B. Hartmann Die Genese des stofflichen Inventars des Braunkohlenflözes Bruckdorf (Obereozän) zwischen Halle und Bitterfeld, Sachsen-Anhalt

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1 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Deutlih höher sin im Flözkomlex Gröbers ie Gehalte von Lanthan, Samarium un Uran. Außerem treten hier auh erhöhte Gehalte von Molybän un Barium auf. Diese Elementassoziation weist auf en verstärkten Einfluss es Raumes um as Granoioritmassiv von Delitzsh als Liefergebiet (Sarne, Wolfram-Molybän-Vererzung) hin. Offensihtlih sielte ieses Gebiet währen er Formierung es Flözkomlexes Brukorf als Liefergebiet von Seimentmaterial eine weniger ausgerägte Rolle. Alle aneren Konzentrationen er aufgeführten Mikroelemente liegen vergleihsweise nieriger als in en jüngeren Flözen es Untersuhungsgebietes. 8. Mathematish-statistishe Datenauswertung In en folgenen Abshnitten wir gezeigt, wie urh ie Anwenung geeigneter mathematish-statistisher Methoen aus vorhanenem Datenmaterial Informationen sihtbar gemaht weren können, ie niht aus geologishen Karten, geologishen Shnitten un tabellarish aufgelisteten sezifishen hysikalishen un hemishen Shihtaten ablesbar sin. Form un Inhalt er statistishen Auswertung er kohlenhemishen Analysenwerte rihtete sih nah Erkenntnissen, ie vor allem innerhalb er letzten 5 Jahrzehnte mit er verstärkten Einführung mathematisher Methoen zur Verarbeitung von Massenaten aus er Prosektion un Erkunung vershieenster Lagerstätten gewonnen wuren (DAVIS 1973, POROTOFF in POGREBIZKIJ et al. 1977). Infolge er rasanten Entwiklung er Rehentehnik einshließlih entsrehener Programme ergaben sih bis zum heutigen Tag neben en beshreibenen Methoen (eskritive Statistik) viele weitere Möglihkeiten es Einsatzes komlexer mathematish-statistisher Analysemethoen wie ie Korrelations-, Faktor- un Clusteranalyse (KÜHL 1996, REYMENT & SAVAZZI 1999, BERTHOLD & HAND 2002, MARQUES DE SÁ 2003). Die in Kaitel (Tab. 2) aufgelisteten kohlenhemishen Daten wuren mit Hilfe er Programmakete SPSS sowie STATGRAPHICS einer eingehenen Auswertung unterzogen. Die ausgewerteten 557 shihtbezogenen Datensätze (Anl. 10) mit jeweils 18 kohlenhemishen Einzelanalysen entstammen ausshließlih em obereozänen Flözkomlex Brukorf. Neben en Analysenwerten enthalten ie Datensätze Informationen zur räumlihen Shihtzuornung wie Bohrungsnummer, Flähenkoorinaten er Aufshlussunkte, ie absoluten Liegenhöhen er Probensektionen, ie jeweiligen Mähtigkeiten er Probensektionen, Petrograhie un Stratigrahie er einzelnen berobten Shihten. Die 557 Datensätze mit en entsrehenen Analysenwerten sin Proben zuzuornen, ie ausshließlih nah em kohlenhemishen Maximalrogramm untersuht wuren. Die verarbeiteten Werte harakterisieren vollstänige Flözrofile mit Untersuhungen nah em Maximalrogramm. Mit ieser Auswahl wure versuht, eine Datenmatrix weitestgehen ohne Fehlstellen aufzubauen. Damit weren otimale Voraussetzungen für eine statistishe Aussagesiherheit geshaffen. Trotz es selektiven Charakters es Datenmassivs bleibt aufgrun er vorhanenen Datenmenge ie statistishe Zuverlässigkeit zu treffener Aussagen gewährleistet. Die Mehrzahl er Einzelanalysen aus Bohrungen, bei enen weniger umfangreihe Analysenrogramme (s. Ka ) gefahren wuren, ging niht in ie Datenbank ein. Aufgrun er hohen Dihte von Erkunungsbohrungen mit iesen Untersuhungen wuren eshalb für ie Parameter Ashegehalt, Shwelteerausbeute un Salzgehalt Isolinienarstellungen erzeugt. Für eine komlexe mathematish-statistishen Bearbeitung er zur Verfügung stehenen geologishen Datensätze wure eine bestimmte Reihenfolge im Sinne zunehmener Komlexität bzw. Komliziertheit er Zusammenhänge eingehalten. Das heißt, ass zunähst ie statistishe Untersuhung mittels einfaher beshreibener Methoen vorgenommen wure un erst in säteren Bearbeitungsstaien komlexere bivariate, multivariate un multiimensionale Methoen er Statistik angewenet wuren. Eine funierte statistishe Analyse erweitert en reuktionistishen Vergleih von ausshließlih nur Mittelwerten vershieener lithogenetisher Einheiten (z. B. lithotyensezifishe Datensätze, Daten untershieliher geologisher Einheiten bezogen auf ie Region oer as Alter u. a.), ohne abei en Verteilungsharakter einshließlih er Streuungsarameter untereinaner zu vergleihen. Die allseitige Untersuhung es Verteilungsharakters ieser Parameter erlaubt bereits im Anfangsstaium er statistishen Datenbearbeitung wihtige Rükshlüsse über ie Stöhiometrie, ie Analysengenauigkeit, Grenzgehalte un genetishe Sahverhalte zur substanziell-stofflihen Herkunft er Komonenten. 74

2 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Die komlexeren statistishen Untersuhungen gestatten ann Rükshlüsse über ie kausalen Zusammenhänge un Verknüfungen er Rohstoffkennwerte er Datenmatrix untereinaner. Unter en multivariaten un multiimensionalen statistishen Methoen ergaben ie Korrelationsanalyse, ie Cluster- un ie Faktorenanalyse gut interretierbare Ergebnisse. Es sei an ieser Stelle hervorgehoben, ass ie mathematish-statistishen Untersuhungen neben einigen unerwarteten Ergebnissen auh eine Reihe bereits bekannter Zusammenhänge lieferte. Auh ieser Sahverhalt ist von bestimmtem Wert, a iese Zusammenhänge niht nur qualitativ ( gefühlsmäßig ) sonern auh in konkreter Form quantitativ untermauert sin. 8.1 Deskritive Statistik Alle in ie statistishe Bearbeitung einbezogenen Analysenaten beziehen sih auf en wasserfreien Zustan er Braunkohlen als Gesamtsubstanz. Deshalb wuren auh ie Gehalte er Ashekomonenten, ie meistens als Gehalte, bezogen auf 100% Ashe ausgewiesen weren, gleihfalls so umgerehnet. Damit wir eine objektive Betrahtung er Ashekomonenten als Bestanteil er Braunkohlen möglih (KESSLER 1979, WOLFRUM et al. 1981, PESCHEL et al. 1991). Anhan er Analysenergebnisse aus er Untersuhung er Einzelroben wuren ie statistishen Maßzahlen arithmetisher Mittelwert, Stanarabweihung, Meianwert, Moalwert, Shiefe, Kurtosis, Sannweite, Minimum un Maximum berehnet (Anl ). Des Weiteren wure er Verteilungsharakter er analysierten Komonenten untersuht un in Histogrammen argestellt (Anl. 2). Die oben genannten statistishen Maßzahlen sin, bezogen auf en gesamten Flözkomlex Brukorf sowie lithotyensezifish, in en Anlagen 1.1 bis 1.6 aufgeführt. Für alle analysierten Parameter wure mit Hilfe es Programmaketes STATGRAPHICS Tests auf Normalverteilung (N) un logarithmishe Normalverteilung (L) urhgeführt. Die Ergebnisse letztgenannter Tests sin in Tab. 18 un Anl. 2.2 okumentiert. Tab. 18: Ergebnisse er Verteilungstests er kohlenhemishen Parameter es Flözkomlexes Brukorf (lithotyensezifish) Parameter braune Kohle gelbe Kohle Parameter/Verteilungsharakter mineralish verunreinigte braune Kohle mineralish verunreinigte gelbe Kohle kohliges Nebengestein A L L L L L C L N N N N H L N N N N S L L L L L T SK L N N N N B N L N L L L L L L L Al 2O 3 L L L L N Wihtige Begriffe er Statistik un Abkürzungen sin im Anhang (Glossar) bzw. im ort befinlihen Abkürzungsverzeihnis erläutert 75

