Zeitschrift für Angewandte Geologie: Band 15, Heft 11 November 1969 [Reprint 2021 ed.] 9783112561508, 9783112561492

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ZEITSCHRIFT FÜR ANGEWANDTE GEOLOGIE

A U S DEM I N H A L T

H. Glander Hydrogeologische Kartierung in der DDR und ihre Aussage i'iir die Regionalprognose nutzbaren Grundwassers L. Luckner

HERAUSGEGEBEN VOM ZENTRALEN GEOLOGISCHEN

INSTITUT

IM A U F T R A G DES S T A A T S S E K R E T A R I A T S FÜR G E O L O G I E

Problematik der Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen durch Vorgabe von Absenkungsstadien W . F. Barabanow Die Genese hydrothermaler Gänge und das Problem der Herkunft ihres mineralischen Stoffbestands E. Stolle Klassifizierung der Veränderlichkeit der wichtigsten Kalilagerstättenmerkmale B. Preuß Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen M. Lange & S. Pulscher Über die Beziehungen zwischen petrographischen Parametern und gesteinstechnischen Kennwerten von Festgesteinen

A K A D E M I E

- V E R LA Q

B E R L I N

BAND 1 5 / H E F T 1 1 NOVEMBER 1 9 6 » SEITE 5 5 9 - 6 1 0 -

INHALT Glakder, II.

LtrCKNEB, L.

Strogaxow, W. P.

Uspenski, W. A.

COAEPHAHME

Hydrogeologische Kartierung in der DDR und ihre Avissage für die Regionalprognose nutzbaren Grundwassers Problematik der Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen durch Vorgabe von Absenkungssl adien Über den Einfluß toniger Deckschichten auf die Lage des Gas/ Wasser- und Gas/Öl-Kontakts in mehrschichtigen Lagerstätten Über die Grundlagen der genetischen Klassifikationen fossiler organischer Substanzen verschiedener Art

Bababaxow, W. F. Die Genese hydrothermaler Gänge und das Problem der Herkunft ihres mineralischen Stoffbestandes S t o l l e , E. Klassifizierung der Veränderlichkeit der wichtigsten Kalilagerstättenmerkmalo Welinskij, W. W. Wie und wo bilden sich Magmen? Petrow, A. P., & Die Klassifikation geologischer M. M. E l l a n s k i j Objekte mit Hilfe von Zeichenerkennungsprogrammen und Programmen der mehrfachen Regressionsanalyse Preuss, B. Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen I. Prüfungsmöglichkeiten der Standardoberflächen

CONTENTS

riiftporeoiiormecKaH cteMKa B r f l P h ee BHCKa3i.iBaHHe huh pernoHajibHoro nporHosa noaesiibix iiohsgmhhx bor HpoöneMaTHKa nofl,cieTa neyCTaHOBHBiiiHXCH TeTi> Ha mhoronnacTOBLix MeeropoH6Kthbhhx H3MepenHfi oTpaataTejibHofi CnOCOÖHOCTH. I. B03M0HiH0CTIl npoBGpKH cTannapTHtix no-

On the Problematic Character of 591 Objective Reflection Measurements. I. Possibilities of Testing Standard Surfaces

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577

584 588 590

BepXHOCTGii

Lange, M., & S. P u t s c h e s

Nöldeke, W. Kattteb, K.

Über die Beziehungen zwischen petrographischen Parametern und gesteinstechnischen Kennwerten von Festgesteinen. Dargestellt am Beispiel eines Syenitporphyrs

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Hbix nopoa. H306pajKGH0 na npHMGpe CHGHHT-nop$Hpa

On Relations between Pctrogra- 590 phical Parameters and Technical Characteristics of Solid Rocks. Illustrated by the Example of a Syenite Porphyry

Das Obervise Kirchhain Bauxitvorräte Länder

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The Upper Visean of Doberliig- GOO Kirchhain Bauxile Reserves of Capitalist G03 Countries

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Besprechungen und Referate, Informationen und Kurznachrichten

605

Redaktionsbeirat Prof. Dipl.-Berging. K. BÜHRIG, Nordhausen — Prof. Dr. O. GEHL, Schwerin — Prof. Dr. R. HOHL, Halle (Saale) — Prof. Dr. E. KAUTZSCH, Berlin - Prof. Dr. R. LAUTERBACH, Leipzig - Dr. R- MEINHOLD, Freiberg (Sa.) - Dr. G. NOSSKE, Leipzig Dr. H. REH, Jena — Prof. Dr. H. J. RÖSLER, Freiberg (Sa.) - Prof. Dr. A. WATZNAUER, Freiberg (Sa.) - Dr. R. WIENHOLZ, Gommern. Die ZEITSCHRIFT FÜR ANGEWANDTE GEOLOGIE berichtet ständig über folgende Arbeitsgebiete: Geologische Grundlagenforschung und Lagerstättenforschung / Methodik der geologischen Erkundung / Ökonomie und Planung der geologischen Erkundung Technik der geologischen Erkundung / Geologie und Lagerstättenkunde im Ausland. In der Zeitschrift können alle strittigen Fragen der praktischen Geologie behandelt werden. Die Autoren übernehmen für ihre Aufsätze die übliche Verantwortung.

ZEITSCHR I FT FÜR A N QE W A N D T E |— ^ - v

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KOLLEKTIVE

CHEFREDAKTION

Dr. K. K A U T E R (Redaktionssekretär) Prof. Dr. F. S T A M M B E R G E R Dr. habil. G. T I S C H E N D O R F

Träger der Ehrennadel in Gold der Gesellschaft für Deu

Ä°™i,an sche B A N D 15• N O V E M B E R 1969• H E F T 11

Hydrogeologische Kartierung in der DDR und ihre Aussage für die Regionalprognose nutzbaren Grundwassers IIABTMTJT GLANDBE, Berlin

(Beitrag aus dem Zentralen Geologischen Institut, Berlin)

1. Einführung Die e l e m e n t a r e B e d e u t u n g des W a s s e r s f ü r die n a t ü r lichen Prozesse einerseits u n d f ü r u n s e r e n sozialistischen A u f b a u a n d e r e r s e i t s ist h i n l ä n g l i c h b e k a n n t u n d in vielen P u b l i k a t i o n e n u n t e r s t r i c h e n w o r d e n . Mit steig e n d e r I n a n s p r u c h n a h m e des O b e r f l ä c h e n w a s s e r s i m i n d u s t r i e l l e n u n d k o m m u n a l e n N u t z u n g s b e r e i c h ist eine z u n e h m e n d e V e r s c h l e c h t e r u n g d e r W a s s e r q u a l i t ä t die Folge. E i n e volle R e g e n e r i e r u n g d e r abwässerb e l a s t e t e n Gewässer b e s o n d e r s in d e n I n d u s t r i e - u n d S i e d l u n g s b a l l u n g s g e b i e t e n d ü r f t e t r o t z erheblicher A n s t r e n g u n g e n n i c h t m e h r möglich sein. I n v e r s c h i e d e n e n G e b i e t e n ü b e r s c h r e i t e t d e r Betriebs- u n d T r i n k w a s s e r bedarf bereits das O b e r f l ä c h e n w a s s e r d a r g e b o t . In dieser S i t u a t i o n e r l a n g e n die G r u n d w a s s e r l a g e r s t ä t t e n , ihre E r k u n d u n g u n d N u t z u n g steigende B e d e u t u n g . Die N u t z u n g der G r u n d w a s s e r l a g e r s t ä t t e n , j e t z t n o c h vorwiegend a n die lokalen B e d a r f s t r ä g e r g e b u n d e n , wird in z u n e h m e n d e m Maße i m Sinne einer ü b e r r e g i o n a l e n B e d a r f s a b d e c k u n g bzw. d u r c h V e r s o r g u n g s r i n g e v o n G r u n d w a s s e r ü b e r s c h u ß g e b i e t e n zu W a s s e r m a n g e l g e b i e t e n geschehen m ü s s e n . E i n e G r u n d l a g e f ü r diese p r o g n o s t i s c h e n regionalen u n d lokalen E i n s c h ä t z u n g e n stellt n e b e n d e n l a u f e n d e n E r k u n d u n g s a r b e i t e n , die sich v o r w i e g e n d m i t der L ö s u n g der g e g e n w ä r t i g e n Aufg a b e n in der Suche u n d d e m Nachweis v o n G r u n d wasser b e s c h ä f t i g e n , die hydrogeologische K a r t i e r u n g v e r s c h i e d e n e r M a ß s t ä b e u n d d a m i t v e r s c h i e d e n e n Aussagegrades d a r . D a s G r u n d w a s s e r als Bildner eigener L a g e r s t ä t t e n u n d als T e i l s t ü c k des W a s s e r k r e i s l a u f e s w i r d d u r c h die hydrogeologische K a r t i e r u n g i m R a h m e n einer r o u t i n e m ä ß i g e n A n a l y s e der S e d i m e n t k o m p l e x e u n d s o m i t a u c h hinsichtlich seines T r ä g e r m e d i u m s n a c h Bereichen, P o s i t i o n e n u n d Q u a l i t ä t e n klassifiziert u n d n a c h spezif i s c h e n P a r a m e t e r n q u a n t i f i z i e r t . Die U n t e r s u c h u n g u n d v o r allem K a r t i e r u n g der F u n k t i o n des G r u n d w a s s e r s Eingang des Manuskripts in der Bedaktion 10. 7. 1969. Überarbeitete und etwas erweiterte Fassung eines anläßlich des XX. Berg- und Hüttenmännischen Tages in Freiberg (Sa.) am 3. Juli 1969 gehaltenen Vortrages. 1

Angewandte Geologie, Helt 11/69

als Bildner oder „ M i t b i l d n e r " a n d e r e r L a g e r s t ä t t e n (Erze, K o h l e n w a s s e r s t o f f e ) s t e h t erst in d e n A n f ä n g e n u n d soll hier n i c h t n ä h e r b e r ü c k s i c h t i g t w e r d e n .

2. Hydrogeologische Übersichtskartierung In der D D R l a u f e n g e g e n w ä r t i g A r b e i t e n zur m e t h o disch i m Z e n t r a l e n Geologischen I n s t i t u t , Berlin, e n t w i c k e l t e n hydrogeologischen Ü b e r s i c h t s k a r t i e r u n g 1 : 2 0 0 0 0 0 . D a b e i ist die m a n u s k r i p t m ä ß i g e A u f n a h m e des Gebietes u n s e r e r R e p u b l i k abgeschlossen. I m Z G I wird n u n m e h r der r e d a k t i o n e l l e u n d d r u c k t e c h n i s c h e P r o z e ß v e r s t ä r k t b e t r i e b e n (bisher fünf K a r t e n ausg e d r u c k t ) . D a m i t e r g i b t sich eine z u s a m m e n f a s s e n d e D a r s t e l l u n g der hydrogeologischen V e r h ä l t n i s s e m i t b e s o n d e r e r B e r ü c k s i c h t i g u n g der B e d i n g u n g e n f ü r die W a s s e r v e r s o r g u n g u n d G r u n d w a s s e r e r k u n d u n g . Die u n t e r ö k o n o m i s c h b e d i n g t e m A s p e k t angelegte m e t h o dische G e s a m t k o n z e p t i o n f ü h r t e zu einer b e s o n d e r e n B e r ü c k s i c h t i g u n g des Lockergesteinsbereichs, der e t w a 6 7 % des T e r r i t o r i u m s der D D R u m f a ß t (vor allem deren N o r d - u n d Zentralteil), die g r ö ß t e n u n d ergiebigsten G r ' u n d w a s s e r l a g e r s t ä t t e n e n t h ä l t u n d hinsichtlich der n o c h u n g e n u t z t e n G r u n d w a s s e r r e s e r v e n a n erster Stelle liegt. Der U b e r g a n g s b e r e i c h n i m m t e t w a 1 0 % , der Bereich S a n d s t e i n des J u n g p a l ä o z o i k u m s u n d Mesoz o i k u m s e t w a 4 % , der Bereich Schiefertone u n d -mergel des Mesozoikums e t w a 1 % u n d der Bereich kristallines G r u n d g e b i r g e , Schiefer- u n d E r u p t i v g e s t e i n e e t w a 1 1 % der D D R - F l ä c h e ein (ZIESCHANG 1961). V o n d e n o b e n g e n a n n t e n F e s t g e s t e i n s b e r e i c h e n sind a u c h w i e d e r u m n u r die Bereiche S a n d s t e i n u n d K a l k gesteine als g ü n s t i g hinsichtlich i h r e r D u r c h f l u ß - u n d S p e i c h e r f ä h i g k e i t zu b e z e i c h n e n . Mit d e r K a r t i e r u n g ist b e a b s i c h t i g t , d e n hydrogeologischen Prognose- u n d E r k u n d u n g s a r b e i t e n eine f u n dierte Arbeits- u n d P l a n u n g s g r u n d l a g e z u geben. E b e n so k a n n n a c h A b s c h l u ß d e r K a r t e n h e r s t e l l u n g a u c h f ü r die Zwecke d e r W a s s e r w i r t s c h a f t u n d der P l a n u n g ein hydrogeologischer Ü b e r b l i c k f ü r das g e s a m t e Territ o r i u m d e r D D R gegeben w e r d e n .

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

560 Hauptelement der hydrogeologischen Grundkarte 1 : 2 0 0 0 0 0 ist eine Gliederung nach strukturell unterschiedlichen hydrogeologischen Bereichen, in die wiederum die Ansprache der Gesteinsart und der Lagerungsverhältnisse sowie auch der Yersickerungsmöglichkeiten und Grundwasserführung bzw. -gewinnung als typische Parameter eingegeben sind (Abb. 1). Die Bereiche (ca. 30) sind farbig ausgewiesen. Verschiedene Farbkombinationen (Halbtöne und Schraffuren) kennzeichnen Übergangssituationen, Mischtypen oder lokale Besonderheiten. Eine Ausweisung der Mächtigkeit, Lage und Beschaffenheit der wichtigsten Grundwasserleiter im Lockergesteinsbereich als Signaturraster in den durch Bohrungen belegten Gebieten ergänzt die Aussage auch hinsichtlich des Erkundungsgrades. Im Festgesteinsbereich kann, aus der Brunnenergiebigkeit abgeleitet, eine Klassifizierung der Grundwasserergiebigkeit nach mehreren Intervallen eingetragen werden. Die hydrogeologische Grundkarte enthält ferner punktförmige Aufschlüsse wie Bohrungen, Brunnen, größere Quellen, Stollenmundlöcher, Flußversinkungen, Grundwassernutzungen nach mehreren Förderungsintervallen sowie Kennzeichnungen von Bergbaugebieten, Verwerfungen und Hauptgrundwasserscheiden u. a. m. Die punktförmigen Aufschlüsse, vor allern Bohrungen, sind in den Erläuterungen synchron numeriert und mit Schichtenverzeichnissen und weiteren Bemerkungen versehen. Die Profildarstellungen, fast allen B l ä t t e r n zugeordnet, vermitteln einen schematisierten Einblick in den räumlichen Aufbau der Grundwasserleiter und -Stauer. Zur Charakterisierung der Qualität des Grundwassers wurde für alle B l ä t t e r eine hydrochemisclie K a r t e der Gesamthärte 1 : 2 0 0 0 0 0 entwickelt. Diese enthält gleichzeitig die Analysenentnahmepunkte, synchron numeriert wie im Erläuterungsheft, und die farbige Flächengliederung der Gesamthärte im Bereich der Hauptgrundwasserführung. Bei stärker wechselnder Gesamthärte werden Mischsignaturen (Schraffuren) benutzt. Bedeutungsvolle Versalzungserscheinungen an der Oberfläche und auch in wasserwirtschaftlich interessierenden Tiefen gibt zu vielen B l ä t t e r n eine hydrochemische K a r t e der Chloride 1 : 2 0 0 0 0 0 bekannt (Abb. 2), die die Cl'-Gehalte nach Bereichen (farbig), Süßwasser über Salzwasser im Küstengebiet, Antiklinalstrukturen des prätertiären Untergrundes als versalzungsgefährdete Gebiete, Rupeltonverbreitungen, Schluckbrunnen für die Endlaugenversenkung u. a. m. a u s w e i s t (ZIESCHANG 1 9 6 8 ) .

Die bereits erwähnten, für jedes B l a t t entwickelten Erläuterungen fungieren als notwendiger Bestandteil der Kartierung auch im Sinne einer systematischen regionalhydrogeologischen Monographie (GL ANDER 1 9 6 9 b ) . Darin werden mehr als 5 0 0 0 der besten hydrogeologischen Aufschlüsse (Bohrungen, Brunnen u. dgl.) sowie wenigstens 1 0 0 0 0 der repräsentativsten Analysenergebnisse aus dem Gebiet der D D R dokumentiert.

3. Hydrogeologische Spezialkartierung Die Aufgabenstellung der im Zentralen Geologischen Institut vorerst für das Lockergestein methodisch konzipierten Spezialkartierung 1 : 5 0 0 0 0 , häufig auch als komplexe hydrogeologische Kartierung bezeichnet, be-

GLANDER I Hydrogeologische Kartierungin der D D R steht in der systematischen mehrparametrigen Erfassung und Festlegung hydrogeologischer Daten, die eine umfassende regionale Information sowie eine räumliche und dynamische Betrachtungsweise gestatten. Sie soll eine weitgehende Variabilität enthalten, so daß der ungleiche Aufschlußgrad nach jeweiligen Gegebenheiten durch hydrochemische Untersuchungen, Ergiebigkeitsmessungen, Grundwasserstandsmessungen und weitere Recherchen verbessert werden kann. Die Komplexität und Aktualität sowie die Objektbezogcnheit der Kartierung können durch ihre Einbeziehung in die Vorratserkundung, aber auch in die Lösung tiefenhydrogeologischer Aufgaben durchaus noch gesteigert werden (GLANDEB 1968). Nach den in letzter Zeit geführten Diskussionen sollte die Spezialkartierung der Prognosetätigkeit in den jeweils bearbeiteten Gebieten vorangehen, bzw. sie sollte in engem Zusammenhang mit der Prognosetätigkeit durchgeführt werden. In Erweiterung der Übersichtskartierung tendiert die Spezialkartierung zu einer Quantifizierung der einzelnen Parameter. Eine von ZLESCHAKG (1966) entwikkelte Rahmenkonzeption bildete den Ausgangspunkt für die gegenwärtig angewendete Methodik. Außer der Topographie werden Gewässernetz und Grundwasseraustritte, gegebenenfalls auch Überschwemmungsgebiete und künstliche Infiltrationen eingetragen. Eingepaßt werden ferner Grundwasserisohypsen und -beob-

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Abb. 1. Schematischer Ausschnitt einer hydrogeologischen Übersichtskarte 1:200000 1 — oberes Stockwerk mit uligespanntem Grundwasser in quartären Talsanden und -kiesen. Versickerungsmöglichkeit gut; 2 — Hauptgrundwasserleiter in wechselhaft aufgebauten Sand- und Kiesablagerungen der Sanderflächen, nur teilweise als bedecktes Grundwasserstockwerk, jedoch häufig durch undurchlässige Einlagerungen aufgespalten. Oft tiefliegender Grundwasserspiegel. Versickeriingsmöglichkeit gut; 3— wechselhaft aufgebauter Grundwasserleiter in den Kiesen und Sanden der Endmoränen, häufig mit undurchlässigen Einlagerungen, oft sehr steinig und blockreich, meist als Höhenrücken mit tiefliegendem Grundwasserspiegel; schwierige Grund wassererschließungsmöglichkeitem Versickerungsmöglichkeit gut; 4 — Grundwasserstockwerk mit oft gespanntem Grundwasser in Sanden und Kiesen unter zusammenhängender Geschiebemcrgeldecke möglich. Versickerungsmöglichkeit schlecht, z. T. mittel; 5 — wie 4., jedoch mit einer den Geschiebemergel überlagernden, meist geringmächtigen Sand- und Kiesdecke, die ein oberes Stockwerk mit ungespanntem Grundwasser enthalten kann; Versickerungsmöglichkeit mittel, z. T. gut; 6 — Torf oder anmoorige Bildungen in größerer Verbreitung und Mächtigkeit; die Grundwasseroberfläche befindet sich meist in geringer Tiefe, oder das Grundwasser quillt flächenhaft zutage; 7 — Muschelkalk; Grundwasser in Klüften und Schichtfugen vorhanden; 8 — größere Grundwassernutzung in z. B . Mehrbrunnenanlagen, mehr als 2 0 0 0 0 m 8 / d ; 9 — oberes Grundwasserstockwerk von 10 bis 25 m Mächtigkeit; 10 — dito, von 25 bis 50 m Mächtigkeit; 11 — dito, von mehr als 50 m Mächtigkeit; 12 — bedecktes oder unteres Grundwasserstockwerk unter mächtiger wasserstauender Deckschicht in einer Tiefenlage im Bereich von 30 bis 60 m unter Gelände; 13 — dito, in einer Tiefenlage im Bereich von 60 bis 100 m unter Gelände

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 GLANDBB/ H y d r o g e o l o g i s c h e K a r t i e r u n g in der D D K

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Abb. 2. Schematischer Ausschnitt einer hydrochemischen Übersichtskarte — Chloride 1 : 200000 1 — Chloridgehalt im Bereich der Hauptgrundwasserführung vorwiegend unter 20 mg/1; 2 — dito, vorwiegend 20 bis 50mg/l; 3 — dito, vorwiegend von weniger als 20 bis 50 mg/1; 4 — dito, vorwiegend 50 bis 150 mg/1; 5 — dito, vorwiegend 150 bis 350 mg/1; 6 — dito, vorwiegend über 350 mg/1; 7 — Antiklinalstrukturen oder Hochlagen (auch Salzstöcke) des prätertiären Untergrundes, die häufig Störungszonen enthalten, in denen bei fehlendem Grundwasserstauer im Hangenden Salzwasseraufstieg auftritt bzw. möglich ist; 8 — nachgewiesene oder vermutete Erosion des mitteloligozänen grundwasserstauenden Rupeltones; 9 — punktförmige, oberflächennahe Versalzung (auch Salzwasseraustritt) oder eine solche im Bereich der Hauptgrundwasserführung. Zahlenangabe Cl' in mg/1; 10 — Versalzung des Grundwassers in einer tieferen Schicht, zu der die Hauptgrundwasserführung nicht in unmittelbarer Verbindung steht. Zahlenangabe Cl' in mg/1

achtungssteilen sowie Hebungs- und N u t z u n g s s t a n d orte des Grundwassers. D a r a u s abgeleitete charakteristische A m p l i t u d e n a m B l a t t r a n d dienen der weiteren Beurteilung. Der bereits von MARGAT U. a. (1963) benutzte Transmissibilitätswert (T) stellt als flächenhafter quantifizierbarer P a r a m e t e r d a s zentrale E l e m e n t dar. Darin sind: T = K{- M (m 2 /s), T — Transraissibilität (m 2 /s), Ii/ — Durchlässigkeitsbeiwert (m/s) und M — Mächtigkeit des Grundwasserleiters (m). Die Transmissibilität wird in farblicher A b s t u f u n g eingetragen und mit der Gliederung des lithologischen A u f b a u s in R a s t e r m a n i e r kombiniert. Zur weiteren Kennzeichnung dienen die U n t e r k a n t e des hauptgrundwasserleitenden K o m p l e x e s sowie Verbreitung, Mächtigkeit und lithologische Ausbildung vorhandener tieferer Stockwerke. Durch Nebenkarten 1 : 2 0 0 0 0 0 besteht die Möglichkeit, E r k u n d u n g s g r a d , Versicker u n g s g r a d u. a. m . z u m Ausdruck zu bringen. Zur Typisierung der hydrochemischen Verhältnisse ist die N u t z u n g eines flächenhaften P u n k t - F a r b - S y s t e m s oder absoluter W e r t a n g a b e n in der K a r t e oder in einer Tabelle geplant. Auszudeuten sind außer den geogen bedingten Unterschieden auch die anthropogen bewirkten Verunreinigungsräume (z. B . Müllkippen, Rieselfelder). Als ein E r g e b n i s übergeordneter Art stellten die Bearbeiter fest, daß im Lockergestein bereits unterschiedliche Varianten zu entwickeln und anzuwenden sind (GLANDER 1969 a). Musterblätter für die erste methodische R u n d e waren die B l ä t t e r Rüdersdorf und L u b m i n . D a b e i enthält 2

Angewandte Geologie, Heft 11/69

561 das B l a t t Rüdersdorf die Varianten I und I I I . Bei Variante I handelt es sich u m eine E i n b l a t t d a r s t e l l u n g aller P a r a m e t e r ohne Erläuterungen. Variante I I I ist die d a r a u s abgeleitete, z. T . ergänzte Mehrblattaussage über verschiedene P a r a m e t e r g r u p p e n mit Erläuterungen. Variante I I (Lubmin) zielt ebenfalls auf eine Einblattkartierung hin, beschreitet aber, abgesehen von einigen anderen regionalen Bedingungen, methodische Sonderwege. In Variante I zu B l a t t Rüdersdorf konnten die in der Rahmenkonzeption geforderten E l e m e n t e eingetragen werden, also Hydroisohypsen, Besonderheiten des Gewässernetzes, lithologische Bereiche und U n t e r k a n t e des hauptgrundwasserleitenden K o m p l e x e s (Abb. 3). Aus der Mächtigkeit des hauptgrundwasserleitenden K o m p l e x e s und den laborativ bzw. empirisch festgestellten Durchlässigkeitsbeiwerten ließ sich die Transmissibilität ableiten und flächenhaft interpretieren (Abb. 4). Folgende A b s t u f u n g erwies sich als brauchbar: 0,1 •••0,03 m 2 /s 0 , 0 3 - - 0 , 0 1 m 2 /s 0 , 0 1 - - 0 , 0 0 3 m 2 /s

0,003---0,001 m 2 / s 0,001--0,0003 m 2 / s

Die in der Konzeption vorgesehenen Nebenkarten 1 : 2 0 0 0 0 0 mit A u s s a g e n über tiefere Grundwasserleiter, über den E r k u n d u n g s g r a d und die Versickerungsmöglichkeiten und zwei hydrogeologische Schnitte wurden neben informativen Tabellen ebenfalls eingefügt. Variante I I I zu B l a t t Rüdersdorf enthält unter Verwendung der E l e m e n t e v o n Variante I außer einer kurzen Erläuterung zwei weitere Nebenkarten 1 : 2 0 0 0 0 0 , die die Rupeltonverbreitung und die Q u a r t ä r basis flächenhaft ausweisen. Ferner vermitteln mehrere hydrogeologische Schnitte einen E i n d r u c k v o m räumlichen A u f b a u im Untersuchungsraum. Eine stärkere B e t o n u n g erfahren in Variante I I I die hydrochemischen Verhältnisse (Abb. 5). BEYWL & GLAUDER (1969) fanden i m K a r t i e r u n g s r a u m , einer Methode von SCHUKAREW folgend, im wesentlichen Hydrokarbonatwässer, S u l f a t - H y d r o k a r b o n a t - und H y d r o k a r b o n a t Chloridwässer. Die Methode von SCHUKAREW basiert

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Abb. 3. Ausschnitt aus der Karte der Grundwasserisohypsen und der Unterfläche des hauptgrundwasserleitenden Komplexes 1 : 50000 1 — Grundwasserisohypsen, bezogen auf m H H ; 2 — wahrscheinliche Isolinien der Unterfläche des hauptgrundwasserleitenden Komplexes, bezogen auf m NN

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Helt 11

GLANDEB / Hydrogeologischc Kartierung in der DDR

562

wasserlagerstätten und damit der Möglichkeiten für prognostische Aussagen, da sie die für derartige Aussagen notwendigen quantifizierten und quantifizierbaren Parameter bietet. Einerseits werden die Transmissibilität und das Gefälle als Ausgangsgrößen bekanntgegeben, um zu einer Beurteilung des unterirdischen Abflusses in einer bestimmten Profilbreite unter Beachtung der örtlichen Bedingungen zu gelangen. G91 Q 4

E32

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Abb. 4. Ausschnitt aus der Karte der Transmissibilität des hauptgrundwasserleitenden Komplexes 1 : 50000

1 - 0,1—0,03 m'/s; 2 - 0,03—0,01 m'/s; 3 - 0,01-0,003 m a /s; 4 - 0,003 bis 0,001 m'/s; 5 - 0,001 •••0,000 3 m s /s

auf einer mval-%-Einteilung und Kombinierung nach 1 Anionen (S0 4 " 2 , HCO3- , Cl" 1 ) und Kationen (Ca+2, 2 + 1 + 1 Mg+ , Na , K ) . Die Gesamthärteverteilung wird in einer Nebenkarte 1:200000 wiedergegeben. Eine Kennzeichnung des Fe-Gesamtgehalts und des Kaliumpermanganatverbrauchs erfolgt durch halblogarithmische Häufigkeitsverteilungsdiagramme am Rande der Hauptkarte. Geogene Cl'-Erhöhungen im Quartär können auf eine Rupeltonerosionsrinne zurückgeführt werden. In Variante II (Blatt Lubmin) werden verschiedene methodische Sonderwege beschritten. Hier verknüpft SCHIEBMEISTEE (1969) auf Grund der regionalen Situation die Transmissibilitätsbereiche mit einer schwerpunktmäßigen Verteilung der wichtigsten Grundwassers t o c k w e r t e n a c h K E U M B E I N & LIBBY (1957). Die Inter-

pretation der hydrochemischen Verhältnisse erfolgt punktförmig nach der Methode von TICKELL (1921). Darin werden die Analysen in sternförmigen Diagrammen mit den wichtigsten Ionenanteilen (Cl, HC0 3 , S 0 4 + N 0 3 , Na + K, Ca und Mg) in Millivalprozent ausgewiesen. Die hier kurz umrissene Methodik ist auch im Hinblick auf die zunehmende Bedeutung der Tiefenwässer schöpferisch weiterzuentwickeln und, mit Berücksichtigung der besonderen Spezifik, auf den Übergangs- und Festgesteinsbereich anzuwenden. Die gegenwärtig noch vorwiegend manuelle Datenerfassung und -Verarbeitung muß schrittweise verbessert und automatisiert werden. 4. Prognostische Aussagemöglichkeiten der hydrogeologischcn Kartierung, im besonderen der Spezialkartierung Mit Hilfe der hydrogeologischen Übersichtslcartierung lassen sich zunächst nur regionale prognostische Aussagen in qualitativer Hinsicht formulieren. Dazu dienen die hydrogeologische Bereichsausgliederung und die hydrochemischen Bereiche. Einige Schlußfolgerungen in quantitativer Hinsicht lassen aber auch die Schichtenverzeichnisse und Spezialerläuterungen (häufig mit Mengenangaben) und die Analysenergebnisse zu. Durch die Angabe der Nutzung > 1000 m 3 /d und durch eine Einschätzung der Grundwasserneubildung und -nutzung in den Erläuterungen wird zusätzlich ein Eindruck vom gegenwärtigen Nutzungs- und Ist-Zustand vermittelt. Die hydrogeologische Spezialkartierung eröffnet eine Schlüsselposition zur Beurteilung der Genese von Grund-

So ergeben sich z. B. bei einem T-Wert von 0,02 m 2 /s und einem Gefälle von 1%0 (aus der K a f t e abgegriffen), auf einen Meter Profilbreite bezogen, ° ' ° 2 '' \ £

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= 0,02 1/s oder 2 1/s bei 100-m-Durchflußprofil als prognostischer Wert. Andererseits orientieren die Angaben über die Iithologischen Bereiche und über die Versickerungsmöglichkeiten auch zur Frage des Träger- und Infiltrationsmediums der Grundwasserlagerstätte. Die Karte der Versickerungsmöglichkeiten stellt ihrerseits wieder die Verbindung zum hydrologischen bzw. hydrometeorologischen Geschehen her. Erst über die Versickerungsrate werden für die Grundwasserlagerstätten die ständige Neubildung gewährleistet und damit auch das Spezifikum der ständigen vertikalen und lateralen Zufuhr und des ständigen Abflusses in Richtung Erosionsbasis. Konzentrationen des Gewässernetzes oder versumpfter Stellen in Talniederungen lassen ihrerseits Rückschlüsse auf Grundwasserentlastungssituationen oder auf geringere Transmissibilität zu, während zeitweilig oder ständig versickernde Bachläufe Hinweise auf eine günstige Transmissibilität in Verbindung mit oberflächenfernem Grundwasserspiegel geben. Da auch Kennzeichnungen der hydrochemischen Seite der Grundwasserlagerstätte in Verbindung mit geogener Beeinflussung aus dem Liegenden (Erosionsrinnen im Rupelton, Migration von höher mineralisierten Wässern in Grundwasserentlastungsgebiete) und anthropogener Einflußnahme aus dem Hangenden (Müllkippen, Rieselfeldern usw.) angestrebt werden, sind gleichzeitig weitere Merkmale zur Hydrogenese gegeben. Die Karte des Erkundungsgrades schließlich spiegelt die historisch und ökonomisch gewachsene Kenntnistiefe wider und engt die aus Transmissibilität, Gefälle, Lithologie, Versickerung und Hydrochemie gewonnenen Aussagen nach verschiedenen Wahrscheinlichkeitsstufen ein. Weitere Arbeiten zur Kartierung sollten die Formulierung hydrogenetischer Regeln ermöglichen. So ist zum Beispiel die Frage zu klären, auf Grund welcher spezifisch geologischen Voraussetzungen es zur Bildung bestimmter Grundwasserlagerstätten kam. Im Bereich des Blattes Rüdersdorf z. B. führten das häufige Oszillieren des Eisrandes und die Konzentration der Abflußbahnen mehrerer Glaziale in diesem Raum zur Ausbildung mächtiger Grundwasserlagerstätten in unbedeckter Position und zu weniger mächtigen Grundwasserleitern in bedeckter Position. Hier ergeben sich demnach ein- bis zweigliedrige Lagerstätten mit günstiger Zufuhr durch Infiltration sowohl in unbedeckter (Urstromtal) als auch in bedeckter Position (BarnimHochfläche). Eine Teilinterpretation durch eine Basislinienkonstruktion des hauptgrundwasserleitenden

Zeitschritt für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 G l a n d e r / Hydrogeologische K a r t i c r u n g in der D D R

K o m p l e x e s k o n n t e also erfolgen. I m B e r e i c h des B l a t t e s L u b m i n dagegen führte die Ablagerung dickbankiger Geschiebemergel, lediglich u n t e r b r o c h e n durch Vors c h ü t t - und R ü c k z u g s s a n d e und das F e h l e n von S c h m e l z w a s s e r b a h n k o n z e n t r a t i o n e n zu meist geringm ä c h t i g e n , häufig aussetzenden, vielgliedrigen Grundwasserlagerstätten m i t ungünstiger Zufuhr durch Infilt r a t i o n in vorwiegend b e d e c k t e r Position. E i n e sinnvolle I n t e r p r e t a t i o n dieser Verhältnisse ließ sich zun ä c h s t nur über die S c h w e r p u n k t v e r t e i l u n g der Grundwasserleiter gewährleisten, d. h., der S c h w e r p u n k t x wird a u f g e f a ß t als über die Mächtigkeit gewichtete m i t t lere Tiefenlage der Grundwasserleiter in den Aufschlüssen nach der Beziehung

worin h der A b s t a n d zwischen dem M i t t e l p u n k t des Grundwasserleiters und einem Bezugsniveau (z. B . Geländeoberfläche) und m die Mächtigkeit des Grundwasserleiters sind. F ü r die P e r s p e k t i v e ist eine W e i t e r f ü h r u n g der Methodik der hydrogeologischen Spezialkartierung für den Ubergangs- und Festgesteinsbereich zu f o r d e r n ; denn zur Abwägung der regionalen Nutzungsmöglichkeiten im B e r e i c h des „ s ü ß e n " Grundwassers wird auch hier eine k o m p l e x e E r f a s s u n g des Ist-Zustandes nötwendig. U b e r den Modus der methodischen E n t w i c k l u n g b e s t e h t noch keine endgültige K l a r h e i t . Die hydrogeologische Spezialkartierung wird in den n ä c h s t e n E t a p p e n die S c h w e r p u n k t a u f g a b e n der hydrogeologischen und h y d r o c h e m i s c h e n F o r s c h u n g unterstützen und spezifische Teilergebnisse dieser U n t e r suchungen m e h r p a r a m e t r i g interpretieren. Als Schwerp u n k t e rücken die Tiefenwasserforschung und die hydrogeologische Interpretation metallogenetischer Fragestellungen im B e r e i c h bzw. R a n d b e r e i c h v o n S e d i m e n t k o m p l e x e n und in Teilzonen des Festgesteinsbereichs in die n ä h e r e B e t r a c h t u n g . Der T r e n d der K a r t i e r u n g geht d e m n a c h zu einer festen B i n d u n g an hydrogeologische Forschungsauf-

563 träge. E i n e W a h r n e h m u n g von H o h e i t s a u f g a b e n k a n n im F a l l e der hydrogeologischen Spezialkartierung n i c h t m e h r erfolgen. E i n e S e k u n d ä r n u t z u n g der Kartierungsergebnisse durch die W a s s e r w i r t s c h a f t oder andere Instit u t i o n e n ist durchaus möglich, wird aber a n t e i l m ä ß i g zu honorieren sein. E b e n f a l l s n a c h A u f t r a g können Spezialkartierungen oder K a r t i e r u n g e n spezifischer P a r a m e t e r für die W a s s e r w i r t s c h a f t , die Hydromelioration oder andere Nutzer durchgeführt werden. N a c h Auffassung der B e a r b e i t e r und auf Grund einiger Diskussionsbeiträge von F a c h k o l l e g e n , z. B . von A. K l e c z k o w s k i , K r a k o w , läßt s i c h . d i e Aussagekraft der hydrogeologischen Spezialkartierung für die Regionalprognose n u t z b a r e n Grundwassers auch im Hinblick auf die modernen Arbeitsgebiete der Hydrogeologie noch erheblich steigern. U m die E f f e k t i v i t ä t der K a r t i e r u n g in wasserwirtschaftlicher Hinsicht zu erhöhen, sollten prognostisch die Gebiete ausgewiesen werden, in denen Grundwasser konzentriert e n t n o m m e n werden k a n n und in denen eine Grundwasseranreicherung bzw. -speicherung möglich ist. F e r n e r sind in diesem R a h m e n n i c h t nur die direkten G r u n d w a s s e r k o n t a m i n a t i o n e n über den Infiltrationsweg, sondern auch die Flüsse und F l u ß a b s c h n i t t e auszuweisen, von denen eine • negative Beeinflussung der Grundwasserqualität über den U f e r f i l t r a t w e g erw a r t e t werden k a n n . Alle diese Aussagen setzen natürlich bereits einen erhöhten E r k u n d u n g s g r a d in dem betreffenden G e b i e t voraus. F ü r die bereits oben angeführte K a r t e des E r k u n d u n g s grades wäre eine Ausweisung der B o h r - und S i e b a n a lysendichte wünschenswert. Die hydrogeologische S p e z i a l a u f n a h m e eines Gebietes sollte ferner in einer B e n e n n u n g der prognostischen Grundwasservorräte gipfeln. In A b h ä n g i g k e i t von einer ausreichenden Anzahl von Ausgangsdaten interessieren in zunehmendem Maße a u c h Darstellungen der T r a n s m i s s i b i l i t ä t tieferer Grundwasserleiter, auch derjenigen m i t höher mineralisierten Wässern, Darstellungen der Süßwasser/SalzwasserGrenze und Aussagen ü b e r die h y d r o c h e m i s c h e n K o m ponenten und T y p e n der hochmineralisierten Tiefenwässer*. Die E i n t r a g u n g und Auswertung h y d r o c h e m i s c h e r D a t e n für den hauptgrundwasserleitenden K o m p l e x sollten in weiteren K a r t i e r u n g e n die Möglichkeit v o n Schwankungstoleränzen einbeziehen und h y d r o c h e m i sche Veränderungen in s t a r k anthropogen beeinflußten Gebieten zum Ausdruck bringen.

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Abb. 5. Ausschnitt aus der Karte der hydrochemischen Typen Verteilung 1 : 50000 1 -

N a + 1 + K + 1 größer als 50 m v a l % , Cl~* größer als 25 m v a l % ; 2 - C a + ! + M g + a größer als 50 mval%, H C O s - 1 größer als 25 m v a l % ; 3 - Ca+ S + Mg+ a größer als 50 mval%, S 0 4 - s + H C O s - * größer als 25 m v a l % ; 4 — lokale Abweichung: Ca+ a + M g + a größer als 50 m v a l % , SO,, - 2 + H C O 3 - 1 größer als 25 m v a l % ; 5 — lokale Abweichung: N a + I + K + I größer als 50 m v a l % , H C O s - 1 größer als 25 m v a l % 2*

U n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g der bisher vorliegenden E r fahrungen und der neuen G e s i c h t s p u n k t e l ä ß t sich die hydrogeologische Spezialkartierung somit n a c h M i l d e (1969) auch für umfassende hydrogenetische B e t r a c h tungen, d. h. für die Bildungsbedingungen von Grundwasserlagerstätten in A b h ä n g i g k e i t v o n R a u m und Zeit, einsetzen. Zusammenfassung Die zunehmende Nutzung des Grundwassers erfordert eine Kartierung seiner Lagerstätten, seiner Verteilung und seiner Eigenschaften. Dies geschieht einmal in Form der hydrogeologischen Übersichtskartierung 1 : 200000 und der dazugehörigen Erläuterungen. Zum anderen werden erste Ergebnisse der hydrogeologischen Spezialkartierung 1 :50 000 vorgelegt, die eine stärker quantifizierbare Aussage gestattet

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 LucKNER/Bcrcchnung nichlstationürcr Grundwasserströmungen

564 und somit in noch größerem Maße für prognostische Zweckc eingesetzt werden kann. Ziel der hydrogeologischen Spezialkartierung sind eine umfassende Auswertung des vorliegenden einschlägigen Materials, eine systematische mehrparametrige Information über die Verteilung hydrogeologischer und hydrochemischer Daten sowie eine räumliche und dynamische Betrachtung des Grundwassers als Bildner eigener Lagerstätten. Durch Aussagen z. B . über die Transmissibilität, über die Versickerung und über die hydrochemischen Typen lassen sich Informationen für die Regionalprognose nutzbaren Grundwassers und für hydrogenetische Betrachtungen ableiten. Die hydrogeologische Spezialkartierung wird in zunehmendem Maße nicht nur für traditionell wasserwirtschaftlich ausgerichtete Aufgaben, sondern auch für Fragen der hydrochemischen und Tiefenwasserforschung einzusetzen sein. Pe3ioMe Bo3pacTaiomee OCBOCHHO noaaeMHLix BOR TpeßycT c t e M K H HX M e c T o p o w R e H H ü , HX p a c n p e f l e n e m i H h HX CBOÜCTB. BIO, C OßHOH CTOpOHH, OCymeCTBJIHeTCH B BH^e 0 Ö 3 0 p H 0 f i r n , n p o r e o j i o r m e c K o i i cieMKH MaciiiTaöa 1 : 2 0 0 0 0 0 C COOTBeTCTByiOmHMH OÖlHCHeHHHMH. C s p y r o f t c T o p o H H , npeflnaraioTCH n e p B u e pe3yjiLT3TLi crieiiiiajibHoft M R p o r e o j i o r H q e c K O i i CBGMKM M a c m T a ö a 1 : 5 0 0 0 0 , n o 3 B o n H K > m e i t c ^ e n a T t ß o j i e e KOJIHHSCTBGHHOG BMCKa3MB a H H e . IIocjieflHHH c t e M K a B e i n e 6 o j i e e CHJIBHOK M e p e MOJKET 6 H T B HCN0JIT30BAHA HJIH NPORH03HBIX nie-neti. LJejibio cneijHajitHoft ranporeonorHiecKoii cteMKH HBJIHWTCH oSimipHan HHTepnpeTamiH HMeiomeroca cooTBeTCTByiomero M a T e p n a j i a , c i i c r o M a T i i H e c K a H M i i o r o n a p a M C T p m i e c K a H HH(JiopMaaHH o p a c n p e n e j i e H H H raAporeoJiorireecKHx H ranpoXHMH^ecKHx aaHHHx, a TaKJKe npocTpaHCTBeHHas h Ä H H a M H i e c n a H o i t e H K a n o f l 3 e M H t i x BOÄ KaK 0 6 p a 3 0 B a T e j i e 8 COÖCTBeHHHX MeCTOpOHtfljeHHfi. I l y T e M BbICKa3BIBaHHfi 0 npoHHijaeMocTH, npocaiinBaHiiii H mflpoxHMH'iecKHx T H n a x MOJKHO BBIBORHTB H m f i o p M a i j i i H RJIH PERHOHAROHORO n p o r H 0 3 a n o j i e 3 H b i x TT0330MHLIX BOÄ H ANS riiflporcHGTHHeciiHX paccywaeHHfi. C n e u , H a j i B H a H r H f l p o r e o J i o r m e c K a H o i e M K a B B 0 3 p a c T a i 0 i n e f i M e p e 6 y R e i H c n 0 J i B 3 0 B a H a He TOJibKO p i n Tpa«HijHOHHbix 3 a n a q BOHHoro x o 3 H i i c T B a , HO H ÄJIH p e m e HHH B o n p o c o B rii^poxnMHHecKoro H rjiyöiiHHOBOflHoro HccneffOBaHHö.

Summary The increasing use of ground water requires a mapping of its deposits, distribution and properties. This is done, on the one hand, by general hydrogeological maps in the

scale 1 : 200000 with explanatory notes and, on the other hand, by early results of special hydrogeological maps in the scale 1 : 50000 permitting more quantifiable statements to be made and, consequently, an application still more suited for prognostic purposes. The object of special hydrogeological mapping is to obtain a comprehensive interpretation of data available and bearing on the matter, a systematic information covering several parameters of distribution of hydrogeological and hydrochemical data, as well as a spatial and dynamic consideration of ground water as an agent forming deposits of its own. From statements, for example, on transmissibility, seepage and hydrochemical types informations can be derived for the regional prognosis of useful ground water and for hydrogenetic considerations. Special hydrogeological maps will increasingly be used not only for the solution of problems as they are traditional in water economy, but will also afford a means of dealing with problems relating to hydrochemistry and deep waters.

Literatur BEYWL, T., & H. GLANDER: Komplexe hydrogeologische Karte der DDLL Blatt Rüdersdorf 0 8 0 9 - 4 1 : 50000. - In zwei Varianten. Herausg. zentr. geol. Inst., Berlin 1969 (in Vorbereitung). GLANDER, H . : Beiträge zur gegenwärtigen Optimalvariante in der hydrologischen Spezialkartierung. — Z. angew. Geol., 14, 9, Berlin 1968. — Komplexe hydrogeologische Kartierung und einige wasserwirtschaftliche Aspekte. — Wasserwirtschaft — Wassertechnik, 19, 5 (1969) [1969 a], — Aufgabe, Inhalt und Funktion der hydrogeologischen Kartierung. — Vermessungstechnik, 17, 6 (196D) [1969b], KRUMBEIN, W . C., & W . G. LIBBY: Application of moments to vertical variability maps of stratigraphie units. — Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull., 41, 1 (1957). MARGAT, J . , u. a. : Carte hydrogéologique de la France, Douai, Bureau de recherches géologiques et minières (1963). MTT.DE, G.: Der Poreninhalt Wasser, seine Veränderungen, Bewegungen und Einfluß auf die Lagerstättenbildung aus hydrogeologischer Sicht. — Vortr. X X . Berg- und Hüttenmännischen Tag 1969, Freiberg 1969. SCHIRRMEISTER, W . : Komplexe hydrogeologische Karte der DDK — Blatt Lubmin 0 3 0 9 - 3 1 : 50000. - Hrsg. zentr. geol. Inst., Berlin 1969 (in Vorbereitung). SCHUKAREW, S. A.: I n : Handbuch des Hydrogeologen. — Gesamtredaktion W . M. MAKSIMOW, Leningrad 1967. TICKELL, E . G . : A method for the graphical interpretation of water analysis. — Kept, of California State oil and gas supervisor., v. 6, p. 5 — 11 (1921). ZIESCHANG, .!.: Die hydrogeologische Kartierung 1 : 2 0 0 0 0 0 im quartären Lockergesteinsbereich. — Wasserwirtschaft — Wassertechnik, 11, 8 (1961). — Aufgabenstellung, Rahmenkonzeption und Arbeitsprogramm zum Forschungsthema Methodik der hydrogeologischen Spezialkartierung. — Berlin 1966 (unveröff.). — Zur Methodik der hydrogeologischen Kartierung in der DDR. — Vortr. Fachtag. Arbeitsgruppe Internationales Hydrologisches Dezennium 23. bis 24. April 1968 Berlin.

Problematik der Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen durch Vorgabe von Absenkungsstadien LUDWIG LUCKNEB, Dresden

1. Einleitung Durch die jüngsten Veröffentlichungen von RICHTER ( 1 9 6 8 a , 1 9 6 8 b , 1 9 6 9 a , 1 9 6 9 b ) könnte der E i n d r u c k entstehen, daß das von SIEMON (1958) entwickelte Berechnungsverfahren zur Lösung von Grundwasserströmungsproblemen durch Vorgabe von Absenkungsstadien richtig sei und daß durch die weiterführenden Arbeiten von RICHTER nunmehr für die Entwässerungspraxis anwendungsreife Berechnungsverfahren vorlägen. Dies trifft nicht zu. In einem B e i t r a g über Eingang des Manuskripts in der Redaktion : 30. 6 . 1 9 6 9 . ') Mitteilung der Forschungsgruppe Grundwasserhydraulik der Sektion Wasserwesen der TU Dresden und des Instituts für Wasserwirtschaft, Berlin.

analytische Berechnungsverfahren der eindimensionalen Grundwasserströmungsvorgänge (BUSCH U. a. 1 9 6 7 , Absehn. 2.3.) wurden die Problematik des von SIEMON und RICHTER entwickelten Berechnungsverfahrens und die theoretische Unzulässigkeit seiner Anwendung zur Lösung nichtstationärer Grundwasserströmungsprobleme kurz aufgezeigt. Zur U n t e r m a u e r u n g dieser theoretischen B e t r a c h t u n g e n wurde in einer gemeinsamen Veröffentlichung des V E B P K B , , K o h l e " , Berlin, und des ehemaligen I f B u W der T U Dresden (FUHRIG u. a. 1 9 6 8 , Absehn. 3.4.) an Hand der Berechnung eines praktischen Entwässerungsproblems gezeigt, zu welchen Fehleinschätzungen die von SIEMON und RICHTER entwickelten Berechnungsverfahren führen können.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 LucKNER/Bcrcchnung nichlstationürcr Grundwasserströmungen

564 und somit in noch größerem Maße für prognostische Zweckc eingesetzt werden kann. Ziel der hydrogeologischen Spezialkartierung sind eine umfassende Auswertung des vorliegenden einschlägigen Materials, eine systematische mehrparametrige Information über die Verteilung hydrogeologischer und hydrochemischer Daten sowie eine räumliche und dynamische Betrachtung des Grundwassers als Bildner eigener Lagerstätten. Durch Aussagen z. B . über die Transmissibilität, über die Versickerung und über die hydrochemischen Typen lassen sich Informationen für die Regionalprognose nutzbaren Grundwassers und für hydrogenetische Betrachtungen ableiten. Die hydrogeologische Spezialkartierung wird in zunehmendem Maße nicht nur für traditionell wasserwirtschaftlich ausgerichtete Aufgaben, sondern auch für Fragen der hydrochemischen und Tiefenwasserforschung einzusetzen sein. Pe3ioMe Bo3pacTaiomee OCBOCHHO noaaeMHLix BOR TpeßycT c t e M K H HX M e c T o p o w R e H H ü , HX p a c n p e f l e n e m i H h HX CBOÜCTB. BIO, C OßHOH CTOpOHH, OCymeCTBJIHeTCH B BH^e 0 Ö 3 0 p H 0 f i r n , n p o r e o j i o r m e c K o i i cieMKH MaciiiTaöa 1 : 2 0 0 0 0 0 C COOTBeTCTByiOmHMH OÖlHCHeHHHMH. C s p y r o f t c T o p o H H , npeflnaraioTCH n e p B u e pe3yjiLT3TLi crieiiiiajibHoft M R p o r e o j i o r H q e c K O i i CBGMKM M a c m T a ö a 1 : 5 0 0 0 0 , n o 3 B o n H K > m e i t c ^ e n a T t ß o j i e e KOJIHHSCTBGHHOG BMCKa3MB a H H e . IIocjieflHHH c t e M K a B e i n e 6 o j i e e CHJIBHOK M e p e MOJKET 6 H T B HCN0JIT30BAHA HJIH NPORH03HBIX nie-neti. LJejibio cneijHajitHoft ranporeonorHiecKoii cteMKH HBJIHWTCH oSimipHan HHTepnpeTamiH HMeiomeroca cooTBeTCTByiomero M a T e p n a j i a , c i i c r o M a T i i H e c K a H M i i o r o n a p a M C T p m i e c K a H HH(JiopMaaHH o p a c n p e n e j i e H H H raAporeoJiorireecKHx H ranpoXHMH^ecKHx aaHHHx, a TaKJKe npocTpaHCTBeHHas h Ä H H a M H i e c n a H o i t e H K a n o f l 3 e M H t i x BOÄ KaK 0 6 p a 3 0 B a T e j i e 8 COÖCTBeHHHX MeCTOpOHtfljeHHfi. I l y T e M BbICKa3BIBaHHfi 0 npoHHijaeMocTH, npocaiinBaHiiii H mflpoxHMH'iecKHx T H n a x MOJKHO BBIBORHTB H m f i o p M a i j i i H RJIH PERHOHAROHORO n p o r H 0 3 a n o j i e 3 H b i x TT0330MHLIX BOÄ H ANS riiflporcHGTHHeciiHX paccywaeHHfi. C n e u , H a j i B H a H r H f l p o r e o J i o r m e c K a H o i e M K a B B 0 3 p a c T a i 0 i n e f i M e p e 6 y R e i H c n 0 J i B 3 0 B a H a He TOJibKO p i n Tpa«HijHOHHbix 3 a n a q BOHHoro x o 3 H i i c T B a , HO H ÄJIH p e m e HHH B o n p o c o B rii^poxnMHHecKoro H rjiyöiiHHOBOflHoro HccneffOBaHHö.

Summary The increasing use of ground water requires a mapping of its deposits, distribution and properties. This is done, on the one hand, by general hydrogeological maps in the

scale 1 : 200000 with explanatory notes and, on the other hand, by early results of special hydrogeological maps in the scale 1 : 50000 permitting more quantifiable statements to be made and, consequently, an application still more suited for prognostic purposes. The object of special hydrogeological mapping is to obtain a comprehensive interpretation of data available and bearing on the matter, a systematic information covering several parameters of distribution of hydrogeological and hydrochemical data, as well as a spatial and dynamic consideration of ground water as an agent forming deposits of its own. From statements, for example, on transmissibility, seepage and hydrochemical types informations can be derived for the regional prognosis of useful ground water and for hydrogenetic considerations. Special hydrogeological maps will increasingly be used not only for the solution of problems as they are traditional in water economy, but will also afford a means of dealing with problems relating to hydrochemistry and deep waters.

Literatur BEYWL, T., & H. GLANDER: Komplexe hydrogeologische Karte der DDLL Blatt Rüdersdorf 0 8 0 9 - 4 1 : 50000. - In zwei Varianten. Herausg. zentr. geol. Inst., Berlin 1969 (in Vorbereitung). GLANDER, H . : Beiträge zur gegenwärtigen Optimalvariante in der hydrologischen Spezialkartierung. — Z. angew. Geol., 14, 9, Berlin 1968. — Komplexe hydrogeologische Kartierung und einige wasserwirtschaftliche Aspekte. — Wasserwirtschaft — Wassertechnik, 19, 5 (1969) [1969 a], — Aufgabe, Inhalt und Funktion der hydrogeologischen Kartierung. — Vermessungstechnik, 17, 6 (196D) [1969b], KRUMBEIN, W . C., & W . G. LIBBY: Application of moments to vertical variability maps of stratigraphie units. — Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull., 41, 1 (1957). MARGAT, J . , u. a. : Carte hydrogéologique de la France, Douai, Bureau de recherches géologiques et minières (1963). MTT.DE, G.: Der Poreninhalt Wasser, seine Veränderungen, Bewegungen und Einfluß auf die Lagerstättenbildung aus hydrogeologischer Sicht. — Vortr. X X . Berg- und Hüttenmännischen Tag 1969, Freiberg 1969. SCHIRRMEISTER, W . : Komplexe hydrogeologische Karte der DDK — Blatt Lubmin 0 3 0 9 - 3 1 : 50000. - Hrsg. zentr. geol. Inst., Berlin 1969 (in Vorbereitung). SCHUKAREW, S. A.: I n : Handbuch des Hydrogeologen. — Gesamtredaktion W . M. MAKSIMOW, Leningrad 1967. TICKELL, E . G . : A method for the graphical interpretation of water analysis. — Kept, of California State oil and gas supervisor., v. 6, p. 5 — 11 (1921). ZIESCHANG, .!.: Die hydrogeologische Kartierung 1 : 2 0 0 0 0 0 im quartären Lockergesteinsbereich. — Wasserwirtschaft — Wassertechnik, 11, 8 (1961). — Aufgabenstellung, Rahmenkonzeption und Arbeitsprogramm zum Forschungsthema Methodik der hydrogeologischen Spezialkartierung. — Berlin 1966 (unveröff.). — Zur Methodik der hydrogeologischen Kartierung in der DDR. — Vortr. Fachtag. Arbeitsgruppe Internationales Hydrologisches Dezennium 23. bis 24. April 1968 Berlin.

