Original paper

Hydrogeologische, chemische und Isotopen-Untersuchungen der Grubenwässer des Ibbenbürener Steinkohlenreviers

Bässler, Rolf

Kurzfassung

Zusammenfassung Vergleichende hydrogeologische, chemische und Isotopen-Untersuchungen des oberflächennahen und tiefen Grundwassers im Ibbenbürener Steinkohlenrevier führen zu Aussagen über Gesetzmäßigkeiten des Stoffbestandes, über Genese, Art und Auftreten der Wässer in der Lagerstätte sowie über die Herkunft der Versalzung des tiefen Grundwassers. Für vergleichende Betrachtungen werden Mineral- und Formationswässer NW-Deutschlands herangezogen. Grundlage für die hydrogeologische Problematik dieser Arbeit bilden die bekannten geologischen Verhältnisse der Ibbenbürener Karbonscholle. Ergänzend dazu werden erstmals neue Ausarbeitungen zur Geologie und Tektonik dieser Lagerstätte und ihres Vorlandes sowie zur Salzverbreitung in ihrer weiteren Umgebung vorgelegt. Neben hydrogeologischen Auswertungen sind insgesamt 1100 Wasseruntersuchungen zur Hydrogeochemie, zur Schwefel-Isotopen-Verteilung und zur altersmäßigen Gliederung der Wässer auf Grund von 3H- und 14C-Isotopen-Bestimmungen durchgeführt worden. Sie führten zu folgendem Ergebnis: In weiten Gebieten des durch starke Wasserzuflüsse belasteten Bergbaureviers ist das übliche oberflächennahe Grundwasser noch vorhanden. Mit steigender Zuflußtiefe in der Lagerstätte nimmt der Salzgehalt der Grubenwässer zu. Die Grenze Süßwasser/Salzwasser (chemisch bei 1000 mg/l Cl) liegt im Ibbenbürener Karbon bei - 100 m NN. Sie ist gebietsweise durch Bergbaueinfluß verändert und liegt dort zwischen - 180 m und - 300 m NN. In der Ibbenbürener Karbonscholle sind drei Arten von Grundwasser zu unterscheiden: 1. Gering mineralisiertes, meteorisch beeinflußtes Wasser der oberflächennahen Grundwasserleiter und Grubenbaue mit mittleren Verweilzeiten von einigen Jahrtausenden. Diese Wässer gehören dem Ca-Mg-Na-SO4-Cl-HCO3-Typ an. Meteorologische Einflüsse lassen sich in tektonischen Störungszonen bis - 400 m NN Tiefe nachweisen. 2. Gleichaltes, aber sekundär durch Bergbaueinfluß auf Grund von Sulfid-Oxydation verändertes Grundwasser vom Ca-Mg-SO4-Typ. 3. Stark mineralisiertes tiefes Grundwasser, das 3H- und 14C-freie Porenwasser der Karbonsedimente, das ein fossiles Grundwasser ist. Es gehört dem Na-Ca-(Mg)-Cl-Typ bzw. dem Na-Cl-Typ an und hat 14C-Modell-Wasseralter von über 30 000 Jahren. Diese Wässer bilden den Hauptteil der stark versalzenen Grubenwässer der tiefen Lagerstättenbereiche. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse lassen keine eindeutige Aussage darüber zu, ob es sich bei dem tiefen Grundwasser des Ibbenbürener Karbons um diagenetisch verändertes fossiles Meerwasser handelt, oder ob später hinzutretende andere Salzlösungen Bedeutung haben. Im Gegensatz zur bisherigen Auffassung wird festgestellt, daß die stark versalzenen Grubenwässer der Lagerstätte heute keine Zufuhr durch Auslaugung von Salzlagerstätten aus dem Vorland erhalten.

Abstract

Comparative hydrogeological, chemical and isotope investigations of the surface-near and deep groundwaters in the Ibbenbüren coal area result in dates on the regularity of chemical compositions, on the genesis, kind and location of the waters in the deposit and on the origin of the oversalting of the deep groundwater. Mineral and formation waters in NW Germany have been used for comparative consideration. The basis of the hydrogeological problems of this paper are the known geological conditions of the Ibbenbüren Carboniferous Formation. In addition to that new analyses of the geology and tectonics of this deposit and its foreland and of the occurrence of salt in its former environment are presented here for the first time. Apart from hydrogeological investigations about 1100 water-analyses of the hydrogeochemistry, of the sulphur-isotope-distribution and of the age-determination of the waters on the basis of 3H and 14C-isotope-analysis have been carried out. They have led to the following results: In vast districts of the coal-mining area stressed through strong inflows of water the usual surface-near groundwater is still extant. The salt-content of the mine drainage water increases according to the profundity in the deposit. The fresh water/salt water line of demarcation (chemically at 1000 mg/l Cl) is at - 100 m NN in the Ibbenbüren Carboniferous Formation. It has been altered by the coal-mining influence in some districts and reaches as far as - 180 m to - 300 m NN. The Ibbenbüren Carboniferous Formation has 3 different kinds of groundwater: 1) Slightly mineralized and meteorically influenced water of the surface-near aquifer and coal-mines of a medium age of some milleniums. These waters belong to the Ca-Mg-Na-S04-Cl-HCO3 type. Meteoric influences can be proved in fault zones up to - 400 m NN. 2) Groundwater of the Ca-Mg-SO4 type of the same age but changed through a coal-mining influence on account of sulfid oxidation. 3) Strongly mineralized deep groundwater, the 3H- and 14C-free interstitial water of the carboniferous Sediments, which is a fossil groundwater. It belongs to the Na-Ca-(Mg)-Cl type or to the Na-Cl type and has the age of more than 30 000 years. These waters are the main part of the strongly salted mine drainage water of the deep deposits. The present results of investigation do not admit a clear answer to the question whether the deep groundwater of the Ibbenbüren Carboniferous is unexceptionally fossil sea-water which was changed in the diagenesis or whether other salt-solutions of later periods were of importance as well. Contrary to the hitherto existing conception it can be taken for granted that the strongly salted mine-waters of the deposit do not get any supply through the lixiviation of salt-deposits from the environing districts today.