JUNG, Wolfgang & LIEBISCH, Klaus (1966): Die Grubenhydrogeologie in der Mansfelder Mulde. –
Z. f. angew. Geol., Bd. 12, S. 511 - 521


Die Grubenhydrogeologie in der Mansfelder Mulde

WOLFGANG JUNG, Sangerhausen, & KLAUS LIEBISCH, Eisleben


1. Einleitung

In den letzten Jahren sind im Bereich der Mansfelder Mulde durch mehrere Institutionen umfangreiche geologische Untersuchungen durchgeführt worden. Zu einem großen Teil waren sie direkt oder indirekt der Hydrogeologie und dabei besonders dem Komplex der Auslaugungserscheinungen im Zechsteinsalinar gewidmet. Als Ergebnis dieser Arbeiten liegen eine Reihe von Publikationen und unveröffentlichten Berichten vor. Die darin geäußerten Auffassungen stimmen in mehreren Punkten nicht überein. Hier verzichten wir auf eine Diskussion der Diskrepanzen, da dies teilweise in publico schon geschehen ist und im Rahmen bereits avisierter, zusammenfassender Arbeiten für das Gebiet des südöstlichen Harzvorlandes nochmals darzulegen sein wird.
Aus mehreren Gründen ist es aber notwendig, über den durch die geologische Abteilung des Mansfeld-Kombinats als Ergebnis mehrjähriger intensiver Bemühungen erreichten Kenntnisstand der Grubenhydrogeologie zu berichten. Unter Zugrundelegung und Zusammenfassung jüngster, unter speziellen Aspekten vorgelegter Arbeiten von JUNG (1966b), JUNG & LIEBISCH (1965), LIEBISCH (1965/66) und SPILKER (1965) ist dieser Aufsatz als die zielgerichtete Fortsetzung und Ergänzung des Artikels von JUNG & REMUS (1964) zu werten, in welchem die Methodik unserer hydrogeologischen Arbeiten und die bis Anfang 1962 erreichten Ergebnisse dargelegt wurden.
 

2. Stratigraphischer und tektonischer Abriß

Stratigraphie

Da die Hydrogeologie des Kupferschieferbergbaus in direkter Abhängigkeit von der leichten Löslichkeit der Salzgesteine des Zechsteins steht und die Subrosionsprozesse weitgehend durch die Tektonik beeinflußt werden, ist es unerläßlich, den Erörterungen ein Zechsteinprofil und einige Befunde über die tektonischen Verhältnisse voranzustellen.


Abb. 1. Verbreitung des Na1, K2 und Na4 in der Mansfelder Mulde
1 – Ausgehendes des Kupferschiefers, 2 – Verbreitungsgebiet des Na1, 3 – Verbreitungsgebiet des K2,
4 – Verbreitungsgebiet des Na4

Nach der Auswertung von rd. 1000 im südöstlichen Harzvorland niedergebrachten Bohrungen ergibt sich für dieses Gebiet nach JUNG (1966c) das in Tab. 1 dargestellte Idealprofil.
Es muß hervorgehoben werden, daß die im Profil angeführten Faziesvertretungen der 4 Salzhorizonte durch Anhydrite bzw. anhydritführende Tone auf engstem Raum vonstatten gehen können. Für die Mansfelder Mulde ist zu akzentuieren, daß die halit- und potassitfreie (vgl. Abb. 1 und 2), bezüglich des Staßfurtsteinsalzes durch Mächtigkeitsreduktion ausgezeichnete, etwa der Muldenachse parallelgehende Zone sich über diese Tatsache hinausgehend noch dadurch abhebt, daß Oberer Werraanhydrit, Stinkschiefer, Basalanhydrit, Grauer Salzton und Hauptanhydrit nicht typisch bzw. überhaupt nicht ausgebildet sind und teilweise von rotem, anhydritführendem Ton faziell vertreten werden. Diese Tatbestände sind ausführlich von BLEI & JUNG (1962, 1965) dargestellt und im Gegensatz zu der älteren, im wesentlichen auf FULDA zurückgehenden tektonischen Interpretation als Auswirkungen einer zechsteinzeitlichen Untiefe gedeutet worden.
Der Zechstein wird von der mehrzyklisch aufgebauten Tonstein-Sandstein-Rogenstein- bzw. Kalksandsteinfolge des Buntsandsteins überlagert, die im hangenden Zyklus des Röts auch Salinarsedimente enthält und insgesamt Mächtigkeiten bis zu 750 m erreichen kann (vgl. JUNG & LORENZ 1964).
Im Zentrum der Mansfelder Mulde ist noch Unterer Muschelkalk erhalten geblieben. Eine Reihe von Tertiärbecken (vgl. Abb. 5 und JANKOWSKI 1964) liegen unter einem unterschiedlich mächtigen Schleier von Quartärsedimenten.