Problematik der Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen durch Vorgabe von Absenkungsstadien LUDWIG LUCKNEB, Dresden

1. Einleitung Durch die jüngsten Veröffentlichungen von RICHTER ( 1 9 6 8 a , 1 9 6 8 b , 1 9 6 9 a , 1 9 6 9 b ) könnte der E i n d r u c k entstehen, daß das von SIEMON (1958) entwickelte Berechnungsverfahren zur Lösung von Grundwasserströmungsproblemen durch Vorgabe von Absenkungsstadien richtig sei und daß durch die weiterführenden Arbeiten von RICHTER nunmehr für die Entwässerungspraxis anwendungsreife Berechnungsverfahren vorlägen. Dies trifft nicht zu. In einem B e i t r a g über Eingang des Manuskripts in der Redaktion : 30. 6 . 1 9 6 9 . ') Mitteilung der Forschungsgruppe Grundwasserhydraulik der Sektion Wasserwesen der TU Dresden und des Instituts für Wasserwirtschaft, Berlin.

analytische Berechnungsverfahren der eindimensionalen Grundwasserströmungsvorgänge (BUSCH U. a. 1 9 6 7 , Absehn. 2.3.) wurden die Problematik des von SIEMON und RICHTER entwickelten Berechnungsverfahrens und die theoretische Unzulässigkeit seiner Anwendung zur Lösung nichtstationärer Grundwasserströmungsprobleme kurz aufgezeigt. Zur U n t e r m a u e r u n g dieser theoretischen B e t r a c h t u n g e n wurde in einer gemeinsamen Veröffentlichung des V E B P K B , , K o h l e " , Berlin, und des ehemaligen I f B u W der T U Dresden (FUHRIG u. a. 1 9 6 8 , Absehn. 3.4.) an Hand der Berechnung eines praktischen Entwässerungsproblems gezeigt, zu welchen Fehleinschätzungen die von SIEMON und RICHTER entwickelten Berechnungsverfahren führen können.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

LUCKJSTER/ Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen Während bei FUHRIG (1968) als richtige Bezugswerte die Ergebnisse von Analogiemodellversuchen verwendet wurden, ist in jüngster Zeit auch eine numerische Berechnung der nichtstationären Galerie- und Brunnenanströmung gelungen (LUCKNER U. a. 1968, Abschn. 6.). Es besteht somit heute auch für die Entwässerungsfachleute in der Praxis zum einen keinerlei Notwendigkeit mehr, auf die von SIEMON in den 50er Jahren entwickelten Näherungsansätze zurückzugreifen; zum andern ist es ihnen möglich, an Beispielen die Fehler einzuschätzen, die bei der Anwendung dieses Verfahrens auftreten können. Es wurden uns bisher keine Veröffentlichungen bekannt, die zeigten, daß das von SIEMON entwickelte Verfahren zur Berechnung von Grundwasserabsenkungen in Westdeutschland jemals praktisch angewendet wurde oder international Verbreitung gefunden habe. Da die auf SIEMON basierenden Verfahren, die die Annahme sogenannter Absenkungsstadien voraussetzen, in der D D R noch immer für die Projektierung von Tagebauentwässerungsanlagen Verwendung finden, sollen an Hand der jüngsten Veröffentlichungen von RICHTER (S. o.) die Unzulänglichkeiten dieser Verfahren möglichst klar aufgezeigt und an Beispielen die bei ihrer Anwendung eintretenden Fehler ausgewiesen werden. Durch eine kurze Darstellung des von LUCKNER u. a. (1968) ausführlich erläuterten numerischen Berechnungsverfahrens soll den Entwässerungsfachleuten Einblick in ein exaktes Verfahren gegeben werden, das sich an Stelle der bisher in der Praxis gebräuchlichen Verfahren anwenden läßt. Symbole: Es wurden die gleichen Symbole wie bei RICHTER {S. O.) verwendet: o — Abstand der Brunnen innerhalb einer Reihe; A — Galerieabstand; k — Durchlässigkeitskoeffizient; p — entwässerbares Porenvolumen; qx — strömende Wassermenge je m Galerielänge an der Stelle x; qnx — Anteil von qx aus der Infiltration; qVx — Anteil von qx aus der Änderung des Trichterinhalts ; qs — Infiltrationsrate je Flächeneinheit; 81vJ8x< ^ r0 — Brunnenradius; -Rhydr. — hydraulischer Widerstand; Rx — Reichweite; t — Zeit; T — Profildurchlässigkeit; V — Volumen; w — p V; •y — Höhenlage des Grundwasserspiegels über der horizontalen undurchlässigen Schicht; x — Ortskoordinate. 2. Diskussion des Berechnungsverfahrens von Siemon und Richter am Beispiel der Galerieanströmung Berechnungsgrundlagen

E r s a t z von B r u n n e n - , F a l l f i l t e r - oder S t e c k f i l t e r reihen durch Gräben Bei RICHTER (1968a, Abschn. 3.) werden die Brunnen-, Fallfilter- und Steckfilterreihen als Entwässerungsgräben idealisiert. Dies ist nicht fehlerfrei möglich.

565 Bei der Anströmung von Brunnen-, Fallfilter- oder Steckfilterreihen werden gegenüber der Grabenströmung in Abhängigkeit von a und r 0 (s. a. FUHRIG u. a. 1968) zusätzliche Strömungswiderstände verursacht. Die Größe dieser hydraulischen Widerstände ergibt sich zu (LUCKNER u. a. 1968): a) einseitige Anströmung (s. a. FUHRIG U. a. 1968) a

zus. R]hydr.

a

(la)

In = —

2nk

b) symmetrische Anströmung (s. FUHRIG U. a. 1968) a

a

Ttk

Inr,

zus. i? h y d r . = —- • In

(lb)

Eine grobe Einschätzung des Einflusses dieser Zusatzwiderstände auf den zeitlichen Verlauf des Entwässerungsvorgangs kann man vornehmen, wenn man sie in Beziehung zum hydraulischen Widerstand des Gesamtströmungssystems bringen kann. Dies ist für die bei RICHTER (1968 a) untersuchten Fälle möglich, da hierbei der hydraulische Widerstand des Gesamtströmungssystems zu allen Zeiten etwa R x lk groß ist. Entsprechend der von LuCKNER u. a. (1968) durchgeführten Untersuchungen ist bei dem Ersatz der Reihen durch Gräben mit Zeitfehlern in der Größenordnung von zus. R^ y a T J ges. -Rhydr. z u rechnen. Für eine symmetrisch angeströmte Fallfilterreihe entsprechend RICHTER 1968 a, Abb. 1, mit Rx — A ß = 125 m, 2 r 0 = 0,7 m, a = 50 m ergäbe sich beim Ersatz dieser Reihe durch einen Graben ein Zeitfehler A f t von etwa

^ ' ~

A f

t

zus. R

h y ä I

,

ges. R

h y i r

,

=

In •

Ttk

2jtr0

=

0

4

R J k

^ 4 0 %

Diese abschätzende Berechnung zeigt, welch große Bedeutung einer exakten Erfassung der hydraulischen Wirkung einer Brunnen-, Fallfilter- oder Steckfilterreihe zukommt. In dem im 3. Abschnitt erläuterten numerischen Lösungsverfahren werden die zusätzlichen hydraulischen Widerstände gemäß Gl. ( l a ) oder ( l b ) berücksichtigt. M a t h e m a t i s c h e s Modell In allen Beiträgen von RICHTER (1968a, 1968b, 1969 a, 1969 b) findet das gleiche mathematische Modell zur Beschreibung der nichtstationären Grundwasserströmung Anwendung. Es besteht aus einer über die Höhe des Grundwasserleiters integrierten Form des DARCYschen Gesetzes (BUSCH U. a. 1967, Gl. 4a). Bei der Anwendung der DupmTschen Annahmen erhält dieses Gesetz folgende Form (RICHTER 1968a, Gl. l c , u. 1968b, Gl. 2 b ) : Ix •

l y k

dy T X

(2)

Die Gl. (2) enthält zwei unbekannte Funktionen qx = qx(x) und y = y(x). Das mathematische Modell

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

566

LUCKNBR

partiellen Differentialgleichung (7)

Fall a) HRF 8,75m

[m] 10 qI

=—

n

/ Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen

qvx = -

25

50

75

100

125

150

175

200 [m]

Abb. 1. Lage der freien Grundwasseroberfläche als Funktion des Ortes und der Zeit; Fall a

r

du

J P • Yt

DX

(7)

und somit die der Gl. (3) losgelöst von der Gl. (2) grundsätzlich nicht möglich. S I E M O N und R I C H T E R lösen die GL ( 7 ) , indem sie in Gestalt der Absenkungsstadien (SLEMON 1958, S . 15) die funktionelle Abhängigkeit der Absenkungsgeschwindigkeit dyldt bezüglich des Ortes und der Zeit als bekannt voraussetzen. Für sie gilt

A V — wurde durch Planimetrieren bestimmt.

muß deshalb eine zweite Bestimmungsgleichung besitzen. Diese entscheidende Gleichung wird von R I C H TER in den genannten Veröffentlichungen nicht angegeben. Er sagt (1968a, S. 421, unten) lediglich aus, daß qx zu bestimmen sei und gibt die Ergebnisse für verschiedene „hydrogeologisch-grundwasserhaushaltliche" Bedingungen in einer Tabelle nach SLEMON (1958) an. Diese fehlende Gleichung, die Kontinuitätsgleichung, lautet nach S I E M O N (s. O. Gl. 5 4 ) für eine beliebige Stelle x (s. a. R I C H T E R 1969C): 9x = Inx + Ivx

(3)

Die Ermittlung von qx setzt die Bestimmung von qnx und qyx voraus, die bei SlEMON (1958, S. 30) beschrieben wird. Danach läßt sich Gl. (3) auch wie folgt schreiben (s. a. ebenda, Tab. 2), ferner R I C H T E R 1968a, Abb. 1, und 1968b, Abb. 2b):

(s. a. ebenda, Tab. 2, Zeile 4), wobei f{x) entsprechend den Absenkungsstadien eine nach ihren Vorstellungen festgelegte Funktion von x ist, die beim Erreichen subjektiv vor Beginn der eigentlichen Berechnung festzusetzender Absenkungen wechselt (s. z. B. R I C H T E R 1968a, Abb. 6). Die konstante Größe C wird an Hand der geförderten Wassermenge bzw. des entwässerten Trichtervolumens bestimmt (s. SlEMON 1958, Tab. 2, Zeile 3). Diese zu Beginn der Berechnung in Form der Gl. (8) getroffene Voraussetzung ist unsinnig, da ihre näherungsweise Festlegung [f(x) = const., lineare Funktion von x oder auch als beliebige andere Funktion von x\ entweder die Kenntnis des gesuchten Ergebnisses y = y(x, t) voraussetzt oder bei willkürlicher Annahme dem richtigen Ergebnis im allgemeinen widersprechen muß. Berechnungsbeispiele

X

X

Ix = j qtdx+

o

f qvx dx

o

(4)

Es erhebt sich nun die G r u n d s a t z f r a g e nach der Möglichkeit und Zulässigkeit der Integration von qs und qtx längs x. Die Grundwasserneubildung qs wird längs x als bekannt vorausgesetzt (hydrologische Randbedingung). Das Integral x qnx = j q„dx

o

Es sollen zwei Beispiele entsprechend R I C H T E R (1968a, Abb. 6) gelöst werden. Bei L U C K N E R U. a. (1968) wurden zwei solche Beispiele mit einem Entwässerungsgraben, dessen Wasserspiegel plötzlich auf h0 = 0 abgesenkt wird („ungesteuerter Absenkungsvorgang"),

(5)

ist somit analytisch, graphisch oder numerisch bestimmbar. Die spezifische Entnahme aus dem Vorrat qvx ist dagegen vorerst unbekannt und ihre Bestimmung eigentlich ein Ziel der gesamten Berechnung. Dieser Kernpunkt der Problematik wird von SlEMON und R I C H TER übergangen. Die eigentlichen Probleme werden noch klarer, wenn man qvx durch Grundgrößen ersetzt. Es gilt dy qm = - p -

T t

(6)

Da y eine vorerst unbekannte Funktion vom Ort x und der Zeit t ist (y = y{x, t)), ist die Lösung der

Abb. 2. Lage der freien Grundwasseroberfläche als Funktion des Ortes und der Zeit; Fall b A V — wurde durch Planimetrieren bestimmt.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 567

/ Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen

LTJCKNBB

120

II:

110

W2 =

Falla) H0=Q75m

100-10" 6 m 2 /s 90

X

80

III:

1 /R2

/ / 2 _ L 9 .

x2\

.^-^-«(t-T).

k

9

Y*

¿»y

/n* _

(R

R2

I 70 I 60

Das Stadium I gilt bis zu

^CT4 0 30

a) Ht,0

20 10 105

3d

10d 106

1M

3M

13

10'

33 10 6

1[s] -

Abb. 3 Zustrom zum Graben je m Länge als Funktion der Zeit; Fall a 1 — e x a k t e L ö s u n g ; 2 — E r g e b n i s n a c h L . RICHTER

120 110 100-10"5m2/s

Fall b)H 0 -77m

90

60

|

\

70

I 60

\\

^T 50 i L 40 "

V \

/

/

30 20

\

10

--

10 d

105

10

33 10 9

1M 6

10?

t[s]-

Abb. 4. Zustrom Zum Graben je m Länge als Funktion der Zeit; Fall b

= 8,75 m

b) H t _ 0 =

Nach

= 220 m ;

p '

=0,25.

RICHTER

77 M

SJ =

4,4

Stadium I

Es lassen sich nun beliebige Randabsenkungen (Hund h0-Werte) unter Beachtung der Absenkungsstadien vorgeben und die dazugehörigen q- und y-Werte nach obigen Gleichungen berechnen (s. Abb. 1 und 2). Die jeder Absenkungskurve zugehörige Absenkungszeit läßt sich nach R I C H T E R 1968a, Gl. (28), (29) bestimmen, wobei W( = p • Vi für die beiden Beispiele durch Planimetrieren ermittelt wurde. In der Tab. wurden alle berechneten Größen zusammengestellt. Abb. 3, 4, 5 und 6 zeigen die auf diese Weise bestimmten Größen für q = q(t) und y = y(t). Sie wurden den exakten Werten nach L U C K N E R ( 1 9 6 8 ) gegenübergestellt. Fall a) H 0 = 8.75m

HORN"-

1 =

—

Im

1

k{H*-h2

0)

4R

Hi-

+

R1

2q k l—

_

13

60

s,

10 m ^ ¿II Jm

220m

X,

* is

lOm-v s

10m

ÜLY

2

/ R2

10 5

3d

10d

106

1M

i.

V,

10

ì

33 10°

t[s]-

70

20

m

5

80

E 50 ^40

und für die Spiegellinie: y* =

3M

1M

*
H t _ 0 sofort Stadium I I I anschließen.

analytisch, modelltechnisch und numerisch mit folgenden geohydraulischen Kennwerten untersucht:

= 1 . 1 ( H m/s;

R

K

s1 = 12,9 m

1 — e x a k t e L ö s u n g ; 2 — E r g e b n i s n a c h L . RICHTER

k

= Ht_0 •

3M 10'

t[s]-

33 10°

Abb. 6. Lage der freien Grundwasseroberfläche als Funktion der Zeit; Fall b 1 — e x a k t e L ö s u n g ; 2 — E r g e b n i s n a c h L . RICHTER

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. l g ( 1 9 6 9 ) , Heft 11

568

LUCKNEK / Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen

Vergrößert man die Schrittzahl, so müßten sich nach RICHTER (1968a, S. 424) genauere Werte ergeben. Daß dies nicht zutrifft, kann man leicht überprüfen. Die beiden Berechnungsbeispiele zeigen, daß das tatsächliche Absenkungsgeschehen durch die Verfahren von SIEMON und RICHTER nicht richtig erfaßt wird. Abb. 3 zeigt besonders deutlich, daß trotz Fallfilterbetrieb die zuströmende Wassermenge von Null beginnend erst nach einer ganz erheblichen Zeit ihren Maximalwert erreicht (vergrößert man die Schrittzahl, so dauert diese Phase noch länger). Das steht in völligem Widerspruch zum tatsächlichen Verhalten.

An Hand der beiden Beispiele wird deutlich, welche Fehler bei der Anwendung der Berechnungsverfahren von RICHTER auftreten können. Während im Fall a) (Abb. 3 und 5) die tatsächlichen Verhältnisse in grober Näherung erfaßt werden, treten beim Fall b) (Abb. 4 und 6) beachtliche Abweichungen auf. Abb. 6 zeigt, daß für die Absenkungen an den Punkten x = 220 m, x = 110 m und x — 10 m Zeitfehler von 1000% bis 1 0 0 0 0 % auftreten. Interessant ist auch folgender Widerspruch (s. vor allem Abb. 1). Während für die Bestimmung von q und y vorausgesetzt wurde, daß bis zu = 0 das Absen-

Tabelle Fall a) H„ = 8,75 m

V = [m]

H.

K

8,75

8,75

q

[ma/s]

i

3=

0

_

0,00

10

30

60

110

160

_

_

_

_

_

9,40 8,75

7,00

18,79 • 1 0 " '

• IO-«

I

8,75

5,25

33,41

1 j

8,75

3,50

43,85 •

IO - ' 10 _ e

]

7,25

7,66

8,10

8,55

5,25

5,81

6,70

7,58

8,40

3,50

4,54

5,92

7,19

8,26

8,75

0,00

52,20 •

8,75

0,00

26,10 • 1 0 " '

0,00

•

IO-'

•

IO-'

7,00

0,00

21,17 16,70

0,00

3,15

5,21

6,86

—

—

_

8,16

0,00 0,00

2,06 1,82

3,55

4,41

3,50 1,75

0,00 0,00 0,00

9,40 • 1 0 - ' 4,18

• IO"'

0,00

1,36

3,31

2,36

1,04 • 1 0 - '

0,00 0,00

0,91 0,45

2,20

1,58 0,78

1,11

0,654 0,88

0,00

0,264 • 1 0 " '

0,00

0,23

Fall b) H 0 = 77,0 m

0,40

V

0,55

-

77,0

77,0

72,6

4,49

-10-

77,0

72,6

2,99

10~

67,4

63,0

2,61

10-'

60,4

56,0

2,33

10~4

53,4

41,0

2,05

10"'

46,4

42,0

1,77

10-'

39,4

35,0

1,49

10-*

32,4

23,0

1,21

10-*

25,4

21,0

0,928

10-4

18,4

14,0

0,648 1 0 - «

11,4

7,0

0,368 • 1 0 " '

4,4

0,0

0,06« • I O - 1

16,0

0,333 • 10'

3,20 • 10' 3,65 • 10' 3,99 • 10' 3,99 • 10« 76,5

3,24 • 10'

37,5

1,98 • 10°

75,0

5,75 • 10'

72,5

10,68 • 10'

72,5

27,78 • 10«

35,0

53,52 • 10'

7,22 • 10«

5,80

6,63

4,34 2,90 1,45

9,20 • 10« 14,95 • 10«

4,96

25,63 • 10«

3,31

53,41 • 10'

1,66

0,73

0,83

110

160

76,5

77,0

106,93 • 10«

[rn]

4 [m'/s] 77,0

0,453 • 10«

7,45

6,79 2,61

17,5

2,39 • 10'

8,65

13,05 5,25

0,805 • 10«

_

4,97

3,15

21,0

8,66

23,63 18,94

2,39 • 10'

8,70

48,03

A w [ma]

Ai

[s]

0,00 2,24

III

t

72,6

73,2

74,3

63,0

63.3

64,2

65,0

66,4

67,1

66,0

56.4

57,1

58,0

59,3

60,0

49,0

49,3

50,0

51,0

52.1

53,0

42,0

42.3

43.0

44,0

45.2

46,0

35,0

35.4

36.1

37,0

38.3

39,0

28,0

28,4

29.1

30.0

31.2

32,0

21,0

21,4

22,1

23.1

24.3

25.0

14,0

14,4

15.2

16.2

17.4

18.1 11,1

4

2,80 2,47 2,19 1,91 1,63 1,35 1,07 0,790 0,510

7,00

7,50

8,34

9,35

10,4

0,00

1,02

1,98

2,78

3,64

0,217 4,15

t [s] 0,0 • 10«

22,5 8,72

26,10 38,63

7,88

III

7,00

At[s]

2150

0,768 10'

1625

0,658 1 0 '

1600

0,731

10'

1600

0,838

10'

1575

0,967

10'

1550

1,15

10'

1525

1,43

10'

1500

1,90

10'

1450

2,85

10'

1400

6,45

10'

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 569

LXJCKNER / B e r e c h n u n g n i c h t s t a t i o n ä r e r G r u n d w a s s e r s t r ö m u n g e n

Ergebnis um oftmals mehrere 100%, wie sich leicht an Hand der Beispiele überprüfen läßt, so daß einer nachfolgenden genauen Berechnung mit Digitalrechnern keine Bedeutung zukommt. Alle diese Weiterentwicklungen von RICHTER führen somit zu keiner grundsätzlichen Verbesserung des Verfahrens der Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungsprobleme durch Vorgabe von Absenkungsstadien.

3. Numerisches Berechnungsverfahren der nichtstationären Grundwasserströmung am Beispiel der Galerieanströmung Mathematisches Modell A b b . 7. S c h e m a d e r O r t s d i s k r e t i s i e r u n g

kungsstadium I auftritt, erkennt man nach Aufzeichnung der Absenkungskurven (s. Abb. 1, Kurven 1 bis 4), daß in keiner Weise eine dreieckförmige Absenkung I eintritt. Dies gilt gleichermaßen auch für alle übrigen Stadien. Die Berechnungsbeispiele zeigen deutlich, daß das Berechnungsverfahren von RICHTER zur Lösung der „ungesteuerten Absenkung" nicht angewendet werden kann. Die Ergebnisse lassen sieh auch durch die Einführung von Zwischenstadien nicht verbessern, da für die Festlegung ihres Wechsels und die Festlegung der Laufvariablen vor Kenntnis des eigentlich zu ermittelnden Ergebnisses y = y[x, t) kein Anhalt existiert (s. a. RICHTER 1 9 6 9 b , S. 207).

Bei der „gesteuerten Absenkung" (RICHTER 1968a, S. 426) tritt ein weiterer Widerspruch hinzu. Bei der „gesteuerten Absenkung" ist die Entnahme q vorgegeben. Da aber auch durch Wahl der Absenkungsstadien und Randabsenkungen q nach den Gleichungen von RICHTER (ebenda, Gl. 4, 5 und 6) gegeben ist, widersprechen sich zusätzlich diese Vorgaben mit den Ergebnissen nach RICHTER. Abb. 2 und 4 zeigen beispielsweise deutlich, daß bei einer Parallelabsenkung (Stadium II) q stets mit der Absenkung abfällt, so daß bei konstanter Entnahme niemals das Stadium II auftreten kann. Aber auch für die Stadien I und I I I ist q nicht konstant (s. Abb. 3 und 4), so daß auch diese bei konstanter Entnahme nicht auftreten können. Alle bei der Grabenanströmung aufgezeigten Widersprüche treffen auch für die Anströmung r a d i a l e r F a s s u n g s a n l a g e n (RICHTER 1968b u. 1969b) zu. Auch hierbei ist mit Fehlern in der Größenordnung zu rechnen, wie sie bei den Berechnungsbeispielen nachgewiesen wurden. Die Berechnungsbeispiele zeigen weiterhin, daß einer möglichst genauen Bestimmung des Trichterinhalts nach den in RICHTER (1969 a) abgeleiteten Beziehungen keine Bedeutung beizumessen ist, da die,'Spiegelgleichungen (Eingangswerte) zu fehlerbehaftet sind. Die von RICHTER erwähnten Rechenprogramme setzen ebenfalls zu Beginn der Berechnung eine subjektive Festlegung des Übergangs von einem zum anderen Absenkungsstadium und die Festlegung der Laufvariablen voraus. Diese Schätzungen beeinflussen aber das 3

Angewandte Geologie, Heft 11/69

Im Abschn. 2. (Mathematisches Modell) konnte geklärt werden, daß die Grundgleichung (2) die Galerieanströmung mit der Du.ruIrschen Idealisierung im wesentlichen richtig beschreibt. Liegt keine horizontale undurchlässige Sohle des Grundwasserleiters vor, so lautet diese Gleichung allgemein:

qx = —T

— ox

mit

j k dy

(9)

y0 — Höhenlage der undurchlässigen Schicht. Als zweite Grundgleichung des mathematischen Modells der Galerieanströmung wurde in dem besagten Abschnitt die Gl. (4) ausgewiesen. Differenziert man Gl. (4) nach x und berücksichtigt die Gl. (6), so ergibt sich die Kontinuitätsgleichung der Galerieanströmung: dy P p, et

3?® aox

(10)

Durch das Einsetzen der Gl. (9) in die Gl. (10) wird eine der beiden unabhängigen Variablen vorerst eliminiert, und es entsteht die nichtlineare partielle Differentialgleichung (11) dy ( T xx V

dxj T x ) =

p

T t - '

(11)

u

deren exakte analytische Lösung selbst für T = ky bislang noch nicht gelungen ist. Eine numerische Lösung dieser Gleichung wird möglich, wenn sie in eine Differenzengleichung übergeführt wird. Mit der in Abb. 7 angedeuteten beliebigen Diskretisierung ergibt sich nach LUCKNER u. a. (1968):

r.

i/n+1 Ax n

Un __ rp * n-l,n

Vn

2/n-l _ „ dy n _

Axn (12)

m

lt

rp 1 n.Ti+l

Fn ' -^n+l Fj Ì

rp !l-l,n

+

T„

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1969), Hett 11

570

LTTCKNEB / Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen

Besondere Schwierigkeiten bereitet die Diskretisierung der Größe dyjdt. Grundsätzlich gibt es hierfür nach KABPLUS (1958) drei Möglichkeiten: (ym+1 m+1

(y

dt

(ym

— ym):At

=

m l

= Zentraldifferenz

— y ~ ) \'lAl

= Rückwärtsdifferenz

): A t

R

Vorwärtsdifferenz

Während die Vorwärtsdifferenz nur unter gewissen Bedingungen und die Zentraldifferenz, die naturgemäß die geringsten Diskretisierungsfehler verursacht, in jedem Fall zu instabilen Lösungen führt, erhält m a n bei der Anwendung der Rückwärtsdifferenz für jede beliebige Wahl von A x und A t stets stabile Ergebnisse. Mit ihr b e k o m m t die Gl. (12) folgende G e s t a l t : 1 Ä7n

r

rm

1

un

n,«+l

A

x

n,n

. _ yf r

gm

—

y?

1

rpm n—\,n

,,m

Dn

den Funktionswert an der Stelle n + 1 zur Zeit m näherungsweise der Wert zur Zeit m — 1 eingesetzt werden. Die Gl. (13) erfaßt d a m i t bei der 1. N ä h e r u n g die in A b b . 8 B gekennzeichneten F u n k t i o n s p u n k t e . Die im Zeit-Ort-Schema gekennzeichnete K o m b i n a tion von F u n k t i o n s p u n k t e n bietet noch keine absolute Gewähr für stabile Lösungen. Dies ist aber unbedeutend, da schon in 2. N ä h e r u n g der Funktionswert an der Stelle n + 1, der in 1. N ä h e r u n g durch den bekannten zur Zeit m — 1 an dieser Stelle herrschenden Funktionswert E i n g a n g gefunden hat, durch den F u n k tionswert zur Zeit m ersetzt wird, der bei der 1. Näherung berechnet wurde. Die Gl. (13) erfaßt d a m i t bei der 2. Näherung die in Abb. 8 C gekennzeichneten P u n k t e des Zeit-Ort-Schemas. Die Zahl der Näherungen 1 richtet sich nach der gewünschten Genauigkeit.

« > I vu+1

an—1

(13)

wobei mit m, m + 1, m -f- 2 . . . die Zeitpunkte beziffert wurden. Im Zeit-Ort-Schema erfaßt die Gl. (13) die in A b b . 8 A gekennzeichneten P u n k t e . Die Gl. (13) muß für jeden Abschnitt A x und für jeden Zeitabschnitt formuliert werden. Die praktische Auswertung dieser riesigen Zahl von Differenzengleichungen ist nur mit schnellen Digitalrechnern möglich.

-

für alle i = 0 , 1, 2, . . . n, n + 1

vu I

S e t z t m a n zur Vereinfachung der Berechnung in Z-ter Näherung für die Profildurchlässigkeit T die Werte der (l — l ) t e n Näherung, so läßt sich Gl. (13) nach der gesuchten Größe y auflösen. F ü r die l-te N ä h e r u n g ergibt sich somit [Gl. (14), S. 571 oben], Ist p = p(y), so ist in Gl. (14) p z u m Zeitpunkt m — 1 / 2 einzusetzen. F ü r gespannte Strömungsverhält-

Prinzip der digitalen Berechnung

Die L ö s u n g der Gl. (13) ist möglich, wenn 3 von den 4 in die Berechnung eingehenden Funktionswerten y bekannt sind. Bei isolierter B e t r a c h t u n g einer dieser Differenzengleichungen ist nur einer der 4 y-Werte bek a n n t (s. a. A b b . 8 A ) . D a beim A n s a t z der Gl. (13) für die weiteren Intervalle die gesuchten Funktionswerte noch mehrmals Verwendung finden, ist eine Berechnung aller Funktionswerte zur Zeit m durch die simultane L ö s u n g eines S y s t e m s v o n Differenzengleichungen der F o r m (13) (Zahl der Gleichungen des S y s t e m s ist gleich der Zahl der Intervalle) möglich. Durch ein spezielles elektrisches Widerstandsnetzwerk (LUCKNEB, 1968, A b s . 4) k a n n dieses Gleichungssystem simultan für j e ein Zeitintervall auf analogem Wege gelöst werden. F ü r die digitale Berechnung eignet sich die simultane L ö s u n g (Determinantenlösung) bei der sehr großen Zahl der Differenzengleichungen nicht, da der Zeitaufwand zu groß wird. E s wird deshalb nachfolgendes Berechnungsverfahren vorgeschlagen, mit dem bisher ausgezeichnete E r f a h r u n g e n gesammelt werden konnten. Bei diesem Verfahren wird der Funktionswert an der Stelle n zur Zeit m in einer 1. N ä h e r u n g dadurch berechnet, daß für den Funktionswert an der Stelle n — 1 zur Zeit m der im vorangegangenen Schritt berechnete Wert oder der R a n d b e d i n g u n g s w e r t und für

n-1

1. Näherung im n-1ten Schritt /berechneter Funktionswert -im n-ten Schritt zu berechnende Funktionswerte

m-1

2. Näherung

im n-ten Schritt zu berechnender Funkhonswert in I.Näherung zurZeit m im n-1ten Schritt berechneter Funktionswert

O1

x 2

Abb. 8. Zeit-Ort-Schema der numerischen Berechnung 1 — bekannte Funktionswerte; 2 — zu berechnende Funktionsweise

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1969), Heft 11 LXTCKNEE

I

Berechnung nichtstationärer Grundwasserströmungen

571

nisse geht Gl. (14) identisch in die von HENNIG (1969) entwickelte Beziehung über. 1

~Tm a

1 „,m

Vn+V.l-l

1

Axn

i

*

Tm »i-l.».1—1 . ..m

1

4r

+ji

2/r1 +

?r

mrrm

1 n,n+l',l—1 fm | Ä n—l,n; l—1 + Tt . Me B CTaTbe HENOCTATKH

npHBOflHTCH H o6i>HCHHK)TCH BHBEAEHNORO

3HMOHOM

TEOPETHHECKHG

(1958)

n

PnxTepoM

ABYX

BMHHCJIH-

( 1 9 6 8 a , 1 9 6 8 b , 1 9 6 9 a , 1 9 6 9 b ) BUTOCJiHTentHoro c n o c o ß a jyiH HeycTaHOBHBiiiHXCH TENEHHÜ rpyHTOBHX BOA nyTeM NJIAHNPOßAHHH

CTARHÜ

nOHiimeHMH.

H a

TejibHux n p H M e p a x noKa3HBaeTCH KOJiimecTBeHHO, K KAKHM 3HaHHTeJIbHtIM OIHHÖOTOHM OI^HKAM MOJKeT npHBeCTH Hcn0JiB30BaHHe 3Toro TeopeTimecKii HenocTaTO^HOro BHHHCJIHTeJIbHOrO

coBpeiweHHoro npH NOMOMH

CnOCOÖa.

FLOTOM

O6-£HCHHH)TCH

OCHOBH

ijinJipoBoro BbiqHCjnrrejibHoro cnocoöa, KOToporo MOIKHO peniHTb nocTaBneHHbie

3 H M O H O M h P ü x T e p o M n p o ß j i e M H c B H C O K O Ä TOHHOCTBIO.

Summary T h e o r e t i c a l i n s u f f i c i e n c i e s of t h e c a l c u l a t i n g m e t h o d d e r i v e d b y SIEMON (1958) a n d RICHTER ( 1 9 6 8 a , 1 9 6 8 b , 1 9 6 9 a , a n d 1 9 6 9 b ) f o r p r o b l e m s of n o n - s t e a d y g r o u n d w a t e r flow b y g i v i n g l o w e r i n g s t a g e s a r e s h o w n a n d e x p l a i n e d . T w o e x a m p l e s show q u a n t i t a t i v e l y c o n s i d e r a b l e e r r o n e o u s estim a t e s c a u s e d b y t h e a p p l i c a t i o n of t h i s t h e o r e t i c a l l y i n s u f f i cient m e t h o d . I n t h e p r e s e n t p a p e r t h e b a s e s of a r e c e n t n u m e r i c a l m e t h o d of c a l c u l a t i o n a r e e x p l a i n e d , b y w h i c h p r o b l e m s r a i s e d b y SIEMON a n d RICHTER c a n b e s o l v e d w i t h high accuracy.

Literatur BÜSCH, K ,-i., & L. LUCKSKR: Grundgesetze der modernen Grundwasserhydraulik. — Bergbautechnik, 7 (1967). — Beitrag zur angewandten Brunnenhydraulik. — Bergbautechnik, 1 (1968). BUSCH, K.-F., L. LUCKHER & K. TIEMER: Die wichtigsten analytischen Berechnung^ verfahren der stationären eindimensionalen Grundwasserströmungsvorgänge. — Bergbautechnik, 7 (1967). BUSCH, K.-F., K. TIEMER & L. LUCKNER: Die wichtigsten analytischen Lösungsmethoden für die partiellen Differentialgleichungen der Grundwasserhydraulik. — Bergbautechnik, 12 (1967). FUHRIO, F . , L . MISCHKEWITZ, L . LUCKNER & L . HERRMANN: D a s elektri-

sche Analogiegerät „analog 1" — ein Beitrag zur Rationalisierung der Entwässerung der Braunkohlentagebaue. — Bergbautechnik, 4 (1968). HENNia, G.: Beitrag zur Berechnung des instationären Absenkungsvorganges im gespannten Grundwasser mit Hilfe des Differenzenverfahrens. — Diss.-Sehr. Bergakad. Freiberg 1969. KARPLUS, W. J . : Analog simulation — solution of field problems. — McGraw-Hill Book Comp., New York, Toronto, London 1958. LUCKNER, L., & D. PEUKERT: Forschungsbericht des Deutschen Brennstoffinstituts Freiberg Nr. 8 - 66: Schaffung von Grundlagen zur Vervollkommnung und Modellierung der Filterbrunnenentwässerung. Absenkungsverlauf bei Galerien. — Freiberg 1968. PEUKERT D.: Ein Beitrag zur Berechnung des Absenkungsverlaufs an Brunnengalerien. — Bergbautechnik, 10 (1968). RICHTER, L.: Die Ermittlung von Abständen paralleler Entwässerungsstrecken und Filterbrunnenreihen bei Tagebauentwässerungen. — Z. angew. Geo]., 14, 8, Berlin 1968 [1968a]. — Hydrogeologische Gleichungen zur Ermittlung der Grundwasserentnahmemengen bei der Entwässerung von Tagebauen und großen Baugruben. - Z. angew. Geol., 14, 9, Berlin 1968 [1968b]. — Erfassung des Grundwasservorrats bei Grundwasserabsenkungen. — Z. angew. Geol., 15, 2, Berlin 1969 [1969a], — Abstandsermittlung netzförmig angeordneter Brunnengruppen und Einzelbrunnen bei Tagebauentwässerungen. — Z. angew. Geol., 15, 4, Berlin 1969 [1969b]. — Absenkungs- und Entnahmegleichungen zur Berechnung von Grundwasserabsenkungen. — Bergbautechnik, 1 (1969) [1969c], SIEMON, H.: Berechnung von Grundwasserabsenkungen unter Berücksichtigung des Grundwasserhaushaltes. — Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten des Landes Nordrhein-Westfalen, Düsseldorf 1958.

Zeitschrift íiir angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heit 11

572

STROGANOW / L a g e des Gas/Wasser- und G a s / Ö l - K o n t a k t s

Uber den Einfluß toniger Deckschichten auf die Lage des Gas/Wasser- und Gas/Öl-Kontakts in mehrschichtigen Lagerstätten W. P. STROGANOW, U d S S R

In den mehrschichtigen Lagerstätten des erdgasund erdölführenden Gebiets von Buchara—Chiwa ist folgende Gesetzmäßigkeit in der Veränderung der Höhenlage des Gas/Wasser- und des Gas/Öl-Kontakts im Profil zu beobachten: Der Kontakt des oberen Lagers liegt in der Regel höher als der des unteren. Diese Gesetzmäßigkeit ist eine Eigenart der Lager in kretazischen und in jurassischen Sedimenten ( K U S C H Nmow 1965). Zur Klärung der Ursachen dieser Gesetzmäßigkeit müssen die Besonderheiten der Bildungsbedingungen und des geologischen Baues der Lagerstätten untersucht werden. Es steht fest, daß der Kontakt des oberen Lagers unabhängig von den Bildungsbedingungen des Lagers über dem des unteren liegen wird, wenn das Speicherabschlußniveau der oberen produktiven Schicht höher liegt als der oberste Punkt des Speicherraums der unteren produktiven Schicht (Abb. l b ) . Ist eine Lagerstätte derart gebaut, daß das Speicherabschlußniveau im oberen Horizont tiefer liegt als der höchste Punkt des Speichers im unteren Horizont (Abb. l d ) , d.h., liegt eine „Uberlagerung" der oberen Falle durch die untere vor, so können die Kontakte in benachbarten Lagern ganz verschieden liegen. Der Kontakt des oberen Lagers kann sich dann in höherem oder tieferem Niveau befinden als der Kontakt im unteren Lager. Deshalb braucht man zur Klärung der Lage des Gas/Wasser- und des Gas/Ol-Kontakts eine genaue Analyse des jeweiligen geologischen Baues. Wir führen einen Parameter ein, der die Größe der Uberdeckung der unteren Falle durch die obere charak-

terisiert. Er ist gleich dem Abstand zwischen dem höchsten Punkt der Abdeckung des unteren Horizonts und dem Speicherabschlußniveau des oberen Horizonts. Als Nullinie für die Berechnung wählen wir das Speicherabschlußniveau des oberen Horizonts. Liegt das Niveau des höchsten Punktes des unteren Horizonts über dem Speicherabschlußniveau des oberen Horizonts (s. Abb. l d ) , ist der Wert z positiv. Bei entgegengesetzten Verhältnissen (Abb. l b ) ist z negativ. Hieraus kann man die Behauptung ableiten, daß die gegenseitige Lage der Kontakte einer solchen Lagerstätte durch den geologischen Bau der Antiklinale kon- , trolliert wird, wenn die produktiven Horizonte durch z < 0 charakterisiert werden. Das bedeutet, daß die gegenseitige Lage der Kontakte unabhängig vom Charakter der Migration (vertikal oder lateral) immer gleich sein wird, indem der Kontakt im oberen Lager höher liegt als der im unteren. Bei z > 0 ist eine zusätzliche Analyse der Lagerbildungsbedingungen erforderlich. So ist zur Klärung der Ursachen für ein gesetzmäßiges Niveauabsinken der Kontakte in benachbarten Lagern vor allem der Wert z für jeden produktiven Horizont einer mehrschichtigen Lagerstätte zu bestimmen. In der Tabelle werden die z-Werte für die produktiven Horizonte solcher Lagerstätten im Gebiet von Buchara— Chiwa angeführt, die eine sehr große Anzahl von Schichten enthalten. Aus ihr ist ersichtlich, daß z < 0 nur in den Horizonten X I I und X V I der Lagerstätte Setalan—Tepe und im Horizont X V I der Lagerstätte Utsclikyr auftritt. Für alle produktiven Horizonte der übrigen Lagerstätten ist z > 0. Infolgedessen unterliegen bei Beachtung der obengenannten Gesetzmäßigkeiten nur die Lagerstätte Setalan—Tepe mit den Horizonten X I I und X V I und die Lagerstätte Utschkyr mit dem

Aus: „ßeologija nefti ¡ gasa", H. 1 (1969), S. 35 - 38, Ubers.: W. TOBIAS, Berlin.

Tab. z-Werte der produktiven Horizonte der mehrschichtigen L a g e r s t ä t t e n des erdöl- und gasführenden Gebiets von Buchara — Chiwa

Lagerstätte Gasli Akdshar Schurtsciii Julduskak Utschkyr (Kuppel im Gebiet der Bohrung 2) Utschkyr (Kuppel im Gebiet d. Bohrung 20) Jangi — Kasgan Setalan — Tepe

XIII

produktive Horizonte IX

X

0

+ 85

-

-

-

-

-

-

XI

XIa

XII

XHIa XHIb XIIIc Xllld XHIe XHIf XIVj XIV K XIV 2

+ 51 + 111 + 140 + 89 0 + 23 0 + 48 0

-

-

-

-

-

-

0

-

XV

XIV

0 - 24

Anmerkung: 0 = oberes Lager, für das z nicht ermittelt wird

+ 50 -

+ + + +

55 127 115 140

+ 38

+ 40

-

-

-

+8

—

-

-

-

-

-

-

-

-

—

+ 57 -

XV,

xv,

_

—

— -

+ + + +

99 45 100 71 + 53

0"

+ 86 + 87

+ 93

0

+ 25

+ 32 + 29 + 18

+ 167

-

-

' +3

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

XVII XVI + + + -

98 + 66 135 + 146 137 + 138 13 96 -

+ 179 -220 -

-

-

-

+ 68

Zeitschritt lür angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

STROGANOW / L a g e des G a s / W a s s e r - und G a s / Ö l - K o n t a k t s

Horizont X V I den Besonderheiten des geologischen B a u e s . Bei den übrigen L a g e r s t ä t t e n liegen die Ursachen f ü r diese Gesetzmäßigkeit offensichtlich in bes t i m m t e n Bildungsbedingungen der L a g e r selbst, weil der geologische B a u die E n t s t e h u n g von L a g e r n mit unterschiedlicher gegenseitiger L a g e der K o n t a k t e zuläßt. Früher wurde gezeigt (STROGAUOW 1966) (auf Grund einer Analyse der P a r a m e t e r v o n Deckschichten und L a g e r n sowie hydrogeologischer und geochemischer Angaben), daß bei der Bildung und U m b i l d u n g der mehrschichtigen L a g e r s t ä t t e n im untersuchten Gebiet der vertikalen Migration v o n E r d g a s durch die Dachschichten eine bedeutende Rolle z u k o m m t . 1 ) E s ist b e k a n n t , daß die Migration v o n E r d g a s durch tonige Schichten bei einem b e s t i m m t e n Druckabfall vor sich geht (SAWTSCHENKO 1958). Bei einem Absinken des Druckes hört die Filtration auf. Infolgedessen ist der Schichtdruck des Gases in zwei benachbarten L a gern, deren Bildung oder U m b i l d u n g das Ergebnis vertikaler Gasmigration ist, immer unterschiedlich. Wenn die Migration v o n unten nach oben erfolgte, ist der Schichtdruck i m oberen L a g e r immer niedriger als im unteren; u m g e k e h r t sind sie im Gaslager des oberen Horizonts immer größer als im unteren, wenn die Migration v o n oben nach unten erfolgte. Diese Tendenz der Veränderung v o n Psch spiegelt sich in benachbarten L a g e r n in entsprechendem U m f a n g in der gegenseitigen L a g e der K o n t a k t e wider. Dabei sind folgende T y p e n möglich: 2 ) 1. Der

Gas/Wasser-

oder

Gas/Öl-Kontakt

des

oberen

Lagers 3 ) liegt höher als der Gas/Wasser- oder Gas/Ol-Kontakt des unteren Lagers (s. Abb. l a und 2). 2. Der Gas/Wasser- oder Gas/Öl-Kontakt des oberen Lagers liegt tiefer als der Kontakt im unteren Lager. ') Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Zustrom des Gases a u s dieser oder jener Richtung durch laterale Migration über die unteren Horizonte aus stärker abgesenkten Gebieten vor sich ging. ! ) Bei unterschiedlichen piezometrischen Wasserdrücken spiegeln sich gewisse Druckunterschiede auch in der absoluten Teufenlage der K o n t a k t e wider, wodurch die Gesetzmäßigkeit ihrer gegenseitigen L a g e verwischt wird, was zu berücksichtigen ist.

573

Bei der B i l d u n g und U m b i l d u n g der Gaslager in den mehrschichtigen L a g e r s t ä t t e n des zur B e h a n d l u n g stehenden Gebiets waren Prozesse der vertikalen Migration beteiligt. Infolgedessen spielten die tonigen Deckschichten eine wichtige Rolle bei der Herausbildung der festgestellten Gesetzmäßigkeit. D a s Verständnis für diesen V o r g a n g t r ä g t auch dazu bei, eine andere h ä u f i g angetroffene Gesetzmäßigkeit in der L a g e der K o n t a k t e zu erklären, die vorzugsweise den Neokom-Apt-Gaslagern von Agdshar und Schurtsciii und den oberjurassischen Sedimenten eigen ist. Sie besteht darin, daß sich die Teufenlage der Gas/ W a s s e r - K o n t a k t e innerhalb des T y p s I in der Weise verändert, daß die äußere K o n t u r der E r d g a s f ü l i r u n g des unteren L a g e r s neben der K o n t u r des oberen L a g e r s z u m Zentrum zu liegt, d. h., es ist eine Verringerung der Fläche der L a g e r zu beobachten (Abb. 2, Gasli, Sedimente des Neokoms). D a s Prinzipschema, in dem sich diese Gesetzmäßigkeit widerspiegelt, ist in A b b . l e wiedergegeben. Aus ihr ist ersichtlich, daß der produktive K o m p l e x (analog den Horizonten X I I und X I I I von N e o k o m — A p t in Abb. 2) durch mächtige Deckschichten überlagert wird. Dadurch wurde die B i l d u n g eines oberen L a g e r s mit größeren Abmessungen als der aller tiefer liegenden L a g e r , deren Deckschichten eine bedeutend geringere Mächtigkeit haben, möglich. Dabei übte das obere L a g e r , in diesem Fall das L a g e r des Horizonts X I I , einen gewissen Einfluß auf die Abmessungen der unteren L a g e r aus (STROGANOW 1966). Demzufolge erscheint die Höhe der letzteren gegenüber den Höhenlagen der Deckschichten überhöht. In solchen Fällen zeugt für die Höhe der L a g e r , die die eigenen Deckschichten über den unteren Horizonten einnehmen können, nur der A b s t a n d l zwischen den Gas/Wasser- und Gas/OlK o n t a k t e n des oberen und unteren L a g e r s . Offensicht3) Die F r a g e der gegenseitigen L a g e der Gas/Wasser- oder Gas/ÖlK o n t a k t e in den Lagern mehrschichtiger Lagerstätten, die sich als Ergebnis einer vertikal gerichteten Migration gebildet haben, wurde früher bereits

v o n W . P . SAWTSCHENKO ( 1 9 5 8 ) u n d A . L . KOSLOW ( 1 9 5 9 ) b e h a n d e l t .

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

574 lieh ist der Abstand l um so größer, je stärker die Abschirmfähigkeit der Deckschichten ist; und um so weiter liegen die K o n t a k t e benachbarter Lager auseinander. Aus Abb. l e geht hervor, daß bei Verlagerung der äußeren K o n t u r der Erdgasführung zum Zentrum hin der W e r t l, nämlich der Abstand zwischen den Gas/ Wasser-Kontakten des oberen und des unteren Lagers geringer ist als ( = Abstand zwischen den Kontakten des oberen und des relativ niedrigeren Lagers), bei dem keine Konturverschiebung des unteren Lagers nach dem Zentrum hin zu beobachten gewesen war. So ist die festgestellte Verringerung der Lagerflächen nach der Teufe zu in den produktiven Horizonten von Neokom—Apt und in verschiedenen Lagerstätten auch in den produktiven Schichten des oberen Juras, die ähnlich mächtige Deckschichten über dem oberen Lager und geringer mächtige Deckschichten über den tiefer liegenden produktiven Horizonten haben (Lagerstätten Akdshar, Schurtschi, Julduslcak mit den Horizonten XV und XVI), dadurch hervorgerufen, daß sie sich infolge vertikaler Migrationsprozesse bildeten. Hierbei ermöglichte, wie oben gesagt wurde, die geringe Abschirmfähigkeit der tonigen Deckschichten über den unteren Horizonten nur eine unbedeutende Zunahme (KOSLOW 1959) der Höhe des unteren Lagers im Vergleich zum Niveau des Kontakts im oberen Lager. Infolgedessen t r a t auch die Verringerung der Fläche in den unteren Lagern auf. Es ist interessant festzustellen, daß das untere Lager in Schichtpaketen, die ihren Abmessungen nach die geringste Bedeutung haben, in der Mehrzahl der Fälle u m so kleiner wird, je tiefer es im Profil unter dem regionalen Haupthangenden liegt. Deshalb ist es in den Fällen, in denen das produktive Profil aus einigen Schichtpaketen oder Komplexen besteht, möglich, daß die unteren Lager (Abb. l d , Lager VIII) des oberen oder mittleren Komplexes wegen ihrer unbedeutenden Abmessungen bei der E r k u n d u n g nicht entdeckt werden. Es kann die Meinung entstehen, daß im Mittelteil eines Kohlenwasserstoffe führenden Profils wasserführende Horizonte vorhanden sind. Es ist nicht ausgeschlossen, daß die in der Literatur angegebenen F a k t e n über die Existenz wasserführender Horizonte innerhalb mächtiger produktiver Profile in einigen Fällen gerade durch den spezifischen geologischen Bau der entsprechenden Lagerstätte erklärt werden können; dann nämlich, wenn eine stark ausgeprägte vertikale Umverteilung von Kohlenwasserstoffen die Bildung von Lagern mit unterschiedlichen Abmessungen ermöglichte. Deshalb braucht nicht bewiesen zu werden, daß das Aufdecken von Gesetzmäßigkeiten bezüglich der Lage von Gas/Wasser-Kontakten und ihrer Ursachen in mehrschichtigen Lagerstätten sehr wichtig ist. Dies gilt besonders f ü r Schichtpakete vom Typ Neokom—Apt, weil hier die Einengung der Gas/Wasser-Kontakte gewisse Schwierigkeiten mit sich bringt. Diese produktiven Pakete sind von mächtigen Deckschichten überlagert und bauen sich aus einer Wechsellagerung von Speicherschichten und relativ geringmächtigen tonigen Deckschichten auf. Infolge der unbedeutenden Mächtigkeit der tonigen Zwischenschichten unterscheidet sich die Lage der Gas/Wasser-Kontakte in benachbarten Horizonten nur wenig. Deshalb werden solche produktiven

STROGANOW / Lage des Gas/Wasser- und Gas/Öl-Kontakts

Abb. 2. Profil von Gasli

1 — Speicher, mit Gas gefüllt; 2 — Speicher, mit Erdöl gefüllt; 3 — tonige Deckschichten IX—XIII a -f — produktive Horizonte; rechts am Band: Jura, Unterkreide, Oberkreide

Serien in einigen Fällen f ü r einheitliche Reservoire mit gemeinsamem Gas/Wasser-Kontakt gehalten. Hierbei ist natürlich eine richtige Berechnung der Vorräte nicht möglich, weil bei großer Gesamtmächtigkeit eines solchen Pakets die Unterschiede, die in der Teufenlage der K o n t a k t e von Lagern im oberen Teil und von Lagern im unteren Teil auftreten, erhebliche Werte annehmen können. So erreichen in Gasli diese Unterschiede insgesamt 76 m ; f ü r benachbarte Horizonte sind sie jedoch unbedeutend. Aus allgemeinen Überlegungen heraus kann man annehmen, daß für Erdöllager in dieser Hinsicht dieselben Gesetzmäßigkeiten bestehen wie bei Erdgaslagern. Auf Grund des Obendargelegten kann m a n schlußfolgern, daß tonige Deckschichten im Bildungsprozeß von mehrschichtigen Lagerstätten einen bestimmten Einfluß auf die Lage der Gas/Wasser- oder Gas/OlK o n t a k t e ausüben. Demzufolge kann eine Analyse der Lageveränderungen der K o n t a k t e eine vollständige Klärung der Frage nach den Bildungsbedingungen eines Lagers ermöglichen. Umgekehrt ermöglicht die Kenntnis der Bedingungen, unter denen die E n t s t e h u n g von Lagern in bereits erschlossenen Lagerstätten eines bestimmten erdöl- und erdgasführenden Gebiets erfolgt, eine bestimmte Tendenz in der gegenseitigen Lage der Gas/Wasser- und der Gas/Öl-Kontakte in zu erkundenden Lagerstätten vorherzusagen. Literatur KOSLOW, A. L.: Bildung und Verteilung von Öl- und Gaslagern. — Gostoptechisdat (1959). KUSCHNIROW, I. W.: Regionale Gesetzmäßigkeiten der Bildung von Erdöl- und Erdgaslagern innerhalb der Aufwölbungszone von Buchara. — Autoref. Diss., Taschkent 1965. SAWTSCHENKO, W. P.: Bedingungen für die Bildung von Lagern von Erdgas und Erdöl bei deren gerichteter Migration in wassergesättigten Gesteinen. - Arb. WNU, Bd. 1, 4, Gostoptechisdat (1958). STKOGANOW, W. P.: Die Rolle toniger Dachschichten bei der Bildung von Gaslagern (am Beispiel der Lagerstätten der Amudarja-Senke). — Autorref. Diss. (1966).

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Helt 11

USPENSKI / Genetische Klassifikationen fossiler organischer Substanzen

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Uber die Grundlagen der genetischen Klassifikationen fossiler organischer Substanzen verschiedener Art W . A. USPENSKI, U d S S R

Die Grundlagen aller genetischen Klassifikationen beruhen auf bestimmten Ansichten der Autoren über die N a t u r und die Bildungsart der Klassifikationsobjekte. K l a r e Vorstellungen führen zur Erzeugung von klar konstruierten S c h e m a t a ; widerspruchsvolle Klassifikationen deuten auf widersprüchliche Auffassungen. Eine genetische Klassifikation darf nicht mechanisch aus E l e m e n t e n verschiedener genetischer Schemata aufgebaut w e r d e n , wie es m a n c h m a l bei Brennstoffen der Fall ist. F o s s i l e organische Stoffe mit prinzipiell unterschiedlichen Entstehungsgeschichten kann m a n nicht in eine gemeinsame genetische Klassifikation einreihen. N a c h ihrer Genesis sollen alle Arten dieser Stoffe in zwei scharf voneinander getrennte, umfangreiche, einander entgegenstehende Gruppen eingeteilt werden. Die eine u m f a ß t den umgebenden Gesteinen syngenetische Stoffe, die andere entspricht Migrationsprodukten. J e d e dieser Gruppen besitzt spezifische biographische Züge und ist durch typische paragenetische Assoziationen charakterisiert. Ihre Klassifikationsschemata beruhen auf prinzipiell verschiedenen Grundlagen. Die Klassifikation organischer S t o f f e der ersten Gruppe ist mit der Klassifikation der umgebenden Sedimente, mit denen sie ein faziell-genetisch einheitliches System bilden, eng verbunden. Die Stoffverteilung, Formen der Stoffe, die Zusammensetzung ihrer Gefügebestandteile und ihre chemische Struktur spiegeln die H a u p t z ü g e des geochemischen Lebenskreises der Sedimente wider. Wir lernen allmählich, ihre Lebensgeschichte abzulesen, da F r a g m e n t e organischer Überreste vorliegen, deren kohlenpetrographische Untersuchung die Rekonstruktion dieser Entwicklung ermöglicht. Typische Vertreter dieser Gruppe sind in den fossilen Kohlen zu finden. Ihre Verdünnung durch Mineralstoffe k a n n zwar einen gewissen Einfluß auf die organische S u b s t a n z a u s ü b e n (infolge unterschiedlicher Biozönosekomplexe der Mutterorganismen, unterschiedlicher diagenetischer Transformationsbedingungen usw.), doch bleibt die Einheitlichkeit ihres Wesens erhalten. E s entspricht den organischen Uberresten, die mit den mineralischen Sedimenten zusammen fossilisiert wurden und mit ihnen eine unzertrennbare Verbindung bewahrt haben. Die organischen Stoffe der zweiten Gruppe sind als Migrationsprodukte den sie enthaltenden Speichergesteinen faziell fremd. Deshalb h a t auch ihre Klassifikation m i t der der letzteren nichts zu tun. Zwar sind mannigfaltige wechselseitige Einwirkungen zwischen ihnen durchaus möglich, doch ist die Art ihrer Verhältnisse in diesem Falle gänzlich anders gestaltet. Typische Vertreter dieser zweiten Gruppe sind Erdöle und ihre natürlichen Derivate. Eigentlich, wenn m a n von E i n g a n g des Manuskripts in der R e d a k t i o n : 27. 3 . 1 9 6 9 . Die R e d a k t i o n stellt diesen B e i t r a g zur Diskussion.

den wenig verbreiteten migrationsfähigen Stoffen vom Dopplerittypus absieht, entspricht die Gruppe insgesamt dem Begriff „ B i t u m i n a " . Sie umfassen Objekte, deren Muttersubstanz hauptsächlich auf, Kohlenwasserstoffe zurückzuführen ist, die durch einen hohen Grad von Migrationsfähigkeit (heute oder in der Vergangenheit) gekennzeichnet sind. Sie sind nur in sekundären Ablagerungen anzutreffen und enstanden durch Evolution der organischen Substanz in der Erdkruste. Genetische Klassifikationskategorien sind durch scharfe Grenzen voneinander zu trennen. Daher darf m a n die Benennung „ B i t u m e n " nicht auf Objekte, die außerhalb der obenskizzierten Sphäre liegen, übertragen. Sonst würde nämlich, da diese Sphäre die Gesamtheit aller Migrationsformen fossiler organischer Stoffe umfaßt, bei Ausdehnung dieser Benennung auf syngenetische Formen diese ihren Klassifikationssinn verlieren. Als besonders unglücklich ist die aus der analytischen Praxis stammende Bezeichnung der in organischen Lösungsmitteln löslichen Bestandteile fossiler organischer Stoffe als „ B i t u m i n a " (Torfbitumen, Kohlebitumen usw.) anzusehen. Diese Kategorie von Stoffen bedarf unbedingt einer speziellen Benennung (zum Beispiel „ B i t u m o g e n e " für deren syngenetische Formen, U S P E N S K I & R A D T S C H E N K O 1952). 1 ) Bitumogene als eine Fraktion der syn genetischen organischen Substanz dürfen nicht getrennt von letzterer klassifiziert werden. Als Grundlage der Klassifikationsschemata der syngenetischen organischen Substanz, einschließlich Bitumogene, sind ihre fazielle Charakteristik und der Grad ihrer Inkohlung anzusprechen. Die Klassifikation der Bitumina ist ganz anders geartet. Hier treten Parameter in den Vordergrund, die einerseits den unterschiedlichen T y p e n der Bitumenvorkommen ihrer Herkunft nach (Bitumen- bzw. Erdöllagerstätten, aderförmige Vorkommen in Migrationskanälen, bitumenimprägnierte, den Erdölaustritten benachbarte Gesteine usw.) entsprechen, andererseits aber verschiedene Typen sekundärer Transformation der B i t u m i n a in hypergenen Verwitterungsprozessen (aerob oder anaerob) oder durch katagene (metamorphe) Einwirkungen widerspiegeln. So werden alle organischen Stoffe der Lithosphäre in zwei selbständige, voneinander unabhängige Reihen eingeteilt : 1. Kohlen, kohlige Gesteine, Brandschiefer und disperse organische S u b s t a n z e n ; 2. Erdöle s a m t deren Derivaten, zusammengefaßt unter der Benennung „ N a p h t i d e " , und die den Naphtiden anal ) Neuerdings wurde von N . B . WASSOJEWITSCH der Begriff „ B i t u m o i d " eingeführt, der die bezeichnete Gruppe von Stoffen — syngenetischer sowie epigenetischer Art — umfaßt. D e m rein analytischen Sinn dieses Begriffs gemäß entspricht er nur dem E x t r a k t , nicht aber dem natürlichen S y s t e m von bituminösen Körpern, d a s gasförmige und leichtflüchtige Bestandteile der organischen S u b s t a n z einschließt, die beim A b d a m p f e n des Lösungsmittels verlorengehen, wie es bei dem Begriff „ B i t u m o g e n " der F a l l ist.

