Zeitschrift für Angewandte Geologie: Band 17, Heft 4 April 1971 [Reprint 2021 ed.] 9783112560464, 9783112560457

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ZEITSCHRIFT FÜR A N QE WANDTE QEOLOQIE

2S Jahre Sozialistische Einheitspartei Deutschlands W. Rasemann Methodische Aspekte zur Auswertung von Quecksilberinjektionsmessungen L. M. Sorkin Einige Fragen zur Migration von Kohlenwasserstoffen und zur Bildung ihrer Lager

H ERAUSQEQE BEN V O M ZENTRALEN QEOLOQISCHEN

AUS D E M I N H A L T

INSTITUT

IM A U F T R A G DES

Autorenkollektiv Die strukturellen Verhältnisse der Erzbildung

S T A A T S S E K R E T A R I A T S FÜR Q E O L O Q I E Einer der die genetischen Besonderheiten der endogenen Erzlagerstätten bestimmenden Faktoren C. Schwokowski Inklinometermessungen und ihre Bedeutung für die Standsicherheitsuntersuchungen von Böschungen 0 . Wagenbreth, W. Lanitz & M. Reech Lagerangsverhältnisse, Verwendungsmöglichkeiten und Abbauproblematik des Haselbacher Tons im Abraum der Brannkohle des Weißelsterbecken s

AKADEMIE - VERLAG

• BERLIN

BAND 17 / H E F T

i

A P R I L 1971 SEITE 1 1 3 - 1 6 0

INHALT

COflEPÎKAHHE

25 J a h r e Sozialistische E i n h e i t s partei Deutschlands

25 n e t Conna.tncTn i iecKofi EjpiHoii IlapTMH repMaiiHii

25 Years of Socialist U n i t y P a r t y 113 of G e r m a n y

DIKENSCHTEJN, G.

Der gegenwärtige S t a n d der E r d öl- u n d E r d g a s r e s s o u r c e n in der U d S S R

CoBpeMeimoe COCTOHHHG p e c y p COB ne$TH H r a s a B GGCP

T h e P r e s e n t S t a t u s of Oil a n d 114 Gas Resources in t h e U.S.S.R.

RASEJIANN,

Methodische A s p e k t e zur Ausw e r t u n g v o n Quccksilberinjektionsmessungen

MeToanwecKiie acnenTbi HHTepnpCTaiJHH pTyTHLIX HHT»6KIJH-

Methodical Aspects of E v a l u a t i n g 118 Mercury I n j e c t i o n Measurements

SORKIN, L. M.

Einige F r a g e n z u r Migration v o n K o h l e n w a s s e r s t o f f e n u n d zur Bildung ihrer Lager

HeKOToptie Bonpocbi Miirpauim H (jjopMtipoBaHHH 3ajiejKefi y r neBORopoanbix ra30B

Some P r o b l e m s Associated w i t h 122 t h e Migration of H y d r o c a r b o n s a n d w i t h t h e F o r m a t i o n of t h e i r Deposits

Autorenkollektiv

Die s t r u k t u r e l l e n Verhältnisse der Einbildung Einer der die genetischen Bes o n d e r h e i t e n der endogenen Erzlagerstätten bestimmenden Faktoren

CTpyKTypubie ycjioBHH pyjiooö-

T h e S t r u c t u r a l Gonditions of Ore 125 Formation One of t h e F a c t o r s D e t e r m i n i n g t h e Genetic Peculiarities of E n d o g e n i c Ore Deposits

Die

O a n m r MeTairop(|)oaa, B. Eaiiepa

W -

SOBOLEW, W. S.

Fazies

der

Metamorphose,

r e f e r i e r t v o n WOLFGANG BEYER

CONTENTS

OHHMX H3MepeHHÄ

paaoBaHHH

Kau

OAHH

113

(fiaKTopoB, onpe^ejiHiomHx reHeTiwecKHe oeoGeHHoeTM 3HAOreHHWx pyfliibix Mectopo}«ReiiHtt pcifiepaT

T h e Facies of M e t a m o r p h i s m , 130 A b s t r a c t e d b y W . BEYER

SCHWOKOWSKI, G.

I n k l i n o m e t e r m e s s u n g e n u n d ihre B e d e u t u n g f ü r die Standsichcrheitsuntersuchung von Böschungen

IÎ3]\iepei[HH HHKJIHHOMeTpaMH H HX 3HaneHHH HJIH nccjiefloBaHHH yCTOHHHBOCTH OTKOCOB

I n c l i n o m e t e r M e a s u r e m e n t s a n d 134 t h e i r I m p o r t a n c e to t h e Stability Analysis of Slopes

WAOEXBRETH, O.. W . LANITZ & M. REECH

Lagerungsverhältnisse, Verwendungsmöglichkeiten u n d A b bauproblematik des Haselb a c h e r Tons i m A b r a u m der B r a u n k o h l e des Weißelsterbeckens

ycjlOBMH 3ajieraHHH, B03M0ÎKHOCTH HCn0Jlb30BaHHH H npOÖJieMaTHKa pa3paf)OTi 750 Ä berechnet. Tabelle

Probe

35/68a 35/68b

spezif. Porenvolumen

Nutzporosität

(cm 3 /g) 0,0104 0,0048

spezif. P.-Vol.Anteil r S 750 À (cm'/g)

spezif. Oberfläche

Permeabilität gegen Luft

.(%)

spezif. P.Vol.-Anteil s 750 À (cm'/g)

(cm 2 /g)

(md)

2,7 1,3

0,002652 0,002222

0,007748 0,002578

7500 3100

0,3 -

Die Auswertungsergebnisse lassen folgende Interpretation zu (Tabelle). Bei der Druckentlastung nach der ersten Einpressung blieb ein Drittel der Poren mit einem Radius r i i 750 Ä mit Quecksilber gesättigt. Dieser Porenanteil dürfte die poröse Matrix des Karbonats repräsentieren, während der entsättigte, grobporige Bereich die miteinander verbundenen Klüfte des Systems darstellt, aus denen das Quecksilber nach der Messung ausfließen kann, da sie keine schroffen Kapillardruckschranken enthalten. Mithin ermöglichen die Ergebnisse der Wiederholungsmessung Aussagen über den Anteil der Mikroldüfte am Gesamtsystem des Karbonatspeichers und deren physikalische und geo-

%

Abb. 8. Modell der Porenraumverteilung

Zeitschrift iür angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4 122

S o r k i n / Zur Migration von Kohlenwasserstoffen

metrische P a r a m e t e r . Das genaue Bild der Porengrößenanteile nach beiden Kapillardruckmessungen v e r m i t t e l t A b b . 8.

K SHaiHTenbHbIM KOJieSailHHM H3MepiITejIBHOM KpHBOii, h hx BJiHHHne, no cpaBHeHHio c npyrHMH, iacTo eme He yCTaHaBJIHBaeMblMH HCTOIHHKaMH OUIHGok, B yi $ H 3 H K o - x H M H ' i e c K H e

Zusammenfassung Ausgehend von der Notwendigkeit, Kapillardruckkurven zur Charakterisierung poröser Systeme heranzuziehen, wurden die durch den physikalischen Charakter des Meßvorgangs, theoretische Vereinfachungen und technische Begrenzungen bedingten Fehlerquellen der Quecksilberinjektionsmethode aufgezeigt. Da die Wirkung der Probengeometrie und Probengröße auf den Verlauf der Meßkurve für die üblicherweise zur Verfügung stehenden Quecksilberhochdruckporosimeter bisher kaum systematisch untersucht worden sind, hat Verf. diesen Effekt an einigen porösen und nichtporösen Systemen untersucht. Es zeigte sich, daß Unterschiede in der Probengeometrie und Probengröße keine erheblichen Schwankungen der Meßkurve verursachen und ihr Einfluß gegenüber den anderen, oft noch nicht faßbaren Fehlerquellen im angegebenen Druckbereich unerheblich ist. Beträchtlich können sich jedoch physikochemische Beaktionen an der Grenzfläche Quecksilber/Probenkörper auswirken, die einer weiteren Klärung bedürfen. Weiterhin wurde der Einfluß von Wiederholungsmessungen am selben Probenstück untersucht und eine Deutungsmöglichkeit angegeben. Auf eine hohe Auswertegenauigkeit kann Zugunsten einer repräsentativeren Probenahme zunächst verzichtet werden.

Pe3ioMe McxOAH H 3 H e O Ö X O ß H M O C T H n p H B J i e q e H H H KanHJIJIHpHBIX KpHBBIX HaBjreHHÜ fJJIH XapaKTepHCTHKH nopHCTblX CHCTeM, Sbiuh BBineneHBi h c t o o t h k h ohihöok pTyraoro HHtGKijHOHHoro MeToaa, oßycjioBJieHHtie $H3nqecKHM xapaKTepoM npcmecca H3MepeHHö, Teope™3y 6onee npeACTaBHTejibiioro npo6ooT6opa mojkho 0TKa3aTbCH cnepBa ot bbicokoS t o t h o c t h 06paT0TKH flaHHblX.

Summary The author proceeds from the necessity l,o use capillary pressure curves for characterizing porous systems and shows sources of error of the mercury injection method, whicli are caused by the physical character of the process of measurement, by theoretical simplifications, as well as by technical limitations. As the effect of the geometry and dimensions of samples on the shape of the measuring curve so far have hardly been investigated systematically for mercury high-pressure porosimeters available, this effect has been studied by the author for some porous and nonporous systems. He shows that differences in the geometry and dimensions of samples do not produce considerable variations of the measuring curve, and that their influence in the pressure range mentioned on other sources of error, which often cannot yet be determined, is insignificant. However, physico-chemical reactions may considerably work out at the boundary Zone mercury-test specimen, and want further explanation. Furthermore, the influence exerted by repeated measurements of the same test specimen was investigated and a possible interpretation was given. For the present, a high accuracy of evaluation can be renounced in favour of a more representative sampling.

Literatur Erehse, \V., & H. Zaxjjek:

Die Kapillardruckkurve — ihre Bedeutung und Bestimmung. — Erdol-Erdgas-Informationen, 7, 27 — 35, Gommem 1965. IIieckmann, M.: Evaluation of reservoir rocks of low permeability. — Sixth World Petrol. Congr., Frankfurt/M. 1963, Scot. I I , Paper 9, 1-15. HOCKWOOD, S. H., G. H. Laik & B . J. Langford: Reservoir volumetric: parameters defined by capillary pressure studies. — Trans. AIME, 210, T. 1». 4636, 2 5 2 - 2 5 9 , 1957.

Einige Fragen zur Migration von Kohlenwasserstoffen und zur Bildung ihrer Lager L. M. S o r k i n , U d S S B Die Schichtwässer erdöl- und erdgasführender B e c k e n werden durch eine regionale Gassüttigung, vorwiegend aus Kohlenwasserstoffgasen bestehend, gekennzeichnet. Die Höhe der Gassättigung ändert sich für einzelne B e c k e n in bedeutenden Grenzen. In 1 m 3 Schichtwasser der paläozoischen Sedimente in der W o l g a - U r a l e r ErdölE r d g a s - P r o v i n z sind bis zu 1 , 0 — 1 , 3 m 3 K W - G a s enthalten. Die Gassättigung der Schichtwässer im W e s t sibirischen B e c k e n erreicht 2 — 3 m 3 und selten auch mehr pro 1 m 3 W a s s e r . E i n e noch höhere Gassättigung, bis zu 4 — 5 m 3 pro 1 m 3 Wasser, weisen die Schichtwässer der mittleren K a s p i - S e n k e auf. Die m a x i m a l e Gassättigung wurde m i t 9 m 8 Gas pro 1 m 3 W a s s e r in der IndoloK u b a n - S e n k e auf der S t r u k t u r Medwedewskoje registriert. Aus: „Geologia nefti i gasa", H. 9, S. 3 1 - 3 4 , 1969. "Übersetzung und fachliche Bearbeitung: Bernhard B.eh.

Die G e s a m t m e n g e n der in den Schichtwässcrn gelösten Kohlenwasserstoffgase erreichen in einzelnen erdölund erdgasführenden B e c k e n Dutzende und H u n d e r t e Billionen K u b i k m e t e r . Als Beispiel l ä ß t sich das erdölerdgas-führende Westsibirische B e c k e n anführen, wo die Minimalmenge an gelösten Gasen in den Schichtwässern des Jura-Unterkreide-Komplexes 4 0 0 Billionen m 3 und m i t B e r ü c k s i c h t i g u n g ausgepreßter Sedimentationswässcr mehr als 150 Billionen m 3 b e t r ä g t . D a b e i liegt die S u m m e der prognostischen G a s v o r r ä t e bei 5 0 — 6 0 Billionen m 3 . F ü r alle Kohlenwasserstoffbeckcn gemeinsam übersteigt die Menge der in den Schichtwässern gelösten Kohlenwasserstoffe um ein weites deren industrielle oder prognostische Vorräte, d. h., die nachgewiesenen und v e r m u t e t e n V o r r ä t e betragen nur einen geringen Teil der in den Schichtwässern gelösten Kohlenwasserstoffe. Deshalb k a n n m a n die gelösten Kohlenwasserstoffgase der Schichtwässer als potentiellen K o h -

Zeitschrift iür angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4 122

S o r k i n / Zur Migration von Kohlenwasserstoffen

metrische P a r a m e t e r . Das genaue Bild der Porengrößenanteile nach beiden Kapillardruckmessungen v e r m i t t e l t A b b . 8.

K SHaiHTenbHbIM KOJieSailHHM H3MepiITejIBHOM KpHBOii, h hx BJiHHHne, no cpaBHeHHio c npyrHMH, iacTo eme He yCTaHaBJIHBaeMblMH HCTOIHHKaMH OUIHGok, B yi $ H 3 H K o - x H M H ' i e c K H e

Zusammenfassung Ausgehend von der Notwendigkeit, Kapillardruckkurven zur Charakterisierung poröser Systeme heranzuziehen, wurden die durch den physikalischen Charakter des Meßvorgangs, theoretische Vereinfachungen und technische Begrenzungen bedingten Fehlerquellen der Quecksilberinjektionsmethode aufgezeigt. Da die Wirkung der Probengeometrie und Probengröße auf den Verlauf der Meßkurve für die üblicherweise zur Verfügung stehenden Quecksilberhochdruckporosimeter bisher kaum systematisch untersucht worden sind, hat Verf. diesen Effekt an einigen porösen und nichtporösen Systemen untersucht. Es zeigte sich, daß Unterschiede in der Probengeometrie und Probengröße keine erheblichen Schwankungen der Meßkurve verursachen und ihr Einfluß gegenüber den anderen, oft noch nicht faßbaren Fehlerquellen im angegebenen Druckbereich unerheblich ist. Beträchtlich können sich jedoch physikochemische Beaktionen an der Grenzfläche Quecksilber/Probenkörper auswirken, die einer weiteren Klärung bedürfen. Weiterhin wurde der Einfluß von Wiederholungsmessungen am selben Probenstück untersucht und eine Deutungsmöglichkeit angegeben. Auf eine hohe Auswertegenauigkeit kann Zugunsten einer repräsentativeren Probenahme zunächst verzichtet werden.

Pe3ioMe McxOAH H 3 H e O Ö X O ß H M O C T H n p H B J i e q e H H H KanHJIJIHpHBIX KpHBBIX HaBjreHHÜ fJJIH XapaKTepHCTHKH nopHCTblX CHCTeM, Sbiuh BBineneHBi h c t o o t h k h ohihöok pTyraoro HHtGKijHOHHoro MeToaa, oßycjioBJieHHtie $H3nqecKHM xapaKTepoM npcmecca H3MepeHHö, Teope™3y 6onee npeACTaBHTejibiioro npo6ooT6opa mojkho 0TKa3aTbCH cnepBa ot bbicokoS t o t h o c t h 06paT0TKH flaHHblX.

Summary The author proceeds from the necessity l,o use capillary pressure curves for characterizing porous systems and shows sources of error of the mercury injection method, whicli are caused by the physical character of the process of measurement, by theoretical simplifications, as well as by technical limitations. As the effect of the geometry and dimensions of samples on the shape of the measuring curve so far have hardly been investigated systematically for mercury high-pressure porosimeters available, this effect has been studied by the author for some porous and nonporous systems. He shows that differences in the geometry and dimensions of samples do not produce considerable variations of the measuring curve, and that their influence in the pressure range mentioned on other sources of error, which often cannot yet be determined, is insignificant. However, physico-chemical reactions may considerably work out at the boundary Zone mercury-test specimen, and want further explanation. Furthermore, the influence exerted by repeated measurements of the same test specimen was investigated and a possible interpretation was given. For the present, a high accuracy of evaluation can be renounced in favour of a more representative sampling.

Literatur Erehse, \V., & H. Zaxjjek:

Die Kapillardruckkurve — ihre Bedeutung und Bestimmung. — Erdol-Erdgas-Informationen, 7, 27 — 35, Gommem 1965. IIieckmann, M.: Evaluation of reservoir rocks of low permeability. — Sixth World Petrol. Congr., Frankfurt/M. 1963, Scot. I I , Paper 9, 1-15. HOCKWOOD, S. H., G. H. Laik & B . J. Langford: Reservoir volumetric: parameters defined by capillary pressure studies. — Trans. AIME, 210, T. 1». 4636, 2 5 2 - 2 5 9 , 1957.

Einige Fragen zur Migration von Kohlenwasserstoffen und zur Bildung ihrer Lager L. M. S o r k i n , U d S S B Die Schichtwässer erdöl- und erdgasführender B e c k e n werden durch eine regionale Gassüttigung, vorwiegend aus Kohlenwasserstoffgasen bestehend, gekennzeichnet. Die Höhe der Gassättigung ändert sich für einzelne B e c k e n in bedeutenden Grenzen. In 1 m 3 Schichtwasser der paläozoischen Sedimente in der W o l g a - U r a l e r ErdölE r d g a s - P r o v i n z sind bis zu 1 , 0 — 1 , 3 m 3 K W - G a s enthalten. Die Gassättigung der Schichtwässer im W e s t sibirischen B e c k e n erreicht 2 — 3 m 3 und selten auch mehr pro 1 m 3 W a s s e r . E i n e noch höhere Gassättigung, bis zu 4 — 5 m 3 pro 1 m 3 Wasser, weisen die Schichtwässer der mittleren K a s p i - S e n k e auf. Die m a x i m a l e Gassättigung wurde m i t 9 m 8 Gas pro 1 m 3 W a s s e r in der IndoloK u b a n - S e n k e auf der S t r u k t u r Medwedewskoje registriert. Aus: „Geologia nefti i gasa", H. 9, S. 3 1 - 3 4 , 1969. "Übersetzung und fachliche Bearbeitung: Bernhard B.eh.