3 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Fortsetzung Tab. 18 Parameter braune Kohle gelbe Kohle Parameter/Verteilungsharakter mineralish verunreinigte braune Kohle mineralish verunreinigte gelbe Kohle kohliges Nebengestein L L L N N K 2O L L L L N L L L L L N L N N N SO3 N N N N N Na 2O N N N N N Na 2Og N L N N L Fe 2O 3 L L L L L S L L L L L S SO4 L L L L L L logarithmishe Normalverteilung; N Normalverteilung; Sk Shiefe; K Kurtosis Die Untersuhung er Verteilungen (s. u.) ient vorrangig er Klassifizierung er einzelnen getesteten Merkmale. Dabei ergab sih im Ergebnis er Verteilungstests, ass alle untersuhten Größen weitestgehen em Gesetz er Normalverteilung bzw. er logarithmishen Normalverteilung unterliegen. Es wir weiter konstatiert, ass bei en reinen Lithotyen er Braunkohlen jene Kennwerte logarithmish normal verteilt sin, ie in Verbinung mit niht organish gebunenen Shwefelverbinungen (S, ; S SO4, s. Abb. 32) gebraht weren können sowie ie Gehalte solher Komonenten, ie en lithohilen Ashebilnern (,,,, Abb. 33) zugeornet weren. Abb. 32: Verteilungsharakter von S (Sulfishwefel), in en Braunkohlen es Flözkomlexes Brukorf (allgemein) 76

4 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Abb. 33a: Verteilungsharakter von un, in en Braunkohlen es Flözkomlexes Brukorf (allgemein) Abb. 33b: Verteilungsharakter von un in en Braunkohlen es Flözkomlexes Brukorf (allgemein) Wie aus en Grafiken (Abb. 32, 33) ersihtlih, sin ie logarithmishen Normalverteilungen er Kennwerte linksseitig shief. Das heißt, ass ie Verteilungen zu en geringen Gehalten steil abbrehen. Beim Vergleih er Histogramme er un Gehalte einerseits, er un er -Gehalte anererseits fallen ie jeweils hohen Übereinstimmungen zwishen un auf. Dies erlaubt en Rükshluss, ass ie zugehörigen Mineralhasen auf er einen Seite Quarz, mögliherweise Ilmenit, Rutil oer auh Anatas un auf er aneren Seite reihe Minerale wie Illit sin. Die engen Beziehungen zwishen Sulfishwefel un sin so evient, ass sie zwanglos em Pyrit zugeornet weren können. 77

5 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Abb. 34: Verteilungsharakter von Kalium () in braunen un gelben Kohlen Bei Betrahtung von Abb. 34 fallen bei en gelben Kohlen ie anomal ihten un steilexessiven Verteilungen von auf. Gleihes trifft auh für en Vergleih er S SO4 -Gehaltsverteilungen zu (Tab. 18). Bei en organishen Komonenten H, S un C liegen ebenfalls logarithmishe Normalverteilungen vor, jeoh mit rehtsseitiger Shiefe (Abb. 35). Abb. 35: Verteilungsharakter von Kohlenstoff un Wasserstoff in en Braunkohlen es Flözkomlexes Brukorf (allgemein) Bei en Stoffgruen wie Shwelteer un Bitumen, ie auf as Vorhanensein von verwitterungsresistenten lioien Stoffen zurükzuführen sin, ergibt sih ein aneres Verteilungsbil. Hier treten beim rimären Lithoty Braune Kohle mehrgiflige Verteilungsbiler auf, ie einer Normalverteilung ohne Berüksihtigung er vielen Moalwerte genähert sin. Die Polymoalität ieser Verteilung weist auf heterogene Akkumulationsrozesse er lioien Komonenten im Flöz hin. Diese Verteilungen vereinfahen sih bei en Gelben Kohlen, wo shwah logarithmish normalverteilte Gehalte mit einer ositiven Shiefe vorliegen (Anl. 2). 78

6 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Abb. 36: Verteilungsharakter von Bitumen (B ) in braunen un gelben Kohlen Abb. 37: Verteilungsharakter von Shwelteer (T SK ) in braunen un gelben Kohlen Wie aus en Daten er Tab. 18 ersihtlih, weren innerhalb er Reihe er ort ausgewiesenen Lithotyen als fazielle Abfolge innerhalb er braunkohleführenen Formation folgene rei Hauttenenzen abgeleitet: Bei en lithohilen Komonenten mit logarithmisher Normalverteilung veränert sih er Verteilungsharakter in Annäherung an as Nebengestein zur Normalverteilung. Das betrifft vorzugsweise ie siliziklastish gebunenen Oxie,, un als selbstän-ige Mineralhase. Bei organishen sowie einem Teil er organohilen Komonenten wir eine entgegengesetzte Tenenz festgestellt.. Bei en untersuhten Stoffen bleibt er Verteilungsharakter, generalisiert für alle ausgehaltenen Lithotyen gleih. Dieser Sahverhalt siegelt sih sehr eutlih in er Veränerung er Verteilungen er Komonenten S, un wier (Anl. 2.1). 79

7 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Wie aus en Anlagen 1.1 bis 1.6 zu ersehen ist, treten bei en untersuhten Parametern Sannweiten untershielihster Größenornungen auf. Aussagen über ie Variabilität er Kennwerte erlauben ie Stanarabweihung un er Variationskoeffizient als weitere statistishe Kennziffern zur Charakterisierung er Verteilung er Konzentrationen von Komonenten. Um Stihroben mit untershielihen Mittelwerten ( x ) un Stanarabweihungen (s) zu vergleihen, wir er Variationskoeffizient herangezogen. Der Variationskoeffizient (V) ist er Quotient aus er Stanarabweihung (s) un em Parametermittelwert ( x ), ausgerükt in %: V = s x 100. Der Variationskoeffizient ist somit ie Stanarabweihung auf en Merkmalsmittelwert normiert. Er kann als ein komlexes Vergleihsmaß für en Gra er Veränerlihkeit er vershieenen Rohstoffkennwerte innerhalb einer Lagerstätte aber auh für untershielihe Vorkommen aus aneren Regionen angesehen weren. Mittels ieses statistishen Parameters ist eine grobe Klassifizierung er Rohstoffkennwerte un amit eine Gruierung un Zuweisung zu lithogenetishen Einheiten möglih. Entsrehen en ausgewiesenen Lithotyen kann eine Art Rangliste nah er Größe er Variationskoeffizienten er einzelnen Parameter aufgestellt weren (Tab. 20, Abb. 38). Tab. 19: Variationskoeffizienten er kohlenhemishen Parameter es Flözkomlexes Brukorf (lithotyensezifish) Rang Nr. Braune Kohle Gelbe Kohle Parameter/Variationskoeffizient V [%] mineralish verunreinigte braune Kohle mineralish verunreinigte gelbe Kohle kohliges Nebengestein Parameter V[%] Parameter V[%] Parameter V[%] Parameter V[%] Parameter V[%] 1 C 4.4 C 4.31 H 16.1 C H 11.2 H 14.6 C 18.4 H 12.8 H T SK 19.6 C Na 2Og 29.0 Na 2Og T SK 23.4 T SK 20.4 T SK Na 2O S 33.4 Na 2Og Na 2Og 28.9 S 25.2 Na 2O 48.7 B 33.0 K 2O Na 2O 33.9 Na 2O 29.1 S C Al 2O S C 33.9 Na 2Og 26.8 K 2O S C B 42.5 B 29.7 Al 2O Na 2O Al 2O Al 2O B K 2O S K 2O 67.1 S P Al 2O T SK S P Fe 2O S P Fe 2O Fe 2O Fe 2O S SO Fe 2O S S SO S SO K 2O S SO S SO B V Variationskoeffizient 80