Tektonik

Die Subsalinartektonik ist aus dem bergbaulich aufgeschlossenen, etwa 150 km² großen Nordwestteil der Mansfelder Mulde (vgl. Abb. 4) natürlich recht gut bekannt. Für den Südostteil können die Verhältnisse aus den Bohrergebnissen glaubwürdig konstruiert werden. Die Gesamtsituation ist mit wenigen nachstehenden Worten zu umreißen (vgl. Abb. 3 und JUNG 1965).
Der durch das Streichen des Kupferschieferflözes erkennbare Muldenbau wird durch eine Vielzahl von Dislokationen kompliziert. Vorzugsweise sind flach- bis steilherzyn streichende Bruchsysteme und Flexuren entwickelt. Untergeordnet treten erzgebirgisch gerichtete Störungssysteme auf. Die Sprunghöhen variieren im Muldeninnern von wenigen Zentimetern bis zu 130 m, während an den Muldenrändern Verschiebungsbeträge bis zu 800 m auftreten. Das Umschwenken von der flach- in die steilherzyne Richtung ist wahrscheinlich auf erzgebirgisch bzw. rheinisch gerichtete Horizontalflexuren zurückzuführen. Für unsere Betrachtungen ist hervorzuheben, daß der Bereich der postulierten zechsteinzeitlichen Untiefe von zwei markanten Störungszonen, dem Freieslebenschächter Rückengraben im SW und der Zimmermannsschächter Störungszone im NE, begrenzt wird und jetzt eine Art Muldenhorst bildet.
Aus Abb. 3 auch ist zu entnehmen, daß die Hauptstörungszonen etwa abstandsgleich verlaufen. Wie JUNG (1965) für das gesamte südöstliche Harzvorland gezeigt hat, liegt im Subsalinar ein in mehrere Größenordnungen abgestuftes, annähernd äquidistantes Schollenmosaik vor. Die einzelnen Bausteine sind in mannigfacher Weise gekippt und tordiert.
Obwohl für das Salinar und das Postsalinar eingehende tektonische Untersuchungen noch ausstehen, muß man im Prinzip auch in diesen Stockwerken mit einem ähnlichen Baustil rechnen. Die annähernde Kongruenz zwischen subsalinaren Hauptstörungszonen einerseits und den derzeitigen Fluß- und Bachläufen andererseits (vgl. Abb. 3) darf wohl als bekräftigender Hinweis auf diese Aussage angesehen werden.
Bei genügend großer primärer Steinsalzmächtigkeit haben im Bereich intensiver Dislokationen (z.B. an der Hornburger Tiefenstörung) Salzanschoppungen stattgefunden.


Abb. 2. Verbreitung des Na2 und Na3 in der Mansfelder Mulde
1 – Ausgehendes des Kupferschiefers, 2 – Verbreitungsgebiet des Na2, 3 – Bereich mit nahezu gleichbleibender Oberkante des Na2 bei –150 m NN. 4 – Verbreitungsgebiet des Na3
 

3. Die untertägigen Wasserzuflüsse

Schüttungsmengen, Austrittshorizonte und Chemismus der Wässer

Die folgenden Bemerkungen sind als kurzgefaßte Ergänzung bzw. Erläuterung der Abb. 4 zu verstehen, die einen generellen Überblick der Traufenverbreitung, der Schüttungsmengen und der chemischen Beschaffenheit der Wässer gibt.
Derzeitig dringen in die Grubenbaue Wassermengen in Höhe von rd. 45 m³/min ein.
Die Auswertung umfangreichen Analysenmaterials hat ergeben, daß diese Wasserzuflüsse einem Offenen und einem Geschlossenen System i. S. BAUMERTs (1928) zugeordnet werden können. Die genannten Systeme unterscheiden sich nach LIEBISCH (1965/66) wie in Tab. 2 wiedergegeben.

Geschlossenes System

Die Wässer des Geschlossenen Systems treten vorwiegend aus dem Weißliegenden, dem Kupferschiefer, dem Zechsteinkalk, seltener aus Gesteinen des Oberrotliegenden auf. Sie sind hauptsächlich an Abbauorte gebunden, die tektonisch gestört sind. Die Schüttungsmengen liegen meist unter 1l/min und überstiegen bisher in keinem Fall die Menge von 25 l/min. Im allgemeinen versiegen diese Traufen nach kurzer Zeit, so daß sie nach unseren jetzigen Erfahrungen für den Bergbau ungefährlich und mit relativ geringem technischem und finanziellem Aufwand beherrschbar sind.
Die chemische Variationsbreite dieser Wässer wird durch die Werte der Tab. 3, die sich aus 49 Analysen rekrutieren, charakterisiert.

Eine besondere Stellung innerhalb des Geschlossenen Systems nehmen die Zuflüsse in den Kalibauen des Fortschrittschachtes II und der Schachtröhre des Fortschrittschachtes I im Bereich T3/A3 ein. In der ersten Lokalität handelt es sich um seit rd. 45 Jahren anhaltende Restzuflüsse (< 0,2 l/min) eines Laugeneinbruchs, bei dem für kurze Zeit einige m³/h eindrangen und der von Entgasungen aus dem A3 begleitet war.
Die Wässer in der Schachtröhre des Fortschrittschachtes I traten beim Teufen mit einer maximalen Schüttung von 90 l/min auf und waren ebenfalls mit Gasaustritten verbunden. Seit der ständigen Kontrolle (1962) wird ein gleichbleibender Zufluß von rd. 1,5l/min beobachtet.
Der Gehalt an Brom in den Wässern der obengenannten zwei Zuflußstellen schwankt von 3700 bis 8100 mg/l und überschreitet damit den im allgemeinen anzutrefienden Maximalgehalt innerhalb dieses Systems. Die Ca++– und Mg++–Werte variieren nur zwischen 130 und 137 g/l. Nach der BAUMERTschen Gruppierung sind derartige Wässer als Restlaugen anzusehen.

Offenes System

Mehr als 99% des in die Gruben eindringenden Wassers gehören diesem System an. Auf Grund der unterschiedlichen Cl–Gehalte werden Süß- und Salzwässer unterschieden. Der Grenzgehalt ist mit 1 g Cl/l angenommen worden.
Die Süßwässer treten in dem Zechsteinausstrichareal auf und konzentrieren sich im Bereich der 2. Sohle. Nahezu alle bekannten Zuflüsse sitzen aus dem Zechsteinkalk zu. Die durchschnittliche Schüttungsmenge liegt bei rd. 15 m³/min. Durch untertägige Gewinnungseinrichtungen werden etwa 12,5 m³/min als Trink- und Brauchwasser nutzbar gemacht. Die chemische Beschaffenheit der Wässer ist aus Tab. 4 zu ersehen. Den angegebenen Werten liegen 46 Wasseranalysen zugrunde.