Die G e s a m t m e n g e n der in den Schichtwässcrn gelösten Kohlenwasserstoffgase erreichen in einzelnen erdölund erdgasführenden B e c k e n Dutzende und H u n d e r t e Billionen K u b i k m e t e r . Als Beispiel l ä ß t sich das erdölerdgas-führende Westsibirische B e c k e n anführen, wo die Minimalmenge an gelösten Gasen in den Schichtwässern des Jura-Unterkreide-Komplexes 4 0 0 Billionen m 3 und m i t B e r ü c k s i c h t i g u n g ausgepreßter Sedimentationswässcr mehr als 150 Billionen m 3 b e t r ä g t . D a b e i liegt die S u m m e der prognostischen G a s v o r r ä t e bei 5 0 — 6 0 Billionen m 3 . F ü r alle Kohlenwasserstoffbeckcn gemeinsam übersteigt die Menge der in den Schichtwässern gelösten Kohlenwasserstoffe um ein weites deren industrielle oder prognostische Vorräte, d. h., die nachgewiesenen und v e r m u t e t e n V o r r ä t e betragen nur einen geringen Teil der in den Schichtwässern gelösten Kohlenwasserstoffe. Deshalb k a n n m a n die gelösten Kohlenwasserstoffgase der Schichtwässer als potentiellen K o h -

Z e i t s c h r i f t f ü r a n g e w a n d t e Geologie, B d . 17 ( 1 9 7 1 ) , H e l t 4

Sobki v j Zur M igi a (ion von Kohlenwasserstoffen lenwasserstoffursprung b e t r a c h t e n , da deren Volumen völlig zur B i l d u n g beliebiger einzigartiger L a g e r s t ä t t e n ausreicht. Folglich läuft der E n t s t e h u n g s p r o z e ß von Gaslagern zu einem bedeutenden Teil auf die Konzentrierung von gelösten Kohlenwasserstoffen der S c h i c h t wässer hinaus und seltener von freien Gasen. Nach der organischen H y p o t h e s e der Kohlenwasserstoffgenese 1 ) l ä ß t sich die E n t s t e h u n g von Gaslagern n a c h folgendem S c h e m a b e t r a c h t e n : disperse organische S u b s t a n z der Gesteine —>• disperse Kohlenwasserstoffgase —> gelöste Gase der Schichtwässer —> Gase der Gaslager. J e d o c h werden die K o n z e n t r a t i o n s - und Dispergierungsbesonderheiten der Kohlenwasserstoffe nach dem aufgeführten S c h e m a in b e d e u t e n d e m M a ß e v o n den geologisch-hydrogeologischen Verhältnissen des jeweiligen E r d ö l - E r d g a s - E i n z u g s g e b i e t s der L i t h o s p h ä r e abhängen. Hier lassen sich zwei gegenteilige F ä l l e aushalten : a) I m Profil überwiegen m ä c h t i g e sandige Druckwasserhorizonte, die von regional aushaltenden W a s s e r stauern überlagert werden; b) häufige Wechsellagerung vorwiegend geringmächtiger sandiger und m ä c h t i g e r T o n p a k e t e (vgl. A b b . ) .

E s wird unterstellt, daß als Gasmuttergestein jedes beliebige Sediment auftreten kann, das organische Substanz sowohl der Humusreihe als auch der Sapropelreihe unter günstigen Erhaltungsbedingungen aufweist.

9

5

123 I m Falle a) k o m m t in der Bilanz der Kohlenwasserstoffgase den Gasen die überwiegende B e d e u t u n g zu, die im Speicherkomplex selbst erzeugt worden sind. Zunächst werden sich die neugebildeten Gase in den Schichtwässern lösen, und wenn der Gassättigungsdruck den hydrostatischen Druck erreicht, beginnt das Gas, sich als freie P h a s e zu entlösen und L a g e r zu bilden. E i n e noch intensivere Gasentlösung wird bei S c h i c h t d r u c k a b n a h m e sowohl im E r g e b n i s positiver tektonischer Bewegungen als auch bei der Umverteilung der Schichtwässer aus Senken in Hochlagen oder Monoklinalen erfolgen. B e i bedeutender Mächtigkeit des Druckwasserkomplexes reicht das aus den Schichtwässern frei werdende Gas in den Grenzen des hypsometrischen Struktureinflusses sogar für die Bildung der gigantischsten L a g e r s t ä t t e n aus. Die E n t s t e h u n g der einzigartigen L a g e r s t ä t t e n im A p t - A l b - C e n o m a n - K o m p l e x des nördlichen T j u m e n Gebietes l ä ß t sich durch Gasentlösung aus den untertägigen W ä s s e r n im E r g e b n i s von Schichtdruckverringerungen im Pliozän — Q u a r t ä r erklären (NALIWKIN U. a. 1965). Günstig wirkten sich hier die bedeutende Speic h e r m ä c h t i g k e i t und das große Gasvolumen der S c h i c h t wässer aus (ihre niedrige T e m p e r a t u r und Mineralisation). I m Z u s a m m e n h a n g damit wurden bei der Schichtd r u c k a b n a h m e gewaltige Mengen an Kohlenwasserstoffgasen aus den Schichtwässern frei (vgl. T a b . ) . Große B e d e u t u n g für die in der Tabelle aufgeführten L a g e r s t ä t t e n besitzt auch die T a t s a c h e , daß im hypso-

27

10

1

2

U

16

1200

1600-

IZ

2000-•

2400-;

2800

3200 - :

Abb.: Schema der Entstehung von Gaslagern

3600-

4000

J

2 +3

a — Gaslager im mächtigen Sandkomplex des Cenomans auf dem Feld TJrengoj (Westsibirien); b — Gaslager in einem geringmächtigen Sandspeicher des Pliozäns auf dem Feld Port Arthur (nördl. Kaspi-Gebiet) 1 — Tondecken; 2 — sandiger Speicher; 3 — Richtung der Gasumverteilung; 4 —Gaslager

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4 124

SORXIN / Zur Migration von Kohlenwasserstoffen

Tab.: Einschätzung der Gasvorräte für Strukturen im Norden Westsibiriens (nach Jtr. S. SCHILOW) Struktur, Lagerstätte

Gubkinskoje Nördlicher PurpejScheitel Urengoj Ust-Tasowskoje Jubilejnoje

Fläche des hypsometrisch. Einflusses

Effektive Mächtigkeit des Komplexes

Poröses Hohlraumyolumen

Druckabfall

Volumen des entlösten Gases

km 3

km

km 3

at

m 3 /m 3

Gesamtgasmenge, die aus dem Schichtwasser frei wurde Mrd. m 3

4220 17000

0,9 1,0

1140 5100

22 22

0,33 0,33

376 1683

10400 8020 9600

1,1 1,0 1,0

3432 2406 2880

20 86 60

1,15 1,10 0,80

3946 2647 2477

metrischen Einflußbereich der Strukturen die Schichtwässer auch gegenwärtig gewaltige Mengen gelöster Gase enthalten. So b e t r ä g t z. B . für die L a g e r s t ä t t e Gubkinskoje mit einem Vorrat von 350 Mrd. m 3 die in den Schichtwässern gelöste Gasmenge 1800 Mrd. m 3 . B e i m A b b a u solcher L a g e r s t ä t t e n können infolge des Schichtdruckabfalls bedeutende Gasmengen aus den Schichtwässern frei werden und die industriellen Vorräte wesentlich erhöhen. F ü r die L a g e r s t ä t t e Gubkinskoje mit einem Gasentlösungsdruck der Schichtwässer v o n 73 — 74 at wird bei einer Druckabsenkung in den R a n d wässern von 25 — 35 a t aus ihnen eine Gasmenge von 150 - 200 Mrd. m 3 frei. Die Gasentlösung und Bildung einer freien G a s p h a s e im Ergebnis eines Schichtdruckabfalls werden sich im gesamten wassergesättigten Speicherkomplex vollziehen, und folglich wird das sich anfänglich entlösende Gas dispers verteilt im Porenraum des Speichers in F o r m v o n Bläschen unterschiedlichen Durchmessers auftreten. Eine S a m m l u n g dieser dispers verteilten Gasbläschen wird durch Reibungs-, Adhäsions- und Anziehungskräfte zwischen den Gasbläschen und dem Gestein sowie durch den „ J a m i n - E f f e k t " behindert. Zur Uberwindung dieser K r ä f t e ist eine äußere Einwirkung erforderlich. Als solche äußere K r a f t wird die Bewegung der Schichtwässer betrachtet (BROD & JEREMENKO 1953, SOKOLOW 1965). Außerdem begünstigen die beweglichen Schichtwässer den Zufluß frischer stark gasgesättigter Schichtwässer in die Zone des hypsometrischen Struktureinflusses. In noch größerem Maße fördern die durch E n t l a d u n g endogener und exogener K r ä f t e hervorgerufenen Bewegungen der E r d k r u s t e die S a m m l u n g der verstreuten Gasbläschen. Nachfolgend sollen einige Beispiele aufgeführt werden. E s ist festgestellt worden, daß unter dem Einfluß der Anziehungskraft von Mond und Sonne das Territorium der S t a d t Moskau täglich u m einen B e t r a g von 1,5 m m u m einen bestimmten Mittelwert angehoben bzw. abgesenkt wird. Keinen geringeren Einfluß weisen die Wässer der Meere und Ozeane a u f : Ihre gigantischen Wellen erschüttern buchstäblich den Erdball. Die S c h l a g k r a f t der Wellen ist so groß, daß ein S t u r m in der B i s k a y a von den seismischen Stationen in Moskau aufgezeichnet wird (MALACHOW 1965). E i n noch größerer E f f e k t wird bei der E n t l a d u n g endogener Spannungen — den E r d b e b e n — erhalten, deren Anzahl 100000 pro J a h r erreicht. Im Ergebnis der ständigen Bewegungen der E r d kruste, ihrer Erschütterung, werden in erster Linie die Adhäsions- und Anziehungskräfte überwunden. Die

gleichen Schwingungen führen zu einer Deformation des Gesteinsskeletts: Im Ergebnis der Hebungen und Senkungen des Sedimentkomplexes werden einzelne Poren bald erweitert, bald komprimiert, was zu einem Ausstoßen einzelner Gaströpfchen führt. Unter dem Einfluß der Auftriebskräfte ist dieses Herausstoßen immer oder f a s t immer von unten nach oben gerichtet, wodurch sich die Gasbläschen unter der Deckschicht ansammeln. Bei Verbindung mehrerer Tröpfchen untereinander k a n n eine Gasfiltration, eine Bewegung in F o r m v o n Mikroströmen beginnen. Im Falle b) wird die H a u p t m e n g e der Kohlenwassers t o f f g a s e in den T o n k o m p l e x e n gebildet, und die Rolle der Gase aus den tonigen Zwischendecken ist u m so größer, je bedeutender deren Mächtigkeit und je geringer dementsprechend die Mächtigkeit der S a n d p a k e t e ist. In einer geringmächtigen sandigen Schicht reicht die aus dem Wasser frei werdende Gasmenge im Bereich des hypsometrischen Struktureinflusses nicht aus, u m zu einer irgendwie bedeutenden G a s a n s a m m l u n g zu führen. In diesem Falle ist für die B i l d u n g einer industriellen Akkumulation die Gaszufuhr sowohl aus dem tonigen K o m p l e x als auch v o n außerhalb des hypsometrischen Einflußbereiches der S t r u k t u r erforderlich. Betrachten wir die Gaszufuhrbedingungen aus den Tonen in den Speicher, da durch die gleichen Verhältnisse die Migrationsformen der Gase von außerhalb der Strukturzone b e s t i m m t werden. Die sich in den Tongesteinen bildenden Gase rufen in dem Volumen, das die organische S u b s t a n z einnimmt, einen hohen Druck hervor, der ausreicht, u m die Tone über die Wege des geringsten Widerstandes zu durchbrechen (SOKOLOW 1965). Somit vollzieht sich anfänglich die Vereinigung einzelner Gasbläschen, die Bildung von MikroStrömen, die ihrerseits, indem sie die tonigen Gesteine durchbrechen, große S t r ö m e freien Gases bilden. Gem e i n s a m mit den freien Gasströmen migrieren auch s t a r k gasgesättigte Porenwässer aus dem Tonkomplex. Einen wesentlichen Einfluß auf die Migration des Gases und der Porenwässer aus den Tonen besitzen die Verdichtung der T o n k o m p l e x c und der Grad ihrer Diagenese. J e größer die Mächtigkeit und die Lagerungsteufe der Sedimente sind und je stärker die Tone metamorphosiert sind, u m so weiter sind die Auswanderungsprozesse der Gase und das Auspressen der Porenwässer fortgeschritten. Der G a s s t r o m , der sich i m Tonsteinkomplex gebildet hat, migriert später i m Speicher ebenfalls in F o r m eines freien z u s a m m e n h ä n g e n d e n Flusses. Die Migrationsenergie eines solchen Stromes ist ausreichend hoch, da j a der Strahl unter bedeutendem Druck in den

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A u t o r e n k o l l e k t i v / D i e s t r u k t u r e l l e n V e r h ä l t n i s s e der E r z b i l d u n g

Speicher eindringt. Auf den Migrationswegen füllt sich der Gasstrom ständig mit freien Gasen auf. Die erste zusätzliche Gasportion tritt bei der Degasierung der Porenwässer durch den Abfall vom geostatischen Druck in den Tonsteinen auf den hydrostatischen im Speicher zu. Im weiteren vollzieht sich die Auffüllung des Gasstromes durch Mitreißen von frei werdenden Gasen aus den Schichtwässern des Speichers sowie durch Gase anderer Mikroströme. Die Migrationsweite wird durch die Entfernung bis zum Speicher bestimmt. Als Beispiel betrachten wir die Bildungsbedingungen der Gaslager im Pliozän der Kaspi-Senke ( S O R K I N & J E R E M E N K O 1953). In den pliozänen Sedimenten der Senke überwiegen die Tonfolgen gegenüber den Speichern, deren Wässer durch eine vollkommen aus Methan bestehende Sättigung gekennzeichnet werden. In der nördlichen Hälfte der Senke befinden sich jedoch infolge der geringen Sedimentmächtigkeit (300—450 m) die Auswanderungsprozesse der Kohlenwasserstoffe in den Anfangsstadien. Die Gasmengen jedoch, die aus den Schichtwässern frei werden, reichen für die Bildung irgendwie bedeutender Akkumulationen nicht aus. Nach Süden nimmt die Sedimentmächtigkeit zu und erreicht auf dem Territorium der Ryn-Sande 800—1000 m, wodurch günstigere Bedingungen für die Gasauswanderung aus den Tonsteinkomplexen geschaffen werden. Wahrscheinlich sind nicht zufällig entlang der nördlichen Grenze der Ryn-Sande die Gaslager Auketajtschagyl, Saralshin, Uschkultas und Pestschanaja entdeckt worden. Ihre Entstehung ist mit der strahlförmigen Gasmigration und dem Auspressen stark gasgesättigter Schichtwässer aus der Zone erhöhter Mächtigkeiten der Ryn-Sande verbunden.

Somit können wir von zwei extremen und stark unterschiedlichen Situationen der Migration und Lagerbildung von Kohlenwasserstoffgasen sprechen. Bei Vorhandensein eines mächtigen Speichers migrieren die Kohlenwasserstoffgase vorwiegend in gelöstem Zustand mit den Schichtwässern, und bei der Lagerbildung spielt die strahlförmige Migration keine bedeutende Rolle, da das Gas aus den Schichtwässern im Bereich des hypsometrischen Struktureinflusses zur Lagerbildung ausreicht. Bei häufiger Wechsellagerung geringmächtiger Speicher mit tonigen Komplexen ist die Bildung eines bedeutenden Lagers nur bei Vorhandensein einer strahlförmigen Migration möglich. In der Natur lassen sich die verschiedenartigsten Kombinationen sandiger und toniger Komplexe antreffen, folglich wird die Rolle der genannten Migrationsformen (in gelöstem Zustand mit den Schichtwässern und strahlförmig) bei der Bildung der Gaslager von der Art der vorhandenen Kombination abhängen. Literatur BROD, I. O., & N. A. JEREMENKO: Die Grundlagen der Erdöl- und Erdgasgeologie. - Isd-wo MGU (1958). MALACHOW, A. A.: Unter der Hülle des Mantels. — M., isd-wo Molodaja gwardia (1965). NALIWKIN, W. D., U. a.: Vergleichende Analyse der Kohlenwasserstoffführung und der Tektonik der Westsibirisehen und der Turano-Skifischen Tafeln. - 'l'r. WNIGRI, wyp. 236., M„ isd-wo Nedra (1965). SAWTSCHENKO, W. P.: Die Bildungsbedingungen von Erdöl- und Erdgas* lagern bei einer strahlförmigen Migration in wassergesättigten Gesteinen. - Tr. WNII, Nr. 14 (1958). SOKOLOW, W. A.: Die Prozesse der Entstehung und Migration von Erdöl und Erdgas. — M., isd-wo Nedra (1965). SORKIN, L . M . , & G . N . KRITSCHEWSKIJ : Ü b e r d i e P e r s p e k t i v e n d e r G a s -

führung und die Bildlingsbedingungen der Erdgaslager im Neogen der -Kaspi-Senke. In: Sammelbd. Unterlagen zur Geologie der gasführenden Gebiete der Sowjetunion. — Tr. WNII gasa, wyp. 25 (33), M., isd-wo Nedra (1965).

Die strukturellen Verhältnisse der Erzbildung Einer der die genetischen Besonderheiten der endogenen Erzlagerstätten bestimmenden Faktoren L.

I. LTTKIN, I. S . K O R I N , G . G . K B A W T S O H B N K O , J .

W. F. T S C H B R K Y S C H B W ,

UdSSR

Die Strukturen der endogenen Lagerstätten der verschiedenen genetischen Typen' sind sehr mannigfaltig. Sehr verständlich ist das Bestreben, die allgemeine Abhängigkeit zwischen den genetischen Besonderheiten dieser Lagerstätten und dem strukturellen Milieu ihrer Bildung aufzufinden. Wir meinen, daß eine derartige Abhängigkeit tatsächlich existiert und auch erschlossen werden kann, wenn man von der Vorstellung der relativen strukturellen „Geöffnetheit — Geschlossenheit" des Systems des Erzabsatzes ausgeht. Der Grad der relativen strukturellen Geöffnetheit—Geschlossenheit wird im wesentlichen von der Bildungstiefe der Vererzung, den physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Nebengesteine, dem geotektonischen Regime sowie dem Typ und der Intensität der Verformung bestimmt. Eine vorläufige Analyse der vorhandenen Daten gestattet die Aussage, daß für die Bildung von LagerÜbers.: W. OESTKEICH, Berlin.

P. MALINOWSKI, J .

G. SAFONOW

&

Stätten eines beliebigen genetischen Typs in der Regel ein bestimmter Grad der strukturellen Geöffnetheit— Geschlossenheit des Erzabsatzsystems am günstigsten ist. Bei seiner Veränderung in Raum und Zeit ist eine gesetzmäßige Veränderung der genetischen Charakteristiken der Vererzung festzustellen. Im vorliegenden Aufsatz gilt die Hauptaufmerksamkeit der Klärung des Einflusses, den die vor der Vererzung entstandenen Gesteinsverformungen und die tektonische Aktivität des erzumgebenden Blocks auf die Formierungsbesonderheiten von Erzlagerstätten der verschiedenen genetischen Typen ausüben. Magmatische Lagerstätten im engeren Sinne Ein bestimmter Teil der endogenen Erzlagerstätten entsteht in der Periode des Werdens der sie umgebenden Intrusive. Wenn die Konzentration der Erze vor einer bestimmten Auskristallisation der Intrusivkörper er-

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A u t o r e n k o l l e k t i v / D i e s t r u k t u r e l l e n V e r h ä l t n i s s e der E r z b i l d u n g

Speicher eindringt. Auf den Migrationswegen füllt sich der Gasstrom ständig mit freien Gasen auf. Die erste zusätzliche Gasportion tritt bei der Degasierung der Porenwässer durch den Abfall vom geostatischen Druck in den Tonsteinen auf den hydrostatischen im Speicher zu. Im weiteren vollzieht sich die Auffüllung des Gasstromes durch Mitreißen von frei werdenden Gasen aus den Schichtwässern des Speichers sowie durch Gase anderer Mikroströme. Die Migrationsweite wird durch die Entfernung bis zum Speicher bestimmt. Als Beispiel betrachten wir die Bildungsbedingungen der Gaslager im Pliozän der Kaspi-Senke ( S O R K I N & J E R E M E N K O 1953). In den pliozänen Sedimenten der Senke überwiegen die Tonfolgen gegenüber den Speichern, deren Wässer durch eine vollkommen aus Methan bestehende Sättigung gekennzeichnet werden. In der nördlichen Hälfte der Senke befinden sich jedoch infolge der geringen Sedimentmächtigkeit (300—450 m) die Auswanderungsprozesse der Kohlenwasserstoffe in den Anfangsstadien. Die Gasmengen jedoch, die aus den Schichtwässern frei werden, reichen für die Bildung irgendwie bedeutender Akkumulationen nicht aus. Nach Süden nimmt die Sedimentmächtigkeit zu und erreicht auf dem Territorium der Ryn-Sande 800—1000 m, wodurch günstigere Bedingungen für die Gasauswanderung aus den Tonsteinkomplexen geschaffen werden. Wahrscheinlich sind nicht zufällig entlang der nördlichen Grenze der Ryn-Sande die Gaslager Auketajtschagyl, Saralshin, Uschkultas und Pestschanaja entdeckt worden. Ihre Entstehung ist mit der strahlförmigen Gasmigration und dem Auspressen stark gasgesättigter Schichtwässer aus der Zone erhöhter Mächtigkeiten der Ryn-Sande verbunden.

