Zeitschrift für Angewandte Geologie: Band 15, Heft 3 März 1969 [Reprint 2021 ed.] 9783112561683, 9783112561676

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ZEITSCHRIFT FÜR ANQEWANDTE QEOLOQIE HERAUSQEQEBEN ZENTRALEN IM AUFTRAQ

VOM

QEOLOQISCHEN

INSTITUT

DES

STAATSSEKRETARIATS

FÜR

QEOLOQIE

AUS DEM INHALT

E. P. Müller Zur Geochemie der Tiefenwässer und der organischen Substanz im Nordteil der DDR J. A. Melnikow Über die Rolle anomaler SchichtdrScke bei der Entstehung von Erdgasund Erdöllagern 0. I. Kropotowa Die Isotopenzusammensetzung des Kohlenstoffs in Kalziten von Karbonatmassiven und das Problem der Genese der Karbonatite B. Soukup Korrelations- und Regressionsanalyse bei der Lagerstättenerkundung H. Bachmann & W. Henker Uber die spieltheoretische Fassung der geologischen Suche und Erkundung M. Dumitriu & C. Dumitriu Das statistische Modell der Schwarzschiefersenke (Ostkarpaten)

A K A D E M I E

- V E R L A G

'

B E R L I N

BAND 15 / HEFT MÄRZ 1 9 6 9 SEITE 1 1 3 - 1 6 4

INHALT

COßEPJKAHHE

MÜLLER, E . P .

Z u r Geochemie der Tiefenwässer u n d der organischen S u b s t a n z i m N o r d t e i l der D D R

reOXHMIIH rjiyßHHHUX BOR opranHiecKoro BemecTBa ceBepiioii HacTii r,H,P

BURZEWSKI, W .

Eine Möglichkeit der ü b e r t ä g i g e n geologischen B e s t i m m u n g der Hydrodynamik des Randwassers v o n E r d ö l l a g e r s t ä t t e n östlich v o n K r a k o w

BO3MOIKHOCTH

MELNIKOW, J . A .

NESTEROW, I . I., N . N . ROSTOWZEW & M. J . RUDKE-

CONTENTS II B

G e o c h e m i s t r y of Deep W a t e r s 113 a n d of t h e Organic M a t t e r in t h e N o r t h e r n P a r t of t h e G . D . R .

noBepxHocTuoro

r e o J i o r m e c K o r o onpeseneHHH rHRpORHHaMHKH KpaeBbtX B03 He$THHbix MecTopo;Kj(ennii BoeroHHee KpaKOBa

T h e Possibilities of Geological 124 Determination above Ground of E d g e - W a t e r Hydrodynamics in Oil Deposits E a s t of Cracow

Ü b e r die Rolle a n o m a l e r Schichtd r ü c k e bei der E n t s t e h u n g v o n Erdgas- u n d Erdöllagern

0 p o m i anoMajibHbix njiacTOBLix aaBJieHHH! B (JtOpMHpOBaHHII ra3one$THHHX a a n e n t e ü

Role of A n o m a l o u s Reservoir 126 Pressures in t h e F o r m a t i o n of Gas a n d Oil Deposits

U b e r die r ä u m l i c h e Gliederung der westsibirischen erdöl- u n d e r d g a s f ü h r e n d e n Provinz

0

pafioHHpoBaHHii 3anaAHoCHÖHpcKofi nei|)Tera30H0CH0ii npOBUHEtHH

On t h e Division of t h e W e s t 129 Sibirian Oil a n d Gas B e a r i n g Province

SMIRNOW, W . I . u . a .

Die Genesis endogener Erzlagers t ä t t e n ( R e f e r a t STAMMBERGER)

r e n e 3 i i c aiinoreniiBix py^Hbix MecTopo/KfleHHü (Pe$epaT IÜTAMBEPrEPA)

T h e Genesis of E n d o g e n o u s Ore 131 Deposits (Abstracted b y F .

KROPOTOWA, O . I .

Die I s o t o p e n z u s a m m e n s e t z u n g des K o h l e n s t o f f s in K a l z i t e n v o n K a r b o n a t m a s s i v e n u n d das P r o b l e m der Genese der K a r bonati te

H30T0nHHfi cocTaB y r n e p o ^ a H3 KajIbl^HTOB KapÖOHaTHTOBblX maccHBOB B CBH3H c B o n p o c a i r a r e n e a n c a KapCoiiawiTOB

T h e Isotopie Composition of Car- 135 b o n in Caleites of C a r b o n a t i t e Massifs a n d t h e P r o b l e m of C a r b o n a t i t e Genesis

SOUKUP, B.