8 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Variationskoeffizient [%] Kohlenlithoty braune Kohle gelbe Kohle verunr.br. Kohle SSO4 Fe2O3 SP TiO2 SiO2 K2O Al2O3 B SC Na2O Na2Og SO3 TSK H Abb. 38: Lithotyensezifishe Gruierung er Variationskoeffizienten C verunr. g. Kohle Nebengestein Es wir festgestellt, ass ie Variationskoeffizienten geringe Veränerlihkeiten aufweisen. Nah er Klassifikation von KREJTER (1969) für Variationskoeffizienten als Veränerlihkeitsmaß von Konzentrationen in geologishen Körern sin fast alle untersuhten Komonenten in en unteren Bereih ieser Skala als sehr gering veränerlih bis gering veränerlih einzuornen. Als interessant erweist sih ie innerhalb er Kohlenlithotyen reht ausgeglihene Rangfolge er Einzelmerkmale. Am unteren Ene er Rangliste er Variationskoeffizienten stehen ie Komonenten rein organishen Ursrungs wie Wasserstoff (H ) un Kohlenstoff (C ), gefolgt von en organohilen Komonenten Magnesium (), Kalzium () mit en teerhaltigen Stoffen (T sk, B ) un em verbrennlihen Shwefel (S ). Am Ene er Rangliste stehen jene Stoffe bzw. Substanzträger, ie im Zusammenhang mit er sekunären Bilung von Pyrit stehen (S, ). Eine Zwishenosition nehmen ie lithohilen Stoffe wie Silizium ( ), Aluminium ( ), Titan ( ) un Kalium () ein. Mit em Ansteigen er Gehalte mineralisher Beimengungen wir ein allgemeiner Anstieg er Veränerlihkeiten beobahtet. Dies ist erwartungsgemäß un mit einer Erhöhung er stofflihen Heterogenität gleihzusetzen. Außerem wir ie vorbeshriebene Reihenfolge in er Art moifiziert, ass sih besoners Silizium innerhalb er Rangliste in unmittelbarer Nähe von Kohlenstoff un Wasserstoff einornet. Beim Lithoty Gelbe Kohle weisen ie Variationskoeffizienten er Kaliumkonzentrationen ie größten Shwankungen auf. Man kann voraussetzen, ass ein bestimmter Teil es Gesamtaliums niht in klastishen silikatishen Mineralen vorkommt. Ein Teil es Kaliums muss zuminest währen er Seimentbilung in Ionenform vorgelegen haben. Seziell für en Lithoty Gelbe Kohle, worin ie organishe Substanz zu hohen Anteilen urh lioie Stoffe reräsentiert wir, sielen offensihtlih bei er Verteilung er anorganishen Stoffkomonenten ie Größen er Ionenraien eine wihtige Rolle. Das Kaliumion hat von allen untersuhten anorganishen Hautkomonenten en größten Ionenraius. Daraus lässt sih folgern, ass bei eben ieser Größenornung es Ionenraius Porenräume niht mehr zugänglih sin. Gerae bei en Gelben Kohlen sin ie Anzahl un ie Größe er effektiven Porenräume urh ie erhöhten Anteile von lioien Stoffen verringert, worauf ie höheren Inhomogenitäten er Kaliumverteilung zurükzuführen sin. Tab. 20 beinhaltet ie Resultate er t-tests, WELCH- un F-Tests zwishen en analytish ermittelten kohlenhemishen Größen aus Braunen un Gelben Kohlen. Mit Hilfe ieser Tests kann ermittelt weren, ob sih ementsrehen ie Mittelwerte (t-test/welch-test) bzw. ie Streuungen (F-Test) ieser Größen wesentlih (signifikant) voneinaner untersheien. 81

9 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Mit Hilfe es oelten t-tests weren Mittelwerte anhan zweier unabhängiger Stihroben aus zwei normalverteilten Grungesamtheiten auf ihre Gleihheit mit Hilfe er zu berehnenen Testgröße t b (s. Glossar) gerüft. Tritt er Fall ein, ass ie Beingung t b < t m;0,975 (Tab. 20) eingehalten wir, so gilt ie Nullhyothese,. h., ass ie zu rüfenen Mittelwerte einer Grungesamtheit angehören bzw. keine wesentlihen Untershiee aufweisen. Im gegenteiligen Fall (t b > t m;0,975 ) muss ie Nullhyothese verworfen weren. Daraus kann ann gefolgert weren, ass ie Untershiee er Mittelwerte keinen zufälligen Charakter tragen bzw. signifikant sin. Die signifikanten Untershiee er verglihenen Mittelwerte zeugen also von ihrer Zugehörigkeit zu vershieenen Grungesamtheiten (z. B. lithotyensezifishe Untershiee im Zusammenhang mit er Genese er Komonenten). Der Vergleih er Streuungen (s 2 ) zweier Stihroben erfolgt mit em F-Test auf analoge Weise (Tab. 20). Für en Fall er Ablehnung er Nullhyothese as heißt, ie Streuungen weisen signifikante Untershiee auf, kommt er WELCH-Test an Stelle es oelten t-tests zum Ansatz. Dabei wir ie Testgröße t mw angewenet (Tab. 20). Die Hyothese über ie Gleiheit er Mittelwerte wir für ie Beingung t bw > t mw; 1α/2 abgelehnt. Tab. 20: Ergebnisse von F-, t- un WELCH-Tests zwishen en kohlenhemishen Parametern Gelber un Brauner Kohlen es Flözkomlexes Brukorf Para meter Braune Kohle Gelbe Kohle F-Test t-test WELCH-Test aritm. Mittel s² n aritm. Mittel s² n F b F T (5%) t b t m (5%) t bw t mw (5%) C < 1.1 9,34 > 1,96 9,48 > 1.98 H > ,02 > 1,96 11,02 > > 1.1 4,58 > 1,96 5,52 > > 1.1 3,45 > 1,96 3,57 > 1.96 T SK > ,54 > 1,96 24,68 > > 1.1 6,73 > 1,96 4,28 > 1.96 Na 2Og > < 1,96 0 < 1.98 Na 2O > 1.1 9,06 > 1,96 8,41 > 1.96 S C > 1.1 6,13 > 1,96 5,20 > 1.98 B > ,89 > 1,96 17,30 > 1.98 Al 2O > 1.1 7,93 > 1,96 2,28 > 1.96 K 2O > 1.1 6,81 > 1,96 0,85 < > 1.1 7,47 > 1,96 0,71 < > 1.1 2,46 > 1,96 2,75 > 1.98 S P > 1.1 2,02 > 1,96 2,29 > 1.96 Fe 2O > ,90 > 1,96 3,32 > 1.96 S SO > 1.1 1,84 < 1,96 1,64 < 1.98 A < 1.1 5,19 > 1,96 5,15 > 1.96 F b FISHER-Kriterium; F b= s² 1 / s² 2; s² 1 > s² 2 (Varianzen) F T FISHER-Kriterium; Tabellenwert Irrtumswahrsheinlihkeit 5% t b STUDENT`s t-kriterium; t b = t m;1α/2 x y n 1 s x n 2 1 s y n 1 n 2 2 n 1 n 2 t-kriterium; Tabellenwert Irrtumswahrsheinlihkeit α (5 % zweiseitig), m = n 1 + n 2 2 Anzahl er Freiheitsgrae x y n 1 n 2 t mw Testgröße es WELCH-Tests t mw = s 2 x s 2 y n 1 n 2 Aus Tab. 20 geht hervor, ass ie Mittelwerte er Größen g,, un S un ie Varianzen von Ashe un Kohlenstoffgehalt (A, C ) keine wesentlihen Untershiee aufweisen. Im voraus war zu erwarten, ass bei en Parametern Shwelteerausbeute (T sk ), Bitumengehalt (B ) un Wasserstoffgehalt (H ) eutlihe Untershiee vorliegen, a eben iese Komonenten as kohlenhemishe Kriterium es Ausweises gelber Lithotyen arstellen. Diese Annahme bestätigt sih mit en Testergebnissen. 82