Somit können wir von zwei extremen und stark unterschiedlichen Situationen der Migration und Lagerbildung von Kohlenwasserstoffgasen sprechen. Bei Vorhandensein eines mächtigen Speichers migrieren die Kohlenwasserstoffgase vorwiegend in gelöstem Zustand mit den Schichtwässern, und bei der Lagerbildung spielt die strahlförmige Migration keine bedeutende Rolle, da das Gas aus den Schichtwässern im Bereich des hypsometrischen Struktureinflusses zur Lagerbildung ausreicht. Bei häufiger Wechsellagerung geringmächtiger Speicher mit tonigen Komplexen ist die Bildung eines bedeutenden Lagers nur bei Vorhandensein einer strahlförmigen Migration möglich. In der Natur lassen sich die verschiedenartigsten Kombinationen sandiger und toniger Komplexe antreffen, folglich wird die Rolle der genannten Migrationsformen (in gelöstem Zustand mit den Schichtwässern und strahlförmig) bei der Bildung der Gaslager von der Art der vorhandenen Kombination abhängen. Literatur BROD, I. O., & N. A. JEREMENKO: Die Grundlagen der Erdöl- und Erdgasgeologie. - Isd-wo MGU (1958). MALACHOW, A. A.: Unter der Hülle des Mantels. — M., isd-wo Molodaja gwardia (1965). NALIWKIN, W. D., U. a.: Vergleichende Analyse der Kohlenwasserstoffführung und der Tektonik der Westsibirisehen und der Turano-Skifischen Tafeln. - 'l'r. WNIGRI, wyp. 236., M„ isd-wo Nedra (1965). SAWTSCHENKO, W. P.: Die Bildungsbedingungen von Erdöl- und Erdgas* lagern bei einer strahlförmigen Migration in wassergesättigten Gesteinen. - Tr. WNII, Nr. 14 (1958). SOKOLOW, W. A.: Die Prozesse der Entstehung und Migration von Erdöl und Erdgas. — M., isd-wo Nedra (1965). SORKIN, L . M . , & G . N . KRITSCHEWSKIJ : Ü b e r d i e P e r s p e k t i v e n d e r G a s -

führung und die Bildlingsbedingungen der Erdgaslager im Neogen der -Kaspi-Senke. In: Sammelbd. Unterlagen zur Geologie der gasführenden Gebiete der Sowjetunion. — Tr. WNII gasa, wyp. 25 (33), M., isd-wo Nedra (1965).

Die strukturellen Verhältnisse der Erzbildung Einer der die genetischen Besonderheiten der endogenen Erzlagerstätten bestimmenden Faktoren L.

I. LTTKIN, I. S . K O R I N , G . G . K B A W T S O H B N K O , J .

W. F. T S C H B R K Y S C H B W ,

UdSSR

Die Strukturen der endogenen Lagerstätten der verschiedenen genetischen Typen' sind sehr mannigfaltig. Sehr verständlich ist das Bestreben, die allgemeine Abhängigkeit zwischen den genetischen Besonderheiten dieser Lagerstätten und dem strukturellen Milieu ihrer Bildung aufzufinden. Wir meinen, daß eine derartige Abhängigkeit tatsächlich existiert und auch erschlossen werden kann, wenn man von der Vorstellung der relativen strukturellen „Geöffnetheit — Geschlossenheit" des Systems des Erzabsatzes ausgeht. Der Grad der relativen strukturellen Geöffnetheit—Geschlossenheit wird im wesentlichen von der Bildungstiefe der Vererzung, den physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Nebengesteine, dem geotektonischen Regime sowie dem Typ und der Intensität der Verformung bestimmt. Eine vorläufige Analyse der vorhandenen Daten gestattet die Aussage, daß für die Bildung von LagerÜbers.: W. OESTKEICH, Berlin.

P. MALINOWSKI, J .

G. SAFONOW

&

Stätten eines beliebigen genetischen Typs in der Regel ein bestimmter Grad der strukturellen Geöffnetheit— Geschlossenheit des Erzabsatzsystems am günstigsten ist. Bei seiner Veränderung in Raum und Zeit ist eine gesetzmäßige Veränderung der genetischen Charakteristiken der Vererzung festzustellen. Im vorliegenden Aufsatz gilt die Hauptaufmerksamkeit der Klärung des Einflusses, den die vor der Vererzung entstandenen Gesteinsverformungen und die tektonische Aktivität des erzumgebenden Blocks auf die Formierungsbesonderheiten von Erzlagerstätten der verschiedenen genetischen Typen ausüben. Magmatische Lagerstätten im engeren Sinne Ein bestimmter Teil der endogenen Erzlagerstätten entsteht in der Periode des Werdens der sie umgebenden Intrusive. Wenn die Konzentration der Erze vor einer bestimmten Auskristallisation der Intrusivkörper er-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4

126 folgt, gehören die entstehenden L a g e r s t ä t t e n zum F r ü h t y p der Erzbildung. N a c h wesentlicher oder völliger Auskristallisation der Silikatmassen kann die E r z s u b s t a n z in einer Reihe von Fällen ausgepreßt werden und bildet L a g e r s t ä t t e n der S p ä t e t a p p e . Die L a g e r s t ä t t e n der F r ü h e t a p p e (einige T y p e n der Chromit-, Apatit-, Titanomagnetit- und Kupfer-NickelL a g e r s t ä t t e n ) können sowohl unter den ruhigen tektonischen Verhältnissen relativ stabiler Tafeln als auch unter den komplizierteren dynamischen Bedingungen mobiler Zonen entstehen. Im ersten Fall entstehen schichtige Erzlager, konk o r d a n t zur Stratifizierung der sie enthaltenden Intrusive. Unter diesen Bedingungen entstanden insbesondere die nach Mächtigkeit und Lagerungsverhältnissen weithin aushaltenden schichtigen Chromitkörper in den L a g e r s t ä t t e n des Bushveld-Massivs. In den mobilen Zonen entstehen die Intrusivkörper, die die m a g m a t i s c h e n L a g e r s t ä t t e n enthalten, gewöhnlich in einer tektonisch sehr unruhigen Situation, was zur E n t s t e h u n g erheblich komplizierterer F o r m e n der Erzlager führt. So werden z. B . die Erzkörper der Chromitlagerstätten gefaltet, erfahren eine Boudinage, werden zerrissen und erleiden noch andere Verformungen bereits in der Kristallisationsperiode der ErzSilikat-Schmelze. Sehr charakteristisch ist in dieser Periode die E n t s t e h u n g linearflächiger Texturen, die die L a m i n a r b e w e g u n g der auskristallisierten Erz-SilikatMassen widerspiegeln ( K R A W T S Ö H E N K O 1969). In der Spätperiode werden die plastischen Verformungen allmählich von spröden Verformungen abgelöst, was nur für Massive kennzeichnend ist, die sich in den mobilen Zonen und in den randlichen Teilen der aktivierten Tafeln formieren. Mit dieser Periode fällt die Bildung der m a g m a t i s c h e n L a g e r s t ä t t e n der S p ä t e t a p p e zusammen. Die Silikat-Erz-Schmelzen können dabei in Spalten ausgepreßt werden, die sowohl in den erzführenden Intrusiven als auch außerhalb von ihnen entstehen (sulfidische Cu-Ni-Lagerstätten). In manchen Gebieten erfolgt die Bildung der Erzlager der sulfidischen Kupfer-Nickel-Lagerstätten im Zus a m m e n h a n g mit Bewegungen auf großen Scherstörungen. Auf den T i t a n o m a g n e t i t l a g e r s t ä t t e n sind die Vorgänge der Auspressung der E r z m a s s e n auf Spalten in großem Maße ausgebildet. Ähnliche Erscheinungen gibt es auch auf Chromitlagerstätten. A m Beispiel der m a g m a t i s c h e n E r z l a g e r s t ä t t e n kann m a n die W a n d l u n g des Verformungstyps v o m zähen laminaren Fließen der flüssigen Magmen über plastische Verformungen der teilweise auskristallisierten Schmelzen bis zur E n t s t e h u n g von Brüchen in den noch nicht vollständig verfestigten erzumgebenden magmatischen Massen verfolgen. Die Ü b e r g ä n g e zwischen diesen Verf o r m u n g s t y p e n sind allmählich, und in einer Kristallisationsperiode der Erz-Silikat-Massen können sowohl plastische als auch spröde Verformungen gemeinsam auftreten. Der G r a d der strukturellen Geschlossenheit des S y s t e m s wird in den verschiedenen E t a p p e n des Werdens der erzführenden Intrusive in bedeutendem Maße von den strukturtektonischen Verhältnissen bestimmt. D a s S y s t e m ist für die L a g e r s t ä t t e n der F r ü h e t a p p e der Erzbildung geschlossen und wird in einer späteren E t a p p e der Erzbildung etwas offener.

Autorenkollektiv / Die strukturellen Verhältnisse der Erzbildung Pcgmatite Die P e g m a t i t e nehmen zwischen den magmatischen L a g e r s t ä t t e n im engeren Sinne und den hydrothermalen L a g e r s t ä t t e n eine Zwischenstellung ein. Den H a u p t wert für die Industrie haben P e g m a t i t e mit granitischer Zusammensetzung. Ihre Formierung erfolgt im allgemeinen unter den Verhältnissen der Bildung oder Verfestigung des granitischen M a g m a s . Durch die Arbeiten der letzten J a h r e wurde ermittelt, daß die strukturgeologische Situation der Pegmatitbildung unterschiedlich ist (s. z. B . den „ S a m m e l b a n d von Vorträgen sowjetischer Geologen" 1965). Unter den Verhältnissen der größten Tiefen (8 bis 12 km) entstehen die s e l t e n e E r d e n f ü h r e n d e n Pegmatite (im folgenden T R - P e g m a t i t e ) , die Orthit, Monazit und Thoriummineralien enthalten. Diese P e g m a t i t e entstehen durch selektives Ausschmelzen bei den Vorgängen der Regionalmetamorphose in den wurzelnahen Teilen der Faltensysteme. Die Erzkomponenten werden in der m a g m a tischen E t a p p e i. e. S. des Werdens der P e g m a t i t e bei einer T e m p e r a t u r in der Größenordnung von 700° in einem relativ offenen S y s t e m (nach K O R S H I N S K I 1967) konzentriert. F ü r derartige Verhältnisse sind spröde Deformationen uncharakteristisch: Dominierend ist das plastische Fließen der in Metamorphose befindlichen Gesteine, das an einer Reihe von Stellen in Scherverformungen übergeht. In den Scherzonen, die sich über viele Kilometer hin erstrecken, werden eben die Felder der T R - P e g m a t i t e lokalisiert. In etwas geringeren Tiefen (in der Größenordnung von 6 bis 8 k m ) entstehen die G l i m m e r p e g m a t i t c , die in der Regel mit synorogenen Granitoiden in den Kernen von Antiklinorien und an den R ä n d e r n von starren Massiven zusammenhängen. Faltenverformungen sind nur für die F r ü h e t a p p e der B i l d u n g solcher Granitpegmatitkörper kennzeichnend, aber die bauwürdige Glimmerbildung entwickelt sich bereits in den konsolidierten Schichtfolgen, deren erhöhte Righeit durch die Verfestigung der P e g m a t i t k ö r p e r selbst bedingt wird. Die Bildung der grobkristallinen Glimmer h ä n g t mit der Hydrolyse der F e l d s p ä t e und mit metasomatischen Prozessen zusammen, die die P e g m a t i t e überprägen. Diese Erscheinungen erfolgen bei einer T e m p e r a t u r von etwa 600° bei relativ ruhigen tektonischen Verhältnissen, entweder in geschlossenen Hohlr ä u m e n oder in Spalten im Pegmatitkörper. Intensivere Bewegungen wirken sich auf die Q u a l i t ä t des Glimmerrohstoffs negativ aus. Die s e l t e n e M e t a l l e f ü h r e n d e n Pegmatite (im folgenden SM-Pegmatite) hängen in der Regel mit Graniten mäßiger Tiefen, nach der F a l t u n g entstanden, zusammen, die längs der Achsenzonen großer Antiklinalen intrudierten, oder in Zonen des Zusammentreffens von Gesteinsblöeken v o n unterschiedlicher Mobilität und in großen Blöcken alter starrer Gesteine. A m günstigsten für die Bildung großer SMPegmatitfelder ist eine Tiefe in der Größenordnung von 3 bis 5 km. Die strukturellen Bildungsverhältnisse der SM-Pegmatite sind unterschiedlich. N E D U M O W (Sammelband 1965) unterscheidet zwei Endglieder (extreme Gruppen) dieser P e g m a t i t e . Die P e g m a t i t e der ersten Gruppe entstehen unter den Verhältnissen einer

Zeitschrift iiir angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4

Autorenkollektiv / Die strukturellen Verhältnisse der Erzbiklung sehwachen Durchlässigkeit der Nebengesteine bei geringer A k t i v i t ä t der tektonischen Bewegungen. Die Körper dieser Pegraatite liegen gewöhnlich in Graniten, fern von B r ü c h e n ; der innere B a u der Pegmatitkörper ist kompliziert polyzonar; in der Mineralbildung spielen die flüchtigen Komponenten (Bor, Fluor u. a.) eine große Rolle. Die Pegmatite der zweiten Gruppe entstehen bei erhöhter tektonischer Aktivität, unter den Bedingungen einer hohen Durchlässigkeit der Nebengesteine. Die Felder solcher gewöhnlich vollständig differenzierten Pegmatite ziehen sich längs regionalen Brüchen hin. Der Prozeß der Pegmatitbildung dauert lange an, es entwickeln sich spröde Verformungen, wodurch eine gutausgeprägte regionale Zonalität entsteht. In den durchlässigsten Bereichen kristallisiert die Schmelze infolge des massenhaften Verlustes an Volatilen schneller, und es entstehen Gänge von Granitporphyren und Apliten. Die Erzführung der Pegmatite dieser Gruppe hängt mit überprägenden metasomatischen Vorgängen (Albitisierung) zusammen, die bei wiederholter Öffnung der die Pegmatitkörper umgebenden Spalten in großem Maße in Erscheinung treten. In Teufen geringer als 3 bis 5 k m entstehen bereits keine SM-Pegmatite m e h r : Unter den Verhältnissen geringerer allseitiger Drücke entwickeln sich in den Granitmassiven Vorgänge der flächenhaften Albitisierung und Vergreisung, es entstehen sog. Apogranite, häufig mit industriell interessanter SM-Mineralisation. In der geschlossensten Situation, aber in geringeren Tiefen (in der Größenordnung von 1,2 bis 2,5 km) entstehen in hypabyssischen, nach der Faltung entstandenen Graniten die K a m m e r p e g m a t i t e , eine wichtige Quelle der piezooptischen Rohstoffe. Die Lokalisation dieser Pegmatitkörper wird entweder von der Skulptur des Hangenden des Intrusivs oder durch seine primäre Klüftung bestimmt. Eine notwendige Bedingung für die Entstehung bergkristallführender K a m m e r n ist die Geschlossenheit des Hohlraums, die nur bei tektonischer Ruhe möglich ist, unter einem Schirm ungestörter Gesteine in flachen Scheitelkontraktionsklüften. Daher kann das Werden der Granitmassive von einer Pegmatitbildung in einer unterschiedlichen strukturellen Situation begleitet werden. Bei Vorhandensein tektonisch aktiver Scherzonen können jedoch nur T R Pegmatite (in großen Tiefen) entstehen; im Falle intensiver Faltenverformungen entstehen Glimmerpegmatite, obgleich die Bildung industriell verwertbarer Glimmer nach der Konsolidierung der Blöcke und der Erhöhung ihrer Righeit beginnt; in regionalen Scherzonen entstehen in geringeren Tiefen schwach erzführende vollständig differenzierte Pegmatite, während reine SM-Pegmatite entweder in einem geschlossenen Medium an den Endokontakten der Granite oder bei überprägenden metasomatischen Vorgängen in einer relativ ruhigen Situation entstehen. In geringen Tiefen, aber bei erhaltener Geschlossenheit des Systems, können schließlich bergkristallführende Kammerpegmatite entstehen.

Hydrothermale Lagerstätten Als Beispiele, die die Wechselwirkung zwischen den genetischen Besonderheiten der Vererzung und der strukturellen Geöffnetheit—Geschlossenheit des Erz-

127 absatzsystems kennzeichnen, behandeln wir Lagerstätten, die mit Skarnen zusammenhängen, sowie hydrothermale Wolframit- und Golderzlagerstätten. Lagerstätten in Kalkskarnen

Die mit Kalkskarnen zusammenhängenden Lagerstätten entstehen bei den höchsten Temperaturen des postmagmatischen Prozesses. Sie liegen in Gebieten mit tiefangelegten Brüchen, die die magmatische Tätigkeit kontrollieren. Zu Beginn der Lagerstättenbildung sind diese Brüche völlig verheilt. Die Skarne und die nachfolgende Vererzung bilden sich unter den Verhältnissen des Wiederauflebens und der weiteren E n t faltung der tektonischen A k t i v i t ä t in den Bruchzonen und den an sie anschließenden Blöcken. Die Herausbildung der industriell verwertbaren Erzakkumulationen auf diesen Lagerstätten dauert lange Zeit a n ; sie erfolgt im Verlauf mehrerer Mineralbildungsstadien, die bei allgemein sinkender Temperatur in Erscheinung treten, und unter strukturellen Verhältnissen, die sich von geschlosseneren zu offeneren hin wandeln. Die nach KORSHINSKI (1955) bei den höchsten Temperaturen entstehenden, im wesentlichen bimctasomatischen Skarne werden in Zonen plastischer Verformungen lokalisiert, die K o n t a k t e n mit Gesteinen karbonatischer oder alumosilikatischer Zusammensetzung folgen (TSCHEKSYSCHEW 1961). Die bei weniger hohen Temperaturen entstehenden, im wesentlichen Infiltrationsskarne und die sie begleitende Vererzung formieren sich im Zusammenhang mit kurzen verstreuten Brüchen, die vorwiegend längs K o n t a k t e n von Granitoiden, effusivterrigenen Schichten oder bimetasomatischen Skarnen mit karbonatischen Gesteinen ausgebildet sind (Abb. 1). In den Spätstadien werden die Infiltrationsskarne auch durch durchsetzende Brüche kontrolliert. Unter ähnlichen Bedingungen, aber bei stärkerer Betonung von Rolle und Maßstab der durchsetzenden (schneidenden) verstreuten Brüche, entstehen nach der Infiltrationsskarnbildung auf verschiedenen Lagerstätten die ältesten der produktiven (Erz-)Assoziationen: die Quarz-Kalzit-Pyroxen-Andradit-Assoziation, die Amphibol- oder die Quarz-Feldspat-Assoziation mit Scheelit, Magnetit oder Molybdänit, möglicherweise auch Sphalerit und anderen Sulfiden in der Paragenese. Die nachfolgenden Mittel- und Niedertemperaturstadien der Mineralbildung bedingen die Ausbildung der die Skarne überprägenden monometallischen oder komplexen Erze des Wolframs, Eisens, Molybdäns, Kupfers, Zinks, Bleis und einiger anderer Metalle. Sie treten in Lokalitäten auf, bei denen sich die verstreuten Brüche zu ausgedehnten konzentrierten disjunktiven Störungen vereinigen (LUKIN 1968). Die Bildung der die Skarne überprägenden Erze wird von einer intensiven Zersetzung der Skarne unter der Bildung von Quarz-Kalzit-Erzmetasomatiten mit T a l k und Aktinolith begleitet, bei geringeren Temperaturen mit Chlorit. Die jüngste produktive Mineralassoziation auf den Skarnlagerstätten ist die Quarz-Kalzit-Serizit-Assoziation, die vom Auftreten einer Gold- oder Blei-ZinkVererzung begleitet wird. Diese Assoziation entwickelt sich im Zusammenhang mit großen konzentrierten Brüchen. Der Prozeß der endogenen Mineralbildung wird gewöhnlich mit der Entstehung von Quarz-KarbonatBaryt-Gängen mit Sulfosalzen oder Sulfiden abge-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4

128

Abb. i .

