Original paper
Geothermische Untersuchungen im Saarkarbon
[Geothermic studies in Carboniferous rocks of the Saar region]
Hückel, Bernhard; Kappelmeyer, Otto
Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft Band 117 Heft 1 (1966), p. 280 - 311
9 references
published: Dec 1, 1966
DOI: 10.1127/zdgg/117/1966/280
ArtNo. ESP171011701024, Price: 14.00 €
Kurzfassung
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 sy-1 grd-1; Tonstein: 6,6⋅10-3 cal cm-1 grd-1; Konglomerat: 11,3⋅10-3 cal cm-1 grd-1; Schieferton parallel zur Schichtung: 8,0⋅10-3 cal cm-1 grd-1; Schieferton senkrecht zur Schichtung: 4,2⋅10-3 cal cm-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.
Résumé
Les mesures effectuées dans les différentes mines de la Sarre ont permis de déterminer les températures primitives des terrains carbonifères sarrois. Les mesures de température furent exécutées dans de petits trous de sonde percés perpendiculairement à la taille jusqu'à une longueur maximale de 50 m environ. Nous avons utilisé comme thermomètres des RNTC en combinaison avec le pont de Wheatstone, l'appareil de mesure antigrisouteux ayant une précision de ± 0,05°C. L'aération ainsi que les travaux miniers provoquent une zone d'accomodement des températures dans les environs des excavations. Ce dérangement du champ primitif de température dans les terrains n'a que peu de mètres de largeur dans les chantiers neufs et dans les avancements frais des galéries. Pour cela nous avons exécuté les mesures surtout dans les parties des mines poussées récemment. Le champ primitif de température dans le Carbonifère sarrois est beaucoup plus irrégulier qu'on ne le supposait. Les températures du terrain à l'altitude de - 400 m (660 m environ au-dessous du sol) se trouvent entre 20° C et 40° C environ. Les résultats montrent nettement deux maxima de températures qui dans la partie centrale du champ d'exploitation et à peu près parallèle à la direction générale des couches se trouvent orientés du SW au NE. A l'aide des mesures on pouvait suivre le maximum NE de température aussi au niveau de 600 m d'altitude (860 m environ au-dessous du sol). Pour trouver la densité normale du courant calorifique nous avions besoin de déterminer la conductibilité calorifique des terrains. 82 échantillons des terrains carbonifères qui furent étudiés ont donné les moyennes de conductibilités calorifiques, nommées ci-dessous: grès: 9,0⋅10-3 cal cm-1 s-1 degré-1 Tonstein: 6,6⋅10-3 cal cm-1 degré-1; conglomérat: 11,3⋅10-3 cal cm-1 grd-1; argile schisteuse parallèle à la stratification: 8,0⋅10-3 cal cm-1 degré-1; argile schisteuse perpendiculaire à la stratification: 4,2⋅10-3 cal cm-1 degré-1 La densité normale du courant calorifique est de 1,5⋅10-6 cal cm-2 s-1 en Sarre; elle correspond donc à la moyenne jusque-là trouvé pour l'Allemagne occidentale. Malgré les différentes valeurs du degré géothermique en Sarre, il n'a pas été possible de mettre en évidence des variations locales importantes de la densité normale du courant calorifique. Les différences des températures primitives des terrains dans le même niveau sont en partie provoquées par la structure des sédiments et par l'anisotropie des terrains. Dans le domaine de l'anomalie SW nous avons trouvé des indications pour un courant calorifique de convection en relation avec la circulation d'eaux. Dans le domaine de l'anomalie NE on suppose un bombement qui est formé ou par un sediment bien conducteur de la chaleur ou par le socle cristallin.
Keywords
Saarbergwerke • Wheatstone'sche Brücke • Gebirgstemperatur • Wärmestromdichte • Wärmeleitfähigkeit • mines de la Sarre • terrains carbonifères