Original paper

Ausmaß der natürlichen Abdichtung von Störungen im Lockergestein

[Natural fault seal in unconsolidated deposits.]

Döbber, Kerstin; Scheytt, Traugott

Kurzfassung

Die natürliche Abdichtung von Störungsbahnen wurde an den im Tagebau Nochten aufgeschlossenen Störungen der Grabenzone von Nochten untersucht. Während der Grabenbildung, die hier frühestens im oberen Miozän einsetzte, wurden bindige Sedimente in die Störungsbahnen geschleppt, die eine natürliche Abdichtung entlang der Dislokationsflächen bewirken können. Für einen sicheren Tagebaubetrieb ist eine Entwässerung des Deckgebirges sowie eine Entspannung der Liegendgrundwasserleiter erforderlich, die durch die Abdichtung der Störungsbahnen erheblich erschwert wird. Die Untersuchungen zeigen, dass die Schleppungsbeträge bindiger Sedimente bisher unterschätzt wurden. Der aus den Kartierungsergebnissen belegte Schleppungsbetrag des tonigen "Zwischenmittels des Oberbegleiterkomplexes" beträgt maximal das 16-fache der ursprünglichen Schichtmächtigkeit. Für schluffige bis schluffig-sandige Sedimente ergab die Kartierung Schleppungsbeträge, die dem 4,5- bis 5,5-fachen der Ausgangsschichtmächtigkeiten entsprechen. Zusätzlich zeigen die Auswertungen der Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen, dass die Sedimentpartikel in der Störungsausfüllung einer Einregelung parallel zur Störungsfläche unterliegen. Daraus resultiert eine Anisotropie der Durchlässigkeit innerhalb der Störungszone. Generell liegen die kf-Werte senkrecht zur Einregelung etwa eine Zehnerpotenz niedriger als die Durchlässigkeitsbeiwerte parallel zur Einregelung der Sedimentpartikel und damit parallel zur Störungsfläche. Die Grundwassermodellierung zeigt, dass die Wassermengen, welche derart abgedichtete Störungsflächen passieren, vernachlässigbar gering sind. Einen weiteren Hinweis auf die Abdichtung der Störungsbahnen ergaben die auf Grundlage von permanent erhobenen Grundwasserständen erstellten Restwasserstandskarten, in denen sich deutlich die schlagartige Entlastung des durch den Abbaufortschritt erfassten Grundwasserleiters zeigt. Insgesamt sprechen die Ergebnisse für eine weitgehende natürliche Abdichtung der Störungsbahnen der Grabenzone von Nochten.

Abstract

In the fault trough of Nochten, where faulting took place in the Miocene, brown coal is mined in open pits. Fine ground rock and clay were smeared into the fault zone leading to potentially impounding faults. During open pit mining operation a dewatering of the aquifers is essential but also problematic if the faults are sealed by finegrained sediments. Results show that the extent of impounding faults has been underestimated. The clayey layer "Zwischenmittel" has been dragged in the fault over a length of 16 times the original thickness of this layer. Silt layers can be dragged in the fault over a length of about 5.5 times its original thickness and fine grained sands with silt over a length of 4.5 times. Results from electron microscope images of the Sediments within the fault plane show that clay minerals are oriented parallel to the fault zone. This leads to an anisotropy of hydraulic conductivity with about one order of magnitude higher values parallel to the fault plane compared with hydraulic conductivity values perpendicular to the fault plane. Modelling of groundwater flow reveals that the amount of ground water trespassing the fault zone is negligible in these areas. Finally, the piezometric level in the aquifer declines suddenly when the impounded fault is hit during mining Operation with a high amount of water flowing out of the slope. These results show that most of the faults in the fault trough of Nochten are sealed naturally.

Keywords

coal fieldsMiocenesedimentary coversoft rockscoal seamssandclayloessnormal faultssealingaquifer drawdown