c h e r A r t , w e r d e n d e m n ä c h s t in d e r „ Z e i t s c h r i f t f ü r a n g e w a n d t e Geologie" z u m A b d r u c k gelangen, d a diese F o r m d e r „ k e r n l o s e n F e i n - H o r i z o n t i e r u n g " sich a u c h auf a n d e r e schichtige K a r b o n a t g e s t e i n e des weiter e n U n t e r s u c h u n g s g e b i e t e s (Zechstein, J u r a , Kreide) e r w e i t e r n lassen wird u n d d a h e r g r ö ß e r e p r a k t i s c h e Anwendung verspricht. A n einer E r w e i t e r u n g d e r M e t h o d i k a u c h auf die k a r b o n a t a r m e n Gesteine wird g e g e n w ä r t i g g e a r b e i t e t .

5. Literatur J U B I T Z , K.-B.: Kombinierte feinstratigraphisch-geochemische Methoden zur Rationalisierung der Kalklagerstättenerkundung. - Ber. Geol. Ges. D D R 2, S. 121, Berlin 1957. — Zur feinstratigraphisch-geochemischen Horizontierungsmethodik in Kalksedimenten (Trias). — Geologie (im Druck).

Einige ingenieurgeologische Probleme beim Bau v von Talsperren in der CSR RICHARD KÖHLER & FRITZ REUTER, B e r l i n & J e n a

1. Einführung A n l ä ß l i c h eines E r f a h r u n g s a u s t a u s c h e s m i t t s c h e c h o slowakischen T a l s p e r r e n - G e o l o g e n h a t t e n die Verfasser i m O k t o b e r 1957 Gelegenheit, einige T a l s p e r r e n in d e r ÖSR z u b e s u c h e n . E s w a r möglich, a n v e r s c h i e d e n e n Obj e k t e n die w i c h t i g s t e n geologischen E r k u n d u n g s m e t h o d e n k e n n e n z u l e r n e n . V o n d e r Vielzahl d e r b e s u c h t e n T a l s p e r r e n in d e n B e s k i d e n , im t s c h e c h i s c h e n E r z g e b i r g e u n d im B ö h m e r w a l d sollen n u r einige h e r a u s g e g r i f f e n w e r d e n , d e r e n geologische B e a r b e i t u n g a u c h f ü r die Ingenieurgeologen d e r D D R v o n Interesse sein d ü r f t e . E s h a n d e l t sich u m A b d i c h t u n g s m a ß n a h m e n u n d d e r e n V o r v e r s u c h e , wie sie uns a m Beispiel d e r T a l s p e r r e n i m M o r a v a - F l u ß u n d bei 2 e r m a n i c e gezeigt w u r d e n . Die E r r i c h t u n g v o n K r a f t w e r k e n in einem F l u ß l e r n t e n wir a n d e n S p e r r e n bei Slapy u n d Orlic in d e r Moldau k e n n e n . Schließlich k a n n noch ü b e r die geologischen A r b e i t e n bei d e r Anlage eines K a v e r n e n k r a f t w e r k e s b e i L i p n o i m Oberlauf d e r Moldau b e r i c h t e t w e r d e n . V o n tschechischer Seite w u r d e n wir d u r c h die Kollegen Dr. PROKOP, I n g e n i e u r ROTH, I n g e n i e u r SEJICE u n d d e r e n M i t a r b e i t e r n g e f ü h r t , d e n e n wir a n dieser Stelle u n s e r e n D a n k sagen m ö c h t e n . U n s e r D a n k g e b ü h r t w e i t e r h i n allen Dienststellen u n d F a c h k o l l e g e n , die u n s g r o ß z ü g i g u n d k a m e r a d s c h a f t l i c h einen E i n b l i c k in die T ä t i g k e i t d e r Ingenieurgeologie g e w ä h r t e n .

2. Talsperre bei Moravska im Morava-Fluß I m M o r a v a - F l u ß ist ein 38 m h o h e r E r d d a m m v o n r u n d 350 m L ä n g e g e p l a n t . E r soll als S t e i n s c h ü t t d a m m m i t wasserseitiger T o n d i c h t u n g a u s L ö ß l e h m u n d T o n g e b a u t w e r d e n . Die S p e r r e d i e n t d e r T r i n k wasserversorgung. D e r B a u g r u n d b e s t e h t a u s F l y s c h , d e r im wesentlichen a u s S a n d s t e i n e n u n d g e r i n g m ä c h t i g e n Tonschieferlagen gebildet ist. Der f e s t e Felsen w i r d ü b e r l a g e r t v o n L o c k e r g e s t e i n e n , die sich g a n z ü b e r w i e g e n d a u s F l u ß s c h o t t e r n , G e h ä n g e s c h u t t u n d A u l e h m zusammensetzen.

Als geologische U n t e r s u c h u n g s a r b e i t e n w u r d e n n a c h der D u r c h f ü h r u n g eines S c h u r f p r o g r a m m e s , d a s die Mächtigkeitsverhältnisse der Lockergesteinsschichten k l ä r e n sollte, m e h r e r e K e r n b o h r u n g e n jeweils in G r u p p e n z u 3 L ö c h e r n n i e d e r g e b r a c h t , in d e n e n W a s ser-Durchlässigkeitsprüfungen und Zementinjektionen d u r c h g e f ü h r t w u r d e n . M a n b o h r t gewöhnlich m i t S t a h l s c h r o t u n d v e r l a n g t einen E n d d u r c h m e s s e r v o n 79 m m . Der K e r n g e w i n n b e t r ä g t in d e r Regel 90%, a u c h in k l ü f t i g e n G e s t e i n e n w e r d e n 30 bis 4 0 % h i e r b e i nicht u n t e r s c h r i t t e n . Auf G r u n d d e r W a s s e r d u r c h l ä s s i g k e i t s p r ü f u n g u n d der Z e m e n t i n j e k t i o n w e r d e n a u ß e r d e n bei u n s ü b l i c h e n W e r t e n , wie D u r c h l ä s s i g k e i t p r o M e t e r u n d M i n u t e bei der W D - P r ü f u n g u n d a u f g e n o m m e n e Z e m e n t m e n g e p r o Verpressungsstufe,vonden Ingenieurgeologen n o c h f o l g e n d e E r g e b n i s s e verlangt: a) E i n ü b e r s c h l ä g i g e r W e r t ü b e r die Gesamtmengedes Injektionsgutes, das f ü r die A n l a g e des s p ä t e r e n Dicht u n g s s c h l e i e r s u n d bei d e r B a u g r u n d v e r g ü t u n g erforderlich ist; b) A n g a b e n , bei w e l c h e m V e r p r e s s u n g s d r u c k die Deckgebirgsschicht e n eine D e f o r m a t i o n zeigen. Aus diesen G r ü n d e n ist es a u c h erklärlich, w e s h a l b die B o h r l ö c h e r in D r e i e r g r u p p e n a n g e l e g t w e r d e n . Die E r g e b n i s s e der W a s s e r d u r c h l ä s s i g k e i t s p r ü f u n g w e r d e n ganz ä h n l i c h wie bei u n s a u s g e w e r t e t u n d d a r g e stellt. Betreffs der V e r p r e s s u n g des U n t e r g r u n d e s w e r d e n in t e c h n i s c h e r Beziehung andere Methoden angewendet. Neuerdings verwendet m a n zum Absperren des Bohrloches Abb 1 Zirkulationsobturator