Die im Mittel rd. 140 g NaCl/l enthaltenden Salzwässer fließen hauptsächlich aus dem Zechsteinkalk, untergeordnet aus den übrigen Schichten des Zechsteins 1 sowie aus dem Sandsteinschiefer und dem Porphyrkonglomerat des Oberrotliegenden aus. Die seit Jahren durchschnittlich mehr als 30 m³/min betragende Salzwassermenge wird mit einem umfangreichen System von Ritzstrecken und Pumpstationen durch den Schlüsselstollen in die Saale abgeleitet und verursacht verständlicherweise nicht unerhebliche Kosten (vgl. KIEL 1958). Unter Zugrundelegung von 247 Wasseranalysen ergibt sich ihre in Tab. 5 dargestellte chemische Charakterisierung.

Abb. 3. Tektonische, auf Kupferschieferunterkante bezogene Übersichtsskizze der Mansfelder Mulde
1 – Ausgehendes des Kupferschiefers, 2 – Linien gleicher Unterkante des Kupferschiefers, in m, bezogen auf NN, 3 – Hauptstörungszonen, Pfeilspitze in Richtung gesunkener Schollen

Aus Tab. 5 ist ersichtlich, daß der Cl–Gehalt der Salzwässer Werte bis knapp 198 g/l erreicht. Diese Maximalwerte treten im Areal nördlich der 11. Sohle des Otto-Brosowski-Schachts, also unter Staßfurtsteinsalzbedeckung, auf.

Charakterisierung der Hauptzuflußgebiete

Wesentliches ist auch hier den beigegebenen Karten ohne Erläuterung zu entnehmen. Wir können uns deshalb auf wenige Hervorhebungen beschränken.
Es ist offensichtlich, daß die Salzwassertraufen hauptsächlich an den Randbereich des Staßfurtsteinsalzes, der für größere Areale auch nahezu mit dem äußeren Rand des Na1 zusammentrifft, gebunden sind.
Die Abb. 4 läßt ferner auf den ersten Blick erkennen, daß keine gleichmäßige Verbreitung der Zutrittsstellen vorliegt, sondern daß im Prinzip vier Salzwassertraufenzentren entwickelt sind. Zwei dieser Hauptzuflußgebiete erfordern auf Grund ihres rd. 2/3 betragenden Anteils an den Gesamtsalzwassermengen unser besonderes Augenmerk. Es handelt sich um den Bereich 5. Sohle Zirkelschacht und das Gebiet 5. bis 8. Sohle Otto-Brosowski-Schacht, die beide auf Abb. 4 in größerem Maßstab nochmals dargestellt sind.
Im erstgenannten Gebiet ereignete sich im Jahre 1907 aus dem Zechsteinkalk ein Wassereinbruch, bei dem über einen Zeitraum von 3-4 Monaten rd. 30 m³/min in die Grubenbaue eindrangen. Der seit nunmehr fast 60 Jahren anhaltende „Restzufluß“ ließ hinsichtlich der Schüttungsmenge im allgemeinen wenig Veränderungen erkennen. Der durchschnittliche Zufluß schwankte zwischen 10 und 12 m³/min.
Die 19 jetzt bekannten und in ihrer Intensität von wenigen Tropfen bis mehreren m³ variierenden Zuflußstellen verteilen sich auf eine Fläche von rd. 100 000 m². Unter besonderem Hinweis auf das aus Abb. 4 bereits Ersichtliche soll hervorgehoben werden, daß der Anteil der gelösten Substanz auf engstem Raum größere Schwankungen aufweist. So zeigt der Cl–Gehalt eine Streuung von < 1 g/l bis 184 g/l.
Es ist erwähnenswert, daß im Sommer 1965 das gesamte Wasser plötzlich eine Rotfärbung aufwies. Obwohl jetzt nur noch eine gelbliche Trübung zu beobachten ist, können in den aufgestellten Gazen mitgeführte, aus rotgefärbten Tonstein- und weißlichgrauen Anhydritbröckchen sowie weißen Marienglasnadeln bestehende Schwebstoffe leicht festgestellt werden.
Die geologischen Verhältnisse sind ohne Zweifel besondere, da es sich um den am SW-Rand der zechsteinzeitlichen Untiefe an den Rändern der Na1und Na2-Verbreitung gelegenen Kreuzungspunkt des flachherzyn streichenden Freieslebenschächter Rückengrabens mit einer erzgebirgisch verlaufenden Störungszone handelt.
Das Hauptzuflußgebiet im Grubenfeld des Otto-Brosowski-Schachts ist wesentlich ausgedehnter. Es besteht aus mehreren traufenführenden Teilflächen und nimmt insgesamt mit den derzeitig bekannten 180 Zuflußstellen ein Areal von 900 000 m² ein. Die Zuflußmengen der einzelnen Traufen sind hier ebenfalls sehr variabel, aber auch die durchschnittliche Schüttungsmenge weist erhebliche Unterschiede auf. Sie betrug im Jahre 1963  7,4 m³/min, steigerte sich mit einem auffallenden Sprung (April/Mai 1964) im Jahre 1965 auf maximal 16 m³/min und lag im Durchschnitt des Jahres 1965 bei knapp 12 m³/min. Die Differenzen in der Zuflußmenge basieren auf den Veränderungen von nur einigen Zuflußstellen. Bei den am West- und Südrand des jetzigen Zuflußgebiets liegenden Wassereinbruchsstellen von 1952 und 1958, wo aus dem Zechsteinkalk bzw. dem Werrasteinsalz auf die Dauer von 1 Monat bzw. ca. 1 Stunde im Maximum 20 bzw. 2000 m³/min Wasser in die Grubenbaue eindrangen (vgl. LORENZ 1962), konnte beobachtet werden, daß an einer Großzahl von Traufen keine merklichen Veränderungen erfolgten.
Im Gegensatz zum Zirkelschächter Gebiet weist der Chemismus der Wässer nur geringere Schwankungen auf. So pendelt der Chlorgehalt – von wenigen Ausnahmen abgesehen – zwischen 150 g/l und 180 g/l.
Die stratigraphisch-tektonische Position entspricht generell der des Zirkelschächter Gebiets. Hier kreuzt nämlich die herzyn streichende Zimmermannschächter die erzgebirgisch verlaufende Friedeburger Störungszone im Bereich des auskeilenden Na1 und Na2 am NE-Rand der zechsteinzeitlichen Untiefe.
Es wird nicht übersehen, daß der Schnittpunkt der genannten Dislokationen nicht direkt im Hauptzuflußgebiet, sondern einige hundert Meter weiter östlich davon liegt. Es ist aber, möglich und nach der von uns vertretenen Konzeption sogar wahrscheinlich, daß die tektonische Beanspruchung durch rheinisch gerichtete Horizontalflexuren hier nicht intensiver und vielfältiger ist. Unabhängig von den Ergebnissen der eingeleiteten Spezialuntersuchungen besteht u. E. aber kein Zweifel darüber, daß auch in diesem Gebiet die Tektonik für das Zustandekommen und die Lager der untertägigen Wasserzuflüsse eine enscheidende Rolle spielt.
Auch bei den zwei restlichen, für den jetzigen Bergbau weniger gefahrvollen Salzwasserzuflußarealen lassen sich ähnliche Verhältnisse erkennen. So ist unseren Abb. 1 bis 4 zu entnehmen, daß die Wassereinbrüche im Gebiet des Max-Lademann-Schachts (vgl. LORENZ 1962), südlich derer sich jetzt ein relatives Zuflußmaximum zeigt, an die Salzverbreitungsränder im Bereich des Martinsschächter Rückengrabens gebunden sind. Die von JUNG (1965) vermuteten erzgebirgisch bzw. rheinisch streichenden Horizontalflexuren, die das Umschwenken von der flach- zur steilherzynen Richtung des Martinsschächter Rückengrabens bewirkt haben, erfahren einerseits durch das bisher hier Dargelegte eine gewisse Stütze; andererseits wird damit die Analogie der geologischen Verhältnisse im Bereich von evidenten Wasserzuflußstellen noch deutlicher.
Lediglich die generalisierende Darstellung auf Abb. 4 bringt es mit sich, daß das 4. Zuflußzentrum als ungestörter Bereich erscheint. In Wirklichkeit tritt dort eine größere Anzahl von flachherzyn streichenden Störungen auf. Im Bereich einer dieser Dislokationen trat beim Auffahren des Schlottenaufsuchungsquerschlags 4. Sohle Seidelschacht aus dem Na1 ein maximaler Zufluß von 60 m³/min auf.
Unsere langjährigen Beobachtungen der Traufentätigkeit zeigen, daß die Veränderungen in den beiden zuletzt genannten Zuflußgebieten im gewissen Gleichklang zu dem Hauptzuflußbereich 5. Sohle Zirkelschacht stehen, während das Otto-Brosowski-Schächter Haupttraufenzentrum ein davon unabhängiges, eigenes hydrogeologisches Geschehen aufweist. Das deuten zwei Einzugs- und Wanderungsgebiete an, deren Trennung u. E. durch die jetzt von jungen Bruchzonen begrenzte zechsteinzeitliche Untiefe im Bereich der heutigen Muldenachse verursacht ist.
Auch die Gebiete der Süßwasserzutrittsstellen sind ganz offensichtlich, wie ein Blick auf die Abb. 3 und 4 zeigt, an tektonisch gestörte Bereiche geknüpft. Ob eine derartige Bindung auch bei den in den unmittelbaren Randgebieten der Mansfelder Mulde stattgehabten Wassereinbrüchen bestanden hat, läßt sich zwar vermuten, kann aber z. Z. von uns nicht bewiesen werden. Vielleicht bringt die von anderer Stelle auf Grund umfangreichen Aktenstudiums beabsichtigte Publikation genauere Hinweise.