K o r r e l a t i o n s - u n d Regressionsanalyse bei der L a g e r s t ä t t e n erkundung

KoppenHiiHOHHtiii H perpecciiBHbiii aHanH3 n p i i pa3BeAKe MecTopowneHiiii

Correlation a n d Regression A n a - 140 lysis Used in P r o s p e c t i n g for Deposits

BACHMANN, H . , & W . HENKER

Ü b e r die spieltheoretischc Fass u n g der geologischen Suche u n d Erkundung

0

On t h e Version of Geological 144 Prospecting and Exploration f r o m t h e Viewpoint of t h e T h e o r y of P l a y

DUMITRITT, M . , & C. DUMITRITT

Das statistische Modell der Schwarzschiefersenke (Ostkarpaten)

CTäTHCTHHGCKaH MOAeJIb BnaRHHU qepubix cjiaHqeB (BocToqHbie KapnaTbi)

T h e Statistical Model of t h e Black- 148 Schist Depression ( E a s t Carpathians)

KVÈTON, P .

Statistische B e w e r t u n g des Miner a l r e i c h t u m s der CSSR

CTaTiicTHiecKaH oi^eHKa Mimep a n b u o r o SoraTCTBa H G C P

Statistical E v a l u a t i o n of t h e 153 Mineral W e a l t h of t h e CSSR

SOHURYGIN, A . M.

Die B e r e c h n u n g o p t i m a l e r B o h r netze f ü r die Suche n a c h L a g e r n m i t einer gegebenen A b m e s sung

PacieT onTHsianbHHx ceTefi CKBaiKHH fljis noHCKOB 3aneH 1 g/1). Schichtwässer sind Lösungen, die an entsprechende Ablagerungen gebunden sind.

2. Zur Geochemie der Tieienwässer Hydrogeochemische und hydrogeologische Untersuchungen ermöglichen, die Ablagerungen vom Rotliegenden bis zur Unterkreide im Nordteil der DDR in fünf getrennte schichtwasserführende Komplexe einzustufen (Tab. 1). Sie bilden meist hydrodynamische Einheiten. In Abhängigkeit von den geologischen LageEingang des Manuskripts in der Redaktion: 19.11.1968. Vortrag zum X I X . Berg- und Hüttenmännischen Tag, Freiberg, 2. 7. bis 5.7.1968. 1

Angewandte Geologie, Heft 3/69

r u n g s b e d i n g u n g e n k ö n n e n sie j e d o c h einander in Verbindung stehen.

teilweise

mit-

Die Tiefenwässer dieser fünf in Tab. 1 aufgeführten Komplexe zeigen in ihrem Stoffbestand grundsätzliche Unterschiede. Sie weisen gegenüber den Wässern der Ozeane, der Erdoberfläche und den Grundwässern einen abweichenden Chemismus auf. Die Tiefenwässer haben teilweise hohe Salzkonzentrationen mit geringen Sulfatgehalten und veränderten Kationenverhältnissen. Tab. 1. Die fünf getrennten schichtwasserführenden Komplexe im Nordteil der D D R Schichtenkomplexe im Siibsalinar:

Präperm und Rotliegendes (PO

im Intrasalinar :

( Staßfurtkarbonat (Ca2) \ Piattendolomit (Ca3)

im Postsalinar:

( Buntsandstein (TO \ Rät — Jura— ünterkreide (Ta — K x )

Bei der Absenkung der Sedimente erlitten die ursprünglich eingeschlossenen Lösungen umfangreiche diagenetische Veränderungen. Auf Grund ihrer Beweglichkeit sind sie durch die Kompaktion der Sedimente und durch tektonische Vorgänge Veränderungen im Chemismus und Migrationserscheinungen unterworfen. Bei tektonischen Vorgängen können Infiltrationslösungen in die Sedimente eindringen, vorhandene Wässer verdrängen bzw. sich mit diesen vermischen, womit eine Inhaltsstoffveränderung parallel läuft. In den Untersuchungsgebieten des Nordteils der DDR und des Thüringer Beckens dominieren Salzablagerungen, die den Stoffbestand der Tiefenwässer beeinflussen konnten. Als Untersuchungsmaterial zur Klärung der genetischen Bedingungen der Tiefenwässer dienten chemische Vollanalysen von über 5000 Schichtwässern der Ablagerungen des Rotliegenden bis zum Tertiär im Nordteil der DDR und im Thüringer Becken. Ergänzt wurden diese Analysen durch die Bestimmung der Spurenelemente Sr, Li, Rb, B, die Ermittlung der isotopen Verteilung des Deuteriums und Sauerstoffs so-