10 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Es ergibt sih weiter, ass alle aneren Größen signifikant untershielih voneinaner sin. Dabei ist festzustellen, ass bei en Gelben Kohlen neben erhöhten Werten von Shwelteer, Bitumen un Wasserstoff auh eine Anreiherung von erfolgte. Dagegen sin bei en Gelben Kohlen gegenüber en Braunen ie Gehalte von,,,, S, S, leiht un von stark verminert. 8.2 Korrelationsanalyse Die Korrelationsanalyse stellt eine mathematishstatistishe Methoe zur Aufekung un Beshreibung ursähliher Zusammenhänge zwishen zwei oer mehreren Merkmalen ar. Als Maßzahl für en Gra er Abhängigkeit bzw. es funktionalen Zusammenhangs er Parameter untereinaner ient er Korrelationskoeffizient (r). Je näher er Absolutwert es Korrelationskoeffizienten an 1 liegt, umso größer ist ie Abhängigkeit zwishen en untersuhten Größen. Bei negativem Vorzeihen es Korrelationskoeffizienten trägt ie Abhängigkeit zwishen en Merkmalen inirekt roortionalen un bei ositivem Vorzeihen ementsrehen irekt roortionalen Charakter. Ist er Korrelationskoeffizient gleih Null, so liegt kein Zusammenhang vor. Man untersheiet bezüglih er Art er Einbeziehung un er Anzahl er zu verknüfenen Merkmale: einfahe Korrelationskoeffizienten r xy (Wertebereih von -1 bis +1) artielle Korrelationskoeffizienten r xy-z (Wertebereih von -1 bis +1) multile Korrelationskoeffizienten r xyz (Wertebereih von 0 bis +1) Der einfahe Korrelationskoeffizient ist ein Maß für en linearen Zusammenhang zwishen en betrahteten Merkmalen X un Y. Mit er Berehnung er artiellen Korrelationskoeffizienten können ie einfahen linearen Korrelationskoeffizienten hinsihtlih es Einflusses einer ritten unabhängigen Größe Z oer mehrerer anerer auf ie Beziehung zwishen X un Y gerüft weren. Solhe ritten Größen können ie Korrelation r xy beeinflussen un als Störgröße ie Beziehung verfälshen. Auf iese Weise können möglihe Sheinkorrelationen erkannt weren un imlizit unterrükte Korrelationen ausgeshlossen weren. Ein wihtiges Ziel er artiellen Korrelationsrehnung besteht zum einen im wehselseitigen Vergleih er einfahen mit en artiellen Koeffizienten un zum aneren arin, ie artiellen Koeffizienten untereinaner in allen möglihen Kombinationen von abhängigen un unabhängigen Größen zu vergleihen. Im Resultat es Vergleihes kann ann entshieen weren, ob ie abhängigen Größen mit bivariaten oer multilen Ansätzen von Regressionsgleihungen ermittelt weren. An ieser Stelle sei angemerkt, ass mit er Arbeit u. a. as Ziel verfolgt wir, ie vorhanenen qualitativen Zusammenhänge zwishen en Untersuhungsgrößen aufzueken. Deshalb wir im gegebenen Fall auf ie Ermittlung multiler Korrelationskoffizienten un entsrehener Regressionsgleihungen verzihtet, ie im Rahmen einer Regressionsanalyse bestimmt weren müssten. Die Korrelationsanalyse wure in Anlehnung an KÜHL et al. (1996) ausgeführt. Folgenermaßen wure verfahren: 1. Die Korrelationsanalyse (bivariat) wure nah Lithotyen un bezogen auf ie Gesamtformation urhgeführt. Dabei wuren ie linearen Korrelationskoeffizienten für alle möglihen Merkmalsaare berehnet. Vor er Berehnung er einfahen linearen Korrelationskoeffizienten wuren ie Originalwerte er logarithmish verteilten Größen, in ihre natürlihen Logarithmen transformiert. Die ermittelten Koeffizienten wuren auf ihre Signifikanz gegen einen Zufallshöhstwert getestet. Die Signifikanzrüfung erfolgte mit em tabellierten Zufallshöhstwert es Korrelationskoeffizienten mit em Signifikanzniveau α (α=0,05) mittels STUDENT(t)-Test. Die Berehnungsformeln für ie Koeffizienten sin im Glossar aufgeführt 83

11 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt 2 Mit er Ermittlung er artiellen Korrelationskoeffizienten als Maß es Zusammenhangs zweier Merkmale unter er Berüksihtigung eines ritten wuren ie zugehörigen linearen einfahen Korrelationen gerüft (s. unten) sowie Quervergleihe zwishen en artiellen Koeffizienten vollzogen. Die artiellen Korrelationskoeffizienten wuren gegen en Zufallshöhstwert einer STUDENT-Verteilung getestet (α=0,05, q = 1α/2 = 0,975). Die Überrüfung er linearen Korrelationskoeffizienten ist eshalb erforerlih, weil es sih bei en auszuwertenen Daten um konizionierte Daten hanelt, ie in er Summe immer 100 % ergeben. Dies zieht en Sahverhalt er generellen Verstärkung negativer un er Abshwähung ositiver bivariater Korrelationen nah sih. Damit ergibt sih eine Verfälshung er wahren Verhältnisse. Unter Zuhilfenahme er artiellen Korrelationskoeffizienten kann ieser Effekt eliminiert weren. Der Verfasser beshränkte sih auf ie Kombination von nur jeweils rei korrelierten Merkmalen. Damit wir hinsihtlih er relativen Komliziertheit er Algorithmen ie Übersihtlihkeit er Ergebnisse gewahrt. Bei einer weiteren Erhöhung er Anzahl er Merkmalsassoziierungen würe sih ie Anzahl er artiellen Korrelationskoeffizienten un amit ie Anzahl er Vergleihe bzw. Quervergleihe exonential erhöhen. Nah er Formel C n! k n = kann ie Anzahl er n k! 2 Kombinationen berehnet weren. (n = Anzahl er Merkmale, k = Anzahl er Merkmalsassoziierungen). Damit ergibt sih für ie hier betrahteten 18 Merkmale je Lithoty eine Kombinationsanzahl von Bei er Bewertung er einfahen linearen Korrelationskoeffizienten zur Auffinung relevanter korrelativer Beziehungen (X, Y)unter Einbeziehung artieller Korrelationskoeffizienten als Maß es Einflusses eines ritten Merkmals Z auf iese Beziehung existieren als Vergleihskalkül (KÜHL et al. 1996) folgene Möglihkeiten: 1. r(art) xy-z < r xy Die Korrelation r xy wir aufgrun es Einflusses von Merkmal Z überbewertet. Mit er Berehnung von r(art) xz-y wir nahgewiesen, ass r xz niht en realen Zusammenhang arstellt. Im Extremfall wir r(art) xy-z 0 bei r xy > 0 un somit eine bivariate Sheinkorrelation erkannt. 2. r(art) xy-z > r xy Die Korrelation r xy wir aufgrun es Einflusses von Merkmal Z unterbewertet. Im Fall er Insignifikanz von r(art) xz-y ( r(art) xz-y 0) hanelt es sih bei er Beziehung r xy um eine Sheinkorrelation, ie imlizit urh en bei er Einfahkorrelation niht berüksihtigten Einfluss von Z hervorgerufen wure. 3. r(art) xy-z r xy Das ritte Merkmal stört ie Beziehung niht. Es hanelt sih um eine ehte Korrelation. (Die Aufstellung einer Regressionsgleihung y = f(x) ist sinnvoll.) 4. r(art) xy-z r(art) xzy Der Zusammenhang zwishen X un Y ist größer als zwishen X un Z. Im Fall er Signifikanz von r(art) xy-z (r(art) xyz 0) hat er Ansatz einer multilen Regressionsgleihung y = f(x,z) Sinn. Zur Bewertung er linearen Einfahkorrelationen wuren ie Pitogramme er Korrelationskoeffizienten nah em beshriebenen Algorithmus aufgestellt (Abb ). In er äußersten linken Salte er Pitogramme ist as Merkmal aufgeführt, mit em alle weiteren Merkmale assoziiert weren. Die nähste Salte beinhaltet as assoziierte Merkmal. Rehts aneben ist er einfahe lineare Korrelationskoeffizient eingetragen. Die artiellen Korrelationskoeffizienten mit allen vorhanenen ritten Einflussgrößen ersheinen in en weiter rehts folgenen Salten. Die Höhe er Signifikanz er Korrelationskoeffizienten wure mittels einer Kreissignatur harakterisiert. Je größer er Kreis, umso höher ist ie Signifikanz er korrelativen Beziehung. Erweist sih, ass für eine Merkmalsassoziation XY (bivariat) mit einer bestimmten Kreissignatur in allen weiteren rehts folgenen Felern er gleihe Signaturty vorherrsht, so ist ie ritte er o. g. Beingungen gewahrt. Es liegt eine ehte korrelative Beziehung vor. Der entgegengesetzte Fall trifft zu, wenn alle rehts folgenen Feler kein Kreissymbol aufweisen. Die erste Beingung ist somit erfüllt es liegt eine Sheinkorrelation vor. 84