Herkunft und Wanderwege der Grubenwässer

Es unterliegt natürlich keinem Zweifel, daß – bis auf die Wässer des Geschlossenen Systems, die wohl als connate water betrachtet werden können – das in den Grubenbauen ausfließende Wasser von den Niederschlägen herzuleiten ist. Die Beziehungen zu den Süßwässern, bei denen es sich in erster Linie um Versickerungen im Bereich des Zechsteinausstrichs und – wie Färbversuche gezeigt haben (vgl. LIEBISCH & REMUS 1966) – untergeordnet auch um Bachversinkungen und Lockergebirgsspeicherentwässerung handelt, sind deutlich, während bei den Salzwässern eine direkte Abhängigkeit nicht nachweisbar ist. Das spricht für ein verzweigtes Entwässerungssystem und für Wasserreservoire im Salinar.
Eine von LIEBISCH (1965/66) aufgestellte vorläufige Wasserbilanz ergab, daß die durch den Bergbau gehobenen Wassermengen größer sind, als sich durch Niederschläge und Bachversinkungen aus dem steinsalzfreien Gebiet der Mansfelder Mulde herleiten läßt. Der Grubenwasserüberschuß beträgt ungefähr 18 m³/min (= rd. 9,5 Mill. m³/Jahr). Dieser Tatbestand bedarf eines Erklärungsversuches.
Wie LORENZ (1962) nach der Durchsicht umfangreicher Archivmaterialien in Bekräftigung älterer Vermutungen nochmals festgestellt hat, bestehen zwischen den Wassereinbrüchen im Jahre 1892 südlich des Max-Lademann-Schachts und der Seespiegelreduktion des Salzigen Sees Beziehungen. Seines Erachtens dürfte es keinem Zweifel unterliegen, daß seinerzeit Seewasser in die Grubenbaue geflossen ist.
Die Ergebnisse der in den letzten Jahren durchgeführten geologischen Arbeiten, die z. T. in den diesem Aufsatz beigegebenen Karten enthalten sind, unterstützen diese Deutung und erbringen das bisher fehlende Beweismaterial.1)


