Die Genese von schwer gewinnbaren Tonen und Toneisensteinen im basalen Bereich der Inden-Schichten im Tagebau Hambach

Kleinow, Rainer; Thein, Jean; Stanjek, Helge

doi:34751

Die Genese von schwer gewinnbaren Tonen und Toneisensteinen im basalen Bereich der Inden-Schichten im Tagebau Hambach = Genesis of indurated respectively problematic minable clays and Toneisenstein in the basal horizon of the Inden-Schichten in the open lignite cast Hambach in Germany

Kleinow, Rainer

2015 & 2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Geologe Rainer Kleinow

ImpressumAachen 2015

Umfang1 Online-Ressource (xviii, 260 Seiten) : Illustrationen, Diagramme, Karten

Dissertation, RWTH Aachen, 2015

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Stanjek, Helge (Thesis advisor)^RWTH* ; Thein, Jean (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-12-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-036636
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/573679/files/573679.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/573679/files/573679.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Geowissenschaften (frei) ; Toneisenstein (frei) ; Tonminerale (frei) ; Siderit (frei) ; Rheinisches Braunkohlenrevier (frei) ; Tagebau Hambach (frei) ; Geochemie (frei) ; Geophysik (frei) ; fluviatil-lakustrine Sedimente (frei) ; Miozän (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Gegenstand dieser Studie ist ein schwierig gewinnbarer Bereich des Deckgebirges oberhalb des Hangenden des Hauptflözes im Tagebau Hambach. Es handelt sich hierbei um den ältesten Horizont der sandig-tonigen Inden-Schichten. Der Schwerpunkt liegt in einem Untersuchungsgebiet im Nordosten des Tagebaus. Dabei ist der Fokus auf die Untersuchung sideritischer Tone und Toneisensteine gerichtet.Mit den angewendeten Standardverfahren der Bohrlochmessungen (Dichte, elektrischer Widerstand und natürliche Strahlung) sind Toneisensteine zwar detektierbar, aber die Verbreitung ist nicht sicher vorhersagbar.Mit der Klärung von Genese, Aufbau und Verbreitung dieser Tone und der Siderit- und Toneisensteinvorkommen sollen Optimierungsmöglichkeiten für die Prognose über Art, Lage und Verteilung dieser Bereiche gewonnen werden (erster Abschnitt).Die regionalgeologischen Hintergründe die zur Ausbildung der Inden-Schichten, speziell im Tagebau Hambach, führten, werden in dem zweiten Abschnitt analysiert. Hierbei wird insbesondere auf die Verbreitung von Ton- und Toneisensteinvorkommen in der Niederrheinischen Bucht und im Tagebau Hambach eingegangen.Der dritte Abschnitt gibt eine Übersicht von in dieser Studie verwendeten tonmineralogischen und karbonatgeologischen Begriffen und Definitionen. Dabei werden die geläufigen Genesemodelle zu Sideritkonkretionen durchleuchtet und zu einem aktuellen Modell miteinander verknüpft. Die in dieser Studie verwendeten Begriffe der unterschiedlichen Siderit- und Toneisensteinvorkommen werden in dem vierten Abschnitt an Beispielen aus dem Tagebau definiert.Im fünftem Abschnitt werden die verwendeten Methoden zur Charakterisierung der in dieser Studie untersuchten Tone, sideritischen Tone, Sideritkonkretionen und Toneisensteine vorgestellt. Vor allem die Untersuchungen zu mineralogischen und chemischen Eigenschaften sollen für das Verständnis der Genese dieser Bereiche beitragen. Mit geophysikalischen Untersuchungen sollen spezifische Eigenschaften definiert werden, um diese mit Methoden an Bohrkernen und im Bohrloch für die Detektion zu erproben.Die Ergebnisse werden in dem sechsten Abschnitt präsentiert. Hierzu zählen beispielsweise detaillierte Untersuchungen zu der Tonmineralogie und hochauflösende Messungen der Eisengehalte, der Farbe und der magnetischen Suszeptibilität. Dies sind zwar geeignete Methoden, Siderit zu detektieren und verbessern in Kombination mit den anderen Methoden die Detektion, aber verbessern generell nicht die Vorhersage der schwierig gewinnbaren Ton- und Toneisensteinvorkommen. Auch ergeben weder die mineralogische noch die chemische Zusammensetzung Anhaltspunkte, die auf eine räumliche Entfernung vom Bohrloch zu Siderit- und Toneisensteinvorkommen hinweisen.Im siebten Abschnitt werden alle Erkenntnisse zu einem Genesemodell verknüpft. Mit diesem kann zwar die Entstehung des schwierig gewinnbaren Bereiches und insbesondere der Siderit- und Toneisensteinbildungen rekonstruiert werden, aber durch die Entstehungsbedingungen ist eine ungeordnete, chaotische Verteilung der Siderite und Toneisensteine vorgegeben.Generell bestehen die 7A-Ablagerungen im Untersuchungsgebiet aus Tonen mit geringmächtigen und auskeilenden Sandlagen eines dynamischen fluviatilen bis lakustrinen Ablagerungsgebietes. Im südlich gelegenem Referenzbereich sind sandige Ablagerungen eines rinnendominierten Bereiches des Flusssystems ausgebildet. Der nördlicher gelegene Toneisenstein-Problembereich ist durch flache Rinnen mit Altarmen, Altarmseen und Flachwasserbereichen, wie beispielsweise Seen, Tümpeln und Überflutungsgebieten, geprägt. Die Siderit- und Toneisensteinvorkommen sind durch lokal begrenzte Prozesse in einem Ablagerungsgebiet ent- standen, in dem sich die Lage von Rinnen, Altarmen, Seen und Überflutungsflächen im Laufe der Sedimentation häufig veränderte.Wegen der lokalen und isolierten Vorkommen kann mit dem angewandten Bohrraster keine detaillierte, großflächige Kartierung bzw. Vorhersage der Vorkommen von Siderit und Ton- eisenstein erstellt werden, da die Auflösung der eingesetzten geophysikalischen Bohrlochmes- sungen sowie die im Tagebau und Labor getesteten geophysikalischen Methoden für diese isoliert und unregelmäßig verteilten Siderit- und Toneisensteinvorkommen zu gering ist. Hinzu kommt, dass eine Differenzierung zwischen sideritischen und toneisensteinführenden Sedimenten nicht eindeutig möglich ist. Dies hat hat mehrere genetische Gründe die an den Siderit- und Toneisensteinvorkommen und den Bildungsbedingungen in dem Ablagerungsgebiet liegen.