einen sogenannten Zirkulationso b t u r a t o r ( A b b . l ) . Die Arbeitsweise

Zeitschrift für angewandte Geologie ( 1 9 5 8 ) Heft 10 KÖHLER & REUTER / Ingenieurgeologische Probleme

fy*

dieses Gerätes ist folgenderm a ß e n : Durch ein äußeres R o h r wird die Zement-WasserSuspension in das Bohrloch und die von ihm abgehenden Klüfte hineingepreßt. Man beginnt mit einem relativ zementarmen Gemisch, etwa in dem Verhältnis von einem Teil Zement und acht Teilen Wasser. Nachdem die feinsten Klüfte durch dieses Gemisch verpreßt sind, wird während des Arbeitsganges das Gemisch gewechselt unter Beibehaltung des Verpressungsdruckes und eine zementreichere Suspension eingepreßt. Der Wechsel des Gemisches ist dadurch möglich, weil der abgeschlossene R a u m unterhalb des Obturators ausgespült werden k a n n und das erste Gemisch durch das in das Loch hineinragende R o h r wieder hinaufsteigen kann. Während des Wechsels der Gemische kann der Druck durch das Einpressen von Spülwasser beibehalten werden. Man legt W e r t darauf,

y^ßi W^V

¿ a ß zuerst mit einem zementarmen Gemisch verpreßt wird und später der Zementanteil in der Suspension bis zu einem Verhältniszwischen Wasser und Zement von 1 : 1 erhöht wird. Auf Grund der Vorstellung der tschechischen Ingenieurgeologen nimmt man an, daß das arme Gemisch erst in die feinsten Klüfte eindringt und sich in größeren Klüften auf der liegenden Kluftwand sedimentiert. Durch die Regulierung des Zement-WasserGemisches wird also ein gleichmäßiges Füllen der Klüfte und Spalten gewährleistet.

Zur Feststellung der Deformation der Gebirgsschichten verfährt man so, daß das mittlere Bohrloch einer DreierA b b . 2. U n t e r s u c h u n g s b o h r u n g a n der T a l s p e r r e gruppe injiziert wird und in bei M o r a v s k a ( B e s k i d e n ) . die äußeren beiden Löcher M e ß e i n r i c h t u n g z u r B e - Meßgeräte eingebaut werden s t i m m u n g des A u f w ö l (Abb. 2). Die Meßlöcher werbungsdruckes bei den durch eine einzementierte Probeinjektionen K a p p e nach oben hin abgeschlossen. Auf diese Kappe stößt der S t i f t einer Meßuhr, die an einem R o h r befestigt ist, das durch die oben erwähnte K a p p e bis etwa zur halben Bohrlochtiefe hinabreicht, wo das R o h r durch eine obturatorähnliche Einrichtung festgeklemmt ist. In diesem R o h r befindet sich ein weiteres R o h r , das auf der Bohrlochsohle locker aufsitzt. An der Oberkante des Rohres befindet sich eine weitere Meßuhr, die durch einen Stift mit dem äußeren R o h r verbunden ist. Durch

471 diese Einrichtung ist es möglich, die Aufwölbung der Gebirgsschichten in verschiedenen Teufen festzustellen. Der Druck, bei welchem die Deformation eintritt, errechnet sich nach folgender F o r m e l :

Hierin s i n d :

•Y •h •p,

P = x =

Druck, ein K o e f f i z i e n t , der A u s k u n f t ü b e r K l ü f t i g k e i t ü b e r die L a g e r u n g s v e r h ä l t n i s s e gibt, y = spezifisches Gewicht des Gesteins, h = M ä c h t i g k e i t der a u f g e w ö l b t e n G e b i r g s s c h i c h t e n , (J. = ein Sicherheitskoeffizient.

bzw.

Bei Tonschiefer rechnet man in der Regel mit x = 1. Bei nicht geklüftetem Granit liegt dieser W e r t nach den Erfahrungen der tschechischen Kollegen zwischen 4 und 8. Das Arbeiten mit dem Zirkulationsobturator bietet einen weiteren großen Vorteil. Während bei den bei uns gebräuchlichen Apparaten der Druck während der Wasserdurchlässigkeitsprüfung nur von dem Bohrloch abgelesen bzw. eingestellt werden kann und also die Konstanz des Druckes von der Belastung der Wasserleitung und von dem Betrieb weiterer an ihr angeschlossener Versuchsstellen abhängig ist, ermöglicht das Arbeiten mit dem Zirkulationsobturator den Druck dadurch weitgehend konstant zu halten, daß das eingedrückte Wasser aus dem äußeren R o h r aust r i t t , in die Klüfte eindringt, dort teilweise abfließt und überschüssiges Wasser, welches bei plötzlichem Druckstoß anfällt, durch das innere, in das Bohrloch hineinragende R o h r dann abfließen kann. Der Prüfdruck wird also an zwei Manometern gemessen, und zwar am Einlauf und Ablauf. Da es sich um selbstschreibende Manometer handelt, kann anhand der aufgezeichneten K u r v e entschieden werden, ob die erhaltenen W e r t e brauchbar sind, oder ob die Prüfung wiederholt werden muß.

Druck

Druck A b b . 3. A u s w e r t u n g s v e r s u c h v o n W a s s e r d r u c k p r ü f u n g e n . E s soll dabei f e s t g e s t e l l t werden, ob die K l ü f t e v o n l e h m i g e n Massen freigespült oder v e r s e t z t werden. O b e n : Die S p a l t e wird freigespült. U n t e n : Die S p a l t e v e r s t o p f t sich w ä h r e n d des P r ü f v o r g a n g e s