Abb. 4. Karte der Grubenwässer in der Mansfelder Mulde

1 – Ausgehendes des Kupferschiefers, 2 – Grenzen des abgebauten Grubenfeldes
Fo I, Fo II, La, Th, Br – Fortschrittschacht I, Fortschrittschacht II, Lademann-Schacht, Thälmann-Schacht, Brosowski-Schacht
Wasserzuflüsse des Offenen Systems
3 – Süßwasserzuflüsse (bis 1g/l CL), 4 – Salzwasserzuflüsse (1 – 184 g/l Cl), 5 – Süßwasserzuflüsse unter Na2-Bedeckung (188 – 192 g/l Cl), 6 – Wasserzuflüsse bis 1l/min,
7 – Wasserzuflüsse bis 10l/min,
8 – Wasserzuflüsse bis 100l/min,
9 – Wasserzuflüsse bis 1000l/min,
10 – Wasserzuflüsse über 1000l/min,
11 – Wasserzuflüsse des Geschlossenen Systems,
12 – Wassereinbrüche, 13 – Grenzlinie des Süßwasserbereichs,
14 – Salzwasserbereich

Vor allem ist darauf hinzuweisen, daß im Gebiet des ehemaligen Salzigen Sees der Kreuzungspunkt der Hornburger Tiefenstörung mit der Fortsetzung des Martinsschächer Rückengrabens liegt. Unter Zugrundelegung des bisher Dargelegten sind wir sicher, daß dadurch nicht nur die Möglichkeit einer stärkeren Grundwasseransammlung in den verschiedenen Stockwerken und eine laufende Ergänzung des Dargebots gegeben sind, sondern auch vertikale Wasserbewegungen größeren Ausmaßes verständlich werden. Da die höchstgelegene Scholle am Störungsschnittpunkt der Südwestteil der Mansfelder Mulde ist, wird das bevorzugte Eindringen der Wässer in das Salinar dieses Gebiets erklärt. Ihr Abfluß nach NW, geschient durch den Martinsschächter Flözgraben, erfolgte wohl vorzugsweise an den Rändern des Leine- und Staßfurtsteinsalzes, sowie auf der Salzoberkante des Na2 im Bereich der Eislebener Niederung.
Auf Grund sorgfältiger Beobachtungen, die im Detail bei LIEBISCH (1965/66) nachzulesen sind, konnten in den letzten Jahren kausale Beziehungen zwischen Erdlfallbildung und Seespiegelabsenkung am Bindersee, der als nördlicher Restsee des Salzigen Sees aufzufassen ist, einerseits und dem Ansteigen der Wassermenge im Hauptzuflußgebiet des Zirkelschachts andererseits festgestellt werden. Die Zuflußerhöhungen in der Grube bewegten sich in der Größenordnung von 50%, und die Laufzeit für die rd. 20 km lange Strecke betrug etwa 14 Tage. Daraus errechnet sich eine Fließgeschwindigkeit von ca. 1 m/min.
Obwohl die erwähnten Tatsachen keine zwingende Beweiskraft besitzen, haben sie uns doch zu der Auffassung geführt, daß ein Teil des im Zirkelschächter Traufenzentrum zufließenden Wassers aus dem Bereich des markanten Störungskreuzes zwischen Hornburger Tierenstörung und der Verlängerung des Martinsschächter Flözgrabens herzuleiten ist.
Die gesamtgeologischen Verhältnisse lassen vermuten, daß im Nordostteil der Mansfelder Mulde ein Analogon vorliegt. Der Kreuzungsbereich der herzyn gerichteten Halleschen Verwerfung mit der erzgebirgisch streichenden „Friedeburger Störungszone“ kann als Ursache für mögliche Saalewasserversinkungen betrachtet werden. Mit dieser Annahme 2) können nicht nur die zeitweilig auftretenden negativen Wasserbilanzen der Saale und die im 16. und 18. Jahrhundert beobachteten Vollversinkungen (Einzelheiten sind auch hier der Arbeit von LIEBISCH 1965/66 zu entnehmen) erklärt werden; auch ein weiterer Teil des Grubenwasserüberschusses und die – wie die Wassereinbrüche lehren – in Hohlraumsystemen gespeicherten gewaltigen Wassermengen würden verständlich.

4. Bemerkungen zur Subrosion

Mit dem Hinweis auf das einen beachtlichen Umfang aufweisende Schrifttum zu Fragen der Auslaugung halten wir es für nicht opportun, allgemein Bekanntes und vielfach auch generell Anerkanntes hier unter Bezugnahme auf das Untersuchungsgebiet zu referieren, wir beschränken uns daher auf einige Hervorhebungen, deren Beachtung und Überprüfung auch in anderen Auslaugungsgebieten dem Gesamtkomplex dienlich sein könnten. In erster Linie soll aber Abb. 5 als Dokumentation fossiler und rezenter Subrosionserscheinungen in Verbindung mit den anderen diesem Aufsatz beigegebenen Abbildungen für sich sprechen.