12 Korrelationskoeffizient B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt X Lg NN A T sk Y A T sk C H B T sk C H B S C H B H B r xy artielle Korrelationskoeffizienten LgNN Z/r xy-z A T sk C H S B S S Beziehungen zwishen en Hautkomonenten (Korrelationsrofil) A Komonenten mit Affinität zu A A Al 2 O 3 K 2 O Komonenten mit Affinität zu C C Fe 2 O 3 Na 2 O C C H S B S B B S S lineare einfahe Korrelationskoeffizienten negativ rxy ositiv Signifikanz >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 <0,3 Signifikanzniveau untershritten>0,5 (95% Aussagesiherheit) r0,95 =0,079 (bei r0,95 <0,079 ohne Farbkennzeihnung) artielle Korrelationskoeffizienten negativ ositiv Signifikanz rxy-z >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 <0,3 Zufallshöhstwert untershritten- (r0,975;434 = 0,079) (bei r0,975;434 < 0,079 ohne Farbkennzeihnung) Abb. 39: Pitogramm er Korrelationskoeffizienten er kohlenhemishen Komonenten es Flözkomlexes Brukorf gesamter Flözkomlex höhst hoh mittel mäßig shwah höhst hoh mittel mäßig shwah insignifikant insignifikant 85

13 Korrelationskoeffizient B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt X Lg NN Y A T sk C H B r xy artielle Korrelationskoeffizienten Z/r xy-z A T sk C H S B LgNN Beziehungen zwishen en Hautkomonenten (Korrelationsrofil) T sk C H B A T sk C H B H B A Komonenten mit Affinität zu A A Al 2 O 3 K 2 O Na 2 O Fe 2 O 3 Komonenten mit Affinität zu C C C C H B B B S lineare einfahe Korrelationskoeffizienten negativ rxy ositiv Signifikanz >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 <0,3 höhst hoh mittel mäßig shwah Signifikanzniveau untershritten>0,5 (95% Aussagesiherheit) r0,95 =0,159 (bei r0,95 <0,159 ohne Farbkennzeihnung) artielle Korrelationskoeffizienten negativ rxy-z ositiv Signifikanz insignifikant SO SiO 3 2 SO Al 3 2 O 3 >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 höhst hoh mittel mäßig shwah <0,3 Zufallshöhstwert untershritten- (r0,975;106 = 0,184) insignifikant (bei r0,975;106 < 0,184 ohne Farbkennzeihnung) Na 2 O Fe 2 O 3 K 2 O Abb. 40: Pitogramm er Korrelationskoeffizienten er kohlenhemishen Komonenten es Flözkomlexes Brukorf Lithoty Braune Kohle 86

14 Korrelationskoeffizient B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt X Lg NN A T sk Y A T sk C H B T sk C H B C H B H B r xy artielle Korrelationskoeffizienten LgNN Z/r xy-z A T sk C H S B S S Beziehungen zwishen en Hautkomonenten (Korrelationsrofil) A Komonenten mit Affinität zu A A Al 2 O 3 K 2 O Fe 2 O 3 Komonenten mit Affinität zu C C Na 2 O C C H S B B lineare einfahe Korrelationskoeffizienten negativ rxy ositiv Signifikanz >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 höhst hoh mittel mäßig shwah <0,3 Signifikanzniveau untershritten>0,5 (95% Aussagesiherheit) r0,95 =0,195 insignifikant (bei r0,95 <0,195 ohne Farbkennzeihnung) B S S S artielle Korrelationskoeffizienten negativ ositiv Signifikanz rxy-z >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 höhst hoh mittel mäßig <0,3 shwah Zufallshöhstwert untershritten- (r0,975;69 = 0,231) (bei r0,975;69 < 0,231 ohne Farbkennzeihnung) Abb. 41: Pitogramm er Korrelationskoeffizienten er kohlenhemishen Komonenten es Flözkomlexes Brukorf Lithoty Braune Kohle, mineralish verunreinigt insignifikant 87

15 Korrelationskoeffizient B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt X Lg NN Y A T sk C H B T sk C H B r xy artielle Korrelationskoeffizienten LgNN Z/r xy-z A T sk C H S B S S Beziehungen zwishen en Hautkomonenten (Korrelationsrofil) A T sk C H B H B A Al C 2 O 3 Na 2 O K 2 O Fe 2 O 3 Komonenten mit Affinität zu A A Fe O 3 2 TiO 2 Al 2 O Na 3 2 O Komonenten mit Affinität zu C C C H S B S B B S S lineare einfahe Korrelationskoeffizienten negativ rxy ositiv Signifikanz >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 <0,3 Signifikanzniveau untershritten>0,5 (95% Aussagesiherheit) r0,95 =0,112 (bei r0,95 <0,112) artielle Korrelationskoeffizienten negativ ositiv Signifikanz rxy-z >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 <0,3 Zufallshöhstwert untershritten- (r0,975;106 = 0,133) (bei r0,975;218 < 0,133) Abb. 42: Pitogramm er Korrelationskoeffizienten er kohlenhemishen Komonenten es Flözkomlexes Brukorf Lithoty Gelbe Kohle höhst hoh mittel mäßig shwah höhst hoh mittel mäßig shwah insignifikant insignifikant 88

16 Korrelationskoeffizient B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt X Lg NN Y A T sk C H B T sk C H B r xy artielle Korrelationskoeffizienten Z/r xy-z A T sk C H S B LgNN Beziehungen zwishen en Hautkomonenten (Korrelationsrofil) A T sk C H B H B C A K 2 O Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Na 2 O Komonenten mit Affinität zu A Komonenten mit Affinität zu C C A C H S B B lineare einfahe Korrelationskoeffizienten negativ rxy ositiv Signifikanz >0,9 höhst >=0,7...<0,9 hoh >=0,5...<0,7 mittel >=0,3...<0,5 mäßig <0,3 shwah Signifikanzniveau untershritten>0,5 insignifikant (95% Aussagesiherheit) r0,95 =0,230 (bei r0,95 <0,159 ohne Farbkennzeihnung) B SO SiO 3 2 SO Al 3 2 O 3 artielle Korrelationskoeffizienten negativ rxy-z ositiv Signifikanz >0,9 höhst >=0,7...<0,9 hoh >=0,5...<0,7 mittel >=0,3...<0,5 mäßig <0,3 shwah Zufallshöhstwert untershritten- insignifikant (r0,975;50 = 0,273) (bei r0,975;50 < 0,273 ohne Farbkennzeihnung) Na 2 O Fe 2 O 3 K 2 O Abb. 43: Pitogramm er Korrelationskoeffizienten er kohlenhemishen Komonenten es Flözkomlexes Brukorf Lithoty Gelbe Kohle, mineralish verunreinigt 89