Zeitschrift für angewandte Geologie (1958) Heft 10

472 Bei der Wasserdruckprobe verfährt man so, daß man mit der Prüfung bei einem Druck von 2 atü beginnt, dann auf 0 heruntergeht, mit 4 atü weiterarbeitet und in dieser Art allmählich den Druck steigert. Anhand einer graphischen Darstellung, in der auf der Ordinate der Druck aufgetragen wird und auf der Abszisse die Wasserverluste in Litern, erkennt man, ob die Klüfte sich während des Prüfvorganges säubern oder ob sie verstopft werden (Abb. 3). Bei allen Arbeiten werden grundsätzlich Kernbohrungen durchgeführt. Das ist auch bei den betrieblichen Injektionsarbeiten der Fall. Damit während des Bohrvorganges die Klüfte nicht durch den entstandenen Bohrschmand versetzt werden können, wird in der Sowjetunion und in den U S A neuerdings mit indirekter Spülung gearbeitet, d. h. der Spülstrom wird außerhalb des Kernrohres in das Bohrloch hineingedrückt und kommt im Gestänge wieder aus dem Bohrloch heraus. Bei der Darstellung der geologischen Untersuchungsarbeiten werden folgende Daten berücksichtigt (Abb.4): 1. Geologische Schichtenfolge, unterschieden nach petrographischen Gesichtspunkten. 2. Der Kerngewinn. Hierbei werden angegeben einmal der Kerngewinn in Prozenten und zum anderen die maximale Länge der Kernbruchstücke. E s handelt sich hierbei um eine der unsrigen ganz ähnliche Darstellung, jedoch erfolgt bei uns die Darstellung des Kernes in einer Säule, wo zu beiden Seiten die geologische Schichtenfolge aufgetragen wird. Auch wir stellen den Gesamtkerngewinn und die Größe der Bruchstücke dar. Während allerdings bei uns nur der Gesamteindruck des Kernes auf Grund der Darstellung wirken kann, ist es in der C S R möglich, die direkten Daten abzulesen. 3. Druck + hydrostatischer Druck bei der Wasserdurchlässigkeitsprüfung. Dieses sollte deshalb nicht fehlen, da u. E. aus diesen Werten in Zusammenhang mit den Wasserverlusten zu erkennen ist, ob es sich um viele enge Spalten oder aber um einzelne weite Spalten handelt (siehe R E U T E R 1958). 4. Wasserverluste in Liter pro Minute und Meter. 5. und 6. Druck und Wasserverluste pro Stufe. Während man unter Punkt 4 einen Durchschnittswert erhält, ist es anhand dieser letzten beiden Daten möglich, den Gesamtwirkungsbereich der Wasserdurchlässigkeitsprüfung darzustellen. Eine genaue Lokalisierung der Stelle, an der die Wasserverluste auftreten, ist allerdings auch hier nicht möglich, wenn die Stufe größer ist als die Zonen, in denen das Wasser abläuft. 7. Zeitdruck-Diagramm der Verpressung und das Verhältnis Wasser —Zement. Da bei jedem Versuch Unregelmäßigkeiten auftreten, ist es aus dieser Kurve sofort ersichtlich, ob ein Wert brauchbar ist oder nicht. 8. Verbrauchtes Gemisch in Liter pro Stufe. Auch auf Grund dieser Darstellung ist es möglich, Rückschlüsse auf die Art der Klüfte zu erhalten. Eine Spalte, die sehr viel zementarmes, dünnes Gemisch und nur eine geringe Menge an zementreichem, dickerem Gemisch aufnimmt, ist wahrscheinlich enger als eine, bei der das Verhältnis gerade umgekehrt ist. 9. Verbrauch an Zement in Kilogramm pro Stufe. Dadurch, daß man grundsätzlich mit einer Mischung von 1 Teil Zement und 8 Teilen Wasser beginnt und mit einem dichteren Gemisch aufhört, glaubt man erreichen zu können, daß auch in sehr enge Spalten

KÖHLER & REUTER / Ingenieurgeologische P r o b l e m e

injiziert werden kann. Man geht hierbei von einigen theoretischen Erwägungen aus, die im Zusammenhang mit Abb. 3 bereits dargelegt sind. Allerdings liegen in der C S R bisher noch keine in der Praxis gewonnenen Beweise für diese Annahme vor. Rein theoretisch gesehen dürfte die Möglichkeit der Verpressung einer Kluft nicht abhängig sein von der Art des Gemisches, sondern von der Größe der Einzelkörner des Zementes. Das heißt, jede Kluft müßte verpreßt werden können, wenn die Eingangsöffnurig nicht kleiner ist als die Zementkorngröße. E s soll allerdings nicht geleugnet werden, daß bei einem dünneren Gemisch ohne weiteres die Möglichkeit gegeben ist, daß der Zement auf Grund des hohen Wasseranteiles besser transportiert werden kann. 3. 2ermanice Dieses Objekt könnte man als Überleitungssperre bezeichnen. Durch eine Sperrmauer von 38 m Höhe und 475 m Länge, die als Schwergewichtsmauer ausgebildet wird, wird das Wasser der Lucina angestaut und durch einen Kanal dem Morava-Becken zugeleitet. Der geologische Untergrund besteht aus Kreideflysch. In diesem Falle handelt es sich um Tonschiefer, der von einer Decke von Teschenit überlagert wird (Abb. 5). Durch die Erosion des Flusses ist teilweise das Eruptivgestein aus der Mitte des Tales ausgeräumt worden, so daß an manchen Stellen der Gründungssohle Tonschiefer und an anderer Teschenit ansteht. Nach Möglichkeit vermeidet man Bauwerke auf solchem Untergrund zu gründen, der infolge der verschiedenen petrographischen Ausbildung zu unterschiedlichen Setzungen neigt. In Zermanice hat man dieser Tatsache durch bestimmte bauliche Maßnahmen Rechnung getragen: a) Die Mauer wurde in d e m Bereich, wo der Tonschiefer ansteht, verbreitert, so daß die auf G r u n d der L a b o r v e r s u c h e ermittelten unterschiedlichen S e t z u n g e n der einzelnen Gesteine durch die größere Fläche, auf der die B e l a s t u n g ruht, weitgehendst ausgeglichen wird. b) E s war erforderlich, auch bei der U n t e r g r u n d - A b dichtung den verschiedenen S e t z u n g e n R e c h n u n g zu tragen. Man hat in dem Bereich, wo der Tonschiefer ansteht bzw. die Teschenitdecke nur geringmächtig ist, eine Beton-Membrane, die bis 28 m unter die Geländeoberfläche reicht, 3 m breit u n d 112 m l a n g ist, auf der Wasserseite der Mauer angelegt. Die Membrane besteht a u s S p a n n b e t o n u n d ist untergliedert in Blöcke zu j e 5 m L ä n g e . Sie ist mit der Mauer durch Anker gelenkig verbunden. Der H o h l r a u m , der zwischen der Membrane u n d der Mauer besteht, wird durch Ton ausgefüllt, der die endgültige A b d i c h t u n g herbeiführt. Der übrige Bereich der Mauer wird durch einen normalen Dichtungsschleier gesichert. U m nun eine A b d i c h t u n g zwischen der Beton-Membrane und dem Dichtungsschleier herbeizuführen, werden nach Abklingen der S e t z u n g s b e w e g u n g der Mauer wenige Schleierbohrungen gestoßen. Interessant ist es in diesem Z u s a m m e n h a n g , daß P l a n u n g u n d B a u a u s f ü h r u n g während der E r r i c h t u n g der Mauer es gestatten, entsprechend den j eweiligen unvorhergesehenen Situationen A b ä n d e r u n g e n vorzunehmen.