ZEITSCHRIFT FÜR A N QE W A N D T E QEOLOQIE

K O L L E K T I V E CHE FR E D A K T I O N Dr. K. K A U T E R (Redaktionssekretär) Prof. Dr. F. S T A M M B E R G E R Dr. habü. G. T I S C H E N D O R F

Träger der Ehrennadel in Gold der Gesellschaft für Deutsch-Sowjetische Freundschaft

B A N D 15 - M Ä R Z 1 9 6 9 • H E F T 3

Zur Geochemie der Tiefenwässer und der organischen Substanz im Nordteil der DDR E . P E T E R MÜLLER, G o m m e r n

(Mitteilung aus dem Forschungsinstitut f ü r die E r k u n d u n g u n d F ö r d e r u n g von Erdöl u n d Erdgas, Gommern)

1. Einleitung Geochcmische Untersuchungen der dispersen organischen Substanz von Sedimenten u n d der Fluide ihres Poren- und K l u f t r a u m e s ermöglichen die Ableitung von geoehemischen Kriterien f ü r die Einschätzung der Erdöl- und Erdgasliöffigkeit eines Territoriums. Der Stoffbestand der dispersen organischen Substanz in Sedimenten u n d der Tiefenwässer ist während der Diagenese u n d Metamorphose umfangreichen Veränderungen unterworfen. Daher sind die Kenntnisse dieser Vorgänge, die K l ä r u n g der Wechselbeziehungen der Fluide mit den festen Phasen der organischen Substanz u n d der Gesteine von ausschlaggebender B e d e u t u n g f ü r die D u r c h f ü h r u n g von Such- u n d E r k u n d u n g s a r b e i t e n auf Erdöl u n d Erdgas. Grundlagen zur Lösung dieser Probleme sind geochemische Untersuchungen, die die Ableitung von Gesetzmäßigkeiten der Verteilung des Stoffbestandes von Tiefenwässern und der dispersen organischen Substanz, in Abhängigkeit von der Stratigraphie, Lithofazies und der Tektonik beinhalten. A m Beispiel der sedimentären Ablagerungen im Thüringer Becken und im Nordostdeutschen Flachland (WIENHOLZ 1965), im weiteren Nordteil der D D R genannt, werden im folgenden einige Grundzüge der Geochemie der Tiefenwässcr u n d der dispersen organischen Substanz untersucht. Das Untersuchungsmaterial e n t s t a m m t aus Tiefbohrungen, die im R a h m e n der Erdöl- u n d E r d g a s e r k u n d u n g auf dem Gebiet der D D R a b g e t e u f t wurden. U n t e r s u c h t wurden die Tiefenwässer u n d die Verteilung der dispersen organischen Substanz der sedimentären Ablagerungen des Rotliegenden bis zur Unterkreide im Nordteil der D D R , w ä h r e n d das Rotliegende, das S t a ß f u r t k a r b o n a t u n d der Buntsandstein Untersuchungsobjekte im Thüringer Becken darstellten. Mit Tiefenwässern soll hier als Überbegriff der Komplex sämtlicher unterirdischer Wässer des Porenraums von Gesteinen bezeichnet werden, die sich unterhalb der Süßwasser/ Salzwassergrenze befinden (Salzlösungen > 1 g/1). Schichtwässer sind Lösungen, die an entsprechende Ablagerungen gebunden sind.

2. Zur Geochemie der Tieienwässer Hydrogeochemische und hydrogeologische Untersuchungen ermöglichen, die Ablagerungen vom Rotliegenden bis zur Unterkreide im Nordteil der DDR in fünf getrennte schichtwasserführende Komplexe einzustufen (Tab. 1). Sie bilden meist hydrodynamische Einheiten. In Abhängigkeit von den geologischen LageEingang des Manuskripts in der Redaktion: 19.11.1968. Vortrag zum X I X . Berg- und Hüttenmännischen Tag, Freiberg, 2. 7. bis 5.7.1968. 1

Angewandte Geologie, Heft 3/69

r u n g s b e d i n g u n g e n k ö n n e n sie j e d o c h einander in Verbindung stehen.

