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Geothermische Untersuchungen im Saarkarbon

Hückel, Bernhard; Kappelmeyer, Otto

Kurzfassung

Zusammenfassung Durch Messungen in den Gruben der Saarbergwerke AG wurden die ursprünglichen Gebirgstemperaturen im Saarkarbon bestimmt. Die Temperaturmessungen erfolgten in kleinen Bohrlöchern, die senkrecht zum Stoß bis max. etwa 50 m Tiefe gebohrt wurden. Als Thermometer dienten elektrische Heißleiterelemente in Verbindung mit einer Wheatstone'schen Brücke. Das Meßgerät hat eine Genauigkeit von ± 0,05° C und ist schlagwettersicher. In der Umgebung der Grubenräume entsteht durch die Bewetterung und aufgrund der Arbeitsvorgänge in der Grube eine Temperaturausgleichszone. Diese Störung des ursprünglichen Temperaturfeldes im Gebirge ist in jungen Abbauen und frisch aufgefahrenen Streckenvortrieben nur wenige Meter mächtig. Daher erfolgten die Messungen meist in den neu aufgefahrenen Teilen der Gruben. Das ursprüngliche Temperaturfeld im Saarkarbon ist wesentlich ungleichförmiger als erwartet. Die Gebirgstemperaturen im Niveau 400 m unter NN (etwa 660 m Tiefe) liegen zwischen etwa 20° C und 40° C. Aus den Meßdaten gehen deutlich zwei Temperaturmaxima hervor, die im Zentrum des Abbaugebietes und etwa parallel zum Streichen der Sedimente von Südwesten nach Nordosten verlaufen. Das nordöstliche Temperaturmaximum konnte auch im Niveau 600 m unter NN (etwa 860 m Tiefe) durch Messungen verfolgt werden. Zur Ermittlung der natürlichen Wärmestromdichte war es erforderlich, die Wärmeleitfähigkeiten der Gesteine zu bestimmen. Aufgrund von Untersuchungen an 32 Gesteinsproben aus dem Karbon ergaben sich folgende mittlere Wärmeleitfähigkeiten: Sandstein: 9,0 . 10-3 cal cm-1 s-1 grd-1; Tonstein: 6,6 . 10-3 cal cm-1 s-1 grd-1; Konglomerat: 11,3 . 10-3 cal cm-1 s-1 grd-1; Schieferton parallel zur Schichtung: 8,0 . 10-3 cal cm-1 s-1 grd-1; Schieferton senkrecht zur Schichtung: 4,2 . 10-3 cal cm-1 s-1 grd-1. Die mittlere natürliche Wärmestromdichte im Saargebiet beträgt 1,5 . 10-6 cal cm-2 s-1 und entspricht damit dem für Westdeutschland bisher bestimmten Mittelwert. Trotz der verschiedenen Temperaturgradienten im Saargebiet konnten größere örtliche Schwankungen der natürlichen Wärmestromdichte nicht gemessen werden. Die Unterschiede der ursprünglichen Gebirgstemperaturen auf gleichen Niveaus sind z. T. auf die Struktur der Sedimente und die Anisotropie der Gesteine zurückzuführen. Außerdem ergaben sich Hinweise für einen konvektiven Wärmetransport in Verbindung mit der Zirkulation von Wässern im Bereich der südwestlichen Anomalie. Im Bereich der nordöstlichen Anomalie wird eine Aufwölbung im Untergrund angenommen, die entweder von einem gut wärmeleitenden Sediment oder dem kristallinen Grundgebirge gebildet wird.