4. Talsperre bei Krimov Auf die Talsperre im Krimovbach, die als Schwergewichtsmauer ausgeführt wird und eine Höhe von 48 m mit einer Kronenlänge von 204 m erhalten wird, soll nur ganz kurz eingegangen werden. E s zeigen sich hier infolge der dort ebenfalls aufgetretenen Rutschung gewisse Parallelen zu unserer Rappbodesperre. Der geologische Untergrund besteht hier aus Biotitgneis, der sehr gut geschichtet ist. Das Streichen und Einfallen der Schieferung verläuft parallel zum rechten

Zeitschrift für angewandte Geologie ( 1 9 5 8 ) Heft 10 KÖHLER & R E U T E R / Ingenieurgeologische P r o b l e m e

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schiefer, während der andere Hang aus Porphyroiden und Epidioriten aufgebaut wird. Das Streichen der Schieferung verläuft etwa in Mauerrichtung, das Einfallen sehr steil zum Bekken. An dieser Stelle sind sehr ausgiebige Voruntersuchungen durchgeführt worden. Erst das dritte Projekt konnte zur Durchführung kommen, da bei dem einen ein fossiler Bergrutsch nachgewiesen wurde und auch die zweite Stelle sich als nicht sehr günstig erwies. Interessant ist die Art der Bauausführung (Abb. 7). Wie aus der AbJ A b b . 5. Geologisches Profil und geologischer Grundriß der Talsperre bei Zermanice bildung zu sehen ist, werden zuerst die Teile der Mauer errichtet, die die FunktionsTalhang. Den hier aufgetretenen Rutschungen beblöcke, d. h. Überfall, Grundablaß und Turbinen aufgegnete man dadurch, daß am rutschgefährdeten Hang nehmen sollen. Die Baugrube für diese Teile der Mauer beim Baugrubenaushub jeweils nur ganz schmale wurde durch einen Schutzdamm gegen Wasserzuflüsse kammartige Einschnitte angelegt wurden. Unmittelbar gesichert. Der Damm besteht aus einem Geröll vernach dem Felsaushub wurden die Blöcke betoniert. Zu schiedener Korngröße bis zur Tonfraktion. Die Abgrößeren Rutschungen ist es auf Grund dieser Arbeitsdichtung erfolgte durch eine Stahlspundwand. Wie wir weise nicht gekommen. uns selbst überzeugen konnten, waren die Wasserzuflüsse in der Baugrube äußerst gering. Auf dem Bild 5. Die Moldau-Talsperren ist weiterhin zu sehen, daß auf der Wasserseite der Der letzte Teil unserer Reise führte uns ins Tal der zukünftigen Baugrube bereits ein Fangdamm geschüttet Moldau bis zum südlichen Teil des Böhmerwaldes. Die wird, der die Baugrube des übrigen Teiles der Mauer erste Staustufe liegt unmittelbar südlich Prag bei gegen Wasserzuflüsse sichern soll. Während der ErrichSlapy. Die Höhe der Sperrmauer beträgt 66 m, der tung des Betonkörpers außerhalb der Funktionsblöcke Inhalt des Stauraumes 270 Millionen m 3 . Der Stausee wird die Moldau über die Funktionsblöcke geleitet. ist 43 km lang. Der geologische Untergrund besteht aus Amphibolitschiefern des Algonkiums. Das Streichen verläuft parallel der Mauer. Das Einfallen ist zur Luftseite geneigt und beträgt 50 — 75°. An geologischen Untersuchungsarbeiten wurden mehrere Stollen von 5 bis 10 m Länge und außer Schürfen auch Kernbohrungen bis zu einer Tiefe von 40 m durchgeführt. Das Dichtungsorgan besteht aus einem Schleier von 15 m Tiefe. Die Löcher sind zweireihig versetzt angelegt. Es handelt sich bei Slapy um eine Schwergewichtsmauer mit einem „Sprungschanzenüberfall". Unter der Sprungschanze befindet sich ein Kraftwerk mit 3 Turbinen, mit einer Leistung von je 150 MW. Geologisch hat die, Errichtung der Sperrmauer keine Schwierigkeiten bereitet. Während der Bauzeit wurde die Moldau durch einen Stollen geleitet. Die Baugrube war gegen die Wasserseite durch einen Fangdamm von 18 m Höhe 50 m oberhalb der Sperrstelle gesichert. Auf der Luftseite der Baugrube befand sich ebenfalls ein etwas niedrigerer Fangdamm. Zur Abdichtung der Fangdämme wurde eine oberflächliche Tonschürze aufgebracht und nach der Tiefe hin eine Spundwand errichtet. Der Zufluß in der Baugrube betrug 10 — 15 m 3 pro Minute. Der Fangdamm oberhalb des Stauwerkes ist nach Inbetriebnahme als Geröllsperre erhalten geblieben (Abb. 6). Bei Orlic wird in der Moldau eine zweite Staustufe als Schwergewichtsmauer mit einer Höhe von 75 m errichtet. Der geologische Untergrund besteht in der Talsohle und auf dem einen Hang aus Amphibolit-

Die oberste Staustufe der Moldau wird bei Lipno im südlichen Böhmerwald errichtet. Die Sperre wird zu zwei Dritteln als Erddamm und zu einem Drittel in Beton ausgeführt. Die Funktionsblöcke sind hier die einzigen Betonteile. Sie wurden ebenfalls zuerst gebaut, um später bei Errichtung des Erddammteiles die Moldau aufnehmen zu können. Die Stauhöhe wird 25 m betragen. Der geologische Untergrund besteht aus Granit, der von einer bis 12 m mächtigen Lockergesteinsdecke überlagert wird. Auch bei der Lipnoer

A b b . 6. Talsperre bei S l a p y in der Moldau. R e c h t s im B i l d die Talsperre mit „ S p r u n g s c h a n z e n ü b e r f a l l " . Unter d e m Überfall sind die T u r b i n e n eingebaut. L i n k s im B i l d der Umleitungsstollen während der B a u z e i t

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STRAUBEL: A u f g a b e n des Markscheiders

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Abb. 7. Die Talsperre bei Lipno in der Moldau. Rechts im Bild die Talsperre, die teils als Damm und teils als Betonmauer (Funktionsblöcke) errichtet wird. In der linken Bildhälfte das Einlaufbauwerk für ein 160 m unter der Erdoberfläche befindliches Kavernenkraftwerk S p e r r e wurde v o n einem Dichtungsschleier abgesehen, da eine derartige D i c h t u n g in Lockergesteinen nur äußerst schwer angelegt werden kann. Deshalb wurde hier ganz ähnlich wie bei der Sperre in Zermanice ein B e t o n k e r n v o n 12 m Tiefenerstreckung unter Flußwasserspiegel und 2,5 m Dicke errichtet. Unterhalb des Betonkernes wird noch ein einreihiger Dichtungsschleier bis zu einer Tiefe v o n 15 m unterhalb der Unterk a n t e der B e t o n m e m b r a n e a u s g e f ü h r t . Der A b s t a n d der B o h r u n g e n untereinander b e t r ä g t 2,0—2,5 m. Die geologischen Untersuchungsarbeiten wurden sehr ausgiebig betrieben. Mit Hilfe v o n elektrischen K a r t i e r u n g s methoden wurden 3 Profile zur B e s t i m m u n g der Mächtigkeit der Lockergesteinsdecke untersucht. Außerdem wurden mehrere B o h r u n g e n und 2 Schächte angelegt. D u r c h die S c h ä c h t e wurden gleichzeitig die mit Hilfe der B o h r u n g e n durchgeführten Wasserdurchlässigkeitsuntersuchungen und Probeinjektionen ü b e r p r ü f t . E s stellte sich dabei heraus, daß solche K l ü f t e , die sehr s t a r k verlehmt waren, keinen guten Verpressungserfolg zeigten. Der B e t o n d i c h t u n g s k e r n mußte deshalb so tief gegründet werden, d a m i t die Zone der verlehmten K l ü f t e in den Bereich der M e m b r a n e zu liegen k a m . D a s sind m a x i m a l 24 m v o n der Geländeoberfläche aus gerechnet. Die S p e r r m a u e r h a t die A u f g a b e , d a s Wasser der Moldau a n z u s t a u e n und dann ein K a v e r n e n - K r a f t w e r k zu speisen (Abb. 7). D a s K a v e r n e n k r a f t w e r k ist folgendermaßen a n g e l e g t : Wenig oberhalb der S p e r r m a u e r befinden sich 2 S c h ä c h t e mit einem zunächst größeren Durchmesser v o n 6 m , nach B e t o n i e r u n g m i t einem lichten v o n 4,5 m, durch die d a s Wasser über eine Verschlußk a m m e r in die eigentliche K a v e r n e gelangt, die 2 Turbinen mit einer L e i s t u n g v o n je 60 MW a u f n i m m t . Die K a v e r n e befindet sich 160 m unter Geländeoberkante.