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USPENSKI / Genetische Klassifikationen fossiler organischer Substanzen

logen Bitumina pyrogener Genesis aus kontaktmetamorphen Prozessen. Diese Gruppe wird als „ N a p h t o i d e " bezeichnet. Die Klassifikationsschemata der organischen Stoffe aller syngetischen Typen werden nach der Kohlenklassifikation gebildet. Freilich entspricht diese nicht dem Klassifikationsaufbau dieser Reihe in ihrem vollen Umfang, da Humuskohlen faziell nur humiden Kontinentalformationen entsprechen, während disperse organische Stoffe ein viel breiteres Spektrum umfassen, das sowohl kontinentale als auch marine Formationen einschließt. Die Klassifikation der Kohlen ist zweidimensional: a) Auf Grund der faziellen Typen schließt sie reinhumose bis rein sapropelitische Varietäten, eine Reihe von Übergangsgliedern, auch mannigfaltige Abzweigungen unterschiedlicher Diageneseverhältnisse ein. E s dürfen zum Beispiel Serien der Humite, die sich von Fusiniten und Xyleniten bis zu strukturlosen Vitriniten erstrecken, ferner Bogheads, Saprokollite usw. für Sapropelkohlen genannt werden. Variationen in den quantitativen Verhältnissen der' Hauptmikrokomponenten erlauben eine Differenzierung der Kohlen in einer Reihe von Klassen, die auf ihre Entstehungsbedingungen hinweisen. b) Der Inkohlungsgrad der organischen Substanz in der katagenen Zone, von Torfen über Braun- und Steinkohlen bis zum Anthrazit, wo sich die organische Substanz der beginnenden Graphitisierung nähert, weist in die andere Dimension. Die Inkohlungsreihe der Humite ist in ihrem ganzen Bereich gründlich untersucht. W a s die Sapropelite anbetrifft, so sind nur Varietäten bekannt, die nicht höher als die niedersten Stufen der Steinkohlen inkohlt sind. D a s ist anscheinend auf ein spezifisches Verhalten der sapropelischen Substanz i m L a u f e der Inkohlung zurückzuführen. Man darf hier auf die Darlegung von Kohlenklassifikationsschemata verzichten, da sie allgemein bekannt sind. E s soll nur noch einmal betont werden, daß die Einbeziehung von dispersen organischen Stoffen zu einem weitaus umfangreicheren und komplizierteren Klassifikationsspektrum führen wird. Die Struktur eines solchen Schemas in seiner endgültigen F o r m soll wenigstens dreidimensional sein und auf dem Ausgangsstoff, seiner diagenetischen Transformation und seiner katagenen Inkohlung beruhen. Nach unseren heutigen Kenntnissen zeichnet sich die disperse organische Substanz durch einen hohen Gehalt an sorbierten Stoffen, die in den Kohlen k a u m vorkommen, auch durch eine tief ergreifende Einwirkung der diagenetischen Vorgänge auf die Gefügebestandteile aus. Unter spezifischen faziellen Bedingungen kommen auch bedeutende Mengen von Stoffen vor, die den Kohlen gänzlich fremd sind, beispielsweise Chitin tierischer Herkunft. Die Grundlagen der Bitumenklassifikation bedürfen einer eingehenden Betrachtung, da es bisher kein allgemeingültiges Schema gibt und da gewisse Mißgriffe der ehemals weitverbreiteten Klassifikation von H. ABRAHAM heute noch einen gewissen Nachklang haben. Der wesentlichste Fehler dieses Schemas besteht in der Einbeziehung von Kohlen, Torfen und allerlei, aus Brennstoffen gewonnenen technischen Produkten (Teere, Pech usw.). „ B i t u m i n a " werden auch Naturstoffe genannt, die sich vollständig in Schwefelkohlenstoff lösen; unlösliche oder teilweise lösliche Stoffe werden unter der Bezeich-

nung „ P y r o b i t u m i n a " vereinigt, die weiter in asphaltische (höhere Erdölderivate) und nichtasphaltische (Torfe, Kohlen usw.) eingeteilt werden. Dieses Schema ist sowohl terminologisch als auch dem Sinne nach unannehmbar. E s vereinigt syngenetische Stoffe mit Migrationsprodukten in einem gemeinsamen System und f ü g t auf diese Weise genetisch fremde Stoffe (nämlich die zwei Gruppen der Pyrobitumina) zueinander, während verwandte Stoffe (die Reihe der Erdölderivate) wegen unterschiedlicher Löslichkeitsverhältnisse getrennt werden. Die Benennung „ B i t u m e n " , wenn auch mit der Vorsilbe „ P y r o - " , darf gewiß nicht auf Torfe und Kohlen ausgedehnt werden. Bei strenger Einhaltung genetischer Grundlagen soll die Klassifikation der B i t u m a auf der Einteilung verschiedenartiger Typen der Migrationssysteme fußen. Der Gruppierung nach chemischen Eigenschaften, die in jedem dieser Systeme spezifische Eigentümlichkeiten besitzen sollen, darf nur eine untergeordnete Rolle zukommen. E s kommen folgende Hauptkategorien von B i t u m i n a der Erdölreihe (der Naphtide) in B e t r a c h t : a) Die Bitumenkategorie. Sie entspricht dem System Erdöl—Speichergestein vom Moment der Lagerstättenbildung an über eine Reihe von aufeinanderfolgenden Stadien im Verlauf des Aufstiegs in die Hypergenzone bis zur völligen Erosion der bitumenführenden Schichten. Diese genetische Linie spiegelt die Verwitterungstransformation der Erdöle in der L a g e r s t ä t t e wider. Sie u m f a ß t Erdgase, Erdöle, Malten, Asphalte, Asphaltite, Oxykerite und als letztes Glied der Reihe Huminokerite. Oxykerite werden die nächsten Produkte der Verwitterung von Asphaltiten genannt, die durch teilweisen Verlust der Löslichkeit in Chloroform gekennzeichnet werden. Huminokerite lösen sich in wäßrigen Laugen. b) Die Kategorie der gangförmigen Bitumina. Ihre Bildung beruht auf einer natürlichen E n t l a s t u n g der Erdöllagerstätte durch tektonisch entstandene Risse. Dieser genetischen Linie können sowohl Ozokerite als auch Bitumina der Asphaltreihe (Asphalte, Asphaltite, Kerite, Anthraxolite), je nach dem T y p u s des Muttererdöls, angehören. c) Die Bitumina an Ausbissen der Erdöls. Diese K a t e gorie u m f a ß t eine umfangreiche Reihe von Bitumina, j e nach dem A u s g a n g s t y p des Erdöls und dem Grad der Verwitterung der neugebildeten Bitumenlagerstätte. Die Glieder dieser Reihe, in der U d S S R „ K i r e " genannt, umfassen dieselben Formen, die in der Verwitterungsreihe (mit Malten anfangend und mit Huminokeriten endend) figurieren. d) Die Kategorie der Filtrationsprodukte. Sie entstehen bei der Verlagerung von Erdöllagerstätten in andere Horizonte. Diese Reihe wie auch die vorhergehende hat eine bidimensionale Struktur, die mit dem T y p des Muttererdöls und den Absorptionsbedingungen zusammenhängt. e) Die Kategorie der metamorphischen Linie. Sie entspricht der Bitumentransformation beim Absinken der L a g e r s t ä t t e n in größere Tiefen. Diese Linie der Bitumogenese besitzt einen komplizierten Charakter; denn neben der Metamorphose des Bitumens ist hier auch mit einer nachträglichen Neubildung von migrationsfähigen bituminösen Stoffen zu rechnen.

Zeitschrift Ittr angewandt« Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 BARABANOW / Die Genese h y d r o t h e r m a l e r Gänge A u ß e r d e n N a p h t i d e n g i b t es n o e h eine i h n e n d e r äußeren Erscheinung nach analoge umfangreiche Reihe v o n B i t u m i n a — d e r N a p h t o i d e . Sie w e r d e n d u r c h t h e r mische Destruktion der organischen Substanz durch K o n t a k t m e t a m o r p h o s e gebildet. Die Klassifikation der N a p h t o i d e ist h e u t z u t a g e noch d u r c h a u s u n g e n ü g e n d , d o c h l ä ß t es sich a h n e n , d a ß sie v i e l s e i t i g e r u n d k o m p l i z i e r t e r sein w i r d als d i e j e n i g e d e r N a p h t i d e . Die N a p h t o i d e w e r d e n in drei G r u p p e n eingeteilt: a) u n d i f f e r e n z i e r t e V a r i e t ä t e n — ¡ x - N a p h t o i d c , d e n N a p h t i d e n d e r A s p h a l t r e i h e a n a l o g ; b) r a f f i n i e r t e h a r z a r m e /¡-Naphtoide, paraffinische Bitumina (Paraffinite) v o m T y p u s der H a t s c h e t t i t e u n d der C h r y s m a t i t e , einschließlich der u n g e s ä t t i g t e n B i t u m i n a (Olefinite); erstere sind den Ozokeriten analog, w ä h r e n d den letzteren keine verw a n d t e n Glieder in der N a p h t i d e n r e i h e e n t s p r e c h e n ; c) r a f f i n i e r t e r e h o c h k o n d e n s i e r t e a r o m a t i s c h e K o h l e n wasserstoffe — y - N a p h t o i d e oder Kertisitide g e n a n n t ,

577 d e n e n gleichfalls a n a l o g e E r s c h e i n u n g e n i n d e r G r u p p e der N a p h t i d e fehlen. E s ist n o c h h i n z u z u f ü g e n , d a ß d i e h ö c h s t m e t a m o r p h o sierten Glieder der A s p h a l t b i t u m i n a , n ä m l i c h die A n t h r a x o l i t e , h e u t z u t a g e e i n w a n d f r e i n u r in d e r N a p h t o i d e n r e i h e festgestellt sind; i h r A u f t r e t e n in der N a p h t i d e n s e r i e ist prinzipiell d u r c h a u s d e n k b a r . Das K l a s s i f i k a t i o n s s p e k t r u m der B i t u m i n a ist i m g a n z e n d u r c h K o m p l i z i e r t h e i t u n d e i n e s t ä r k e r als bei d e n s y n g e n e t i s c h e n F o r m e n a u s g e p r ä g t e H e t e r o g e n i t ä t gekennzeichnet.

Literatur USPENSKI, W . A . , O . A . BADTSOHENKO, B. A. GLEBOWSKAJA U. a.: Über die wichtigsten Richtungen der Bitumentransformationen in der Natur und ihre genetische Klassifikation. - Trudy WNIGB.I, Bd. 185 (1961). — Die Grundlagen der genetischen Klassifikation der Bitumina. — Trudy W N I G R I , Bd. 230 (1964).

Die Genese hydrothermaler Gänge und das Problem der Herkunft ihres mineralischen Stoffbestands W L A D I M I R F J O D O R O W I T S C H BARABANOW, L e n i n g r a d

Das u n a b l ä s s i g w a c h s e n d e Interesse a n der Genese h y d r o t h e r m a l e r Gänge ist d u r c h ihre a u ß e r o r d e n t l i c h große p r a k t i s c h e B e d e u t u n g b e d i n g t . Es ist b e k a n n t , d a ß z. Zt. aus den h y d r o t h e r m a l e n Gängen die H a u p t m a s s e a u Zinn, W o l f r a m , Molybdän, W i s m u t , Arsen, K u p f e r , Nickel, K o b a l t , Blei, Zink, Silber, A n t i m o n u n d Quecksilber gew o n n e n wird. A u s d e n h y d r o t h e r m a l e n L a g e r s t ä t t e n der W e l t (ohne U d S S R ) w u r d e n 1965 melir als 1200 t Gold u n d m e h r als 18000 t U r a n g e f ö r d e r t (Mineral T r a d e Notes 1966). U n t e r den vielen F r a g e n , die die Genese der h y d r o t h e r m a l e n G ä n g e b e r ü h r e n , k a n n m a n in den l e t z t e n J a h r e n ein Anw a c h s e n des Interesses a m P r o b l e m der H e r k u n f t des m i n e r a lischen S t o f f b e s t a n d s b e o b a c h t e n , was große wissenschaftliche u n d p r a k t i s c h e B e d e u t u n g besitzt. I n A b h ä n g i g k e i t d a v o n , was als S t o f f l i e f e r a n t der Gänge angesehen wird (In oberen Schichten des Mantels, spezialisierte e r z f ü h r e n d e Intrusioneii, ein beliebiges M a g m a u n d seine D e r i v a t e oder alle Gesteine, aus d e n e n die E r d r i n d e b e s t e h t —, w e r d e n viele F r a g e n der Genese h y d r o t h e r m a l e r L a g e r s t ä t t e n , wie der Rolle des Ausfällungsmilieus, der N a t u r der mineralb i l d e n d e n Lösungen, der Migrationsform v o n K o m p o n e n t e n in ihnen, der Zeit u n d des R a u m s der E n t s t e h u n g dieser L ö s u n g e n , der U r s a c h e n ihrer Zirkulation u. ä., geklärt. I m l e t z t e n J a h r z e h n t vollzog sich eine tiefgreifende Ä n d e r u n g der A n s i c h t e n über die H e r k u n f t der mineralischen Stoffe in den h y d r o t h e r m a l e n G ä n g e n . N i c h t wenige genetische K o n z e p t i o n e n , die sich in i h r e m E r k e n n t n i s w e r t ers c h ö p f t h a t t e n , w u r d e n v o n a n d e r e n , lebensfähigeren abgelöst. U n a b h ä n g i g d a v o n stehen sich n a c h wie v o r zwei e x t r e m e S t a n d p u n k t e hinsichtlich der G r u n d z ü g e des P r o b l e m s g e g e n ü b e r : die K o n z e p t i o n der H e r k u n f t v o n E r z - u n d a n d e r e n K o m p o n e n t e n aus h y p o t h e t i s c h e n „ j u v e n i l e n " H e r d e n u n d die K o n z e p t i o n der U m v e r t e i l u n g der Mineralstoffe d e r Gesteine d e r E r d r i n d e d u r c h h y d r o t h e r m a l e

Lösungen unterschiedlicher Genese. I m folgenden sollen diese beiden S t a n d p u n k t e , wie das schon W . I. WERETADSKIJ (1923) t a t , e n t s p r e c h e n d als k o n k r e t i o n ä r e r u n d m e t a s o m a t i scher bezeichnet werden. Vor e t w a 125 J a h r e n f o r m u l i e r t e der F r a n z o s e ELIE DE IBEAUMOTTT (1847) seine Vorstellungen ü b e r die h y d r o t h e r male Mineralbildung, n a c h der die j u v e n i l e n Lösungen, d u r c h das M a g m a e n t s t a n d e n , alle E r z k o m p o n e n t e n aus d e m m a g m a t i s c h e n H e r d h e r a u s t r a g e n u n d diese d a n n in den Gesteinskliiften, auf d e n e n sie zirkulieren, ablagern. Die E r z b i l d u n g stellt somit n a c h BEATTMONT einen k o n k r e t i o n ä r e n Prozeß der A b l a g e r u n g m a g m a t o g e n e r K o m p o n e n t e n in Gangklüften dar. Zehn J a h r e d a n a c h ä u ß e r t e i m Gegensatz zu den A n s i c h t e n ELIE

DE

BEAUMONTS

der

Däne

FORCHHAMMER

die

Idee,

d a ß als Quelle der Metalle in d e n Gängen die Gesteine der oberen E r d z o n e a n z u s e h e n seien. Die v a d o s e n Wässer, die diese Gesteine zerstören u n d auslaugen, f ü h r e n aus i h n e n die Metalle f o r t u n d lagern sie in Gängen ab. Somit w a r FORCHHAMMER einer der ersten, der versuchte, die G a n g m i n e r a l bildungen d u r c h m e t a s o m a t i s c h e Prozesse der S t o f f u m v e r teilung v o n Gesteinen Zu erklären. I n d e m er die Ideen v o n FORCHHAMMER weiterentwickelte, zeigte d e r Deutsche F. SANDBERGER (1885), d a ß das Meteorwasser t a t s ä c h l i c h in der Lage ist, eine b e d e u t s a m e Menge verschiedener Metalle aus gesteinsbildenden G l i m m e r n u n d A m p h i b o l e n a u s z u l a u g e n u n d sie in Gängen auszufällen. Seit der V e r ö f f e n t l i c h u n g der A r b e i t e n SANDBERGERS sind ü b e r 80 J a h r e v e r g a n g e n . J e d o c h k ä m p f e n die beiden obeng e n a n n t e n K o n z e p t i o n e n , w e n n a u c h in a b g e w a n d e l t e r F o r m , j e t z t noch gegeneinander. Als a m weitesten v o n e i n a n d e r e n t f e r n t sind h e u t e die Vorstellungen a) ü b e r den pulsierenden u n t e r b r o c h e n e n Aufstieg der mineralischen (und Erz-) Stoffe aus d e m m a g m a t i s c h e n H e r d in die Gänge (S. I. T A L D Y K I N 1 9 5 9 , A . D . SCHTSCHEGLOW 1 9 5 9 , D . O . O N T O J E W 1 9 6 2 , L . P . JERMILOWA 1 9 6 4 , E . A . RADKEWITSCH 1966)

Aus: Westnik Leningradskogo Univcrsiteta, geologija i geografija, 23, 24, wyp. 4, S. 1 - 1 6 (1968). Als Vortrag, gehalten auf dem Berg- und Hüttenmännischen Tag 1969 in l''rciberg (Sachs.). Übers.: G. TXSCHOBK, ZGJ, Berlin. 4

Angewandte Geologie, Heft 11/69

u n d b) die H y p o t h e s e der ü b e r h o l e n d e n Welle saurer K o m p o n e n t e n im S t r o m d e r p o s t m a g m a t i s c h e n Lösungen (D. S. KOKSHINSKIJ 1966) zu n e n n e n . W e l c h e der beiden K o m p o n e n t e n e n t s p r i c h t n u n m e h r d e m F a k t e n m a t e r i a l u n d d e m S t a n d der m o d e r n e n E r k e n n t n i s s e ?

Zeitschrift Ittr angewandt« Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 BARABANOW / Die Genese h y d r o t h e r m a l e r Gänge A u ß e r d e n N a p h t i d e n g i b t es n o e h eine i h n e n d e r äußeren Erscheinung nach analoge umfangreiche Reihe v o n B i t u m i n a — d e r N a p h t o i d e . Sie w e r d e n d u r c h t h e r mische Destruktion der organischen Substanz durch K o n t a k t m e t a m o r p h o s e gebildet. Die Klassifikation der N a p h t o i d e ist h e u t z u t a g e noch d u r c h a u s u n g e n ü g e n d , d o c h l ä ß t es sich a h n e n , d a ß sie v i e l s e i t i g e r u n d k o m p l i z i e r t e r sein w i r d als d i e j e n i g e d e r N a p h t i d e . Die N a p h t o i d e w e r d e n in drei G r u p p e n eingeteilt: a) u n d i f f e r e n z i e r t e V a r i e t ä t e n — ¡ x - N a p h t o i d c , d e n N a p h t i d e n d e r A s p h a l t r e i h e a n a l o g ; b) r a f f i n i e r t e h a r z a r m e /¡-Naphtoide, paraffinische Bitumina (Paraffinite) v o m T y p u s der H a t s c h e t t i t e u n d der C h r y s m a t i t e , einschließlich der u n g e s ä t t i g t e n B i t u m i n a (Olefinite); erstere sind den Ozokeriten analog, w ä h r e n d den letzteren keine verw a n d t e n Glieder in der N a p h t i d e n r e i h e e n t s p r e c h e n ; c) r a f f i n i e r t e r e h o c h k o n d e n s i e r t e a r o m a t i s c h e K o h l e n wasserstoffe — y - N a p h t o i d e oder Kertisitide g e n a n n t ,

577 d e n e n gleichfalls a n a l o g e E r s c h e i n u n g e n i n d e r G r u p p e der N a p h t i d e fehlen. E s ist n o c h h i n z u z u f ü g e n , d a ß d i e h ö c h s t m e t a m o r p h o sierten Glieder der A s p h a l t b i t u m i n a , n ä m l i c h die A n t h r a x o l i t e , h e u t z u t a g e e i n w a n d f r e i n u r in d e r N a p h t o i d e n r e i h e festgestellt sind; i h r A u f t r e t e n in der N a p h t i d e n s e r i e ist prinzipiell d u r c h a u s d e n k b a r . Das K l a s s i f i k a t i o n s s p e k t r u m der B i t u m i n a ist i m g a n z e n d u r c h K o m p l i z i e r t h e i t u n d e i n e s t ä r k e r als bei d e n s y n g e n e t i s c h e n F o r m e n a u s g e p r ä g t e H e t e r o g e n i t ä t gekennzeichnet.

Literatur USPENSKI, W . A . , O . A . BADTSOHENKO, B. A. GLEBOWSKAJA U. a.: Über die wichtigsten Richtungen der Bitumentransformationen in der Natur und ihre genetische Klassifikation. - Trudy WNIGB.I, Bd. 185 (1961). — Die Grundlagen der genetischen Klassifikation der Bitumina. — Trudy W N I G R I , Bd. 230 (1964).

Die Genese hydrothermaler Gänge und das Problem der Herkunft ihres mineralischen Stoffbestands W L A D I M I R F J O D O R O W I T S C H BARABANOW, L e n i n g r a d

Das u n a b l ä s s i g w a c h s e n d e Interesse a n der Genese h y d r o t h e r m a l e r Gänge ist d u r c h ihre a u ß e r o r d e n t l i c h große p r a k t i s c h e B e d e u t u n g b e d i n g t . Es ist b e k a n n t , d a ß z. Zt. aus den h y d r o t h e r m a l e n Gängen die H a u p t m a s s e a u Zinn, W o l f r a m , Molybdän, W i s m u t , Arsen, K u p f e r , Nickel, K o b a l t , Blei, Zink, Silber, A n t i m o n u n d Quecksilber gew o n n e n wird. A u s d e n h y d r o t h e r m a l e n L a g e r s t ä t t e n der W e l t (ohne U d S S R ) w u r d e n 1965 melir als 1200 t Gold u n d m e h r als 18000 t U r a n g e f ö r d e r t (Mineral T r a d e Notes 1966). U n t e r den vielen F r a g e n , die die Genese der h y d r o t h e r m a l e n G ä n g e b e r ü h r e n , k a n n m a n in den l e t z t e n J a h r e n ein Anw a c h s e n des Interesses a m P r o b l e m der H e r k u n f t des m i n e r a lischen S t o f f b e s t a n d s b e o b a c h t e n , was große wissenschaftliche u n d p r a k t i s c h e B e d e u t u n g besitzt. I n A b h ä n g i g k e i t d a v o n , was als S t o f f l i e f e r a n t der Gänge angesehen wird (In oberen Schichten des Mantels, spezialisierte e r z f ü h r e n d e Intrusioneii, ein beliebiges M a g m a u n d seine D e r i v a t e oder alle Gesteine, aus d e n e n die E r d r i n d e b e s t e h t —, w e r d e n viele F r a g e n der Genese h y d r o t h e r m a l e r L a g e r s t ä t t e n , wie der Rolle des Ausfällungsmilieus, der N a t u r der mineralb i l d e n d e n Lösungen, der Migrationsform v o n K o m p o n e n t e n in ihnen, der Zeit u n d des R a u m s der E n t s t e h u n g dieser L ö s u n g e n , der U r s a c h e n ihrer Zirkulation u. ä., geklärt. I m l e t z t e n J a h r z e h n t vollzog sich eine tiefgreifende Ä n d e r u n g der A n s i c h t e n über die H e r k u n f t der mineralischen Stoffe in den h y d r o t h e r m a l e n G ä n g e n . N i c h t wenige genetische K o n z e p t i o n e n , die sich in i h r e m E r k e n n t n i s w e r t ers c h ö p f t h a t t e n , w u r d e n v o n a n d e r e n , lebensfähigeren abgelöst. U n a b h ä n g i g d a v o n stehen sich n a c h wie v o r zwei e x t r e m e S t a n d p u n k t e hinsichtlich der G r u n d z ü g e des P r o b l e m s g e g e n ü b e r : die K o n z e p t i o n der H e r k u n f t v o n E r z - u n d a n d e r e n K o m p o n e n t e n aus h y p o t h e t i s c h e n „ j u v e n i l e n " H e r d e n u n d die K o n z e p t i o n der U m v e r t e i l u n g der Mineralstoffe d e r Gesteine d e r E r d r i n d e d u r c h h y d r o t h e r m a l e

Lösungen unterschiedlicher Genese. I m folgenden sollen diese beiden S t a n d p u n k t e , wie das schon W . I. WERETADSKIJ (1923) t a t , e n t s p r e c h e n d als k o n k r e t i o n ä r e r u n d m e t a s o m a t i scher bezeichnet werden. Vor e t w a 125 J a h r e n f o r m u l i e r t e der F r a n z o s e ELIE DE IBEAUMOTTT (1847) seine Vorstellungen ü b e r die h y d r o t h e r male Mineralbildung, n a c h der die j u v e n i l e n Lösungen, d u r c h das M a g m a e n t s t a n d e n , alle E r z k o m p o n e n t e n aus d e m m a g m a t i s c h e n H e r d h e r a u s t r a g e n u n d diese d a n n in den Gesteinskliiften, auf d e n e n sie zirkulieren, ablagern. Die E r z b i l d u n g stellt somit n a c h BEATTMONT einen k o n k r e t i o n ä r e n Prozeß der A b l a g e r u n g m a g m a t o g e n e r K o m p o n e n t e n in Gangklüften dar. Zehn J a h r e d a n a c h ä u ß e r t e i m Gegensatz zu den A n s i c h t e n ELIE

DE

BEAUMONTS

der

Däne

FORCHHAMMER

die

Idee,

d a ß als Quelle der Metalle in d e n Gängen die Gesteine der oberen E r d z o n e a n z u s e h e n seien. Die v a d o s e n Wässer, die diese Gesteine zerstören u n d auslaugen, f ü h r e n aus i h n e n die Metalle f o r t u n d lagern sie in Gängen ab. Somit w a r FORCHHAMMER einer der ersten, der versuchte, die G a n g m i n e r a l bildungen d u r c h m e t a s o m a t i s c h e Prozesse der S t o f f u m v e r teilung v o n Gesteinen Zu erklären. I n d e m er die Ideen v o n FORCHHAMMER weiterentwickelte, zeigte d e r Deutsche F. SANDBERGER (1885), d a ß das Meteorwasser t a t s ä c h l i c h in der Lage ist, eine b e d e u t s a m e Menge verschiedener Metalle aus gesteinsbildenden G l i m m e r n u n d A m p h i b o l e n a u s z u l a u g e n u n d sie in Gängen auszufällen. Seit der V e r ö f f e n t l i c h u n g der A r b e i t e n SANDBERGERS sind ü b e r 80 J a h r e v e r g a n g e n . J e d o c h k ä m p f e n die beiden obeng e n a n n t e n K o n z e p t i o n e n , w e n n a u c h in a b g e w a n d e l t e r F o r m , j e t z t noch gegeneinander. Als a m weitesten v o n e i n a n d e r e n t f e r n t sind h e u t e die Vorstellungen a) ü b e r den pulsierenden u n t e r b r o c h e n e n Aufstieg der mineralischen (und Erz-) Stoffe aus d e m m a g m a t i s c h e n H e r d in die Gänge (S. I. T A L D Y K I N 1 9 5 9 , A . D . SCHTSCHEGLOW 1 9 5 9 , D . O . O N T O J E W 1 9 6 2 , L . P . JERMILOWA 1 9 6 4 , E . A . RADKEWITSCH 1966)

Aus: Westnik Leningradskogo Univcrsiteta, geologija i geografija, 23, 24, wyp. 4, S. 1 - 1 6 (1968). Als Vortrag, gehalten auf dem Berg- und Hüttenmännischen Tag 1969 in l''rciberg (Sachs.). Übers.: G. TXSCHOBK, ZGJ, Berlin. 4

Angewandte Geologie, Heft 11/69

u n d b) die H y p o t h e s e der ü b e r h o l e n d e n Welle saurer K o m p o n e n t e n im S t r o m d e r p o s t m a g m a t i s c h e n Lösungen (D. S. KOKSHINSKIJ 1966) zu n e n n e n . W e l c h e der beiden K o m p o n e n t e n e n t s p r i c h t n u n m e h r d e m F a k t e n m a t e r i a l u n d d e m S t a n d der m o d e r n e n E r k e n n t n i s s e ?

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1969), Hett 11 BARABANOW / Die Genese hydrothermaler Gänge

578 Zur Beantwortung dieser Frage sei gesagt, daß die traditionelle Ansicht, alle Erzkomponenten aus dem magmatischen Herd stammen zu lassen, im allgemeinen nicht auf Experimente und Beobachtungen, sondern in einem tiefen Glauben an die Realität einer der hypothetischen Wege der Entwicklung des Magmas begründet ist (siehe das S c h e m a v o n VOGT

—

NIGGLI

—

BOUWEN — FERSMAN

—

NIKOLAJEW). Diese Variante sieht, wie bekannt, eingeschlossenes System der magmatogenen Mineralbildung und das Fehlen eines Einflusses des umgebenden Milieus, mit Ausnahme des Wärmeaustausches, vor. In einer anderen, progressiveren, jedoch ebenfalls hypothetischen Variante der Magmaerstarrung von SAWARIZKIJ und KORSHINSKIJ bedeutete die Anerkennung eines offenen Systems die Anerkennung der wichtigen Rolle der Nebengesteine. Die erarbeiteten Methoden zur Untersuchung der Nebengesteinsveränderungen (D. S. KORSHINSKIJ 1946,1953; N . I . NAKOWNIK 1 9 4 9 , 1 9 5 8 ; W . F . BARABANOW 1 9 6 1 , 1 9 6 5 ; W . A . R U D N I K 1 9 6 2 , 1 9 6 5 , 1 9 6 6 ; I . P . ROMANOWITSCH 1 9 6 1 ,

1 9 6 4 , 1 9 6 6 ; J u . W. KASIZYN 1966a, b ; R . G. GRESENS 1967; J.

AKELLA

1966;

W . G.

BOGOLKPOW

1967)

gestatteten,

äußerst wertvolle und objektive Informationen über die Quelle der mineralischen Stoffe in den Erzkörpern und Gängen zu erhalten. Die Vorstellungen über ein „geschlossenes" System der Mineralbildung haben große Verbreitung nur unter den Geologen gefunden, die die Nebengesteinsveränderungen ungenügend untersuchten und gewöhnlich auch nicht die Fakten berücksichtigten, die durch andere gewonnen wurden. Nur damit können Behauptungen erklärt werden, wonach z. B . die Apatitlagerstätten der Chibinen oder die Kupfer-Nickel-Lagerstätten von Montsche aus dem Grunde typische magmatische Lagerstätten seien, weil in ihnen die Prozesse der hydrothermalen Metasomatose „schwach entwickelt sind" (W. K. KOTULSKIJ 1948, M. N. GODLEWSKIJ 1961, T. N. IWANOWA 1963, 1965). Der Einfluß der Nebengesteine auf die postmagmatische Mineralbildung äußert sich in der Änderung a) der thermodynamischen Eigenschaften (t, p, c, pH) der mineralbildenden Lösungen; b) der chemischen Zusammensetzung der Lösungen infolge 1) der chemischen Reaktion der Komponenten der Lösung mit den Mineralen der Nebengesteine, 2) der Öffnung von Klüften und der Entgasung von mineralbildenden Lösungen, 3) des Auftretens eines Filtrationseffekts, 4) des Zerfalls von Komplexverbindungen, c) in der Aufnahme von einzelnen Atomen, Komponenten, Mineralen oder ihnen gleichzusetzenden Verbindungen aus den Nebengesteinen. All das führt zu einer Umverteilung der Stoffe eines bestimmten Gebiets der Erdrinde (W. F. BARABANOW 1967).

wesentlichen findet m a n alle Minerale der Seiten-MetallGänge dieser L a g e r s t ä t t e n — Serizit, Gilbertit, F l u o r i t , Scheelit, K a l z i t , Albit, Quarz, Mikroklin, A p a t i t , Ankerit, P y r i t , K a s s i t e r i t und W o l f r a m i t — in den sie begleitenden gangnahen Greisen wieder. Mehr noch, U n t e r s u c h u n g e n bewiesen ( W . F . BARABANOW 1 9 6 1 , 1965), daß der P r o z e ß der gangnahen Vergreisenung ein P r o z e ß der A u f n a h m e von A t o m e n , A t o m k o m p l e x e n und ganzen Mineralmolekülen, aus denen sich die Minerale der Gänge bilden, aus den Nebengesteinen ist. So bildet sich z. B . auf K o s t e n des K a l z i u m s der gesteinsbildenden Plagioklase A p a t i t , Scheelit, F l u o r i t und K a l zit. Der Alumosilikatteil des A n o r t h i t s wird zur B i l d u n g der Hellglimmer verwendet. Das E i s e n und Mangan der gesteinsbildenden Amphibole und des B i o t i t s wird durch das W o l f r a m a n h y d r i t in der F o r m von W o l f r a m i t gebunden oder fällt in der F o r m v o n P y r i t , S p h a l e r i t , Triplit, A n k e r i t , R o d o c h r o s i t und anderen Mineralen aus. Die F e l d s p ä t e der Gänge stellen umgelagerte gesteinsbildende Mikrokline und Albit usw. dar. E s sind F ä l l e einer direkten A b h ä n g i g k e i t der Zusammensetzung von Mikrogängen in den Greisen m i t Mineralen, die v o n diesen T r ü m e r n durchsetzt werden, b e k a n n t ( W . F . BARABAUOW 1 9 6 7 b).

Als gutes Beispiel der A b h ä n g i g k e i t zwischen der Mineralzusammensetzung h y d r o t h e r m a l e r Gänge und dem A u f b a u der Nebengesteine können die Apophyllitgänge der Chibinen ( W . F . BARABANOW 1 9 6 0 ) dienen. Diese Gänge, die in Ägirin — Hornblende — Nephelinsyeniten liegen, bestehen aus Mineralen, die sich infolge einer tiefgreifenden m e t a s o m a t i s c h e n U m b i l d u n g solcher gesteinsbildenden Minerale, wie des Nephelins, Lepidomelans, Sphens und akzessorischen R i n k o l i t s , gebildet h a b e n oder a u c h durch eine direkte U m l a g e r u n g anderer gesteinsbildender Minerale — Mikroklins, E u d y a l i t s , Agirins, A p a t i t s — e n t s t a n d e n sind. Auf K o s t e n der ersteren wurden Cankrinit, Sodalit, Natrolit, L a m p r o phyllit, Apophyllit, Opal, F l u o r i t , K a l z i t und W u d j a w rit, auf K o s t e n der letzteren Albit, Adular, E u k o l i t , Nadelägirin und idiomorpher A p a t i t gebildet.

Nebengesteine und mineralbildende Lösungen

Vulkanismus und Erzbildung

D e m E i n f l u ß der Nebengesteine auf die Veränderung der physikalisch-chemischen E i g e n s c h a f t e n und der Zusammensetzung der mineralbildenden Lösungen ist eine umfangreiche L i t e r a t u r gewidmet ( W . F . BARA-

Leider t r e t e n F ä l l e so deutlicher A b h ä n g i g k e i t e n der Mineralzusammensetzung der Gänge von der Mineralzusammensetzung der Nebengesteine n i c h t sehr oft auf. Häufiger verfügen wir lediglich über A n g a b e n , die von einer G e m e i n s a m k e i t oder Ähnlichkeit des Chemismus der Gangkörper und der gangnahen Gesteine zeugen. In diesem F a l l e wird die V e r w a n d t s c h a f t (oder Ähnlichkeit) der chemischen Zusammensetzung der Gangminerale und der Minerale der Nebengesteine gewöhnlich dadurch erklärt, d a ß auf die einen und auch auf die anderen m a g m a t o g e n e h y d r o t h e r m a l e Lösungen einwirkten, die sowohl in die Gänge als auch in die Nebengesteine die gleichen E r z k o m p o n e n t e n aus dem m a g m a tischen Herd h e r a n f ü h r t e n .

BANOW

1967b;

L.

GRAYTON

1946;

A.

G.

BETECHTIN

1 9 5 5 ; D. S. K o R S i i m s K i J 1957, 1 9 6 4 ; L . N. OWTSCHINNIKOW

1967;

0.

F . USCHAKOW

1967;

M. M.

WASILEW-

SKIJ 1 9 6 8 ) . Diese F r a g e wurde hinsichtlich der Greisenlagerstätten z. T . auch v o m Verf. behandelt ( W . F . BARABANOW 1 9 6 1 ) . In Ü b e r e i n s t i m m u n g m i t der T h e m a t i k des vorliegenden Artikels soll in s t ä r k e r e m Maße die F r a g e über d i e N e b e n g e s t e i n e a l s Q u e l l e d e r m i n e r a l i s c h e n S t o f f e i n d e n G ä n g e n behandelt werden. E s erscheint a m günstigsten, m i t den dem Verf. a m besten b e k a n n t e n Greisenlagerstätten zu beginnen. Die Greisenlagerstätten T r a n s b a i k a l i e n s , von Prim o r j e , K a s a c h s t a n s , des Urals, Sachsens und Cornwalls besitzen eine erstaunliche Gleichförmigkeit des Mineralaufbaus der Gänge und der sie begleitenden Greisen. I m

E i n e solche E r k l ä r u n g ist noch äußerst weit verbreit e t . J e d o c h wiederholt diese, wie bereits oben b e m e r k t , lediglich die alte A n s i c h t von E L I E DE BEAUMONT, daß die h y d r o t h e r m a l e Mineralbildung ein P r o z e ß der E n t l a s t u n g fluider Lösungen sei, die alle notwendigen K o m p o n e n t e n aus dem Magma zugeführt h ä t t e n . W e n n

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1969), Heft 11 BABABANOW / Die Genese hydrothermaler Gänge

das so wäre, müßte man in Gebieten mit aktivem Vulkanismus eine besonders große Verbreitung von hydrothermalen Lagerstätten seltener Metalle erwarten können. Wie jedoch bekannt ist, fehlen hier diese Lagerstätten, und der zu beobachtende Charakter der Nebengesteinsveränderungen weist bei vulkanogenen Prozessen (Bildung von Sekundärquarziten, Propylitisierung, Argillisierung, Alunitisierung u. a.) eher auf eine Abfuhr der Erzstoffe aus den Gesteinen als auf ihre Zufuhr hin (M. M. WASILEWSKIJ 1968). Eine detaillierte Untersuchung von Gebieten rezenten Vulkanismus (S. I. NABOKO 1963) zeigt, daß die traditionellen Vorstellungen über die vulkanogenen Emanationen als Quelle von Erzkomponenten (E. M. LASKO 1951 u. a.) nicht der Wirklichkeit entsprechen. „In dem trockenen Kondensatrückstand vulkanischer Gase, die 1% vom. Gewicht des kondensierten Wassers nicht überschreiten", schreibt S. I. NABOKO, „sind die Erzmetalle in Mengen vorhanden, die nur unbedeutend den CLARKE-Gehalt überschreiten. Wenn man ihren Gehalt auf den gesamten flüchtigen Anteil bezieht, einschließlich des Wasserdampfes und der Kohlensäure, so zeigt sich, daß im Flüchtigen einige Elemente in bedeutend geringeren Mengen, als dem CLARKE entsprechen würde, vorhanden sind" (E. M. NABOKO 1963, S. 1 3 4 - 1 3 5 ) .

Was stellen in diesem Falle nun die vulkanischen Exhalationen dar, was führen sie mit sich, woraus bestehen sie? In der obenzitierten zusammenfassenden Arbeit von S. I. NABOKO (1963) wird gesagt: „Nach zahlreichen Analysen von Fumarolengasen aus allen Stadien der Aktivität von Vulkanen und der Erstarrung von Lavamassen, die im Ergebnis von Ausbrüchen auf die Erdoberfläche gelangten, zu urteilen, enthält das Magma eine bedeutende Menge an flüchtigen Bestandteilen, die nicht weniger als 2 Gew.-%, bezogen auf das Magma, betragen. Unabhängig von der Zusammensetzung des Magmas sind in ihm die gleichen flüchtigen Komponenten enthalten: H, Cl, F, S, C, Bor-, Arsen- und andere Verbindungen, die in den vulkanogenen Gasen in Molekularform festgestellt wurden, wie H 2 0 , H a , S0 2 , S0 3 , COS, CO, NII4C1, HCl, HF, Bor- und Arsensäuren, Chloride und Sulfate von Metallen. Dabei stellen die W a s s e r d ä m p f e die H a u p t k o m p o n e n t e der v u l k a n i s c h e n G a s e in einer paraximalen und lang andauernden postvulkanischen Periode dar" (S. 128, U n t e r s t r e i c h u n g e n v o n BABABANOW).

Wenn die aus der Lava (Magma?) entweichenden flüchtigen Bestandteile keine Metalle führen und die hydrothermalen Lösungen, die die Erzlagerstätten bilden, mit ihnen angereichert sind, so muß man zulassen, daß die Anreicherung der mineralbildenden Lösungen mit Erzkomponenten während der Zeit ihrer Bewegung durch die Gesteine erfolgt, aus denen sie somit extrahiert werden können. In Verbindung damit taucht die Frage auf, ob in den normalen magmatischen und sedimentären Gesteinen auch wirklich eine ausreichende Menge von Erz- und seltenen Elementen enthalten ist. In welcher Form befinden sich diese Elemente in den Gesteinen? Welche Beweise können angeführt werden, daß die Erzelemente von den hydrothermalen Lösungen aus den Nebengesteinen extrahiert werden? 4*

579

Die Nebengesteine und die potentiellen Erzlieferanten Überschlägliche grobe Berechnungen zeigen, daß unter Zugrundelegung der gegenwärtig bekannten CLABKEWerte der chemischen Elemente der Erdrinde (B. MASON 1958) in jedem Kubikkilometer Gestein, aus denen die Erdrinde besteht, einige tausend Tonnen Thallium, Europium, Helium, Zäsium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Uran, Arsen, Beryllium, Germanium, Brom, Erbium, Ytterbium, Bor, Zinn, Dysprosium, Hafnium, Skandium, Praseodym, Gadolinium, Samarium, einige zehntausend Tonnen Thorium, Gallium, Blei, Lanthan, Kobalt, Niob, Neodym, Lithium, mehr als hunderttausend Tonnen Yttrium, Kupfer, Cerium, Zink, Nickel und einige hunderttausend und mehr Tonnen Vanadium, Rubidium, Zirkonium, Chrom, Barium und anderer weitverbreiteter Elemente enthalten sind. Wenn man bedenkt, daß die reichste Lagerstätte der Türkei 1966 etwa nur 412000 t Chromit (A. T. GBAHAM 1967) und die bekannten Bergwerke Kanadas 1965 2 3 3 0 0 0 t N i c k e l ( R . PRATT 1966) u n d 1 9 6 7 5 0 7 0 0 0 t

Kupfer (A. G. CHABLES 1967) lieferten, daß der andere große Erzlieferant der kapitalistischen Welt — Australien - 1 9 6 5 2 2 4 0 0 0 t Z i r k o n ( J . WARD 1966) u n d 1 9 6 6 3 6 9 0 0 0 t B l e i u n d 3 4 2 0 0 0 t Zink ( R . L . STUBBS &

A. R. L. CMLVERS 1967) auf dem Weltmarkt angeboten hat, so ergibt sich, daß die genannten Länder in den angeführten Jahren nur einen geringen Teil dessen gewonnen haben, was in zwei bis drei Kubikkilometern magmatischen Gesteins mittlerer Zusammensetzung an Metallmenge enthalten ist. Was nun solche Elemente wie Vanadium betrifft, so gewinnt die gesamte kapitalistische Restwelt im Jahr nur

etwa

10000 t

( J . D. SERBE

1967),

d. h.

einen

Bruchteil dessen, was in .einem Kubikkilometer Gestein der Erdrinde enthalten ist. Der Rauminhalt der Erdrinde ohne Hydrosphäre beträgt nach neuesten Berechnungen von M. M. JERMOLAJEW (1967) für die Sedimentgesteine (Schicht alpha) 1156,78 • 106 km 3 , für granitische Gesteine (Schicht gamma) 3311,21 • 106 km 3 und für basaltoide Gesteine (Schicht beta) 6041,85 • 105 km 3 . Der Gesamtrauminhalt der Erdrinde mitsamt Hydrosphäre (deren Inhalt beträgt 1349,90 • 106 km3) umfaßt 11859,74 X 106 km 3 . Man kann aus den angeführten Zahlenwerten ohne weiteres entnehmen, welche Massen an Erzelementen und Elementen seltener Metalle der Erdrinde sich bei den verschiedenen Arten geologischer Prozesse umverteilen (konzentrieren oder dispergieren) können. In welcher Form befinden sich nun die Elemente seltener Metalle und die der gewöhnlichen Erze in den Gesteinen? Die Verteilung der seltenen Elemente in den Mineralen der magmatischen Gesteine wird bekanntlich durch viele Faktoren beeinflußt, so durch die Kristallisationsbedingungen, durch die Eigenschaften der Elemente selbst, durch die Erscheinungen des Isomorphismus, der kristallochemischen Struktur der Minerale, die Bindungsart usw. Im Ergebnis dessen werden die einen (Lithium, Rubidium, Zäsium, Beryllium, Strontium, Barium, Skandium, Gallium, Germanium) gewöhnlich in der Form isomorpher Beimengungen in die gesteinsbildenden Minerale eingebaut, andere (Yttrium, Zirko-

Zeitschrift tür angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

BARAÜANOW / Die Geucse hydrothermaler Gänge

580 nium, bilden gehen in die

Hafnium, Niob, Tantal, Thorium, Seltene Erden) häufig selbständige akzessorische Minerale oder ebenfalls in der Form isomorpher Beimengungen gleichen gesteinsbildenden Minerale ein (L. W.

TAUSON 1960).

Die Erzelemente (Blei, Zink, Molybdän, Kadmium, Silber, Wolfram, Zinn, Uran) können sich nach L. W. TAUSON (1960) außerdem in Form einer molekularen Dispergierung befinden und als Mikroausscheidungen der entsprechenden Erze auftreten. Diese Ausfällungsformen können in den Gesteinen die gleiche wichtige Rolle spielen wie auch ihr isomorphes Auftreten. Bei der Kristallisation granitoider Magmen werden z. B. Blei und Zink, die isomorph entsprechend Kalium und Magnesium verdrängen, in den Feldspäten (Blei), im Biotit und in der Hornblende (Zink) konzentriert. Ein bedeutender Teil dieser Elemente ist kristallochemisch unabhängig von den gesteinsbildenden und akzessorischen Mineralen. Als die im weiteren Verlaufe am leichtesten auslaugbaren Elemente gehen sie bei der Einwirkung von Hydrothermen auf Granite recht leicht in Lösung über. N a c h d e n B e r e c h n u n g e n v o n L . W . TAUSON (1960)

enthalten unveränderte Granitoide vieler Gebiete 15 bis 25 g/t Blei, 2,5 - 4,5 g/t Uran, 0 , 5 - 1 , 5 g/t Molybdän, 1 4 - 1 9 g/t Callium, 1 7 0 - 2 3 0 g/t Rubidium usw. Somit ist jede beliebige granitoide Intrusion potentiell erzführend. Und viele Erzanzeichen in diesen Gesteinen stellen anscheinend nichts anderes als eine Realisierung des Prozesses der Befreiung von Atomen der Erz-, seltenen und dispergierten Elemente aus den gesteinsbildenden Mineralen und ihre Neuumverteilung in neuen Mineralphasen unter Einwirkung hydrothermaler mineralbildender Lösungen dar (W. F. BABABANOW 1 9 6 7 B).

Was für Beweise sind nun dafür vorhanden, daß die Mineralkomponenten gerade aus den Nebengesteinen stammen (ausgelaugt werden?). In den letzten zwanzig Jahren ist eine umfangreiche Literatur erschienen, in der ein gewaltiges Faktenmaterial enthalten ist. Dieses zeugt davon, daß die Mineralzusammensetzung postmagmatisclier Erzkörper — von Pegmatiten, Skarnen, •hydrothermalen Gängen, kristallführenden Gängen, Karbonatiten und anderen Bildungen — in hohem Maße von der Zusammensetzung der Nebengesteine abhängt. Hinsichtlich der Pegmatite haben auf diese Abhäng i g k e i t W . D . NIKITIN ( 1 9 5 5 , 1 9 6 0 ) , A . I. GDTSBURG ( 1 9 6 0 ) , A . S. NAZABOWA, G. G. RODIONOW & I . N . TIMOFEJEW ( 1 9 6 0 ) , E . D . BELJANKINA ( 1 9 5 1 ) , W . A . LEONOWA ( 1 9 6 5 ) , I . K . KABPOW & E . N . ANTIPOWA

(1965), W. S. SMIBNOWA (1966) u. a. hingewiesen. In Skarri- und kontaktmetasomatischen Bildungen wurde die entscheidende Rolle der Nebengesteine durch D . S. KOESHINSKIJ ( 1 9 4 7 , 1 9 5 7 ) , S. M . KURBATOW ( 1 9 3 4 , 1 9 4 4 , 1 9 4 6 ) , A . B . WISTELIUS ( 1 9 4 0 ) , L . L . SOLODOWNIKOWA ( 1 9 4 4 , 1 9 5 7 , 1 9 6 4 ) , W . F . BABABANOW ( 1 9 5 4 ) , W . A . R U D N I K ( 1 9 6 1 ) , W . A . SHABIKOW

(1966) u. a. aufgezeigt. In den hydrothermalen Lagerstätten ist die gewaltige Rolle der Nebengesteine in den Arbeiten von K. N. OSJOBOW (1949), W. L. LEBEDJEW (1950a, 1950b), T. S. LOWEBING (1951), A. S. WELIKIJ (1952), N. I. CHITABOW (1953), T. W .

IWANIZKIJ (1953), JA.

D.

GOTMAN ( 1 9 5 3 ) , D . S. KOESHINSKIJ ( 1 9 5 7 ) , R . L . BOYL ( 1 9 5 5 ) , A . E . KABJAKIN ( 1 9 5 5 , 1 9 5 8 ) , P . W . POKROWSKIJ ( 1 9 5 4 ) , P . W . POKEOWSKIJ & S. P . J E R E M E J E W ( 1 9 6 7 ) , T . N . CHBENOW ( 1 9 5 5 ) , N . D . USCHAKOW, M . D . TROJANOW & N . W . LIZENMAJEB ( 1 9 5 6 ) , S. N . W E N E DIKTOW ( 1 9 5 8 ) , G. N . SCHWABTZ ( 1 9 5 9 ) , W . F . BAEABANOW ( 1 9 6 1 , 1 9 6 5 ) , G . W . IZIKSON ( 1 9 6 3 ) , A . A . BEUS ( 1 9 6 5 ) , I. O . ROMANOWITSCH ( 1 9 5 8 ) , S. T . BADALOW ( 1 9 6 6 ) , M . SOLOMON ( 1 9 6 6 ) , N . I. ANDEUSENKO & A . A . MOSKALJUK ( 1 9 6 6 ) , G . T E B S I J E W ( 1 9 6 6 ) , G . A .

SABKISJAN (1966) u. a. gezeigt w o r d e n .

