Original paper

Neuere geochemische Daten zur Geothermie der Salze und des Salzaufstiegs der Asse

[More recent geochemical data on the geothermometry of the salts and the salt diapirism of the Asse.]

Gies, Hermann; Herbert, Horst-Jürgen

Kurzfassung

Das häufigere Vorkommen einer speziellen höher temperierten Mineralparagenese als sekundäre Kluftfüllung im Zechsteinsalz, insbesondere im stratigraphischen Bereich von Flöz Staßfurt/Hauptanhydrit/Leinesteinsalz, war Anlaß und Ausgangspunkt für eine Untersuchung der paläogeothermischen Verhältnisse im Bereich der Asse bei Braunschweig. Es lag die Vermutung nahe, daß wenn auch zeitlich und räumlich begrenzt, die Maximaltemperaturen im Laufe der geologischen Geschichte der Salze deutlich höher gelegen haben müssen als in den meisten einschlägigen Arbeiten bis dahin angenommen. Gelegenheit zur Durchführung eines solchen Programms bot eine Kernbohrung von 2.256,3 m Teufe. Im Einzelnen untersucht wurden die entnommenen Salzproben auf Illit-Kristallinität, Inkohlungsgrad kohliger Bestandteile, Kohlenstoffgehalt isolierter Kerogenanteile, Zustandsbedingungen von Flüssigkeitseinschlüssen sowie der Zusammensetzung und den chemischen Gleichgewichtsbeziehungen sogenannter "freier" Lösungen. Leider lieferten die Salze für Illit- wie auch Vitrinituntersuchungen nur äußerst wenig Tonmaterial bzw. Phytoklasten, so daß z. B. für letztere von insgesamt 39 Proben nur in zwei Fällen ausreichend Material für eine jeweils größere Zahl von Einzelmessungen (28 bzw. 64) vorhanden war. Nur für diese konnte der Inkohlungsgrad mit ausreichender Sicherheit gemessen werden. Von den ermittelten Vitrinitflexionswerten -- Rm 0,58% in 507 m Teufe, 0,65% in 2241 m Teufe -- verlangt der "tiefere" Wert eine besondere Erklärung, da er zu niedrig ist. Grundsätzlich lieferten sowohl Illitkristallinität als auch Vitrinitinkohlung und der C-Gehalt des Kerogens eine deutliche und sinnvolle Veränderung nur in Abhängigkeit vom jeweiligen stratigraphischen Alter der beprobten Salze. Die erstmalige Untersuchung des Fluidinventars der Asse-Salze und damit eines Salinars insgesamt ergab neben einer generellen Systematik seiner Flüssigkeitseinschlüsse jeweils zwei deutlich getrennte Maxima der Bildungstemperaturen von primärem und sekundärem Carnallit bzw. Halit. Für primären Carnallit wurde eine mittlere Bildungstemperatur von 70 °C, für sekundären Carnallit von 90 °C bestimmt. Primärer Halit wies Bildungstemperaturen um 50 °C, sekundärer um 110 -- 120 °C auf. Auf ähnlich hohe Temperaturen (> 120 °C) weist auch die chemische Zusammensetzung der im Steinsalz enthaltenen freien Lösungen im Zusammenhang mit den sekundären Kluftfüllungen hin.

Abstract

Seapages of MgCl2 rich brines in the former Asse salt mine near Braunschweig, Northern Germany, are frequently associated with a special secondary mineral paragenesis in fissure fillings in the stratigraphic horizons Staßfurt potash seam / Main Anhydrite / Leine halite of the Upper Permian. They were the starting point of an investigation aiming at indicatores for paleotemperatures in the salt formation. It was presumed that the maximum temperatures reached by some parts of the salt structure during their geologic history, and probably for short time intervals only, must have been distinctively higher than those reported in the literature. This research programme became possible due to a deep drilling programme in the Asse salt structure. A continuous core of 2,256.3 m length was obtained which delivered the majority of the samples for the investigation. The following parameters were determined on the salt samples: illite crystallinity of argillaceous material, vitrinite reflectance of the organic material, carbon content of isolated kerogen, thermodynamical equilibrium conditions of liquid inclusions and the composition and chemical equilibria of so called "free" solutions. Unfortunately for measurements on illite and vitrinite the salts mostly contained only very little argillaceous and phytoclastic material, respectively. Out of 39 samples only two contained enough substance for vitrinite reflectance measurements. The first sample was located at a depth of 507 m, the second one at 2241 m. the mean value of 28 single measurements on the first sample is Rm = 0.58%. The second sample (64 single measurements) rendered a mean value of Rm = 0.65%. A special explanation for this last value is given, as it seems to be too low for the depths of the sample. The illite cristallinity, the vitrinite reflectance and the C-content of kerogen showed a clear and meaningful variation only in correlation with the corresponding stratigraphic age of the salt samples. For the first time the entire fluid inclusions inventory of the Asse salt structure was investigated systematically. The formation temperature of primarily formed halite and carnallite crystals were determined to be about 50 °C and 70 °C, respectively. Secondary halite and carnallite were formed at much higher temperatures of about 90 °C and 110 to 120 °C, respectively. Temperatures above 120 °C are also suggested by the geochemistry of the brines associated with the secondary fracture fillings.

Keywords

salt domesaltZechsteindiapirismpaleotemperaturegeothermometryillite crystallinityvitrinite reflectancekerogenchemical compositionfluid inclusionsequilibrium of free salt solutions Northern German Hills (Asse)Lower Saxony