Der Ausfluß des W a s s e r s erfolgt durch einen Stollen von 3,5 k m L ä n g e . Interessant ist die B a u a u s f ü h r u n g der K a v e r n e . Man beginnt nach Ausschießen und Betonierung eines Gewölbes die K a v e r n e v o n oben nach unten a u s z u r ä u m e n . Gegen Steinschlaggefahr u n d niederbrechende Felspartien sichert m a n sich im ersten Falle durch Drahtnetze, im zweiten F a l l durch d a s Einbringen v o n Ankern. Die Anker werden folgendermaßen e i n g e b a u t : Durch gefährdete Gesteinsschollen wird ein Bohrloch bis in den sicheren Felsen getrieben. S o d a n n wird eine Glasröhre, die mit Zementmörtel gefüllt ist und in der Mitte den eigentlichen S t a h l a n k e r enthält, in d a s Bohrloch geführt. D u r c h einen Schlag auf den S t a h l a n k e r zerplatzt die Röhre, so daß sich der B e t o n mit d e m Gestein verbindet. N a c h dem Abbinden des B e t o n s erhält der S t a h l a n k e r eine P l a t t e , die mit einer Mutter festgeschraubt wird.

6. Zusammenfassung Wir h a b e n einmal einige der v o n uns g e m a c h t e n B e o b a c h t u n g e n anläßlich eines E r f a h r u n g s a u s t a u s c h e s und v o n Baustellenbesichtigungen in der Ö S R dargelegt, u m auch anderen Fachkollegen, die auf ähnlichen Gebieten t ä t i g sind, Anregungen zu geben, wie in manchen Situationen die ingenieurgeologischen E r k u n d u n g e n zu lenken sind und welche Vorschläge sich auf Grund besonderer ingenieurgeologischer Untersuchungsergebnisse ergeben. Wir h a b e n bewußt nicht viele Einzelheiten gebracht, sondern a u s der Menge der E i n d r ü c k e einige ausgewählt und dabei v o n Darstellungen abgesehen, die in unserer eigenen F a c h l i t e r a t u r zu finden sind und auch auf unseren Baustellen b e o b a c h t e t werden können. Im großen und ganzen konnte festgestellt werden, daß die einzelnen U n t e r s u c h u n g s a r t e n u n d E r g e b n i s s e sich in ganz ähnlicher R i c h t u n g bewegen wie bei uns. D a s trifft insbesondere bei der A u f f a s s u n g der Wasserdurchlässigkeitsprüfungen und Zementinjektionen zu. E s ist erstrebenswert, daß auch andere Fachkollegen ihre E r f a h r u n g e n mitteilen, u m immer mehr zu einer verfeinerten und zweckmäßigeren U n t e r s u c h u n g s m e t h o d e zu kommen. Denn es ist durchaus nicht so, daß z. B . in der Verpressungstechnik bereits d a s letzte Wort gesprochen ist. Alle bisher durchgeführten Methoden stellen letzten E n d e s nur Versuche dar und gründen sich meistens nur auf theoretische E r w ä g u n g e n , ohne daß m a n in der P r a x i s in j e d e m Fall Belege für die Richtigkeit dieser E r ö r t e r u n g e n bringen kann.

Literatur

R E U T E R , F . : Wasserdurchlässigkeitsprüfungen und Baugrundvergütung als ingenieurgeologische Untersuchungsmethoden bei Talsperrenbauten. — Z. angew. Geol. 4, 4., Berlin 1958. ZARUBA, Q. & J . R Y B Ä R J . : Erfahrungen bei der Injektion eines Dichtungsschleiers in gestörten Schiefern (tschechisch). — Sonderdruck aus der Zeitschrift „Ingenieurbau", Nr. 4, Prag 1957. V E R F E L , J . , ROTH, VL. & L. J A R O L I M E K : Untersuchung der Gesteine durch Wasserdruckprüfungen (tschechisch). — Vodni hospodärstvi (Wasserwirtschaft) 1956.

Aufgaben des Markscheiders bei der geologischen Erkundung RUDOLF STRAUBEL, Berlin

Der Markscheider der Staatlichen Geologischen K o m m i s s i o n h a t k a u m Zeit und Gelegenheit, sich mit geologischen D a t e n der v o n ihm betreuten Objekte im einzelnen zu befassen, wie sein Kollege im Produktionsbetrieb es t u n muß. Da seine Arbeiten jedoch diese D a t e n im R ä u m e einander zuordnen, ist es notwendig,

daß er alle anfallenden Ergebnisse bei der P l a n u n g seiner Arbeiten berücksichtigt. Mit Selbstverständlichkeit greift der Geologe zur Zeichnung und K a r t e und der B e r g m a n n z u m Grubenbild. In wenigen Minuten sind die K o o r d i n a t e n u n d die Höhe einer B o h r u n g notiert oder die F a k t o r e n einer

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Abb. 7. Die Talsperre bei Lipno in der Moldau. Rechts im Bild die Talsperre, die teils als Damm und teils als Betonmauer (Funktionsblöcke) errichtet wird. In der linken Bildhälfte das Einlaufbauwerk für ein 160 m unter der Erdoberfläche befindliches Kavernenkraftwerk S p e r r e wurde v o n einem Dichtungsschleier abgesehen, da eine derartige D i c h t u n g in Lockergesteinen nur äußerst schwer angelegt werden kann. Deshalb wurde hier ganz ähnlich wie bei der Sperre in Zermanice ein B e t o n k e r n v o n 12 m Tiefenerstreckung unter Flußwasserspiegel und 2,5 m Dicke errichtet. Unterhalb des Betonkernes wird noch ein einreihiger Dichtungsschleier bis zu einer Tiefe v o n 15 m unterhalb der Unterk a n t e der B e t o n m e m b r a n e a u s g e f ü h r t . Der A b s t a n d der B o h r u n g e n untereinander b e t r ä g t 2,0—2,5 m. Die geologischen Untersuchungsarbeiten wurden sehr ausgiebig betrieben. Mit Hilfe v o n elektrischen K a r t i e r u n g s methoden wurden 3 Profile zur B e s t i m m u n g der Mächtigkeit der Lockergesteinsdecke untersucht. Außerdem wurden mehrere B o h r u n g e n und 2 Schächte angelegt. D u r c h die S c h ä c h t e wurden gleichzeitig die mit Hilfe der B o h r u n g e n durchgeführten Wasserdurchlässigkeitsuntersuchungen und Probeinjektionen ü b e r p r ü f t . E s stellte sich dabei heraus, daß solche K l ü f t e , die sehr s t a r k verlehmt waren, keinen guten Verpressungserfolg zeigten. Der B e t o n d i c h t u n g s k e r n mußte deshalb so tief gegründet werden, d a m i t die Zone der verlehmten K l ü f t e in den Bereich der M e m b r a n e zu liegen k a m . D a s sind m a x i m a l 24 m v o n der Geländeoberfläche aus gerechnet. Die S p e r r m a u e r h a t die A u f g a b e , d a s Wasser der Moldau a n z u s t a u e n und dann ein K a v e r n e n - K r a f t w e r k zu speisen (Abb. 7). D a s K a v e r n e n k r a f t w e r k ist folgendermaßen a n g e l e g t : Wenig oberhalb der S p e r r m a u e r befinden sich 2 S c h ä c h t e mit einem zunächst größeren Durchmesser v o n 6 m , nach B e t o n i e r u n g m i t einem lichten v o n 4,5 m, durch die d a s Wasser über eine Verschlußk a m m e r in die eigentliche K a v e r n e gelangt, die 2 Turbinen mit einer L e i s t u n g v o n je 60 MW a u f n i m m t . Die K a v e r n e befindet sich 160 m unter Geländeoberkante.