Die Rolle der Nebengesteine bei der Bildung von Karbonatiten ist in den Arbeiten von L. S. BOKODIN (1957, 1958), A. S. SEBGEJEW (1962, 1964), G. W. IZIKSON (1954), A. S. KIRILLOW (1964), A. A. KUCHA-

BENKO (1966), A. G. BULACH (1967) u. a. beleuchtet worden. Alle diese Arbeiten bestätigen in diesem oder jenem Maße einen nicht widerlegbaren Fakt: E i n e d e r w i c h t i g s t e n Q u e l l e n des m i n e r a l i s c h e n S t o f f e s in d e n p o s t m a g m a t i s c h e n B i l d u n g e n s i n d die N e b e n g e s t e i n e . Diese Schlußfolgerung wurde jedoch nicht auf jene Erzkomponenten erweitert, als deren Quelle ständig fast einstimmig juvenile hydrothermale Lösungen angesehen wurden. Beispiele In neuester Zeit gewann die Vorstellung über die Rolle der Nebengesteine eine Weiterentwicklung. Detaillierte Untersuchungen, die in verschiedenen Ländern durchgeführt wurden, zeigten, daß die Erzkomponenten vieler Zinn-, Gold-, Blei-Zink- u. a. Lagerstätten der Welt bei der Bildung derselben aus den gesteinsbildenden Mineralen der magmatischen Gesteine und aus Sedimenten stammen. Die internationale Konferenz zur Genese von Erzlagerstätten, die im September '1968 (s. W. F. BARABANOW 1968) in Schottland stattfand, war in bedeutendem Maße gerade diesem Problem gewidmet. In vielen Vorträgen sowjetischer und ausländischer Wissenschaftler wurde ein umfangreiches und sehr interessantes Faktenmaterial dargeboten, das zugunsten der neuen Vorstellungen über die Quellen der Erzsubstanz spricht. So hat z. B. W. L. BARSUKOW (Moskau) in seinem Vortrag' mitgeteilt, daß die im WERNADSKIJ-Institut für Geochemie und analytische Chemie vorgenommenen Untersuchungen von QuarzKassiterit- und Sulfid-Kassiterit-Lagerstätten zeigten, daß als Zinnlieferant hier die „zinnführenden" Granitoide anzusprechen sind, aus denen die Erzelemente durch hydrothermale Lösungen im Prozeß der postmagmatischen Veränderung dieser Granitoide mobilisiert wurden. Solche Veränderungen (Albitisierung, Muskovitisierung) wurden im Institut experimentell bei t = 500°C und p = 350 utm hervorgerufen. Die mobilisierenden Lösungen enthielten Chlor, Natrium, Kalium mit einem Zusatz von Natrium- und Fluorsilikat. Die Experimente erbrachten, daß diese Lösungen aus dem Granit 30—60% der Gesamtmenge an Zinn und aus Dioriten 50—90% der Gesamtmenge an Zinn herauslösten. Somit sind als Zinnlieferanten für die hydrothermalen erzbildenden Lösungen die Granitoide selbst anzusehen.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1069), Heft 11

BARABANOW / Die Genese hydrothermaler Gänge

581

Nach Angaben von Prof. R . BOYL ( K a n a d a 1955) wurden in den Goldlagerstätten die Metalle, die petrogenen Elemente und die flüchtigen Bestandteile durch Lösungen aus den Nebengesteinen gezogen. Alle diese Komponenten wurden aus Gesteinen im Prozeß eines Metamorphismus letzterer mobilisiert. Sie könnten jedoch auch durch tiefzirkulierende unterirdische oder reliktische Wässer gesammelt worden sein. Die Mehrzahl der Elemente migriert nach Ansicht des Verf. infolge der Diffusion. Konzentriert werden sie infolge der Einwirkung sich erweiternder Strukturen oder im Ergebnis einer chemischen Reaktion mit dafür günstigen Gesteinen. Auf der T a g u n g in England wurde in einer Reihe von Vorträgen die Idee entwickelt, daß solche „traditionell-magmatogenen" Lagerstätten, wie die BleiZink-Lagerstätten, nicht aus juvenilen hydrothermalen Lösungen gebildet wurden, sondern aus intraformatiellen oder fossilen hochkonzentrierten Wässern und Solen, die ihrerseits mit Erzkomponenten auf Kosten der „ A u s w a s c h u n g " von Metallen aus Sedimentgesteinen angereichert wurden, entstanden sind. So kommt z. B . E . HALL (USA) bei der Untersuchung der Genese von stratifizierten Lagerstätten des Fluorit-Zink-Feldes von Südillinois zu der Schlußfolgerung, daß sich diese Lagerstätten durch Ablagerung aus hochkonzentrierten Natrium-Kalzium-Chlorid-Wässern mit einer hohen Salzkonzentration (bis 150000 Teile pro Mill.) in einem Temperaturintervall von 160° bis 60°C gebildet haben. Diese Wässer waren, wie Isotopen- und chemische Untersuchungen der flüssigen Einschlüsse von Mineralen zeigten, primär als tiefliegende fossile Wässer vorhanden. Sie wurden aufgeheizt, erfuhren eine Konvekt.ion und Anreicherung mit Seltenen Erden und Thorium während des Eindringens und des Aufstiegs der Intrusion von Hicks Dome. Zu analogen Schlußfolgerungen k a m auch A. HEYL (USA), der die stratiformen Blei-Zink-Baryt-FluoritLagerstätten im Mississippi Valley untersuchte. Eine Analyse der Flüssigkeitseinschlüsse, der Isotopenzusammensetzung des Bleis, die Verteilung der seltenen Elemente und die Besonderheiten des geologischen B a u s des Gebiets gaben die Gewißheit, daß die erzbildenden Lösungen auch hier hochkonzentrierte Natrium-Kalzium-Chlorid-Wässer waren. Sie wurden durch tiefliegende Alkalimagmen bis zu einer Temperatur von 70—150 °C aufgeheizt. Ortlich haben sich diese Solen einerseits mit an Kalium und Sulfaten angereicherten magmatogenen Wässern oder andererseits mit Grundwässern vermischt. R . F O L I N S B E E , G . CUMMTNG, P . FRITZ, R . K R O U S E , S . JACKSON, A . SASAKI & R . SINGH ( K a n a d a ) s p r e c h e n

die gleiche Idee hinsichtlich der Genese der kanadischen Blei-Zink-Lagerstätte von Pine Point aus. Die von ihnen untersuchten Isotopenverhältnisse von Blei, Sauerstoff, Kohlenstoff und Schwefel in den Mineralen der Gänge, den umliegenden karbonatischen Gesteinen und in fossilen Wässern, das Fehlen von Erscheinungen eines Vulkanismus, im Gebiet der Lagerstätte selbst führten die Autoren zu der Schlußfolgerung, daß sich die Erze hier aus erhitzten, tief in die Sedimentschicht abgesenkten Solen bei einer Temperatur von 100° bis 50 °C bildeten. M . DELAVAUX, B . D O E & G . BKOWN ( U S A )

trugen

nteressante Fakten vor, die davon zeugen, daß die

Bleiisotopenverhältnisse in den Chloridsolen des Roten Meeres (bei einer Konzentration von 10,5 Teilen Blei auf 1 Mill. Teile Wasser) ähnlich denen für Blei in den Galeniten der känozoischen Lagerstätten Saudi-Arabiens und in den Galeniten miozäner Ablagerungen Ägyptens sind. Die chloridischen Meeressolen müssen deshalb, nach Meinung der Autoren, als eine der möglichen Mineralisationsquellen angesehen werden. Der Organisator der Tagung in Schottland, Prof. C. DAVIDSON, trug neue interessante Vorstellungen darüber vor, daß sich die sog. telethermalen Erzlagerstätten aus intraformationellen Chloridsolen bildeten, die ihrerseits durch die Auslaugung von Evaporiten entstanden sind. Diese Laugen haben die Metalle aus den von ihnen durchflossenen Nebengesteinen buchstäblich „zusammengefegt". Die hochkonzentrierten Salzlösungen haben dann die Metalle bei der Berührung mit sulfidisch-sulfatischen Grundwässern ausgefällt. Als derzeit bemerkenswertestes Beispiel der Existenz von erzbildenden Lösungen dieser Art können die metallführenden Chloridsolen der Erdölprovinz auf der Halbinsel Tscheleken dienen, die aus anhydritführenden miozänen Buntfolgen gebildet wurden. Diese Wässer wurden durch Bohrungen aufgeschlossen und lagern nach letzten Angaben von L. M. LEBEDJEW gegenwärtig pro J a h r ca. 300 t Blei ab. Bis zu den nächsten magmatischen Gesteinen, die sich im Gebiet des Elbrus befinden, sind es ca. 500 km. Nach Meinung von Prof. DAVIDSON besitzen auch die Erze v o m T y p der Mansfelder Kupferschiefer Merkmale, die von ihrer Bildung infolge einer Tiefenzirkulation von Solen zeugen, die ihrerseits aus den darüberliegenden Evaporiten des Zechsteins entstanden. Die Evaporite laugten die Metalle aus der primär dispersen Mineralisation varistischen Alters in der Tiefe aus und lagerten sie dann durch Verdrängung des syngenetischen Pyrits beim späteren Aufstieg der Solen durch die Mansfelder Schiefer aus ihnen ab. Die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Solefront überschritt nicht wenige Millimeter pro J a h r . Nach der Tagung in England erschien eine neue Arbeit von L. M. LEBEDJEW (1967), in der zusätzliches Faktenmaterial dafür angeführt wird, daß die hochkonzentrierten thermalen Wässer der Brachyantiklinale von Tscheleken, die durch eine hohe Metallführung gekennzeichnet werden, als erzführende Hydrothermen angesehen werden können. In dieser Arbeit wird u. a. mitgeteilt, daß in den Bohrungen der Lagerstätte eine intensive Ablagerung von gediegen Blei, in den Fassungsausrüstungen von Kalzit, Pyrit, Eisensulfidgel, Galenit und Sphalerit zu beobachten ist. Die Bildung von Sphalerit erreichte in einem der Becken, in dem die Wässer der Bohrungen aufgefangen wurden, so bedeutende Ausmaße, daß daraus 0 , 5 1 Sphalerit gewonnen werden konnten. E . A. BASKOW (1966) äußerte den interessanten Gedanken, daß die zehntausende Kubikkilometer hochkonzentrierter Solen, die im Südteil der Sibirischen Plattform lokalisiert sind und die eine metamorphosierte Mutterlauge unterkambrischer Salzbecken darstellen, ein sicheres Fundament zur Stützung der Hypothese über die Genese der gewaltigen Eisenerzlagerstätten des Gebiets von Angaro-Ilimsk sein können, indem diese Solen mit den erkaltenden, auskristallisierenden und eisenreichen Doleriten der sibirischen

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BARABANOW

Trappformation reagierten. Explosionsbrekzien und -Schlote, Bruchzonen und Skarne, die eine Eisenerzmineralisation führen, sind bei einer solchen Erklärung der Genese nur als Entlastungsherde der Solen, die mit Eisenverbindungen übersättigt sind, anzusehen. W e n n das Magma nicht als Quelle der erzführenden Lösungen in Frage k o m m t , so erhebt sich die Frage, worin seine Hauptrolle bei der Bildung v o n hydrothermalen Erzlagerstätten besteht? Auf diese Frage kann man wohl am besten mit den Worten des Akademiemitglieds D. I. S C H T S C H E R B A K O W (1966) antworten: „Entsprechend den neuen Ansichten ist das Magma vor allem als Wärmequelle anzusehen. Bei seinem Eindringen in die oberen Teile der Erdkruste zerstört es das vorhandene Gleichgewicht, erwärmt jene wäßrigen Lösungen, die dort vorhanden sind, und führt einige neue Bestandteile, z. B. Kohlensäure, zu. Durch das Wasser, die Kohlensäure und die Wärme wird eine Anzahl v o n Elementen aus den Nebengesteinen, darunter auch aus den magmatischen Körpern selbst, extrahiert. Für die Praxis bedeutet das, daß wir, möglicherweise, nicht die direkte Bindung mit diesen oder jenen Intrusionen suchen müssen; u m vieles wichtiger ist es, die Gesteine zu suchen, a u s d e n e n d i e E x t r a k t o r e n die u n t e r s c h i e d l i c h e n c h e m i s c h e n Elemente w e g f ü h r e n k ö n n e n " (Hervorhebungen v o n W . BARABANOW).

/ Die Genese hydrothermaler Gänge

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Summary In the present article the author argues with hypotheses referring to the origin of substances in processes of hydrothermal mineralization, contrasting the conception that the elements serving the composition of ores and worthless minerals originate from a special magma with another, according to which elements forming ores and minerals accompanying them are leached by metasomatic processes from the immediate country rocks of ore bodies, and are precipitated and concentrated in the deposits. The material mentioned by the author points at a confirmation of the latter hypothesis. From balances of materials of different magmatic and sedimentary rocks results that a supply large enough of all elements permitting a potential formation of deposits is available in each rock. The author points at an another possibility of formation of hydrothermal deposits which, under favourable conditions, can take their rise from highly concentrated fossil waters and brines. Corresponding examples are mentioned.

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Zusammenfassung Verf. setzt sich im vorliegenden Artikel mit den Hypothesen über die Herkunft der Substanzen bei hydrothermalen Vererzungsvorgängen auseinander und stellt der Konzeption, daß die Elemente zum Aufbau von Erzen und Gangarten einem speziellen Magma entstammen, eine andere gegenüber, nach der die erz- und gangartbildenden Elemente durch metasomatische Prozesse aus den unmittelbaren Nebengesteinen von Lagerstättenkörpern ausgelaugt und in den Lagerstätten ausgefällt und konzentriert werden. Das vom Verf. angeführte Material deutet auf eine Bestätigung der letzteren Hypothese hin. Stoffbilanzen unterschiedlicher magmatischer und sedimentärer Gesteine zeigen, daß ein genügend großes Angebot aller Elemente, das mengenmäßig die Bildung von Lagerstätten potentiell zulassen würde, in jedem Gestein vorhanden ist. Verf. weist auf eine weitere Möglichkeit der Bildung von hydrothermalen Lagerstätten hin, die unter günstigen Bedingungen aus hochkonzentrierten fossilen Wässern und Solen entstehen können. Entsprechende Beispiele werden angeführt.

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Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

STOLLE / Klassifizierung der K a l i l a g e r s l . ä t t e m n e r k m a l e

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Klassifizierung der Veränderlichkeit der wichtigsten Kalilagerstättenmerkmale E R N S T STOLLB, S o n d e r s h a u s e n

(Mitteilung aus dem Kali-Forschungsinstitut, Sondershausen, Reg.-Nr. 7/69) Die Redaktion stellt den nachstehenden Vorschlag des Verfassers Zur öffentlichen Diskussion, ohne sich mit dem Inhalt Zu identifizieren. Aufgabenstellung Die Rationalisierung des K a l i b e r g b a u s wird zu einem erheblichen Teil durch die K o n z e n t r a t i o n der Gewinnung und den v e r s t ä r k t e n E i n s a t z gleisloser L a d e - und F ö r d e r m i t t e l erzielt. Diese E n t w i c k l u n g stellt aus folgenden Gründen die geologischen B e a r b e i t e r der Lagers t ä t t e n v o r erhöhte A u f g a b e n : D e r früher durch eine Vielzahl und verstreute L a g e der Gewinnungspunkte g a r a n t i e r t e statistische Fehlerausgleich der prognostischen Angaben geht m i t zunehmender K o n z e n t r a t i o n der Gewinnung weitgehend verloren. Gleichzeitig erfolgt eine A b n a h m e der Vers c h n i t t m ö g l i c h k e i t von Rohsalzen unterschiedlicher Qualität. Der v e r s t ä r k t e E i n s a t z gleisloser Lade- und Förderm i t t e l ist m i t der E n t w i c k l u n g s t r e c k e n a r m e r Abbauverfahren v e r b u n d e n ; d e m g e m ä ß stehen für die erhöhten Anforderungen an die prognostische E i n s c h ä t z u n g der Flözausbildung weniger A u f s c h l u ß p u n k t e als früher zur Verfügung. Die im Vergleich zum Schrapper geringere Anpassungsfähigkeit der Großgeräte an faziell oder t e k t o n i s c h bedingte Schwankungen der Bauscheiben-Liegendgrenze (oder auch der -Hangendgrenze) fordert detailliertere diesbezügliche Vorhersagen. I m Prinzip wird v o m Werksgeologen trotz oder vielm e h r gerade wegen der ungünstigeren Aufschlußsituation in der Grube verlangt, die Sicherheit der geologischen Einzelaussage bzw. der -kennziffern zu erhöhen sowie ihre s y s t e m a t i s c h bedingte U n s c h ä r f e n ä h e r als bisher zu fassen (DÖHNER 1967). E s k o m m t insbesondere darauf an, daß der Fehler, der den V o r r a t s m e n g e n berechnungen und der E i n s c h ä t z u n g der engräumigen Salzverteilung und den Lagerungsverhältnissen unvermeidbar a n h a f t e t , q u a n t i t a t i v gefaßt wird. Außerdem müssen W e g e aufgezeigt werden, diesen F e h l e r m i t ökonomisch v e r t r e t b a r e m Aufwand weitestmöglich zu vermindern. Dieser Zielstellung diente ein v o m Verf. durchgeführter F o r s c h u n g s a u f t r a g (STOLLE 1968), auf dessen Ergebnisse sich vorliegende A r b e i t gründet. D e r Prognosefehler wird hauptsächlich von nachstehenden F a k t o r e n b e e i n f l u ß t : 1. A r t und I n t e n s i t ä t der L a g e r s t ä t t e n v e r ä n d e r l i c h keit, 2. Größe der zu beurteilenden F l ä c h e n e i n h e i t , 3. Anzahl der B l o c k u m f a h r u n g s s t r e c k e n , Eingang dea Manuskripts In der Redaktion: 8. 7.1969. "Überarbeitete Fassung eines Vortrags anläßlich einer Tagung der DGGW am 2 0 . - 2 1 . 1 1 . 1 9 6 8 in Berlin über „Fortschritte auf dem Gebiet der Gewinnung und automatischen Verarbeitung geologischer Daten".

4. Umfang der sich aus blockrandlicher ergebenden S t i c h p r o b e , 5. Grad der l a g e r s t ä t t e n k u n d l i c h e n betreffenden Feldesteils.

Bemusterung

E r f o r s c h u n g des

Der E i n f l u ß der F a k t o r e n 2. bis 5. k a n n aus folgenden Gründen nicht oder jedenfalls nur unwesentlich im a n g e s t r e b t e n Sinne geändert werden. Die B l o c k d i m e n sionen und die Anzahl der B l o c k u m f a h r u n g s s t r e c k e n müssen in entscheidendem Maße auf die modernen Abbau- und Fördertechnologien a b g e s t i m m t sein. F ü r diese sind im allgemeinen Großblöcke von ca. 5 0 0 X 5 0 0 oder 5 0 0 X 2 5 0 m bei zweiseitiger U m f a h r u n g und 20 bis 4 0 in betragenden B e m u s t e r u n g s a b s t ä n d e n ausreichend. E i n e wesentliche E r h ö h u n g des E r k u n d u n g s aufwandes pro B l o c k über das l a g e r s t ä t t e n s e i t i g zu fordernde Minimum hinaus gilt es zu vermeiden, um der F o r d e r u n g n a c h weitestgehender S e n k u n g der Grubenkosten gerecht zu werden. E i n e r Intensivierung lagers t ä t t e n k u n d l i c h e r E r f o r s c h u n g der betreffenden Feldesteile sind durch die K a p a z i t ä t der werksgeologischen Abteilungen r e l a t i v enge Grenzen gesetzt. E s gibt j e d o c h eine andere Möglichkeit, bei gleichbleibendem oder sogar reduziertem E r k u n d u n g s a u f wand die I n f o r m a t i o n über die interessierenden L a g e r s t ä t t e n t e i l e zu erhöhen und somit zu der eingangs u m rissenen Aufgabe einen entscheidenden B e i t r a g zu leisten. Das ist die s y s t e m a t i s c h e E r f o r s c h u n g der Lagers t ä t t e n v e r ä n d e r l i c h k e i t . F ü r letztere ließ sich bereits bei überschläglicher B e t r a c h t u n g feststellen, daß sie im wesentlichen statistischer N a t u r ist. E s lassen sich nämlich fast alle L a g e r s t ä t t e n ( t e i l e ) einem U n t e r t y p des „ z u f ä l l i g e n " Veränderlichkeitstyps zuordnen. Dieser zeigt n a c h der Definition STAMMBERGERS (1963) „stochastische U n a b h ä n g i g k e i t der W e r t e , die auf unregelmäßigen A b s c h n i t t e n eine einheitliche T e n d e n z zum Ausdruck bringen, d. h. hier allgemein niedrig oder allgemein hoch l i e g e n " . B e i der v o m Verf. durchgeführten U n t e r s u c h u n g der L a g e r s t ä t t e n v e r ä n d e r l i c h k e i t k o n n t e er sich somit methodisch s t a r k auf die m a t h e m a t i s c h e S t a t i s t i k orientieren. Die Veränderlichkeit einer L a g e r s t ä t t e ist vor allem durch das jeweilige V e r h a l t e n der F l ö z p a r a m e t e r Gesteinsausbildung, M ä c h t i g k e i t , G e h a l t e (Nutz- und S c h a d k o m p o n e n t e n ) und Lagerungsformen gekennzeichnet. Hauptziel einer Klassifizierung der Veränderlichkeit dieser E i g e n s c h a f t e n sind die R a t i o n a l i s i e r u n g der D a t e n a u s w e r t u n g sowie die E r m ö g l i c h u n g übersichtlicher Darstellungen und besserer Vergleichbarkeit der Ergebnisse. A n die zu erarbeitenden Klassifizierungsschemata waren daher folgende F o r d e r u n g e n gestellt: F ü r die vier in der D D R v o r k o m m e n d e n Kalisalzflöze, „ T h ü r i n g e n " , „ H e s s e n " , „ S t a ß f u r t " und „ R ö n n e n -

Zeitschrift lür angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 STOLLE / Klassifizierung der

Kalilagerstättenmerkmale

berg", muß eine einheitliche Anwendbarkeit garantiert sein. Die Schemata müssen für die Datenauswertung unter gcologisch-lagerstättenkundlichen und unter technologischen Aspekten in gleicher Weise brauchbar sein. Für die verschiedenen Flözeigenschaften müssen sich je nach den praktischen Erfordernissen die statistischen Untersuchungen jederzeit getrennt oder auch kombiniert durchführen lassen; die Klassifizierungsschemata müssen entsprechend aufeinander abgestimmt sein. Auf der Grundlage umfassender Datenauswertung und ausgehend von den Veränderlichkeitsklassen der Einzelmerkmale müssen komplex gefaßte Lagerstättentypen erarbeitet werden, die sich von den in der KaliInstruktion der Z V K (1963) definierten durch eine weitgehende Quantifizierung unterscheiden und somit auf Erkundung und Vorratsberechnung von mehr bestimmendem Einfluß als jene sind. Die Klassifizierungsschemata im einzelnen müssen einprägsame Raster aufweisen. Ergebnisse Für die Erfassung der regionalen Lagerstätlenveränderlichkeit bietet sich als einfachste Variante die Eingruppierung der einzelnen Merkmalswerte in verschiedene Klassenbereiche mit anschließender Darstellung der Häufigkeitsverteilung an. Diese grobstatistische Untersuchungsmethode eignet sich vorzugsweise, um für die Einsatzmöglichkeit bestimmter lagerstättenabhängiger Technologien einen Lagerstättenüberblick zu erlangen. Ein weiterer Anwendungsbereich dieser Methode ist die Auswertung von Kalitiefbohrungen. Man gibt für das Erkundungsfeld die aus den Bohraufschlüssen abgeleiteten Klassenbereiche der wichtigsten Flözparameter an und ergänzt sie durch die in Analogie zu ähnlichen Lagerstätten geschätzten Variationskoeffizienten bzw. -spannen. Abzulehnen sind detailliertere Zahlenangaben, wie z. B. der sich auf eine relativ geringe Anzahl von Tiefbohraufschlüssen gründende Mittelwert (einschließlich Streuung und Variationskoeffizient). Daten dieser Art würden über die Unschärfe des Beobachtungsrasters hinwegtäuschen und eine nur scheinbar existierende Genauigkeit vorspiegeln. Im Vergleich zu der nachfolgend zu besprechenden Methode bleibt die Anwendung dieser grobstatistischen Methode auf gelegentliche Auswertungen von Grubenaufschlüssen bzw. Tiefbohierkundungsobjekten begrenzt. Routinemäßig müssen in der betriebsgeologischen Praxis künftig blockbezogene Veränderlichkeitsangaben erarbeitet werden, um mit diesen die bisher fast ausschließlich verfügbaren Mittelwerte der wichtigsten Parameter (K 2 0-Gehalt und Mächtigkeit, künftig auch MgS0 4 - und MgCl 2 -Gehalt) zu ergänzen. Es wird vorgeschlagen, die Veränderlichkeit in die Klassenbereiche 1 bis 5 zu untergliedern, für welche die Zusatzbezeichnungen „sehr gering", „gering", „mittel", „ s t a r k " und „sehr s t a r k " Verwendung finden sollen. Für jedes interessierende Merkmal ist pro Untersuchungsobjekt die Zugehörigkeit zu einer der fünf Klassen gesondert festzustellen, da nur selten alle Parameter einer einzigen Klasse zugeordnet werden können. Im allgemeinen wird man abschließend eine zusammenfassende Auswertung

585 T a b . Klassifizierung der L a g e r u n g s v e r h ä l l n i s s e Charakterisierung)

(allgemeine

K l a s s e 1 — sehr ruhige Lagerung m i t relativ einheitlichem Streichen und allgemein flachem E m i a l l e n ; Flözmächtigkeiten tektonisch k a u m beeinflußt oder halbsteiles bis steiles Einfallen an Sattclflanken m i t relativ einheitlichem Streichen; Flözmächtigkeiten tektonisch schwach beeinflußt; bei Tiefbohrerkundung wegen Unschärfe des Beobachtungsrasters nicht feststellbar K l a s s e 2 — ruhige Lagerung mit relativ einheitlichem Streichen und flachem Einfallen, üborprägt durch lokale Sättel und Mulden oder Flexuren m i t halbsteilen Einfallwerten; Flözmächtigkeiten schwach, selten stärker tektonisch beeinflußt oder halbsteiles b i s steiles Einfallen an Sattelflanken mit relativ einheitlichem Streichen, lokal gestört durch Ausdünnung, Anstauung, Versteilung etc.; bei Tiefbohrerkundung Zuordnung von Lagerstätten(teilen) zur K l a s s e 2 nur möglich, wenn mehrere relativ gleichmäßig verteilte Bohrungen (2 bis 3 k m A b s t a n d ) ruhige Lagerüngsverhältnisse anzeigen und wenn häufigeres Auftreten von Lagerungsunregelmäßigkeiten oder Vorkommen von Störungszonen mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden können K l a s s e 3 — verbreitet konforme bis schwach disharmonische F a l t u n g m i t flacher bis halbsteiler Lagerung bei vorherrschend annähernd gleicher Stxeichrichtung und Faltungsvergenz; Flözmächtigkeiten mäßig, gelegentlich lokal auch s t a r k tektonisch beeinflußt; bei TiefbohreTkundung Zuordnung von Lagerstätten(teilen) zur K l a s s e 3, wenn mehrere Bohrungen Lagerungsunregelmäßigkeiten deutlich anzeigen und wenn hei der regionaltektonischen Situation ein verbreitetes Auftreten schwach disharmonischer F a l t u n g wahrscheinlich ist, stärkere Lagerungsstörungen aber nur selten und lokal begrenzt zu erwarten sind K l a s s e i — groß- und engräumig unregelmäßig wechselndes Streichen und Einfallen sowie häufiges Auftreten von Störungszonen (stark disharmonische F a l t u n g , Abscherung, Überschiebung, Ausdünnung, Anstauung etc.); Flözmächtigkeiten meist s t a r k beeinflußt; bei Tiefbohrerkundung Zuordnung von Lagerstätten(teilen) zur K l a s s e 4, wenn im Erkundungsgebiet ein einheitlicher tektonischer B a u nicht erkennbar und auf Grund der L a g e im Vergitterungsbereich verschieden gerichteter tektonischer Strukturen oder im Bereich von ausgeprägten Störungszonen, kompliziert g e b a u t e n Salzsätteln etc. auch schwerlich zu erwarten ist K l a s s e 5 — sehr komplizierte, disharmonische Salinartektonik m i t vorherrschend steiler und vielfach inverser L a g e r u n g , h ä u f i g Kulissenf a l t u n g ; Flözmächtigkeiten sehr s t a r k tektonisch beeinflußt; bei salzstockgebundener Tiefbohrerkundung ergibt sich in jedem Fall, auch unabhängig von Bohranzahl und B e f u n d des Einzelaufsclilusses, die Zuordnung zur K l a s s e 5.

vornehmen und die untersuchten Blöcke oder Feldesteile den komplex gefaßten Lagerstättentypen zuordnen müssen. Zum Merkmalskomplex „Flözausbildung" gehören der KjO-Gehalt, die Mächtigkeit, die vertikale und die horizontale Absctzigkeit. Die Veränderlichkeit der Gehalte und Mächtigkeiten wird durch die Variationskoeffizienten (V = Streuung in Prozenten des arithmetischen Mittels) zum Ausdruck gebracht. Die Klassenabgrenzungen 15, 25, 35 und 45 wurden unter Beachtung einer hinreichenden Differenzierungsmöglichkeit der in den Lagerstätten vorkommenden Werte sowie mit Rücksicht auf eine gute Einprägsamkeit des Rasters festgelegt. Die auf die vertikale Absetzigkeit bezogenen Veränderlichkeitsangaben sollen in Ergänzung zu denen der Mächtigkeitsparameter die Einsatzplanung für die Großgeräte unterstützen; denn starke stratigraphische Schwankungen der Flözunter- oder Flözoberkante können sich erfahrungsgemäß in einem sonst ruhig gelagerten Flöz bergtechnisch ähnlich störend auswirken wie eine entsprechende tektonische Faltung. Erfaßt wird die maximale Abweichung der Flözliegend- oder Flöz-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

586 hangendgrenze vom „ n o r m a l e n " stratigraphischen Niveau. Sie wird in Prozent der Durchschnittsmächtigkeit der Bauscheibe (Klassenabgrenzungen 20, 40 und 60%), gegebenenfalls auch in Metern oder Dezimetern mit in jedem Werk individuell festzulegenden Klassenabgrenzungen angegeben. Hauptkriterium für die Bewertung der meisten wirtschaftlich nutzbaren Kalisalzvorkommen der D D R ist die horizontale Absetzigkeit. Diese erweist sich vor allem bei den Vorratsmengenberechnungen als wichtigste Einflußgröße. Für die einzelnen Veränderlichkeitsklassen festgelegte Richtwerte bzw. Charakteristika beziehen sich a u f : die Flächengrößen bauwürdiger bzw. unbauwürdiger Salzausbildung (z. B . in Klasse 3 Vertaubungsinseln < 100 m Durchmesser); die Mindestflächenanteile nutzbarer Flözausbildung (z. B . in den Klassen 1 bis 3: > 8 5 bzw. > 70 bzw. > 5 5 % ; zulässige Ausnahmen sind Teilblöcke randlich von Großvertaubungen); Art der Salzübergänge (z. B . Richtungsgebundenheit in Klasse 2 oder intensive, unregelmäßige Verzahnung in Klasse 4). Die vom Verf. (STOLLE 1969, Tab.) beschriebene Klassifizierung der horizontalen Absetzigkeit ist auf Untertageaufschlüsse bezogen. Sie ist ergänzt (STOLLE 1968, Anl. 7a) durch eine auch die Tiefbohraufschlüsse berücksichtigende Beschreibung. Diese geht von der relativen Unschärfe des Beobachtungsrasters aus und macht die Klassenzuordnung nicht nur von den Bohraufschlüssen, sondern auch von Gesichtspunkten der regionalgeologischen Stellung, der Genese sowie von Analogieschlüssen abhängig. Zum Merkmalskomplex „Lagerungsverhältnisse" gehören das Streichen, das Einfallen, die Häufigkeit grundsätzlicher Wechsel dieser Parameter im Block und eine allgemeine Charakterisierung der Lagerungsformen. Für das Streichen und Einfallen werden die Variationsspannen in Neugrad bzw. Prozent abgeschätzt und den Klassenbereichen (Abgrenzungen bei 20, 40, 60 und 80 Neugrad bzw. bei 10, 20, 30 und 40%) zugeordnet. F ü r exakte statistische Berechnungen fehlt es im allgemeinen an entsprechend zahlreichen und genauen Primärdaten. E s wird weiterhin angegeben, wie oft sich die Einfall- und die Streichrichtung grundsätzlich ändern (Klasse 1 = 0 ; Klasse 2 = 1—2; Klasse 3 = = 3 — 4 ; Klasse 4 = > 4; Klasse 5 = vielfach). Die besondere Bedeutung dieser blockbezogenen Veränderlichkeitsdaten liegt in der zuverlässigeren Einschätzung, ob bzw. in welchen Bereichen mit stärkeren Lagerungsunregelmäßigkeiten der wirtschaftliche Einsatz von Großgeräten noch möglich ist, welches die günstigste Verhiebrichtung ist usw. Im Gegensatz zu ebengenannten Parametern orientiert die auf der T a b . gegebene allgemeine Charakterisierung der Lagerungsverhältnisse auf feldwärtige Extrapolation und dient zugleich der komplex gefaßten Veränderlichkeitstypisierung mit als Ausgangsbasis. Die T a b . berücksichtigt sowohl Untertage- als auch Tiefbohraufschlüsse. Im einzelnen beinhaltet das Schema: die vorherrschende Lagerungsform, die Häufigkeit und Intensität lokaler Abweichungen von der vorherrschenden Lagerungsform, die tektonische Beeinflussung der Flözmächtigkeit.

STOLLE / K l a s s i f i z i e r u n g der K a l i l a g e r s t ä t t e n m e r k m a l e

A b b . 1. E i n f l u ß

der L a g e r s t ä t t e n v e r ä n d e r l i c h k e i t Vorratsklasseneinstufung

erforderliche Bemusterungspunkte

auf

die

q = 5%rel.

50

60 70 80 Variationskoeffizient

A b b . 2. A b h ä n g i g k e i t des erforderlichen Bemusterungsu m f a n g s v o m V a r i a t i o n s k o e f f i z i e n t e n u n d den V e r t r a u e n s grenzen

Auf Abb. 1 ist schematisch dargestellt, wie man von den meist voneinander unabhängigen Veränderlichkeitsklassen der Merkmalskomplexe „horizontale Absetzigk e i t " (STOLLE 1969, Tab.) und „Lagerungsverhältnisse" (Tab.) zu den Lagerstättentypen 1 bis 5 gelangt. Bei den verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der jeweiligen Klassen bestimmt in der Regel das Merkmal mit der stärkeren Veränderlichkeit den Lagerstättentyp. Der in erster Linie auf Salzstockverhältnisse bezogene T y p 5 bleibt vorläufig ohne praktische Bedeutung. Den Typen 1 bis 4 sind statistisch begründete Erkundungsrichtwerte hinsichtlich der Blockumfahrung zugeordnet (STOLLE 1969, Abb. 3), deren Einhaltung Hauptbedingung für die jeweils angestrebte Vorratsklasseneinstufung ist. Für die aus horizontaler Absetzigkeit, Tektonik und Blockumfahrung resultierende, zunächst vorläufige Einstufung ergibt sich je nach der von der Bemusterungspunktzahl (Stichprobenumfang) und dem Variationskoeffizienten abhängigen Einhaltung vorgegebener Vertrauensgrenzen eine Bestätigung oder Herabstufung: F ü r K l a s s e A w u r d e n m i t der V V B K a l i V e r t r a u e n s bereiche v o n ± 7 % rel. f ü r die K 2 0 - G e h a l t e u n d v o n ± 1 5 % rel. f ü r die M ä c h t i g k e i t e n u n d s o n s t i g e n G e h a l t e v e r e i n b a r t ; d e m e n t s p r e c h e n z. B . bei 1 5 % K 2 0 ± 1 % bzw. bei 5 m Mächtigkeit ± 0 , 7 5 m. F ü r K l a s s e B w u r d e n V e r t r a u e n s b e r e i c h e v o n ± 1 5 % rel. f ü r die K 2 0 - G e h a l t e u n d v o n ± 2 0 % rel. f ü r die M ä c h t i g k e i t e n u n d s o n s t i g e n G e h a l t e f e s t g e l e g t ; d e m e n t s p r e c h e n z. B . bei 1 5 % K 2 0 ± 1 , 8 % bzw. bei 5 m M ä c h t i g k e i t ± 1 m.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1969), Helt 11

587

STOLLE / Klassifizierung der K a l i l a g e r s t ä t t e n m e r k m a l e F ü r Klasse C x erübrigen sich Vertrauensgrenzen, da bergmännisch erschlossene KalisalZvorräte in j e d e m Fall zumindest in diese Klasse einzustufen sind.

Aus einem bestimmten Blockbemusterungsumfang resultieren für die einzelnen Flözparameter derart unter•schiedliche Vertrauensgrenzen, weil die ausschlaggebenden Variationskoeffizienten der K 2 0-Gehalte meist den Veränderlichkeitsklassen 2 bis 3, die der Mächtigkeiten und sonstigen Gehalte jedoch vorzugsweise den Klassen 3 bis 5 zugehören. Die Abhängigkeit des für die Erzielung vorgegebener Aussagerichtigkeit (Vertrauensgrenzen q) erforderlichen Stichprobenumfangs (n) vom jeweiligen Varationskoeffizienten zeigt Abb. 2 (dargestellt für q = ±5, ±7, ± 10 u. ± 1 5 % rel.). Die von den bemusterten Grubenaufschlüssen auf die zu beurteilenden Blöcke oder Feldesteile zu extrapolierenden Variationskoeffzienten (V) müssen vorerst geprüft werden, ob sie bei den gegebenen Größenwerten der K 2 0-Gehalte und Mächtigkeiten im „normalen" Streubereich ober- bzw. unterhalb der Ausgleichsgeraden (Abb. 3, y — a + bx) liegen oder ob sie etwa „Ausreißer" darstellen. Im ersten Fall wird man sie bedenkenlos extrapolieren können, im zweiten Fall aber sicher nicht ohne vorherige Nachprüfung und geologisch sinnvolle Überarbeitung; meist wird dann ein an der Grenze des „normalen" Streubereiches liegender Wert einzusetzen sein. Solchen Überprüfungen können die auf Abb. 3 graphisch dargestellten Ergebnisse umfangreicher statistischer Untersuchungen über die Abhängigkeit der Variationskoeffizienten von der Größenordnung der Gehalts- und Mächtigkeitswerte ( S T O Ü B

1968) als Grundlage dienen. Die aufgezeigten Beziehungen zeigen starke Analogien zu den Ergebnissen ähnl i c h e r U n t e r s u c h u n g e n , die v o n K R A J E W S K I ( 1 9 5 9 )

an

polnischen Erzlagerstätten durchgeführt wurden. Offenbar handelt es sich um Regeln, die für eine Vielzahl verschiedenartiger Lagerstätten Gültigkeit haben. Auf Abb. 4 sind die Beziehungen zwischen Vorratseinstufung, Lagerstättentyp, Blockumfahrung, Bemusterungsdichte, Variationskoeffizienten und Vertrauensgrenzen noch einmal übersichtlich als Nomogramm dargestellt. Im rechten oberen Quadranten wird der Umfang der Blockumfahrungsstrecken abgelesen,

der in den einzelnen Lagerstättentypen zur angestrebten Vorratsklasseneinstufung notwendig ist. Im linken unteren Quadranten liest man bei gegebenen Variationskoeffizienten den zur Einhaltung der geforderten Vertrauensgrenzen notwendigen Bemusterungsaufwand ab. Andererseits kann man bei bereits einheitlich festgelegten Bemusterungsabständen die aus n und V resultierenden Vertrauensgrenzen ersehen und dann die endgültige Vorratsklasseneinstufung vornehmen. SouKUP (1967) gelangte bei analogen, allerdings fehlerbezo-

genen Untersuchungen an tschechoslowakischen Lagerstätten anderer Mineralgebiete zu sehr ähnlichen Ergebnissen und Darstellungen. Der linke obere Quadrant in Abb. 4 ist ohne wesentliche Bedeutung; er beinhaltet lediglich die Beziehungen zwischen der Blockumfahrung, den Bemusterungsabständen und dem Stichprobenumfang.

Zusammenfassung Durch systematische Erforschung der auf Gesteinsausbildung, Mächtigkeit, Gehalte und Lagerungsformen bezogenen Lagerstättenveränderlichkeit k a n n zur Verbesserung der prognostischen E i n s c h ä t z u n g unverritzter Vorratsblöcke und grubenrandlicher Feldesteile ein wesentlicher B e i t r a g geleistet werden. F ü r die Veränderlichkeit wird eine generelle Untergliederung in fünf Klassenbereiche (1 — sehr gering, 2 — gering, 3 — mittel, 4 — stark, 5 — sehr stark) vorgeschlagen. I n n e r h a l b des Merkmalskomplexes „ F l ö z a u s b i l d u n g " wird die Veränderlichkeit der Gehalte und Mächtigkeiten durch Variationskoeffizienten m i t den Klassenabgrenzungen 15, 25, 35 und 45 zum Ausdruck gebracht. B e i der vertikalen Absetzigkeit wird, ebenfalls klassenunterteilt, die Abweichung der Flözbasis vom „ n o r m a l e n " stratigraphischen Niveau in Prozent der D u r c h s c h n i t t s m ä c h t i g k e i t angegeben. Die Klassen der horizontalen Absetzigkeit (Haupteinflußf a k t o r auf die Vorratsmengenberechnungen) sind durch die Flächengrößen nichtbauwürdiger Flözausbildung, die Mindestflächenanteile nutzbaren Salzgesteins sowie durch die Charakteristika der Salzübergänge b e s t i m m t . Zu dem für die Gewinnungs- und Fördertechnologie m a ß geblichen Merkmalskomplex „ L a g e r u n g s v e r h ä l t n i s s e " gehören das Einfallen und Streichen (klassenunterteilte V a r i a tionsspannen der Einfallensprozente bzw. der in Neugrad gemessenen Bichtungswinkel) und die Häufigkeit grundsätzlicher Wechsel dieser P a r a m e t e r im B l o c k ; außerdem erfolgt nach vorgegebenen K r i t e r i e n eine „allgemeine Charakterisierung". Die jeweilige Klasse letzterer b e s t i m m t

Bemusterungsabstände 30 40 60m

9

10

11 °

12

13

14

15

16

17

1B % K

Mächtigkeiten

'1-seitig Fehler dFlächenanteils A B Cl C2 nutzbaren Rohstoffs )rratskl.entspihQriZQnXAt)$et2igkeitu!B!pckumfahr^ Vorratsklasse entspr den Vertrauensgrenzen q-7%rel.beiK20-Sehalt

q-12%rei beiK20-6ehalt q*15%rel.bei MgSO^-Gehalt und Mächtigkeit 11

12

13 m

A b b . 3. A b h ä n g i g k e i t der Variationskoeffizienten von der Größenordnung der Gehalts- und Mächtigkeitswerte des Hartsalzes im Flöz S t a ß f u r t

q-20%rel.bei MgSOi,-Sehalt und Mächtigkeit

A b b . 4. N o m o g r a m m über die Beziehungen zwischen V o r r a t s e i n stufung, L a g e r s t ä t t e n t y p , B l o c k u m f a h r u n g , Bemusterungsdichte, Variationskoeffizienten und Vertrauensgrenzen

Zeitschrift f ü r angewandte Geologie, B d . 15 ( 1 9 6 9 ) , H e f t 1 1

588

WELINSKIJ / Wie und wo bilden sich Magmen?

gemeinsam mit derjenigen der horizontalen Absetzigkeit den L a g e r s t ä t t e n t y p . Dabei ist der Merkmalskomplex mit der stärkeren Veränderlichkeit ausschlaggebend. Den Typen sind zur Erzielung angestrebter Vorratsklasseneinstufung Erkundungsrichtwerte zugeordnet. Nach Zunächst vorläufiger Einstufung ist zu prüfen, ob die vom Stichprobenumfang und Variationskoeffizienten abhängigen Vertrauengrenzen den für die Vorratsklassen A und B vorgegebenen Richtwerten entsprechen. Im negativen Fall wird in die nächstniedcrc Klasse eingestuft.

PC3I0Me I l y T e M CMCTÖMäTMHÖCKOrO HCCneflOBaHHH H3M6HHeMOCTH MGCTOpOJKflGHHÜ, OTHeCeHHOÜ K pa3BHTHK) n o p o n , K MOmHOCTH, c o H e p m a n H i o h $ o p M a M a a n e r a H H H , MOIKGT SbiTb flaH c y m e c T B e H H H ü B M i a f l B yjiyqniGHHG NP0RH03H0Ä OIJGHKH HGBCKpHTHX 3 a n a c H b i x ÖJIOKOB H p a c n o J i o H t c H H b i x y K p a H inaxTH yiacTKOB.

flnH H3MGHHGMOCTH npcflnaraGTCH o6mee noapa.3AejieHne n a nflTb ynacTKOB KJiaccoB, a HMGIIHO: 1 — oieHb HGÖOUbmaH H3MGHHGM0CTb J 2 — HGÖOJIbinaH H3MeHHGMOCTb;

3 — epGRHHH H3MGHH6MOCTb; 4 — CHJlbHaH H3M6HH6MOCTb;

5 — o ^ e H b CHJibHan H3M6HHeM0CTb. C p G R n KOMiniGKca n p n 3HaKOB , , p a 3 B H T n e n n a c T a " , H3MGHHeMocTb c o ^ e p H i a H H ä h MomnocTeö BbipamaeTCH K03$$imH6HTaMH n a p n a u H H c

npeflenaMH KJiaccoB 15, 25, 35 H 45. B cjiyqae BepTHKanb-

n o f t npepHBHCT0CTH flaeTCH, t o w g c n o R p a 3 f l e j i e H H e M n o K J i a c c a M , oTKJiOHeirae o c n o B a i i H H n n a c T a OT „ H o p M a j i b -

H o r o " CTpaTnrpaifinMecKoro ypoBHH B npoii;eHTax cpe^Hefi MOmHOCTH. Kjiaccbl I'0pH30HTajIbH0Ü npepblBHCTOCTH (HBj m r o m e i i C H r n a B H H M $ a K T o p o M BJIHHHHH n a n o A c i e T 3 a n a -

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w o r o pa3BHTHH n j i a c T a , MiiHHMajibHbiMH ÄOUHMH n n o m a s G ü n o n e a H O ö COUHHOÖ n o p o ß H , a TaKHte n o K a 3 a T e j i H M H COJIH-

HHX nepexoflÖB.

B KOMIIJIGKC I i p H 3 H ä K 0 B „yCJIOBHH 3 a j I G r a H H H " , BaJKHHÜ ftjm TGXHOJiorHH S K c n n y a T a i i H H n AO6HHH, BXOAHT n a n e H H e H n p o c T H p a H H G (noApa3A6JieHHbi6 H a K J i a c c H HHTepBajibi B a p i i a U H H npOl^GHTOB na«GHHH HJIH H3M6peHHblfi B RGCHTHMHHX r p a n y c a x y r o n H a n p a B j i e H H H ) , a TaiHKe q a e r o T a n p u H i p u m a n b H i i x NCPGMGH BTHX NAPAMETPOB B ÖJIOKG. K p o M e T o r o , n o 3aHaHHWM KpuTGpiiHM n p 0 H 3 B 0 Ä H T c n „oGmas x a p a K T 6 p H 3 a ^ H " . C00TBCTCTByi0mHß KJiaCC nOMteßHHX BMGCTe c K J i a c c o M r 0 p H 3 0 H T a j i b H 0 f t npGpbiBHCTocTH o n p e HenHeT THIT M e c T o p o » s e H H f i . P e m a i o m e e s H a n e H i i e n p n 3TOM HMC6T KOMIIJIGKC n p H 3 H a K O B C ÖOJieG CHJIbHOII H3MeHHeMOCTbw. fljiH n o n y n e H H H m e n a H H o r o OTHGceHHH K K j i a c c a M 3 a n a c o B ranaM n p n p , a B a j i n c i , 0pH6HTnp0B0'iia>iG HailHblG pa3B6HKM. riOCJIG npGÄBapHTejIbHOrO OTHeceilHH CJienyGT npOBGpHTb, COOTBGTCTByiOT JIH 3aBHCHMbI6 OT

o6i>6Ma pa36opoK

H KOAIJIIFIIMHEHTA Bapiiaunn

npe^ejiti

n o B e p n a 3ap;aHHbiM AJIH K J i a c c o B 3 a n a c o B A I I B opHGHTiipoBOIHHM BGJiHHHHaM. B OTpimaTGJibHOM c j i y n a e npOH3BOP;HTCH o T H e c e m i e K c n e A y i o m G M y n o o i G p e j m HHSKOMY

KJiaccy.

Summary A systematic investigation of the variability of deposit referred to rock development, thickness, contents and structural conditions m a y considerably contribute to an improvement of the prognostic estimate of virgin reserve blocks and parts of the field situated at the border of the mine. A general subdivision into five classes is suggested for the variability, viz. 1 — very small, 2 — small, 3 — medium, 4 — heavy, 5 — very heavy. Within the complex of characters "development of s e a m " the variability of contents and thicknesses is expressed by coefficients of variation with delimitations of classes 15, 25, 35, and 45. In 1;hc vertical line of outcrop, which is also subdivided into classes, the difference of the base of seam from the " s t a n d a r d " stratigraphical level is given in per cent of the average thickness. The classes of the horizontal lino of outcrop (the factor mainly influencing calculations of reserves) are determined by the areas of inexploitable seam development, minimum surface portions of workable salt rock, and characteristics of salt overhangs. The complex of characters " m u t u a l relations", which is decisive for the technology of getting and hauling, includes the dip and strike (margins of variation subdivided into classes of the percentage of dip, and of the bearing angles measured in new degrees respectively) and the abundance of basic changes of these parameters within the block. Moreover, a "general characterization" is made in accordance with given criteria. The class in question of the latter determines, together with that of the horizontal line of outcrop, the type of deposit, with the complcx of characters having a major variability playing a decisive role. Reference values of exploration are assigned to the types with a view to obtaining a classification of reserve classes. A classification which, for the time being, is a preliminary one is followed by an examination of whether limits of confidence dependent on the extent of random tests and coefficient of variation correspond to reference values given for the reserve classes A and B. In the negative case an arrangement into the class following next in a lower direction is made.

Literatur DÖHNER, C.: Geologie und Rationalisierung im Kalibergbau. — TJnverüff. Ms., Kali-Forschungsinstitut Sondershausen 1967. KRAJEWSKI, R . : Über die "Untersuchung der Variationskoeffizienten polnischer Lagerstätten. — Z. angew. Geol., 5, 306 — 310, Berlin 1950. SOUKUP, B . : Auswertung der Erkundungsdichte mittels elektronischer Rechenautomaten. — Z. angew. Geol., 13, 209 — 211, Berlin 1907. STASDIBERGER, F . : Der Einfluß des Veriinderliclikeitstyps eines Minerallvürpcrs auf die Mittelbildung sowie Extra- und Interpolation. — Z. angew. Geol., 9, 1 8 9 - 1 9 4 , Berlin 1903. STOLLE, E . : Lagerstättenveränderlichkeitstypen. — Unveröff. l'orschungsauftrag-Abschlußbericht, Kali-Forscliungsinstitut Sondershausen 1968. — Abgrenzung der Vorratsklassen von Kaliflözen nach dem mittleren Fehler des nutzbaren Flächenanteils. — Z. angew. Geol., 15, 10, 530 — 536, Berlin 1969. Instruktion zur Anwendung der „Klassifikation der Lagerstättenvorräte fester mineralischer Rohstoffe" auf Kali- und Steinsalzlage.rstätten der D D R . - 55. angew. Geol., 9, 5 2 7 - 5 3 1 , Berlin 1963.

Wie und wo bilden sich Miigmen? W. W. WELINSKIJ, Nowosibirsk Die Geologen sind gegenwär tig der Ansich t, daß das Magma durch das Schmelzen der Substanz; aus verschiedenen Erdhüllen entsteht. Dabei ist das basaltische Magma ein Derivat des oberen Mantels und das granitische Magma ein Abkömmling der Sialkruste, die den oberen Mantel übcrdeckt. Damit endet im Grunde bereits die einheitliche Meinung der Geologen zur F r a g e der Genesis der Magmen und der magmatischen Herde. Einige Geologen sind der Meinung, daß das Magma durch das Schmelzen unter Einwirkung von Wärme entsteht, die bei der Spaltung radioaktiver Elemente abgegeben wird; andere bringen seine Bildung mit der Veränderung der thermodynamischen Bedingungen (hauptsächlich des Drucks) im Erdinnern in Verbindung als Ergebnis der Aus: „Rriroda", H . 2, S. 9 7 - 1 0 2 (1969); gekürzt. Übers.: K . NIEMAND, ZGI, Berlin.

Bildung tiefer Spalten in der Erdkruste und im Erdniantel. Ohne auf eine detaillierte Behandlung dieser Hypothesen einzugehen, sei lediglich bemerkt, daß diese eine ganze Reihe von Mängeln aufweisen, die es nicht ermöglichen, verschiedene Erscheinungen zu erklären, die die Bildung von magmatischen Herden und die vulkanische Tätigkeil; begleiten. In erster Linie sei festgestellt, daß Vulkanausbrüchc immer durch enormes Ausströmen von Gasen begleitet werden. Der Eruptionsakt wird von einer Erhöhung der Aktivität der Gasaustritte begleitet, die im Gebiet des Vulkans liegen, sowie durch eine Erhöhung des Anteils von Wasserstoff, Helium und Argon 40 in deren Zusammensetzung. Außerdem werden Vulkanausbrüche gewöhnlich von Gewittern, nicht selten auch durch ein Leuchten der Atmosphäre über den Vulkanen und Erscheinungen elektrischer Entladungen (Elms-

Zeitschrift f ü r angewandte Geologie, B d . 15 ( 1 9 6 9 ) , H e f t 1 1

588

WELINSKIJ / Wie und wo bilden sich Magmen?

gemeinsam mit derjenigen der horizontalen Absetzigkeit den L a g e r s t ä t t e n t y p . Dabei ist der Merkmalskomplex mit der stärkeren Veränderlichkeit ausschlaggebend. Den Typen sind zur Erzielung angestrebter Vorratsklasseneinstufung Erkundungsrichtwerte zugeordnet. Nach Zunächst vorläufiger Einstufung ist zu prüfen, ob die vom Stichprobenumfang und Variationskoeffizienten abhängigen Vertrauengrenzen den für die Vorratsklassen A und B vorgegebenen Richtwerten entsprechen. Im negativen Fall wird in die nächstniedcrc Klasse eingestuft.

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KJiaccy.

Summary A systematic investigation of the variability of deposit referred to rock development, thickness, contents and structural conditions m a y considerably contribute to an improvement of the prognostic estimate of virgin reserve blocks and parts of the field situated at the border of the mine. A general subdivision into five classes is suggested for the variability, viz. 1 — very small, 2 — small, 3 — medium, 4 — heavy, 5 — very heavy. Within the complex of characters "development of s e a m " the variability of contents and thicknesses is expressed by coefficients of variation with delimitations of classes 15, 25, 35, and 45. In 1;hc vertical line of outcrop, which is also subdivided into classes, the difference of the base of seam from the " s t a n d a r d " stratigraphical level is given in per cent of the average thickness. The classes of the horizontal lino of outcrop (the factor mainly influencing calculations of reserves) are determined by the areas of inexploitable seam development, minimum surface portions of workable salt rock, and characteristics of salt overhangs. The complex of characters " m u t u a l relations", which is decisive for the technology of getting and hauling, includes the dip and strike (margins of variation subdivided into classes of the percentage of dip, and of the bearing angles measured in new degrees respectively) and the abundance of basic changes of these parameters within the block. Moreover, a "general characterization" is made in accordance with given criteria. The class in question of the latter determines, together with that of the horizontal line of outcrop, the type of deposit, with the complcx of characters having a major variability playing a decisive role. Reference values of exploration are assigned to the types with a view to obtaining a classification of reserve classes. A classification which, for the time being, is a preliminary one is followed by an examination of whether limits of confidence dependent on the extent of random tests and coefficient of variation correspond to reference values given for the reserve classes A and B. In the negative case an arrangement into the class following next in a lower direction is made.

Literatur DÖHNER, C.: Geologie und Rationalisierung im Kalibergbau. — TJnverüff. Ms., Kali-Forschungsinstitut Sondershausen 1967. KRAJEWSKI, R . : Über die "Untersuchung der Variationskoeffizienten polnischer Lagerstätten. — Z. angew. Geol., 5, 306 — 310, Berlin 1950. SOUKUP, B . : Auswertung der Erkundungsdichte mittels elektronischer Rechenautomaten. — Z. angew. Geol., 13, 209 — 211, Berlin 1907. STASDIBERGER, F . : Der Einfluß des Veriinderliclikeitstyps eines Minerallvürpcrs auf die Mittelbildung sowie Extra- und Interpolation. — Z. angew. Geol., 9, 1 8 9 - 1 9 4 , Berlin 1903. STOLLE, E . : Lagerstättenveränderlichkeitstypen. — Unveröff. l'orschungsauftrag-Abschlußbericht, Kali-Forscliungsinstitut Sondershausen 1968. — Abgrenzung der Vorratsklassen von Kaliflözen nach dem mittleren Fehler des nutzbaren Flächenanteils. — Z. angew. Geol., 15, 10, 530 — 536, Berlin 1969. Instruktion zur Anwendung der „Klassifikation der Lagerstättenvorräte fester mineralischer Rohstoffe" auf Kali- und Steinsalzlage.rstätten der D D R . - 55. angew. Geol., 9, 5 2 7 - 5 3 1 , Berlin 1963.

Wie und wo bilden sich Miigmen? W. W. WELINSKIJ, Nowosibirsk Die Geologen sind gegenwär tig der Ansich t, daß das Magma durch das Schmelzen der Substanz; aus verschiedenen Erdhüllen entsteht. Dabei ist das basaltische Magma ein Derivat des oberen Mantels und das granitische Magma ein Abkömmling der Sialkruste, die den oberen Mantel übcrdeckt. Damit endet im Grunde bereits die einheitliche Meinung der Geologen zur F r a g e der Genesis der Magmen und der magmatischen Herde. Einige Geologen sind der Meinung, daß das Magma durch das Schmelzen unter Einwirkung von Wärme entsteht, die bei der Spaltung radioaktiver Elemente abgegeben wird; andere bringen seine Bildung mit der Veränderung der thermodynamischen Bedingungen (hauptsächlich des Drucks) im Erdinnern in Verbindung als Ergebnis der Aus: „Rriroda", H . 2, S. 9 7 - 1 0 2 (1969); gekürzt. Übers.: K . NIEMAND, ZGI, Berlin.