17 Korrelationskoeffizient B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt X Lg NN Y A T sk C H B r xy artielle Korrelationskoeffizienten Z/r xy-z A T sk C H S B LgNN Beziehungen zwishen en Hautkomonenten (Korrelationsrofil) 1.00 A T sk C H B C H B A Al 2 O 3 K 2 O Fe 2 O 3 Na 2 O C T sk H B A C C H S B B B lineare einfahe Korrelationskoeffizienten negativ rxy ositiv Signifikanz >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 höhst hoh mittel mäßig shwah <0,3 Signifikanzniveau untershritten>0,5 (95% Aussagesiherheit) r0,95 =0,210 insignifikant (bei r0,95 <0,210 ohne Farbkennzeihnung) SO SiO 3 2 SO Al 3 2 O 3 Na 2 O K 2 O artielle Korrelationskoeffizienten negativ ositiv Signifikanz rxy-z >0,9 >=0,7...<0,9 >=0,5...<0,7 >=0,3...<0,5 <0,3 Zufallshöhstwert untershritten- (r0,975;106 = 0,252) (bei r0,975;59 < 0,252 ohne Farbkennzeihnung) Abb. 44: Pitogramm er Korrelationskoeffizienten er kohlenhemishen Komonenten es Flözkomlexes Brukorf Nebengestein höhst hoh mittel mäßig shwah insignifikant 90

18 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Nahfolgene Tabelle stellt en Extrakt er Abb ar. Das heißt, für alle Lithotyen er Braunkohlen sowie für en Gesamtkomlex erfolgte eine Auswahl aller ehten korrelativen Beziehungen aus insgesamt 918 bivariaten Merkmalsassoziationen. Diese Auswahl wir in Tab. 21 gezeigt. Tab. 21: Korrelative Beziehungen zwishen en kohlenhemishen Größen es Brukorf Parameter ( X ) Stärke er Korrelation Lg- NN A C H S T sk r xy Flözkomlex Braune Kohle (BK) Korrelative Beziehungen von Y nah Lithotyen BK, mineralish verunreinigt Gelbe Kohle (GK) GK,mineralish verunreinigt Flözkomlexes kohliges Nebengstein -Na -Na -TiO -B, -SiO Na 2O, - -Na 2O,-Al 2O 3, -T sk, -B, -Al 2O 3, -, 2O 2O, 2 2, Al 2O 3,, 5 -Al 2O 3, -T sk, S SO4, S,,, Fe 2O 3, S S, -H, -Na 2O, S SO4 -, -Al 2O 3, B, S SO4,, S,, 1 -C, 2 -H, Al 2O 3, -C, -C,-H -C, 3 -B, -T sk, Al 2O 3, Al 2O 3, K 2O Al 2O 3,, -, -, K 2O 4 Fe 2O 3 -, S, K 2O, S -T sk, -B, -, - 5 S SO4, S, -Na 2O Na 2O, Fe 2O 3 -T sk, -H, -B,,, Na 2O Fe 2O 3,, S -T sk, -C, -H, -S, -Na 2O, -, -, K 2O, -T sk, -Na 2O -SiO, -Al -K -SiO -Al 1 -, -A -A - H H 2 H, -Al 2O 3 H, -A -A 3 B, T sk,,, S -K 2O, - 2 2O 3, 2O 2, 2O 3, - 4 -Fe 2O 3 T sk, -Al 2O 3, -S T sk, B,, Na 2O B, H -A S, -Fe 2O 3 -, -Fe 2O 3, -S 5 -S, -S SO4, -S Na 2O H,,, -K 2O - -Fe 2O 3, -S, -S, -Na 2O, T sk, -, B S 1 C C 2 C, B, T sk, C, -, -A -, -A 3 -Al 2O 3 T sk, B, -, -Al 2O 3,- 4,, -K 2O, B, T sk Na 2O, S SO4, -K 2O, C, B, T sk, T sk, S, -A T sk, B, S, -, -Fe 2O 3 5 Na 2O, -S, -S SO4, -S, - -Al 2O 3, C Fe 2O 3,, S, -S, -Al 2O 3, -Na 2O, -A, -, - - -H -Fe 2O 3 S, -A 2 S, Fe 2O 3 S, Fe 2O 3 S, Fe 2O 3 S SO4, S 3 Fe 2O 3, S Fe 2O 3, S,, C 4 -B, -T sk, -S SO4 A,, -, -C S SO4,, -, 5,, K 2O, -, -H, -C, A,, S SO4, T sk, - S SO4, -, -Al 2O 3 S SO4, K 2O, -B, -Al 2O 3 -C, -T sk Fe 2O 3, K 2O, H, -A, H, C, -, -T sk B C, H, -SO -SiO -A, C,, H, B, -Fe H,B,-Fe 1 B 2 H B B 3 C, -, -Al 2O 3, H H -A 4 -S, -K 2O, -Fe 2O 3 3 2, -S SO4,, C -, - 2O 3, -A 2O 3, -S, -A,- 5,, -S, -S, -S, -S, -Na 2O, -K 2O, -S -S SO4,-, - -S, -A B 1 T sk 2 H T sk T sk Al 2O 3,-K 2O -S SO4, A, -C, A A Al -C, -SO -, -, 3 C, -A T sk H H T sk, 4 -, -Al 2O 3, H, -, - C,,-S SO4, C, -Na 2O, -, T sk, H, C H -Fe 2O 3, -K 2O, -S -, -A - 5,,, -, -S SO4,-S S SO4, S, -Al 2O 3, -, -A Na 2O 1 A, -C A A 2, Al 2O 3, -H -C -, -H, - 3 -B, -T sk, Al 2O 3, -, -Al 2O 3, -, -C 2O 3, 3 -Na 2O -Na 2O 4 K 2O K 2O Al 2O 3, K 2O, -, -Na 2O, -, -B, -S, -T sk 5 Fe 2O 3, -Na 2O Na 2O, -, -, -S -, -Fe 2O 3, -S, - 91

19 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt Fortsetzung Tab. 21 Stärke. Parameter Kor- Flözkomlex ( X ) re-la- tion Al 2O 3 K 2O r xy Korrelative Beziehungen von Y nah Lithotyen BK, mineralish verunreinigt Gelbe Kohle (GK) Braune Kohle (BK) GK, mineralish verunreinigt kohliges Nebengstein 2 A,,, -C K 2O -C 3 K 2O,-T sk,-h,- A,, - A,, -C, -,, A 4 Fe 2O 3, -B -C, -H - -T sk 5 S K 2O, Na 2O, -Fe 2O 3, -S -S, -S Na 2O, -B, -H Na 2O 2 - Al 2O 3 A, 3 A, Al 2O 3,, A,, - Al 2O 3, - Al 2O 3, -, -C B, - -, -C 4 K 2O, -H -C K 2O, -S, -S,,, A,, T sk -Fe 2O 3 5 -B, -S, -T sk, B A, T sk,, B, -C 2 Al 2O 3, -, A, -C A, -C -T sk 4,, Fe 2O 3, -C, -H, - - A, S SO4, S, -, -K 2O, -B, -, -H, -T sk 5, S SO4, S,-Na 2O A, Al 2O 3, Na 2O, - 2 -, -C, -, -S S, Fe 2O 3, -Na 2O -T sk Na 2O Na 2O C, -S TiO 3, -, -A C, -C -, -, -A 4 K 2O, H, -Fe 2O 3, -Fe 2O 3, -S H, T sk,, T sk, Na 2O, -, -, -, -A -A 5 Na 2O, B, T sk Na 2O, -K 2O B,, A, H -S, -S SO4 -, , Fe 2O 3 4, -B -, -B, -T sk Na 2O, -A Na 2O,S,K 2O,S, S SO4, -, 5 K 2O, Na 2O, S SO4, Fe 2O 3, S, -H, -B, -T sk Na 2O, -S, -Fe 2O 3, -S Na 2O H, A, Na 2O,-S, -Fe 2O 3, -, - -B,, -A,, -A K 2O,, Al 2O 3,,,, A, -H Na 2O 3-4 S SO4, H, C, - 5,,,H, B K 2O C,-K 2O,-A,-, A, -Fe 2O 3 -C, -K 2O, -T sk 1 S 2 S, S S, S S S S Fe 2O 3 3 S, -S, S SO4, K 2O, S S SO4 4 A, K 2O, Al 2O 3, -S SO4, -C, -H, -B, -T sk, - 5, A,, -Al 2O 3, -, -Na 2O 3, -A, -, H, -, -Al 2O 3, -Al 2O 3, - -C, -T sk S SO4, -, -C S SO4, -, A S SO4, -T sk S, S, -, -H, -H S SO4, K 2O,, -C, - -A, - -, -A, Al 2O 3 -, -, S, Fe 2O 3, Na 2O, 4 H, -K 2O S, -T sk, -A S,, C, S,,, -K 2O,, - - -A, -K 2O, - -B, -T sk 5 S, Na 2O, B S, C, B, Fe 2O 3, -K 2O Fe 2O 3, H C, Na 2O, Fe 2O 3, S, Al 2O 3,,-H S SO4 1 Fe 2O 3 2 Fe 2O 3, S Fe 2O 3, S S Fe 2O 3 Fe 2O 3 S SO4, S 3 S, S 4 -C S SO4,, A, Fe 2O 3 5 S SO4,Al 2O 3,T sk,a, -B,-H,-C, -, A, -, -, -, -T sk -K 2O, -H, -, -C, -T sk S SO4, -T sk H, C 2 Fe 2O 3 S, S 3 Fe 2O 3, 4 S, Fe 2O 3 S, Fe 2O 3 S, Na 2O, Fe 2O 3, S, Fe 2O 3, S K 2O,, -T sk 5 A, K 2O,,, S, -C, -H, -B, -, -T sk -B, -H, -T sk Stärke er Korrelation(analog Abb ) 1- höhst signifikant; 2- hoh signifikant; 3- mittel signifikant; 4- mäßig signifikant, 5- shwah signifikant, Fettruk- Absolutwert es Korrelationskoeffizienten > 0,5; Kursivruk- Absolutwert < 0,3, S - negativer Korrelationskoeffizient, S - ositiver Korrelationskoeffizient Die Interretation er Werte er Korrelationskoeffizienten ist so aufgebaut, ass ie Koeffizienten zunähst in ihrer Assoziation mit em Ashe- (A ) un em Kohlenstoffgehalt (C ) betrahtet weren. In Kombination mit iesen beien Merkmalen nimmt ie Großzahl er einfahen linearen Korre- S, B -, S -T sk 92