teilweise

mit-

Die Tiefenwässer dieser fünf in Tab. 1 aufgeführten Komplexe zeigen in ihrem Stoffbestand grundsätzliche Unterschiede. Sie weisen gegenüber den Wässern der Ozeane, der Erdoberfläche und den Grundwässern einen abweichenden Chemismus auf. Die Tiefenwässer haben teilweise hohe Salzkonzentrationen mit geringen Sulfatgehalten und veränderten Kationenverhältnissen. Tab. 1. Die fünf getrennten schichtwasserführenden Komplexe im Nordteil der D D R Schichtenkomplexe im Siibsalinar:

Präperm und Rotliegendes (PO

im Intrasalinar :

( Staßfurtkarbonat (Ca2) \ Piattendolomit (Ca3)

im Postsalinar:

( Buntsandstein (TO \ Rät — Jura— ünterkreide (Ta — K x )

Bei der Absenkung der Sedimente erlitten die ursprünglich eingeschlossenen Lösungen umfangreiche diagenetische Veränderungen. Auf Grund ihrer Beweglichkeit sind sie durch die Kompaktion der Sedimente und durch tektonische Vorgänge Veränderungen im Chemismus und Migrationserscheinungen unterworfen. Bei tektonischen Vorgängen können Infiltrationslösungen in die Sedimente eindringen, vorhandene Wässer verdrängen bzw. sich mit diesen vermischen, womit eine Inhaltsstoffveränderung parallel läuft. In den Untersuchungsgebieten des Nordteils der DDR und des Thüringer Beckens dominieren Salzablagerungen, die den Stoffbestand der Tiefenwässer beeinflussen konnten. Als Untersuchungsmaterial zur Klärung der genetischen Bedingungen der Tiefenwässer dienten chemische Vollanalysen von über 5000 Schichtwässern der Ablagerungen des Rotliegenden bis zum Tertiär im Nordteil der DDR und im Thüringer Becken. Ergänzt wurden diese Analysen durch die Bestimmung der Spurenelemente Sr, Li, Rb, B, die Ermittlung der isotopen Verteilung des Deuteriums und Sauerstoffs so-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 15 (1969), Heft 3

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MÜLLER / Zur Geochemic der Ticfcnwiissei'

wie durch die Bestimmung gelöster organischer Substanzen. Die natürlichen Wässer, insbesondere die Tiefenwässer, sind in ihrer chemischen Zusammensetzung außerordentlich verschieden. Deshalb sind Klassifikationsschemata oder Systematisierungen unerläßlich. So können Tiefenwässer durch zahlreiche in der Literatur publizierte Systeme klassifiziert werden [C. PAIMER (1911), S. A. SCHUKAREW (1934), N. N. TOLSTICHDT (1932)

Na+K

W . J . WERNADSKIJ (1928), G. F . ALEKSAHDROW (1932),

M. G. WALJASCHKO (1935, 1955), W. A. SULIN (1946), S. A. DÜROW (1948), 0 . A. AXEKIN (1953), H . SCHOELLER (1955), J . J . CHEBOTAREW (1955), E . V. PINNEKER

(1961), J. K. ZAIZEW (1961) u. a.]. Diese Klassifikationssysteme können wie folgt gruppiert werden: 1. Klassifikationen nach den Verhältnissen des wasserchemischen Haushalts, d. h. genetische Klassifikationen; 2. Klassifikationen nach vorherrschenden Komponenten (Anionen, Kationen, hypothetische Salzkombinationen oder durch Ionenverhältnisse); 3. Klassifikationen nach der Gesamtkonzentration. Bis heute existiert jedoch keine einfache Klassifikation der natürlichen Wässer, die in vollem Umfang die Besonderheiten der Genese, des Chemismus und den gesamten Komplex der gelösten Substanzen dieser Wässer berücksichtigt. Tiefenwässer werden nach vorherrschenden Anionen und auf Grund ihrer geochemischen Entwicklung in hydrogenkarbonatische, sulfatische und chloridische Wässer gruppiert (M. G. WAL-

EZ31

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Oma

ES 4

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Abb. 1 a. Kationendreieck der Schichtwässer des Nordteils der D D R und des Thüringer Beckens 1 - Rotliegendes (P,), 2 - Staßfurtkaibonat (Ca„), 3 — Plattendolomit (Caj), 4 — Trias (T), 5 — Jura —Kreide (J —Cr), 6 — Ozeanwasser