Autorenkollektiv / Die strukturellen Verhältnisse der Erzbildung

Die strukturellen Verhältnisse bei der Entwicklung der Mineralisation, die mit Kalkskarnen im Zusammenhang steht (vorläufiges Schema)

Typ I — Quarz-Wolframit-Groiscnlagerstätten i. e. S.; Typ I I — Quarz-Wolframit-Hochtemperaturlagerstätten; Typ I I I — Quarz-Wolframit-Mitteltemperaturlagerstätfcen; Typ IV — Ferberit-Anfcimonit-Niedertemperaturlagerstätten. Durch gesperrte Kursivschrift werden die charakteristischen Tsebengesteinsveränderungen angegeben.

schlössen. Diese Gänge entstehen im räumlichen Zus a m m e n h a n g mit großen durchsetzenden Brüchen, in Spalten, unter den offensten Strukturverhältnissen. Im Bereich der L a g e r s t ä t t e n und Erzkörper ist das Auftreten der meisten obengenannten Mineralassoziationen festzustellen. Die grundlegende industrielle B e d e u t u n g der isolierten E r z a k k u m u l a t i o n e n wird jedoch von der Ausbildung der produktiven Mineralassoziationen von zwei bis drei Stadien bestimmt. Dementsprechend können innerhalb der Skarnlagers t ä t t e n mehrere mineralische T y p e n unterschieden werden, die sich nach der Intensität der Geöffnetheit (Öffnung) des strukturellen S y s t e m s der Erzbildung unterscheiden. Hierbei ist festzustellen, daß in einem geschlosseneren S t r u k t u r s y s t e m die Verteilung der Vererzung in erheblichem Grade von der chemischen Z u s a m m e n s e t z u n g und dem Mineralbestand der Nebengesteine a b h ä n g t . Dies tritt in der deutlichen Selektivit ä t der E r z m e t a s o m a t o s e und in der Übernahme einzelner K o m p o n e n t e n der verdrängten Gesteine durch die Erzmineralien in Erscheinung. In offeneren Struk-

tursystemen wird die Selektivität der E r z m e t a s o m a t o s e auch durch deren physikalisch-mechanische Eigenschaften b e s t i m m t , insbesondere durch die effektive Porosität. Hierbei k a n n die Bildung der Erzmineralien von einer Abfuhr aller K o m p o n e n t e n der verdrängten Gesteine begleitet werden. Wolfram itlagerstätten

Die- Wolframitlagerstätten werden in vier genetische T y p e n untergliedert (MALENOWSKI 1965). Die (pneumatolytischen ?) Quarz-Wolframit-Greisenlagerstätten i. e. S. (Typ I) formieren sich in den F r ü h s t a d i e n der Erstarrung erzführender Granitmassive, unter den Verhältnissen einer äußerst schwachen tektonischen Gestörtheit des Hangenden. Die Erzkörper solcher Lagerstätten entstehen als Ergebnis einer starken Infiltrationsmetasomatose. Die Quarz-Wolframit-Hochtemperaturlagerstätten (Typ II) entstehen bei der Ausfüllung von Spalten unterschiedlicher E n t s t e h u n g , die sich infolge der Reduzierung des Volumens der erstarrenden

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4

Autorenkollektiv / Die strukturellen Vorhältnisse der Erzbildung I n t r u s i v a oder u n t e r dem E i n f l u ß t e k t o n i s c h e r K r ä f t e gleichmäßig auftun. Die vor der Vererzung entstandenen S c h e r s t ö r u n g e n , die quer zum Streichen des I i a u p t z u g s der Gänge orientiert sind, bleiben im B e r e i c h solcher L a g e r s t ä t t e n erzfrei. Die Quarz-Wolfr a m i t - M i t t e l t c m p e r a t u r l a g e r s t ä t t e n ( T y p I I I ) entstehen u n t e r den Verhältnissen nichtaufhörender tektonischer Bewegungen in den Gesteinen des Hangenden der erzführenden Massive. Die E r z g ä n g e entstehen durch Ausfüllung von Öffnungshohlräumen längs gebogener Vcrwerfungsflächen oder durch m e t a s o m a t i s c h e Verdrängung der zerschieferten Nebengesteine. Die Ferb e r i t - A n t i m o n i t - N i e d e r t e m p e r a t u r l a g e r s t ä t t e n (Typ IV) liegen in erheblicher E n t f e r n u n g von den möglicherweise erzführenden Intrusivmassiven, vorwiegend in Zerrüttungszonen, die m i t großen B r ü c h e n von regionaler B e d e u t u n g z u s a m m e n h ä n g e n . Die W o l f r a m i t l a g e r s t ä t t e n jedes genetischen T y p s zeichnen sich durch ganz b e s t i m m t e Nebengesteinsveränderungen, die stoffliche Zusammensetzung, die T e x t u r e n der E r z e , die Morphologie der E r z k ö r p e r und durch andere Besonderheiten aus, die m i t den strukturellen Verhältnissen der L a g e r s t ä t t e n b i l d u n g eng z u s a m m e n h ä n g e n und in erheblichem Maße von ihnen bedingt werden. Die Gegenüberstellung aller erhaltenen D a t e n g e s t a t t e t uns, ein D i a g r a m m vorzuschlagen, das n a c h den K o o r d i n a t e n „ S t r u k t u r v e r h ä l t n i s s e — E v o lution der L ö s u n g " a u f g e b a u t ist (Abb. 2). Dieses D i a g r a m m spiegelt die allgemeine Gesetzmäßigkeit in

Strukturverhältnisse

129 der Bildung der großen W o l f r a m i t l a g e r s t ä t t e n w i d e r : Mit der E r h ö h u n g der K o m p l i z i e r t h e i t der S t r u k t u r des Bereichs und des Grades der Öffnung des S y s t e m s sinkt die T e m p e r a t u r der Hauptmineralisationsstadien, und es erfolgt eine gerichtete Veränderung der physikochemischen E i g e n s c h a f t e n der erzbildenden Lösung. Große Q u a r z - W o l f r a m i t l a g e r s t ä t t e n sind bei j e d e m der vier unterschiedenen genetischen T y p e n b e k a n n t . B e d e u t e n d e K o n z e n t r a t i o n e n von W o l f r a m i t e r z e n können in einem ziemlich breiten Intervall der S t r u k t u r verhältnisse e n t s t e h e n ; aber in einer b e s t i m m t e n strukturgeologischen S i t u a t i o n entstehen sie nur dann, wenn infolge verschiedener U r s a c h e n die Mineralisationsprozesse des entsprechenden S t a d i u m s m der R e i h e der Veränderung von A z i d i t ä t — A l k a l i t ä t eine dominierende E n t w i c k l u n g erfahren. Golderzlagerstätten

Innerhalb der Golderzlagerstätten i. e. S., die unter verschiedenen geologischen Verhältnissen entstehen (ROSHKOW 1 9 6 8 ) , t r e t e n hinreichend b e s t i m m t vier Gruppen von L a g e r s t ä t t e n hervor, die sich bei unterschiedlicher struktureller Geöffnetheit (Öffnung) des Erzbildungssystems formieren. Die L a g e r s t ä t t e n der ersten Gruppe (vom T y p K o l a r , Kalgoorlie, Muruntau) entstehen in erheblichen Tiefen, bei führender Rolle plastischer Verformungen der Nebengesteinsfolgen und bei der B i l d u n g lokaler B r ü c h e in A b h ä n g i g k e i t von Erzbildungssystem

geschlossener Zonen plastischen

verstreute

(disperse)

Fliedens und Boudinage Schieferungen und Brüche an Kontakten

Mineralisationsprozesse

an Kontakten .

disperse durchsetzende Schieferung und verstreute Brüche

konzentrierte langgestreckte Brüche an Kontakten

' offener konzentrierte durchsetzende langgestreckte Brüche

Assoziation der bi metasomatischen Skarne Assoziation der Intiltrationsskarne Andradit - Pyroxen Quarz - Calcit Assoziation AmphibolAmphi bol- Quarz- FeldspatAssoziation Quarz - CalcitAktinolith Assoziation Quarz Calcit Assoziation Quarz Calcit - SericitAssoziation Quarz Karbonat- BarytAssoziation

Abb. 2. Die Bildungsverhältnisse der wichtigsten Wolframitlagerstätten Duroll die Schraffur werden die B e d i n g u n g e n der vorwiegenden E n t w i c k l u n g der Mineralassoziation bezeichnet. Die Größen der S y m b o l e der E l e m e n t e bringen die relative industrielle B e d e u t u n g der E r z k o n z e n t r a t i o n e n z u m A u s d r u c k . 3

A n g e w a n d t e Geologie, H e f t 4 / 7 1

Zeitschrift f ü r angewandte Geologie, Bd. 17 ( 1 9 7 1 ) , H e f t 4

130

SOBOLEW / D i e F a z i e s d e r M e t a m o r p h o s e

den physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Gesteine und den Besonderheiten der Faltung. Die Geöffnetheit (Öffnung) des Struktursystems wird hier durch kleine Abblätterungshohlräume, Schieferungsund Quetschungszonen, „eingeschliffene" Scherstörungen und kleine Abrißspalten bestimmt, d. h., im ganzen kann sie mit Einschränkung klassifiziert werden. Die Formierung der Erzkörper erfolgt bei Vorherrschen von metasomatischen Prozessen: Reiche Erzakkumulationen entstehen in den Endstadien der Verformung bei vorwiegender Zerrüttung der Quarzkörper, unter einer herabgesetzten Öffnung des Systems. Die Lagerstätten der zweiten Gruppe, hauptsächlich Ganglagerstätten (vom Typ Kotschkar, Dshelambet u. a.), entstehen bei intensiven Scherverformungen, im Zeitraum des Abschlusses der Faltung, in mäßigen Tiefen. Für sie ist eine Lokalisierung der Vererzung hauptsächlich in kompetenteren Gesteinen (Intrusivkörpern, massigen Sandsteinen), die in einem relativ plastischeren Medium eingeschlossen sind, kennzeichnend. Die Geöffnetheit (Öffnung) des Struktursystems des Erzabsatzes ist in den Anfangsstadien der Erzbildung erheblich, während sie in den produktiven Stadien, im Zusammenhang mit der Ausheilung der Klüfte durch Quarz (infolge Ausfüllung und Metasomatose), beschränkter ist. Die Lagerstätten der dritten Gruppe entstehen unter den Verhältnissen einer hohen Öffnung des Systems in geringen Tiefen. Sie stehen in engem Zusammenhang mit vulkanischen Bildungen (die Lagerstätten Transsylvaniens, die Zonen von San Juan—Boulder) und mit Bruchstörungen in Ablagerungen der Molasseserie (Gebiet von Balej). Für diese Lagerstätten ist die Ausbildung von Ausfüllungsgängen charakteristisch, die sich bei progressiver Öffnung der Hauptscherspalten und -abrißspalten bilden. Hier entstehen häufig Erzspalten, die den Bereichen einer örtlichen Beschränkung der Öffnung des Systems (halbdurchlässige Abschirmungen usw.) folgen, obgleich im ganzen f ü r das System ein unmittelbarer Zusammenhang mit der Erdoberfläche kennzeichnend ist. Bei der Bildung dieser Lagerstätten spielen atmosphärische Wässer eine Rolle. Als vierte besondere Gruppe können Lagerstätten ausgeschieden werden, die in relativ geringer Tiefe entstehen, aber unter den Verhältnissen einer beschränkten Öffnung, die vom Bau der erzumgebenden Folge und von der Eigenart der Entwicklung der tektonischen

Verformungen bestimmt wird. Die Vererzung entwickelt sich hier im wesentlichen durch Metasomatose (Zentraler Aldan u. a.).

Die für einige Typen von Erzlagerstätten angeführten Daten zeugen von allgemeinen Entwicklungsgesetzmäßigkeiten der Struktur des erzumgebenden Blocks. Für die Lagerstätten aller Typen ist eine allmähliche Ablösung der frühen, vorwiegend plastischen Verformung durch eine spröde Verformung festzustellen, was mit der allgemeinen Zunahme der Righeit des erzumgebenden Blocks zusammenhängt. Die produktiven Erzassoziationen der verschiedenen genetischen Typen entstehen auf verschiedenen E t a p p e n dieses Gesamtprozesses. Die Zunahme der Rolle der spröden Verformungen und ihre progressive Entwicklung unter bestimmten Bedingungen bei Zunahme der Righeit des erzumgebenden Blocks bedingen eine Erhöhung des Grades der relativen strukturellen Geöffnetheit (Öffnung) des Systems der Erzbildung und die Bildung einer bei immer geringeren Temperaturen entstehenden Vererzung. Die Verf. sind der Auffassung, daß man die relative strukturelle Geöffnetheit—Geschlossenheit des Systems der Erzbildung bei einer Ausarbeitung der Theorie der Erzbildung und der genetischen Systematik der Erzlagerstätten berücksichtigen muß. Literatur KOKSHINSKI, D . S . : Petrochemische Analyse der Phlogopit- und Muskovitlagerstätten Ostsibiriens. — Im Buch „Die Glimmer der UdSSR", ONTI-NKTP SSSR, Moskau-Leningrad 1937. — Abriß der metasomatischen Prozesse. — Im Buch „Grundprobleme der Lehre von den magmatogenen Erzlagerstätten". Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Moskau 1955. Die deutsche Übersetzung des „Abrisses der metasomatischen Prozesse" erschien im Akademie-Verlag, Berlin 1965. KRAWTSCHENKO, G. G.: Die ltollo der Tektonik bei der Kristallisation der Chromiterze des Eempirsaj-Plutons. — Verl. Nauka, Moskau 1969. LUKIN, L. I. (Redaktion): Die Besonderheiten der Strukturen der hydrothermalen Erzlagerstätten in verschiedenen Strukturstockwerken und -stufen . — Verl. auka, Moskau 1968. MALISOWSKI, J. 1 \ : Die strukturellen Verhältnisse bei der Formierung der Wolframit-Ganglagerstätten. — Verl. Nauka, Moskau 1965. 110SHK0W, I . S . : Die Besonderheiten der Golderzlagerstättcn der mobilen Zonen und der Tafeln. — Im Buch ,,Die endogenen Erzlagerstätten". Vorträge der sowjetischen Geologen auf der 23. Session des Internationalen Geologenkongresses. Verl. ISauka, Moskau 1968. TSCHERKYSCHEW, W. F . : Einige strukturelle Besonderheiten bei der Lokalisierung der Kaikskarne. — Gcologija rudnycli mestoroshdenij, S o . 3 (1961). Ohne Verfasserangabe: Sammelband „Mineralogie und Genese der Pegmatite". Vorträge der sowjetischen Geologen auf der 22. Session des Internationalen Geologenkongresses. — Verl. Nedra, Moskau 1965.

W . S . SOBOLEW ( R e d a k t i o n )

Die Fazies der Metamorphose R e f e r i e r t v o n WOLFGANG B E Y E R , S c h n e e b e r g

Im letzten J a h r z e h n t fanden die Probleme der Metamorphose unter den verschiedensten Aspekten eine vielfältige Beachtung von Geologen aller Welt. Diese Tatsache findet ihre Widerspiegelung in den Publikationen einer Anzahl von Werken, die in dieser oder jener Form den Metamorphiten gewidmet waren. Es sei hier erVerlag „Nedra", 432 S., 46 Tab., 112 Abb., Moskau 1970 (russ.).

innert

an

TUTTLE,

Autoren YODER,

wie

TURNER,

MIYASHIRO,

VERHOOGEN,

WINKLER

sowie

FYEE, in

der

Sowjetunion

insbesondere

KORSHINSKIJ,

ELISEJEW,

SUDOWIKOW,

SEMENENKO,

MARAKUSCHEW

U. a .

Un-

geachtet dessen blieb noch ein weites Feld für Untersuchungen und Diskussionen offen, die das ungemein diffizile Gebiet der metamorphen Gesteine und ü b e r h a u p t der Metamorphose behandeln.

Zeitschrift f ü r angewandte Geologie, Bd. 17 ( 1 9 7 1 ) , H e f t 4

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SOBOLEW / D i e F a z i e s d e r M e t a m o r p h o s e

den physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Gesteine und den Besonderheiten der Faltung. Die Geöffnetheit (Öffnung) des Struktursystems wird hier durch kleine Abblätterungshohlräume, Schieferungsund Quetschungszonen, „eingeschliffene" Scherstörungen und kleine Abrißspalten bestimmt, d. h., im ganzen kann sie mit Einschränkung klassifiziert werden. Die Formierung der Erzkörper erfolgt bei Vorherrschen von metasomatischen Prozessen: Reiche Erzakkumulationen entstehen in den Endstadien der Verformung bei vorwiegender Zerrüttung der Quarzkörper, unter einer herabgesetzten Öffnung des Systems. Die Lagerstätten der zweiten Gruppe, hauptsächlich Ganglagerstätten (vom Typ Kotschkar, Dshelambet u. a.), entstehen bei intensiven Scherverformungen, im Zeitraum des Abschlusses der Faltung, in mäßigen Tiefen. Für sie ist eine Lokalisierung der Vererzung hauptsächlich in kompetenteren Gesteinen (Intrusivkörpern, massigen Sandsteinen), die in einem relativ plastischeren Medium eingeschlossen sind, kennzeichnend. Die Geöffnetheit (Öffnung) des Struktursystems des Erzabsatzes ist in den Anfangsstadien der Erzbildung erheblich, während sie in den produktiven Stadien, im Zusammenhang mit der Ausheilung der Klüfte durch Quarz (infolge Ausfüllung und Metasomatose), beschränkter ist. Die Lagerstätten der dritten Gruppe entstehen unter den Verhältnissen einer hohen Öffnung des Systems in geringen Tiefen. Sie stehen in engem Zusammenhang mit vulkanischen Bildungen (die Lagerstätten Transsylvaniens, die Zonen von San Juan—Boulder) und mit Bruchstörungen in Ablagerungen der Molasseserie (Gebiet von Balej). Für diese Lagerstätten ist die Ausbildung von Ausfüllungsgängen charakteristisch, die sich bei progressiver Öffnung der Hauptscherspalten und -abrißspalten bilden. Hier entstehen häufig Erzspalten, die den Bereichen einer örtlichen Beschränkung der Öffnung des Systems (halbdurchlässige Abschirmungen usw.) folgen, obgleich im ganzen f ü r das System ein unmittelbarer Zusammenhang mit der Erdoberfläche kennzeichnend ist. Bei der Bildung dieser Lagerstätten spielen atmosphärische Wässer eine Rolle. Als vierte besondere Gruppe können Lagerstätten ausgeschieden werden, die in relativ geringer Tiefe entstehen, aber unter den Verhältnissen einer beschränkten Öffnung, die vom Bau der erzumgebenden Folge und von der Eigenart der Entwicklung der tektonischen

Verformungen bestimmt wird. Die Vererzung entwickelt sich hier im wesentlichen durch Metasomatose (Zentraler Aldan u. a.).