Bildung tiefer Spalten in der Erdkruste und im Erdniantel. Ohne auf eine detaillierte Behandlung dieser Hypothesen einzugehen, sei lediglich bemerkt, daß diese eine ganze Reihe von Mängeln aufweisen, die es nicht ermöglichen, verschiedene Erscheinungen zu erklären, die die Bildung von magmatischen Herden und die vulkanische Tätigkeil; begleiten. In erster Linie sei festgestellt, daß Vulkanausbrüchc immer durch enormes Ausströmen von Gasen begleitet werden. Der Eruptionsakt wird von einer Erhöhung der Aktivität der Gasaustritte begleitet, die im Gebiet des Vulkans liegen, sowie durch eine Erhöhung des Anteils von Wasserstoff, Helium und Argon 40 in deren Zusammensetzung. Außerdem werden Vulkanausbrüche gewöhnlich von Gewittern, nicht selten auch durch ein Leuchten der Atmosphäre über den Vulkanen und Erscheinungen elektrischer Entladungen (Elms-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 WELIKSKIJ / \Yic und wo bilden sich Magmen? feuer) in der Atmosphäre, L e u c h t e n der elektrischen Leitungen, Störungen der Funkverbindungen und der S t ö r u n g des magnetischen Erdfeldes im Gebiet des V u l k a n s begleitet. Schließlich sollte n i c h t vergessen werden, daß vor einer E r u p t i o n häufig E r d b e b e n b e o b a c h t e t werden, deren H y p o z e n t r u m in der Herdzone liegt. D a b e i ist m i t dem Anstieg des Magmas i m Zufuhrkanal eine schnelle V e r lagerung des H y p o z e n t r u m s zur Erdoberfläche festzustellen. Uns scheint, alle diese F a k t e n zeigen, daß erstens die entscheidende R o l l e bei der Bildung m a g m a t i s c h e r Herde innerhalb der Erdhülle den Gasen Zufällt, und zweitens, daß sich das Gas i m ionisierten Zustand befindet. Gerade dadurch erklären sich die Nebenerscheinungen, die die E r u p t i o n e n begleiten. Als B e s t ä t i g u n g des geäußerten S t a n d p u n k t e s können folgende F a k t e n dienen. Akademiemitglied A. P. W n o GRADOW untersuchte die. Zusammensetzung der Gasphase in Steinnieteoriten, hier als Ausgangsmaterial einer p j o l o planetarcn W o l k e b e t r a c h t e t , und zeigte, daß sich i m E r d m a n t e l eine riesige Gasmenge befindet, die hauptsächlich durch protoplanetare kosmische S u b s t a n z zugeführt wurde. Diese Gase sind in der silikatischen S u b s t a n z des Mantels gelöst und bilden m i t i h m eine Phase. Die Zweite, die eigentliche Gas- oder D a m p f p h a s e , e n t h ä l t nach A. P . WINOGRADOW Dämpfe, Gase und andere B e s t a n d t e i l e im überkritischen Zustand und entsteht in der Nähe des subkrustalun Gebietes. Die S u b s t a n z e n dieser Phase sind gegenüber den Nebengesteinen sehr aggressiv. Die E x i s t e n z von Gasen in gelöstem Z u s t a n d in der S u b s t a n z des Mantels wird durch hohe W e r t e der T e m p e r a t u r e n und Drücke innerhalb der Erdhülle begünstigt. Ü b e r die möglichen Gasgehalte in der Silikatsubstanz des E r d m a n t e l s k a n n n a c h den A n g a b e n von A. P . WINOGKADOW geurteilt werden: H20 2 • 1 0 3 5 g ; Na 8 • 10 2 2 g; C l , 0 - 1 0 3 4 g; C1 - 2,2 • 1 0 2 3 g; S - 7,2 • 1 0 3 5 g; Ar - 7 • 1 0 s 0 g; He — 3 • 1019g. Die Gesamtmenge der Gase im E r d m a n t e l b e t r ä g t 9,5 • 1 0 2 5 g, der Gasgehalt je cm 3 des E r d m a n t e l s 0,1 g. W e n n von der A n n a h m e ausgegangen wird, daß bei Vulkanen m i t t l e r e r Größe der m a g m a t i s e h e Herd einer Sphäre m i t einem R a d i u s von 1 k m entspricht, ist es n i c h t schwierig, die Gasmenge zu berechnen, die aus diesem Volumen a b gegeben werden k a n n . F ü r W a s s e r s t o f f b e t r ä g t sie 4 / s n R 3 X 0,1 = 4,2 • 1 0 1 4 g = 4,2 • 10 8 m 3 . Diese Zahl s t i m m t gut m i t der Gasmenge überein, die zum Beispiel v o m Vesuv im L a u f e eines J a h r e s ausgeworfen wird, nämlich 5 • 10 8 m 3 . S o m i t widerspricht der angenommene W e r t der Gasmenge im E r d m a n t e l n i c h t den geologischen F a k t e n und k a n n in hinreichend zuverlässigen Grenzen b e s t i m m t werden. W e n n dem so ist, dann k a n n unter der A n n a h m e , d a ß die Gase in der S u b s t a n z des Mantels gleichmäßig gelöst sind und daß während der E x i s t e n z unseres P l a n e t e n die E n t g a s u n g ebenfalls gleichmäßig vorlief, leicht die Gasmenge berechnet werden, die im L a u f e eines J a h r e s aus dem E r d i n n e r n ausgeschieden wird. A. P . WINOGKADOW h a t berechnet, daß im D u r c h s c h n i t t der E x i s t e n z der Erde, d. h. 5 • 10 9 J a h r e , von der Gesamtmenge der im E r d m a n t e l enthaltenen Gase (9,5 • 1 0 2 5 g) ungefähr 1 0 % entgast wurden, d. h. 9,5 • 1 0 2 4 g. Folglich wurden in einem J a h r e durchschnittlich 1,9 • 1 0 1 5 g Gas ausgeschieden. S o m i t b e t r ä g t die spezifische Abgabe der Gase 0 • 1 0 ' g/s. W i e bereits festgestellt wurde, wurden beim Ausbruch des Vesuvs i m L a u f e eines J a h r e s 5 • 1 0 s m 3 Gas a u s g e b r a c h t ; das sind 1,6 • 10 7 g/s. Die erhaltenen Zahlen für die spezifische Gasabgabe stimmen somit größenordnungsmäßig überein. Die festgestellten Unterschiede zwischen den berechneten und den b e o b a c h t e ten W e r t e n sind einerseits dadurch bedingt, daß die E n t gasung in unterschiedlichen Teilen des Mantels offensichtlich ungleichmäßig vor sich g e h t ; und andererseits dadurch, daß für den V e s u v nur die Gasmenge erfaßt wurde, die unmittelb a r bei einer E r u p t i o n a u s t r a t . Die Gasmenge, die durch den V u l k a n bei der fumarolen T ä t i g k e i t ausgeschieden wurde, l ä ß t sich nicht erfassen. S c h o n diese groben Schätzungen bestätigen die außerordentlich wichtige Rolle der Gase bei Vulkanausbrüchen. W i r messen nun den Gasen und der W ä r m e , die durch die Gasströme übertragen werden, eine besonders große B e deutung für den Bildungsmechanismus magmatischer

589 Bruchzone

i

A b b . Bildungssclieina des basischen Magmas Durch die gestrichelte Linie sind die Brüche im Jlantel und der Jirdrinde angegeben. Durch Pfeile werden die vermuteten Ströme des glühenden Gases markiert, die zur Bildung des magmatischen Herdes (Quelle des Magmas) führen.

Herde Zu. Aus dieser Position k a n n das Modell der Maginabildung folgendermaßen dargestellt werden: B e i der Anlage großer Störungen — der Tiefenbrüche — in der E r d k r u s t e und i m E r d m a n t e l beginnt in dieser Zone infolge plötzlicher D r u c k a b n a h m e (nach den B e r e c h n u n g e n von M. V . GSOWSKIJ im J a h r e 1 9 6 0 bis 10 kbar) eine intensive E n t g a s u n g der S u b s t a n z des Mantels. Die I n f i l t r a t i o n der Gase (hauptsächlich Wasserstoff) wird durch die hohe Durchlässigkeit in den Zonen der Tiefenbrüche bedeutend erleichtert, die durch Zeitweilig auftretende D e h n u n g s k r ä f t e aufrechterhalten wird, denen diese Zonen ausgesetzt sind. Aus den b e n a c h b a r t e n zerrütteten Gesteinen und dem S u b s t r a t des E r d m a n t e l s streben die Gase in die schwächsten Zonen — in die Bereiche, die einer m a x i m a l e n Zerrung unterworfen sind, oder Kreuzungen großer S p a l t e n (an sie sind gewöhnlich Gürtel des a k t i v s t e n Vulkanismus und des T i e f e n m a g m a t i s m u s gebunden). Die Bewegung der Gase zu diesen Bereichen ist offensichtlich m i t einem bedeutenden Druckabfall verbunden, der, wie uns scheint, durch die Differenz zwischen dem hydrostatischen Druck in den Gesteinen des Mantels und der E r d k r u s t e in ungestörten B e reichen und den zerrütteten Zonen der Tiefenbrüche entsteht. Der aus geophysikalischen A n g a b e n ermittelte bemerkenswerte Vertikalgradient der D r ü c k e im E r d m a n t e l und der E r d k r u s t e (ungefähr 270 bar/km) begünstigt ebenfalls diese Bewegung. B e k a n n t l i c h liegen die m a g m a t i s c h e n Herde rezenter, tätiger Vulkane der K u r i l e n - K a m t s c h a t k a - G r u p p e in Tiefen von 60 bis 100 k m . W e n n angenommen wird, daß Tiefenbrüche 200 k m und tiefer (nach Angaben füt' Tiefenherdbeben) in den Mantel eindringen, m u ß dieses Niveau auch als Hauptquelle der Gasströme 1 ) b e t r a c h t e t werden. Die T e m p e r a t u r der S u b s t a n z des E r d m a n t c l s und folglich auch die der Gase b e t r ä g t in einer Tiefe von 200 1cm ungefähr 1 5 0 0 ° C ; die T e m p e r a t u r im Niveau der m a g m a t i schen Herde liegt bei 1 1 0 0 — 1 2 0 0 ° C . D a die spezifische Gasabgabe j e Flächeneinheit, ihre W ä r m e a u r n a h m e f ä h i g k e i t , die T e m p e r a t u r - und Druckgradienten in verschiedenen Tiefen b e k a n n t sind, da ferner die Dichte der Gesteine des Mantels in verschiedenen Niveaus sowie ihre W ä r m e a u f n a h m e f ä h i g k e i t , W ä r m e l e i t fähigkeit und S c h m e l z t e m p e r a t u r bei b e s t i m m t e n D r ü c k e n ' b e k a n n t sind, k a n n offensichtlich bei einigen A n n a h m e n die E n t s t e h u n g s t i e f e der Herde und die für ihre Bildung erforderliche Zeit berechnet werden. Vergleichen wir die erhaltenen B e r e c h n u n g e n mit den tatsächlichen Angaben. Nach vorläufigen E i n s c h ä t z u n g e n waren für die Bildung eines Herdes n a c h diesem S c h e m a (in F o r m einer Sphäre mit einem Radius von 1 km) 1 5 0 0 J a h r e erforderlich. Diese Zahl s t i m m t gut mit der Dauer der A k t i v i t ä t einzelner vulkanischer Apparate — e t w a l O — 1 5 0 0 0 J a h r e — überein. Die Lösung dieser Aufgabe ist unbedingt nötig, aber dazu ist die Hilfe von Spezialisten (Physikern) 1 ) Wenn die Herde in grüliercn Tiefen entstehen sollten, dann reichen natürlich die Tiefenbrüche tiefer in den Erdmantel hinab.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 590 erforderlich. Es muß besonders hervorgehoben werden, daß sich nach unserer Annahme die wärmetragenden Gase nicht im neutralen, sondern im ionisierten Zustand befinden. Die Ionisierung unterstützt einerseits die hohen Werte der Drücke (in einer Tiefe von 200 km in der Größenordnung 50—55 kbar) und Temperaturen (etwa 1 500°C) und andererseits das Vorhandensein solch leichtionisierender Zusätze wie Natrium und Kalium sowie radioaktiver Substanzen, hauptsächlich Uran, Thorium, Kalium 40. Der Ionisierungsgrad seinerseits bestimmt die Mobilität der Gase und ihren aggressiven Charakter gegenüber der Substanz des Substrats des Erdmantels, dort wo die Bildung des Herdes vor sich geht. Dabei spielt nach Ansicht der Physiker in der Gesamtwärmebilanz der ionisierte Zustand der Gase keine entscheidende Rolle.2) Nebenerscheinungen, die Vulkanausbrüche (das Leuchten der Atmosphäre, elektrische Entladungen, Störungen der magnetischen Felder usw.) begleiten, sind recht leicht zu verstehen, wenn für ihre Erklärung die Einwirkung ionisierter Gase angenommen wird. Der Mechanismus dieser Prozesse kann wie folgt dargestellt werden: Bekanntlich besitzen Silikatschmelzen eine Ionenleitfähigkeit mit sehr geringem elektrischem Widerstand, d. h., sie stellen wahrscheinlich eine leitende Flüssigkeit oder ein flüssiges Plasma dar. Falls diese Voraussetzung richtig ist, kann die Bewegung großer Massen silikatischer Schmelzen Zur Oberfläche im Magnetfeld der Erde zeitweilige lokale Anomalien über den vulkanischen Anlagen oder eindringenden Intrusivkörpern hervorrufen. Beim Kontakt des Magmas mit der Atmosphäre oder beim Durchbruch der Gasströme in Bruchzonen können sie alle jene Erscheinungen hervorrufen, die oben angeführt wurden. Diese Hypothese der Magmabildung, die man am besten als „Hypothese der Gasströme" bezeichnen könnte, wurde in ihren allgemeinsten Zügen dargelegt und erfordert noch eine große und mühselige Kleinarbeit, sowohl in theoretischer als auch in experimenteller Hinsicht. Ihre Veröffentlichung in dieser Form verfolgt das Ziel, die Aufmerksamkeit der Physiker auf sieh Zu ziehen, die helfen könnten, eine quantitative Einschätzung des vorgeschlagenen Bildungsmechanismus des Magmas Zu geben. Zugleich erlauben die Leitsätze der Hypothese, unserer Meinung nach, viele Gesetzmäßigkeiten der magmatischen Tätigkeit in verschiedenen geologischen Strukturen vom Zeitfaktor her zu erklären.3) Da ist vor allem der basaltoidische Charakter des Magmatismus in den Frühetappen der geosynklinalen Entwicklung 2 ) E s ist nicht ausgeschlossen, daß es bei einem höheren Wissensstand über magnetische Erscheinungen, die die vulkanischen Prozesse begleiten, möglich sein wird, von einem Plasmazustand der Gasströme zu sprechen. a ) Der Autor spricht seine Meinung zu einer Frage aus, die Diskussionscharakter trägt.

P e t r o w & E l l a n s k i j / Die Klassifikation geologischer Objekte und seine allmähliche Ablösung durch immer saurere und alkalischere Varietäten; das Erscheinen kaliumhaltiger Magmen (z. B. Trachyte, Trachyandesite) unter Tafelbedingungen usw. Solche Gesetzmäßigkeiten verbinden wir mit der vertikalen Migration der Magmenherdbildung entsprechend dem Wachstum der Erdkruste; das führt zu ihrer Verlagerung aus dem Mantel zuerst in die subkrustalen Gebiete und danach unmittelbar in die Rinde sowie Zu einer Veränderung der thermodynamischen Bedingungen (Parameter p und T), die bestimmend für die Bildung der Zusammensetzung der Gasströme bei der Entgasung der Substanz des oberen Mantels sind. So sind zum Beispiel für die Ionisierung und folglich auch für die Mobilität des Natriums bestimmte p- und T-Werte erforderlich; für Kalium sind diese Werte niedriger. Das führt dazu, daß in den Anfangsetappen der Entwicklung von Geosynklinalen, die durch ein hohes energetisches Niveau charakterisiert werden, Kalium wegen seines geringeren Ionisationspotentials beweglicher als Natrium wird. Beim Fehlen oder bei unbedeutender Mächtigkeit der Erdkruste wird in dieser Zeit Kalium weggeführt, und die Magmen haben vorwiegend Natriumcharakter. Mit dem Wachstum der Kruste und folglich der Vergrößerung der p- und T-Werte in diesen Bereichen des Mantels werden die Bedingungen für die Ionisierung und die Beweglichkeit des Kaliums noch günstiger, was seine Abführung in die Sedimentgesteine der Erdrinde unterstützt. Diese werden damit einer Kaliummetasomatose unterworfen. Gleichzeitig entstehen günstigere Bedingungen für Verhältnisse, in denen die Ionisierung und Mobilität des Natriums erhöht werden, das zusammen mit Kalium die sogenannten „intramagmatischen oder grani tisierenden Lösungen" bildet. Zugleich entsteht mit der Vergrößerung der Mächtigkeit der Kruste ein origineller Schirm, der die Entfernung des Kaliums und des Natriums bei der Entgasung der Substanz des Mantels verhindert und ihre Konzentrierung in den subkrustalen Teilen und Ablagerungen der Erdrinde begünstigt. In den orogenen und stabilen Zonen der Kontinente, wo die Magmen offenbar hauptsächlich aus der Substanz der Rinde entstehen, treten zunächst Natrium-Kalium- und später im wesentlichen Kaliummagmen auf. Gleichzeitig vollzieht sich eine allgemeine Anreicherung der Magmen mit Alkalien. Wahrscheinlich kann auf diese Weise die Verglimmerung der Gesteine in den subkrustalen Teilen (nach Xenolithen in Kimberlitröhren) erklärt werden. Zweifellos verändert sich bei der Evolution von Geosynklinalen zu Tafeln auf den Niveaus, wo die magmatischen Herde entstehen, mit der Veränderung der Temperaturen und der Drücke auch der Charakter der chemischen Reaktionen, die die Bildung magmatischer Schmelzen begleiten und letztlich den Charakter der Differentiation des Magmas beeinflussen können.

Die Klassifikation geologischer Objekte mit Hilfe von Zeichenerkennungsprogrammen und Programmen der mehrfachen Regressionsanalyse A. P. PETROW& M. M. E l l a n s k i j , UdSSR Oft kann ein Gesteinsmerkmal nicht befriedigend mit Hilfe eines kontinuierlich veränderlichen Parameters beschrieben werden (z. B. Speichertyp usw.). In diesem Fall macht sich eine Klassifizierung der Objekte nach diesem betreffenden Merkmal notwendig. Ein gutes Beispiel für die Lösung derartiger Aufgaben liefern die Zeichenerkennungsprogramme (Bongard u. a. 1965). Nachstehend werden einige Ergebnisse der am Moskauer Institut für petrolchemische und Gasindustrie laufenden Untersuchungen zur Klassifizierung geologischer Objekte diskutiert. Eingang des Manuskripts in der "Redaktion: 21. 4.1969. Kurze Mitteilung aus dem Institut für die petrolchemische und Gasindustrie, Moskau.

Gegenwärtig vergleicht der Geophysiker bei der Interpretation geophysikalischer Messungen häufig den Zusammenhang zwischen irgendwelchen Parametern der untersuchten Objekte. Wenn diese Zusammenhänge für Objekte unterschiedlicher Klassen unterschiedlich sind, können sie als Klassifizierungsmerkmale verwendet werden. Als Beispiele hierfür können angeführt werden: der Zusammenhang zwischen den R„-Werten verschiedener elektrischer Sonden für wasser- bzw. erdöloder erdgasführende Horizonte oder der Zusammenhang zwischen dem Neutron-Gamma-Meßwert und dem ii ( -Wert für erdöl- und wasserführende Schichten ( D a c h n o w 1962).

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 590 erforderlich. Es muß besonders hervorgehoben werden, daß sich nach unserer Annahme die wärmetragenden Gase nicht im neutralen, sondern im ionisierten Zustand befinden. Die Ionisierung unterstützt einerseits die hohen Werte der Drücke (in einer Tiefe von 200 km in der Größenordnung 50—55 kbar) und Temperaturen (etwa 1 500°C) und andererseits das Vorhandensein solch leichtionisierender Zusätze wie Natrium und Kalium sowie radioaktiver Substanzen, hauptsächlich Uran, Thorium, Kalium 40. Der Ionisierungsgrad seinerseits bestimmt die Mobilität der Gase und ihren aggressiven Charakter gegenüber der Substanz des Substrats des Erdmantels, dort wo die Bildung des Herdes vor sich geht. Dabei spielt nach Ansicht der Physiker in der Gesamtwärmebilanz der ionisierte Zustand der Gase keine entscheidende Rolle.2) Nebenerscheinungen, die Vulkanausbrüche (das Leuchten der Atmosphäre, elektrische Entladungen, Störungen der magnetischen Felder usw.) begleiten, sind recht leicht zu verstehen, wenn für ihre Erklärung die Einwirkung ionisierter Gase angenommen wird. Der Mechanismus dieser Prozesse kann wie folgt dargestellt werden: Bekanntlich besitzen Silikatschmelzen eine Ionenleitfähigkeit mit sehr geringem elektrischem Widerstand, d. h., sie stellen wahrscheinlich eine leitende Flüssigkeit oder ein flüssiges Plasma dar. Falls diese Voraussetzung richtig ist, kann die Bewegung großer Massen silikatischer Schmelzen Zur Oberfläche im Magnetfeld der Erde zeitweilige lokale Anomalien über den vulkanischen Anlagen oder eindringenden Intrusivkörpern hervorrufen. Beim Kontakt des Magmas mit der Atmosphäre oder beim Durchbruch der Gasströme in Bruchzonen können sie alle jene Erscheinungen hervorrufen, die oben angeführt wurden. Diese Hypothese der Magmabildung, die man am besten als „Hypothese der Gasströme" bezeichnen könnte, wurde in ihren allgemeinsten Zügen dargelegt und erfordert noch eine große und mühselige Kleinarbeit, sowohl in theoretischer als auch in experimenteller Hinsicht. Ihre Veröffentlichung in dieser Form verfolgt das Ziel, die Aufmerksamkeit der Physiker auf sieh Zu ziehen, die helfen könnten, eine quantitative Einschätzung des vorgeschlagenen Bildungsmechanismus des Magmas Zu geben. Zugleich erlauben die Leitsätze der Hypothese, unserer Meinung nach, viele Gesetzmäßigkeiten der magmatischen Tätigkeit in verschiedenen geologischen Strukturen vom Zeitfaktor her zu erklären.3) Da ist vor allem der basaltoidische Charakter des Magmatismus in den Frühetappen der geosynklinalen Entwicklung 2 ) E s ist nicht ausgeschlossen, daß es bei einem höheren Wissensstand über magnetische Erscheinungen, die die vulkanischen Prozesse begleiten, möglich sein wird, von einem Plasmazustand der Gasströme zu sprechen. a ) Der Autor spricht seine Meinung zu einer Frage aus, die Diskussionscharakter trägt.

P e t r o w & E l l a n s k i j / Die Klassifikation geologischer Objekte und seine allmähliche Ablösung durch immer saurere und alkalischere Varietäten; das Erscheinen kaliumhaltiger Magmen (z. B. Trachyte, Trachyandesite) unter Tafelbedingungen usw. Solche Gesetzmäßigkeiten verbinden wir mit der vertikalen Migration der Magmenherdbildung entsprechend dem Wachstum der Erdkruste; das führt zu ihrer Verlagerung aus dem Mantel zuerst in die subkrustalen Gebiete und danach unmittelbar in die Rinde sowie Zu einer Veränderung der thermodynamischen Bedingungen (Parameter p und T), die bestimmend für die Bildung der Zusammensetzung der Gasströme bei der Entgasung der Substanz des oberen Mantels sind. So sind zum Beispiel für die Ionisierung und folglich auch für die Mobilität des Natriums bestimmte p- und T-Werte erforderlich; für Kalium sind diese Werte niedriger. Das führt dazu, daß in den Anfangsetappen der Entwicklung von Geosynklinalen, die durch ein hohes energetisches Niveau charakterisiert werden, Kalium wegen seines geringeren Ionisationspotentials beweglicher als Natrium wird. Beim Fehlen oder bei unbedeutender Mächtigkeit der Erdkruste wird in dieser Zeit Kalium weggeführt, und die Magmen haben vorwiegend Natriumcharakter. Mit dem Wachstum der Kruste und folglich der Vergrößerung der p- und T-Werte in diesen Bereichen des Mantels werden die Bedingungen für die Ionisierung und die Beweglichkeit des Kaliums noch günstiger, was seine Abführung in die Sedimentgesteine der Erdrinde unterstützt. Diese werden damit einer Kaliummetasomatose unterworfen. Gleichzeitig entstehen günstigere Bedingungen für Verhältnisse, in denen die Ionisierung und Mobilität des Natriums erhöht werden, das zusammen mit Kalium die sogenannten „intramagmatischen oder grani tisierenden Lösungen" bildet. Zugleich entsteht mit der Vergrößerung der Mächtigkeit der Kruste ein origineller Schirm, der die Entfernung des Kaliums und des Natriums bei der Entgasung der Substanz des Mantels verhindert und ihre Konzentrierung in den subkrustalen Teilen und Ablagerungen der Erdrinde begünstigt. In den orogenen und stabilen Zonen der Kontinente, wo die Magmen offenbar hauptsächlich aus der Substanz der Rinde entstehen, treten zunächst Natrium-Kalium- und später im wesentlichen Kaliummagmen auf. Gleichzeitig vollzieht sich eine allgemeine Anreicherung der Magmen mit Alkalien. Wahrscheinlich kann auf diese Weise die Verglimmerung der Gesteine in den subkrustalen Teilen (nach Xenolithen in Kimberlitröhren) erklärt werden. Zweifellos verändert sich bei der Evolution von Geosynklinalen zu Tafeln auf den Niveaus, wo die magmatischen Herde entstehen, mit der Veränderung der Temperaturen und der Drücke auch der Charakter der chemischen Reaktionen, die die Bildung magmatischer Schmelzen begleiten und letztlich den Charakter der Differentiation des Magmas beeinflussen können.

Die Klassifikation geologischer Objekte mit Hilfe von Zeichenerkennungsprogrammen und Programmen der mehrfachen Regressionsanalyse A. P. PETROW& M. M. E l l a n s k i j , UdSSR Oft kann ein Gesteinsmerkmal nicht befriedigend mit Hilfe eines kontinuierlich veränderlichen Parameters beschrieben werden (z. B. Speichertyp usw.). In diesem Fall macht sich eine Klassifizierung der Objekte nach diesem betreffenden Merkmal notwendig. Ein gutes Beispiel für die Lösung derartiger Aufgaben liefern die Zeichenerkennungsprogramme (Bongard u. a. 1965). Nachstehend werden einige Ergebnisse der am Moskauer Institut für petrolchemische und Gasindustrie laufenden Untersuchungen zur Klassifizierung geologischer Objekte diskutiert. Eingang des Manuskripts in der "Redaktion: 21. 4.1969. Kurze Mitteilung aus dem Institut für die petrolchemische und Gasindustrie, Moskau.

Gegenwärtig vergleicht der Geophysiker bei der Interpretation geophysikalischer Messungen häufig den Zusammenhang zwischen irgendwelchen Parametern der untersuchten Objekte. Wenn diese Zusammenhänge für Objekte unterschiedlicher Klassen unterschiedlich sind, können sie als Klassifizierungsmerkmale verwendet werden. Als Beispiele hierfür können angeführt werden: der Zusammenhang zwischen den R„-Werten verschiedener elektrischer Sonden für wasser- bzw. erdöloder erdgasführende Horizonte oder der Zusammenhang zwischen dem Neutron-Gamma-Meßwert und dem ii ( -Wert für erdöl- und wasserführende Schichten ( D a c h n o w 1962).

PRECSS / Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen Die Verwendung dieser und ähnlicher Zusammenhänge zur Lösung von Klassifizierungsaufgaben führt in der Praxis nicht immer zum Erfolg. Die Ursache hierfür liegt darin, daß erstens bei der Mehrzahl der Erfassung solcher Zusammenhänge nur zwei oder drei Parameter miteinander verknüpft werden, weshalb sich die Beziehungen oftmals „überschneiden", und daß zweitens häufig nur ein einzelner Zusammenhang untersucht wird. Die hier vorgeschlagene Methode hat diese Nachteile nicht. Ihre Wirkungsweise sei kurz beschrieben. Mit Hilfe der mehrfachen Regressionsanalyse (PETROW & E L L A N S K I J 1 9 6 6 ; E L L A N S K I J & PETROW 1 9 6 7 ) w e r d e n b e l i e -

bige Zusammenhänge zwischen Parametern von Objekten einer Klasse untersucht. Im Ergebnis erhält man für jede Klasse mehrere Beziehungen. Einige von ihnen werden nur in „ihrer" Klasse Gültigkeit besitzen, können dcmnach zur Lösung von Klassifizierungsaufgaben herangezogen werden. Man untersucht also, welcher Beziehung die Parameter des interessierenden Untersuchungsabschnitts genügen und ordnet auf dieser Grundlage das Objekt einer bestimmten Klasse zu. Eine Schwierigkeit bei der praktischen Anwendung dieser Verfahren besteht darin, daß einige Zusammenhänge universellen Charakter tragen, d. h. für viele Klassen gelten können. Außerdem kann die Notwendigkeit auftreten, logische Schlüsse der Art: „Wenn die Zusammenhänge A und B, aber nicht C und D gelten, dann gehört das Objekt zur ersten Klasse", usw. zu lösen. Zum Auffinden von Regeln zur Klassifizierung geologischer Objekte an Hand der Beziehungen zwischen ihren Parametern wurde vorgeschlagen, Zeichenerkennungsprogramme zu verwenden. Zunächst werden die funktionellen Zusammenhänge zwischen den Ausgangsparametern der zu klassifizierenden Objekte gesucht. Danach erfolgt für jedes Objekt eine Kodierung in der Form, daß ihm für jeden gültigen Zusammenhang eine Eins zugeordnet wird; gilt hingegen eine Beziehung nicht, so ordnet man diesem Objekt eine Null zu. Die Gesamtheit der auf diese Weise kodierten Objekte dient als Lernmaterial für die Zeichenerkennungsprogramme. Zwei derartige Programme kamen zum Einsatz. Das erste wurde von BONGARD U. a. (1965) beschrieben. Es sortiert logische Funktionen von drei Variablen aus und nimmt dabei eine gewisse statistische Abwägung vor. Nachdem für jede Klasse von Objekten mehrere komplizierte Merkmale bestimmt wurden, wird die Lernphase abgeschlossen. Die Klassifizierung besteht darin, daß man die Zahl der „wahren"

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Helt 11 591 Merkmale für den jeweiligen Untersuchungsabschnitt bestimmt. Mit Hilfe des zweiten Programms wurden kompliziertere logische Funktionen mit einer beliebigen Anzahl von Variablen aussortiert. Zum gegenwärtigen Zeilpunkt sind mit Hilfe der beschriebenen Methode eine Klassifizierung in zwei Klassen (wasserund erdölführende Schichten) an Hand geophysikalischer Bohrlochmessungen und eine Klassifizierung in drei Klassen (wasser-, erdöl- und erdgasführende Schichten) an Hand von Gasmessungsergebnissen möglich. Dabei erwies sich die beschriebene Methode als sehr effektiv. Die Klassifizierung nach Wasser-, Erdöl- und Erdgasführung erfolgte an 400 Objekten. Für ein jedes waren 12 Parameter bekannt: das Gesamtgasvolumen in der Probe, die prozentualen Anteile der Fraktionen von Wasserstoff bis C 6 H 14 , Bohrlochdurchmesser und einige andere. E s wurden acht funktionelle Zusammenhänge zwischen diesen Parametern ermittelt; davon vier für gasführende, drei für ölführende und einer für wasserführende Schichten. Anschließend konnte mit Hilfe der erwähnten Zeichenerkennungsprogramme die Klassifizierung vorgenommen werden. Dabei wurde eine Effektivität von etwa 90% erreicht. Interessant ist noch folgendes Beispiel. In einem komplizierten Fall, in dem durch manuelle Auswertung keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden konnten, wurde eine Unterteilung in erdöl- und wasserführende Schichten auf Grund geophysikalischer Bohrlochmessungen vorgenommen. Mit Hilfe des von BONGARD U. a. (1965) beschriebenen Verfahrens wurde eine Effektivität von 75% erreicht, während mit der hier beschriebenen Methode in 89% der Fälle richtige Ergebnisse erzielt werden konnten.

Literatur BONGARD, M. M„ M. N. WAINZWAIS, SCH. A. GUBERMAN, M. L . ISWEKOW'A & M. S. SMIRNOW: Erfahrungen bei der Anwendung selbstlernender Programme zur Ausgliederung erdölführender Schichten. — Seminarmaterialien des Instituts für Automatik und Telemechanik Akad. Wiss. U d S S R , Moskau 1965. DACHNOW, W. N.: Interpretation geophysikalischer Bohrlochmessungen. — Verl. Gostoptechisdat, Moskau 1962. ELLANSKIJ, M. M., & A. P. PETROW: Die indirekte Abschätzung geologischer Parameter aus geophysikalischen Bohrlochmesssungen mit der mehrfachen Hegressionsanalyse. — Z. angew. Geol., 13, 4, 220 — 223, Berlin 1967. PETROW, A. P., & M. M. EIXANSKIJ : Die Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate bei der Untersuchung komplizierter Zusammenhänge zwischen Gesteinseigenschaften und geophysikalischen Parametern. — gammelbd. Nr. 62, MINCHiGP, Verl. Nedra, Moskau 1966.

Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen I. Prüfungsmöglichkeiten der Standardoberflächcn BALDER PREtrss, Freiberg (Sa.) (Bergakademie Freiberg, Sektion Geowissenschaften, Lehrstuhl für Geologie von Erdöl, Erdgas und Kohlen; Sektionsveröffentlichung Nr. 55) Objektive Rcflexionsinessungen gewannen in letzter Zeit auf kohlenpetrologischem Gebiet und für die Prospektion auf flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe zunehmend an B e d e u t u n g (z. B . TEICHMÜLLEK 1965; ALPERN 1969). Die niedrigen Reflexionswerte der Steinkohlen (KÖTTER 1960) und besonders die sehr geringe R e f l e k t a n z der Braunkohlen ( S o ö s 1964) stellen jedoch an die g e s a m t e Meßapparatur und darüber hinaus auch an die Eichnormale e x t r e m hohe Anforderungen. D a s bezieht sich nicht allein auf die genaue Kenntnis der optischen D a t e n der S t a n d a r d s , z. B . auf die Dispersion und die d a r a u s errechneten Eichwerte Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 23. 7.1969.

in L u f t bzw. unter Öl. Objektive Reflexionsmessungen an Kohlen und anderen organischen S u b s t a n z e n stellen vielmehr u n d in besonderem Maße an die Oberflächen der prismatisch geschliffenen (Abb. 1) S t a n d a r d s (KÖTTEB 1960) höchste Anforderungen. Darauf wurde bisher k a u m nachdrücklich hingewiesen. Bei Kohlenpetrologen weitgehend unbekannt sind auch Möglichkeiten, wie die Oberflächenbeschaffenheit der S t a n d a r d s geprüft werden kann. Wiederholt wurde zweifelsfrei nachgewiesen, daß die Ursachen für Abweichungen des errechneten Eichwertes v o m tatsächlichen ihren Grund in einer m a n g e l h a f t e n Oberflächengüte h a t t e n (DE VEIES U. a. 1968). Die Ausbildung der S t a n d a r d o b e r f l ä c h e mit üblichem, mikroskopischem Zubehör möglichst genau prü-

PRECSS / Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen Die Verwendung dieser und ähnlicher Zusammenhänge zur Lösung von Klassifizierungsaufgaben führt in der Praxis nicht immer zum Erfolg. Die Ursache hierfür liegt darin, daß erstens bei der Mehrzahl der Erfassung solcher Zusammenhänge nur zwei oder drei Parameter miteinander verknüpft werden, weshalb sich die Beziehungen oftmals „überschneiden", und daß zweitens häufig nur ein einzelner Zusammenhang untersucht wird. Die hier vorgeschlagene Methode hat diese Nachteile nicht. Ihre Wirkungsweise sei kurz beschrieben. Mit Hilfe der mehrfachen Regressionsanalyse (PETROW & E L L A N S K I J 1 9 6 6 ; E L L A N S K I J & PETROW 1 9 6 7 ) w e r d e n b e l i e -

bige Zusammenhänge zwischen Parametern von Objekten einer Klasse untersucht. Im Ergebnis erhält man für jede Klasse mehrere Beziehungen. Einige von ihnen werden nur in „ihrer" Klasse Gültigkeit besitzen, können dcmnach zur Lösung von Klassifizierungsaufgaben herangezogen werden. Man untersucht also, welcher Beziehung die Parameter des interessierenden Untersuchungsabschnitts genügen und ordnet auf dieser Grundlage das Objekt einer bestimmten Klasse zu. Eine Schwierigkeit bei der praktischen Anwendung dieser Verfahren besteht darin, daß einige Zusammenhänge universellen Charakter tragen, d. h. für viele Klassen gelten können. Außerdem kann die Notwendigkeit auftreten, logische Schlüsse der Art: „Wenn die Zusammenhänge A und B, aber nicht C und D gelten, dann gehört das Objekt zur ersten Klasse", usw. zu lösen. Zum Auffinden von Regeln zur Klassifizierung geologischer Objekte an Hand der Beziehungen zwischen ihren Parametern wurde vorgeschlagen, Zeichenerkennungsprogramme zu verwenden. Zunächst werden die funktionellen Zusammenhänge zwischen den Ausgangsparametern der zu klassifizierenden Objekte gesucht. Danach erfolgt für jedes Objekt eine Kodierung in der Form, daß ihm für jeden gültigen Zusammenhang eine Eins zugeordnet wird; gilt hingegen eine Beziehung nicht, so ordnet man diesem Objekt eine Null zu. Die Gesamtheit der auf diese Weise kodierten Objekte dient als Lernmaterial für die Zeichenerkennungsprogramme. Zwei derartige Programme kamen zum Einsatz. Das erste wurde von BONGARD U. a. (1965) beschrieben. Es sortiert logische Funktionen von drei Variablen aus und nimmt dabei eine gewisse statistische Abwägung vor. Nachdem für jede Klasse von Objekten mehrere komplizierte Merkmale bestimmt wurden, wird die Lernphase abgeschlossen. Die Klassifizierung besteht darin, daß man die Zahl der „wahren"

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Helt 11 591 Merkmale für den jeweiligen Untersuchungsabschnitt bestimmt. Mit Hilfe des zweiten Programms wurden kompliziertere logische Funktionen mit einer beliebigen Anzahl von Variablen aussortiert. Zum gegenwärtigen Zeilpunkt sind mit Hilfe der beschriebenen Methode eine Klassifizierung in zwei Klassen (wasserund erdölführende Schichten) an Hand geophysikalischer Bohrlochmessungen und eine Klassifizierung in drei Klassen (wasser-, erdöl- und erdgasführende Schichten) an Hand von Gasmessungsergebnissen möglich. Dabei erwies sich die beschriebene Methode als sehr effektiv. Die Klassifizierung nach Wasser-, Erdöl- und Erdgasführung erfolgte an 400 Objekten. Für ein jedes waren 12 Parameter bekannt: das Gesamtgasvolumen in der Probe, die prozentualen Anteile der Fraktionen von Wasserstoff bis C 6 H 14 , Bohrlochdurchmesser und einige andere. E s wurden acht funktionelle Zusammenhänge zwischen diesen Parametern ermittelt; davon vier für gasführende, drei für ölführende und einer für wasserführende Schichten. Anschließend konnte mit Hilfe der erwähnten Zeichenerkennungsprogramme die Klassifizierung vorgenommen werden. Dabei wurde eine Effektivität von etwa 90% erreicht. Interessant ist noch folgendes Beispiel. In einem komplizierten Fall, in dem durch manuelle Auswertung keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden konnten, wurde eine Unterteilung in erdöl- und wasserführende Schichten auf Grund geophysikalischer Bohrlochmessungen vorgenommen. Mit Hilfe des von BONGARD U. a. (1965) beschriebenen Verfahrens wurde eine Effektivität von 75% erreicht, während mit der hier beschriebenen Methode in 89% der Fälle richtige Ergebnisse erzielt werden konnten.

Literatur BONGARD, M. M„ M. N. WAINZWAIS, SCH. A. GUBERMAN, M. L . ISWEKOW'A & M. S. SMIRNOW: Erfahrungen bei der Anwendung selbstlernender Programme zur Ausgliederung erdölführender Schichten. — Seminarmaterialien des Instituts für Automatik und Telemechanik Akad. Wiss. U d S S R , Moskau 1965. DACHNOW, W. N.: Interpretation geophysikalischer Bohrlochmessungen. — Verl. Gostoptechisdat, Moskau 1962. ELLANSKIJ, M. M., & A. P. PETROW: Die indirekte Abschätzung geologischer Parameter aus geophysikalischen Bohrlochmesssungen mit der mehrfachen Hegressionsanalyse. — Z. angew. Geol., 13, 4, 220 — 223, Berlin 1967. PETROW, A. P., & M. M. EIXANSKIJ : Die Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate bei der Untersuchung komplizierter Zusammenhänge zwischen Gesteinseigenschaften und geophysikalischen Parametern. — gammelbd. Nr. 62, MINCHiGP, Verl. Nedra, Moskau 1966.

Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen I. Prüfungsmöglichkeiten der Standardoberflächcn BALDER PREtrss, Freiberg (Sa.) (Bergakademie Freiberg, Sektion Geowissenschaften, Lehrstuhl für Geologie von Erdöl, Erdgas und Kohlen; Sektionsveröffentlichung Nr. 55) Objektive Rcflexionsinessungen gewannen in letzter Zeit auf kohlenpetrologischem Gebiet und für die Prospektion auf flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe zunehmend an B e d e u t u n g (z. B . TEICHMÜLLEK 1965; ALPERN 1969). Die niedrigen Reflexionswerte der Steinkohlen (KÖTTER 1960) und besonders die sehr geringe R e f l e k t a n z der Braunkohlen ( S o ö s 1964) stellen jedoch an die g e s a m t e Meßapparatur und darüber hinaus auch an die Eichnormale e x t r e m hohe Anforderungen. D a s bezieht sich nicht allein auf die genaue Kenntnis der optischen D a t e n der S t a n d a r d s , z. B . auf die Dispersion und die d a r a u s errechneten Eichwerte Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 23. 7.1969.

in L u f t bzw. unter Öl. Objektive Reflexionsmessungen an Kohlen und anderen organischen S u b s t a n z e n stellen vielmehr u n d in besonderem Maße an die Oberflächen der prismatisch geschliffenen (Abb. 1) S t a n d a r d s (KÖTTEB 1960) höchste Anforderungen. Darauf wurde bisher k a u m nachdrücklich hingewiesen. Bei Kohlenpetrologen weitgehend unbekannt sind auch Möglichkeiten, wie die Oberflächenbeschaffenheit der S t a n d a r d s geprüft werden kann. Wiederholt wurde zweifelsfrei nachgewiesen, daß die Ursachen für Abweichungen des errechneten Eichwertes v o m tatsächlichen ihren Grund in einer m a n g e l h a f t e n Oberflächengüte h a t t e n (DE VEIES U. a. 1968). Die Ausbildung der S t a n d a r d o b e r f l ä c h e mit üblichem, mikroskopischem Zubehör möglichst genau prü-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

592

PREUSS / Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen

fen zu können, dürfte deshalb unter anderem n a c h wiederholtem Schleifen und Polieren von besonderem Interesse sein. D e m P r o b l e m der Untersuchung polierter Glasoberlläehen wurde in der A ergangenheit von Seiten der O p t i k selbstverständlich größte B e a c h t u n g geschenkt. D a b e i fanden j e d o c h meist komplizierte Geräte und Apparaturen Anwendung, die entweder n i c h t ohne weiteres b e s c h a f f b a r oder herzustellen sind. Siehe hierzu die grundlegenden Arbeiten von DEVE 1 9 2 4 ; URBANEK 1 9 3 0 ; HABEHLAND, N E U B E R T & W E R N E R 1 9 3 6 ; M U N T E R

1 9 3 6 ; GELBKE 1 9 4 1 ; L o o s , KLEMM & SMEKAL 1 9 4 1 ; MOTZ 1 9 4 2 u . a .

.Deshalb b e s t a n d die Aufgabe der vorzunehmenden Untersuchungen u n t e r anderem darin, Geräte bzw. mikroskopische Zubehörteile zur Uberflächenprüfung der R e f l e x i o n s s t a n d a r d s anzuwenden, die n i c h t wesentlich außerhalb des R a h m e n s eines guteingerichteten, kohlenpetrologiselien L a b o r a t o r i u m s liegen. Auf diese W e i s e sind die mitzuteilenden Verfahren jederzeit wicderholbar und dienen somit u n m i t t e l b a r e n , praktischen Erfordernissen. Aus kohlenpetrologischcr S i c h t k ö n n e n die an den E i c h s u b s t a n z e n für Reflexionsmessungen v o r k o m m e n den Oberflächenl'ehler in drei Gruppen unterteilt werden. E s sind d a s : a) Ebenheitsfehler, b) S c h l e i f - u n d Polierfehler, e) Entgelungserscheinungen. U n t e r E b e n h e i t s - o d e r P l a n i t ä t s f e h l e m werden k o n k a v e bzw. k o n v e x e oder wellenartige Ausbildungen der Oberfläche v e r s t a n d e n . S c h l e i f - u n d P o l i e r f e h l e r sind i n s g e s a m t verschiedenartige Oberfläclicnvertiefungen, die z. B . auf m a n g e l h a f t e s Feinschleifen m i t anschließender P o l i t u r zurückgehen (zahlreiche körnige Vertiefungen, Schleifspuren), auf Verunreinigungen im P o l i e r m i t t e l oder auf U n s a u b e r k e i l e n beim Polieren beruhen (Polierkratzer). E n t g e l u , n g s e r s e l i e i u u n g e n sind — soweit bek a n n t — auf S t a n d a r d s aus hochbreclicnden Scliwerflintgläsern b e s c h r ä n k t , deren Säurefestigkeit äußerst geringe W e r t e besitzt. Infolge „ B e r ü h r u n g m i t F e u c h t i g k e i t , n a m e n t l i c h durch E i n w i r k u n g selbst schwacher S ä u r e n (z. 13. Schweiß), e n t s t e h e n auf säureempfindlichen Gläsern irisierende, metallisch glänzende F l e c k e n . Diese F l e c k f a r b e n (Interferenzfarben dünner B l ä t t c h e n ) werden v o n dünnen, kieselsäurereichen Gelschichten erzeugt, die n a c h E n t f e r n u n g der säurelöslichen B e standteile auf der Glasoberfläche v e r b l e i b e n . " 1 ) Derartige Oberflächenmängel sind erfahrungsgemäß nur ') Liste f

i des V E B Jenaer Glaswerk, Schott & (Jen., Jena, S. 5.

Abb. 2. Enlgclungserscheinungen auf Eichprisma aus hochbrechendem Schwerflintglas; Ortholux-Mikroskop, AuflichtDunkelfeld, VP ca. 150 X durch erneutes Schlcifcn und Polieren zu beseitigen; sowohl vier der sechs B ß R R Y - S t a n d a r d s (s. u.) als auch P r i s m e n aus Schwerflintglas des V E B J e n a e r Glaswerk S c h o t t & Gen., J e n a , (s. u.) zeigten diese E r scheinungen (Abb. 2), die n a t u r g e m ä ß auf unterschiedliche U r s a c h e n zurückgehen können. DE VRIES U. a. (1968, S. 16) erwähnen z. B . ein E i c h glas ( F a . B a u s c h & L o i n b , U S A , T y p 9 1 5 2 1 3 ) m i t einem graphisch e r m i t t e l t e n B r e c h u n g s i n d e x (bezogen auf 530 nra) von 1,930, das durch a t m o s p h ä r i s c h e Einflüsse Oberflächenschäden erlitten h a b e . Obwohl S t a n d a r d s der Glassorte S F S 1 des V E B J e n a e r Glaswerk S c h o t t & Gen., J e n a , ähnliche Brechungsindizcs aufweisen (n e 1 , 9 3 3 2 ) und als äußerst oberfläehcnempfindlich gelten (Hydrolyseklasse 1, Säurefestigkeitsklasse 5), k o n n t e n daran in üblicher L a b o r a t m o s p h ä r e bisher noch keine Oberflächenschädigungcn festgestellt werden. B e i der Anfertigung von Reflexionsstandards aus Gläsern sollte ferner deren „ W e t t e r f e s t i g k e i t " berücksichtigt werden, worunter prinzipiell die m e h r oder weniger große W i d e r s t a n d s f ä h i g k e i t gegen W a s s e r zu verstellen ist. Diese E i g e n s c h a f t einiger Gläser k a n n sich beim wiederholten S ä u b e r n der Glasstandards, auch z. B . m i t o b e r f l ä c h e n e n t s p a n n t e m , destilliertem Wasser, nachteilig auswirken. I m R a h m e n von U n t e r s u c h u n g e n zur Verbesserung der R e f l e x i o n s m e t h o d i k erwiesen sich folgende Verfahren zur P r ü f u n g der O b e r f l ä c h e n b e s c h a f f e n h e i t als zweckmäßig: I. M a k r o s k o p i s c h e

reflektierter

Anteil

einfallendes

Licht

Verfahren

1. B e t r a c h t u n g m i t u n b e w a f f n e t e m Auge, 2.

Lupenbetrachtung,

3. P r ü f u n g m i t P l a n g l a s p l a t t e n . II. M i k r o s k o p i s c h e

Verfahren

1. Auflicht-Dunkelfeld, 2.

Auflicht-Phasenkontrast,

3. A u f l i c h t - I n t e r f e r e n z . Abb. 1. „Strahlengang in der Eichsubs tanz für die photoelektrische Reflexionsmessung (prismatisch geschnittener, synthetischer, farbloser Saphir mit Anschliflilächc senkrecht zur optischen Achse)" (aus KÖTTER 19G0)

N a c h den bisher vorliegenden E r f a h r u n g e n gelingt es lediglich bei Anwendung des A u f l i c h t - I n t e r f e r e n z Verfahrens, sämtliche drei Gruppen von Oberflächenfehlern q u a n t i t a t i v zu erfassen. V o m Prinzip ihrer

Zeitschrift f ü r angewandte Geologie, B d . 15 ( 1 9 6 9 ) , H e f t I I

Preuss / Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen

593

Durchführung her eignen sich die anderen Methoden lediglich zur Indikation einer oder einiger Fehlergruppen. Zu I. 1.: B e t r a c h t u n g der S t a n d a r d o b e r f l ä c h e mit unbewaffnetem Auge Erfahrene Glasschleifer prüfen auch heute noch ebene Glasflächen zunächst durch Betrachtung mit bloßem Auge. Dabei wird so vorgegangen, daß man gerade Kanten, wie etwa ein Fensterkreuz oder ähnliches, von der Oberfläche reflektieren läßt. Auf diese Weise sind bereits geringfügige Vertiefungen in der Oberfläche, d. h. Überreste fehlerhaften Schleifens, sowie eventuelle Entgelungserscheinungen deutlich zu bemerken. Wird der Prüfling während der Untersuchung etwas gedreht, gelingt es mühelos, evtl. vorhandene, größere Polierkratzer festzustellen. Ferner kann mit diesem Verfahren ermittelt werden, ob die Standardoberfläche relativ stark konvex oder konkav ausgebildet und damit für Reflexionszwecke unbrauchbar ist. Befindet sich der Prüfling vor dunklem Hintergrund und wird seine Oberfläche mit einer leuchtstarken Lichtquelle schräg beleuchtet, sind infolge der Lichtbrechung an den Rändern der Schleif- und Polierkratzer diese Oberflächenfehler besonders eindrucksvoll festzustellen; sie erscheinen dann hell ( B b a n d t 1937).' Zu I. 2.: L u p e n b e t r a c h t u n g Bei Untersuchung der Standardoberfläche mit einer ca. lOfach vergrößernden Lupe guter Qualität sind gegebenenfalls feinere Oberflächenfehler bemerkbar. Auch dieses Verfahren wird heute noch von geübten Glasschleifern ständig mit Erfolg angewendet. Die unter I. 1. genannten Oberflächenfehler sind dabei besonders deutlich zu sehen. Außerdem können kleinere Polierkratzer ermittelt werden, die sich beim Arbeiten mit Immersionsobjektiven als nachteilig herausstellen. Infolge des kleineren Gesichtsfelds gelingt es kaum, die gesamte Standardoberfläche auf ihre Planität zu prüfen ( G e l b k e 1941).

Zu I. 3.: G l a s p l a n p l a t t e n Das empfindlichste makroskopische Prüfverfahren zur Feststellung der Ebenheit von Reflexionsstandards besteht im Auflegen von Glasplanplatten. Hierunter sind zylindrische Glaskörper von unterschiedlichen Abmessungen zu verstehen (Glasplanplatten des V E B Carl Zeiss J e n a : Durchmesser 40 und 60 mm, Dicke 11 und 15 mm), deren Unebenheit höchstens 0,1 bis 0,2 ¡um

1 3

*m Abb. 3. Anwendungsbeispiele für Glasplanplatten. Die waagerechten Pfeile geben die Richtungen an, in die die Interferenzstreifen bei senkrecht ausgeübtem Druck (Pfeile) auswandern. P — Glasplanplatte, S — Standard. Weitere Erläuterungen siehe Text (nach Druckschrift 24 — 115 d —1 des V E B Carl Zeiss Jena)

Abb. 4. Oberflächenfehler eines Reflexionsstandards; Ortholux-Mikroskop, Auflicht-Dunkelfeld, VP ca. 300 X

beträgt. Wird die Prüfplatte unter leichtem Druck auf die mit Äther, Leichtbenzin oder Spiritus gesäuberte Standardmeßfläche aufgeschoben und um einen kleinen Betrag gekippt, zeigen sich Interferenzstreifen, sofern die Oberflächenunebenheit nur innerhalb weniger tausendstel Millimeter liegt. Zur Beurteilung der Planität des Prüflings ist es vorteilhaft, nacheinander Interferenzstreifen zu erzeugen, die rechtwinklig zueinander verlaufen. Flächen höchster Güte und Planität haften beim gegenseitigen Verschieben fest, sie sind „aufgesprengt" und zeigen keine Interferenzstreifen mehr. Ein solcher Zustand ohne Interferenzstreifen wird als sogenannte „Weiß-" oder „Nullpasse" bezeichnet. Das Auswerten der Interferenzerscheinungen geschieht in der Weise (Abb. 3), daß einem Streifenabstand „s" — das ist der Mittenabstand zweier benachbarter, gleichfarbiger Interferenzstreifen — ein Höhenunterschied der Niveauebenen an der Prüflingsfläche von A/2 entspricht. Unter Tageslichtbedingungen kann dieser Wert, entsprechend dem mittleren Gebiet des sichtbaren Spektrums, etwa mit 0,3 fim angenommen werden. Hinsichtlich weiterer Beziehungen und Auswertungen wird auf die einschlägige Fachliteratur sowie auf Prospekt 24—115 d—1 des V E B Carl Zeiss Jena verwiesen. Mit diesem Prüfverfahren kann exakt festgestellt werden, ob die Meßfläche eines Standards eben, um welche Beträge sie konkav bzw. konvex ausgebildet ist oder ob z. B. eine Seite oder Ecke des Standards um geringste Beträge unter dem Niveau der übrigen Oberfläche liegt. Als vorteilhaft erwies sich die Betrachtung dieses Phänomens sowohl bei angenähert monochromatischem Licht (Leuchtstoffröhre) als auch bei streng monochromatischer Beleuchtung (etwa mit einer Halogenleuchte, gelbem Licht, ca. 580 nm). Besondere Vorteile bei der Auswertung bietet die Verwendung eines Stereomikroskops. Polierschrammen sind allerdings mit diesem sonst sehr empfindlichen, makroskopischen Verfahren nur dann quantitativ feststellbar, wenn sie beträchtlichere Ausmaße annehmen, so daß die Interferenzstreifen dadurch ausgelenkt werden. Zu II. 1.: A u f l i c h t - D u n k e l f e l d Untersuchungen im Auflicht-Dunkelfeld zeigen bereits mit relativ schwach vergrößernden Objektiven (etwa dem UO 11 der Fa. Leitz, Wetzlar) sämtliche eventuel-

Zeitschrift für angewandt« Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 594

PRETJSS / Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen

len Schleif- und Polierkratzer in den Standardoberflächen. Vom Prinzip des Verfahrens her eignet es sich allerdings nicht zur Prüfung der Ebenheit. Sämtliche Oberflächenbeschädigungen, Polierschrammen oder Ränder von Ausbrüchen in der Oberfläche, entstanden etwa bei unvorsichtigen Berührungen der Fassung der Objektivfrontlinse mit der Standardoberfläche, sowie Entgelungserscheinungen treten im sonst dunklen Gesichtsfeld hell hervor (Abb. 4) und können hinsichtlich Länge und Breite quantitativ ausgewertet werden. Zu II. 2.: A u f l i c h t - P h a s e n k o n t r a s t Dieses Untersuchungsverfahren gestattet die Erkennung selbst kleinster Polierkratzer und geringster Oberflächenvertiefungen, die bei Betrachtung mit Ölimmersionsobjektiven kaum wahrzunehmen sind (Abb. 5). Länge und Breite von Schleif- und Polierkratzern können ebenso gemessen werden wie gelegentliche Entgelungserscheinungen an Schwerflintgläsern. Diese Untersuchungsmethode erlaubt keine Prüfungen hinsichtlich der Planität der Standardoberflächen. Zu II. 3.: A u f l i c h t - I n t e r f e r e n z Geringste Planitätsabweichungen der Standardoberflächen sowie Länge, Breite und Tiefe von Polierkratzern und Ausbrüchen können sehr vorteilhaft mit Hilfe von mikroskopischen Interferenzuntersuchungen vorgenommen werden (APPELT 1959; HÄUSER 1960), z. B. mit dem Interferenzansatz für Auflichtmikroskope des V E B Carl Zeiss Jena. Das Verfahren ist prinzipiell das gleiche, wie vorstehend bei den Glasplanplatten angeführt, jedoch bedeutend empfindlicher (Abb. 6). Genaueste Bestimmungen der Oberflächenbeschaffenheit von Reflexionsstandards wären mit Hilfe eines Interferenzkomparators möglich (Abweichungen der Planität bis 0,03 /im meßbar). Ein solches Gerät stand für die vorgenommenen Untersuchungen nicht zur Verfügung, es wird lediglich aus Gründen einer gewissen Vollständigkeit angeführt. Die bisher gewonnenen Erfahrungen über die Eignung der verschiedenen Prüfverfahren und ihre besonderen Aussagemöglichkeiten sind in der Tab. zusammengestellt. Tabelle Aussagen qualitativ Auge Lupe Planplatte Dunkelfeld Phasenkontrast Interferenzansatz

geeignet zur Feststellung von

quantitativ

Planität (x)

X X X X

X

X

X X

X

Kratzern (X)

A b b . 5. Oberflächenfehler eines R e f l e x i o n s s t a n d a r d s ; Ortholux-Mikroskop, Auflicht-Phasenkontrast, VP ca. 250 X

ville/Penns.), zur Verfügung gestellt von den Herren Dr. B E R R Y und Dr. HARRISON für Vergleichszwecke innerhalb der International Commission for Coal Petrology, ICCP, eingebettet in geschwärztes Kunstharz; 3. Eichprismen aus den Glassorten SF 4, S F 6, S F 11, S F S 1 (hergestellt und geschliffen im V E B Jenaer Glaswerk Schott & Gen., Jena), nicht eingebettet. Die Oberflächenqualität des Leukosaphirs genügte hohen Ansprüchen am wenigsten. Seine Oberfläche zeigte zahlreiche flächenhafte Vertiefungen und Polier,,Wischer" (Abb. 4, 5, 6), etwa halbkreisförmig gebogene, büschelartig divergierende Gebilde. Im Bereich der Kanten läßt die Planität zu wünschen übrig. Unter Berücksichtigung aller Umstände können diese offensichtlichen Mängel nur aus Handherstellung resultieren. Weiterhin befindet sich jetzt, nach etwa einjährigem Gebrauch, der größte Teil der Meßfläche unter dem Niveau des Einbettungsmittels, so daß eine Prüfung mit Glasplanplatten nicht möglich war. Die Oberflächenuntersuchung geschah deshalb mit dem erwähnten mikroskopischen Interferenzansatz. Fast sämtliche sechs Standards der ICCP wiesen bei Untersuchungen mit dem Interferenzansatz gute Oberflächenbeschaffenheiten auf. Bei Prüfung mit Glasplanplatten mußte jedoch festgestellt werden, daß die Einbettungsmasse gegenüber den Standardoberflächen in einem geringfügig niedrigeren Niveau lag (Abb. 7).

