Uni-Bayreuth

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Abschätzung der hydraulischen Durchlässigkeit im tiefen kristallinen Untergrund des Erzgebirges

P. Achtziger1, S. Löw1, A. Hiller2, Ch. Starke3
1 ETH Zürich, Geologisches Institut, Sonneggstr. 5, CH-8092 Zürich
2 Wismut GmbH, Bereich Sanierung Aue/Königstein, Postfach 1653, D-08276
3 Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, Referat Ingenieurgeologie, Postfach 540137, 01311 Dresden

P 2.1 in Hydrogeologie von Hardrock und Kluftgesteinen / Grundwasser und Karst

Das Erzgebirge ist eine der ältesten Bergbauregion der Welt. Der jüngere Bergbau in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts erfolgte bevorzugt auf Uran. Der Hunger vor allem nach Pechblende machte genaue geologische und hydrogeologische Aufnahmen durch die SAG/SDAG Wismut notwendig und schuf somit einzigartige dreidimensionale, hydrogeologisch-tektonisch-mineralogische Datensätze in einer selten gekannten Präzision.

In dieser Studie wurden Zuflussdaten von mehr als 2600 Einzelzuflusspunkten verteilt auf etwa 450 km Strecke in 2 Gruben, 2 Lagerstättenbezirken und 5 Tunnel unterschiedlicher Teufenlage analysiert. Diese befinden sich in granitoiden bzw. grünschiefer- bis eklogitfaziell metamorph überprägten Gesteinen zwischen Aue-Schwarzenberg, Freiberg und der tschechischen Grenze. Die Datensätze wurden vom Archiv der Wismut GmbH und dem Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie des Freistaates Sachsen recherchiert und bereitgestellt. Neben Lageinformation der Zuflusspunkte wurde jeweils die Orientierung der Bruchflächen, die Umgebungsgeologie, die Kluftmineralogie, physikochemische Parameter und Zuflussraten der Erstmessungen aufgenommen. Letztgenannte liegen im Bereich zwischen 1E-3 l/min und 2E+3 l/min vor und stellen somit eine außergewöhnliche Genauigkeit und Spannweite an Flussmessungen zu Untertagebauwerken dar.

Aus den Daten wurde mit einer vereinfachten analytischen Lösung nach (Jacob & Lohman 1952) die Transmissivitäten präferenzieller Grundwasserfliesswege berechnet und für jeweils 100 m lange Abschnitte eine äquivalent-poröse hydraulische Durchlässigkeit bestimmt. Für Abschnitte ohne diskrete Zuflüsse oder mit geringen Zuflüssen wurde die hydraulische Durchlässigkeit aus der über den Abwetter abgeführten Luftfeuchtigkeit abgeschätzt. Für die jeweilige Teufenlage wurden die hydraulischen Gebirgsdurchlässigkeiten mittels verschiedener Ansätze gemittelt. Als Ergebnis kann für das Erzgebirge ein hydraulisches Teufenprofil zwischen der Oberfläche und 1400 m Teufe präsentiert werden. Aus diesem ist eine Abnahme der hydraulischen Durchlässigkeit von oberflächennah etwa 1E-7 m/s auf etwa 1E-11 m/s in 1400 m Teufe ersichtlich. Vergleichbare Analysen an tiefen Tunnelbauwerken im Aar- und Gotthardmassiv der Zentralschweiz weisen bei gleichem Gradienten der hydraulischen Gebirgs- durchlässigkeit eine etwa um 0.5 bis 1 Dekade höhere Gebirgsdurchlässigkeit auf (Masset & Loew 2010). Des Weiteren wurde festgestellt, dass bevorzugt NW-SE- (herzyn) und SW-NE-orientierte (saxonisch) Strukturen wasserführend sind. Wobei solche mit hohen Erstschüttungen eine stärkere Tendenz zu den herzynischen Strukturen vermuten lassen. Interessanterweise scheint auch ein Zusammenhang zwischen der hydraulischen Durchlässigkeit und dem Abstand zu den granitoiden Intrusionen zu bestehen. Tunnelabschnitte, welche sich im metamorphen Kontakthof befinden, weisen tendenziell höhere hydraulische Durchlässigkeiten auf.

Für Geothermie, Bergbau und Untertagebau im (kristallinen) Festgestein ist die Abschätzung von hydrogeologischen Parametern zur Auslegung der hydraulischen Systeme und Bestimmung der Wirksamkeit aber auch zur Abschätzung der Sicherheit essentiell. Diese Studie über Hydrogeologie des Erzgebirges stellt eine phänomenologische Betrachtung der Hydraulik in Teufen von 0 m bis 1400 m dar. Die zugrunde liegenden Prozesse sind bisher nur unvollständig analysiert und verstanden wurden. Dies wird ein Ziel der fortlaufenden Forschung sein und bleiben.

 



Jacob, C.E., Lohman, S.W.(1952): Nonsteady flow to a well of constant drawdown in an extensive aquifer. Trans Am Geophys Union 33: 559-569.
Masset, O., Loew, S., 2010. Hydraulic conductivity distribution in crystalline rocks, derived from inflows to tunnels and galleries in the Central Alps, Switzerland. Hydrogeol. J. 18: 863-891

Letzte Änderung 21.03.2014