Die für einige Typen von Erzlagerstätten angeführten Daten zeugen von allgemeinen Entwicklungsgesetzmäßigkeiten der Struktur des erzumgebenden Blocks. Für die Lagerstätten aller Typen ist eine allmähliche Ablösung der frühen, vorwiegend plastischen Verformung durch eine spröde Verformung festzustellen, was mit der allgemeinen Zunahme der Righeit des erzumgebenden Blocks zusammenhängt. Die produktiven Erzassoziationen der verschiedenen genetischen Typen entstehen auf verschiedenen E t a p p e n dieses Gesamtprozesses. Die Zunahme der Rolle der spröden Verformungen und ihre progressive Entwicklung unter bestimmten Bedingungen bei Zunahme der Righeit des erzumgebenden Blocks bedingen eine Erhöhung des Grades der relativen strukturellen Geöffnetheit (Öffnung) des Systems der Erzbildung und die Bildung einer bei immer geringeren Temperaturen entstehenden Vererzung. Die Verf. sind der Auffassung, daß man die relative strukturelle Geöffnetheit—Geschlossenheit des Systems der Erzbildung bei einer Ausarbeitung der Theorie der Erzbildung und der genetischen Systematik der Erzlagerstätten berücksichtigen muß. Literatur KOKSHINSKI, D . S . : Petrochemische Analyse der Phlogopit- und Muskovitlagerstätten Ostsibiriens. — Im Buch „Die Glimmer der UdSSR", ONTI-NKTP SSSR, Moskau-Leningrad 1937. — Abriß der metasomatischen Prozesse. — Im Buch „Grundprobleme der Lehre von den magmatogenen Erzlagerstätten". Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Moskau 1955. Die deutsche Übersetzung des „Abrisses der metasomatischen Prozesse" erschien im Akademie-Verlag, Berlin 1965. KRAWTSCHENKO, G. G.: Die ltollo der Tektonik bei der Kristallisation der Chromiterze des Eempirsaj-Plutons. — Verl. Nauka, Moskau 1969. LUKIN, L. I. (Redaktion): Die Besonderheiten der Strukturen der hydrothermalen Erzlagerstätten in verschiedenen Strukturstockwerken und -stufen . — Verl. auka, Moskau 1968. MALISOWSKI, J. 1 \ : Die strukturellen Verhältnisse bei der Formierung der Wolframit-Ganglagerstätten. — Verl. Nauka, Moskau 1965. 110SHK0W, I . S . : Die Besonderheiten der Golderzlagerstättcn der mobilen Zonen und der Tafeln. — Im Buch ,,Die endogenen Erzlagerstätten". Vorträge der sowjetischen Geologen auf der 23. Session des Internationalen Geologenkongresses. Verl. ISauka, Moskau 1968. TSCHERKYSCHEW, W. F . : Einige strukturelle Besonderheiten bei der Lokalisierung der Kaikskarne. — Gcologija rudnycli mestoroshdenij, S o . 3 (1961). Ohne Verfasserangabe: Sammelband „Mineralogie und Genese der Pegmatite". Vorträge der sowjetischen Geologen auf der 22. Session des Internationalen Geologenkongresses. — Verl. Nedra, Moskau 1965.

W . S . SOBOLEW ( R e d a k t i o n )

Die Fazies der Metamorphose R e f e r i e r t v o n WOLFGANG B E Y E R , S c h n e e b e r g

Im letzten J a h r z e h n t fanden die Probleme der Metamorphose unter den verschiedensten Aspekten eine vielfältige Beachtung von Geologen aller Welt. Diese Tatsache findet ihre Widerspiegelung in den Publikationen einer Anzahl von Werken, die in dieser oder jener Form den Metamorphiten gewidmet waren. Es sei hier erVerlag „Nedra", 432 S., 46 Tab., 112 Abb., Moskau 1970 (russ.).

innert

an

TUTTLE,

Autoren YODER,

wie

TURNER,

MIYASHIRO,

VERHOOGEN,

WINKLER

sowie

FYEE, in

der

Sowjetunion

insbesondere

KORSHINSKIJ,

ELISEJEW,

SUDOWIKOW,

SEMENENKO,

MARAKUSCHEW

U. a .

Un-

geachtet dessen blieb noch ein weites Feld für Untersuchungen und Diskussionen offen, die das ungemein diffizile Gebiet der metamorphen Gesteine und ü b e r h a u p t der Metamorphose behandeln.

Zeitschritt iür angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heit 4

131

SOBOLEW / Die F a z i e s der Metamorphose

Unter diesem Gesichtspunkt, .ist auch das zu referierende Werk zu sehen. D a s Autorenkollektiv der vorliegenden Monographie' hat unter der Leitung von Akademiemitglied W. S. SOBOLEW v o m Institut für Geologie und Geophysik der Sibirischen Abteilung der A k a d e m i e der Wissenschaften der U d S S R die A u f g a b e übernommen, die sowjetische und internationale Liter a t u r über den Problemkreis der Metamorphose kritisch zu durchleuchten, auf Grund eigener Untersuchungen neue Ansichten a u f z u b a u e n und eine Reihe theoretischer F r a g e n neu zu bearbeiten. D a z u gehören u. a. die Rolle von I I 2 0 und C 0 2 bei der Metamorphose, die Rolle der orientierten Belastung, die Veränderung der Solidustemperal.ur von Silikaten in trockenen S y s t e m e n mit dem Druck und weitere F r a g e n des thenriodynamischen Gleichgewichts bei der Metamorphose. E s wurden eine statistische B e a r b e i t u n g der wichtigsten gesteinsbildenden Minerale bei der Metamorphose v o r g e n o m m e n und in allgemeiner F o r m der S t o f f b e s t a n d der Metamorphite berührt. Auf der Grundlage vieljähriger Arbeiten konnten ein neues F a z i e s s c h e m a erarbeitet und einige regionalgeologische Verallgemeinerungen getroffen werden. E i n e E t a p p e der Arbeiten dieser Autoren war die Zus a m m e n s t e l l u n g der „ K a r t e der m e t a m o r p h e n Fazies der U d S S R " im Maßstab 1 : 7 5 0 0 0 0 0 , die im J a h r e 1966 verlegt worden ist (DOBREZOW u. a. 1966). Die vorliegende Monographie u m f a ß t nicht das g e s a m t e Gebiet der Metamorphose. Ihre H a u p t a u f g a b e erblickten die Autoren vielmehr in einer B e t r a c h t u n g der Metamorphose und speziell der m e t a m o r p h e n Fazies unter dem Blickwinkel ihrer physikochemischen Bedingungen, insbesondere der T e m p e r a t u r und des Drucks. Die Autoren sehen es vorläufig als unzweckmäßig an, auch die P a r a m e t e r P H s 0 und P c o „ zu berücksichtigen, wie es viele andere machen, da diese P a r a m e t e r in Ü b e r e i n s t i m m u n g m i t TURNER, KORSHINSKIJ

u. a. nicht als völlig unabhängige F a k t o r e n angesehen werden können. Die Z u s a m m e n s e t z u n g und die primäre N a t u r der Metamorphite sowie die F r a g e n der Metasom a t o s e und der Vererzung werden nur insoweit in den Kreis der Erörterungen einbezogen, wie es für die erwähnte H a u p t a u f g a b e der Autoren notwendig erschien. Gleichzeitig werden die Fazies der Metamorphose und die d a m i t zusammenhängenden F r a g e n mit einer z. T . ins Detail gehenden großen Sorgfalt behandelt. F ü r diese Genauigkeit bei der Analyse der vorhandenen L i t e r a t u r spricht nicht zuletzt die umfangreiche Bibliographie von 1 1 6 2 Titeln. D a s vorliegende Werk besteht aus drei Teilen. Im ersten werden die experimentellen Arbeiten mitgeteilt, die für die physikochemischen Bedingungen der Metamorphose von Interesse sind, und er u m f a ß t sowohl eigene Arbeiten als auch die Arbeiten des internationalen Schrifttums. In erster Linie sind es die pt-Bedingungen der Metamorphose, die Verhältnisse der leichtflüchtigen K o m p o n e n t e n in den Porenfluiden der Gesteine, die B e d e u t u n g der R e d o x p o t e n t i a l e u. a. Fragen. Hier wurden praktisch alle wichtigen Arbeiten der internationalen Literatur bis einschließlieh 1967 und sogar noch später berücksichtigt. Der zweite Teil ist zunächst den H a u p t f a k t o r e n der Metamorphose gewidmet, die das Aussehen und die mineralogische Z u s a m m e n s e t z u n g der Metamorphite 3

bestimmen. historischer

Daran schließt sich ein ausführlicher Abriß der Prinzipien der m e t a m o r p h e n

F a z i e s a n , d e r m i t B E C K E , GRUBENMANN u n d ESKOLA b e g i n n t u n d m i t WLNKLER u n d MLYASHIRO a b s c h l i e ß t .

Der H a u p t i n h a l t dieses zweiten Abschnitts bildet jedoch die kurze E r l ä u t e r u n g des neu vorzuschlagenden Faziesschemas der Metamorphite. Im dritten Teil der Monographie werden Fragen der stofflichen Z u s a m m e n s e t z u n g der Metamorphite aufgegriffen. In diesem Teil werden der geochemische Charakter der Metamorphose, die Metasomatose und deren Rolle bei verschiedenen pt-Bedingungen u. a. m. abgehandelt. Ferner enthält er eine allgemeine Beschreibung der wichtigsten Minerale metamorpher Gesteine (Feldspate, Pyroxene, Amphibole, Biotite, Clilorite, Skapolithe, Olivin, Granate, Cordierit usw.). Dabei können für eine ganze Reihe von Mineralen völlig neue T a t s a c h e n mitgeteilt werden, die durch statistische Bearbeitungen erhalten wurden. Nach diesem allgemeinen Uberblick soll im weiteren nicht der hohe Informationsgehalt des Werkes detaillierter referiert werden, was ein schwieriges Unterfangen wäre, sondern es soll hier lediglich sein Kernstück, das neue Faziesschema, ausführlicher zur Behandlung kommen. Die ursprünglichen Ansichten über die E n t s t e h u n g der k o n t a k t m e t a m o r p h e n ( Z u s a m m e n h a n g mit magmatischen Massen oder deren Lösungen) und regionalmetamorphen (Versenkung der Gesteine in größere Tiefen) Gesteine können heute nicht mehr als eindeutig begründet angesehen werden. So braucht bei einer allgemeinen geothermisehen Tiefenstufe die Versenkung der Schichten bis zu 10 bis 20 k m Tiefe keineswegs zur Metamorphose zu führen. Andererseits werden typisch regionalmetamorphe Gesteine mitunter in bedeutend geringeren Tiefen gebildet und hängen zweifellos mit der Einwirkung magmatischer Massen zusammen. Die Metamorphose, die nach den Autoren in überwiegendem Maße isochemischer N a t u r ist, entsteht immer unter dem Einfluß wäßriger Lösungen. Aus experimentellen Arbeiten ist bekannt, daß bei T e m p e r a t u r e n unterhalb 1 0 0 0 ° C im trockenen Zustand die Mehrheit der Reaktionen und der für die Metamorphose charakteristischen Erscheinungen der Rekristallisation der Silikate entweder überhaupt nicht oder nur sehr langs a m a b l ä u f t . Die metamorphosierenden Lösungen entstehen entweder durch m a g m a t i s c h e Massen oder werden u amittelbar bei den mineralbildenden Reaktionen frei. Bei der regressiven Metamorphose werden die metamorphen Reaktionen infolge des Fehlens von Lösungen verkürzt, und es treten Relikte des vorangegangenen Zustandes auf. Die Bildungstemperaturen typischer metamorpher Gesteine bewegen sich im Temperaturbereich zwischen 300 und 4 0 0 ° C bis 1000°C und seltener bis 1 2 0 0 ° C . Gewisse Gesteine behalten dagegen bis zu 1500 bis 1 6 0 0 ° C ihren alten Z u s t a n d ; solche T e m p e r a t u r e n werden unter natürlichen Bedingungen nur in bestimmten Fällen erreicht. Die Erfolge der experimentellen Mineralbildung ergaben für die E r d k r u s t e eine obere Druckgrenze von 17 bis 25 kbar. Diese Grenze übersteigt in bedeutendem Maße den lithostatischen Belastungsdruck. E r erreicht bei der Metamorphose von Sedimenten in 20 k m Tiefe

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft i

SOBOLEW I Die Fazies der Metamorphose

132 5 bis 6 k b a r ; an der MOHO-Diskontinuität erreicht er sogar bei einer Mächtigkeit bis zu 50 k m der überlagernden Schichten 14 kbar. Hieraus ergibt sich zweifellos, daß der zur Metamorphose führende Druck auch auf tektonische Bewegungen u. a. Ursachen zurückgeführt werden muß. A u s dieser T a t s a c h e resultiert auch die Trennung der regionalmetamorphen Fazies in zwei F a z i e s g r u p p e n unterschiedlichen Drucks. Diese und andere E r w ä g u n g e n bildeten für das Autorenkollektiv die Grundlage für den A u f b a u eines neuen S c h e m a s der m e t a m o r p h e n Fazies (Abbildung). Dieses Faziesschema stellt eine Weiterentwicklung und Vertiefung der bekannten S c h e m a t a von ESKOLA (1939) und TURNER & VERHOOGEN (1961) dar. Die Autoren erblickten eine optimale Variante für das vorliegende F a z i e s s c h e m a nur in einer V e r k n ü p f u n g der erwähnten S c h e m a t a , der Arbeiten v o n KORSHINSKIJ u n d BOWEN und des Prinzips der Isograde von BARROWTILLEY unter Berücksichtigung der gegenwärtigen physikochemischen Vorstellungen und' experimentellen Arbeiten (sowie einer weitestgehenden B e a c h t u n g der geologischen Verhältnisse). Die prinzipiellen Besonderheiten des neuen Faziesschemas beruhen auf ihrer klaren Abtrennung von Fazies hoher Drücke und einer nach Möglichkeit eindeutigen B e s t i m m u n g der Grenzen und Größe der Fazies mit Hilfe wichtiger monovarianter Gleichgewichte. Die Größe der Fazies entspricht im vorgelegten Faziesschema jedoch nur annähernd dem Schema von TURNER & VERHOOGEN, weshalb sich auch ein U m b a u der herkömmlichen F a z i e s n a m e n und -grenzen notwendig machte. Die meisten Fazies waren in der Vergangenheit bekanntlich nach basischen Gesteinen benannt. Außerdem war z. B . die Sanidinitfazies nach dem Mineral Sanidinit benannt, das keinerlei bestimmten pt-Bedingungen der Mineralbildung e n t s p r i c h t . ' A u f diesen und anderen Ursachen bauen auch die terminologischen Veränderungen im vorgeschlagenen Faziesschema auf. Diese Veränderungen bestehen in der A b s c h a f f u n g von unbefriedigenden. F a z i e s n a m e n , in der Präzisierung der N a m e n k o n t a k t m e t a m o r p h e r Fazies und in der Einführung von F a z i e s n a m e n nach metapelitischen Paragenesen, die hinsichtlich der Fazies mittleren Drucks gleichberechtigt mit den alten Benennungen verwendet werden können. .. Die m e t a m o r p h e n Fazies sind nach den Autoren die wichtigsten Fälle von Mineralfazies, die ein bestimmtes pt-Gebiet der Metamorphose umgrenzen, das durch die Linien einiger der wichtigsten monovarianten Mineralreaktionen b e s t i m m t wird. J e d e Grenze entspricht somit in irgendeiner Weise auch dem Prinzip der Isograde. Im vorgeschlagenen F a z i e s s c h e m a wurden nach den herrschenden Druckverhältnissen folgende Faziesgruppen a u s g e h a l t e n :

A = Fazies niederen Drucks (Kontaktmetamorphose); B = Fazies mittleren Drucks (allgemeine Regionalmetamorphose) ; C = Fazies hohen Drucks (Metamorphose von Zonen hohen Drucks); D = Fazies überhohen Drucks (im Erdmantel).. Außer der F a z i e s g r u p p e D werden die übrigen drei F a z i e s g r u p p e n in vier Untergruppen geteilt, die F a z i e s unterschiedlicher T e m p e r a t u r e n verkörpern. E i n e

niedrigtemperierte Metamorphose fehlt in der Faziesgruppe A, und die Fazies Ai stellt nur die m e t a s o m a tisch-hydrothermalen Bildungen dar. Auf der anderen Seite ist in der F a z i e s g r u p p e A eine Fazies sehr hoher T e m p e r a t u r (A 0 ) abgetrennt (Sanidinitfazies). In der F a z i e s g r u p p e B sind der Fazies der Grünschiefer (i? 4 ) die „ Z e o l i t h f a z i e s " und die regionale Epigenese zugerechnet, die strenggenommen nicht dem Begriff der m e t a m o r p h e n Fazies entsprechen, aber als Mineralfazies (Bs) ausgehalten wurden. Während die Grenzen zwischen den Faziesgrupperi B und C nach den pt-Bedingungen relativ klar sind, ist die Grenze zwischen den F a z i e s g r u p p e n A und B weniger eindeutig. Hier müssen neben wenigen mineralogischen und physikochemischen D a t e n auch geologische Angaben zur Abgrenzung der Faziesgruppen herangezogen werden. Bekanntlich gehen die Übergänge von kontakt- zu regionalmetamorphen Gesteinen nur allmählich vor sich. Hier kann, wie auch in anderen Fällen, nur eine weitere S a m m l u n g experimenteller und mineralogischer Daten Klarheit verschaffen. Im weiteren soll eine kurze Charakteristik der Faziesr gruppen und F a z i e s folgen. Faziesgruppe A Die Fazies niederen Drucks entsprechen hauptsächlich der K o n t a k t m e t a m o r p h o s e . Der allgemeine Druck reicht von 1 bis zu 3 0 0 0 bis 4 0 0 0 atrn; 3 0 0 0 a t m werden meist nicht überstiegen. Typisch ist hier eine starke S c h w a n k u n g des H 2 0 - und C 0 2 - P a r t i a l d r u c k s . In der a m höchsten temperierten Fazies A0 ist auch eine „ t r o c k e n e " Metamorphose wahrscheinlich. D a s Temperaturintetvall dieser F a z i e s g r u p p e reicht von 700 °C (öfter 1 0 0 0 bis 1 1 0 0 ° C ) bis 1 2 0 0 ° C . 1. A„ = Spurrit-Merwinit-Fazies

Analogon der Sanidinitfazies ESKOLAS. Sie liegt im höchsten Temperaturbereich (900 bis 1 2 0 0 ° C ) und niedrigsten Druckintervall (1 bis zu 200 bis 300 atm). N a c h oben wird die Fazies durch die Schmelzlinie des B a s a l t s begrenzt. Vorhandene K a r b o n a t g e s t e i n e können in zwei Subfazies untergliedert werden (MerwinitCalcit- und Monticellit-Tilleyit-Subfazies; letztere ist niedriger temperiert). 2. A1 = Pyroxen-Homfels-Fazies

Charakteristisch für die inneren Teile der K o n t a k t höfe und genetisch mit gabbroiden Gesteinen verbunden. Temperaturfeld von 700 bis 800 °C bis zu 9 0 0 ° C und verschiedentlich bis 1 2 0 0 ° C ; Druck von 10 bis 100 a t m bis zu 3 0 0 0 bis 4 0 0 0 a t m . N a c h oben wird die Fazies durch die Stabilitätsgrenze v o n Q u a r z , Sillimanit (?), Wollastonit mit Calcit, G r a n a t . i Biotit u. a. sowie durch die Schmelzlinie des B a s a l t s begrenzt. Diese Fazies kann in kalkigen Gesteinen in zwei Subfazies unterteilt werden (Wollastonit-Gehlenit-Anorthitund Grossular-Subfazies; letztere ist niedriger temperiert). 3. A, = Amphibol-Hornfels-Fazies

T y p i s c h für die K o n t a k t e mit Graniten oder für die mittleren Teile der K o n t a k t h ö f e und genetisch mit G a b b r o z u s a m m e n h ä n g e n d . Temperaturbereich v o n

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Helt 1

SOB OLE W / Die Fazies der Metamorphose

133 allgemeine Druck schwankt v o n 3 bis zu 10 bis 15 kbar. Die T e m p e r a t u r bewegt sich zwischen 300 bis 4 0 0 ° C bis zu 900 bis 1 0 0 0 ° C . 6.