Der Ausfluß des W a s s e r s erfolgt durch einen Stollen von 3,5 k m L ä n g e . Interessant ist die B a u a u s f ü h r u n g der K a v e r n e . Man beginnt nach Ausschießen und Betonierung eines Gewölbes die K a v e r n e v o n oben nach unten a u s z u r ä u m e n . Gegen Steinschlaggefahr u n d niederbrechende Felspartien sichert m a n sich im ersten Falle durch Drahtnetze, im zweiten F a l l durch d a s Einbringen v o n Ankern. Die Anker werden folgendermaßen e i n g e b a u t : Durch gefährdete Gesteinsschollen wird ein Bohrloch bis in den sicheren Felsen getrieben. S o d a n n wird eine Glasröhre, die mit Zementmörtel gefüllt ist und in der Mitte den eigentlichen S t a h l a n k e r enthält, in d a s Bohrloch geführt. D u r c h einen Schlag auf den S t a h l a n k e r zerplatzt die Röhre, so daß sich der B e t o n mit d e m Gestein verbindet. N a c h dem Abbinden des B e t o n s erhält der S t a h l a n k e r eine P l a t t e , die mit einer Mutter festgeschraubt wird.

6. Zusammenfassung Wir h a b e n einmal einige der v o n uns g e m a c h t e n B e o b a c h t u n g e n anläßlich eines E r f a h r u n g s a u s t a u s c h e s und v o n Baustellenbesichtigungen in der Ö S R dargelegt, u m auch anderen Fachkollegen, die auf ähnlichen Gebieten t ä t i g sind, Anregungen zu geben, wie in manchen Situationen die ingenieurgeologischen E r k u n d u n g e n zu lenken sind und welche Vorschläge sich auf Grund besonderer ingenieurgeologischer Untersuchungsergebnisse ergeben. Wir h a b e n bewußt nicht viele Einzelheiten gebracht, sondern a u s der Menge der E i n d r ü c k e einige ausgewählt und dabei v o n Darstellungen abgesehen, die in unserer eigenen F a c h l i t e r a t u r zu finden sind und auch auf unseren Baustellen b e o b a c h t e t werden können. Im großen und ganzen konnte festgestellt werden, daß die einzelnen U n t e r s u c h u n g s a r t e n u n d E r g e b n i s s e sich in ganz ähnlicher R i c h t u n g bewegen wie bei uns. D a s trifft insbesondere bei der A u f f a s s u n g der Wasserdurchlässigkeitsprüfungen und Zementinjektionen zu. E s ist erstrebenswert, daß auch andere Fachkollegen ihre E r f a h r u n g e n mitteilen, u m immer mehr zu einer verfeinerten und zweckmäßigeren U n t e r s u c h u n g s m e t h o d e zu kommen. Denn es ist durchaus nicht so, daß z. B . in der Verpressungstechnik bereits d a s letzte Wort gesprochen ist. Alle bisher durchgeführten Methoden stellen letzten E n d e s nur Versuche dar und gründen sich meistens nur auf theoretische E r w ä g u n g e n , ohne daß m a n in der P r a x i s in j e d e m Fall Belege für die Richtigkeit dieser E r ö r t e r u n g e n bringen kann.

Literatur

R E U T E R , F . : Wasserdurchlässigkeitsprüfungen und Baugrundvergütung als ingenieurgeologische Untersuchungsmethoden bei Talsperrenbauten. — Z. angew. Geol. 4, 4., Berlin 1958. ZARUBA, Q. & J . R Y B Ä R J . : Erfahrungen bei der Injektion eines Dichtungsschleiers in gestörten Schiefern (tschechisch). — Sonderdruck aus der Zeitschrift „Ingenieurbau", Nr. 4, Prag 1957. V E R F E L , J . , ROTH, VL. & L. J A R O L I M E K : Untersuchung der Gesteine durch Wasserdruckprüfungen (tschechisch). — Vodni hospodärstvi (Wasserwirtschaft) 1956.

Aufgaben des Markscheiders bei der geologischen Erkundung RUDOLF STRAUBEL, Berlin

Der Markscheider der Staatlichen Geologischen K o m m i s s i o n h a t k a u m Zeit und Gelegenheit, sich mit geologischen D a t e n der v o n ihm betreuten Objekte im einzelnen zu befassen, wie sein Kollege im Produktionsbetrieb es t u n muß. Da seine Arbeiten jedoch diese D a t e n im R ä u m e einander zuordnen, ist es notwendig,

daß er alle anfallenden Ergebnisse bei der P l a n u n g seiner Arbeiten berücksichtigt. Mit Selbstverständlichkeit greift der Geologe zur Zeichnung und K a r t e und der B e r g m a n n z u m Grubenbild. In wenigen Minuten sind die K o o r d i n a t e n u n d die Höhe einer B o h r u n g notiert oder die F a k t o r e n einer

Zeitschrift für angewandte Geologie (1958) Heft 10 STRAUBEL / A u f g a b e n des Markscheiders

475 2. Objektgeologe u n d Zentralgeologe

Bohru ngen

3. Technik

Trig. Pkt.