20 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt lationskoeffizienten erwartungsgemäß maximale absolute Werte an. Da iese beien Größen, für sih genommen, ie Gesamtheit er anorganishen bzw. organishen Inhaltsstoffe reräsentieren, kann bereits in ieser Phase er Interretation eine erste Gruierung er Komonenten erfolgen. Innerhalb er Lithotyen er Braunkohlen lassen sih anhan er absoluten Größen un er Vorzeihen er Korrelationskoeffizienten er einzelnen Merkmale zum Ashe- (A ) un zum Kohlenstoffgehalt (C ) folgene Hautgruen ausglieern: 1. Grue Merkmale mit ositivem Vorzeihen zu A um 0,5 un größer sowie mit negativem Vorzeihen zu C um -0,5 un kleiner, wie,, un. (Abb , Anl. 3) Die aufgeführten Komonenten korrelieren mehr oer weniger stark untereinaner. Beim Gesamtkomlex beträgt er Korrelationskoeffizient zwishen un bzw. zwishen un entsrehen 0,70 un 0,71, zwishen un 0,69. Bei en reinen Lithotyen shwähen sih ie Korrelationskoeffizienten fast aller er genannten Beziehungen ab, außer bei en Braunen Kohlen ie Beziehung zwishen un (r=0,77) sowie bei en Gelben Kohlen zwishen un (r=0,73). Bei en mineralish verunreinigten Lithotyen erhalten sih nur ie letztgenannten Beziehungen auf einem Niveau von r=0,61 bzw. r=0,39. Innerhalb er 1. Grue erreiht in Assoziation mit em Ashegehalt bei en mineralish verunreinigten Lithotyen sowie bei er Betrahtung es Gesamtkomlexes ie höhsten registrierten ositiven Korrelationskoeffizienten über 0,9. In en reinen Lithotyen shwäht sih er Koeffizient auf Werte von 0,74 (Gelbe Kohle-GK) un 0,82 (Braune Kohle-BK) ab. Der Wert es Korrelationskoeffizienten von mit er Beziehung zum Ashegehalt ist beim Gesamtkomlex (BRK) mit über 0,8 am größten. Bei en Lithotyen Gelbe, Braune un mineralish verunreinigte Braune Kohle (BUK) sinkt er Koeffizient auf etwas über 0,5 ab. Beim Lithoty Gelbe mineralish verunreinigte Kohle(GUK) wir er insignifikant. Für ist er Korrelationskoeffizient beim Gesamtkomlex mit 0,72 ebenfalls am größten, shwäht sih bei en reinen Lithotyen auf Werte von jeweils 0,52 ab un sinkt weiter bei en mineralish verunreinigten auf 0,40 (GUK) bzw. 0,29 (BUK). Durh iese amit unterstrihene insgesamt hohe Affinität zum Ashegehalt stellt sih ie Rolle ieser rei Komonenten als wihtigste Bestanteile er seimentogen-klastogenen Stoffe ar, ie von außen als quasi Fremstoffe in as Moor eingetragen weren. Gleihzeitig zeigt sih auh in er oh sehr untershielihen Größe er Korrelationskoeffizienten er Beziehungen untereinaner sowie zum Ashegehalt ie Differenziertheit ihres Verhaltens. Dies wir besoners aurh eutlih, ass sih ie Korrelationskoeffizienten mit em Ashegehalt für un gerae bei BUK un GUK im Gegensatz zu abshwähen. Damit erweist sih, ass un noh eine anere Rolle im Stoffhaushalt es Moores bzw. er Braunkohlenformation sielen müssen. Ausgehen von ihrer Position im Perioensystem er Elemente zählen Aluminium un Titan als Nebengruenelemente zu en so genannten 8-Elektronen-Komlexbilnern (KRAINOFF & ŠWEZ 1980) innerhalb er Moorwässer besoners unter em Einfluss organisher Säuren (Fulvo- un Huminsäuren). Das äußerste Glie er 1. Grue ist. Die Zugehörigkeit von zu ieser Grue wir urh ie Korrelationskoeffizienten mit A bei BRK un BUK mit Werten von 0,55 bzw. 0,64 untermauert. Beim reinen Lithoty Braune Kohle wir er Koeffizient auf 0,40 abgeshwäht. Bei en gelben Lithotyen bestehen agegen im Untershie zur Grue - - zwishen A un keine korrelativen Beziehungen. Das zeigt, ass Kalium neben seiner Zugehörigkeit zur 1. Grue als Bestanteil alumosilikatisher Minerale auh eine Rolle in en Grunwässern als ausgerägt kationogenes (KRAINOFF & SCHWEZ 1980) Element sielt. Auffällig ist, ass im Falle er gelben Lithotyen mit keinem er betrahteten Merkmale nennenswerte korrelative Beziehungen aufweist, was ie eigenstänige Rolle es Kaliums in iesen Lithotyen eutlih hervorhebt. Dieser Sahverhalt hat gemeinsam mit em Faktum er extrem inhomogenen Kaliumverteilung einen ursählihen genetishen Zusammenhang. Es wure oben nahgewiesen, ass ie Konzentration einerseits von in Gelben un Braunen Kohlen gleih un er Verteilungsharakter anererseits signifikant untershielih ist. Dass in en Gelben Kohlen keinerlei korrelative Beziehungen es Kaliums zu aneren Komonenten bestehen, weist auf leiglih eine Umverteilung es Kaliums hin Austräge, hemishe Umwanlungen bzw. Reaktionen mit en aneren Komonenten sielten in er Phase er Destruktion er organishen Masse bezüglih es Kaliums offensihtlih eine untergeornete Rolle. 93