Entgelungen (X)

X

X

(X)

(X)

X

X

X

X

X

X

Ergebnisse

Mit den erwähnten Prüfverfahren wurden bisher untersucht: 1. Leukosaphir (Hersteller unbekannt, geschliffen in Idar-Oberstein), eingebettet in geschwärztes Kunstharz ; 2. sechs Standards (Gläser der Fa. Bausch & Lomb, USA; geschliffen im Bituminous Coal Research, Monroe-

A b b . 6. Oberflächenfehler eines R e f l e x i o n s s t a n d a r d s ; Mikroskop mit Interferenzansatz, V P ca. 60 X

Nf-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 PREUSS / Zur Problematik von objektiven Reflexionsmessungen Dieser U m s t a n d k a n n sehr wahrscheinlich auf den Poliervorgang zurückzuführen sein. Unter Berücksichtigung dieser Untersuchungsergebnisse ließ sich Verf. Eichprismen aus Gläsern mit unterschiedlichen Brechungsindizes herstellen (s. o.). Die A n k a t h e t e b e t r ä g t hierbei 15 m m , die Gegenkathete 2 5 m m , B r e i t e : 1 5 m m . Bei der Anfertigung wurde weniger Wert auf sekundengenaue E i n h a l t u n g der Winkeltreue (90°, 60°, 30°) als vielmehr auf beste Beschaffenheit der Meßfläche gelegt. Diese S t a n d a r d s wurden nicht eingebettet, u m jederzeit Oberflächenp r ü f u n g e n zugänglich zu sein. I m E n t w u r f , , B e f l e x i o n s m e s s u n g e n " für die 3. Ausgabe des Internationalen L e x i k o n s für Kohlenpetrologie wird empfohlen, die R e f l e x i o n s s t a n d a r d s mit schwarzer E i n b e t t u n g s m a s s e zu umgeben, u m v o n ihr Streulicht absorbieren zu lassen. D a b e i besteht jedoch die Gefahr, daß z. B . an der Unterseite des P r i m a s bzw. der Prismen keine vollständig luftfreie Verbindung zwischen der E i n b e t t u n g s m a s s e und der E i c h s u b s t a n z be-

Abb. 7. Fehlerfreie Partie eines Reflexionsstandards mit Einbettungsmasse; Nf-Mikroskop mit Interferenzansatz, Vp ca. 60 X steht. Außerdem ist die Möglichkeit der Veränderung der E i n b e t t u n g s m a s s e zu berücksichtigen. In allen diesen Fällen sind jedoch die an einen Reflexionss t a n d a r d zu stellenden optischen Forderungen nicht mehr voll erfüllt. Weiterhin können an den senkrechten Flächen der S t a n d a r d s (Trennfläche Glas/Einbettungsmittel) Flüssigkeiten eindringen, die geringere Viskosit ä t e n besitzen als Immersionsöl (z. B . Benzol, Leichtbenzin, oberflächenentspanntes, destilliertes Wasser usw.). N a c h T r o c k n u n g der S t a n d a r d o b e r f l ä c h e dringen diese Flüssigkeiten infolge ihres K a p i l l a r d r u c k s nach oben und breiten sich längs der R ä n d e r des S t a n d a r d s oder auf dessen Oberfläche a u s . Diese und weitere Unannehmlichkeiten werden vermieden, wenn die S t a n d a r d s nicht mit schwarzen Einb e t t u n g s m a s s e n umgeben, sondern seitlich und an der Unterfläche mit m a t t s c h w a r z e m Optiklack (Spirituslack o. ä.) überzogen werden. I m Staatlichen S t a n d a r d der U d S S R , G O S T 1 2 1 1 3 - 6 6 , G r u p p e A 19, heißt es d a z u : ,,. . . als Vergleichsprobe verwendet m a n einen Anschliff aus Bergkristall (für Reflexionsmessungen in L u f t ) bzw. aus optischem Glas (für Reflexionsmessungen

595 -p——-— i L—i—= Q Z

Abb. 8. Prismenkombination zur Erzielung einer zum Kreuztisch parallel ausgerichteten Standardmeßfläche K — Kreuztisch, O — Objektträger, ? ! — Schwarzglasprisma, P 8 — Meßprisma

unter Ol, d. Verf.), dessen Grundlage und Seiten mit undurchsichtigem, schwarzem L a c k überzogen werden, u m den Einfluß des direkten Lichtes zu verhindern". In diesem Zustand k a n n der S t a n d a r d z. B . mit Plasteline auf einem Objektträger befestigt werden. Hierzu ist jedoch zu bemerken, daß die v e r f ü g b a r gewesene Plasteline sogenannte Kriechzeiten bis zu etwa 60 Min. aufwies. Zur Vermeidung dieser Kriechzeiten, die stets geringfügige L a g e ä n d e r u n g e n der Standardoberfläche mit sich bringen, k a n n die E i c h s u b s t a n z mit K a n a d a b a l s a m auf einem Objektträger befestigt werden. Berücksichtigt m a n ferner die herstellungsmäßig bedingten Ungenauigkeiten, die selbst Andruckpressen mit Doppelführung aufweisen, weiterhin, daß keine Objektivfrontlinse u n d kein Kreuztisch e x a k t waagerechte Flächen darstellen, wird m a n nicht erwarten dürfen, daß zwischen der Objektivfrontlinse und dem Reflex i o n s s t a n d a r d optisch genaue Planparallelität besteht. Wird dennoch auf optische Parallelität der Objektivfrontlinse zur S t a n d a r d o b e r f l ä c h e Wert gelegt, könnte z. B . folgende Anordnung vorteilhaft angewendet werd e n : Auf einen geschliffenen und polierten Objektträger wird ein Schwarzglasprisma (Glassorte U G 8, V E B J e n a e r Glaswerk Schott & Gen., J e n a ) mit der „ M e ß f l ä c h e " aufgesprengt. Auf dessen H y p o t h e n u s e wird ein zweites Prisma, der eigentliche R e f l e x i o n s s t a n d a r d , aufgesprengt (Abb. 8). In diesem F a l l besteht Gewähr d a f ü r , daß die Standardmeßfläche zum Kreuztisch optisch parallel liegt. Nunmehr müßten die Seitenflächen noch mit m a t t s c h w a r z e m L a c k überzogen werden (s. o.). Ob allerdings nach diesen Vorbereitungen die angestrebte, Parallelität zwischen Objektivfrontlinse und S t a n d a r d oberfläche besteht, h ä n g t von den vorerwähnten F a k toren a b und ist v o n Fall zu Fall festzustellen. Dem Deutschen Amt für Meßwesen und Warenprüfung der D D E , Abteilung Optik, Berlin, wird ebenso für entgegenkommende Unterstützung gedankt wie der Abteilung wissenschaftlich-technischer Kundendienst des V E B Carl Zeiss Jena.

Zusammenfassung Objektive Reflexionsmessungen für kohlenpetrologische Belange bzw. für die Prospektion auf flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe stellen besonders an die Oberflächen der verwendeten Eichnormale (Prismen aus Gläsern, Leukosaphiren) höchste Anforderungen. Deshalb wurden mehrere makroskopische und mikroskopische Verfahren zur Oberflächenprüfung untersucht und kritisch bewertet. Nach bisherigen Empfehlungen sollten Reflexionsstandards für die obenangeführten Belange in geschwärztes Kunstharz eingebettet werden. Bei genaueren Oberflächenuntersuchungen dieser Standards ergaben sich hieraus jedoch mehrere Nachteile. Diese sind vermeidbar, wenn die Reflexionsstandards nicht eingebettet, sondern mit mattschwarzem Lack überzogen und anstatt mit Plasteline mit Kanadabalsam auf Objektträgern befestigt werden. E s wird erörtert, wie prismatisch geformte Reflexionsstandards exakt parallel zum Kreuztisch auszurichten sind. Pe3ioMe OSieKTHBHtie MMepeHHH oTpawaTenbHoft CHOCOSHOCTH

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FREYTAG, H . : Messung des Glanzes von Glasoberflächen. — Glastechn. Ber., 20, 142-146 (1942).

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CMOJiy. O f l H a K O , n p i i 6 o j i e e T o l i H b i x n c c j i e i i ; o B a H H H x n o B e p x IIOCTH

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' i e p i i H M jiaKOM H y K p e n j i H i o T C H Ha n p e R M e T H t i x c ï e K J i a x n e ]ijiacTHHHHOM, a KaiiascKHM 6ajiB3aM0M. OScyattfaeTCH, K a n o T p a H î a T e j i b i i b i e C T a H ^ a p T B i n p u s M a T H ^ e c K o f t (JiopMti

yera-

HOBiiTb T O ' I H O n a p a n j i e j i b H O K K p e c T O B O O Ö p a s H O M y c T o n i i K y .

Summary The

by

exacting

surfaces

leucosapphires) for

and

several

demands

of

in

and

satisfied in

in

the

microscopic

measurements

methods

above-mentioned

blackencd

synthetic

were

found

more

accurately.

when

purposes

resin.

for

testing They

the

can

be

several

surfaces

be avoided

testing

critically.

should

However,

for

Therefore

So f a r it has been r e c o m m e n d e d t h a t reflection for the

prisms,

prospection

respectively.

surfaces were investigated and evaluated

parti-

(glass

reflection

and

hydrocarbons

macroscopic

be

standards

objective

purposes,

gaseous

must

calibrating

used

coal-petrological

liquid

of

standards

embedded

in

disadvantages

these

standards

provided

reflection

standards are not e m b e d d e d , but are coated w i t h dead black v a r n i s h a n d a r e f i x e d o n o b j e c t h o l d e r s b y m e a n s of

Canada

b a l m i n s t e a d o f p l a s t i l i n e . T h e q u e s t i o n is d i s c u s s e d o f h o w t o prismatically

adjust

GELBKE, E. : Die Untersuchung großer polierter Glasoberflächen. — ZeissXachr., 4, 8 9 - 9 1 , Jena 1941. HABERLAND, U., F . NEUBERT & 11. WERNER: Vergleichende Prüfung von Metalloxyden auf ihre Polierwirkung. — Glastechn. Ber., 14, 60 —CG (1936). HANKE, F . : Prüfung metallischer Werkstoffe, K a p . Oberflächenprüfungen. - Bd. 2, 2. Aull. V E B dt. Verl. f. Griuidstoffind., S. 2 4 f f „ Leipzig 1960. HAUSER, F . : Das Arbeiten mit auffallendem Licht in der Mikroskopie. — Akad. Verl.-Ges., Leipzig, 2. Aufl., Leipzig 1960. HUNTER, 11. S.: Glass investigations using reflected images of a targed pattern. - Journ. opt. soc. Am., 26, S. 190ff. (1936). JENTZSCH, F . : Der Grenzwinkel der regulären Reflexion (Ein Maß für den optischen Zustand einer Oberfläche). — Z. Techn. Phys., 7, 310 — 312 (1926). KLEHII, AV.: Zum Poliervorgang an spröden Körpern. — Glastechn. Ber. 1942, 20, 3 4 6 - 3 4 7 (1942).

most

cular

BRANDT, H . M. : Die Veränderung der Oberfläche eines Glases durch Schleifen und Folioren. — Mitt. Opt. Inst. Techn. Hochsch. Berlin, 1 - 1 1 5 , Berlin 1937. DÉVÉ, C.: Etude cinématique du travail des surfaces optiques. — R e v . d'Opt., 3, 108-126, 157—174, 2 5 7 - 2 6 9 , 3 3 4 - 3 4 1 (1924).

RJIH B i > i m e y K a 3 a H H M x Hepneimyio

B

Festgesteinen

nos-

oiienne.

peKOMeHfliaqHHM

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I l 0 3 T 0 M y HECKOJIBKO M a K p o c K o n n q e c K H x

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CTeKOJI,

& PUTSCER / Gesteinstechnische K e n n w e r t e v o n

to the mechanical

shaped

reflection

standards

parallel

stage.

Literatur ALPERN, B . : Über einige geologische Anwendungen des lteflexionsvermögens der Kohlen. - Freiberger Forsch.-!!., C 235 (1969). APPELT, H . : Einführung in die mikroskopischen Untersuchungsmethoden. — Akad. Verl.-Gcs., Leipzig, 4. Aufl., Leipzig 1959.

KÖTTER, K . : Die mikroskopische Reflexionsmessung mit dem Photomultiplier und ihre Anwendung auf die Kohlenuntersuchung. — BrennstoffChemie, 41, 9, 2 6 3 - 2 7 2 (1960). L o o s , W . , \Y. KLEJFM & A . SSIEKAL: Anwendung der Phasenkontrastmikroskopie auf Modellversuche zum Poliervorgang an Gläsern. — Natunviss., 29, 7 6 9 - 7 7 0 (1941). MOTZ, L . : On the nature of a polished surface. — Journ. opt. soc. Am., t. 32, 1942, P . 147 (1942). Soós, L . : Eine objektive Methode zur Bestimmung der Reflexion der Mikroopakmineralien und Gesteinsgemengteile. — Acta Geol., T o m V I I I , 3 - 1 8 , Budapest 1964. TEICHMÜLLER, M., & R . : Inkohlungsuntersuchungen i m Dienst der angewandten Geologie. - Froiberger Forsch.-H., C 210, 1 5 5 - 1 9 5 (1966) (Vortrag, gehalten zum Berg- und Hüttenmännischen Tag, 1905). TOLANSKY, S. : Topography of a quartz crystal face. — Nature, 153, 195 bis 196 (1944). URBANEK, J. : Sur la diffusion de la lumière par les surfaces polies. — C. R . 190, 8 6 2 - 8 6 4 (1930). VRIES, H . A . W . DE, P . J . HABETS & 0. BROKHOVEN: Das Reflexionsvermögen von Steinkohle. - Teil I : Brennst.-Chem., 49, 1 5 - 2 1 (1968). Glasprüfmaße — Prosp. V E B Carl Zeiss Jena, Druckschr. Nr. 24 — 115(1—1. Internationales Lexikon für Kohlepetrologie. — 2. Ausg., Verl. Centre National de la recherche scientifique, Paris 1963 (dt., franz., engl.); russ.: Moskau. Jenaer optisches Glas, Prosp. V E B Jenaer Glaswerk Schott & Gen., Jena, A b t . Optik, Liste 8686, mit Ergänzung (1955). Reflexionsmessungen. — Entwurf des Lexikonblattes für die 3. Ausgabe des Internationalen Lexikons für Kohlenpetrologie. Reflexionsmessungen an Kohlen. — Staatlicher Standard der UdSSR, ( G O S T ) Nr. 1 2 1 1 3 - 6 6 , Gruppe A 19, bestätigt am 29. 6. 1966.

Uber die Beziehungen zwischen petrographischen Parametern und gesteinstechnischen Kennwerten von Festgesteinen Dargestellt am Beispiel eines Syenitporphyrs M A N F R E D L A N G E & SIEGFRIED PUTSCHER,

Berlin

1. Vorbemerkungen

Bei

den

Untersuchungen,

schungsarbeit Bei

gesteinstechnischen

Auswertung sprechender

bzw.

Untersuchungen

Interpretation

Untersuchungen

der

ist h ä u f i g z u

daß die petrographischen P a r a m e t e r wie (qualitativ

und

quantitativ),

nicht

genügend

es

Fehleinschätzungen

zu

tung

von

berücksichtigt

Gesteinen

bei

bzw.

der

und

den

wichtigsten

gesteinstechnischen

anhand

eines

und

daraus

kommen.

werden.

zwi-

und

Gestein

Rahmen

einer

oder

Überlegungen „Porphyr"

Bewertungen

ergibt

Parametern

ein

„Granit"

technische

Das

beschrieben für

wie

folgenden

sich

die B e z i e h u n g e n

petrographischen

Verf. von

kann Bewer-

die i m

Aufstellung

einer

keine sich

genauen

schon

aus :

für

völlig

ein

jedes

in sich petrographisch unterschiedlich den usw.

hoher —

Feldspatgehalt,

ausgebildet

haltungszustand immer

bzw.

z. B.

und

daß

nun

die

auf

die

ableiten.

Korngrößen auch

sein

Verwitterungsgrad

sowie

der

flussen, scheint

es n a c h

Klärung

der

Ernicht

wirken aus.

Verwitterungs-

grad der Gesteine deren Festigkeitseigenschaften Eingang des Manuskripts in der Redaktion : 17. 7. 1969.

auch

verschie-

Festigkeitseigenschaften

Petrographie

für

lassen

Gestein

verschiedene

kann

sein

—

sind es

gleich sind. G e r a d e aber diese P a r a m e t e r

sich entscheidend Da

sein

Gestein

unzureichend;

daß

gingen

Bezeichnungen

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daraus,

For-

ingenieurgeologi-

schen Gebirgsklassifikation durchgeführt wurden,

Textur

Dadurch

Gesteinskomplexen

Kennwerten

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beobachten,

technischen

Untersuchungsbeispiels

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Beziehungen

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FREYTAG, H . : Messung des Glanzes von Glasoberflächen. — Glastechn. Ber., 20, 142-146 (1942).

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yera-

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prisms,

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Canada

b a l m i n s t e a d o f p l a s t i l i n e . T h e q u e s t i o n is d i s c u s s e d o f h o w t o prismatically

adjust

GELBKE, E. : Die Untersuchung großer polierter Glasoberflächen. — ZeissXachr., 4, 8 9 - 9 1 , Jena 1941. HABERLAND, U., F . NEUBERT & 11. WERNER: Vergleichende Prüfung von Metalloxyden auf ihre Polierwirkung. — Glastechn. Ber., 14, 60 —CG (1936). HANKE, F . : Prüfung metallischer Werkstoffe, K a p . Oberflächenprüfungen. - Bd. 2, 2. Aull. V E B dt. Verl. f. Griuidstoffind., S. 2 4 f f „ Leipzig 1960. HAUSER, F . : Das Arbeiten mit auffallendem Licht in der Mikroskopie. — Akad. Verl.-Ges., Leipzig, 2. Aufl., Leipzig 1960. HUNTER, 11. S.: Glass investigations using reflected images of a targed pattern. - Journ. opt. soc. Am., 26, S. 190ff. (1936). JENTZSCH, F . : Der Grenzwinkel der regulären Reflexion (Ein Maß für den optischen Zustand einer Oberfläche). — Z. Techn. Phys., 7, 310 — 312 (1926). KLEHII, AV.: Zum Poliervorgang an spröden Körpern. — Glastechn. Ber. 1942, 20, 3 4 6 - 3 4 7 (1942).

most

cular

BRANDT, H . M. : Die Veränderung der Oberfläche eines Glases durch Schleifen und Folioren. — Mitt. Opt. Inst. Techn. Hochsch. Berlin, 1 - 1 1 5 , Berlin 1937. DÉVÉ, C.: Etude cinématique du travail des surfaces optiques. — R e v . d'Opt., 3, 108-126, 157—174, 2 5 7 - 2 6 9 , 3 3 4 - 3 4 1 (1924).

RJIH B i > i m e y K a 3 a H H M x Hepneimyio

B

Festgesteinen

nos-

oiienne.

peKOMeHfliaqHHM

cnocoÔHOCTH

ÖHJioßbiaaKpennHTt

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BeprnHCb nccjienoBaHHio H KpuTHiecKOfi

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JieÖKO-

I l 0 3 T 0 M y HECKOJIBKO M a K p o c K o n n q e c K H x

itpocKonKHGCKHx Ilo

CTeKOJI,

& PUTSCER / Gesteinstechnische K e n n w e r t e v o n

to the mechanical

shaped

reflection

standards

parallel

stage.

Literatur ALPERN, B . : Über einige geologische Anwendungen des lteflexionsvermögens der Kohlen. - Freiberger Forsch.-!!., C 235 (1969). APPELT, H . : Einführung in die mikroskopischen Untersuchungsmethoden. — Akad. Verl.-Gcs., Leipzig, 4. Aufl., Leipzig 1959.

KÖTTER, K . : Die mikroskopische Reflexionsmessung mit dem Photomultiplier und ihre Anwendung auf die Kohlenuntersuchung. — BrennstoffChemie, 41, 9, 2 6 3 - 2 7 2 (1960). L o o s , W . , \Y. KLEJFM & A . SSIEKAL: Anwendung der Phasenkontrastmikroskopie auf Modellversuche zum Poliervorgang an Gläsern. — Natunviss., 29, 7 6 9 - 7 7 0 (1941). MOTZ, L . : On the nature of a polished surface. — Journ. opt. soc. Am., t. 32, 1942, P . 147 (1942). Soós, L . : Eine objektive Methode zur Bestimmung der Reflexion der Mikroopakmineralien und Gesteinsgemengteile. — Acta Geol., T o m V I I I , 3 - 1 8 , Budapest 1964. TEICHMÜLLER, M., & R . : Inkohlungsuntersuchungen i m Dienst der angewandten Geologie. - Froiberger Forsch.-H., C 210, 1 5 5 - 1 9 5 (1966) (Vortrag, gehalten zum Berg- und Hüttenmännischen Tag, 1905). TOLANSKY, S. : Topography of a quartz crystal face. — Nature, 153, 195 bis 196 (1944). URBANEK, J. : Sur la diffusion de la lumière par les surfaces polies. — C. R . 190, 8 6 2 - 8 6 4 (1930). VRIES, H . A . W . DE, P . J . HABETS & 0. BROKHOVEN: Das Reflexionsvermögen von Steinkohle. - Teil I : Brennst.-Chem., 49, 1 5 - 2 1 (1968). Glasprüfmaße — Prosp. V E B Carl Zeiss Jena, Druckschr. Nr. 24 — 115(1—1. Internationales Lexikon für Kohlepetrologie. — 2. Ausg., Verl. Centre National de la recherche scientifique, Paris 1963 (dt., franz., engl.); russ.: Moskau. Jenaer optisches Glas, Prosp. V E B Jenaer Glaswerk Schott & Gen., Jena, A b t . Optik, Liste 8686, mit Ergänzung (1955). Reflexionsmessungen. — Entwurf des Lexikonblattes für die 3. Ausgabe des Internationalen Lexikons für Kohlenpetrologie. Reflexionsmessungen an Kohlen. — Staatlicher Standard der UdSSR, ( G O S T ) Nr. 1 2 1 1 3 - 6 6 , Gruppe A 19, bestätigt am 29. 6. 1966.

Uber die Beziehungen zwischen petrographischen Parametern und gesteinstechnischen Kennwerten von Festgesteinen Dargestellt am Beispiel eines Syenitporphyrs M A N F R E D L A N G E & SIEGFRIED PUTSCHER,

Berlin

1. Vorbemerkungen

Bei

den

Untersuchungen,

schungsarbeit Bei

gesteinstechnischen

Auswertung sprechender

bzw.

Untersuchungen

Interpretation

Untersuchungen

der

ist h ä u f i g z u

daß die petrographischen P a r a m e t e r wie (qualitativ

und

quantitativ),

nicht

genügend

es

Fehleinschätzungen

zu

tung

von

berücksichtigt

Gesteinen

bei

bzw.

der

und

den

wichtigsten

gesteinstechnischen

anhand

eines

und

daraus

kommen.

werden.

zwi-

und

Gestein

Rahmen

einer

oder

Überlegungen „Porphyr"

Bewertungen

ergibt

Parametern

ein

„Granit"

technische

Das

beschrieben für

wie

folgenden

sich

die B e z i e h u n g e n

petrographischen

Verf. von

kann Bewer-

die i m

Aufstellung

einer

keine sich

genauen

schon

aus :

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völlig

ein

jedes

in sich petrographisch unterschiedlich den usw.

hoher —

Feldspatgehalt,

ausgebildet

haltungszustand immer

bzw.

z. B.

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ableiten.

Korngrößen auch

sein

Verwitterungsgrad

sowie

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flussen, scheint

es n a c h

Klärung

der

Ernicht

wirken aus.

Verwitterungs-

grad der Gesteine deren Festigkeitseigenschaften Eingang des Manuskripts in der Redaktion : 17. 7. 1969.

auch

verschie-

Festigkeitseigenschaften

Petrographie

für

lassen

Gestein

verschiedene

kann

sein

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gleich sind. G e r a d e aber diese P a r a m e t e r

sich entscheidend Da

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unzureichend;

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Bezeichnungen

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daraus,

For-

ingenieurgeologi-

schen Gebirgsklassifikation durchgeführt wurden,

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Dadurch

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der ent-

beobachten,

technischen

Untersuchungsbeispiels

mit Zahlen belegt

bei

Mineralbestand

Struktur werden.

Es sollen deshalb i m folgenden schen

und

Ergebnisse

zur

beein-

Beziehungen

zwi-

Zeitschrift f ü r angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), H e f t 11

LANGE & PUTSCHE« / Gesleinstechnisclio Kennwerte von Festgestellten sehen P é t r o g r a p h i e und Festigkeitseigenschaften

auch

möglich, anhand v o n makroskopischen und mikroskopischen Untersuchungen Aussagen über das zu erwart e n d e technische

Verhalten

der

Gesteine machen

zu

können.

597

f e s t i g k e i t ) bei

i =

10%

beinahe auf N u l l , und

( Z u g f e s t i g k e i t ) fällt auf N u l l bei

i =

ff-Zug

6%.

B e i den v o n den V e r f . untersuchten Gesteinen (Grämten,

Gneisen, T o n s c h i e f e r n , P o r p h y r e n ,

Granodiori-

t e n ) lagen die e r m i t t e l t e n „ ¿ " - W e r t e zwischen 0,1 und

V o r allem der l e t z t g e n a n n t e Gesichtspunkt w i r d f ü r

4,0 G e w . - % für frisches bis a n g e w i t t e r t e s Gestein.

Im

die Z u k u n f t v o n B e d e u t u n g sein, da verschiedene petro-

allgemeinen ist f ü r Festgesteine eine V e r r i n g e r u n g des

graphische

Index

Untersuchungen billiger und w e n i g e r

auf-

m i t zunehmender T i e f e zu erkennen.

w e n d i g als festigkeitsinechanische Untersuchungen sind und somit bei großen Versuchsreihen durchaus M i t t e l

Z u r Probenahme im Festgestein

eingespart w e r d e n können. Laborunlersiichungen 2. B e m e r k u n g e n

zu

einigen

die

Gestcinsfestigkeit

beeinflussenden P a r a m e t e r n

Festigkeits w e r t e durch

petrographi-

sche P a r a m e t e r w i e Mineralbestand, T e x t u r und Struktur in der L i t e r a t u r schon ausführlich berichtet w u r d e (z. B . FREUND 1955), soll an dieser Stelle darauf zichtet

und auf

die einschlägige

Literatur

ver-

verwiesen

w e r d e n . N o t w e n d i g erscheint es j e d o c h , auf den

Ver-

w i t t e r u n g s g r a d , dessen E r m i t t l u n g und B e d e u t u n g sowie auf P r o b l e m e bei der P r o b e n a h m e i m Festgestein einzugehen.

werden

im

( K e r n e n ) sowie an Monolithen d u r c h g e f ü h r t . U m j e d o c h müssen einige Gesichtspunkte, die sich aus den mineralogischen Verhältnissen der Gesteine sowie aus deren tektonisclier Stellung ergeben, bei der P r o b e n a h m e berücksichtigt w e r d e n . So sollten bei geschieferten geschichteten

Gesteinen

oder

die P r o b e n m ö g l i c h s t so ge-

n o m m e n w e r d e n , daß bei späteren Untersuchungen die durch die Mineraleinregelung h e r v o r g e r u f e n e A n i s o t r o pie des Gesteins berücksichtigt w e r d e n kann, d. h., daß Festigkeitsuntersuchungen

zumindest

und

|| zur

Schieferung b z w . Schichtung d u r c h g e f ü h r t w e r d e n können.

D e r Einfluß des Verwitterungsgrades (Index „ i " ) auf die (jesteinsfestigkeit

In e n g e m Z u s a m m e n h a n g zu den

petrographischen

P a r a m e t e r n und d a m i t auch zur Gesteinsfestigkeit steht der V e r w i t t e r u n g s g r a d den

Festgesteinen

eindeutige und interpretierbare Ergebnisse zu erhalten,

D a über die allgemeinen Grundlagen der Beeinflussung b e s t i m m t e r

an

allgemeinen an aus K e r n b o l i r m i g e n g e w o n n e n e n P r o b e n

Index

eines Gesteins. E r w i r d

(Wasseraufnahmefähigkeit

durch

eines

Ge-

steins unter a t m . D r u c k bis zur G e w i c h t s k o n s t a n z ) ausg e d r ü c k t und kann nach den B e z i e h u n g e n

. = P., ~J\ _

j 0 ( ) (i(.w_o,o

(Hameol

zu

beobachten,

sondern

eine

mitunter

auch in M a g m a t i t e n . Es e m p f i e h l t sich daher, auch bei diesen Gesteinen orientierte P r o b e n zu entnehmen. So v e r l e i h t die G l i m m e r e i n r e g e l u n g

einem Gestein

J_ zu

den G l i m m e r p l ä t t c l i e n _L (001) z. B. eine höhere Druckf e s t i g k e i t als || zur

Einregelung || (001).

Bei

Feldpat-

einregelungen w i r d sich ebenfalls parallel einer b e v o r -

lg61)

keitsminderung b e m e r k b a r machen. W e i t e r h i n

sollten

bei

Kluft-

der

systeme

Probenahme

auch

berücksichtigt

die

werden,

verschiedenen da f ü r die

einzelnen

K l u f t r i c h t u n g e n die petrographischen und d a m i t auch

wobei Pl — die Trockenmasse einer Gesteinsprobe bei 105° ± 2°C),

(übertrocknet

verschieden sein können. So f o l g e n auf Grund der EinLinie

bedeuten, sowie • 100 G e w . - %

die festigkeitsmechanischen E i g e n s c h a f t e n der Gesteine regelung der Minerale die S - K l ü f t e ( L ä n g s k l ü f t e )

P2 — die Masse der durchtränkten Probe

^

nieliL nur in geschieferten Gesteinen ist

z u g t e n Spaltrichtung bei der D r u c k f e s t i g k e i t eine Festig-

^ l

t =

Aber

Mineraleinregelung

kleinsten

Druckes

und

der besten

( L I N K 1962)

A — Gewicht des aufgenommenen Wassers, B — Gewicht der bei 105°

;

2 ° C übertrockneten Probe,

errechnet werden. Die

Höhe

zustand

bzw.

des

Index

vom

hängt

vom

Verwitterungsgrad

Erhaltungs-

eines

Gesteins

ab. Je stärker also ein Gestein v e r w i t t e r t ist, u m so größer sind sein H o h l r a u m v o l u m e n und seine W a s s e r a u f n a h m e f ä h i g k e i t . E s ist allerdings zu berücksichtigen, daß der I n d e x „ ¿ " f ü r verschiedene Gesteine m i t gleichem E r h a l t u n g s z u s t a n d unterschiedliche W e r t e e r g i b t und somit f ü r j e d e G e s t e i n s v a r i e t ä t neu e r m i t t e l t w e r den muß. E s w e r d e n sich auf Grund der strukturellen P a r a m e t e r z. B . f ü r frischen Granit stets höhere W e r t e ergeben als für frischen Basalt oder Diabas. N a c h JAEGEB (1964) stehen v o r allem die D r u c k - und Z u g f e s t i g k e i t sowie der £ - M o d u l in Beziehungen zu

So f ä l l t

bei Graniten, Gneisen und Schiefern

(Druck-

ff-Druck

der

Teilbarkeit.

Abb. 1. Syenitporphyr (Vergrößerung 25 X ; + (Foto: ZASTROW)

Nie.),

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 LANGE & PUTSCHER [ G e s t e i n s t e c h n i s c h e K e n n w e r t e v o n F e s t g e s t e i n e n

598

Diese Teilbarkeit wird sich in einer Festigkeitsminder u n g bemerkbar machen, im Gegensatz zur Q - K l ü f t u n g , in der keine Einregelung s t a t t g e f u n d e n h a t .

«b kp/cm2

3. Petrographisehe und gesteinstechnische E i g e n s c h a f t e n des Syenitporphyrs Bei dem untersuchten Syenitporphyr handelt es sich u m in die Tonschiefer der Kernzone des Schwarzburger Sattels intrudierte Eruptivgesteine unterrotliegenden Alters. Der Syenitporphyr ist in frischem Z u s t a n d von rötlicher, seltener grauer F ä r b u n g . In seiner S t r u k t u r entspricht er, da der Anteil an G r u n d m a s s e f a s t völlig zurücktritt, eher einem feinkörnigen Granit richtungslos-massiger Texturierung als einem (heterogen-körnigen) Porphyr (s. A b b . 1). A n der Gesteinszusammensetzung beteiligen sich folgende, nach der Häufigkeit des Auftretens geordnete Mineralgemengteile: Kalifeldspat, Plagioklas ( 3 5 — 4 5 % An), Chlorit, Q u a r z , K a l z i t , Biotit, E r z , Serizit. Der Anteil der beiden erstgenannten Gemengteile b e t r u g bei den. untersuchten Proben stets mehr als 74 Vol.-% bei einem Durchschnittswert v o n 83 Vol.-%. Die Korngröße aller Gemengteile l a g stets unter 0,5 m m . K o r n f o r m b e s t i m m u n g e n (Verhältnis v o n L ä n g e zu Breite — L / B ) wurden auf Grund der geringen Größe der übrigen Gemengteile sowie des mehr oder weniger xenomorphen H a b i t u s derselben nur an K a l i f e l d s p a t u n d Plagioklas durchgeführt. N a c h den ermittelten L / B - V e r h ä l t n i s s e n von 2 , 2 3 : 1 bis 3 , 5 1 : 1 sind beide Gemengteile als kurzsäulig zu bezeichnen. Die gesteinstechnischen Untersuchungen ergaben folgende W e r t e :

T—i—I—i—i

1000

0

1—;—r~

1,50

0,50

Index „¡"(Gew. %)

Abb. 2. Beziehungen zwischen der Druckfestigkeit und dem Index

«z kp/cm 2 200 -)

150 -

Druckfestigkeit, einaxial 1 0 1 0 - 2100 kp/cm 2 Zugfestigkeit, einaxial 103200 „ Biegefestigkeit 449 Scherfestigkeit 149161 „ statischer E-Modul 87000-234000 „ dynamischer E-Modul 574000-626000 „ Die Untersuchungen wurden nach den Richtlinien des Internationalen B ü r o s für Gebirgsmechanik ( I B G ) durchgeführt. Die Werte für den Index lagen zwischen 0,26 und 1,79 Gew.-%.

Index „i " (Gew.% ) 2,0

Abb. 3. Beziehungen zwischen der Zugfestigkeit und dem Index

k p /cm ^

4. A u s w e r t u n g der Untersuchungsergebnisse 2000

I m folgenden sollen a n h a n d der vorstehend aufgeführten Untersuchungsergebnisse die Beziehungen bzw. Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen mineralogisch-petrographischen und den wichtigsten Festigkeitsparametern näher untersucht werden, wobei darauf hingewiesen werden soll, daß infolge der relativ geringen Anzahl v o n Werten auf eine m a t h e m a t i s c h e Auswertung verzichtet wurde. F ü r die mikroskopischen Untersuchungen wurde nur Material aus den technischen Untersuchungen verwandt (z. B . zerdrückte Probenkörper, Abfallmaterial bèi der Probenherstellung), so daß j e d e m Festigkeitswert ein b e s t i m m t e r Mineralbestand, Korngröße usw. zugeordnet werden kann.

—I 60

70

90

1— Feldspat [Vol.%1 100

Abb. 4. Beziehungen zwischen der Druckfestigkeit und dem Feldspatgehalt

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 LANGE & PUTSCHER / Gesteinstechnische Kennwerte von Festgesteinen

599

Beziehungen zwischen der Druck- bzw. Zugfestigkeit und dem Verwitterungsgrad (Index „ i " )

Aus Abb. 2 und 3 ist eine eindeutige Abhängigkeit der Druck- und Zugfestigkeit von der Höhe des Index zu erkennen. Mit Zunahme des Verwitterungsgrades verringern sich die Festigkeitseigenschaften des Syenitporphyrs und umgekehrt. Da die Abhängigkeiten ohne große Streuungen ziemlich ausgeprägt sind, scheint es möglich, für ermittelte „¿"-Werte aus dem Diagramm relativ genaue Druck- und Zugfestigkeiten anzugeben. Beziehungen zwischen der Druck- bzw. Zugfestigkeit und dem Feldspatgehalt

Wie schon unter 1. angedeutet, beeinflußt die mineralogische Zusammensetzung eines Gesteins in starkem Maße dessen Festigkeitseigenschaften. Von den verschiedenen untersuchten und in Beziehung zur Gesteinsfestigkeit gesetzten Mineralgemengteilen (Feldspat, Quarz) soll an dieser Stelle nur der Einfluß des Felspatgehalts auf die Gesteinsfestigkeit dargestellt werden, da der Feldspat als prozentual am stärksten auftretender Gemengteil die Festigkeit in erster Linie bestimmt. Aus Abb. 4 und 5 ist zu ersehen, daß mit steigendem Feldspatgehalt die Druck- sowie Zugfestigkeit des Syenitporphyrs abnehmen und daß umgekehrt eine Abnahme des Feldspatgehalts eine Erhöhung der Druck- und Zugfestigkeit bedingt. Auf Grund der relativ geringen Streuungen ist es möglich, für bestimmte Feldspatgehalte des Syenitporphyrs die zu erwartenden Druck- und Zugfestigkeiten ungefähr vorauszusagen.

«z kp/cm 2 200

H

-i

50 60

| 70

Die Höhe des Index , , i " wird wie bei anderen Gesteinen auch beim Syenitporphyr von dem Gehalt an Feldspäten (Kalifeldspat und Plagioklas) wesentlich beeinflußt. Von besonderer Bedeutung sind dabei die die Feuchtigkeitsaufnahme begünstigenden Spaltflächen. Es werden also mit steigenden Anteilen von Feldspat, wie Abb. 6 zeigt, auch die „¿"-Werte höher werden und umgekehrt bei Verringerung des Feldspatgehalts abnehmen.

|

1—-|

80

90

1

1— Feldspat (Vol.%) 100

Abb. 5. Beziehungen zwischen der Zugfestigkeit und dem Feldspatgehalt

Feldspat (Vol.%) 100 80

-

60

4P 20

-i

0 0,5

Beziehungen zwischen dem Feldspatgehalt und dem Index „ i "

7-

1,0

Index „i" (Gew. %)

1,5

Abb. 6. Beziehungen zwischen dem Feldspatgehalt und dem Index „ i "

(kp/cm?)

2000 -

Beziehungen zwischen der Druckfestigkeit und dem L/B-Verhältnis der Plagioklase und Kalifeldspäte

Das L/B-Verhältnis als quantitativer Ausdruck der Kornform wirkt sich als struktureller Parameter ebenfalls auf die Gesteinsfestigkeit aus. Aus Abb. 7 ist zu ersehen, daß eine lineare Abhängigkeit zwischen den beiden Parametern besteht, wobei mit zunehmendem L/B-Verhältnis, d. h. mit schlanker werdendem Korn, die Druckfestigkeiten zunehmen. Interessant ist dabei der Einfluß der Kornlänge, denn auch sie beeinflußt in erheblichem Maße die Druckfestigkeit. So erreichten Proben mit Kornlängen < 1 mm die höchsten Druckfestigkeiten von 2100 kp/cm2, während bei Kornlängen von > 1 mm nur Druckfestigkeiten von 1750 kp/cm2 erreicht wurden.

ISOtf •

1000 H—i—i—i i i i i—i i | i i i 2,0 2,6 3,0 • Kornlänge < 1mm »Kornlänge > 1mm(max7mrn)

L/B (Plagioklas tKalifeldspat)

Abb. 7. Beziehungen zwischen der Druckfestigkeit und dem L/B-Verhältnis der Plagioklase und Kalifeldspäte

Beziehungen zwischen der Druck- und Zugfestigkeit

Zum Schluß sei noch auf die Beziehung Druck- zu Zugfestigkeit eingegangen. Es ist schon seit längerer Zeit bekannt, daß Abhängigkeiten zwischen verschie-

denen Festigkeitsparametern, vor allem zwischen der Druck- und Zugfestigkeit, bestehen, daß jedoch diese Abhängigkeiten für die verschiedenen Gesteinsarten

Zeitschrift liir angewandte Geologie, B d . 15 ( 1 9 6 9 ) , H e f t 1 1 NÖLDJSK.E / D a s O b e r v i s c v o n D o b e r l u g - K i r c h h a i n

coo PC3KMÜ

( kp/cm2 )

T e x H i i ' i e o K u e CBoiiCTua n o p o f i ; w , n a n p . , n p o i H O C T b n p j i C/KaTHM II paeTHHteHHH, HejIb3H CIMTaTt aßcOJIIOTIIHMH II nOCTOHHHMMH. O n H B 3HaiHTeHBHOii CTeneHH 3aBHCHT OT CTpOeHHH H COXpaHHOCTH IIOpOflLI. B CBH3H C 9THM, OHH M o r y T KOJieSaTBCH B c p a B H H T e n t H O ÖOJIBIUHX r p a m i n a x . flajibHefiman i j e j i b H c c n e n o B a m i i i flojimHa 3aKjiwHaTbCH B npoflon/KeHHH HccJie^oBaHHii, n p o B e a e H H w x npej^BapHTenbHo rainib Ha orpaHHieHHOM itomiqecTBe o6pa3ijoB KajKHoii n o p o f l b i , c TeM, h t o ö h n o n y ^ H T b n o BO3MOJKHOCTH ö o n M i e e K O J i m e c T B O n o K a a a r e j i e f i . Hpe,ncTaBJiHeTCH BOSMOJKHHM , HTO n y T e M yCTaHOBJieilHH TOHHHX MaTeMaTiWeCKHX CBH3eii p a a j i i M H b i x n a p a M e T p o B c n o i i a a a T e j i H M i i MOWHO O r p a H H ^ H B a T b OÖieM MCCJieHOBaHHfi H BCe-TaKH ROCTOBepHO iipoBOHHTb n o p o A O - T e x H H u e c K y i o

1000

(kp/cm

100

150

2

200

Abb. 8. Beziehungen zwischen der Druck- und Zugfestigkeil;

unterschiedlich sind. Abb. 8 soll die Beziehungen für einen Syenitporpliyr darstellen. Aus ihr ergibt sieh, daß die genannten Abhängigkeiten auch bei diesem Gestein vorhanden sind. D a s Verhältnis zwischen den Druckund Zugfestigkeitswerten liegt hier bei etwa 1 2 : 1 , womit ein v o n QUERVAIN (1967) angegebenes Verhältnis von 1 0 — 1 5 : 1 für Festgesteine allgemein b e s t ä t i g t wurde.

oneimy.

Summary The technical properties of a rock, such as the compressive and tensile strength, cannot be regarded as absolute and stable, but decisively depend on the composition and state of preservation of the rock and, therefore, may vary within relatively large limits. The aim of future investigations should be to carry on Lests first made only with a limited number of samples for each rock, in order to obtain the highest possible number of characteristic values. As a result, the extent of investigations will be limited and, nevertheless, there will be a technical evaluation of the rock having a reliable quality when exakt mathematical relations are established between the various parameters and characteristics. Literatur

Zusammenfassung Die technischen Eigenschaften eines Gesteins, z. B. die Druck- und Zugfestigkeit, sind nicht als absolut und feststehend zu betrachten, sondern sie sind maßgeblich vom Gesteinsaufbau und dem Erhaltungszustand des Gesteins abhängig und können demzufolge in relativ weiten Grenzen schwanken. Ziel der weiteren Untersuchungen sollte sein, die zunächst nur an einer beschränkten Anzahl von Proben für jedes Gestein durchgeführten Untersuchungen fortzuführen, um 'Au einer möglichst großen Anzahl von Kennwerten zu gelangen. Als Ergebnis deutet sich an, daß mittels der Aufstellung exakter mathematischer Beziehungen zwischen den verschiedensten Parametern und Kennwerten der Umfang der Untersuchungen eingeschränkt und trotzdem die gestcinstechnische Beurteilung zuverlässig gestaltet werden kann.

DIIEYER, W.: Über das Festigkeitsverhalten sehr verschiedenartiger Gesteine. — Bergbauwisseuschaften, 2, 7 (1955). FRETJND, H.: Handbuch der Mikroskopie in der Technik, B d . IV, Teil 1. — Frankfurt (Main) 1955. HAMROL, A.: A quantitative classification of the weathering and weatherability of rocks. — Proceedings of the 5. Int. Congr. on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 2 (1961). JAEGER, CH. : Bemerkungen zum Problem Fclsmechanik und Wasserkraftwerksbau. — Die Wasserwirtschaft, 54, 6 (1964). JOHANNSEN, A.: A descriptive petrography of the igneous rocks, B d . I und I I . - Chicago 1952. LANGE, M „ & S. PUTSCHE»: Bericht über die bis ZUM Jahre 1968 durchgeführten Arbeiten zum Thema „Ingenieurgeologische Gebirgsklassifikation". — Unvcroff. Ber. Arch, zentr. geol. Fonds, Berlin 1968. LINK, H . : Zur Querdehnungszahl von Gestein und Gebirge. — Geologie und Bauwesen, 27, 2 (1962). QUERVAIN, F . DE: Technische Gesteinskunde. — Basel — Stuttgart 1967. liEUTER, F . : Grundlagen für die Aufstellung einer ingenieurgeologischen Gebirgsklassifikation. — Unveroff. Studie Arch, zentr. geol. Fonds, Berlin 1965. KOSETZ, G. P., & H. PFORR: Ergebnisse gesteinsmechanischer Untersuchungen an Gesteinen aus dem Kupferscliicferbergbau. — Bergakademie, 17, 12 (1965).

Das Obervisc von Doberlug-Kirchhain VVjäRNEii N Ö L D E K E , B e r l i n (Mitteilung aus d e m Zentralen Geologischen Institut, Berlin)

1. E s wird eine z u s a m m e n f a s s e n d e Übersicht über den A u f b a u und die geologische Entwicklung des Obervisé von Doberlug-Kirchhain, insbesondere auf der Grundlage der während der E r k u n d u n g s t ä t i g k e i t ab 1956 erzielten neuen Untersuchungsergebnisse, gegeben. Dabei wird von einer Beschreibung der voroberviséischen Schichtcnfolge, die das P r ä k a m b r i u m und K a m b r i u m umfaßt, ausgegangen. Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 6. 8.1969. Eine ausführliche Darstellung erscheint demnächst iu den ,.Abhandlungen des Zentralen Geologischen Instituts".

Die Darstellungen des Obervisc bcrulien auf einer durch die Aufschlüsse nach. 1956 möglich gewordenen, gegenüber G. MEMPEL (1952) veränderten und neu definierten Grenzziehung und Untergliederung der Schichtenfolge (Tabelle). D a d u r c h k a n n eine abschnittsweise B e t r a c h t u n g der lithologischen und paläogeograpbischen Verhältnisse gegeben werden. Ferner werden u. a. der Nachweis der Parallelisierbarkeit der Anthrazitflöze, die Ausbildung und Verbreitung der Kohlenführimg sowie der Kaolinkohlentonsteine, der Nachweis von Verbreitung und Aufstiegszentren der Andesite,

Zeitschrift liir angewandte Geologie, B d . 15 ( 1 9 6 9 ) , H e f t 1 1 NÖLDJSK.E / D a s O b e r v i s c v o n D o b e r l u g - K i r c h h a i n

coo PC3KMÜ

( kp/cm2 )

T e x H i i ' i e o K u e CBoiiCTua n o p o f i ; w , n a n p . , n p o i H O C T b n p j i C/KaTHM II paeTHHteHHH, HejIb3H CIMTaTt aßcOJIIOTIIHMH II nOCTOHHHMMH. O n H B 3HaiHTeHBHOii CTeneHH 3aBHCHT OT CTpOeHHH H COXpaHHOCTH IIOpOflLI. B CBH3H C 9THM, OHH M o r y T KOJieSaTBCH B c p a B H H T e n t H O ÖOJIBIUHX r p a m i n a x . flajibHefiman i j e j i b H c c n e n o B a m i i i flojimHa 3aKjiwHaTbCH B npoflon/KeHHH HccJie^oBaHHii, n p o B e a e H H w x npej^BapHTenbHo rainib Ha orpaHHieHHOM itomiqecTBe o6pa3ijoB KajKHoii n o p o f l b i , c TeM, h t o ö h n o n y ^ H T b n o BO3MOJKHOCTH ö o n M i e e K O J i m e c T B O n o K a a a r e j i e f i . Hpe,ncTaBJiHeTCH BOSMOJKHHM , HTO n y T e M yCTaHOBJieilHH TOHHHX MaTeMaTiWeCKHX CBH3eii p a a j i i M H b i x n a p a M e T p o B c n o i i a a a T e j i H M i i MOWHO O r p a H H ^ H B a T b OÖieM MCCJieHOBaHHfi H BCe-TaKH ROCTOBepHO iipoBOHHTb n o p o A O - T e x H H u e c K y i o

1000

(kp/cm

100

150

2

200

Abb. 8. Beziehungen zwischen der Druck- und Zugfestigkeil;

unterschiedlich sind. Abb. 8 soll die Beziehungen für einen Syenitporpliyr darstellen. Aus ihr ergibt sieh, daß die genannten Abhängigkeiten auch bei diesem Gestein vorhanden sind. D a s Verhältnis zwischen den Druckund Zugfestigkeitswerten liegt hier bei etwa 1 2 : 1 , womit ein v o n QUERVAIN (1967) angegebenes Verhältnis von 1 0 — 1 5 : 1 für Festgesteine allgemein b e s t ä t i g t wurde.

oneimy.

Summary The technical properties of a rock, such as the compressive and tensile strength, cannot be regarded as absolute and stable, but decisively depend on the composition and state of preservation of the rock and, therefore, may vary within relatively large limits. The aim of future investigations should be to carry on Lests first made only with a limited number of samples for each rock, in order to obtain the highest possible number of characteristic values. As a result, the extent of investigations will be limited and, nevertheless, there will be a technical evaluation of the rock having a reliable quality when exakt mathematical relations are established between the various parameters and characteristics. Literatur

Zusammenfassung Die technischen Eigenschaften eines Gesteins, z. B. die Druck- und Zugfestigkeit, sind nicht als absolut und feststehend zu betrachten, sondern sie sind maßgeblich vom Gesteinsaufbau und dem Erhaltungszustand des Gesteins abhängig und können demzufolge in relativ weiten Grenzen schwanken. Ziel der weiteren Untersuchungen sollte sein, die zunächst nur an einer beschränkten Anzahl von Proben für jedes Gestein durchgeführten Untersuchungen fortzuführen, um 'Au einer möglichst großen Anzahl von Kennwerten zu gelangen. Als Ergebnis deutet sich an, daß mittels der Aufstellung exakter mathematischer Beziehungen zwischen den verschiedensten Parametern und Kennwerten der Umfang der Untersuchungen eingeschränkt und trotzdem die gestcinstechnische Beurteilung zuverlässig gestaltet werden kann.

DIIEYER, W.: Über das Festigkeitsverhalten sehr verschiedenartiger Gesteine. — Bergbauwisseuschaften, 2, 7 (1955). FRETJND, H.: Handbuch der Mikroskopie in der Technik, B d . IV, Teil 1. — Frankfurt (Main) 1955. HAMROL, A.: A quantitative classification of the weathering and weatherability of rocks. — Proceedings of the 5. Int. Congr. on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 2 (1961). JAEGER, CH. : Bemerkungen zum Problem Fclsmechanik und Wasserkraftwerksbau. — Die Wasserwirtschaft, 54, 6 (1964). JOHANNSEN, A.: A descriptive petrography of the igneous rocks, B d . I und I I . - Chicago 1952. LANGE, M „ & S. PUTSCHE»: Bericht über die bis ZUM Jahre 1968 durchgeführten Arbeiten zum Thema „Ingenieurgeologische Gebirgsklassifikation". — Unvcroff. Ber. Arch, zentr. geol. Fonds, Berlin 1968. LINK, H . : Zur Querdehnungszahl von Gestein und Gebirge. — Geologie und Bauwesen, 27, 2 (1962). QUERVAIN, F . DE: Technische Gesteinskunde. — Basel — Stuttgart 1967. liEUTER, F . : Grundlagen für die Aufstellung einer ingenieurgeologischen Gebirgsklassifikation. — Unveroff. Studie Arch, zentr. geol. Fonds, Berlin 1965. KOSETZ, G. P., & H. PFORR: Ergebnisse gesteinsmechanischer Untersuchungen an Gesteinen aus dem Kupferscliicferbergbau. — Bergakademie, 17, 12 (1965).

Das Obervisc von Doberlug-Kirchhain VVjäRNEii N Ö L D E K E , B e r l i n (Mitteilung aus d e m Zentralen Geologischen Institut, Berlin)

1. E s wird eine z u s a m m e n f a s s e n d e Übersicht über den A u f b a u und die geologische Entwicklung des Obervisé von Doberlug-Kirchhain, insbesondere auf der Grundlage der während der E r k u n d u n g s t ä t i g k e i t ab 1956 erzielten neuen Untersuchungsergebnisse, gegeben. Dabei wird von einer Beschreibung der voroberviséischen Schichtcnfolge, die das P r ä k a m b r i u m und K a m b r i u m umfaßt, ausgegangen. Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 6. 8.1969. Eine ausführliche Darstellung erscheint demnächst iu den ,.Abhandlungen des Zentralen Geologischen Instituts".

Die Darstellungen des Obervisc bcrulien auf einer durch die Aufschlüsse nach. 1956 möglich gewordenen, gegenüber G. MEMPEL (1952) veränderten und neu definierten Grenzziehung und Untergliederung der Schichtenfolge (Tabelle). D a d u r c h k a n n eine abschnittsweise B e t r a c h t u n g der lithologischen und paläogeograpbischen Verhältnisse gegeben werden. Ferner werden u. a. der Nachweis der Parallelisierbarkeit der Anthrazitflöze, die Ausbildung und Verbreitung der Kohlenführimg sowie der Kaolinkohlentonsteine, der Nachweis von Verbreitung und Aufstiegszentren der Andesite,

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 NÖLDEKE / D a s Obervise von Doberlug-Kirchhain

Tabelle. Untergliederung des Obervise U K = Unterkante, OK = Oberkante, WH

601

Wurmröhrenhorizont

G. MEMPEL (1952)

Benennung

W. Nöldeke (1968)

Grenzfestlegung nach

Benennung

-Oberer Andesit—

Kirchhainer Schichten

obere D. Seht.

Doberluger Schichten

obere mittlere D. Seht. untere mittlere D. Seht. untere D. Seht.

(98 m)

untere untere W. Seht.

UK Grw.Sandst.-Kgl.

UK Flöz 5, Ob. Andesit

Hornsteinkonglomerat

60-110 m

UK d. ersten -Konglomeratbänke

(69 m)

obere K. Seht. 14-54 m (35 m)

-OK Flöz 8

—

Kirch-UK Flöz 11 mittlere K. Seht, hainer 2 2 8 8 m ~WH, Schichten

mittlere K. Seht. untere K. Seht.

Werenz- obere untere W. Seht. hainer Schichten 40-160 m -380 m

untere W. Seht.

obere K. Seht.

GrauwackenSandsteinkonglomerat

obere W. Seht. 0 - 220 m

obere W. Seht.

Werenzhainer Schichten

Benennung nach petrographischem Charakter

Grenzfestlegung nach

88-150 m (120 m) Flöz über Unt. _Andesit u. Ob._ WH -Ob. WH

—

(46 m)

untere K. Seht. 10-76 m (42 m)

Doberobere D. Seht. Iuger Schichten

25-150 m (110 m)

untere D. Seht.

Unterer "Andesit

-UK Flöz 13

Hauptflözführende Schichten

-— WH, -UK Flöz 16 — WH, — WH, -Unt. Andesit — WH,

Lyditgrauwackenschichten

-UK Flöz 17 — WH, Finsterwalder _OK Kalk-Grw._ Schichten mittlere F. Seht. — WH0 obere F. Seht.

"Unt. WH

Kambrium

die Darlegung des einfachen tektonischen Baus, B e o b a c h t u n g e n über die Altersbeziehungen Andesite — T e k t o n i k — Inkohlung u. a. abgehandelt. E i n regionaler Vergleich mit anderen Obervise-Vork o m m e n und eine z u s a m m e n f a s s e n d e Darstellung der E n t w i c k l u n g des Obervise schließen die Ausführungen ab. 2. Die variszische Geosynklinale beginnt im ostelbischen R a u m mit dem Ordovizium und endet mit dem Obervise. In diese Geosynklinalentwicklung wird das Gebiet v o n Doberlug sicher im Silur und im Obervise einbezogen. Die Schichten des Silurs sind voroberviseisch abgetragen, so daß das Obervise heute mittelkambrischen Schichten aufliegt. Die Obervise-Transgression greift aus östlicher bis südöstlicher R i c h t u n g nur l a n g s a m auf das Gebiet von Doberlug über (Abb.). Sie beginnt mit tonig und grauw a c k e n a r t i g ausgebildeten Sedimenten der unteren F i n s t e r w a l d e r S c h i c h t e n , die auf den R a u m v o n Finsterwalde beschränkt sind. E i n Transgressions-

0-88 m

untere F. Seht.