A b b . 1. (ohne M a ß s t a b )

Inhaltsberechnung abgegriffen. Diese Selbstverständlichkeit und dieser geringe Zeitaufwand sind das Ergebnis der markscheiderischen Arbeiten. A. Allgemeines Ein erster Auftrag, z. B. die Einmessung einiger Bohrungen, macht den Markscheider damit bekannt, daß in einem bestimmten Gebiet die geologische Erkundung einsetzt. Dieser Auftrag ist fest umrissen und wird sachlich von einer Markscheiderbrigade unter Leitung eines Fachschulingenieurs erledigt. Der Markscheider selbst muß, wenn er seiner Aufgabe gerecht werden will, sich schon jetzt einen Überblick über die Größenordnung der geplanten Erkundung verschaffen. Danach richten sich seine Anweisungen zur Durchführung der ersten Messungen. Wenn die Bohrungen selbst der Erkundung genügen, kann es hinreichend sein, sie nach örtlichen Festpunkten auf eine vorhandene Katasterkarte usw. einzumessen und auf ihre Koordinaten und Höhen zu verzichten. Sind sie dagegen der Beginn einer komplexen Untersuchung, müssen die Messungen so angelegt werden, daß sie 1. in alle zu erwartenden Erweiterungen des ersten Auftrages widerspruchsfrei eingeordnet werden können, 2. durch ihre Genauigkeit und ihre Verteilung den kommenden Messungen weitgehendst vorarbeiten, 3. ohne Nach- und Neumessungen für Zwecke der Bergaufsicht, der geodätischen Kontrolle und anderer Dienststellen verwertbar sind. Da geologische Erkundungen und mit ihr die geodätisch-markscheiderischen Arbeiten kontinuierlich von den Zwischenergebnissen beeinflußt werden, ist es nicht möglich, Schema tisch über die Durchführung des ersten Vermessungsauftrages zu entscheiden. Der Markscheider muß grundsätzlich und fortlaufend mit Geologie und Technik Fühlung behalten. Dabei sind die persönlichen Auffassungen der geologischen Bearbeiter ebenso zu beachten wie die Rohstofflage unserer volkseigenen Industrie und die Wünsche und Möglichkeiten der Technik (VEB-Schachtbau, V E B Bohrungen, V E B Erdöl). Die Auswertung aller Informationen und ein sicherer Überblick über das eigene Fachgebiet sind die Grundlagen der Entscheidung über die Art der Vermessungen und den Einsatz der Markscheiderbrigaden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die ersten Auftraggeber mit ihren Wünschen am Anfang einer Reihe von Forderungen nach zeichnerischen Darstellungen, Zahlenwerten und technischen Angaben stehen, die sich i. a. nachfolgendem Schema aufbauen: Auftraggeber 1. Objektgeologe u n d Bohrbetriebe

Wünsche B o h r a n s a t z p u n k t e u n d Schürfe in v o r h a n d e n e K a r t e n eintragen bzw. nach Koordinaten bestimmen

4. Geologen, Technik und Bergbauinspekt. 5. übernehmender V E Betrieb, Zentrales Konstruktionsbüro usw.

Topografie 1 : 1 0 0 0 bis 1 : 2 0 0 0 u n d Einarbeitung von 1; zusätzlich oberflächennahen B e r g b a u und B e r g b a u f o l g e n (Halden, Pingen usw.) Großmaßstäbliche L a g e p l ä n e für den A u f b a u der Schachtanlage, A u s w e r t u n g alter Risse, Trassier u n g der S t r o m z u f u h r , Vorflut usw. Grubenbild m i t D a r s t e l l u n g der Tagessituation, der B o h r u n g e n usw. Zusammenfassende zeichnerische Darstellungen, g e s a m t e s Rißwerk einschließlich der Messungs- u n d Rechnungsunterlagen.

Diese Verflechtung von vielseitigen Ansprüchen an die markscheiderischen Arbeiten macht eine ordnende Hand notwendig, die nicht an einen der Auftraggeber gebunden sein darf, sondern im Interesse der Einheitlichkeit aller Messungen außerhalb der einzelnen über das Objekt hingehenden Erkundungsabschnitte stehen muß. Diese Einheitlichkeit vom ersten Bohrloch bis zur Schlußvermessung zu wahren, ist die Aufgabe des Markscheiders, denn er muß mit seiner Unterschrift gegenüber der Bergbauinspektion die Garantie für die Richtigkeit aller in ein Grubenbild eingearbeiteten Daten übernehmen. B . Beispiel An einem inzwischen zu Ende gegangenen Objekt sei der Ablauf der geodätischen und markscheiderischen Arbeiten erläutert. Der erste Auftrag forderte die Einmessung einiger Bohrungen. Da über die weitere Bearbeitung von geologischer Seite keine bindenden Angaben gemacht werden konnten und brauchbare Karten des Gebietes nicht vorlagen, wurde von vornherein die Einmessung nach Koordinaten und der Anschluß an das Landeshöhennetz vorgenommen. Dies war vertretbar, da der Arbeitsaufwand hierfür infolge der Nähe eines trigonometrischen Punktes gering war. Mit Hilfe der in Abb. 1 gezeigten Konstruktion wurden die Punkte 1 und 2 nach Koordinaten bestimmt und von ihnen aus ohne weitere Streckenmessung die Bohransatzpunkte eingemessen. Auf eine dauerhafte Vermarkung von 1 und 2 mußte verzichtet werden, weil diese Punkte ohne Rücksicht auf die örtliche Lage nach günstigen Schnitten zu den Bohrungen ausgesucht wurden und im Acker lagen. Durch örtliche Einmessung wurden sie jedoch für die nach Lage der Dinge zu erwartende Topografie gesichert. Als Ergebnis dieses ersten Auftrages wurden die Koordinaten und Höhen der Bohransatzpunkte ausgeliefert. Für die auf Grund der Bohrergebnisse geplanten geologischen Arbeiten genügten die vorhandenen Vergrößerungen von Meßtischblättern bald nicht mehr. Da es aber immer wieder vorkommt, daß solche Vergrößerungen zur Beantwortung von Fragen herangezogen werden, die dem Zweck des Originals und der Aussagesicherheit der Vergrößerung widersprechen, wird in den Erläuterungen zu Abb. 2 und Abb. 3 ein Beispiel besprochen, das einen Einblick in die Möglichkeiten und Grenzen solcher Darstellungen gibt. Das Ergebnis dieses Beispiels spricht nicht gegen die Meßtischblätter, sondern gegen die kritiklosen Benutzer ihrer Vergrößerungen. U m die bei Abb. 2 und 3 gezeigten Unsicherheiten auszuschalten, wurde eine Topografie 1:2000 angefertigt. Hierbei waren die Punkte 1 und 2 eine wertvolle Stütze

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Abb. 4 (Quadrate C2 u. B 2 der Abb. 3) Carl Zeiß J e n a (Abb. 5). Hierbei werden die aufzunehmenden Geländepunkte an Ort und Stelle auf der runden Folie zugelegt. Gegenüber älteren Methoden ergibt sich eine Ersparnis an Zeit und eine Verringerung der Fehlerquellen, weil die Ubergänge v o m Geländepunkt zur Zahl (Ablesen von Richtung und Entfernung und Beobachtungseintragung Niederschrift) und von der Zahl auf die zeichnerische Darstellung (Kartierung im Büro) gespart werden.

für die Skelettpolygone, die das Gerüst der Detailaufnahme bilden. E i n e n Ausschnitt in Originalgröße zeigt Abb. 4. Bei dem behandelten Beispiel war außer Nachrichten über einige alte Gräbereien und Stollenbetriebe kein früherer B e r g b a u bekannt. W e n n alte Rißunterlagen vorgelegen h ä t t e n , wäre bereits hier ihre Einarbeitung und Auswertung notwendig gewesen. Das Gebiet, welches Abb. 4 zeigt, ist auch in Abb. 2 enthalten. Der wesentliche Vorteil der Abb. 4 ist das weitgehende Detail und die A k t u a l i t ä t der Darstellung. Die Meßtischblattaufnahmen liegen oft 20 J a h r e und mehr zurück. Die topografischen Aufnahmen erfolgen heute innerhalb der ST. G. K. fast ausschließlich mit dem Zeißschen Kartiertisch, einem hochmodernen Gerät des V E B