Abb. 5. Karte der Subrosionserscheinungen in der Mansfelder Mulde

1 – Ausgehendes des Kupferschiefers, 2 – Tertiärbecken des Sulfattyps, 3 – Tertiärbecken des Halittyps, 4 – Tertiärbecken des Halit-Sulfat-Typs, 5 – natürliche Schlottenbereiche, 6 – Erdfälle, 7 – Grenze der Veraschung, 8 – Grenze der Vergipsung im A 1, 9 – Grenzen der Vergipsung im A 3,10 – Senkungsgebiete (nach KAMMHOLZ 1964)
1955 – 1961 < 10 mm
1955 20 – 100 mm
1955> 100 mm
1955> 1000 mm
11 – Senkungsgebiete (Umrandete Ziffern)
1 – Bindersee
1962-1963
130 mm
2 – Unterröblingen
''
520 mm
3 – Erdeborn
''
700 mm
4 – Helfta
''
1140 mm
5 – F 180 nördl. Eisleben
''
380 mm
6 – östl. Lochwitz
''
30 mm
7 – Heiligenthal
1962-1963
20 mm
8 – südl. Helmsdorf
1962-1964
50 mm
9 – südl. Helmsdorf
''
60 mm
10 – östl. Otto-Brosowski-Schacht
''
670 mm
11 – nördl. Otto-Brosowski-Schacht
''
230 mm
 

Die im stratigraphischen Abriß erwähnten engräumigen faziellen Vertretungen sind für die Dynamik der Subrosionsprozesse von außerordentlicher Wichtigkeit.
Zunächst ist daraus abzuleiten, daß die Salzverbreitungslinien auf den Abb. 1 und 2 nur mögliche Grenzen der Auslaugung sind, die für sich allein betrachtet nur Anhaltspunkte zur Ermittlung der ursprünglichen Ausdehnung und Mächtigkeit der Stein- und Kalisalze und demzufolge auch der Intensität der subterranen Auflösung sein können.
Die in Aufbau, Größe und Position ungleichartigen Tertiärbecken deuten nach JANKOWSKI (1964) auf substantiell bedingte unterschiedliche Wirksamkeit tertiärer Subrosionsprozesse. Die Tatsache, daß die an die Auslaugung von Steinsalz gebundenen Becken vom Halittyp parallel zum Rand des Staßfurtsteinsalzes verlaufen und im allgemeinen nur geringfügig von der derzeitigen Ausbißlinie entfernt sind, gibt uns eine konkrete Vorstellung von der Intensität postpaläozäner Auslaugungsvorgänge, denen JANKOWSKI (1964) für das gesamte südöstliche Harzvorland beim Staßfurtsteinsalz eine maximale Reichweite von 3 km zubilligt. Aus dieser Sicht wird auch die allgemein noch stark vertretene Anschauung, daß das Leine- und Allersteinsalz postsaxonisch flächenhaft über mehrere km abgelaugt sein sollen, stark in Zweifel gezogen. Da die Tertiärbecken von Helbra-Benndorf nach JANKOWSKl (1964) auf Sulfatauslaugung zurückzuführen sind, werden insgesamt die von BLEI & JUNG (1962, 1964) und JUNG & REMUS (1964) auf Grund der Mächtigkeit und Ausbildung der einzelnen Zechsteinhorizonte gezogenen Schlußfolgerungen bekräftigt. Die Tertiärbecken im Zentralteil der Mansfelder Mulde sind mit Auslaugungsvorgängen im Rötsalinar verbunden (Halit-Sulfat-Typ) und stehen der Annahme einer zechsteinzeitlichen Untiefe in diesem Bereich nicht entgegen.
Das Ausmaß möglicher mesozoischer, speziell oberkretazischer Subrosionen bleibt uns zwar verborgen, jedoch ermahnen uns die nachgewiesenen Deszendenzen im Leinesteinsalz (JANKOWSKI & JUNG 1966), synsedimentären zechsteinzeitlichen Auflösungen ein größeres Wirkungsfeld einzuräumen. Wir denken dabei nicht nur an derartige Prozesse in den Salzhorizonten, sondern halten Teilauflösungen in den Sulfatserien für möglich (BLEI & JUNG 1962) und Brekzienbildung in Ton-Anhydrit-Gesteinen (JANKOWSKI & JUNG 1966) für bewiesen.
Unter diesem Aspekt kann es auch nicht als absolut sicher gelten, daß die Salzspiegel und Salzhänge grundsätzlich postsaxonischer Entstehung sind, wie man vielfach noch glaubt. Wir möchten zechsteinzeitlichen Abrasionen auch im Staßfurtzyklus eine größere Bedeutung beimessen, als das z. Z. noch üblich ist (JUNG 1966, a u. b).
Was die Anwendung der Termini Salzspiegel und Salzhang betrifft, so glauben wir, sowohl für das Untersuchungsgebiet als auch ganz generell eine Überstrapazierung und mitunter auch eine Begriffsverzerrung feststellen zu müssen. Wie unsererseits mehrfach hervorgehoben wurde (z. B. BLEI & JUNG 1962, JUNG 1966b), ist in der Mansfelder Mulde nur im Südwestteil in der sog. Eislebener Niederung ein Salzspiegel, und zwar der des Na2 bei –150 m NN, ausgebildet (vgl. Abb. 1).
In diesem Zusammenhang soll unterstrichen sein, daß die erwähnten engräumigen Faziesvertretungen ein Hindernis für die Bildung großflächiger, mehr oder weniger horizontaler Ablaugungsflächen sind und damit gleichzeitig irreguläre Ab- und Auslaugung akzentuieren. Da Faziesgrenzen oftmals tektonischen Linien entsprechen, sind diese Bereiche insgesamt Weichensteller der Subrosionsprozesse. Die wichtige Rolle der Tektonik für den Ablauf dieser Vorgänge ist, wie Abb. 5 eindeutig unterstreicht, im Prinzip unabhängig vom Gesteinsmaterial.
Wir müssen noch darauf aufmerksam machen, daß die dargestellten Vergipsungsgrenzen des Werra- und Hauptanhydrits, wegen der noch nicht geklärten Entstehungsbedingungen der Kalziumsulfatgesteine, nur bedingte Aussagekraft besitzen. Die Tatsache aber, daß die Vergipsungserscheinungen fast ausnahmslos an die Grenzbereiche der begleitenden Karbonatgesteine gebunden sind und generell vom Zechstein ausgehend nach dem Inneren eine keilförmige Intensitätserlahmung erkennen lassen, spricht für eine junge Subrosionswirkung. Das wird noch dadurch unterstrichen, daß die Linie der Totalzerstörung der Salinarsedimente (Veraschung) im allgemeinen den Vergipsungslinien parallelläuft. Einen quantitativen Anhaltspunkt über das Ausmaß der gegenwärtigen Salzauslaugung und die diesen Prozeß katalysierende Wirkung des Bergbaus vermittelt eine von LIEBISCH (1965) erarbeitete Graphik (Abb. 6). Danach sind von 1880 bis 1964 aus dem Schlüsselstollen 1,33 Mrd. m³ Salzwasser ausgeflossen. Bei einem durchschnittlichen Gehalt von 170 g/l NaCl sind das 226 Mill. t Salz. Die Wegführung dieser Menge hat einen Hohlraum von rd. 98 Mill. m³ erzeugt. (Im Vergleich dazu darf angeführt werden, daß der durch den jahrhundertealten Bergbau geschaffene Hohlraum rd. 56 Mill.m³ beträgt.) Die rezenten Senkungsgebiete als Ausdruck dieses subterranen Massenschwundes sind auf Abb. 5 nach KAMMHOLZ (1964) eingetragen. Die Darstellung kann insofern etwas trügerisch sein, als ein einheitliches Nivellement über das gesamte Untersuchungsgebiet nicht vorliegt. Das Zusammenfallen von vermuteten Wasserwanderwegen mit Senkungsbereichen und die Kongruenz von Senkungszentren (mehr als 2 m Senkung in 10 Jahren) mit den untertägigen Hauptzuflußgebieten darf aber sicher als generelle Bestätigung des vorstehend Dargelegten betrachtet werden.
 