Matter of this study are complicated mineable areas at the top of the main seam in the open lignite cast Hambach. It deals with the oldest horizon of the sandy-clayey Inden-Schichten. The main topic of this study is an investigation area in the northeastern part of the open lignite cast Hambach. The investigations are focused on sideritic clays and Toneisenstein.With the applied standard operations of the borehole loggings (density, electrical resistance and natural gamma-ray) Toneisenstein is in fact detectable, but the distribution is not certainly predictable. With the study of the genesis, composition and distribution of the clays, siderites and Toneisenstein there should be found some parameters to optimize the prediction of the kind, position and distribution of these areas.The local geological background which led to the formation of the Inden-Schichten in particular in the open lignite cast Hambach are analysed in the second episode. Notably the distribution of clays and siderites in the lower rhine embayment and in the open lignite cast Hambach is considered. The third episode gives an overview about the claymineralogical and carbonaceous terms and definitions used in this study. Notably are the common used genesis modells about siderite concretions are looked on and linked together to an current modell. In the fourth episode are the terms for the different siderites and Toneisenstein used in this study defined by examples from the open cast. The fifth episode presents the applied methods for the characterization of the investigated clays, sideritic clays, siderite concretions and Toneisenstein. Especially the investigations of the mineralogical and chemical features should contribute to the understanding of the genesis of these areas. With geophysical investigations should specific characteristics be defined which should be tested for detection on cores and in boreholes.The results are presented in the sixth episode. These are for example detailled investigations of the clay mineralogy and high-resolution measurements of the iron content, the colour and the magnetis suzeptibility. These are indeed adequate methods to detect siderite. In combination with the other methods they improve the detection, but the prediction of the complicated mineable clays and Toneisenstein is not improved. Also nor the mineralogical neither the chemical compositions give hints for spatial distributions between the boreholes and the siderites or Toneisenstein.In the seventh episode are all findings linked together to the genesis modell. On the one hand the formation of the complicated mineable areas in particular of the siderites and Toneisenstein can be reconstructed, but on the other hand there is a disordered, chaotic distribution of the siderites and Toneisenstein given. Generelly are the 7A-depositions of the investigation area built up of clays with minor and outlensing sandlayers of a fluvial to lacustrine deposition area. In the southern reference area there are sandy deposits of a channel dominated area of a river systems developed. The northern Toneisenstein-problem area is constructed of flat channels, oxbow lakes, shallow water areas like bogs, lakes and floodplains. The siderites and Toneisenstein have formed by locally bounded processes by which the position of the channels, back waters, lakes and floodplains often changed during the sedimentation.Because of the local and isolated occurences it is not possible to create a detailled, large-area mapping or forecast with the applied borehole grid, because the resolution of the geophysical methods are too low for these siderites and Toneisenstein. Additionally it is not possible to distinguish between clays with siderites or clays with Toneisenstein. There are several reasons based on the one hand on the formation processes of the siderites and Toneisenstein and on the other hand on the deposition area for this.

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