= Fazies der (Zwei-)Pyroxengneise (Granulitfazies)

Die ' Fazies entspricht ungefähr der Granulitfazies früherer Autoren. Temperaturgrenze von 750 his 800 °C bis zu 900 bis 1 0 0 0 ° C ; Druckbereich v o n 4 bis 5 bis zu 12 bis 13 kbar. Die Fazies wird nach oben durch die Schmelzlinie des B a s a l t s , die S t a b i l i t ä t von Almandin und Dolomit sowie die Z u s a m m e n s e t z u n g der P y r o x e n e und die höchsten Tonerdegehalte der Orthopyroxene begrenzt. Subfazies wurden nicht unterschieden. Weitere Untergliederungen können jedoch nach der T e m p e r a t u r (AI im Pyroxen) und nach dem Druck (Mg im G r a n a t in eklogitähnlichen und cordierithaltigen Gesteinen) vorgenommen werden. 7. B 2 = Fazies der Siiiimanit-Biotit-Gneise (Amphibolitfazies)

re^h EZ32 CZ33 CZ]* CZ1*

6

Abbildung: Vorgeschlagenes Faziesschema der Kontakt- und Regionalmetamorphose 1 — Linien der Mineralgleichgewichte, die d a s S t a b i l i t ä t s f e l d der wichtigs t e n Minerale u n d A s s o z i a t i o n e n b e g r e n z e n ; ihr N a m e s t e h t auf jener Seite d e r L i n i e , w o sie s t a b i l s i n d ; die L i n i e n s i n d u n t e r B e r ü c k s i c h t i g u n g d e r letzten experimentellen D a t e n f ü r verschiedene Werte PH2O angegeben; 2 — dito f ü r Gleichgewichte, f ü r die w e n i g experimentelle D a t e n vorliegen; 3 — B e g i n n d e r E k l o g i t i s i e r u n g d e r M e h r h e i t b a s a l t o i d e r G e s t e i n e (YODEK. & T I L L E Y 1 9 6 2 , BINGWOOD & G R E E N 1 9 6 6 ) ; 4 — G r e n z e n d e r F a z i e s ( u n d S u b f a z i e s ( C a a , Csb); 5 — v e r m u t l i c h e G r e n z e d e r M e t a m o r p h o s e ; z w e i u n t e r e Grenzen — zwei mögliche L a g e n niedrigtemperierter kinetischer S c h w e l l e n d e r M e t a m o r p h o s e ; 6 — F e l d e r d e r e i n z e l n e n F a z i e s ; f ü r F a z i e s C3 w u r d e n n a c h d e m D r u c k zwei S u b f a z i e s a u s g e h a l t e n .

5 5 0 ° C ; öfter 6 0 0 ° C , bis 8 0 0 ° C ; Druckbereich von 10 bis 100 bis zu 3 0 0 0 bis 4 0 0 0 a t m . Die Fazies wird nach oben durch die Stabilitätslinie von Almandin und Dolomit sowie Calcit m i t Q u a r z begrenzt. Auch hier können zwei Subfazies ausgehalten werden, und zwar die Sillimanit- und Andalusit-Subfazies. 4. A 3 = MuskoTit-Horniels-Fazies

Der äußerste Teil der K o n t a k t h ö f e ist das Verbreitungsgebiet dieser Fazies. Die T e m p e r a t u r e n der F a z i e s liegen unter 550 bis 6 0 0 ° C . 5. A., = Mineralfazies, die hydrothermalen und metasomatischen Gesteinen entspricht

In Beziehung mit K o n t a k t h ö f e n , bei niedrigen Drücken gebildet. Hierher gehören sekundäre Quarzite, Greisen, Propylite, argillitisierte und propylitisierte sowie gewisse zeolithisierte Gesteine. Faziesgruppe B Die Fazies mittleren Drucks entsprechen den Gesteinen der „ a l l g e m e i n e n " Regionalmetamorphose. Der H 2 0 - P a r t i a l d r u c k verringert sich gesetzmäßig v o n den niedrigtemperierten Fazies i? 4 und B 5 bis zu den hochtemperierten Fazies B1 und ß2. Umgekehrt wächst der C 0 2 - P a r t i a l d r u c k in den entsprechenden Grenzen. Der

Die obere Temperaturgrenze der Fazies wird durch das Gleichgewicht Orthopyroxen + Klinopyroxen + K F e l d s p a t -f- Q u a r z ^ G r a n a t + Biotit + Amphibol, das Verschwinden rhombischer Amphibole und der Biotit-Sillimanit-Quarz-Assoziationen b e s t i m m t , was einer T e m p e r a t u r von 650 bis 800 °C entspricht. Nach dem Druck sind die Fazies Bx und B2 v o n den Fazies C j und C2 durch die Stabilitätslinie von Disthen und die völlige Eklogitisierung getrennt. 8. B„ = Fazies der Andaiusit-(SilIimanit-)Muskovit-Schiefer dot- AmpMboiit-Fazies)

(Epi-

Die obere Temperaturgrenze dieser Fazies wird durch die Stabilität von Muskovit mit Q u a r z und Staurolith mit Q u a r z b e s t i m m t , was einem T e m p e r a t u r intervall von 600 bis 650 °C entspricht. Die untere Temperaturgrenze ist durch einen Wechsel von Almandin zu Chlorit mit Q u a r z und durch ein Verschwinden der Hornblende und des Stauroliths gekennzeichnet. D a s k o m m t einem Temperaturbereich von etwa 500 °C gleich. Die Fazies B3 wird von der Fazies C3 durch die Disthenlinie getrennt, die etwa einen Druck von 7,5 bis 10 k b a r verkörpert. E i n e Untergliederung der Fazies nach der T e m p e r a t u r kann nach der B a s i z i t ä t der Plagioklase und der E i s e n f ü h r u n g der Granate in Verbindung mit Staurolith, Andalusit und Q u a r z erfolgen. 9. B 4 = Fazies der Grünschiefer

Temperaturintervall von 350 bis 400 °G bis zu 500 bis 5 5 0 ° C . Die obere Temperaturgrenze der Fazies wird durch die Stabilität von Chlorit mit Q u a r z und das Fehlen von Hornblende, Almandin und Oligoklas gekennzeichnet. Die untere Faziesgrenze k a n n bei verschiedenen T e m p e r a t u r e n in Abhängigkeit v o m Druck und den lokalen kinetischen Bedingungen unterschiedlich verlaufen. Ihre untere Grenze ist durch das Fehlen von Kaolinit, Diaspor, Zeolithe, stark wasserhaltigen Ca-Mineralen u. a. fixiert. N a c h ihrem Druck wird das Gebiet der Grünschiefer- und Lawsonit-GlaukophanF a z i e s durch die Stabilitätslinien von Lawsonit, Aragonit und J a d e i t getrennt, was einem Druck von 7 bis 10 k b a r entspricht. Eine Untergliederung nach der

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4 134

SCHWOKOWSKI / I n k l i n o m e t e r m e s s u n g e n

T e m p e r a t u r ist n a c h den Isograden v o n Biotit u n d nach d e m A u f t r e t e n der n i e d r i g t e m p e r i e r t e n P r e h n i t - P u m p e l l y t - P a r a g e n e s e n möglich.

15 k b a r b e s t i m m t . T e m p e r a t u r i n t e r v a l l v o n 500 a C bis 650 °C. N a c h der S t a b i l i t ä t von J a d e i t k ö n n e n zwei Subfazies u n t e r s c h i e d e n w e r d e n .

10. Bs = „Zeolltfi-Fazies" und regionale Epigenese

14. C4 = Jadeit-Lawsonit-Glauköphan-Fazies

T e m p e r a t u r i n t e r v a l l v o n 100 °C bis zu 300 bis 350 °C;' D r u c k ü b e r s t e i g t im allgemeinen n i c h t 3 bis 5 k b a r .

T e m p e r a t u r b e r e i c h v o n 300s bis 550°C; allgemeiner D r u c k ü b e r 8 bis 10 k b a r . F ü r diese Fazies ist ein hoher Druck bei relativ niedrigen T e m p e r a t u r e n a m deutlichsten zu verzeichnen. Die Fazies m u ß in einige Subfazies u n t e r t e i l t w e r d e n , die zu d e n G r ü n s c h i e f e r n überleiten. Hierzu g e h ö r t a u c h die O u a r z - J a d e i t - S u b f a z i e s , die d e n h ö c h s t e n D r ü c k e n in der E r d k r u s t e (über 12 k b a r ) bei relativ niedrigen T e m p e r a t u r e n e n t s p r i c h t . E t w a s abseits s t e h e n die Fazies ü b e r h o h e n D r u c k s (oberer E r d m a n t e l ) , die aber d e n n o c h der u n m i t t e l b a r e n U n t e r s u c h u n g zugänglich sind (nach X e n o l i t h e n in K i m berliten). Der D r u c k b e r e i c h dieser Fazies ist h ö h e r als 25 bis 30 k b a r , u n d die T e m p e r a t u r e n liegen bei 900 bis 1100°C. Hier u n t e r s c h e i d e n die A u t o r e n ohne n ä h e r e Erläuterung

Faziesgruppe C Fazies h o h e n D r u c k s . Der D r u c k reicht v o n 8 k b a r (niedrige T e m p e r a t u r e n ) bis 14 k b a r u n d m e h r (bei h o h e n T e m p e r a t u r e n ) . T e m p e r a t u r i n t e r v a l l v o n 300 bis ,1000°C. Fazies sind im allgemeinen in s c h m a l e n t e k t o n i s c h e n Zonen a n z u t r e f f e n („lokale M e t a m o r phose"). 11. Ct = Eklogitfazies Die g e g e n w ä r t i g b e k a n n t e n Eklogite (ohne Amphibol) sind n u r f ü r d e n E r d m a n t e l typisch. In der Regel enth a l t e n die E k l o g i t e a n der E r d o b e r f l ä c h e Amphibole, was d u r c h eine regressive M e t a m o r p h o s e v e r u r s a c h t sein k a n n . O f t e n t s t e h e n die Eklogite u n t e r den Bed i n g u n g e n v o n Fazies m i t t l e r e n D r u c k e s oder niedriger t e m p e r i e r t e r Fazies, w e s h a l b f ü r die F a z i e s a b t r e n n u n g die Z u s a m m e n s e t z u n g der Minerale eine große Rolle spielt (bes. der Pyrop-Gehalt}. 12. C, = Fazies der Distbengneise und Amphlbolite Die u n t e r e Faziesgrenze ist wie bei der Amphibolitfazies d u r c h die Stabilitätslinie v o n M u s k o v i t m i t Q u a r z u n d die S t a b i l i t ä t v o n Disthen u n d K - F e l d s p a t g e k e n n z e i c h n e t . N a c h ihrer T e m p e r a t u r ist diese Fazies e i n . A n a l o g o n der Biotit-Sillimanit-Fazies u n d teilweise der G r a n u l i t f a z i e s . Sie u n t e r s c h e i d e t sich a b e r d u r c h die Anwesenheit v o n Disthen u n d das F e h l e n v o n Sillimanit v o n diesen Fazies. T e m p e r a t u r i n t e r ' v a l l v o n 650"C bis zu 800 bis 850,°C; D r u c k b e r e i c h über 10 k b a r , seltener 15 bis 17 k b a r . 18. C3 = Fazies der Disthen-Muskovit-Schiefer (Glaukophan-Almandin-Fazies) Die u n t e r e Grenze der Fazies wird d u r c h die S t a b i l i t ä t v o n D i s t h e n u n d A l m a n d i n im D r u c k b e r e i c h bis 15 k b a r u n d d e r . Lawsonitlinie bei einem D r u c k v o n über

1. Eklogitfazies, 2. Koesitfazies (?) und 3. Fazies diamanthaltiger Eklogite. , E i n e kurze C h a r a k t e r i s t i k aller a u s g e h a l t e n e n 14 Fazies n a c h i h r e m M i n e r a l b e s t a n d ist in e n t s p r e c h e n d e n T a b e l l e n der Monographie beigegeben. In ihnen w e r d e n fazieskritische, allgemein übliche u n d in der Fazies unmögliche Minerale e r f a ß t . Von Interesse ist die F e s t s t e l l u n g im V o r w o r t , d a ß die vorliegende Monographie n u r d e r erste, allgemeine Teil einer Reihe detaillierter M o n o g r a p h i e n ü b e r die einzelnen Faziesbereiche ist, in denen sowohl eine ausf ü h r l i c h e B e g r ü n d u n g der a b g e g r e n z t e n Fazies, ihre möglichen U n t e r g l i e d e r u n g e n u n d eine g e n a u e Bes c h r e i b u n g der e n t s p r e c h e n d e n Fazies gegeben w e r d e n . Als F o r t s e t z u n g sind noch die folgenden M o n o g r a p h i e n in V o r b e r e i t u n g : „ F a z i e s der K o n t a k t m e t a m o r p h o s e M e t a m o r p h o s e niederen D r u c k s " , „ F a z i e s der Regionalm e t a m o r p h o s e g e m ä ß i g t e n D r u c k s " u n d „ F a z i e s der R e g i o n a l m e t a m o r p h o s e hohen D r u c k s " . Z u m A b s c h l u ß m u ß gesagt w e r d e n , d a ß das vorliegende W e r k das Interesse aller Geologen, Mineralogen, Geochemiker u n d insbesondere Petrographen v e r d i e n t u n d m i t h o h e m Gewinn zu lesen ist. Es bleibt zu h o f f e n , d a ß die F o r t s e t z u n g e n des vorliegenden W e r k e s n i c h t allzulange" auf sich w a r t e n lassen.

Inklinometermessungen und ihre Bedeutung für die Standsicherheitsuntersuchung von Böschungen GÜNTER SCHWOKOWSKI, N a u m b u r g

1. Einleitung Wesentliche Fortschritte konnten in den letzten Jahren auf dem Gebiet der Standsicherheitsuntersuchung von Böschungen durch die Verbesserung der Berechnungsyerfahren und durch den Einsatz von Elektronenrechnern, besonders bezüglich der Erfassung des Einflusses der Streubreite von bodenphysikalischen Kennwerten, in ihrer AusEingang des Manuskripts in der Redaktion: 4. 6. 1970.

sagefähigkeit erzielt werden. Jede Anwendung eines bestimmten Rechenverfahrens setzt die Kenntnis seiner Anwendungsgrenzen voraus. Die meisten Berechnungsmethoden gehen von einem idealisierten, homogenen und weitgehend unbegrenzten Böschungskörper und Böschungsuntergrund aus. Diese Annahme trifft aber nur in den seltensten Fällen zu. Die Eigenschaft einer Bodenschicht ändert sich häufig selbst auf kürzeste Entfernung. In seiner Funktion als Böschungskörper oder -untergrund wirkt der Boden jedoch komplex.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4 134

SCHWOKOWSKI / I n k l i n o m e t e r m e s s u n g e n

T e m p e r a t u r ist n a c h den Isograden v o n Biotit u n d nach d e m A u f t r e t e n der n i e d r i g t e m p e r i e r t e n P r e h n i t - P u m p e l l y t - P a r a g e n e s e n möglich.

15 k b a r b e s t i m m t . T e m p e r a t u r i n t e r v a l l v o n 500 a C bis 650 °C. N a c h der S t a b i l i t ä t von J a d e i t k ö n n e n zwei Subfazies u n t e r s c h i e d e n w e r d e n .

10. Bs = „Zeolltfi-Fazies" und regionale Epigenese

14. C4 = Jadeit-Lawsonit-Glauköphan-Fazies

T e m p e r a t u r i n t e r v a l l v o n 100 °C bis zu 300 bis 350 °C;' D r u c k ü b e r s t e i g t im allgemeinen n i c h t 3 bis 5 k b a r .