6. Konsequenzen für den Bergbau

Es ist kein Novum, wenn wir hier feststellen, daß der Kupferschieferbergbau in der Mansfelder Mulde dem Ende entgegengeht und als gleichwertiges Ersatzrevier das Gebiet zwischen Hornburger Sattel und Finnestörung (nicht ganz korrekt als „Sangerhäuser Mulde“ bezeichnet) aufgeschlossen wird. Daraus folgt, daß unsere hydrogeologische Beratertätigkeit zwei Hauptaufgaben beinhaltet:

  1. Überraschungsangriffe des Wassers in der Mansfelder Mulde, wie sie bei den Wassereinbrüchen von 1952 und 1958 auf dem Otto-Brosowki-Schacht auftraten, auszuschalten und sich ankündigende Gefahren so rechtzeitig zu signalisieren, daß stets die Sicherheit der Belegschaft gewährleistet ist,
  2. die am Objekt der Mansfelder Mulde gesammelten Erfahrungen und Kenntnisse auf das Sangerhäuser Revier so zu übertragen, daß neben der Sicherheitsgarantie die finanziellen Aufwendungen für Wasserschutz und Wasserhaltung auf ein Minimum beschränkt werden können.
Wenn wir im folgenden die wichtigsten unserer Empfehlungen anführen, die neben neuen Akzenten teils in Bekräftigung, teils in Abschwächung und im Gegensatz zu älteren Gutachten und Stellungnahmen stehen, so geschieht das vor allem zu dem Zweck einer kritischen Überprüfung durch einen größeren Kreis von Fachkollegen mit den sich evtl. daraus für uns ergebenden Hinweisen.