21 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt 2. Grue Merkmale mit negativem Vorzeihen zu A um -0,5 un kleiner sowie mit ositivem Vorzeihen zu C um 0,5 un größer, ie offensihtlih niht rein organisher Herkunft sin, wie, (vgl. Abb , Anl. 3). Die korrelative Beziehung von un wir besoners bei er Betrahtung es Gesamtkomlexes hervorgehoben. Die Korrelationskoeffizienten mit em Ashegehalt nehmen hier Werte von -0,68 bzw. -0,65 an. Bei en braunen Lithotyen shwähen sih ie Absolutwerte er Koeffizienten bis auf etwa 0,40 ab. Bei en gelben Lithotyen bestehen zum Ashegehalt keine korrelativen Beziehungen. un korrelieren untereinaner im gesamten Flözkomlex mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,58, bei BUK, GUK un GK mit Koeffizienten von 0,36; 0,41 bzw. 0,29. Dagegen liegen zwishen beien Komonenten in en Braunen Kohlen keine korrelativen Beziehungen vor. Die Assoziation von un im Zusammenhang mit einer Affinität zu Kohlenstoff zeugt von ihrer engen Verknüfung im Moorstaium. Das wir auh urh röntgeniffraktometrishe Untersuhungen an verashten un unverashten Braunkohlenroben vereutliht (Anl. 6). In keiner er untersuhten unverashten Proben wuren Ca-haltige Minerale nahgewiesen. Dagegen wure in allen verashten Proben Anhyrit analysiert. Dies sriht vom Vorhanensein von organishen komlexen Verbinungen von Kalzium un Shwefel in er Braunkohle. 3. Grue Merkmale mit Absolutwerten eutlih unter 0,5, ie keine eutlihen Korrelationen mit A un C aufweisen, ie nihtorganisher Herkunft sin, wie un (vgl. Abb , Anl. 3). un korrelieren miteinaner auf nierigstem Niveau mit Korrelationskoeffizienten in er Regel <0,3. GUK ist eine Ausnahme. Hier erreiht er Koeffizient eine Größe von 0,49. Dieses Elementaar weist sehr enge Beziehungen zu besoners in en gelben mineralish verunreinigten Kohlen auf (Korrelationskoeffizienten von 0,38 bzw. 0,81). Mit en in er Regel sehr nierigen Korrelationskoeffizienten von un in Assoziation mit allen aneren betrahteten Komonenten wir ie eigenstänige Rolle ieser beien Stoffe untermauert. Die Beziehung zu eutet auf ie Nähe zu en organohilen Komonenten hin. Damit besteht er Hinweis auf ie Formierung er Gehalte un Zustansformen von un bereits im wässrigen Milieu es Moorstaiums. 4. Grue Merkmale, ie niht mit A un C jeoh untereinaner korrelieren (mit ositiven Korrelationskoeffizienten um 0,5 un größer), wie S, S SO4, S un (vgl. Abb , Anl. 3) Die Existenz ieser Komonentengruierung ist auf ie Starke Affinität von Eisen zu Shwefel zurükzuführen, ie mit er Bilung von Pyrit aber auh komlexen Eisen-Shwefel-Verbinungen im Zusammenhang steht. Die hoh korrelierene Beziehung von un S bleibt in allen Lithotyen erhalten. Dies sriht auh vom ausshließlih sekunären Charakter er Sulfibilung unter anoxishen Beingungen, ie erst nah er Seimentbeekung es Torfes für lange Zeit gewahrt bleiben. 5. Grue Merkmale rein organisher Natur, ie untereinaner mehr oer weniger stark korrelieren, wie C, H, T sk un B (vgl. Abb , Anl. 3) Diese Gruierung er organishen Komonenten ist zu erwarten un bearf keiner weiteren Interretation. Besoners ie bekannte Beziehung T sk - B wure in er Praxis häufig für Prognosezweke verwenet (KUNERT et al. 1982, SPANGENBERG et al. 1984, HARTMANN et al. 1988). Beim Vergleih er Korrelationsmatrizen er braunen Lithotyen ist festzustellen, ass sih beim mineralish verunreinigten Lithotyen ie Korrelationen organisher Komonenten untereinaner (C, H, T sk un B ) verstärken. Ebenfalls verstärken sih ie korrelativen Beziehungen von zu en Komonenten A un. Dagegen shwähen sih ie Korrelationen zwishen en Komonenten, un ab. Letzteres gilt auh für ie Korrelationen von,, un zu. Die Ersheinung es Abshwähens un Verstärkens er genannten korrelativen Zu- 94

22 B. Hartmann Die Genese es stofflihen Inventars es Braunkohlenflözes Brukorf (Obereozän) zwishen Halle un Bitterfel, Sahsen-Anhalt sammenhänge ist auf en Verünnungseffekt er kohligen Substanz urh mineralishe Komonenten zurükzuführen. Der Vergleih er Korrelationsmatrizen gelber un brauner Kohlen lässt erkennen, ass sih ie Stärke er Korrelationen zwishen un er Grue,, bei en gelben Kohlen abshwäht. Dem gegenüber tritt bei en gelben Kohlen ein irekt roortionaler Zusammenhang zwishen un auf. Die Korrelationsmatrizen er Komonenten er einzelnen Lithotyen enthalten noh viele weitere shwer interretierbare Informationen. Das ist em Fakt geshulet, ass sämtlihe betrahtete Komonenten mehr oer weniger azu neigen, komlexe Verbinung innerhalb es Mehrkomonentensystems er Moorwässer unter Beteiligung er organishen Substanz zu bilen. Das heißt, ass in en Braunkohlen ein Gemish vershieenster metallorganisher Komlexverbinungen vorliegt, welhes sih in en einzelnen Lithotyen unter jeweils sezifishen emfinlihen Gleihgewihtsbeingungen befinet. Das beeutet, ass beisielsweise bei einem Stanarotential E 0 = 0,7 V eines Huminräarates mit Wasser Stoffe mit einem Potential < 0,7 V oxiiert bzw. mit einem Potential > 0,7 reuziert weren. In hyrogeohemishen Systemen kann also ie Reoxwirkung von Huminstoffen gleihzeitig zur Erhöhung un Verringerung er Laungszahlen vershieener kationisher Elemente führen (KRAINOFF & ŠWEZ). Wie ie Korrelationsmatrizen er einzelnen Komonenten für as Kohlige Nebengestein zeigen, folgen ie gegenseitigen Beziehungen er Größen untereinaner einem etwas aneren Tren, als ies bei en Braunkohlen selbst er Fall war. Dennoh sin einige er oben genannten Zusammenhänge in etwa erhalten geblieben: Die Gruierung er Komonenten, un ist noh vage zu erkennen. Bei er Analyse er Korrelationsmatrix ist erkennbar, ass im Wesentlihen auh hier ie hohen negativen Korrelationen es Ashegehaltes gegenüber en Komonenten organisher Herkunft harakteristish sin. Gleihes trifft auh für zu. Das anere Muster er Korrelationen er Komonenten es kohligen Nebengesteins basiert vor allem auf em geringen Anteil organisher Substanz, so ass hier er Charakter er mineralishen Substanz es Seimentes ie ominierene Rolle übernimmt. Deshalb müssen für as Nebengestein im Flözliegenen un -hangenen sowie in en kohlefreien Zwishenmitteln ie korrelativen Beziehungen hautsählih in irekten Zusammenhang mit er mineralogishen Zusammensetzung es betreffenen Lokerseimentes un somit mit er Geologie es Einzugsgebietes er Seimentation gebraht weren. Unter Berüksihtigung er lithotyensezifishen Besonerheiten, lassen sih ie einzelnen untersuhten Komonenten er Bilungen es braunkohleführenen Komlexes in ein allgemeingültiges Bil einornen. Demnah sin nah er Korrelationsanalyse folgene Gruen von anorganishen Komonenten auszuhalten: 1.,,, Diese Komonenten weren aufgrun er Assoziation er Elemente, em Abshnitt 8.4 vorwegnehmen, als lithohil-klastogene Komonenten bezeihnet (s. Abb. 44). 2. un Die anorganishen Komonenten er zweiten Grue weren en organohil-hemogenen Stoffen zugeornet (s. Abb ). 3.,,, S Die Komonenten er ritten Grue sin en biogen-hemogenen Stoffen zugeornet. Aus Tabelle 21 sin noh weitere interessante Beziehungen zu entnehmen, ie im Zusammenhang mit er Abhängigkeit einzelner Komonenten von er Teufenlage stehen. So bestehen unerwartet gute korrelative Beziehungen zwishen er Teufenlage un em -Gehalt. Besoners bei Brauner mineralish verunreinigter Kohle un em kohligen Nebengestein ist mit zunehmener Teufe signifikant 95