Kohlenkalkschichten

-UK Kalk-Grw.Kambrium

konglomerat fehlt hier, ebenso wie an der B a s i s der im Westteil transgredierenden Doberluger Schichten. Die Kohlenkalkfazies der mittleren Finsterwalder Schichten reicht bereits bis in das Gebiet von Kirchhain. E s handelt sich i m Gegensatz zu den Kohlenkalken v o n Göllnitz nur teilweise u m reinen, oolithischen K a l k s t e i n , überwiegend u m K a l k g r a u w a c k e n . Die Lebensverhältnisse haben sich für die F a u n a verschlechtert (keine Korallen mehr). Die N ä h e der K ü s t e ist unverkennbar. Der Kohlenkalk ist vergleichbar mit d e m des Görlitzer Schiefergebirges, des Vogtlands u. a. N a c h der relativ ruhigen Zeit mit z. T . chemischer Sedimentation beginnt eine verstärkte kontinuierliche E i n s e n k u n g auch des westlichen Teils, die zur B i l d u n g der aus Kieselgesteinsdetritus monoton z u s a m m e n gesetzten Grauwacken der oberen Finsterwalder und der D o b e r l u g e r S c h i c h t e n führt. D a s l a n g s a m e Ubergreifen des Obervise k o m m t in dem erwähnten Fehlen des Transgressionskonglomerats sowie in der teilweise verbreiteten Kohlenbildung an der B a s i s der

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

602

NÖLDEKE / Das Obervise von D o b e r l u g - K i r c h h a i n

Doberluger Schichten (Flöz 17) zum Ausdruck (Vermoorung). Der marine Einfluß läßt nach. Verbreitet sind Grabspuren. Mit den K i r c h h a i n e r S c h i c h t e n setzt eine wechselvolle Entwicklung ein, die von starker Einsenkung und Sedimentschüttung mit Konglomeratbildung bis zu tektonischer und Sedimentationsunruhe mit Kohlenbildung reicht. Der volle Sedimentationszyklus Konglomerat — Grauwacke — Schieferton — Kohle ist mehrfach ausgebildet. Die für die Doberluger Schichten typischen Grauwacken reichen bis unter das Flöz 13; die für die Werenzhainer Schichten typischen Konglomerate beginnen bereits in den mittleren Kirchhainer Schichten (zwischen Flöz 12 und 11). Es kommt zur Bildung der Kohlenflöze 16 bis 8. Der Schwerpunkt der Kohlenbildung liegt im küstennäheren Nordteil der Werenzhainer Mulde. Er verschiebt sich mit zunehmender Schüttungsintensität aus nördlichen Richtungen in Annäherung an die Werenzhainer Schichten von Flöz 16 bis zu Flöz 8 in südlicher Richtung. Zahlreiche Wurzelböden beweisen die Autochthonie der Flöze. Der Zusammenhang zwischen Senkungsintensi-

0' 1 2km i i I . r -ca. lOfach überhöht

Werenzhainer Mulde

N w

100m

b

"

N W

;D73i

(Q73) 1D38.36XD52)

(D38.361

(D52)

tät und Senkungsdauer während der Kohlenbildung spiegelt sich in dem proportionalen Verhältnis von Kohlenmächtigkeit und Qualität der Kohle wider. Geringmächtige Flöze besitzen in der Regel einen geringen Aschengehalt (schwache, kurzzeitige Senkung und Sedimentzufuhr), mächtigere Flöze einen hohen Aschengehalt (stärkere, lange Senkung mit erhöhter Sedimentzufuhr). Mit einem Teil der Flöze entstehen zehn Kaolinkohlentonsteinlagen als für die kohlenführende Formation typische Gesteine. Sie zeigen in bezug auf Mächtigkeit und Ausbildung enge Beziehungen zur Mächtigkeit und Qualität der Flöze. Aus diesem Grund wird gegenüber der verbreiteten Annahme einer vulkanogenäolischen Entstehung der Kaolinkohlentonsteine (H. J . RÖSLER u. a. 1967) die Entstehung der Doberluger Kaolinkohlensteine aus detritisch oder gelöst aquatisch herangeführtem Material als chemisch-sedimentäre Gesteine, wie bereits von A. SCHÜLLER (1951), angenommen. Die tektonische und sedimentologische Unruhe wird zum Hangenden immer ausgeprägter und erreicht in den konglomeratisch ausgebildeten W e r e n z h a i n e r

Kirchhainer Satte! (D57)

(D57)

Hennersdorfer Mulde

_SE 1T34J

•100m

(T34)

a

A b b . S c h e m a t i s c h e Darstellung der lithologischen Ausbildung und der E n t w i c k l u n g des Obervise von D o b e r l u g - K i r c h h a i n a ) zur Zeit des Beginns der Bildung von F l ö z 1 6 , b ) zur Zeit des Abschlusses der S e d i m e n t a t i o n i m Obervis6, c ) heutige Verhältnisse 1 — K o n g l o m e r a t , 2 — Grauwacke, 3 — Schieferton, 4 — K a l k s t e i n , z. T . oolithisch, 5 — F l ö z f ü h r u n g

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

KATJTER / Bauxitvorräte kapitalistischer Länder S c h i c h t e n , insbesondere in den oberen Werenzhainer Schichten, ihren H ö h e p u n k t . Die Kohlenbildung n i m m t a b (im wesentlichen nur Flöz 5). Der Schwerpunkt der S e d i m e n t a t i o n wird in die jetzige Werenzhainer Mulde verlagert, die eventuell synsedimentär schon angedeutet war. Geschüttet wurden Gerolle des Silurs (Kieselgesteine und Alaunschiefer mit Graptolithen), des K a m briums (Sandsteine, Rohsteiner Kieselgesteine?) und des P r ä k a m b r i u m s (Lausitzer Grauwacken, Metamorphite, Magmatite). Ferner treten Gerölle des Obervisé auf (Kohle, Sehieferton). E i n scharfer Wechsel in der Geröllführung g e s t a t t e t die Unterteilung in das Kieselschief e r - L y d i t - K o n g l o m e r a t (untere Werenzhainer Schichten) und d a s Grauwacken-Sandstein-Konglom e r a t (obere Werenzhainer Schichten). Die Materialzufuhr erfolgte bis etwa zu den mittleren Kirchhainer Schichten vorwiegend aus südlichen, danach vorwiegend aus nördlichen Richtungen. Die in den mittleren Finsterwalder Schichten auftretende F a u n a und die flözferne F l o r a der Werenzhainer Schichten gestatten die E i n s t u f u n g der ca. 700 m mächtigen Schichtenfolge in das Visé I I I « (unterer Teil des Obervisé). Die mittleren Finsterwalder Schichten entstanden unter flachneritischen, die Doberluger und unteren Kirchhainer Schichten unter litoralen und die mittleren Kirchhainer bis Werenzhainer Schichten unter kontinentalen (limnisch-fluviatilen) Bedingungen. Die Sedimentation findet mit der sudetischen Phase, die etwa i m oberen Teil des Obervisé bis Grenzbereich Visé I I I ot/ß einsetzt, ihren Abschluß. Diese P h a s e wirkt sich im Gebiet v o n Doberlug nicht s t a r k aus. Sie schafft den heute sichtbaren flachen Sattel- und M u l d e n b a u : Prießener Mulde, Dübrichener Sattel, Werenzhainer Mulde, Kirchhainer Sattel, Hennersdorfer Mulde.

603 des Obervise in den Werenzhainer Schichten weisen auf die H e b u n g des nördlichen F e s t l a n d s und Einengung des Sedimentationsbeckens bereits im Vise I I I « hin. K u r z vor der sudetischen P h a s e dringt Andesit in vier L a g e r g ä n g e n in die Schichtenfolge ein u n d verkokt diese gering i m Liegenden und Hangenden. Der Untere Andesit h a t je ein A u f s t i e g s z e n t r u m im Nordosten und im Westen der Werenzhainer Mulde, die Mittleren Andesite und der Obere Andesit steigen i m Südwesten der Werenzhainer Mulde auf. Die regionale Inkohlung begann bereits kurz vor der sudetischen P h a s e und dauerte bis nach ihrem Abschluß an. Sie wurde durch einen Tiefenpluton hervorgerufen, der mit den m a g m a t i s c h e n Erscheinungen der variszischen Orogenese in der L a u s i t z und der ostelbischen F o r t s e t z u n g der Mitteldeutschen Kristallinschwelle in Verbindung zu bringen ist. Heute liegt ein Anthrazit mit 5 , 5 % wahren flüchtigen Bestandteilen vor. Die weitgehend ähnliche Ausbildung des Obervise (insbesondere des Kohlenkalks und der K o n g l o m e r a t e ) in der L a u s i t z , im V o g t l a n d usw. verdeutlicht die gleichen regionalen tektonisch-sedimentologischen Bedingungen, unter denen die flyschoide Schichtenfolge ents t a n d . Abweichend ist in Doberlug die m ä c h t i g e Kohlenführung. Sie erklärt sich aus der paläogeographischen L a g e a m R a n d einer Schwelle im DinantBecken, der Mitteldeutschen Schwelle und der relativ stabilen Unterlage. D a s Obervise-Vorkommen ist in dieser Beziehung vergleichbar mit ähnlichen kohlenführenden Ablagerungen des D i n a n t der U p p e r Sedim e n t a r y Group im Midland Valley T r o u g h sowie der Scremerstone Coal Group im N o r t h u m b r i a n T r o u g h Zentralenglands, den kohlenführenden Ablagerungen des B u g g e b i e t s u. a.

Literatur

Sie wird durch die K o n g l o m e r a t s c h ü t t u n g e n im oberen Teil der Schichtenfolge angedeutet. Die Gerölle

NÖLDEKE, W.: Darstellung sichtigung Berlin 1968

Das Obervisö von Doberlug-Kirchhain. Eine monographische der geologischen Verhältnisse unter besonderer Berückder Anthrazitführung. — Inaug.-Diss. Humboldt-Univ. (darin umfangreiche Literaturangaben).

Bauxitvorräte kapitalistischer Länder K U R T KATJTER, B e r l i n

In der letzten Zeit wurden in verschiedenen kapitalistischen Ländern ausführliche Berechnungen über die Vorräte an Bauxit vorgenommen, deren wesentlichste Ergebnisse im folgenden zusammengefaßt werden sollen (jeweils bezogen auf Anfang des Jahres 1966). Gegliedert nach Kontinenten wurden folgende Mengen festgestellt (in Mill. t): Gesamtvorräte

bestätigte Vorräte

Afrika Australien Amerika Asien Europa

3330 3225 2128 391,5 363

715 602 556 126,5 130,7

insgesamt

9437,5

2130,2

In den letzten zehn Jahren, von 1956 bis Ende 1965, sind die Vorräte durch die Entdeckung mehrerer Lagerstätten in

Afrika und Australien annähernd auf das Sechsfache angewachsen. Die kapitalistischen Länder mit den bedeutendsten Bauxitlagerstätten weisen folgende Vorräte aus (abgerundet in Mill. t): Gesamtvorräte Australien Guinea Kamerun USA Jamaika Surinam Indien Frankreich Brasilien Ghana Kongo (Kinshasa)

3200 1500 1000 650 600 300 276 260 250 230 . 200

bestätigte Vorräte 600 600 50 53 130 200 74 70 30 45 -

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

KATJTER / Bauxitvorräte kapitalistischer Länder S c h i c h t e n , insbesondere in den oberen Werenzhainer Schichten, ihren H ö h e p u n k t . Die Kohlenbildung n i m m t a b (im wesentlichen nur Flöz 5). Der Schwerpunkt der S e d i m e n t a t i o n wird in die jetzige Werenzhainer Mulde verlagert, die eventuell synsedimentär schon angedeutet war. Geschüttet wurden Gerolle des Silurs (Kieselgesteine und Alaunschiefer mit Graptolithen), des K a m briums (Sandsteine, Rohsteiner Kieselgesteine?) und des P r ä k a m b r i u m s (Lausitzer Grauwacken, Metamorphite, Magmatite). Ferner treten Gerölle des Obervisé auf (Kohle, Sehieferton). E i n scharfer Wechsel in der Geröllführung g e s t a t t e t die Unterteilung in das Kieselschief e r - L y d i t - K o n g l o m e r a t (untere Werenzhainer Schichten) und d a s Grauwacken-Sandstein-Konglom e r a t (obere Werenzhainer Schichten). Die Materialzufuhr erfolgte bis etwa zu den mittleren Kirchhainer Schichten vorwiegend aus südlichen, danach vorwiegend aus nördlichen Richtungen. Die in den mittleren Finsterwalder Schichten auftretende F a u n a und die flözferne F l o r a der Werenzhainer Schichten gestatten die E i n s t u f u n g der ca. 700 m mächtigen Schichtenfolge in das Visé I I I « (unterer Teil des Obervisé). Die mittleren Finsterwalder Schichten entstanden unter flachneritischen, die Doberluger und unteren Kirchhainer Schichten unter litoralen und die mittleren Kirchhainer bis Werenzhainer Schichten unter kontinentalen (limnisch-fluviatilen) Bedingungen. Die Sedimentation findet mit der sudetischen Phase, die etwa i m oberen Teil des Obervisé bis Grenzbereich Visé I I I ot/ß einsetzt, ihren Abschluß. Diese P h a s e wirkt sich im Gebiet v o n Doberlug nicht s t a r k aus. Sie schafft den heute sichtbaren flachen Sattel- und M u l d e n b a u : Prießener Mulde, Dübrichener Sattel, Werenzhainer Mulde, Kirchhainer Sattel, Hennersdorfer Mulde.

603 des Obervise in den Werenzhainer Schichten weisen auf die H e b u n g des nördlichen F e s t l a n d s und Einengung des Sedimentationsbeckens bereits im Vise I I I « hin. K u r z vor der sudetischen P h a s e dringt Andesit in vier L a g e r g ä n g e n in die Schichtenfolge ein u n d verkokt diese gering i m Liegenden und Hangenden. Der Untere Andesit h a t je ein A u f s t i e g s z e n t r u m im Nordosten und im Westen der Werenzhainer Mulde, die Mittleren Andesite und der Obere Andesit steigen i m Südwesten der Werenzhainer Mulde auf. Die regionale Inkohlung begann bereits kurz vor der sudetischen P h a s e und dauerte bis nach ihrem Abschluß an. Sie wurde durch einen Tiefenpluton hervorgerufen, der mit den m a g m a t i s c h e n Erscheinungen der variszischen Orogenese in der L a u s i t z und der ostelbischen F o r t s e t z u n g der Mitteldeutschen Kristallinschwelle in Verbindung zu bringen ist. Heute liegt ein Anthrazit mit 5 , 5 % wahren flüchtigen Bestandteilen vor. Die weitgehend ähnliche Ausbildung des Obervise (insbesondere des Kohlenkalks und der K o n g l o m e r a t e ) in der L a u s i t z , im V o g t l a n d usw. verdeutlicht die gleichen regionalen tektonisch-sedimentologischen Bedingungen, unter denen die flyschoide Schichtenfolge ents t a n d . Abweichend ist in Doberlug die m ä c h t i g e Kohlenführung. Sie erklärt sich aus der paläogeographischen L a g e a m R a n d einer Schwelle im DinantBecken, der Mitteldeutschen Schwelle und der relativ stabilen Unterlage. D a s Obervise-Vorkommen ist in dieser Beziehung vergleichbar mit ähnlichen kohlenführenden Ablagerungen des D i n a n t der U p p e r Sedim e n t a r y Group im Midland Valley T r o u g h sowie der Scremerstone Coal Group im N o r t h u m b r i a n T r o u g h Zentralenglands, den kohlenführenden Ablagerungen des B u g g e b i e t s u. a.

Literatur

Sie wird durch die K o n g l o m e r a t s c h ü t t u n g e n im oberen Teil der Schichtenfolge angedeutet. Die Gerölle

NÖLDEKE, W.: Darstellung sichtigung Berlin 1968

Das Obervisö von Doberlug-Kirchhain. Eine monographische der geologischen Verhältnisse unter besonderer Berückder Anthrazitführung. — Inaug.-Diss. Humboldt-Univ. (darin umfangreiche Literaturangaben).

Bauxitvorräte kapitalistischer Länder K U R T KATJTER, B e r l i n

In der letzten Zeit wurden in verschiedenen kapitalistischen Ländern ausführliche Berechnungen über die Vorräte an Bauxit vorgenommen, deren wesentlichste Ergebnisse im folgenden zusammengefaßt werden sollen (jeweils bezogen auf Anfang des Jahres 1966). Gegliedert nach Kontinenten wurden folgende Mengen festgestellt (in Mill. t): Gesamtvorräte

bestätigte Vorräte

Afrika Australien Amerika Asien Europa

3330 3225 2128 391,5 363

715 602 556 126,5 130,7

insgesamt

9437,5

2130,2

In den letzten zehn Jahren, von 1956 bis Ende 1965, sind die Vorräte durch die Entdeckung mehrerer Lagerstätten in

Afrika und Australien annähernd auf das Sechsfache angewachsen. Die kapitalistischen Länder mit den bedeutendsten Bauxitlagerstätten weisen folgende Vorräte aus (abgerundet in Mill. t): Gesamtvorräte Australien Guinea Kamerun USA Jamaika Surinam Indien Frankreich Brasilien Ghana Kongo (Kinshasa)

3200 1500 1000 650 600 300 276 260 250 230 . 200

bestätigte Vorräte 600 600 50 53 130 200 74 70 30 45 -

Zeilschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

604 U n t e r genetischen G e s i c h t s p u n k t e n k ö n n e n die B a u x i t l a g e r s t ä t t e n in groben Zügen dreigeteilt werden i n : 1. känozoische L a g e r s t ä t t e n . Zu i h n e n zählen ü b e r 9 5 % der L a g e r s t ä t t e n allgemein. Hierhin g e h ö r e n : Australien, A f r i k a , S ü d a m e r i k a u n d der karibische Bereich. Es h a n d e l t sich u m B a u x i t e des L a t e r i t t y p s als V e r w i t t e r u n g s p r o d u k t e v o n Aluminiumsilikatgesteinen u n t e r tropischen u n d subtropischen V e r h ä l t n i s s e n ; 2. mesozoische L a g e r s t ä t t e n . Solche f i n d e n sich in der H a u p t s a c h e i m Mittelmeerbereich. Zu ihnen gehören die L a g e r s t ä t t e n v o n Spanien, F r a n k r e i c h , Italien, Griechenland u n d der Türkei, a b e r a u c h einige L a g e r s t ä t t e n v o n A u s t r a lien u n d Indien. Lager dieser A r t sind a n K a r b o n a t g e s t e i n e der Meeresküsten g e b u n d e n ; 3. paläozoische L a g e r s t ä t t e n . Sie sind seilen. T y p e n dieser A r t f i n d e n sich in den USA. A n Einzelheiten sind folgende T a t s a c h e n e r w ä h n e n s - u n d beachtenswert. a) Australien Hier f i n d e n sich die g r ö ß t e n B a u x i t v o r r ä t e der kapitalistischen L ä n d e r m i t 3 225 Mill. t, v o n d e n e n 600 Mill. t bes t ä t i g t w e r d e n k o n n t e n . Die g r ö ß t e L a g e r s t ä t t e m i t ca. 3000 Mill. t auf einer Fläche v o n 200 k m 2 b e f i n d e t sich im W der Cape-York-Halbinsel, i m N des K o n t i n e n t s . Das B o h erz h a t einen Gehalt v o n 5 5 % A1 2 0 3 u n d 3 , 4 % S i 0 2 . I m W des K o n t i n e n t s , bei P e r t h , w u r d e die L a g e r s t ä t t e DarlingB a n g e m i t 50 Mill. t V o r r ä t e n e n t d e c k t . b) Afrika Die G e s a m t v o r r ä t e des K o n t i n e n t s b e t r u g e n A n f a n g 1966 ca. 3330 Mill. t ; d a v o n w a r e n 715 Mill. t b e s t ä t i g t . Die H a u p t l a g e r s t ä t t e n m i t i n s g e s a m t ca. 9 4 % aller V o r r ä t e A f r i k a s liegen in G h a n a , Guinea, K a m e r u n , K o n g o (Kinshasa) u n d Mali. Weitere B a u x i t l a g e r s t ä t t e n w u r d e n in Marokko, Mocambique, Sierra Leone, S u d a n , T s c h a d u n d a n d e r e n L ä n d e r n e n t d e c k t . I n den l e t z t e n zehn J a h r e n h a b e n sich die dortigen V o r r ä t e v e r z e h n f a c h t . I n G h a n a b e t r u g e n die V o r r ä t e 230 Mill. t m i t 45 Mill. t nachgewiesenen Reserven. Die L a g e r s t ä t t e n liegen h a u p t sächlich westlich u n d südlich der S t a d t K u m a s i . Die g r ö ß t e v o n i h n e n stellt die G r u p p e E n a c h i n m i t insgesamt 170 Mill. t d a r . Es h a n d e l t sich hier u m eine 30 k m lange L a t e r i t z o n e m i t einer Mächtigkeit v o n 6 bis 15 m . Der Gehalt des R o h erzes b e t r ä g t ca. 6 3 % A1 2 0 3 u n d 0,2 bis 3 , 1 % Si0 2 . Die L a g e r s t ä t t e n der O f f o - G r u p p e h a b e n W e r t e v o n 53 bis 5 8 % A1 2 0 3 , 0,6 bis 2 , 7 % SiO a u n d 8 bis 1 4 % F e 2 0 3 . I n K o n g o (Kinshasa) b e t r u g e n die V o r r ä t e 200 Mill. t . Die b e d e u t e n d s t e n L a g e r s t ä t t e n b e f i n d e n sich im Westteil des L a n d e s zwischen den S t ä d t e n M a t a d y a u n d Tscheia. Die Gehalte der Roherze b e t r a g e n 4 2 , 5 % A1 2 0 3 , 0 , 5 % S i 0 2 und 36,9% Fe203. Die B a u x i t v o r r ä t e K a m e r u n s b e t r u g e n 1000 Mill. t, d a v o n w a r e n 50 Mill. t nachgewiesen. Die g r ö ß t e L a g e r s t ä t t e ers t r e c k t sich auf der H o c h e b e n e v o n A d a m u o . D o r t liegen 900 Mill. t B a u x i t m i t G e h a l t e n v o n 40 bis 4 4 % A1 2 0 3 u n d 1 bis 3 , 5 % S i 0 2 . Guinea v e r f ü g t ü b e r 1500 Mill. t B a u x i t , v o n d e n e n 600 Mill. t b e s t ä t i g t w a r e n . Die g r ö ß t e n V o r r ä t e liegen i m Bereich Boke. Diese R o h e r z e h a b e n Gehalte v o n ü b e r 5 0 % A1 2 0 3 u n d weniger als 2 % S i 0 2 . W e i t e r e große L a g e r s t ä t t e n f i n d e n sich i m Gebiet des Z u s a m m e n f l u s s e s v o n Badi u n d K o n k u r e . Diese Erze besitzen bis 4 0 % A1 2 0 3 u n d ca. 3 % S i 0 2 . Die Lagers t ä t t e n in der Gegend v o n T u g e bergen Roherze m i t 38 bis 4 8 % A1 2 0 3 u n d 1,4 bis 5 % S i 0 2 .

KAUTER / B a u x i t v o r r ä t c kapitalistischer L ä n d e r f i n d e n sich in den USA, in J a m a i k a , S u r i n a m , Brasilien, Venezuela, G u a y a n a , f r a n z . G u a y a n a , Dominikanische R e p u blik, H a i t i u n d Mexiko. 8 0 % der G e s a m t v o r r ä t e sind in den ersten vier L ä n d e r n k o n z e n t r i e r t . I m L a u f e der l e t z t e n zehn J a h r e h a b e n sich die Reserven v e r d r e i f a c h t . Die V o r r ä t e der U S A b e t r u g e n 650 Mill. t m i t 53 Mill. t nachgewiesenen R o h e r z e n . 600 Mill. t d a v o n liegen allein auf den Hawaii-Inseln. Sie w u r d e n bisher noch n i c h t a b g e b a u t . Auf d e m K o n t i n e n t f i n d e n sich L a g e r s t ä t t e n in den S t a a t e n A r k a n s a s , Mississippi, A l a b a m a u n d Georgia. Die Roherze aus d e m S E des L a n d e s weisen Gehalte v o n 5 6 % A1 2 0 3 , 1 3 % S i 0 2 u n d 1 % F e 2 0 3 auf. A u ß e r Q u a l i t ä t s l a g e r s t ä t t e n gibt es in den U S A E i s e n b a u x i t e u n d Tone m i t b e t r ä c h t l i c h e n Al203-Gehalten. Die V o r r ä t e auf J a m a i k a b e t r u g e n 600 Mill. t , v o n d e n e n 130 Mill. t e x a k t e r k u n d e t w a r e n . Die L a g e r s t ä t t e n sind a n K a l k s t e i n e des Obereozäns g e b u n d e n . Die g r ö ß t e v o n i h n e n liegt in der Gegend v o n Manchester, erstreckt sich ü b e r eine Länge v o n 32 k m u n d h a t eine Mächtigkeit v o n 7,5 m . Als Gehalte werden a n g e g e b e n : 5 0 % A1 2 0 3 , 0,4 bis 3 , 5 % S i 0 2 u n d 17 bis 2 3 % F e 2 0 3 . S u r i n a m v e r f ü g t ü b e r 300 Mill. t m i t 200 Mill. t n a c h gewiesenen V o r r ä t e n . Die wichtigsten L a g e r s t ä t t e n liegen .bei den O r t e n Moe, Moengo u n d P a r a n a m . Der A l 2 0 3 - G e h a l t dieser Erze b e t r ä g t ca. 5 5 % . Eine n e u e große L a g e r s t ä t t e w u r d e ¿wischen den Flüssen C o u r a n t y n e u n d Nickerie e n t deckt. d) Asien Die g e s a m t e n B a u x i t v o r r ä t e der kapitalistischen L ä n d e r Asiens b e t r u g e n 391,5 Mill. t . D a v o n w a r e n 126,5 Mill. t b e s t ä t i g t . Die g r ö ß t e n L a g e r s t ä t t e n liegen in I n d i e n , I n d o nesien, der Türkei, in Malaysia, P a k i s t a n u n d S a w a r a k . A m b e d e u t e n d s t e n sind die ersten drei L ä n d e r . Die V o r r ä t e I n d i e n s w u r d e n bei nachgewiesenen 74 Mill. t auf i n s g e s a m t 276 Mill. t geschätzt. Die d u r c h s c h n i t t l i c h e n Gehalte liegen bei 36 bis 6 0 % A1 2 0 3 u n d 6 bis 1 2 % Si0 2 . I m S t a a t B i h a r gibt es B a u x i t l a g e r s t ä t t e n in der U m g e b u n g v o n R a n t s c h u n d Bihar m i t 23 Mill. t V o r r ä t e n u n d G e h a l t e n v o n 56 bis 6 0 % A1 2 0 3 . Die Roherze v o n Indonesien k o n n t e n auf 25 Mill. t ges c h ä t z t w e r d e n ; 15 Mill. t w u r d e n b e s t ä t i g t . Die H a u p t l a g e r s t ä t t e n liegen auf den Inseln B i n t a n u n d K o d j a n . A n Geh a l t e n werden a n g e g e b e n : 53 bis 5 5 % A1 2 0 3 , ca. 4 % S i 0 2 u n d 9 bis 1 3 % F e 2 0 3 . e) Europa

c) Amerika

Die kapitalistischen europäischen L ä n d e r v e r f ü g e n ü b e r 363 Mill. t B a u x i t , d a v o n w a r e n 130,7 Mill. t b e s t ä t i g t . Die g r ö ß t e n Mengen liegen in F r a n k r e i c h u n d Griechenland m i t ca. 9 5 % der G e s a m t v o r r ä t e . I n den l e t z t e n n e u n bis z e h n J a h r e n k o n n t e n die V o r r ä t e v e r d r e i f a c h t werden. F r a n k r e i c h v e r f ü g t allein ü b e r 260 Mill. t m i t 70 Mill. t nachgewiesenen V o r r ä t e n . Die wichtigsten L a g e r s t ä t t e n b e f i n d e n sich a n der S ü d k ü s t e des L a n d e s , vor allem in den P r o v i n z e n Var, Ariege u n d Bouches d u R h o n e . Genetisch sind diese L a g e r s t ä t t e n an K a r b o n a t e der Kreide u n d des J u r a s g e b u n d e n . Es liegen Mächtigkeiten zwischen 2 u n d 5 m vor. Die Gehalte werden m i t 50 bis 6 0 % A! 2 0 3 , 2 bis 5 % S i 0 2 u n d 0,8 bis 2 6 % F e 2 0 3 angegeben. Die B a u x i t v o r r ä t e Griechenlands sind a n d e n Bereich des Barnasgebirges g e b u n d e n . B e m e r k e n s w e r t e L o k a l i t ä t e n s i n d : Elevsie, Lamie, E l b a , Amorgos, Samos u n d Naxos. Die L a g e r s t ä t t e n sind a n K o n t a k t e m i t Kreide-, J u r a - u n d T r i a s - K a l k s t e i n e n g e b u n d e n . Die G e s a m t v o r r ä t e b e t r u g e n 84 Mill. t ; 50 Mill. t d a v o n w a r e n nachgewiesen. Die A1 2 0 3 Gehalte sollen 50 bis 5 9 % b e t r a g e n .

Die g e s a m t e n B a u x i t v o r r ä t e der kapitalistischen L ä n d e r A m e r i k a s b e t r u g e n A n f a n g 1966 2128 Mill. t . D a v o n galten 556 Mill. t als b e s t ä t i g t . Die b e d e u t e n d s t e n L a g e r s t ä t t e n

Mehrere Angaben dieses Artikels sind der Zeitschrift prüzkum" entnommen.

„Geologick^

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11 B e s p r e c h u n g e n u n d R e f e r a le

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Besprechungen und Referate GUIGTJES, J . , & P . DEVISMES

La prospection minière à la bâtée dans le massiv armoricain P a r i s : B u r e a u de Recherches géologiques et minières, Mémoires, Nr. 71, 1969. 172 S., d a v o n 153 S. T e x t , 38 K a r t e n , 7 T a b . u n d Prof., 17 Fotos, 69 B u n t b i l d e r N e b e n der regionalen geochemischen P r o s p e k t i o n h a t sich die S c h w e r m i n e r a l u n t e r s u c h u n g als schnell Zu h a n d h a b e n d e u n d doch r e l a t i v zuverlässige U b e r s i c h t s m e t h o d e einen f e s t e n P l a t z a u c h im R a h m e n der m o d e r n e n V e r f a h r e n z u r L a g e r s t ä t t e n s u c h e geschaffen. I h r großer Vorteil b e s t e h t darin, d a ß sie sich auf n a t ü r l i c h e K o n z e n t r a t e s t ü t z t , deren Mineralgehalte in den P r o b e n weiter k ü n s t l i c h angereichert werden. Die vorliegende A r b e i t gibt einen Einblick in Vorbereit u n g , Organisation, Ablauf u n d Ergebnisse der auf diesem Gebiet i m a r m o r i k a n i s c h c n Massiv geleisteten A r b e i t e n , die v o m B. R . G. M. seit 1957 d u r c h g e f ü h r t w o r d e n sind. Eine kleine G r u p p e v o n M i t a r b e i t e r n h a t in l l j ä h r i g e r u n u n t e r brochener T ä t i g k e i t die L a g e r s t ä t t e n s u c h e ü b e r ein Gebiet v o n 50000 k m 2 getragen, die A r b e i t s m e t h o d e n verfeinert u n d dabei bisher d o r t noch nicht b e k a n n t e Minerale neue n t d e c k t . Die Ergebnisse der schnellen B e s t i m m u n g aller aus Alluvionen, E l u v i o n e n , v e r w i t t e r t e n oder frischen Gesteinsp r o b e n g e w o n n e n e n Schwerminerale g a b e n die V o r a u s s e t z u n g e n fiir das A u f s u c h e n n e u e r E r z l a g e r s t ä t t e n . Der I n h a l t des Buches gliedert sich n a c h Z u s a m m e n fassung, V o r w o r t u n d k u r z e r E i n f ü h r u n g in zwei H a u p t t e i l e . Der 1. Teil (S. 12 — 78) b e h a n d e l t die P r o s p e k t i o n s m e t h o d e u n d die U n t e r s u c h u n g s e r g e b n i s s e ; der 2. Teil (S. 79—160) ist der Mineralatlas des a r m o r i k a n i s c h e n Massivs. Bis gegen E n d e des 18. J a h r h u n d e r t s ging m i t der bergbaulichen N u t z u n g eine l a n g s a m steigende K e n n t n i s der a r m o r i k a n i schen E r z l a g e r s t ä t t e n (Pb, Zn, Au, Sb, Sn u n d W) einher. A b 1745 b e g a n n die geologische U n t e r s u c h u n g des L a n d e s , die v o n 1820 bis 1914 große wissenschaftliche Ergebnisse zeitigte. Bei Beginn der m o d e r n e n U n t e r s u c h u n g lagen geologische K a r t e n im M a ß s t a b 1 : 80000 vor, n a c h d e n e n die f ü r eine Suche günstigen Gebiete b e s t i m m t w e r d e n konnten. Zunächst wurden bekannte Lagerstättenbezirke geochemisch u m g r e n z t , d a n n die U n t e r s u c h u n g e n auf ben a c h b a r t e Gebiete ü b e r t r a g e n u n d schließlich das g e s a m t e a r m o r i k a n i s e h e Massiv a u c h in d e n als a n f a n g s u n g ü n s t i g eingeschätzten Zonen einbezogen, wobei völlig neue Mineralis a t i o n e n e n t d e c k t w u r d e n , wie z. B. s e d i m e n t ä r e r Monazit. Alle im Sichertrog oder aus B o h r u n g e n g e w o n n e n e n P r o b e n w u r d e n im L a b o r a t o r i u m f ü r Schwerminerale b e a r b e i t e t , wo ein Mineraloge u n d zwei Assistenten in zehn J a h r e n 113520 K o n z e n t r a t e u n t e r s u c h t h a b e n . Die s y s t e m a t i s c h e P r o b e n a h m e sollte im Gewässernetz des a r m o r i k a n i s c h e n Massivs in regelmäßigen A b s t ä n d e n die MineralzusammensetZung vollständig erfassen. N a c h d e m M i n e r a l b e f u n d w u r d e n V e r t e i l u n g s k a r t o n der w i r t s c h a f t l i c h interessierenden Minerale e r a r b e i t e t . Die leicht a n örtliche Gegebenheiten a n z u p a s s e n d e n V e r f a h r e n w a r e n sehr effektiv bei der I n v e n t a r i s i e r u n g der S c h w e r m i n e r a l k o n z e n t r a t i o n e n . Dabei w u r d e n neue L a g e r s t ä t t e n v o r allem a n Kassiterit u n d Monazit g e f u n d e n . E r s t e K o n t r o l l b o h r u n g e n u n d Vers u c h s a b b a u e h a b e n die prognostischen A n g a b e n a n Vorräten und Gehalten bestätigt. Die U n t e r s u c h u n g der Eluvionen, bei wichtigen Mineralen n a c h k o m b i n i e r t e n Methoden, g a b Hinweise auf die Ausd e h n u n g der Metalldistrikte u n d f ü h r t e zur A u f f i n d u n g neuer, v e r d e c k t e r , p r i m ä r e r E r z l a g e r s t ä t t e n . Bei der Z i n n e r k u n d u n g i m R a u m Montbelleux bildete die G r a v i m e t r i e die bis in 150 m Teufe liegenden granitischen K u p p e l n in zahlreichen schwer zu d e u t e n d e n n e g a t i v e n Anomalien ab. Geochemische V e r f a h r e n w u r d e n bei der Suche n a c h W o l f r a m u n d besonders n a c h Quecksilber erfolgreich eingesetzt. T r o t z l l j ä h r i g e r r e c h t i n t e n s i v e r A r b e i t e n genügen die g e w o n n e n e n U n t e r lagen noch nicht f ü r eine einigermaßen lückenlose I n v e n t u r der spezifischen Mineralisationen in d e n Gebirgsschichten ü b e r d e m a r m o r i k a n i s c h e n Sockel. Der 2. Teil b r i n g t auf 14 Tafeln die F a r b a u f n a h m e n v o n 50 Mineralen in 10- bis 16facher Vergrößerung, e n t h ä l t K a r t e n

ü b e r die regionale Verteilung der wichtigsten Minerale u n d ihrer A n r e i c h e r u n g e n in den Alluvionen u n d gibt kurze H i n weise zu j e d e m Mineral ü b e r seine C h a r a k t e r i s t i k e n Zur E r k e n n u n g i m Sichertrog, ü b e r die A r t seiner L a g e r s t ä t t e n u n d die Lage der mineralisierten Gebiete. Dieser Atlas bildete bereits m e h r m a l s eine wichtige u n d Zuverlässige G r u n d l a g e f ü r die A u f s t e l l u n g weiterer S c h ü r f p r o g r a m m e . Die in d e m B u c h vorgelegte A r b e i t gibt eine ausgezeichnete D o k u m e n t a t i o n u n d A u s w e r t u n g der i m a r m o r i k a n i s c h e n Massiv d u r c h g e f ü h r t e n S c h w e r m i n e r a l u n t e r s u c h u n g e n . Alle beigegebenen K a r t e n u n d Profile lassen Sorgfalt u n d U m sicht bei ihrer A u s w a h l e r k e n n e n . Sic u n t e r s t ü t z e n wirkungsvoll die A u s f ü h r u n g e n des sehr flüssig geschriebenen, k l a r u n d übersichtlich gegliederten Textes. Besonders sind die g u t g e l u n g e n e n B u n t b i l d e r h e r v o r z u h e b e n , auf d e n e n die Minerale n a c h F o r m u n d F a r b e in ihrer c h a r a k t e r i s t i s c h e n N a t ü r l i c h k e i t zu e r k e n n e n sind. Die Verf. k a n n m a n zu der in jeder R i c h t u n g g u t g e l u n g e n e n A r b e i t b e g l ü c k w ü n s c h e n . D a a u c h die d r u c k t e c h n i s c h e A u s s t a t t u n g des Buches nichts zu w ü n s c h e n ü b r i g l ä ß t , k o n n t e das B. R . G. M. d a m i t w i e d e r u m einen sehr schönen B a n d aus der Reihe seiner Memoiren vorlegen, dessen I n h a l t die regionale K e n n t n i s erweitert h a t u n d f ü r Geologen, i m besonderen f ü r E r k u n d u n g s g e o l o g e n , f ü r L a g e r s t ä t t e n k u n d l e r , Mineralogen u n d Geochemiker v o n Interesse sein wird. K . DUTTE

Autorenkollektiv Readings in tlie Barth Science (Sammelband) S a n F r a n c i s c o : Verl. W . H . F r e e m a n & Co., Scientific A m e r i c a n Resource L i b r a r y 1969. Bd. I, 43 Aufs., 306 S.; B d . I I , 31 Aufs., 315 S., T a b . u. zahlr. A b b . U n t e r d e m G e s a m t t i t e l „Science A m e r i c a n Resource L i b r a r y " f a ß t der Verlag V e r ö f f e n t l i c h u n g e n aus den einzelnen Wissensgebieten z u s a m m e n . Das vielbändige S a m m e l w e r k e n t h ä l t m e h r als 700 Artikel, d e r e n jeder schon g e s o n d e r t in der „Scientific A m e r i c a n Öffprint. Serie" erschienen ist. D e n bisher vorliegenden R e i h e n Chemie, P h y s i k u n d Technologie, Psychologie, Sozialwissenschaften w u r d e n u n j e t z t die Reihe „ E r d W i s s e n s c h a f t e n " z u g e f ü g t . Die beiden B ä n d e e n t h a l t e n also eine Z u s a m m e n s t e l l u n g zu unterschiedlichen Zeiten (1955—1963) erschienener A u f s ä t z e aus d e n v e r s c h i e d e n s t e n Gebieten der E r d w i s s e n s c h a f t e n i m weiteren Sinne. Das g e s a m t e K o m p e n d i u m b e l e u c h t e t in allgemeinverständlichen Beiträgen aktuelle, geowissenschaftliche Probleme, die v o n a n e r k a n n t e n F a c h g e l e h r t e n e r ö r t e r t w e r d e n . A m Schluß der einzelnen Beiträge wird eine k u r z e Biographie des jeweiligen A u t o r s gegeben. W . H. MATTHEWS I I I weist in seiner k u r z e n E i n f ü h r u n g darauf hin, d a ß m a n alle Beiträge sehr sorgfältig n a c h i h r e m I n h a l t a u s w ä h l t e . D a sie Zugleich flüssig geschrieben sind u n d der T e x t reichhaltig illustriert w u r d e , geben sie eine g u t e E i n f ü h r u n g in das jeweils b e h a n d e l t e Wissensgebiet u n d m a c h e n d o r t zugleich m i t der wichtigsten wissenschaftlichen L i t e r a t u r v e r t r a u t . Die A u f s ä t z e v e r m i t t e l n , o f t v o r e i n e m geschichtlichen H i n t e r g r u n d , die gegenwärtigen F o r t s c h r i t t e auf d e m jeweiligen Wissenszweig u n d b e r i c h t e n zugleich ü b e r noch ungelöste Probleme. So ist v e r s t ä n d l i c h , d a ß diese Scientific-American-Artikel in d e n U S A ein beliebtes U n t e r r i c h t s m i t t e l f ü r H o c h s c h u l e n u n d öffentliche L e h r a n s t a l t e n abgeben. Der I n h a l t der Beiträge der beiden B ä n d e g r u p p i e r t sich u m einige im S a c h i n d e x herausgestellte H a u p t t h e m e n . U r s p r u n g , A u f b a u u n d E n t w i c k l u n g der E r d e 6 Beiträge Bestandteile, K r ä f t e u n d Vorgänge auf der E r d e 24 ,, Ozeane, A t m o s p h ä r e , W e t t e r , Klima 30 „ Die Zeit u n d die E n t w i c k l u n g des L e b e n s 17 „ Die A n t a r k t i s 9 „ Aus der Fülle der Beiträge in beiden B ä n d e n sollen n a c h folgend einige g e n a n n t werden, u m a n der b r e i t e n P a l e t t e der T h e m a t i k die A k t u a l i t ä t der Z u s a m m e n s t e l l u n g zu zeigen. So l a u t e n einige T i t e l : S a n d ; — Das E r d i n n e r e ; — Die E n t stehung untermeerischer Täler; — Radiokarbone Datierun-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Hett 11

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Besprechungen und Referate

g e n ; — Zirkulation der Ozeane; — Der U r s p r u n g von G r a n i t ; — B o d e n ; — P r ä k a m b r i s e h e Tiere; — Mikropaläontologie; — Krisen in der Geschichte des L e b e n s ; — Die B e s t ä t i g u n g der K o n t i n e n t a l d r i f t . N e b e n der Vielseitigkeit des I n h a l t s beider B ä n d e ist die reichhaltige Illustrierung jedes Aufsatzes h e r v o r z u h e b e n . F o t o s , Tabellen, einprägsame Skizzen u n d Blockbilddarstellungen wechseln m i t e i n a n d e r ab. K a r t e n u n d Zeichnungen sind o f t f a r b i g wiedergegeben. Die Aufsätze bieten auch u n s e r e n Geowissenschaftlern vielfältige A n r e g u n g e n u n d m a c h e n m i t wichtiger a m e r i k a n i s c h e r Originalliteratur b e k a n n t . Der Verlag h a t die beiden B ä n d e gediegen a u s g e s t a t t e t . K . DETTE GIGOUT, M .

Recherche sur le Quaternaire du Bas-Dauphiné et du Rhône moyen P a r i s : B u r e a u de Recherches géologiques et minières, Mémoires, Nr. 65, 1969. 91 S., 19 Fig., 2 Tab., 1 geol. K a r t e Die A r b e i t ist als E r g e b n i s einer nochmaligen d r e i m o n a t i gen G e l ä n d e a r b e i t in den Gebieten v o n L y o n , Valence u n d der B a s - D a u p h i n é die F o r t f ü h r u n g u n d Z u s a m m e n f a s s u n g f r ü h e r e r V e r ö f f e n t l i c h u n g e n des Verf., v o n d e n e n je zwei in den J a h r e n 1960, 1964 u n d 1965 erschienen sind. Die Bed e u t u n g der jetzigen V e r ö f f e n t l i c h u n g liegt in der speziellen D a r s t e l l u n g sämtlicher b e o b a c h t e t e n Einzelheiten u n d in der B e u r t e i l u n g des Wahrscheinlichkeitsgrades der gegebenen I n t e r p r e t a t i o n e n . M a n c h e G e d a n k e n sind bereits im vorh a n d e n e n S c h r i f t t u m g e ä u ß e r t , v o n d e m im L i t e r a t u r n a c h weis lediglich 42 Titel a u f g e f ü h r t sind. Auf eine kritische Analyse der vielen z. T. r e c h t gegensätzlichen A n s i c h t e n h a t der Verf. in diesem R a h m e n weitgehend verzichtet. Die geologische K a r t e 1 : 200000 u m f a ß t das Gebiet v o n nördlich L y o n bis südlich Valence. Auf diesem in N—SR i c h t u n g 130 k m langen u n d in W — E - R i c h t u n g 15 bis 60 k m breiten A u s s c h n i t t sind i m allgemeinen östlich der R h ô n e glaziale u n d fluviatile Bildungen des Pleistozäns dargestellt. Der T e x t ist in 7 K a p i t e l gegliedert; in 6 v o n i h n e n w e r d e n die Verhältnisse der einzelnen Gebiete geschildert. Das S c h l u ß k a p i t e l e n t h ä l t eine kurze Z u s a m m e n f a s s u n g u n d vergleichende B e t r a c h t u n g e n . I m Bièvre-Valloire lagen, wie a u c h im weiteren U n t e r suchungsgebiet, zu Beginn des Pleistozäns m i o z ä n e u n d pliozäne Sedimente, u n t e r denen die verfestigte, a b e r wenig w i d e r s t a n d s f ä h i g e , aus tonigen S a n d e n b e s t e h e n d e miozäne Molasse die H a u p t r o l l e spielt. Über sie sind drei Eisvorstöße hinweggegangen, die m i t gewissen V o r b e h a l t e n stratig r a p h i s c h eingeordnet u n d m i t Mindel-, R i ß - u n d W ü r m vereisung parallelisiert werden. Die Mindelgletscher sind a m weitesten v o r g e r ü c k t . J e d e m M a x i m u m e n t s p r i c h t eine, d e m Mindel e n t s p r e c h e n zwei bis in das R h ô n e t a l Zu verfolgende H a u p t t e r r a s s e n . I m Mindel vereinigen sich i m BièvreValloire zwei Gletscher, n a c h deren R ü c k z u g eine oberflächige R o t f ä r b u n g ausgebildet wird. I m Riß liegt das Tal ebenfalls u n t e r zwei sich aber n i c h t m e h r vereinigenden Gletschern. E i n höherer r o t e r B o d e n bildet sich auf den R i ß m o r ä n e n . Die Gletscher der W ü r m v e r e i s u n g r ü c k t e n noch weniger weit v o r ; ihr Material bildet eine 3. Ebene, auf d e r w i e d e r u m ein r o t e r B o d e n entwickelt ist. I m Tal der u n t e r e n Isère u n d ihren N e b e n t ä l e r n sind neben Mindel- u n d R i ß t e r r a s s e u n d Moränenresten die drei W ü r m terrassen besonders g u t ausgebildet. A u s f ü h r l i c h w e r d e n die einzelnen T e r r a s s e n b i l d u n g e n des P i é m o n t östlich v o n Vercors beschrieben, die G e o d y n a m i k ihrer Bildung u n t e r s u c h t u n d in einer Synthese die Zugehörigkeit der vielen, o f t n u r geringflächigen Terrassenreste d i s k u t i e r t u n d ihre zeitliche E i n s t u f u n g v o r g e n o m m e n . Dabei wird der Löß v o n Saint-Vallier in Ü b e r e i n s t i m m u n g m i t F. BOURDIER (1961, 1965) einer zweiten altpleistozänen Kaltzeit zugeschrieben. D a s Villafranca erscheint hier also als zwei d u r c h ein Interglazial g e t r e n n t e Kaltzeiten. Die E b e n e v o n L y o n u m f a ß t gleichfalls aus miozäner Molasse a u f g e b a u t e Gebiete. W i e i m Bièvre-Valloire sind m e h r e r e M o r ä n e n b i l d u n g e n ineinandergeschachtelt. Vor den ersten Hügeln des Z e n t r a l massivs liegen R e s t e v o n S t i r n m o r ä n e n , wahrscheinlich des Mindelvorstoßes. A u c h Zwischen L y o n u n d Vienne sind G r u n d m o r ä n e n u n d fluvioglaziale Bildungen des Mindelvorstoßes f o r m b e s t i m m e n d . Die Ablagerungen des g u t Zu verfolgenden Rißgletschers liegen v o n 310 m bei G r e n a y bis in 200 m N N östlich L y o n . Aus d e m R i ß - W ü r m - I n t e r -

glazial sind ein h ä u f i g r o t g e f ä r b t e r Paläosol u n d k r y o t u r b a t e S t r u k t u r e n b e k a n n t . Das W ü r m hinterließ a m O s t r a n d der L y o n e r E b e n e Moränenhügcl. I m Gebiet v o n Vienne gelang es, d u r c h Analyse einer alten P l a t t f o r m d e n R a n d der Mindelvereisung festzulegen und ihre Lage u n t e r d e m Villaf r a n c a - P l a t e a u zu erkennen. I n K a r t e n , Profilen u n d Tabellen w e r d e n die pleistoZänen T e r r a s s e n b i l d u n g e n der R h ô n e u n d ihrer N e b e n t ä l e r dargestellt. I m b e h a n d e l t e n Gebiet sind sicher drei Vereisungen wirks a m gewesen, die Aufgliederung des W ü r m s in drei Stadien w u r d e nachgewiesen. D a m i t k o n n t e n a u c h die größeren klimatischen V e r ä n d e r u n g e n f ü r das g e s a m t e Pleistozän e r k a n n t w e r d e n . U n t e r E i n b e z i e h u n g der bei Saint-Vallier wahrscheinlich g e m a c h t e n U n t e r g l i e d e r u n g der altpleistoz ä n e n K a l t z e i t sind i m U n t e r s u c h u n g s g e b i e t m i n d e s t e n s fünf größere K l i m a s c h w a n k u n g e n f ü r das Pleistozän a n z u s e t z e n , o h n e d a ß die älteste m i t d e m Villafranca v o n C h a m b a r a n gleichgesetzt werden k o n n t e . Die vorliegende Studie verfolgt Ablauf u n d E n t w i c k l u n g des Pleistozäns i m Gebiet der m i t t l e r e n R h ô n e u n d einiger N e b e n t ä l e r . Aus den e n g r ä u m i g e n Regionen der b e h a n d e l t e n L a n d s c h a f t e n werden viele B e o b a c h t u n g e n v o r g e t r a g e n u n d abschließend zu einem Gesamtbild vereinigt. D e m Verf. ist es r e c h t g u t gelungen, die Fülle spezieller Einzelheiten in d e m übersichtlich gegliederten u n d k l a r e n T e x t z u s a m m e n zustellen. Das B u c h bietet f ü r Geologen, besonders f ü r Quartärgeologen, sowie f ü r G e o g r a p h e n wertvolle Hinweise ü b e r einen in seiner pleistozänen E n t w i c k l u n g s g e s c h i c h t e bisher weniger b e k a n n t e n R a u m . Das B. R . G. M. h a t d e m B u c h zugleich den in der Reihe seiner Memoiren n u n schon b e k a n n t e n gediegenen ä u ß e r e n R a h m e n gegeben. K . DETTE

Autorenkollektiv Gesammelte Beiträge der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Palacky-Universität in Olomouc Geographie - Geologie, V m , Bd. 23 Olomouc: Ü s t r e d n i k n i h o v n a prirodovedecké f a k u l t y W u r m o v a , 7, 1968. 427 S., zahlr. Abb., K a r t e n u. T a b . , Kcs 38,50 Der u m f a n g r e i c h e , m i t A b b i l d u n g e n , Tabellen u n d Ü b e r s i c h t s k a r t e n g u t a u s g e s t a t t e t e B a n d ist vorwiegend der B e h a n d l u n g v o n geographischen F r a g e n g e w i d m e t . Lediglich die d r i t t e A r b e i t , v o n LADISLAV ZAPLETAL ü b e r „Genetische u n d morphologische Klassifikation a n t h r o p o g e n e r Relieff o r m e n " greift in den Bereich geologisch-morphologischer Probleme hinein. Der Verf. gliedert die a n t h r o p o g e n bed i n g t e n O b e r f l ä c h e n f o r m e n in n e u n G r u p p e n u n d z ä h l t zu i h n e n : H a l d e n , K i p p e n , Pingen, Brüche, A b r ä u m e , agrarische Terrassen, Höhlen, D ä m m e , Deiche, Grabhügel, K u l t u r hügel, T r ü m m e r b e r g e etc. Die G r u n d s ä t z e der a n t h r o p o genen Geomorphologie werden h e r a u s g e a r b e i t e t . I n einer k u r z e n Übersicht erfolgt eine Gegenüberstellung der E r kenntnisse in dieser Spezialdisziplin Zwischen d e n Wissens c h a f t l e r n der CSSR u n d des Auslands. K . KAUTER LOMBARD, J . (Hrsg.) i m A u f t r a g d e r AS G A u n d U N E S C O Carte minérale de l'Afrique 1:10000000 Paris 1969, U N E S C O , F 35 N a c h der 1964 v e r ö f f e n t l i c h t e n Geologischen K a r t e v o n A f r i k a u n d der 1968 erschienenen T e k t o n i s c h e n K a r t e v o n A f r i k a g a b die "Association des Services Géologiques Afric a i n s " (ASGA) g e m e i n s a m m i t der U N E S C O eine L a g e r stättenkarte von Afrika im Maßstab 1 :10000000 heraus. I n dieser K a r t e sind, a u s g e d r ü c k t in 10 F a r b e n , a n n ä h e r n d 600 L a g e r s t ä t t e n dargestellt. V o n 47 a f r i k a n i s c h e n S t a a t e n h a b e n 39 eingehende I n f o r m a t i o n e n zu diesem W e r k beigesteuert. A n g a b e n ü b e r Kohlenwasserstoffe s t a m m e n a u s I n f o r m a t i o n s q u e l l e n des a f r i k a n i s c h e n Zweigs einer a u s l ä n d i s c h e n Erdölgesellschaft. I n einer zu d e m K a r t e n w e r k g e h ö r e n d e n B r o s c h ü r e sind die M i n e r a l p r o d u k t i o n e n pro L a n d u n d S u b s t a n z f ü r das J a h r 1966 aufgezeichnet. D a n e b e n f i n d e n sich eine Bibliographie u n d e x a k t e A n g a b e n ü b e r die Quellen, n a c h d e n e n diese A r b e i t z u s a m m e n g e s t e l l t w u r d e .

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Helt 11 Besprechungen und Referate F ü r die S c h l u ß r e d a k t i o n zeichnet n e b e n a n d e r e n b e k a n n t e n L a g e r s t ä t t e n k u n d l e r n JEAN LOMBARD. Das G e s a m t w e r k b i e t e t einen ausgezeichneten Überblick ü b e r die derzeitigen Kenntnisse afrikanischer Lagerstätten. K. KATTTER PODMAROFF, P .