Die topografische Aufnahme des Geländes erfordert großes Können und viel E r f a h r u n g im Erfassen seiner charakteristischen Eigenschaften'. Gerade lagerstättenhöffige Gebiete sind auf Grund ihrer geologischen Geschichte und alter Bergbauspuren oft schwer aufzunehmen, besonders, wenn das Gebiet dicht bewaldet ist. E i n charakteristisches Beispiel für ein solches Gebiet

E r l ä u t e r u n g e n zu Abbildungen 2 und 3

Punkt

Abb. 3. zeigt in erster Linie eine Vielzahl von Einzelheiten und eine Differenzierung der Geländeformen, dia in Abb. 2 fehlen. Im einzelnen vergleiche man z . B . : a) die Autobahnunterführung bei C 4/5 b) die Böschungsdarstellung entlang der Autobahn c) die Linienführung des Schlangenbaches d) das Wegenetz in C/D 3 (z. T. schematisiert, z. T. fehlend) e) die Steinbruchsdarstellung in C 1 usw. Die Einschränkung der Brauchbarkeit von Abb. 2 hat ihre Ursachen einmal im Aufnahmemaßstab der zum Generalisieren zwingt [a, b und c] und in der mangelnden Aktualität [d und e]. Um die Aufnahme 1 : 2 5 000, aus welcher Abb. 2 entstanden ist, lesbar zu machen, ist es aber auch notwendig, kleine Formen vollständig wegzulassen, wie z. B. ganze Gruppen von Böschungen und Pingen in C 2, A 2, B 3/4 usw. Die mangelnde Aktualität der Abb. 2 drückt sich ebenfalls in den Grenzlinien der Kulturarten aus, wie z. B . in D 4 usw. Aber auch die Entnahme von Zahlenwerten auf Abb. 2 ist mit Fehlern behaftet, wie z. B. ein Vergleich von Punkthöhen zeigt:

A B C D

Abb. 2 425 428 472 473

m m m m

Abb. 3 428 432 476 469

m m m m

Differenz 3 4 4 4

m m m m

Diese Fehler sind eine Folge der gröberen Linienführung der Höhenkurven in Abb. 2, wie sie z. B . in D 2 besonders augenfällig ist. Während die Autobahn in Abb. 2 etwa noch in wahrer Breite erscheint, ist es bei andern Verkehrswegen nicht mehr der Fall. So ist der Weg nördlich und parallel der Autobahn 12—13 m breit, statt 5 m. Die Straße, auf welche er mündet, erscheint s t a t t 8 m, 18 — 20 m breit usw. Greift man z. B. die Entfernung von der Mühlenbrücke in B 2 nach der Wegegabel in C 2 ab, so ergeben sich statt 320 m 308 m. Wegen der nichtmaßstäblichen Darstellung der Wege kommen manche Flächenstücke überhaupt nicht oder nur andeutungsweise zur Darstellung, wie z. B . das Wäldchen in der Wegeschleife in C 4.

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zeigt Abb. 6. Das Meßtischblatt und auch die deutsche Grundkarte 1:5000 werden in solchen Gebieten nie die zur geologischen Beurteilung notwendigen Angaben liefern können, da sie aus weitab liegenden anderen Gründen angefertigt werden. Bei dem als Beispiel behandelten Objekt wurde auf Grund der geologischen Erkundungsergebnisse eine bergmännische Untersuchung notwendig. Dadurch mußten die bisher geschaffenen Unterlagen ursprünglich nicht vorgesehenen Anforderungen von Seiten der Technik genügen. Eine Vergrößerung der Topografie auf 1:1000 diente als Grundlage für die Planung der Tagesanlagen des Schachtes. Die Tätigkeit der Markscheiderbrigade wechselte mit Beginn des Abteufens aus dem Gebiet der allgemeinen Geodäsie auf das der Ingenieurmessung über, um später endgültig in rein markscheiderischen Arbeiten aufzugehen. Während des Abteufens fallen i. a. folgende Arbeiten a n : Abstecken der Betriebsgebäude Festlegen und Sichern der Schachtachsen Trassieren der Hochspannungsleitung Kontrolle der Vorflut Einrichten der Fördermaschine und der Seilscheiben Kontrolle der Schieflage des Schachtes Angaben zur Auffahrung des Fluchtweges.

Abb. 5. Zeißscher Kartiertisch

Während dieser Arbeiten muß ein genau bestimmter Festpunkt und eine einwandfreie Richtung möglichst dicht an die Schachtscheibe herangebracht werden, an welche später sämtliche Untertagemessungen an-

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schließen. Hierfür waren im vorliegenden Falle die in Abb. 7 gezeigten trigonometrischen Arbeiten notwendig. Die vorhandenen trigonometrischen P u n k t e erlaubten eine günstige Anlage der Messung für die Bestimmung

Abb. 7 (ohne Maßstab) von P u n k t 3. E r lag jedoch zu weit vom Schacht entfernt» so daß die P u n k t e 4 und 5 von ihm aus bestimmt wurden (4 lag etwa 20 m neben der Schachtscheibe). Punkt 3 lag mitten auf einem Acker und konnte nur durch einen Eisenbolzen 1 m unter der Erde gesichert werden. Die Punkte 4 und 5 dagegen wurden fest zementiert, so daß sie als unveränderliche P u n k t e jederzeit für Anschlußmessungen zur Verfügung stehen. Sie sind auf etwa

i 5 cm im Landesnetz bestimmt. Die Unsicherheit der Richtung zwischen ihnen beträgt etwa i 30 c o . Nach Erreichen der Endteufe des Schachtes sollte ein erster Querschlag in Richtung auf ein bestimmtes Bohrloch gefahren werden. E s machte sich j e t z t bezahlt, daß die Einmessung der Bohrlöcher von vornherein nach Koordinaten vorgenommen worden war. Die Richtung des Querschlages wurde zunächst provisorisch mit dem K o m p a ß angegeben und nach Auffahrung von etwa 50 m Strecke die Schachtlotung durchgeführt. Das Ziel der Schachtlotung ist die Übertragung von Richtungen und Koordinaten vom übertägigen Vermessungsnetz nach unter Tage. E r s t durch sie wird es bei senkrechten Schächten möglich, die Messungen über und unter Tage zu verbinden und gemeinsam darzustellen. Sie ist eine wesentliche Grundlage des von der Bergbauinspektion verlangten Grubenbildes, das für die Grubensicherheit und die Betriebsführung notwendig ist. Eine Schachtlotung wird zweimal an zwei verschiedenen Tagen ausgeführt. E s wird eine Sicherheit der Richtungsangabe von ^ 2° verlangt. Wären im vorliegenden Falle die Bohrungen nicht nach Koordinaten bestimmt gewesen, so h ä t t e man ihre Ansatzpunkte nach der örtlichen Einmessung im Gelände wieder herstellen und dann in das Landesnetz einmessen müssen. Auch ohne den Wunsch der Geologen, den Querschlag auf eine bestimmte Bohrung zu fahren, wäre dies notwendig gewesen, denn alle Bohrungen im Bereich eines Grubenbildes müssen mit ihren Teufen nach Koordinaten eingetragen werden.

tSe, 3

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