Abb.6

Da wir aus der Literatur und aus Befahrungen anderer Gruben wissen, daß vom Tatbestand her mitunter recht weitgehende Konvergenzerscheinungen auftreten, so glauben wir aber auch, daß in unseren Auffassungen für andere Bergbaudistrikte der Diskussion würdige Gedanken enthalten sind.
Wie anschließend kurz zu umreißen sein wird, ist die Wassergefährdung einzelner Feldesteile unterschiedlich. Unabhängig davon sind wir aber grundsätzlich der Auffassung, daß für alle Gebiete präventive Schutzmaßnahmen ausreichend und als die geeignetsten zu betrachten sind.
Generalisierend können im derzeitigen Kupferschieferbergbau am südöstlichen Harzrand nach dem Grad der Wassergefährdung drei Bereiche unterschieden werden:
I. ungefährdete Feldesteile,
II. Gebiete „mittlerer“ Gefährdung,
III. Reviere mit besonders großer Gefährdung.
Zu I. gehören jene Gebiete, in denen die Staßfurtsteinsalzmächtigkeit größer ist als die Sprunghöhe der in diesem Areal auftretenden wichtigsten Störungen. Eine Gefahr stellt sich in dem Maße ein, wie durch bedeutendere Dislokationen eine unmittelbare Verbindung zu wassergefährdeten Arealen hergestellt wird.
Zum Bereich II. sind die Gebiete zwischen Zechsteinausgehendem und einer dem Salzverbreitungsrand des Staßfurtsteinsalzes in größerer Entfernung parallellaufenden Linie, mit Ausnahme isoliert auftretender Inseln des Na1, zu rechnen. Dieses Areal kann durch die Linie der Totalveraschung noch zweigeteilt werden, was aber für die jetzige Situation des Bergbaus ohne Belang ist.
Unter III. fallen die Grubenteile unmittelbar unter den Verbreitungsgrenzen des Werra- und Staßfurtsteinsalzes. Ausgenommen sind natürlich Na1-Grenzen unter mächtigem Na2.
Die Gliederung in Wassergefährdungsbereiche muß die Grundlage der allgemeinen Abbaukonzeption bilden.
Varianten der Abbauführung innerhalb der Bereiche II. und III. sind in erster Linie in Abhängigkeit von der Tektonik zu untersuchen. Es muß dabei grundsätzlich angestrebt werden, tektonisch stark gestörte Gebiete zuletzt unter Verhieb zu nehmen.
Rückblickend kann man danach feststellen, daß der Abbau in der Mansfelder Mulde hinsichtlich der hydrogeologischen Situation falsch war, was in erster Linie historisch bedingte Ursachen hat.
Als Hauptgefahrenspunkte erster Ordnung sind die Schnittpunkte tektonischer Störungen an Salzverbreitungsrändern des Na1 und Na2 zu betrachten. Diese Bereiche sind also erst in der unmittelbaren Schlußphase der jeweiligen Grube zu bauen. Die Realisierung dieser Empfehlung – das muß hier eingeräumt werden – stößt insofern auf geologisch bedingte Schwierigkeiten, als diese Areale schon im Stadium der Ausrichtungskonzipierung bekannt sein müssen. Wie problematisch bei einem weitmaschigen Bohrnetz die Festlegung solcher Gebiete ist, braucht hier nicht erörtert zu werden.
Wenn wir uns bei diesen Arbeiten der „Regel der Äquidistanz von Schwächezonen“ bedient haben, so geschah das hauptsächlich im Hinblick auf eine konkrete, geomechanisch zu begründende Konzeption, die der Vielfalt von theoretisch möglichen „geologischen“ Varianten wohl vorzuziehen ist. Mit unserer Auffassung verbundene Unsicherheiten werden dabei keineswegs übersehen.
Wie von JUNG & REMUS (1964) ausführlich und gleichzeitig unter Bezugnahme auf die Untersuchungen von LORENZ (1962) dargelegt, sind sehr große Gefahrenpunkte auch tektonisch wenig oder unbeeinflußte Werrasteinsalzaufschlüsse im Bereich eines fehlenden oder geringmächtigeren Na2. Es sind deshalb nach Möglichkeit keine neuen derartigen Aufschlüsse zu schaffen, die bestehenden, soweit technisch möglich, abzustöpseln, aber zumindest kurzperiodisch kontrollierend zu befahren.
Die exakte hydrogeologische Kartierung des gesamten Grubengebiets und ihre kontinuierliche Ergänzung ist überhaupt als eine außerordentlich wichtige prophylaktische Sicherheitsmaßnahme anzusehen, da gefährliche Veränderungen nicht so schlagartig auftreten, als daß durch das installierte Dammtor- und Ablenkdammsystem nicht die notwendigen Maßnahmen zum Schutz der Belegschaft und der wichtigsten Untertageeinrichtungen ergriffen werden könnten.
Bedingt durch die hydrogeologische Situation ist ein zügiger Abbau erforderlich, d. h., das Stehenlassen inselartiger Flächen im Kupferschiefer ist grundsätzlich zu vermeiden, da die so entstandenen Restpfeiler eine ungünstige Konzentration der Spannungen verursachen und, geologisch ausgedrückt, insgesamt wie rezenttektonische Bewegungen wirken. Aus dem gleichen Grund sind Abbaukanten räumlich und zeitlich möglichst kurz zu halten.
Da – wie Untersuchungen SPILKERs (1965) im Nordfeld des Thomas-Münzer-Schachts ergeben haben – neben der funktionellen Abhängigkeit zwischen der Größe der abgebauten Fläche und den Zuflußmenge hauptsächlich schlechte Abbau- und Verhaulinienführung sowie mangelhafter Versatz zuflußfördernde Faktoren sind, liegt es auch im Vermögen der Bergbauleute, die in die Grube eindringenden Wässer zu reduzieren.

Zusammenfassung

Unter Verwendung entsprechender Abbildungen erfolgt nach Voranstellung eines stratigraphischen und tektonischen Abrisses eine Bescheibung der in den Grubenbauen der Mansfelder Mulde zusitzenden Wässer hinsichtlich ihres Chemismus, der Austrittshorizonte und der Schüttungsmengen. Die Hauptzuflußgebiete der dominierenden Salzwässer erfahren eine eingehendere Charakterisierung. Die maßgebliche Rolle der Tektonik für das Zustandekommen dieser Areale wie auch für längere Wasserwanderwege und die nachhaltige Beeinflussung der Subrosionsprozesse ist unverkennbar und wird daher in entsprechender Weise herausgestellt. Abschließend werden Gedanken zur Subrosion und an die Bergleute gerichtete Empfehlungen zur Diskussion gestellt.

Summary

A stratigraphic and tectonic review is followed by a description and figures integral with the text of waters in the mines of the Mansfeld trough with respect to their chemism, outcropping horizon, and output. A more detailed characterization is given of the main areas of inflow oft he dominating salt waters. The decisive role of tectonics for the formation of these areas is obvions, as it is for Ionger ways of water migration and the lasting influence exerted on the processes of subrosion. Emphasis is therefore placed on the role played by tectonics. To conclude, considerations on subrosion and recommendations addressed to miners are submitted for discussion.

Literatur

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– Nochmals zum Sangerhäuser Anhydrit (Z2). – Geologie, 15, 5/6, Berlin 1966 (1966a).
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– Der Zechstein im südöstlichen Harzvorland und seine Beziehungen zu den Nachbargebieten. – Man., Eisleben 1966 (1966c).
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JUNG, W. & W. REMUS: Methodik und neue Ergebnisse hydrologischer Arbeiten im Mansfelder Kupferschieferbergbau. – Abh deutsch. Akad. Wiss. Berlin, Kl. Bergbau, Hüttenwesen u. Montangeol., Jg. 1964, Nr. 2, S. 407-415, Berlin 1964.
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1) Damit ist die Bemerkung von LÖFFLER (1962, S. 77) gegenstandslos geworden.
2) Dies wurde auch von GIESSLER (1965) erörtert.