T e m p e r a t u r b e r e i c h v o n 300s bis 550°C; allgemeiner D r u c k ü b e r 8 bis 10 k b a r . F ü r diese Fazies ist ein hoher Druck bei relativ niedrigen T e m p e r a t u r e n a m deutlichsten zu verzeichnen. Die Fazies m u ß in einige Subfazies u n t e r t e i l t w e r d e n , die zu d e n G r ü n s c h i e f e r n überleiten. Hierzu g e h ö r t a u c h die O u a r z - J a d e i t - S u b f a z i e s , die d e n h ö c h s t e n D r ü c k e n in der E r d k r u s t e (über 12 k b a r ) bei relativ niedrigen T e m p e r a t u r e n e n t s p r i c h t . E t w a s abseits s t e h e n die Fazies ü b e r h o h e n D r u c k s (oberer E r d m a n t e l ) , die aber d e n n o c h der u n m i t t e l b a r e n U n t e r s u c h u n g zugänglich sind (nach X e n o l i t h e n in K i m berliten). Der D r u c k b e r e i c h dieser Fazies ist h ö h e r als 25 bis 30 k b a r , u n d die T e m p e r a t u r e n liegen bei 900 bis 1100°C. Hier u n t e r s c h e i d e n die A u t o r e n ohne n ä h e r e Erläuterung

Faziesgruppe C Fazies h o h e n D r u c k s . Der D r u c k reicht v o n 8 k b a r (niedrige T e m p e r a t u r e n ) bis 14 k b a r u n d m e h r (bei h o h e n T e m p e r a t u r e n ) . T e m p e r a t u r i n t e r v a l l v o n 300 bis ,1000°C. Fazies sind im allgemeinen in s c h m a l e n t e k t o n i s c h e n Zonen a n z u t r e f f e n („lokale M e t a m o r phose"). 11. Ct = Eklogitfazies Die g e g e n w ä r t i g b e k a n n t e n Eklogite (ohne Amphibol) sind n u r f ü r d e n E r d m a n t e l typisch. In der Regel enth a l t e n die E k l o g i t e a n der E r d o b e r f l ä c h e Amphibole, was d u r c h eine regressive M e t a m o r p h o s e v e r u r s a c h t sein k a n n . O f t e n t s t e h e n die Eklogite u n t e r den Bed i n g u n g e n v o n Fazies m i t t l e r e n D r u c k e s oder niedriger t e m p e r i e r t e r Fazies, w e s h a l b f ü r die F a z i e s a b t r e n n u n g die Z u s a m m e n s e t z u n g der Minerale eine große Rolle spielt (bes. der Pyrop-Gehalt}. 12. C, = Fazies der Distbengneise und Amphlbolite Die u n t e r e Faziesgrenze ist wie bei der Amphibolitfazies d u r c h die Stabilitätslinie v o n M u s k o v i t m i t Q u a r z u n d die S t a b i l i t ä t v o n Disthen u n d K - F e l d s p a t g e k e n n z e i c h n e t . N a c h ihrer T e m p e r a t u r ist diese Fazies e i n . A n a l o g o n der Biotit-Sillimanit-Fazies u n d teilweise der G r a n u l i t f a z i e s . Sie u n t e r s c h e i d e t sich a b e r d u r c h die Anwesenheit v o n Disthen u n d das F e h l e n v o n Sillimanit v o n diesen Fazies. T e m p e r a t u r i n t e r ' v a l l v o n 650"C bis zu 800 bis 850,°C; D r u c k b e r e i c h über 10 k b a r , seltener 15 bis 17 k b a r . 18. C3 = Fazies der Disthen-Muskovit-Schiefer (Glaukophan-Almandin-Fazies) Die u n t e r e Grenze der Fazies wird d u r c h die S t a b i l i t ä t v o n D i s t h e n u n d A l m a n d i n im D r u c k b e r e i c h bis 15 k b a r u n d d e r . Lawsonitlinie bei einem D r u c k v o n über

1. Eklogitfazies, 2. Koesitfazies (?) und 3. Fazies diamanthaltiger Eklogite. , E i n e kurze C h a r a k t e r i s t i k aller a u s g e h a l t e n e n 14 Fazies n a c h i h r e m M i n e r a l b e s t a n d ist in e n t s p r e c h e n d e n T a b e l l e n der Monographie beigegeben. In ihnen w e r d e n fazieskritische, allgemein übliche u n d in der Fazies unmögliche Minerale e r f a ß t . Von Interesse ist die F e s t s t e l l u n g im V o r w o r t , d a ß die vorliegende Monographie n u r d e r erste, allgemeine Teil einer Reihe detaillierter M o n o g r a p h i e n ü b e r die einzelnen Faziesbereiche ist, in denen sowohl eine ausf ü h r l i c h e B e g r ü n d u n g der a b g e g r e n z t e n Fazies, ihre möglichen U n t e r g l i e d e r u n g e n u n d eine g e n a u e Bes c h r e i b u n g der e n t s p r e c h e n d e n Fazies gegeben w e r d e n . Als F o r t s e t z u n g sind noch die folgenden M o n o g r a p h i e n in V o r b e r e i t u n g : „ F a z i e s der K o n t a k t m e t a m o r p h o s e M e t a m o r p h o s e niederen D r u c k s " , „ F a z i e s der Regionalm e t a m o r p h o s e g e m ä ß i g t e n D r u c k s " u n d „ F a z i e s der R e g i o n a l m e t a m o r p h o s e hohen D r u c k s " . Z u m A b s c h l u ß m u ß gesagt w e r d e n , d a ß das vorliegende W e r k das Interesse aller Geologen, Mineralogen, Geochemiker u n d insbesondere Petrographen v e r d i e n t u n d m i t h o h e m Gewinn zu lesen ist. Es bleibt zu h o f f e n , d a ß die F o r t s e t z u n g e n des vorliegenden W e r k e s n i c h t allzulange" auf sich w a r t e n lassen.

Inklinometermessungen und ihre Bedeutung für die Standsicherheitsuntersuchung von Böschungen GÜNTER SCHWOKOWSKI, N a u m b u r g

1. Einleitung Wesentliche Fortschritte konnten in den letzten Jahren auf dem Gebiet der Standsicherheitsuntersuchung von Böschungen durch die Verbesserung der Berechnungsyerfahren und durch den Einsatz von Elektronenrechnern, besonders bezüglich der Erfassung des Einflusses der Streubreite von bodenphysikalischen Kennwerten, in ihrer AusEingang des Manuskripts in der Redaktion: 4. 6. 1970.

sagefähigkeit erzielt werden. Jede Anwendung eines bestimmten Rechenverfahrens setzt die Kenntnis seiner Anwendungsgrenzen voraus. Die meisten Berechnungsmethoden gehen von einem idealisierten, homogenen und weitgehend unbegrenzten Böschungskörper und Böschungsuntergrund aus. Diese Annahme trifft aber nur in den seltensten Fällen zu. Die Eigenschaft einer Bodenschicht ändert sich häufig selbst auf kürzeste Entfernung. In seiner Funktion als Böschungskörper oder -untergrund wirkt der Boden jedoch komplex.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4

ScHWOKOWSKl I Inklinometermessungen Zur Lösung von Standsicherheitsproblemen teuit man in der Regel Bohrungen ab, um ein Bild vom Schichtenaufbau und von den Grundwasserverhältnissen zu gewinnen. Durch Laborversuche an den „ungestört" entnommenen Erdproben bzw., soweit zugänglich, durch Feldversuche bestimmt man die Eigenschaften der einzelnen Schichten sowie die Streubreite der Kennwerte. Diese Kennwerte gehen dann in das Berechnungsverfahren ein, das Zur Lösung der jeweiligen Aufgabe geeignet ist. Die Genauigkeit eines Berechnungsverfahrens hängt in starkem Maße davon ab, wie weit mit ihm die einzelnen Faktoren, die die Spannungen und Festigkeitseigenschaften in der Böschung und im Untergrund beeinflussen, erfaßt werden können. Bei der praktischen Routineanwendung jedes Berechnungsverfahrens werden aber die tatsächlichen Aufschluß- und Versuchsergebnisse durch ein vereinfachtes Berechnungsprofil mit gemittelt.cn bodenphysikalischen Kennwerten ersetzt. Diese Vereinfachung führt zu einem gewissen Spielraum der Interpretation, der um so größer ist, je komplizierter die Ablagerungsbedingungen sind. Über die tatsächliche Bedeutung und Auswirkung dieser vereinfachenden Annahmen können lediglich Beobachtungen und Messungen in großem Maßstab, d. h. an praktischen Böschungsfällen, Aufschluß geben. Beim gegenwärtigen Wissensstand hängt die weitere Entwicklung auf dem Gebiet der Standsicherheitsuntersuchungen von Böschungen von der Vervollkommnung der Feldmeßmethoden bezüglich ihrer Anwendungsmöglichkeiten und ihrer Qualität sowie von einem gut vorbereiteten Einsatz bei verschiedenartigen und schwierigen Böschungsfällen ab.

2. Feldmessungen Unter Feldmessungen werden nicht Feldversuche verstanden, mit denen man definierte Eigenschaften der Böden „in situ" bestimmt, wie z. B. mit großmaßstäblichen FeldSchcrversuchen. Feldmessungen im hier angewendeten Sinn vermitteln einen Einblick in das Verhalten des Bodens während der Herstellung einer Böschung bzw. über das langjährige Verhalten von Endböschungen nach ihrer Fertigstellung. Durch Feldmessungen können bei den verschiedensten Böschungsfällen wertvolle Informationen gewonnen werden. Die unterschiedlichen Problemkreise verlangten demzufolge die Entwicklung von verschiedenen Meßprinzipien und -geraten. Aus dem umfangreichen Anwendungsgebiet der Feldmessungen für Böschungsprobleme seien hier nur die Messungen der Senkung der Geländeoberfläche, der Setzung von Bauwerken in der Nähe von Böschungskanten, des Porenwasserdrucks und des Erddrucks auf Stützwände am Böschungsfuß erwähnt. Art und Umfang der Messung des großmaßstäblichen Verhaltens des Bodens richten sich nach dem jeweiligen Böschungsproblem und dem Schwierigkeitsgrad der Bodenverhältnisse. Die für die Standsicherheitsuntersuchung der verschiedenen Böschungsfälle entwickelten Berechnungsverfahren führen nicht alle zu einem gleich zuverlässigen Ergebnis. Liegen relativ einfache Bodenverhältnisse vor und existiert für die erforderliche erdstatische Berechnung ein weitgehend entwickeltes^ Verfahren, dann dienen Feldmessungen lediglich zur Überprüfung der Frage, in welclicm Umfang die angewandte Theorie Gültigkeit besitzt. Bei anderen Problemen, zu deren Lösung ein wenig ausgebautes Berechnungsverfahren zur Verfügung steht, das außerdem die tatsächlichen praktischen Bedingungen nur in grober Annäherung erfaßt, können Feldmessungen wesentlich zur Entwicklung einer zutreffenden Arbeitshypothese beitragen. Sind die Bodenverhältnisse sehr kompliziert bzw. lassen die anstehenden Erdarten eine zuverlässige Bestimmung ihrer Festigkeitseigenschaften nicht zu, dann wird es kaum möglich sein, mit ausreichender Zuverlässigkeit das Verhalten des Bodens vorauszusagen. In solch einem Fall können nur Kenntnisse hierüber durch eindeutige Meßergebnisse in Verbindung mit einem Großversuch Aufschluß über Art und Lage zu erwartender Schwierigkeiten gewonnen werden. Sind der mögliche Bruchvorgang oder die zu erwartenden Bewegungen mit großer Wahrscheinlichkeit vorauszusehen, dann kann man gegebenenfalls auf die Durchführung eines Großversuchs verzichten. In solchen Fällen genügt häufig sogar, erst während der eigentlichen Böschungs-

135 herstellung mit den Feldmessungen zu beginnen. Sie zeigen noch zeitig genug an, ob sich Brucherscheinungen anbahnen und wie sie zeitlich verlaufen, um dementsprechende Änderungen der Technologie vornehmen zu können. Eine große Bedeutung haben darüber hinaus Feldmessungen für diejenigen Aufgaben, bei denen das Verhalten der Böschung in starkem Maße durch eine Änderung der Bodeneigenschaften in Abhängigkeit von der Standdauer bestimmt wird. Dies tritt z. B. bei Fließ- und Kriecherscheinungen an Böschungen ein. In diesen Fällen dienen Feldmessungen der Klärung von Ursache und Umfang dieser Bewegungserscheinungen, der Feststellung der maßgebenden Einflußfaktoren und schließlich der Ausarbeitung einer begründeten Näherungslösung. Führt man Feldmessungen zum Zwecke der Bestätigung einer Theorie durch die Praxis aus, dann muß man unbedingt beachten, daß man einerseits eine eingehende Erkundung der vorhandenen Bodenverhältnisse vornimmt, verbunden mit einer statistisch gesicherten Bestimmung der bodenphysikalischen Kennwerte, die in das Berechnungsverfahren eingehen. Zumindest muß sich diese Untersuchung auf die wichtigsten Bodenschichten erstrecken. Zum anderen hat man das Programm für den Ablauf der Feldmessungen sorgfältig Zu planen und es gut auf die Besonderheit der zu lösenden Aufgabe abzustimmen. Das ausgewählte Meßverfahren muß eine ausreichende Zuverlässigkeit garantieren. Die vielfältigen Böschungsprobleme verlangten nach Geräten unterschiedlicher Wirkungsweise, um die spezifischen Erscheinungen messen zu können. Neben der Anwendung bekannter Meßprinzipien kam es zu einer ständigen Weiterentwicklung neuer Meßtechniken und zu einer Spezialisierung der Meßgeräte. So läßt sich z. B. die Bewegung eines in der Nähe einer Böschungskante gelegenen Bauwerks mit seit langer Zeit bekannten Verfahren verfolgen. Obgleich das Meßprinzip relativ einfach ist, machte die Messung des Porenwasserdrucks die Entwicklung neuer Methoden notwendig, um die bei der Anwendung im Felde aufgetretenen Schwierigkeiten zu überwinden. Feldmessungen erfordern robuste Geräte. Die Ablesungen müssen ohne Unterbrechung des Bauablaufs erfolgen können. Da stets damit gerechnet werden muß, daß einzelne Instrumente ausfallen, sollte der höhere Aufwand für eine engere Bestückung nicht gescheut werden. Bei Einsatz einer hochspezialisierten Meßtechnik ist es oft von Vorteil, Vergleichsmessungen mit einem anderen Gerätetyp durchzuführen, auch wenn diese Apparate nicht gleich gut auf die spezielle Aufgabe ausgerichtet sind. Die Ergebnisse solcher Parallelmessungen bestätigen zumindest die Tendenz und können das Vertrauen zu den genaueren Meßergebnissen der Spezialgeräte stärken. Die sorgfältige Planung des Meßprogramms ist äußerst wichtig. Zunächst muß man sich eine klare Vorstellung über Art und Umfang der Informationen erarbeiten, die von den Meßgeräten übermittelt werden sollen. Diese Planung muß so rechtzeitig erfolgen, daß jedes Detail durchdacht werden kann und diese Vorbereitungsarbeiten nicht unter dem Zeitdruck des Baufortschritts nur ungenügend durchgeführt werden. Die Zuverlässigkeit der Messungen ist die vorrangige Forderung. Da sich Feldmessungen in den meisten Fällen notwendigerweise über einen längeren Zeitraum erstrecken, muß ein genauer Ableserhythmus festgelegt werden, so daß die Meßergebnisse ein ausreichend abgerundetes Bild liefern, das Auskunft über jede kritische Phase zu geben vermag. Demzufolge müssen die Messungen so lange, wie notwendig, fortgesetzt werden. Das erfordert Überlegungen, wie die Meßeinrichtungen während des Produktionsablaufs geschützt und funktionsfähig gehalten werden können. Große Bedeutung kommt schließlich der Erfassung und Auswertung der Meßergebnisse zu. Hier ist besonders darauf zu achten, daß die Erfassung in den sogenannten Feldbüchern in sauberer Form und die Auswertung möglichst in übersichtlichen Darstellungen ohne Verzögerung erfolgen.

3. Bodenbewegungen und deren Messung Bodenbewegungen an Böschungen treten als Folge einer Änderung des Spannungszustands oder einer Änderung der Festigkeitseigenschaften der Lockergesteine bzw. Schüttböden ein. Der Spannungszustand einer Böschung sowie des

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Holt 4

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SCHWOKOWSKI / I n k l i n o m e t e r m e s s u n g e n

U n t e r g r u n d s k a n n sich w ä h r e n d der H e r s t e l l u n g der Böschung selbst, aber auch im E n d z u s t a n d durch die E i n w i r k u n g v o n Z u s a t z k r ä f t e n wie B a u w e r k e n , Wasscrspiegeländerungen usw. v e r ä n d e r n . Bei lang a n h a l t e n d e n S p a n n u n g s z u s t ä n d e n , wie dies bei bleibenden B ö s c h u n g e n der Fall ist, k a n n es zu einer V e r m i n d e r u n g der Scherfestigkeit k o m m e n . Die bek a n n t e s t e n B e w e g u n g s f o r m e n v o n Böschungen s i n d : a) B ö s c h u n g s b r u c h längs kreiszylindrischer bzw. vorgegebener Gleitflächen; b) G r u n d b r u c h bei B e l a s t u n g eines U n t e r g r u n d s m i t geringer Scherfestigkeit bzw. bei A u f t r e t e n h o h e r Porenwasserd r ü c k e infolge großer Belastungsgeschwindigkeit; c) plastische V e r f o r m u n g e n , wie z. B. das Fließen frisch g e s c h ü t t e t e r , d u r c h langen B a n d t r a n s p o r t a u f b e r e i t e t e r Böden sowie das K r i e c h e n bei D a u e r e i n w i r k u n g v o n S p a n nungen ; d) Verschiebungen v o n S t ü t z w ä n d e n bei A b s t ü t z u n g e n des B ö s c h u n g s f u ß e s a n Gleisanlagen u n d Z u f a h r t s w e g e n . Zu den B o d e n b e w e g u n g e n m ü s s e n selbstversändlich auch die S e t z u n g e n gezählt w e r d e n , auf deren m e ß t e c h n i s c h e E r f a s s u n g hier nicht eingegangen wird. F ü r Bewegungsmessungen an Böschungen w u r d e n in der D D R bisher ausschließlich Messungen a n der Geländeoberfläche d u r c h g e f ü h r t . Die f ü r diesen Zweck entwickelten M e ß v e r f a h r e n reichen n a c h DORSCHNER (1968) v o m einf a c h e n Meßgalgen, m i t d e m die E r w e i t e r u n g v o n Rissen an der Oberfläche verfolgt w e r d e n k a n n , bis zur u m f a n g r e i c h e n p h o t o g r a m m e t r i s c h e n Geschwindigkeitsmessung eines ganzen Böschungssystems. F ü r betriebliche Zwecke stellten diese M e ß m e t h o d e n , besonders bei Anzeichen v o n R u t s c h u n g e n , bisher die einzigen Möglichkeiten dar, a n H a n d der Bcwcgungsgeschwindigkeit bzw. auf G r u n d der Bewegungsbeschleunigung eine relative Prognose ü b e r den E i n t r i t t des Bruches anstellen u n d n o t w e n d i g e S i c h e r h e i t s m a ß n a h m e n einleiten zu k ö n n e n . F ü r B o d e n b e w e g u n g e n a n gewachsenen Böschungen stellte SAITO (1965) auf der Basis p r a k t i s c h e r Messungen Beziehungen a u f , m i t denen der Z e i t p u n k t f ü r d e n E i n t r i t t eines Bruches v o r a u s b e r e c h n e t w e r d e n k a n n . Diese M e ß m e t h o d e n sind a u c h geeignet, Bewegungen v o n B a u w e r k e n , die im Böschungsbereich liegen, zu verfolgen. Hier handelt, es sich in der Regel u m Setzungen u n d Schiefstellungen. V o m S t a n d p u n k t der S t a n d s i c h e r h e i l s u n t e r sucl^ung einer B ö s c h u n g aus gesehen, sind diese V e r f a h r e n j e d o c h unzureichend, da sie nicht die Möglichkeit bieten, die Lage der Gleitfläche zu b e s t i m m e n bzw. den Bewegungsc h a r a k t e r , d. h. die Verteilung der Bewegungen ü b e r die Tiefe in A b h ä n g i g k e i t v o n der Zeit, anzugeben.