Na*K

JASCHKO 1 9 5 5 ; 0 . A . ALEKTCT 1 9 5 3 ; J . J . CHEBOTAREW

1955 u. a.). Die Tiefenwässer im Nordteil der DDR und im Thüringer Becken sind vorwiegend chloridische Salzlösungen. Ihr größter Teil ist nach der Klassifikation von SULIN (1946) dem Kalziumchloridtyp zuzuordnen. Analysenergebnisse dieser Tiefenwässer werden in mg/1 angegeben. Die Angaben in Milliäquivalentprozent (mval-%) werden aus den Daten in mval/1 erhalten, indem die Summe der Kationen und Anionen gleich 100 gesetzt wird. Als vorherrschendes Anion mit 46—49 mval-% t r i t t Chlorid auf, S0 4 —, HC0 3 ~, Br~ sind untergeordnet mit 0,1—4 mval-% vorhanden. Da die Veränderung der Kationenkonzentration ein signifikantes Unterscheidungskriterium darstellt, werden die Tiefenwässer hier nach vorherrschenden Kationen typisiert. Es werden fünf Typen ausgehalten (Abb. 1, Tab. 2). Die Kationenverhältnisse sind in mval-% dargestellt, wobei die Summe sämtlicher Kationen gleich 50 mval-% beträgt. Tab. 2. Typen der Tiefenwässer Typen der Tiefenwässer 1. Typ Na —Ca—Mg Zwischentyp 1 Na-Ca-Mg(l) Zwischentyp 2 Na —Ca —Mg(2)

Na + K mval-% 16,5-50

0

-25

3. Typ M g - C a - N a

0

-16,5

0

-25

16,5-50

5. Typ N a - M g - C a

Mg mval-%

0

0

-16,5

0

-16,5

-25 S10 S10

2. Typ C a - S a - M g

4. Typ M g - N a - C a

Ca mval-%

16,5-50 0

-25

16,5-50

0

-16,5

16,5-50

0

-16,5

0

-25

Abb. 1 b. Typen der Tiefenwässer

Der Ca-Mg-Na-Typ, nicht ausgehalten im Kationendreieck (Abb. 1), ist in den Untersuchungsgebieten nicht vorhanden. Die Hauptkomponenten Summe Natrium und Kalium, Kalzium und Magnesium der Tiefenwässer sind in einem Kationendreieck (Abb. 1) in mval-% dargestellt. Durch einen Kreis mit Kreuz ist zum Vergleich die Zusammensetzung des Ozeanwassers angegeben. Die Schichtwässer der Kreide und des Juras im Nordteil der DDR nehmen einen engen Bereich mit einem Maximum bei 47—50 mval-% Na und K; 0—6 mval-% Ca und 0—3 mval-% Mg ein. Sie sind dem Na-Ca-Mg-Typ (Zwischentyp 1) zuzuordnen. Die Schichtwässer der Trias zeigen eine größere Variationsbreite, Na-Ca-Mg-Typ mit Zwischentypen 1 und 2. Die Schichtwässer der intrasalinaren Ablagerungen unterscheiden sich im Chemismus von denen des postsalinaren Bereichs. Die Schichtwässer des Plattendolomits sind Mg-reiche Salzlösungen der Typen Mg-Ca-Na und Mg-Na-Ca.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 16 (1969), Heft 3 MÜLLER / Zur Geochemie der Tiefenwässer

115

T a b . 4. H a u p t g r u p p e n der Tiefenwässer aus dem Norden der D D R und dem Thüringer B e c k e n im Vergleich zum Ozeanwasser Gruppen:

2. a) Diagenetisch veränderte "Wässer b) Ablaugungslösungen c) Infiltrationalösungen

1. Salinare Reliktlösungen

3. Ozeanwasser

Na, Ca Mg (1), Ca Na Mg, Na Mg Ca

Typen:

Na Ca Mg (2), Ca Na Mg, Mg Ca Na, Mg, Na, Ca

Konzentration:

> 300 g/1 (nicht teufenabhängig)

< 330 g/1 (teufenabhängig)

Chemismus

Na Mg Ca 0

36 g/1

erdalkalibetonte Wässer

alkalibetonte Wässer

alkalichloridische Wässer

S D-Verteilung

S 0,0154 at % "D (angereichert)

£ 0,0154 at % "D (abgereichert)

0 0,0154 at %

S 0,1995 at % " O (abgereichert)

0 0,1995 at %

"O-Yeiteilung

Ä 0,1995 a t %

uO

(angereichert)

34 S-Verteilung

= Evaporite des Zechsteins ± 5°/oo

+ 40'/,, bis + 10°/»

+ 20°/,,

Br/Cl

ä 0,0034

S 0,0034

0

Sr

>




5 mg/1

Li

>

10 mg/1

K

>

2 g/1




100 mg/1