The application of Computer techniques to exploration for oil and gas „ J o u r n a l of t h e I n s t i t u t e of P e t r o l e u m " , L o n d o n , J g . 55 (1969), H . 541, S. 1 4 - 2 1 , 5 A b b . Die C o m p u t e r t e c h n i k wird m i t z u n e h m e n d e m E r f o l g in der E r d ö l - E r d g a s - E r k u n d u n g eingesetzt, da hier ü b e r l ä n gere Z e i t r ä u m e große D a t e n m e n g e n verschiedener A r t a n fallen, die m a n u e l l in der Regel n u r oberflächlich v e r a r b e i t e t w e r d e n k ö n n e n . Besondere B e d e u t u n g k o m m t der Speiclier u n g v o n B o h r l o c h d a t e n zu (Bohrlochbezeichnung, Lage, Höhe, Klassifikation, Z u s t a n d , E n d t e u f e , erzielte P r o d u k tion, D r ü c k e , Ergebnisse der Kern-, Gas-, Ol-, W a s s e r analysen, A n g a b e n ü b e r a u s g e f ü h r t e B o h r l o c h m e s s u n g e n , s t r a t i g r a p h i s e h e , lithologische, paläontologische, ökonomische A n g a b e n usw.). F ü r den z w e c k m ä ß i g e n A u f b a u eines solchen „basic well d a t a s y s t e m " , mögliche E r g ä n z u n g e n u n d die A r t , wie das S y s t e m auf d e m n e u e s t e n S t a n d zu h a l t e n ist, w e r d e n wertvolle Hinweise gegeben. Es ist zweckmäßig, möglichst f r ü h z e i t i g m i t der D a t e n s p e i c h e r u n g zu beginnen, u m zu v e r m e i d e n , d a ß zu einem s p ä t e r e n Zeitp u n k t i m m e n s e D a t e n m e n g e n vorliegen, deren P r ä p a r i e r u n g — z. B. auf L o c h k a r t e n — u m s t ä n d l i c h u n d z e i t r a u b e n d wäre. I m ü b r i g e n wird d a v o r g e w a r n t , zu viele Detailinform a t i o n e n zu speichern, die selten g e n u t z t werden, da diese das S y s t e m n u r belasten u n d v e r t e u e r n . Die d e r a r t gespeicherte I n f o r m a t i o n k a n n auf vielfältige Weise g e n u t z t w e r d e n , wobei die L i e f e r u n g einfacher Berichte, z. B. ökonomischen oder geologischen I n h a l t s , d u r c h D a t e n a u s z ü g e („report generation") v o n d e n spezielleren u n d komplizierteren geologischen A n w e n d u n g e n u n t e r schieden wird. Die maschinelle A u f z e i c h n u n g geologischer (z. B. Isopachen-) K a r t e n , gegebenenfalls k o m b i n i e r t m i t maschineller W e i t e r v e r a r b e i t u n g der P r i m ä r d a t e n , e r ö f f n e t Möglichkeiten, die die der m a n u e l l e n V e r a r b e i t u n g der D a t e n weit übersteigen. K. LEHNERT

Autorenkollektiv Deep Sea Drilling Project staff Deep Sea Drilling Project. Leg 2 „ G e o t i m e s " , J g . 14, Nr. 3 (1969), S. 1 1 - 1 2 U b e r die a m 25. Nov. 1968 b e e n d e t e 2. Reise des Bohrschiffs „ G l o m a r Challenger" im R a h m e n des Deep Sea Drilling P r o j e c t w u r d e n im M ä r z - H e f t v o n „ G e o t i m e s " einige b e m e r k e n s w e r t e A n g a b e n g e m a c h t . Das Ziel dieser Reise v o n New Y o r k n a c h D a k a r , Senegal, war, ein d u r c h B o h r u n g e n belegtes Profil v o n N o r d a m e r i k a ü b e r d e n M i t t e l a t l a n t i s c h e n R ü c k e n n a c h W e s t e u r o p a zu schaffen. Auf den B o h r p u n k t e n 8 bis 12 w u r d e n 10 B o h r u n g e n in W a s s e r t i e f e n v o n 3 5 7 1 bis 5 1 8 4 m n i e d e r g e b r a c h t . Bei einer G e s a m t t i e f e der zwischen 21,3 u n d 835,5 m tiefen B o h r u n g e n v o n 3023,1 m w u r d e n 641,1 m g e k e r n t u n d d a v o n 208 m , d. h. rd. 3 2 , 5 % , ausg e b r a c h t . I n d e n einzelnen B o h r u n g e n s c h w a n k t e n die L ä n gen der a u s g e b r a c h t e n B o h r k e r n e zwischen 2,7 u n d 76,5 m . Die auf den F l a n k e n des M i t t e l a t l a n t i s c h e n R ü c k e n s angesetzten B o h r u n g e n 10 u n d 11 ergaben i m wesentlichen f o r a m i n i f e r e n f ü h r e n d e n Kreideschlick. I n der tiefer angesetzten B o h r u n g 10 w u r d e n d a r i n z u o b e r s t einige zeolithische T o n e i n s c h a l t u n g e n a n g e t r o f f e n u n d i m u n t e r e n Teil h ä u f i g D o l o m i t r h o m b o e d e r b e o b a c h t e t . Schließlich folgten h a l b v e r f e s t i g t e kalkige S e d i m e n t e der Kreide ü b e r Basalt. I m h ö h e r a n g e s e t z t e n B o h r p u n k t 11 w u r d e n kalkige S e d i m e n t e des Miozäns ü b e r B a s a l t a n g e t r o f f e n . Die in den ozeanischen Becken beiderseits des Mittela t l a n t i s c h e n R ü c k e n s a n g e s e t z t e n B o h r u n g e n 8 u n d 12 d u r c h s a n k e n q u a r t ä r e n u n d j u n g t e r t i ä r e n foraminiferenf ü h r e n d e n Schlick u n d e n d e t e n in eozänen R a d i o l a r i t e n , die b e i m B o h r p u n k t 8 m i t aller Vorsicht als der w e i t v e r b r e i t e t e seismische H o r i z o n t A angesprochen w e r d e n k ö n n e n . I m Bohrloch 12 w u r d e n noch ü b e r den eozänen R a d i o l a r i t e n

607 fossilarme zeolitliischc Tiefseetone m i t T u f f e i n s c h a l t u n g e n festgestellt. Der B o h r p u n k t 9 w u r d e auf der O s t f l a n k e der B e r m u d a E r h e b u n g gewählt, die d u r c h das S ü d e n d e der Sohm-Tiefs e c - E i n e b n u n g (Sohm Abyssal Piain) v o n d e m M i t t e l a t l a n t i schen R ü c k e n g e t r e n n t ist. Hier w u r d e n kalkige Sedimente der Oberkreide festgestellt, die n a c h u n t e n in einen m ä c h t i g e n (610 m) A b s c h n i t t zeolithisclier Tiefseetone übergehen, die n u r selten schlecht e r h a l t e n e Fossilien f ü h r e n . I m oberen Teil der B o h r u n g w u r d e n R a d i o l a r i t e des u n t e r e n u n d m i t t leren E o z ä n s a n g e t r o f f e n . Die vorläufigen Ergebnisse der 2. Reise scheinen die H y p o t h e s e der sich a u s b r e i t e n d e n Ozeane zu b e s t ä t i g e n , v o r a u s g e s e t z t , d a ß die in d e n B o h r u n g e n a n g e t r o f f e n e n B a s a l t e der ozeanischen K r u s t e z u g e r e c h n e t w e r d e n k ö n n e n u n d n i c h t b a s a l t i s c h e n E r g ü s s e n entsprechen, die älteren S e d i m e n t e n eingeschaltet sind. W e i t e r h i n ist b e m e r k e n s w e r t , d a ß sowohl i m westlichen als a u c h im östlichen A t l a n t i k Becken R a d i o l a r i t h o r i z o n t c des u n t e r e n bis m i t t l e r e n E o z ä n s festgestellt w e r d e n k o n n t e n , w o r a u s sich gleichartige A b l a g e r u n g s b e d i n g u n g e n in dieser Zeit ergeben. Inzwischen ist a m 23. J a n u a r l 9 6 9 die 3. Reise der „ G l o m a r Challenger" in Rio de J a n e i r o erfolgreich b e e n d e t worden, w o d u r c h ein Profil ü b e r den südlichen Teil des Mittelatlantischen R ü c k e n s gewonnen w u r d e . H . REH STEPANJANZ, A . A .

Oberflächenaktive Stoffe, ihre Bedeutung und Anwendung beim Aufschluß von produktiven Schichten nnd Testen von Bohrungen Verlag N e d r a , Moskau 1968, S. 241—269 (aus: „ A u f s c h l u ß p r o d u k t i v e r Schichten") D e m E i n s a t z v o n o b e r f l ä c h e n a k t i v e n S t o f f e n wird wissenschaftlich u n d p r a k t i s c h e r h ö h t e A u f m e r k s a m k e i t ges c h e n k t , u m eine V e r r i n g e r u n g der schädlichen E i n w i r k u n g der S p ü l u n g auf die Durchlässigkeit der p r o d u k t i v e n Schicht e n u n d d a d u r c h bessere Test- u n d F ö r d e r b e d i n g u n g e n zu erreichen. N a c h REBINDER erfolgt eine E i n t e i l u n g der T e n side n a c h i h r e m chemischen A u f b a u u n d i h r e m E i n s a t z . W e i t e r e U n t e r s u c h u n g e n lassen Schlußfolgerungen ü b e r die A u f g a b e , die W i r k u n g u n d den Mechanismus^ bei der Verd r ä n g u n g des Wassers d u r c h das Öl oder des Öls d u r c h das W a s s e r d u r c h Tenside zu. Die b e s t e n Ergebnisse sind d a b e i v o n wasserlöslichen Tensiden zu e r w a r t e n , die a n der F e s t stoffoberfläche chemisch adsorbiert w e r d e n u n d eine n e u e h y d r o p h o b e Oberfläche bilden. A n h a n d einer Z u s a m m e n s t e l l u n g der b e k a n n t e n A r b e i t e n auf diesem Gebiet w e r d e n einige spezielle P r o d u k t e , wie U F E 8 u n d K A U F E 14, ausgewählt u n d i h r e W i r k u n g bei der S e n k u n g der O b e r f l ä c h e n s p a n n u n g e r l ä u t e r t . Eine m i n i m a l e S c h a u m b i l d u n g wird beim E i n s a t z in B o h r s p ü l u n g e n gefordert. Die g e s a m t e A b g a b e des O k l a h o m a Erdöls aus d e m S a n d s t e i n beim Z u s a t z v o n n i c h t i o n o g e n e n Tensiden war 7 8 , 1 % , bei k a t i o n e n a k t i v e n 7 1 , 2 % u n d bei a n i o n e n a k t i v e n 68,7%. B. HEYNE KANTAKUSEN, A . W . , & N . A . LTJZENKO

Zur Frage der Festigkeit von Tamponagezementen „ N e f t j a n o j e c h o s j a i s t w o " , (1967), Nr. 3, S. 31—33 Bei der Ü b e r a r b e i t u n g der G O S T - N o r m 1581—63 w u r d e die Festigkeit des Z e m e n t e s n i c h t b e r ü c k s i c h t i g t . A u s g e h e n d v o n A r b e i t e n v o n FERRIS in den U S A wird festgestellt, d a ß die F e s t i g k e i t s a n f o r d e r u n g e n der G O S T - N o r m zu hoch sind. Die U n t e r s u c h u n g e n verschiedener A u t o r e n zeigen ü b e r e i n s t i m m e n d , d a ß eine möglichst hohe D i c h t h e i t des Z e m e n t m a n t e l s wichtiger ist als die E i n h a l t u n g b e s t i m m t e r Festigkeitswerte. Die A n w e n d u n g v o n spezifischen Z e m e n t mischungen m i t verschiedenen mineralischen Z u s ä t z e n wird d a d u r c h ebenfalls erschwert. Bei der B e t r a c h t u n g der F e s t i g k e i t e n des Z e m e n t s m ü s s e n vor allen Dingen F r a g e n ü b e r den C h a r a k t e r u n d die Größe der bei den verschiedenen B e l a s t u n g e n des Z e m e n t m a n t e l s a u f t r e t e n d e n S p a n n u n g e n g e k l ä r t w e r d e n . Hierzu m u ß ebenfalls die U n t e r s u c h u n g s m e t h o d i k der B o h r l o c h z e m e n t e überarbeitet werden. K . SCHULZE

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Informationen

Informationen Mineralreichtuin des Fernen Ostens der UdSSR

Erdölsuche vor der Küste Japans

U n t e r d e m Begriff F e r n e r Osten der U d S S R sind die Gebiete v o n P r i m o r j e , Chabarowsk, A m u r , K a m t s c h a t k a , Mag a d a n u n d Sachalin z u s a m m e n g e f a ß t . Diese Region, gek e n n z e i c h n e t d u r c h einen ä u ß e r s t komplizierten geologischen B a u , r a g t d u r c h ihre Vielfalt a n L a g e r s t ä t t e n mineralischer R o h s t o f f e hervor. Hier liegen die e r t r a g r e i c h s t e n Zinnlagers t ä t t e n , aus d e n e n 9 5 % der g e s a m t e n Z i n n p r o d u k t i o n des L a n d e s s t a m m e n . Es k o m m e n sowohl Vererzungen der Kassit e r i t - S u l f i d - F o r m a t i o n als a u c h der K a s s i t e r i t - Q u a r z - F o r m a t i o n vor. Besonders b e k a n n t sind die L a g e r s t ä t t e n D e p u t a t s koje, M j a o t s c h a n u n d Chingan. Die V o r r ä t e a n Eisenerz in diesem Gebiet w e r d e n f ü r die Klassen A, B u n d Cj m i t 417 Mill. t angegeben. Schließt m a n die C 2 -Vorräte ein, d a n n b e t r a g e n sie 565 Mill. t . I n der H a u p t s a c h e h a n d e l t es sich dabei u m p r ä k a m b r i s c h e Magnetiterze. Als besonders b e a c h t e n s w e r t e L a g e r s t ä t t e n sind Gavinsk u n d K i m k a n s k zu n e n n e n . A u ß e r d e m f i n d e n sich in dieser Region b e d e u t e n d e L a g e r s t ä t t e n v o n Gold, Blei-Zink u n d W o l f r a m , Quecksilber, Steinkohle, B r a u n k o h l e , Erdöl, Schwefel u n d k e r a m i s c h e n R o h s t o f f e n . Es soll nicht vergessen sein, d a ß in letzter Zeit die geothermischen Energiequellen hier eine i m m e r größere Rolle spielen.

Die eigene P r o d u k t i o n J a p a n s an E r d ö l u n d E r d g a s ist 1967 m i t 5,5 Mill. b b l ä u ß e r s t gering. Der Anreiz, im eigenen L a n d e selbst n a c h K o h l e n w a s s e r s t o f f k o n z e n t r a t i o n e n zu suchen, ist wegen der geologischen S t r u k t u r der Inseln a u c h n i c h t sehr groß. B e d e u t e n d i n t e r e s s a n t e r in dieser Hinsicht sind gewisse Bereiche vor den K ü s t e n . Hier zeichnen sich vor allem folgende Gebiete als höffig a b (Abb.):

öcMsfeh«

D Qj

t

a

Slitter Oieon

Neuerscheinungen und Literaturhinweise Matheron, G.

JAPAN

G r u n d l a g e n der a n g e w a n d t e n Geostatistik Isd-wo Mir, Moskau 1968. - 480 S., 50 Tab. (aus dem Franz.)

Oleinikow, A. N., & J. I. Michailowa Die V e r w e n d u n g v o n L o c h k a r t e n in der Geologie Isd-wo Nedra, Leningrad 1968. - 168 S., 44 Abb., 6 Tab. A b b . Lage der Offshore-Suchgebiete u m J a p a n

Weklin, M. P. S t r a t i g r a p h i e der L ö ß f o r m a t i o n e n in der U k r a i n e u n d den angrenzenden Ländern Isd-wo Nauk dumka, Kiew 1968. - 240 S., 97 Abb., 12 Tab. Autorenkollektiv D a s Q u a r t ä r auf d e m Gebiet der USA, Bd. 1 Isd-wo Mir, Moskau 1968. - 696 S. (aus dem Engl.) MlLLOT, G. Geologie der Tone. V e r w i t t e r u n g , S e d i m e n t a t i o n u n d Geochemie Isd-wo Nedra, Leningrad 1968. - 360 S., 65 Abb., 15 Tab., 12 Tat. (aus dem Franz.)

1. das Gebiet nördlich der Insel H o k k a i d o in der LaperouseStraße, zwischen H o k k a i d o u n d der Insel Sachalin; 2. die W e s t k ü s t e der Insel H o n s c h u , im Bereich der S t ä d t e Akita und Niigata; 3. die S t r a ß e v o n K o r e a v o n den Oki-Inseln an ü b e r die Inseln Tuschima, die Goto-Inseln bis weiter südlich der D a n tscho-Inseln; 4. die W e s t k ü s t e der Insel K j u s c h u , vor allem die B u c h t v o n Nagasaki. T a b . Bisherige U n t e r w a s s e r b o h r l e i s t u n g e n Anzahl

Lokalität

1966

4

Küste von Niigata

Felderweiterungen des Landerdgasfeldes Kubiki

2 Erdgas 2 trocken

1967

4 1

? bei Akita

Suchbohrungen Schichtenerkundungsbohrung

trocken

1968

1

vor Niigata

Suchbohrung

Ossipow, W. I. E r m i t t l u n g der Dichte u n d F e u c h t i g k e i t v o n Böden aus der Streuung von Gammastrahlen und Neutronen Isd-wo Mosk. uniw., Moskau 1968. - 160 S., 68 Abb., 27 Tab. Autorenkollektiv E r k u n d u n g s g e o p h y s i k . 25. Folge Isd-wo Nedra, Moskau 1968. - 116 S.

Charakter

Jahr

Ergebnis

? (Angaben nach PPS, 2/69)

Autorenkollektiv Kristallchemie (Ergebnisse der W i s s e n s c h a f t 1966) Isd-wo WINITI, Moskau 1968. - 176 S. Autorenkollektiv P r o b l e m e des K r i s t a l l w a c h s t u m s Isd-wo Mir, Moskau 1968. - 392 S. (aus dem Engl.)

A m weitesten f o r t g e s c h r i t t e n ist die U n t e r s u c h u n g des Nordteils des u n t e r 3. g e n a n n t e n Gebiets m i t einer B r e i t e v o n ü b e r 100 k m u n d einer L ä n g e n e r s t r e c k u n g v o n ca. 600 k m . Diese Zone w u r d e 1968 bereits a e r o m a g n e t i s c h vermessen. Mitte dieses J a h r e s sollen regionale seeseismische Messungen folgen. Sie gehen 1970 in seeseismische Spezialvermessungen über. Die erste S u c h b o h r u n g bei einer W a s s e r -

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 11

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Informationen tiefe v o n 100 bis 200 m wird nicht vor 1970/1971 möglich sein. Die bisherigen F u n d e v o n K o h l e n w a s s e r s t o f f l a g e r s t ä t t e n im L a n d u n d a n der K ü s t e sind wenig bedeutungsvoll. Die einzige entwickelte größere U n t e r w a s s e r e r d ö l l a g e r s t ä t t e ist die v o n Tsutschisaki, u n m i t t e l b a r a n der K ü s t e v o n A k i t a . W e i t e r e F u n d p u n k t e i m K ü s t e n b e r e i c h sind N i j g a t a u n d K a s c h i w a s a k i . Es b e s t e h t auch eine kleine F ö r d e r u n g auf Hokkaido. Zur Entwicklung der Erdöl-Erdgas-Industrie von l.cbta I m P e t s c h o r a b e c k e n , im N der U d S S R , sind seit d e m 16. J a h r h u n d e r t Kohlenwasserstofflagerstätten bekannt. Trotz des A b t e u f e n s v o n e t w a 30 weiteren S u c h b o h r u n g e n k o n n t e n bis z u m J a h r e 1917 keine wesentlich n e u e n L a g e r s t ä t t e n d o r t e n t d e c k t w e r d e n . E r s t als E r g e b n i s intensiver geologischer V o r a r b e i t e n , die sich vor allem auf das J a h r 1929 k o n z e n t r i e r t e n , w u r d e 1930 d o r t die erste b e d e u t e n d e Lagers t ä t t e erschlossen. Seit dieser Zeit k o n n t e n in diesem Gebiet viele weitere E r d ö l - u n d E r d g a s l a g e r s t ä t t e n nachgewiesen w e r d e n . Die g r ö ß t e E r d ö l l a g e r s t ä t t e ist W e s t t e b u k i m S der Pctschoradepression. Mit V o r r ä t e n v o n ü b e r 200 Mrd. m 3 E r d g a s u n d 60 bis 70 Mill. t K o n d e n s a t ist W u k t y l i m oberen P e t s c h o r a b e c k e n der V o r u r a l s e n k e die g r ö ß t e Erdgaslagers t ä t t e dieser Provinz. Bis 1970 soll die jährliche E r d g a s f ö r d e r u n g d o r t auf 8 bis 10 Mrd. m 3 ansteigen. Wachsendes Interesse an Offshore-Gebieten um Nordamerika Die P r o d u k t i o n aus E r d ö l l a g e r s t ä t t e n in d e n b e k a n n t e n Offshore-Gebieten u m N o r d a m e r i k a n i m m t zu. Derzeit w e r d e n allein in den USA 143000 t täglich gewonnen. Mexikanische I n t e r e s s e n t e n v e r s u c h e n z. Z., die b e r ü h m t e L a g e r s t ä t t e v o n Golden L a n e i m Offshore-Bereich des Golfs v o n Mexiko zu e r k u n d e n . I n K a n a d a zeigt m a n f ü r P r o j e k t e zur U n t e r s u c h u n g der N e u f u n d l a n d b a n k , der H u d s o n b a y u n d der K ü s t e n g e b i e t e vor British Columbia u n d den a r k t i s c h e n Inseln große A u f m e r k s a m k e i t . Die USA selbst k o n z e n t r i e r e n ihre S u c h t ä t i g k e i t auf den Golf v o n Mexiko e n t l a n g der K ü s t e v o n Louisiana. H i e r sind augenblicklich 115 B o h r p l a t t f o r m e n eingesetzt, gegenüber v o n n u r sechs Anlagen, die vor T e x a s b o h r e n . D a s Interesse e r s t r e c k t sich a u c h auf die K ü s t e n b e r e i c h e v o n Mississippi und Alabama. I n Alaska liegt der S c h w e r p u n k t der A r b e i t e n i m CookInlet-Becken, in d e m weitere b e d e u t e n d e F u n d e e r w a r t e t werden. SFB Jugoslawien forciert Erdölproduktion Die S F R Jugoslawien w i d m e t i h r e r E r d ö l w i r t s c h a f t besondere A u f m e r k s a m k e i t . Dies gilt vor allem f ü r das a u t o n o m e Gebiet Voivodina, in d e m erst 1945 Such- u n d Erkundungsarbeiten nach Kohlenwasserstoffen aufgenommen w o r d e n sind. H i e r soll die P r o d u k t i o n 1970 rd. 800000 t pro J a h r ergeben. D a s e n t s p r i c h t einem D r i t t e l der derzeitigen F ö r d e r u n g des G e s a m t g e b i e t s des jugoslawischen S t a a t e s . Gleichzeitig sind die R e k o n s t r u k t i o n u n d Modernisierung der ä l t e s t e n u n d g r ö ß t e n E r d ö l r a f f i n e r i e n des L a n d e s abgeschlossen w o r d e n . H i e r k ö n n e n n u n jährlich 1,5 Mill. t R o h ö l v e r a r b e i t e t w e r d e n . Die G e s a m t k a p a z i t ä t d ü r f t e 1970 bereits 15,7 Mill. t erreichen. D a b e i wird sich folgendes Bild ergeben: R a f f i n e r i e Bosanski-Brod ,, Pancevo ,, Rijeka Sisak ,, B a r (projektiert) Novi Sad

3 Mill. t 3 ,, 4,2 „ 3,2 „ 1,5 ,, 0,8 „

Profil der Tiefbohrung Kroäniewice IG—1 Die T i e f b o h r u n g KroÄniewice IG—1, a n g e s e t z t in einem S a t t e l der S t r u k t u r K u t n o , i m Bereich der K u j a w i s c h e n Schwelle in der V R Polen, h a t folgendes geologische Profil durchteuft: 0— 61 m Q u a r t ä r — 225 m Oberer J u r a — 925 m Mittlerer J u r a

—2096 m —2248 m —2475 m —3 730 m —4490 m —4717 ( E ) m

Unterer Jura Trias — Oberes R h ä t Unteres R h ä t Oberer K e u p e r Unterer Keuper Muschelkalk

Die U n t e r s u c h u n g e n h a b e n b e s t ä t i g t , d a ß halokinetische Prozesse bereits i m Muschelkalk einsetzten. Zu Salzaufstiegen k a m es zu E n d e der U n t e r e n Gips-Serie des Oberen K e u p e r s . W e i t e r e Aufstiegsbewegungen sind a n der Grenze K e u p e r / R l i ä t u n d m e h r f a c h i m Mittleren u n d Oberen J u r a b e k a n n t geworden. N a c h A u s w e r t u n g der seismischen D a t e n k a n n m i t Gesteinen des Präzechsteins erst v o n 7500 m T e u f e a n gerechnet w e r d e n . Eisenerze Venezuelas Die jährliche E i s e n e r z f ö r d e r u n g Venezuelas liegt bei 35 Mill. t . Die b e d e u t e n d s t e n E i s e n e r z l a g e r s t ä t t e n b e f i n d e n sich i m s o g e n a n n t e n „ E i s e n d r e i e c k " v o n Bolivar. Die E r z e sind d e n e n v o n I t a b i r a , Brasilien, u n d N i m b a , Liberia, ähnlich. Bisher w u r d e n u r das kleinere Revier gründlich u n t e r s u c h t , das v o n S a n Isidro. Es u m f a ß t 285 k m 2 . Hier k o n n t e n 522 Mill. t „ s i c h e r e " u n d 267 Mill. t „ w a h r s c h e i n l i c h e " V o r r ä t e festgestellt w e r d e n . I h r Eisengehalt b e t r ä g t 5 8 % ; der SiO a -Gehalt liegt u n t e r 3 % . W e i t e r e 780 Mill. t Eisenerz, als „ w a h r s c h e i n l i c h e " V o r r ä t e deklariert, h a b e n einen FeGehalt v o n 4 5 % u n d einen SiO a -Gehalt v o n weniger als 2 0 % . Die Erze im Palabora-Komplex P a l a b o r a , in der S ü d a f r i k a n i s c h e n R e p u b l i k , gilt als eine k o m b i n i e r t e L a g e r s t ä t t e , in der gleichzeitig K u p f e r , P h o s p h a t , Vermiculit u n d B a d d e l e y i t a b g e b a u t w e r d e n . Bezüglich des K u p f e r s ist die Mine auf d e m W e g , einer der g r ö ß t e n T a g e b a u b e t r i e b e der W e l t zu werden. Als T r ä g e r des K u p f e r erzes wird der senkrechte, schlotförmige K a r b o n a t i t k e r n angesprochen. Als T r ä g e r des A p a t i t s gilt der r i n g f ö r m i g u m den Schlot liegende „ P h o s c o r i t " . Der Vermiculit ist a n einigen Stellen i m P y r o x e n i t , der B a d d e l e y i t i m K a r b o n a t i t u n d i m Phoscorit angereichert. D u r c h den T a g e b a u bis in eine T e u f e v o n 400 m w e r d e n m e h r als 300 Mill. t Erz e r f a ß t . Asbest im Zentralural Der a s b e s t f ü h r e n d e Bezirk v o n K r a s n o u r a l s k o j e i m Zent r a l u r a l gilt n a c h d e n n e u e s t e n Ergebnissen der geologischen U n t e r s u c h u n g s a r b e i t e n als ü b e r a u s perspektivisch. Mit S p e z i a l k a r t i e r u n g e n u n d d u r c h das A b t e u f e n v o n S t r u k t u r b o h r u n g e n k o n n t e nachgewiesen werden, d a ß sich m e h r e r e kleine Asbestlager zu einem einheitlichen großen Mineralk ö r p e r z u s a m m e n s c h l i e ß e n . Die neuerdings nachgewiesenen A s b e s t v o r r ä t e übersteigen die f r ü h e r errechneten Mengen u m das 24fache. I n s g e s a m t s c h ä t z t m a n in diesem R a u m Vorr ä t e a n Chrysotylasbest auf 25 bis 30 Mill. t . Die bei d e n geologischen A u f n a h m e n a n g e w a n d t e n M e t h o d e n z u r Neueins c h ä t z u n g v o n Gebieten m i t mineralischen R o h s t o f f e n k ö n n e n a u c h a n d e r w ä r t s in ähnlich gelagerten Fällen a n g e w a n d t werden. Neue Wege der Wasserversorgung am Niedorrhein U m den v o r allem in Ballungsgebieten s t ä n d i g steigenden W a s s e r b e d a r f zu decken, w e r d e n seit l a n g e m in verschiedenen Teilen W e s t d e u t s c h l a n d s Talsperren g e b a u t . N e b e n dieser klassischen A r t der W a s s e r b e s c h a f f u n g gibt es weniger a u f wendige V e r f a h r e n . I n j ü n g s t e r Zeit wird d a r ü b e r diskutiert, ob m a n d e n R h e i n a n z a p f e n u n d sein W a s s e r in großen Becken speichern k a n n . Der „ G r o ß e E r f t v e r b a n d " , der a n der B e s c h a f f u n g v o n W a s s e r f ü r den K ö l n e r R a u m m i t w i r k t , e r ö r t e r t bereits derartige P l ä n e des B r a u n k o h l e n b e r g b a u s , die ü b e r das J a h r 2000 hinausgehen. D e n n schon j e t z t s t e h e n große Speicherbecken im Z u s a m m e n h a n g m i t den B r a u n k o h l e n t a g e b a u e n bereit. Der s p ä t e r z u r V e r f ü g u n g s t e h e n d e S p e i c h e r r a u m wird einen R a u m i n h a l t v o n ü b e r 3 Mrd. m 3 h a b e n , w ä h r e n d alle Talsperren W e s t d e u t s c h l a n d s z u s a m m e n n u r einen G e s a m t s p e i c h e r r a u m v o n 2,4 Mrd. m 3 h a b e n . Die offenen T a g e b a u e w e r d e n sich als Trinkwasserspeicher d u r c h Z u f ü h r u n g v o n W a s s e r aus der fließenden Welle, d. h.

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Kurznachrichten

aus d e m Rhein, sehr schnell füllen lassen. Hierzu ist ein Verbindungsstollen v o m R h e i n bis zu den einstigen T a g e b a u e n g e d a c h t , der e t w a 20 k m l a n g sein w ü r d e u n d in Festgestein e n devonischen Alters vorgetrieben w e r d e n m u ß . F ü r den Stollenvortrieb k a n n eine Vortriebsmaschine eingesetzt w e r d e n , die sich bereits b e i m D u r c h s t o ß e n der Schwäbischen Alb f ü r die F e r n w a s s e r v e r s o r g u n g S t u t t g a r t s m i t Bodenseewasser b e w ä h r t h a t . D a s P r o j e k t h a t schon j e t z t , lange vor der Auskohlung, aktuelle B e d e u t u n g . D e n n bereits h e u t e steh e n f ü r die öffentliche Versorgung G r u n d w a s s e r m e n g e n z u r V e r f ü g u n g , die m a n z u r T r o c k e n h a l t u n g der T a g e b a u e abp u m p t . Sie w e r d e n j e d o c h bisher n u r zu einem geringen Teil g e n u t z t , weil S t ä d t e u n d Gemeinden den A u f w a n d f ü r die Verteilung des Wassers scheuen, w e n n zu b e f ü r c h t e n ist, d a ß das derzeitige große W a s s e r a n g e b o t n i c h t ü b e r m i n d e s t e n s 50 J a h r e a u f r e c h t e r h a l t e n w e r d e n k a n n . Die geschilderten P l ä n e j e d o c h bieten die Gewähr f ü r A n s c h l u ß p r o j e k t e , die w e i t ü b e r diesen Z e i t r a u m hinausreichen u n d die f ü r lange Zeit eine ausreichende T r i n k w a s s e r v e r s o r g u n g gewährleisten.

Murr

Das Meer als Lieferant von mineralischen Rohstoffen Die N u t z u n g des Meeres als L i e f e r a n t v o n industriell n u t z b a r e n R o h s t o f f e n ist m i t d e m A n l a u f e n eines b e a c h t e n s w e r t e n P r o j e k t e s i m R o t e n Meer in eine n e u e Phase g e t r e t e n . I m J a h r e 1965 w u r d e n erstmalig in d e m „ Z e n t r a l g r a b e n " dieses Meeresarmes in etwa 2200 m Tiefe S p u r e n v o n B u n t m e t a l l e n festgestellt. Nachfolgende U n t e r s u c h u n g e n erg a b e n folgendes detailliertes Bild. U n t e r d e m Meerwasser der Oberfläche t r e t e n h o c h k o n z e n t r i e r t e Salzlaugen auf. Die T e m p e r a t u r w u r d e m i t 58 °C e r m i t t e l t . Die E n t s t e h u n g dieser „ S a l z l a u g e n t ü m p e l " ist derzeit noch u m s t r i t t e n . U n t e r h a l b v o n i h n e n wird die L a u g e in einer schlammigen Masse m e t a l lisch. Geochemiker stellten Metallgehalte v o n 30 bis 4 0 % Eisen, 0,5bis f a s t l % K u p f e r u n d bis zu 1 0 % Zink im S c h l a m m fest. Die v o n verschiedenen Forschungsschiffen aus angestellten U n t e r s u c h u n g e n ergaben keine einheitlichen W e r t e . Die g e n a n n t e n D a t e n scheinen M a x i m a l w e r t e zu sein. A b e r a u c h m i t geringeren G e h a l t e n w ä r e n solche S c h l ä m m e als wertvolle L a g e r s t ä t t e n anzusehen, insbesondere, da ihre Mächtigkeit u n d A u s d e h n u n g sehr hoch sein sollen. Derzeit l a u f e n n e u e U n t e r s u c h u n g s a r b e i t e n . Versuche z u r G e w i n n u n g dieser Metalle w e r d e n v o r b e r e i t e t . Absolute Altersbestimmungen im Kaukasus Von der sowjetischen A k a d e m i e der W i s s e n s c h a f t e n sind i m K a u k a s u s u m f a n g r e i c h e U n t e r s u c h u n g e n ü b e r das a b solute A l t e r v o n Gesteinen v o r g e n o m m e n w o r d e n . Die Bes t i m m u n g e n w u r d e n m i t der K — A r - M e t h o d e a u s g e f ü h r t .

Z u s a m m e n f a s s e n d k ö n n e n als E r g e b n i s folgende D a t e n genannt werden: 1. känozoische A l t e r s g r u p p e 3 bis 10 Mill. J a h r e 2. mesozoische A l t e r s g r u p p e (Jura—Kreide) 120 bis 160 Mill. J a h r e 3. jungpaläozoische A l t e r s g r u p p e (Karbon—Perm) 250 bis 320 Mill. J a h r e 4. mittelpaläozoische A l t e r s g r u p p e (Devon) 340 bis 370 Mill. J a h r e 5. altpaläozoische A l t e r s g r u p p e (Kambrium—Silur) 440 Mill. J a h r e ? Böntgen-Fluoreszenzspektroskopie für Mineralanalyse Der Ekco-Mineralanalysator, eine t r a g b a r e Anlage z u r Analyse v o n E r z e n i m Gelände u n d im L a b o r , ist in Zus a m m e n a r b e i t m i t d e m I n s t i t u t e of Geological Sciences u n d der U. K. A t o m i c E n e r g y A u t h o r i t y v o n der E k c o Electronics L t d . , Southend-on-Sea, E n g l a n d , entwickelt w o r d e n . E r k a n n eine große Anzahl v o n G r u n d s t o f f e n analysieren. Bisher w u r d e n b r a u c h b a r e Ergebnisse m i t Zinn, K u p f e r , Blei, Zink, T i t a n u n d M o l y b d ä n erzielt. Die V e r w e n d u n g elektronischer I m p u l s z ä h l m e t h o d e n b i e t e t e r h ö h t e E m p findlichkeit. Dies ist besonders bei der B e s t i m m u n g des w i r t s c h a f t l i c h e n W e r t e s mindergehaltiger Erze erforderlich. Zu den besonderen A n w e n d u n g s m ö g l i c h k e i t e n gehören D a u e r a n a l y s e v o n E r z e n , die auf F ö r d e r b a n d t r a n s p o r t i e r t , oder v o n flüssigen Breien, die in R o h r e n weitergeleitet werden, u n d B e s t i m m u n g v o n M e t a l l p r o z e n t s ä t z e n in Legierungen u n d v o n Chrom- oder Nickelschichtdicken. Der neue A n a l y s a t o r wiegt n u r 6 k g (einschließlich a u f l a d b a r e r Nickel/Kadmium-Zellen). E r v e r w e n d e t Radioisotopquellen z u r E r z e u g u n g v o n R ö n t g e n s t r a h l e n oder Breitb a n d - B r e m s s t r a h l u n g . Diese bewirken bei d e n G r u n d s t o f f e n einer P r o b e die A u s s t r a h l u n g c h a r a k t e r i s t i s c h e r R ö n t g e n S e k u n d ä r s t r a h l e n , m i t t e l s der die G r u n d s t o f f e identifiziert w e r d e n k ö n n e n . Die E n e r g i e n dieser S e k u n d ä r s t r a h l u n g e n w e r d e n v o n einer F i l t e r k o m b i n a t i o n ausgesiebt u n d v o n einem Szintillator-Fotovervielfacher e r f a ß t . Die sich ergebenden I m p u l s e , die v o n einem elektronischen I m p u l s zähler gezählt werden, bilden das Maß f ü r den b e t r e f f e n d e n Grundstoff. Bei I n b e t r i e b n a h m e wird die A b t a s t r ö h r e auf die E r z probe gesetzt u n d d u r c h d e n Filter m i t h o h e r Durchlässigkeit eine Z ä h l u n g v o r g e n o m m e n , die bei a u t o m a t i s c h e r Steuer u n g 10 oder 100 S e k u n d e n oder bei manueller bis zu 1000 S e k u n d e n d a u e r t . D a n n wird f ü r dieselbe Z e i t d a u e r d u r c h d e n zweiten Filter eine Z ä h l u n g d u r c h g e f ü h r t u n d diese a u t o m a tisch v o n der ersten abgezogen. Der Z ä h l u n g s u n t e r s c h i e d , der digital angezeigt wird, r e p r ä s e n t i e r t den v o r h a n d e n e n Metallgehalt.

Kurznachrichten I n Somalia sind Uranlagerstätten e n t d e c k t worden, ü b e r die n ä h e r e A n g a b e n noch nicht vorliegen. E r s t e n B e r i c h t e n zufolge soll es sich u m b e a c h t e n s w e r t e L a g e r s t ä t t e n h a n d e l n , die a u c h Y t t r i u m u n d a n d e r e seltene Mineralien e n t h a l t e n . I m Südural sind neue m ä c h t i g e Eisenerzlagerstätten e n t d e c k t w o r d e n , d e r e n V o r r ä t e z u n ä c h s t überschläglich auf 1 Mrd. t g e s c h ä t z t werden. Die L a g e r sollen Mächtigkeiten v o n 60 bis 80 m besitzen. Die im Gebiet v o n B a t h u r s t — N e w c a s t l e , N e u b r a u n s c h w e i g , liegenden kanadischen Kupfererzlagerstätten v e r f ü g e n ü b e r V o r r ä t e v o n 4,1 Mill. t Erz;. Es h a t einen D u r c h s c h n i t t s gehalt v o n 0 , 8 2 % Cu. Der A b b a u erfolgt i m T a g e b a u . Die Itabirite des Reviers M e k a m b o in Gabun zählen Zu den unerschlossenen R o h s t o f f e n des L a n d e s . Die d o r t l a g e r n d e n V o r r ä t e w e r d e n auf 860 Mill. t Erz geschätzt. E s soll einen G e h a l t v o n 6 5 % Fe h a b e n . F ü r die B e t r e i b u n g des A b b a u s ist der B a u einer 560 k m langen B a h n s t r e c k e n o t w e n d i g . Die in Neuseeland kürzlich e n t d e c k t e n Nickellagerstätten weisen Roherze m i t G e h a l t e n v o n 2 4 , 7 7 % Ni u n d 1 9 , 6 8 % Fe a u f . Sie k ö n n e n als die reichsten der W e l t betrachtet, w e r d e n . Die l a t e r i t i s c h e n Nickelerze v o n Greenvale (Australien) sind noch n i c h t abschließend e r k u n d e t . Die K a m b a l d a - E r z e , ü b e r die wir b e r i c h t e t e n , weisen V o r r ä t e v o n 6,89 Mill. t oxidische u n d sulfidische Erze m i t 2,1 bis 3 , 6 % Ni a u f .

Die Manganerzlagerstätte M o a n d a i n Gabun ist seit 1962 in A b b a u . Es h a n d e l t sich u m lateritische V e r w i t t e r u n g s erze m i t 4 8 % Mn. Die V o r r ä t e sollen 200 Mill. t b e t r a g e n . Die gemeldete P r o d u k t i o n b e t r u g 1,3 Mill. t E r z pro J a h r . Die beiden in K a r i b i b , 160 k m nordwestlich v o n W i n d h o e k (Südwestafrika), in F ö r d e r u n g s t e h e n d e n Lithiumgraben werd e n als ä u ß e r s t ertragreich bezeichnet. M a n s c h ä t z t die V o r r ä t e d o r t auf i n s g e s a m t 1 Mill. t . Mitte 1968 w u r d e nördlich v o n E a s t L o n d o n , a n der Münd u n g des Flusses Kei, in der Südafrikanischen Bepublik, die Umenit-Butil-Zirkon-Grube Cape Morgan in Betrieb gen o m m e n . Es wird m i t einer l a u f e n d e n J a h r e s f ö r d e r u n g v o n 82000 t Roherz gerechnet. I n der kasachischen H a u p t s t a d t A l m a - A t a e n t s t e h t als eines der g r ö ß t e n der UdSSB ein Bechenzentrum f ü r geologische Forschungen. Hier sollen die Ergebnisse der geologischen U n t e r s u c h u n g e n a u s g e w e r t e t werden, a n d e n e n in dieser R e p u b l i k allein 60000 Ingenieure, W i s s e n s c h a f t l e r u n d F a c h a r b e i t e r arbeiten. Bei Gergheasa im Kreis B u z ä u w u r d e die bisher tiefste Bohrung in der SB Rumänien n i e d e r g e b r a c h t . Sie erreichte eine E n d t e u f e v o n 6200 m . Ahnliche B o h r u n g e n auf Kohlenwasserstoffe sind in den Bezirken Moldau u n d Oltenien sowie i m P r a h o v a t a l vorgesehen.

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Kurznachrichten

aus d e m Rhein, sehr schnell füllen lassen. Hierzu ist ein Verbindungsstollen v o m R h e i n bis zu den einstigen T a g e b a u e n g e d a c h t , der e t w a 20 k m l a n g sein w ü r d e u n d in Festgestein e n devonischen Alters vorgetrieben w e r d e n m u ß . F ü r den Stollenvortrieb k a n n eine Vortriebsmaschine eingesetzt w e r d e n , die sich bereits b e i m D u r c h s t o ß e n der Schwäbischen Alb f ü r die F e r n w a s s e r v e r s o r g u n g S t u t t g a r t s m i t Bodenseewasser b e w ä h r t h a t . D a s P r o j e k t h a t schon j e t z t , lange vor der Auskohlung, aktuelle B e d e u t u n g . D e n n bereits h e u t e steh e n f ü r die öffentliche Versorgung G r u n d w a s s e r m e n g e n z u r V e r f ü g u n g , die m a n z u r T r o c k e n h a l t u n g der T a g e b a u e abp u m p t . Sie w e r d e n j e d o c h bisher n u r zu einem geringen Teil g e n u t z t , weil S t ä d t e u n d Gemeinden den A u f w a n d f ü r die Verteilung des Wassers scheuen, w e n n zu b e f ü r c h t e n ist, d a ß das derzeitige große W a s s e r a n g e b o t n i c h t ü b e r m i n d e s t e n s 50 J a h r e a u f r e c h t e r h a l t e n w e r d e n k a n n . Die geschilderten P l ä n e j e d o c h bieten die Gewähr f ü r A n s c h l u ß p r o j e k t e , die w e i t ü b e r diesen Z e i t r a u m hinausreichen u n d die f ü r lange Zeit eine ausreichende T r i n k w a s s e r v e r s o r g u n g gewährleisten.

Murr

Das Meer als Lieferant von mineralischen Rohstoffen Die N u t z u n g des Meeres als L i e f e r a n t v o n industriell n u t z b a r e n R o h s t o f f e n ist m i t d e m A n l a u f e n eines b e a c h t e n s w e r t e n P r o j e k t e s i m R o t e n Meer in eine n e u e Phase g e t r e t e n . I m J a h r e 1965 w u r d e n erstmalig in d e m „ Z e n t r a l g r a b e n " dieses Meeresarmes in etwa 2200 m Tiefe S p u r e n v o n B u n t m e t a l l e n festgestellt. Nachfolgende U n t e r s u c h u n g e n erg a b e n folgendes detailliertes Bild. U n t e r d e m Meerwasser der Oberfläche t r e t e n h o c h k o n z e n t r i e r t e Salzlaugen auf. Die T e m p e r a t u r w u r d e m i t 58 °C e r m i t t e l t . Die E n t s t e h u n g dieser „ S a l z l a u g e n t ü m p e l " ist derzeit noch u m s t r i t t e n . U n t e r h a l b v o n i h n e n wird die L a u g e in einer schlammigen Masse m e t a l lisch. Geochemiker stellten Metallgehalte v o n 30 bis 4 0 % Eisen, 0,5bis f a s t l % K u p f e r u n d bis zu 1 0 % Zink im S c h l a m m fest. Die v o n verschiedenen Forschungsschiffen aus angestellten U n t e r s u c h u n g e n ergaben keine einheitlichen W e r t e . Die g e n a n n t e n D a t e n scheinen M a x i m a l w e r t e zu sein. A b e r a u c h m i t geringeren G e h a l t e n w ä r e n solche S c h l ä m m e als wertvolle L a g e r s t ä t t e n anzusehen, insbesondere, da ihre Mächtigkeit u n d A u s d e h n u n g sehr hoch sein sollen. Derzeit l a u f e n n e u e U n t e r s u c h u n g s a r b e i t e n . Versuche z u r G e w i n n u n g dieser Metalle w e r d e n v o r b e r e i t e t . Absolute Altersbestimmungen im Kaukasus Von der sowjetischen A k a d e m i e der W i s s e n s c h a f t e n sind i m K a u k a s u s u m f a n g r e i c h e U n t e r s u c h u n g e n ü b e r das a b solute A l t e r v o n Gesteinen v o r g e n o m m e n w o r d e n . Die Bes t i m m u n g e n w u r d e n m i t der K — A r - M e t h o d e a u s g e f ü h r t .

Z u s a m m e n f a s s e n d k ö n n e n als E r g e b n i s folgende D a t e n genannt werden: 1. känozoische A l t e r s g r u p p e 3 bis 10 Mill. J a h r e 2. mesozoische A l t e r s g r u p p e (Jura—Kreide) 120 bis 160 Mill. J a h r e 3. jungpaläozoische A l t e r s g r u p p e (Karbon—Perm) 250 bis 320 Mill. J a h r e 4. mittelpaläozoische A l t e r s g r u p p e (Devon) 340 bis 370 Mill. J a h r e 5. altpaläozoische A l t e r s g r u p p e (Kambrium—Silur) 440 Mill. J a h r e ? Böntgen-Fluoreszenzspektroskopie für Mineralanalyse Der Ekco-Mineralanalysator, eine t r a g b a r e Anlage z u r Analyse v o n E r z e n i m Gelände u n d im L a b o r , ist in Zus a m m e n a r b e i t m i t d e m I n s t i t u t e of Geological Sciences u n d der U. K. A t o m i c E n e r g y A u t h o r i t y v o n der E k c o Electronics L t d . , Southend-on-Sea, E n g l a n d , entwickelt w o r d e n . E r k a n n eine große Anzahl v o n G r u n d s t o f f e n analysieren. Bisher w u r d e n b r a u c h b a r e Ergebnisse m i t Zinn, K u p f e r , Blei, Zink, T i t a n u n d M o l y b d ä n erzielt. Die V e r w e n d u n g elektronischer I m p u l s z ä h l m e t h o d e n b i e t e t e r h ö h t e E m p findlichkeit. Dies ist besonders bei der B e s t i m m u n g des w i r t s c h a f t l i c h e n W e r t e s mindergehaltiger Erze erforderlich. Zu den besonderen A n w e n d u n g s m ö g l i c h k e i t e n gehören D a u e r a n a l y s e v o n E r z e n , die auf F ö r d e r b a n d t r a n s p o r t i e r t , oder v o n flüssigen Breien, die in R o h r e n weitergeleitet werden, u n d B e s t i m m u n g v o n M e t a l l p r o z e n t s ä t z e n in Legierungen u n d v o n Chrom- oder Nickelschichtdicken. Der neue A n a l y s a t o r wiegt n u r 6 k g (einschließlich a u f l a d b a r e r Nickel/Kadmium-Zellen). E r v e r w e n d e t Radioisotopquellen z u r E r z e u g u n g v o n R ö n t g e n s t r a h l e n oder Breitb a n d - B r e m s s t r a h l u n g . Diese bewirken bei d e n G r u n d s t o f f e n einer P r o b e die A u s s t r a h l u n g c h a r a k t e r i s t i s c h e r R ö n t g e n S e k u n d ä r s t r a h l e n , m i t t e l s der die G r u n d s t o f f e identifiziert w e r d e n k ö n n e n . Die E n e r g i e n dieser S e k u n d ä r s t r a h l u n g e n w e r d e n v o n einer F i l t e r k o m b i n a t i o n ausgesiebt u n d v o n einem Szintillator-Fotovervielfacher e r f a ß t . Die sich ergebenden I m p u l s e , die v o n einem elektronischen I m p u l s zähler gezählt werden, bilden das Maß f ü r den b e t r e f f e n d e n Grundstoff. Bei I n b e t r i e b n a h m e wird die A b t a s t r ö h r e auf die E r z probe gesetzt u n d d u r c h d e n Filter m i t h o h e r Durchlässigkeit eine Z ä h l u n g v o r g e n o m m e n , die bei a u t o m a t i s c h e r Steuer u n g 10 oder 100 S e k u n d e n oder bei manueller bis zu 1000 S e k u n d e n d a u e r t . D a n n wird f ü r dieselbe Z e i t d a u e r d u r c h d e n zweiten Filter eine Z ä h l u n g d u r c h g e f ü h r t u n d diese a u t o m a tisch v o n der ersten abgezogen. Der Z ä h l u n g s u n t e r s c h i e d , der digital angezeigt wird, r e p r ä s e n t i e r t den v o r h a n d e n e n Metallgehalt.

Kurznachrichten I n Somalia sind Uranlagerstätten e n t d e c k t worden, ü b e r die n ä h e r e A n g a b e n noch nicht vorliegen. E r s t e n B e r i c h t e n zufolge soll es sich u m b e a c h t e n s w e r t e L a g e r s t ä t t e n h a n d e l n , die a u c h Y t t r i u m u n d a n d e r e seltene Mineralien e n t h a l t e n . I m Südural sind neue m ä c h t i g e Eisenerzlagerstätten e n t d e c k t w o r d e n , d e r e n V o r r ä t e z u n ä c h s t überschläglich auf 1 Mrd. t g e s c h ä t z t werden. Die L a g e r sollen Mächtigkeiten v o n 60 bis 80 m besitzen. Die im Gebiet v o n B a t h u r s t — N e w c a s t l e , N e u b r a u n s c h w e i g , liegenden kanadischen Kupfererzlagerstätten v e r f ü g e n ü b e r V o r r ä t e v o n 4,1 Mill. t Erz;. Es h a t einen D u r c h s c h n i t t s gehalt v o n 0 , 8 2 % Cu. Der A b b a u erfolgt i m T a g e b a u . Die Itabirite des Reviers M e k a m b o in Gabun zählen Zu den unerschlossenen R o h s t o f f e n des L a n d e s . Die d o r t l a g e r n d e n V o r r ä t e w e r d e n auf 860 Mill. t Erz geschätzt. E s soll einen G e h a l t v o n 6 5 % Fe h a b e n . F ü r die B e t r e i b u n g des A b b a u s ist der B a u einer 560 k m langen B a h n s t r e c k e n o t w e n d i g . Die in Neuseeland kürzlich e n t d e c k t e n Nickellagerstätten weisen Roherze m i t G e h a l t e n v o n 2 4 , 7 7 % Ni u n d 1 9 , 6 8 % Fe a u f . Sie k ö n n e n als die reichsten der W e l t betrachtet, w e r d e n . Die l a t e r i t i s c h e n Nickelerze v o n Greenvale (Australien) sind noch n i c h t abschließend e r k u n d e t . Die K a m b a l d a - E r z e , ü b e r die wir b e r i c h t e t e n , weisen V o r r ä t e v o n 6,89 Mill. t oxidische u n d sulfidische Erze m i t 2,1 bis 3 , 6 % Ni a u f .

Die Manganerzlagerstätte M o a n d a i n Gabun ist seit 1962 in A b b a u . Es h a n d e l t sich u m lateritische V e r w i t t e r u n g s erze m i t 4 8 % Mn. Die V o r r ä t e sollen 200 Mill. t b e t r a g e n . Die gemeldete P r o d u k t i o n b e t r u g 1,3 Mill. t E r z pro J a h r . Die beiden in K a r i b i b , 160 k m nordwestlich v o n W i n d h o e k (Südwestafrika), in F ö r d e r u n g s t e h e n d e n Lithiumgraben werd e n als ä u ß e r s t ertragreich bezeichnet. M a n s c h ä t z t die V o r r ä t e d o r t auf i n s g e s a m t 1 Mill. t . Mitte 1968 w u r d e nördlich v o n E a s t L o n d o n , a n der Münd u n g des Flusses Kei, in der Südafrikanischen Bepublik, die Umenit-Butil-Zirkon-Grube Cape Morgan in Betrieb gen o m m e n . Es wird m i t einer l a u f e n d e n J a h r e s f ö r d e r u n g v o n 82000 t Roherz gerechnet. I n der kasachischen H a u p t s t a d t A l m a - A t a e n t s t e h t als eines der g r ö ß t e n der UdSSB ein Bechenzentrum f ü r geologische Forschungen. Hier sollen die Ergebnisse der geologischen U n t e r s u c h u n g e n a u s g e w e r t e t werden, a n d e n e n in dieser R e p u b l i k allein 60000 Ingenieure, W i s s e n s c h a f t l e r u n d F a c h a r b e i t e r arbeiten. Bei Gergheasa im Kreis B u z ä u w u r d e die bisher tiefste Bohrung in der SB Rumänien n i e d e r g e b r a c h t . Sie erreichte eine E n d t e u f e v o n 6200 m . Ahnliche B o h r u n g e n auf Kohlenwasserstoffe sind in den Bezirken Moldau u n d Oltenien sowie i m P r a h o v a t a l vorgesehen.

Spitzenerzeugnisse

In den nächsten Heften

""RATHENOW

der

Zeitschrift für angewandte Geologie

MIIW«IFI*Y

erscheinen u. a. folgende Beiträge

G.

X.

M I L D E .S; 1'. D I E T R I C H : Beiträge der Hydrogeologie zur Suchc von l''eslslofl'lagei'sliillen in Sedimentüii Ii. WASSOJEWITSCH, N. W .

LOI'ATIN,

W .

.1. 1 .

K. A. T S C H E R N R K O W : Krdölbiklung W .

C. LEBEDKW, MOCILEWSKY

W . &

KOETSCHAGIXA,

VV. T S C I I E R N Y S C H E W

&

Die TTauptpliasc der

M . OWSJAJILKOW,

W .

VV. M . B O G D A N O W A :

M. Die

l'iakt.ionierung der Kolileiiwassersl.oi'l'isolope dureh mikrobiologische Prozesse in der hiocheinischcn Zone Der llohlraununhaU Wasser. Beobachtungen zu seinen Veränderungen, Bewegungen und zu seinem Einfluß aui die Lagerstättcnbildung aus hydrogeologisclier Sicht.

C. M I L D E :

Die Bestimmung des Absorptionskoefi'izienten seismischer Wellen für den Ilalbraum

B. BÖSLER & B. STOLL:

V.

MAUHENKE:

Bewertung

Zur Spezifik und ökonomischen geologischer Gebietsressourcen

Eine neue Beinusterungsinethode bei der Erkundung von Sauden und Kiesen

G. G A L I N S K Y :

Geologische Gesichtspunkte bei der Ermittlung der Bodensteinigkeit im norddeutschen Flachland

M. H A H S E M A S N :

Über ein bemerkenswertes Tiefenkarst vorkommen

W . J U N O & M. S P I L K E R :

W. S C H I R R M E I S T E R : Der Einfluß der Ostsee auf die Lage der Versalzungsgrenze in küstennahen Grundwasserleitern H.

G.

JORDAN & K . K E R K M A N N : Über faziellökologische Glicderungsmöglichkeiten im Zechstein M I L D E , U. I I A G E N D O R P & I I . - U . T E T Z L A F F : Zur paliiohydrogeologisclien Entwicklung des Jungmcsozoikums und Alttertiärs im Bereich der Norddeutsch-polnischen Senke

Kontinuierliche seismische Präzisionspro filicrung

0. LEENHARDT:

SS»

minosinex

G e r ä t zur maschinellen Herstellung von Gesteinsdünnschliffen hoher Qualität bis zu der für die mikroskopische Durchlichtbetrachtung erforderlichen Dicke Vorteile

Keine Nacharbeit von H a n d durch maschinell gewährleistete Parallelität Ausgezeichnete Ebenheit der Schliffoberfläche durch Verwirklichung neuester wissenschaftlicher Erkenntnisse der Kinematik Wesentliche Steigerung der Arbeitsproduktivität bei der Herstellung von Schliffpräparaten hoher Q u a l i t ä t Einstellmöglichkeit der Schleifscheibe auf die gewünschte Schliffdicke Gleichzeitige Bearbeitung von 8 Schliffpräparaten Zur l e i p z i g e r Frühjahrsmesse 1967 mit der G o l d m e d a i l l e ausgezeichnet

RATHENOW VEB RATHENOWER OPTISCHE WERKE 183 RATHENOW Lieferung In der DDR durch die Versorgungslcontore für

Maschlnenbau-Eneugnlsie

Herausgober: Zentrales Geologisches I n s t i t u t im Auftrag des Staatssekretariats f ü r Geologie beim Ministerrat der Deutschen Demokratischen llepublik. F ü r die kollektive Chefredaktion: Dr. K. KAUTER (RedaktionssekretUr), Berlin. R e d a k t i o n : 1054 Berlin, Zionskirchstraße 34, (Fernsprecher 4260 Ol). Verlag: Akademie-Verlag GmbH, 108 Berlin, Leipziger Straße 3 - 4 (Fernsprecher 2204 41, Telex 0112020, Postscheckkonto: Berlin 35021). Bestellnummer des Heftes 1047/15/11. Alleinige Anzeigenannahme D E W A G - W E R B U N G , 102 Berlin, Rosenthaler Str. 2 8 - 3 1 , und alle DEWAG-Betriebe in den Bezirksstädten der D D R . Die „Zeitschrift f ü r angewandte Geologie" erscheint monatlich, Exportpreis: M 6,— Sonderpreis f ü r die D D R M 2,— je H e f t . — Satz und D r u c k : VEB Druckhaus „Maxim Gorki", 74 Altenburg. Veröffentlicht unter der Lizenznummer 12 79 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik, Kartengenehmigung isTr. 405/69.

Scheinwiderstandsmesser IKS-l IKS-50 IKS-600

Die Geräte sind für elektrische Widerstandsmessungen bei der geologischen Kartierung im Maßstab 1:25000 und größer geeignet. A n w e n d u n g s b e r e i c h e : Suche und Erkundung von Erzlagerstätten (Eisenund Nichteisenerze, Kupferkies- und Kupfer-Nickel-Lagerstätten, seltene Erden und Edelmetalle, Uranerze usw.) sowie Nichterz-Lagerstätten (Steinkohle, Graphit, Glimmer, Piezoquarz, Salze, Baustoffe); hydrogeologische Erkundungsarbelten, Bestimmung der Fließrichtung und -geschwindigkeit des Grundwassers;

Wichtigste D a t e n : G e n e r a t o r e n l e i s t u n g — 1 bis 6 0 0 VA Betriebsfrequenz — 2 2 , 5 Hz Empfindlichkeit - 8 fiW (Vollausschlag des Milcrovoltmeters) Die A p p a r a t u r ist t r a g b a r u n d stabil im Betrieb.

ingenieurgeologische Arbeiten, Untersuchung von Verfrostung und Verkarstung, Bestimmung der Mächtigkeit von Lockergesteinen und Lokalisierung von Kluftzonen; archäologische Arbeiten; landwirtschaftliche Untersuchungen: Bestimmung des Salzgehaltes von Böden usw. Anfragen erbeten a n :

V/0 Machinoexport UdSSR,

MOSKAU W-330

TELEX: 207