fest, daß auch einfache W a s s e r r o h r e v o n ca. 6 cm I n n e n durchmesser eine ausreichende E l a s t i z i t ä t aufweisen. Die R o h r e werden bei s t a n d f e s t e m Boden im u n v e r r o h r t e n B o h r loch u n d bei nachgiebigem B o d e n im S c h u t z e der S t a h l v e r r o h r u n g möglichst s e n k r e c h t in das Bohrloch eingebaut, der Z w i s c h e n r a u m sorgfältig m i t S a n d bzw. einem TonZ c m e n t - B r e i oder bei gleichzeitigem A u s b a u als Pegel m i t Filterkies v c r f ü l l t u n d die S t a h l v e r r o h r u n g s o d a n n gezogen. Die f ü r die Messung der A b w e i c h u n g v o n der V e r t i k a l e n entwickelten I n k l i n o m e t e r sind aus der B o h r l o c h v e r m e s s ü n g hervorgegangen. B e k a n n t l i c h k ö n n e n selbst m i t b e s t e n B o h r v e r f a h r e n u n d -Werkzeugen T i e f b o h r u n g e n n i c h t e i n w a n d f r e i vertikal a b g e t e u f t werden. D a eine A b w e i c h u n g der B o h r lochachsc erhebliche Schwierigkeiten v e r u r s a c h e n k a n n , w e r d e n tiefe B o h r u n g e n regelmäßig vermessen. F ü r die Verm e s s u n g v o n E r d ö l b o h r u n g e n beispielsweise v e r w e n d e t m a n gewöhnlich I n s t r u m e n t e , die einen in einem Zylinder schwimm e n d e n K o m p a ß u n d eine Libelle e n t h a l t e n . Die Libelle zeigt die Abweichung der Bohrlochachse von der S e n k r e c h t e n u n d der K o m p a ß das Azimut der A b w e i c h u n g a n . Der Zylinder m i t den I n s t r u m e n t e n wird a m .Seil oder a m B o h r gestänge eingefahren. Die Ablesung des K o m p a ß - u n d Libcllcnstands geschieht m i t t e l s fotographischcr A u f n a h m e . Nach ihrer E n t w i c k l u n g werden die Filme m i t Hilfe eines P r o j e k t o r s ausgewertet. Die Auslösung der A u f n a h m e n in der g e w ü n s c h t e n Teufe erfolgt entweder durch Uhrwerk oder d u r c h elektrische Impulse. Die I n s t r u m e n t e h a b e n eine Genauigkeit v o n wenigstens 1°. Größere Genauigkeiten sind bei S p e z i a l a u s f ü h r u n g c n erreichbar. Der A u ß e n d u r c h m e s s e r des Meßzylinders b e t r ä g t m i n d e s t e n s 65 m m , sein Gewicht bei N o r m a l a u s f ü h r u n g 30 kg. Eine K o p p l u n g mit einer F e r n s e h k a m e r a ist möglich. E i n Nachteil dieser A p p a r a t u r b e s t e h t darin, d a ß bei S t a h l r o h r e n die Neigung der Achse lediglich in einer v o r h e r festgelegten R i c h t u n g gemessen werden k a n n . Dieser Nachteil wird d u r c h V e r w e n d u n g einer n i c h t m a g n e t i s c h c n K a p s e l u n g aufgehoben, w o d u r c h sich allerdings das Gewicht auf 130 kg e r h ö h t . F ü r die spezifische A u f g a b e der F e s t s t e l l u n g v o n Bodenbewegungen w u r d e das oben dargelegte Meßprinzip z u m Teil v e r ä n d e r t . D a s v o n SCHULTZE & MTJHS (1967) b e s c h r i e b e n e

4. Inklinometermessungen Ausgehend v o n der E r k e n n t n i s , d a ß zur B e u r t e i l u n g der Standsicherheit einer B ö s c h u n g die Verteilung der eint r e t e n d e n Bodenbewegungen u n t e r h a l b der Gcländcoberfläche b e k a n n t sein m u ß , b e g a n n m a n in verschiedenen L ä n d e r n m i t der E n t w i c k l u n g v o n Methoden zu ihrer Bes t i m m u n g . H e u t e s t e h t eine Reihe v o n M e ß v e r f a h r e n zur V e r f ü g u n g , so d a ß bereits eine vergleichende kritische Bew e r t u n g der einzelnen Methoden v o r g e n o m m e n w e r d e n k o n n t e , wie dies z. B. v o n GULAKJAHN (1965) i n d e r U d S S R u n d v o n WILSON (1967) i n d e n U S A e r f o l g t e . A u s i h r e n

Untersuchungsergebnissen k a n n m a n schlußfolgern, d a ß f ü r die Verfolgung v o n Bewegungsvorgängen in Böschungen, in i h r e m U n t e r g r u n d u n d in i h r e m V o r l a n d g e m ä ß d e m gegenwärtigen E r f a h r u n g s s t a n d I n k l i n o m e t e r die geeignetsten Meßgeräte darstellen. I n k l i n o m e t e r m e s s u n g e n w e r d e n n a c h folgendem Prinzip v o r g e n o m m e n : B r i n g t m a n ein nachgiebiges R o h r vertikal in den Boden, d a n n folgt das R o h r den im Boden a u f t r e t e n den Bewegungen. D u r c h wiederholtes Vermessen der Abweichung des Rohres v o n seiner ursprünglichen Lage mittels eines Neigungsmessers (Inklinometers) k ö n n e n Größe, Richt u n g u n d Geschwindigkeit der a u f g e t r e t e n e n Bewegungen f ü r beliebig viele P u n k t e dieses Vertikalprofils angegeben werden. Gewöhnlich v e r w e n d e t m a n f ü r das R o h r K u n s t s t o f f r o h r e v o n genügender Festigkeit. Beim holländischen V e r f a h r e n P l a n t e m a wird es nach SCHULTZE & MUHS (1967) d u r c h einen biegsamen, b e w e h r t e n Schlauch v o n 5 cm I n n e n durchmesser ersetzt. STEWART & KREHULA (1961) stellten bei ihren Messungen in australischen B r a u n k o h l e n t a g e b a u e n

i

Neigungsgerät v o n P l a n t c m a wird a n einem torsionsfreien Schlauch, der a u ß e r d e m die elektrischen K a b e l a u f n i m m t , hinuntergelassen. I n dem k a r d a n i s c h a u f g e h ä n g t e n Meßgerät b e f i n d e t sich ein Pendel. Der Neigung des Meßgeräts e n t s p r i c h t eine R e l a t i v v c r d r e h u n g zwischen d e m Gerätek ö r p e r u n d d e m Pendel in zwei z u e i n a n d e r s e n k r e c h t stehenden E b e n e n , die auf elektrische D e h n u n g s m e ß s t r e i f e n übert r a g e n u n d m i t einer WHEATSTONEschen B r ü c k e n s c h a l t u n g gemessen werden. Die bei der ersten Messung (Nullmessung) getroffene G e r ä t e a u f s t e l l u n g m u ß g e n a u fixiert werden. Die beiden senkrecht zueinander s t e h e n d e n Meßebenen des Ger ä t s werden dabei m i t t e l s K o m p a ß oder d u r c h genaues E i n r i c h t e n auf unbewegliche B e z u g s p u n k t e festgelegt. Die F ü h r u n g des Meßgeräts e n t s p r i c h t d a n n der festgelegten E b e n e , da das G e r ä t an einem torsionsfreien, auf einer Kabelrolle aufgerollten Schlauch h ä n g t . Die Messung erfolgt in T i e f e n a b s t ä n d e n v o n 20 cm. I n W e i t e r e n t w i c k l u n g eines Geräts zur Messung der D u r c h biegung v o n S p u n d w ä n d e n u n t e r W a s s e r u n d einer Einr i c h t u n g zur B e s t i m m u n g der Verbiegung v o n R o h r p f ä h l e n e n t s t a n d in den USA der slope indicator, ü b e r den WILSON & HANCOCK (1959) n ä h e r e A n g a b e n m a c h e n . D a s Meßgerät h a t einen ä u ß e r e n Durchmesser v o n 63,5 m m u n d eine Länge v o n 38,1 cm. Die Pendelspitze schließt den K o n t a k t zu einer Präzisionswiderstandsspule, die Teil der WHEATSTONEschen B r ü c k e ist. F ü r dieses Meßgerät m ü s s e n spezielle dickwandige P l a s t r o h r c m i t einem inneren D u r c h m e s s e r v o n 73 m m v e r w e n d e t werden. Die V e r b i n d u n g der 1,5 m langen R o h r s t ü c k e erfolgt m i t A l u m i n i u m k u p p l u n g e n . Beim E i n b a u ist sorgfältig darauf zu a c h t e n , d a ß die vier in die R o h r w a n d u n g eingefrästen L ä n g s n u t e n , die die R ä d e r des Meßgeräts beim Herablassen f ü h r e n , eine d u r c h g e h e n d e B a h n bilden. Die vertikale R o h r t o u r wird so eingerichtet, d a ß zwei gegenüberliegende N u t e n in der vorgesehenen M e ß r i c h t u n g liegen. Gemessen wird in Tiefcnintervallen von 50 cm. Die Ablesungen a m P o t e n t i o m e t e r erfolgen in der b e t r e f f e n d e n Teufe zur Kontrolle f ü r die beiden gegenüberliegenden Nuten. STEWART & KREHULA

(1961)

berichten

über

e i n Meß-

gerät, das speziell f ü r die Verfolgung v o n B o d e n b e w e g u n g e n

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 4 SCHWOKOWSKI / I n k l i n o m e t e r m e s s u n g e n

in Zusammenarbeit der State EloctriciLy Commission mit der Eleetrieal Department der Tasmania-Universität entwickelt wurde. Der Vorteil dieses Geräts, das sich grundsätzlich von den biher bekannten Instrumenten unterscheidet, besteilt darin, daß seine Meßgenauigkeit nicht von magnetischen Stoffen beeinflußt wird. Der Anzeigebereich für die Neigung beträgt 5°, kann aber erweitert werden. Die Meßfehler sind kleiner als 10'. Alle Meßwerte, die Tiefe der Mcßstelle, die Abweichung der Rohrachse von der Vertikalen (Nadirwinkel) sowie die horizontale Richtung der Abweichung (Azimut) sind an der Geländeoberfläche ablesbar. Der am Gestänge hängende Meßzylinder weist einen Durchmesser v o n nur 38 m m und eine Länge v o n 1067 m m auf. Proportional zum Ausschlag des Pendels wird in einer an einen Schwingkreis angeschlossenen Magnetspule eine Wechselspannung erzeugt, die nach Verstärkung und Gleichrichtung das leichte Pendel wieder in seine Ausgangslage zwingt. Die Größe des für das ausgeübte Drehmoment benötigten Stroms ist ein Maß für die Abweichung des Rohres v o n der Vertikalen. An den Enden des Meßgeräts angeschraubte Führungsfedern zentrieren das Meßgerät im Rohr. Mit den Führungsfedern beträgt die Gesamtlänge des Meßinstruments rd. 1,5 m, sein Gewicht 9 kg. Die Vertikalebene, in der das Pendel schwingt, ist außen am Meßgerät sowie an den einzelnen Zügen des Gestänges durch eine durchgehende Rille markiert. Diese Kennlinie dient gleichzeitig zur Einstellung des Nullpunkts der Winkelskala, an der die horizontale Richtung der Abweichung gemessen wird. Der Einfachheit halber richtet man den Nullpunkt der Winkclskala nach N aus. Bei der Messung in einer bestimmten Teufe wird das Meßgerät so lange verdreht, bis die größte Rohrneigung angezeigt wird, deren Richtung man an der Winkelskala abliest. Eine Kontrollmessung wird durchgeführt, nachdem man das Meßgerät u m 180° gedreht hat, und der Mittelwert aus beiden Messungen gebildet. Die Bedienung des Meßgeräts erfordert drei Arbeitskräfte. Einer führt die Messung durch, ein zweiter betätigt die Kabeltrommel und trägt die Meßwerte ein, während der dritte das Gestänge zum Herablassen des Meßgeräts verlängert und weitere Hilfsarbeiten ausführt. Für je eine Messung in den beiden u m 180° versetzten Richtungen benötigt man drei bis vier Minuten. Inklinometerrohre mit 60 m Tiefe sind einschließlich Auflind Abbau des Geräts in drei Stunden vermessen worden. Für die Messung der Abweichungen von Gefrierbohrungen w u r d e n a c h WENGEL, LÜTGENDORF & HELFFERICH (1961)

von der Eastman International Company in Hannover ein Lotgerät entwickelt, für dessen Einsatz der jeweilige Ausbau des Bohrgestänges entfallen kann. Bei 42 m m Durchmesser ist eine Einführung in das Bohrgestänge möglich. Dieses Gerät kann natürlich auch für die Messung v o n Bodenbewegungen verwendet werden. Bei diesem Inklinomcter werden die Stellung eines Magnetkompasses und eines darüber kardanisch aufgehängten Pendels in der vorgesehenen Teufe fotografiert. Das Fotoblättchen zeigt nach Entwicklung die Richtung und den Neigungswinkel an. Eine Messung dauert beim Einsatz in Gebirgsbohrungen 10 bis 20 min. Im Vergleich zu Kreiselkompaßgerätcn ergaben sich keine Unterschiede. Wie PONOMARTSCHUK (1962) berichtet, befindet sich in der Bohrlochsonde der Hard Metals Ltd., Südafrikanische LTnion, ein Frequenzgenerator, der mit einem anderen, die gleiche Frequenz liefernden, jedoch an der Oberfläche stationierten Generator verbunden ist. Das Pendel, das bestrebt ist., immer die vertikale Lage einzunehmen, verdreht die bewegliehen Kondensatorplatten um diesen Winkel gegen das starre Plattensystem, wodurch die Frequenz verändert wird. Der Frequenzuntcrschied gibt über eine Eichskala den Neigungswinkel an. Häufig werden bei der Untersuchung der plastischen Verformungseigenschaften von Lockergesteinen Vergleiche zum Verhalten von Gletschern angestellt. Wie SAVAGE & PATERSON (1963) zeigen, wurden zur Bestimmung der Fließeigenschaften von Gletschern z. B. Inklinomcter der Parsons Survey Company eingesetzt. Die Stellung der Kompaßnadel und des Pendels werden hier ebenfalls fotografisch festgehalten. Neigungswinkel bis 4° können mit einer Genauigkeit v o n 0,1° gemessen werden. Die Verwendung eines kürzeren Pendels ermöglicht eine Neigungsmessung bis 10° bzw. 26° bei gleicher Genauigkeit. Das Azimut kann auf I o genau bestimmt werden.

137 Die sowjetischen GeräLe I Sch-2 und I Sch-4 messen nach LEHNERT & ROTHE (1962) das Azimut mittels Kompaß und die Neigung durch ein Pendel. Das Meßsystem ist kardanisch und leicht exzentrisch so gelagert, daß das Pendel immer nach der gleichen Richtung ausschlägt, sofern eine Neigung vorhanden ist. Nach dem Anhalten des Inklinometers am Meßpunk t werden Pendel und Magnetnadel durch die Kraft zweier Magnete gegen je einen kreisförmigen Widerstandsdraht gedrückt. Die auf diese Weise abgegriffene Länge ist der jeweiligen Meßgröße proportional und wird über Tage gemessen. Die Meßgenauigkeit beträgt ± 0 , 5 ° für das Azimut. Der Außcndurchmesscr ist mit 65 m m angegeben. Beim ungarischen Fo toinklinometcr werden nach LEHNERT & ROTHE (1962) der Neigungswinkel aus der Lage einer in einer uhrglasartig gewölbten Glasschale freibeweglichen kleinen Metallkugel und das Azimut mit einem Kompaß bestimmt. Zur genauen Ablesung ist die Glasschale mit einer konzentrischen (für den Neigungswinkel) und einer radialen Teilung (für das Azimut) versehen. Die Glasschale mit der Kugel und die Magnetnadel werden bei Stillstand des Geräts fotografiert. Belichtung und Filmtransport werden entweder durch ein eingebautes Uhrwerk bzw. v o n über Tage gesteuert. Der Meßbereich des Neigungswinkels läßt sich durch Einsetzen verschieden stark gekrümmter Glasschalen verändern. Mit schwach gekrümmten Schalen können sehr hohe Meßgenauigkeiten erreicht werden. Nachteilig ist der große Außendurchmesser v o n 90 mm. Beim Monograf des V E B Geophysikalischer Gerätebau Brieselang nimmt eine eingebaute Kamera die Meßwerte für den Neigungswinkel und das Azimut, auf. Das Meßwerk besteht aus einem Kompaß und einem 17°-Pendel. Der Zeitpunkt der Aufnahme wird entsprechend der geschätzten Zeit, die notwendig ist, um das Meßgerät in das Rohr hinabzulassen, an einem Uhrwerk eingestellt. Die Meßfehler betragen 0,3° für die Neigung und 3° für das Azimut. Die Länge beträgt 2,18 m, der Durchmesser 42 m m und das Gewicht 16 kg. Das Bestücken des Monografen mit Filmblättchen geschieht mit Hilfe eines Ladegeräts, das 50 Blättchen aufnehmen kann. Die Aufnahmen sind mit einer Lupe gut auswertbar. Beim Multigraf wird statt der Filmblättchen ein handelsüblicher 16-mm-Film v o n einem Motor um die Größe eines Bildes weitertransportiert. Je Film sind 220 Aufnahmen möglich. Bei gleichem Meßbereich betragen die Meßfehler 15' für die Neigung und 1° für das Azimut. Das Kreiselinklinometer des Wissenschaftlich-Technischen Büros für Gerätebau in Berlin verwendet das am längsten bekannte Meßprinzip für Bohrlochmeßgeräte. Es ist damit auch in Stahlrohren oder anderweitig magnetisch gestörten Bohrlöchern einsetzbar. Sein Außendurchmesser beträgt allerdings 98 mm. Soweit Verf. bekannt wurde, erfolgt die Messung der Bohrlochabweichungen in der D D R mit folgenden Geräten: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

I Sch 4 T (UdSSR ' d = 65 mm] I T 200 (UdSSR d = 72 mm] Fotoinklinomctcr 7 E (Ungarn d = 90 mm] Kreiselinklinometer (DDR d = 98 mm] Monograf (DDR d = 42 mm] Multigraf (DDR d = 42 mm; Singlc-Shot (Eastman [Westdeutschland] d = 42 mm) 8. Multi-Shot (Eastman [Westdeutschland] d = 42 mm]

Die inneren Fehler der Messung (Gerätefehler) können in Grenzen bei den einzelnen Geräten unterschiedlich sein. Sie sind stark von der Eichung abhängig (systematischer Fehler). Äußere Fehler treten dadurch auf, daß die Inklinometerachse nicht parallel zur Rohrachse steht. Sie sind von dem Spiel zwischen den Durchmessern des Geräts und des Rohrs sowie v o n der Neigung abhängig. Uber die Größe dieser Fehler liegen noch keine Angaben vor. Sie liegt wahrscheinlich in der Größenordnung von 1° bei geringeren Neigungen und wird mit wachsender Neigung kleiner. Die Auswertung der Meßergebnisse erfolgt zweckmäßigerweise graphisch. Nach dem Auswertungsverfahren von SCHULTZE & MUHS (1967) ergibt die Nullmessung die Verkrümmung des Rohres in seiner Anfangsstellung. Sic wird als lotrechte Bezugsgerade verwendet. In einfachen

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/ Inklinometermessungen

SCHWOKOWSKI

Fällen genügt es, die auf die Nullmessung reduzierten Meßwerte, die den Neigungsveränderungen des Inklinometers entsprechen, aufzutragen. U m ein naturgetreues B i l d der Bewegungen zu konstruieren, ermittelt m a n aus den Neigungswerten die wirklichen Verschiebungen, indem m a n den Sinus des Neigungswinkels mit den jeweiligen Tiefenabständen multipliziert und die Summenlinie bildet. Bcid c Darstellungen zeigen auf j e d e n Fall an, wo sich die Gleitfläche bzw. eine Fließzone befindet. W i r d der oberste P u n k t des R o h r e s nicht trigonometrisch eingemessen, dann k a n n m a n die gemessenen Verschiebungen lediglich qualitativ auswerten, da die Summenlinie fehleranfällig ist. Erfolgt j e d o c h eine Einmessung der R o h r o b e r k a n t e , dann l ä ß t sich die Neigungslinie zwischen dem unteren, als unverschieblich angenommenen P u n k t des R o h r s und dem oberen P u n k t einhängen, wodurch auch die absoluten Größen der Verschiebungswege im Untergrund ermittelt werden können.

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