Ein neuer Schichtungs- und Porentyp in Karbonatgesteinen

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1 Erlanger Beitr. Petr. Min Abb., 3 Taf. Erlangen 1994 Ein neuer Schichtungs- und Porentyp in Karbonatgesteinen von E. G. WEISS *) und W. M. BAUSCH **) Zusammenfassung Im Tithon der Südlichen Frankenalb sind Plattenkalke (bis Kalk"schiefer") sowie gleitgefaltete Schichtpakete ("Krumme Lagen") sehr kennzeichnende Sedimente. Es wird ein neuer Porositätstyp beschrieben, welcher nur in gelegentlich eingeschalteten "Dickbänken" auftritt: er zeichnet sich durch hohe Porositäts- (bis 30 %) wie Permeabilitätswerte (bis 60 md) aus. Die Dickbänke werden als distale Endigungen von gleitgefalteten Schichtpaketen angesehen, da sie lateral in Krumme Lagen übergehen können (Zwischenglied: "Wilde Bänke"). - Demzufolge wird der neue Porositätstyp auf Auflockerungserscheinungen während der Gleitprozesse zurückgeführt, die nicht mehr durch Kompaktion oder Diagenese ausgeglichen wurden. Der neue Schichtungstyp ergibt sich als Wechselfolge zwischen dem fein- bis feinstgeschichteten Normalsediment und den anomalen Dickbänken. Summary Very characteristic Sediments in the Tithonian of the southern Franconian Alb are thinly bedded, platy (lithographic) limestones with slumping phenomena. A new type of porosity is described, which occurs only in some occasionally intercalated thick limestone beds. Here the porosities reach up to 30 %, and the permeabilities up to 60 md. These thick beds are interpreted as distal endings of slumping horizons, because there are indeed lateral transitions. - There-fore these extremely porosities are explained as disaggregation phenonema, caused by the slumping processes. The pores have not been closed by compaction or diagenesis. The new bedding type results as alternation of the thinly bedded (or even laminated) normal sediment with the anomalous thick beds. Anschrift der Autoren: *) Dr. Eberhard G. Weiß, Deutsche Gesellschaft zum Bau und Betrieb von Endlagern für Abfallstoffe mbh, Woltorfer Str. 74, Feine; **) Prof. Dr. Walter M. Bausch, Institut für Geologie und Mineralogie der Universität Erlangen-Nürn-berg, Schloßgarten Sa, Erlangen.

2 42 1. Einleitung 1.1 Überblick über die Sedimentationsgeschichte während des Juras im Bereich der Südlichen Frankenalb Die Gesteine des Malms im Bereich der Südlichen Frankenalb wurden in einem flachen Schelfmeer abgelagert, das sich vom Oberrhein im Westen bis nach Oberösterreich im Osten erstreckte. Nach Süden bestand eine offene Verbindung zur Tethys, nach Westen zum Pariser Becken und nach Norden über die Sächsische und Hessische Straße zum Niedersächsischen Becken. Die nordwestliche bzw. östliche Begrenzung wurde durch Reste der Mitteldeutschen Schwelle und der Böhmischen Masse gebildet. Mit Beginn des Malm Alpha setzte an den submarinen Schwellenrändern eine Besiedelung mit Kieselschwämmen ein, die zu einer kontinuierlichen Ausdehnung der Algen-Schwamm-Bioherme ("ältere Riffgeneration"; v. FREYBERG 1964, 1968) führte und im oberen Malm Delta einen ersten Höhepunkt erreichte. Zu Beginn des Oberen Malms war der Ablagerungsraum durch die Riffe in zahlreiche Wannen gegliedert, in denen bei allgemein rückschreitender Riffentwicklung in lagunärem Milieu die unterschiedlichsten Faziestypen abgelagert wurden; es entstanden fein- bis feinstgeschichtete Platten-, Bank- und Mergelkalke. Mit Beginn des Malm Zeta 3 nahm das Riffwachstum deutlich zu, wobei die Algen-Schwamm- Fazies im Bereich der gesamten Südalb von der Korallen-Hydrozoen-Fazies ("Jüngere Riffgeneration"; v. FREYBERG 1964, 1968) verdrängt wurde. Das Zeta 3 stellt einen zweiten Höhepunkt der Riffentwicklung dar. Zu Zeiten regressiver Riffentwicklung traten an den Hängen subaquatische Gleitvorgänge auf, wodurch sog. "Krumme Lagen" entstanden, während sich die Hänge zu Zeiten sich ausdehnender Riffe als stabil erwiesen. Als Krumme Lagen werden Gesteinspakete mit deutlichen Gleitstrukturen und unebenen Untergrenzen, die auf ein Eindringen der abgerutschten Massen in die Liegendschichten zurückzuführen sind, bezeichnet (Taf l, Fig. 1). Die Krummen Lagen besitzen meist horizontale Oberflächen, die als das Ergebnis eines einebnenden Vorganges nach der Gleitung angesehen werden (FESEFELDT 1960, STREIM 1961 a). Lateral können die Krummen Lagen in homogene Dickbänke mit ebenflächiger Ober- und Unterkante übergehen (Taf. l, Fig. 2). Zwischen beiden vermitteln sogenannte Wilde Bänke, die ebenfalls oben und unten horizontal begrenzt sind und schwache Innenstrukturen subaquatischer Gleitung zeigen (Taf. l, Fig. 3). BAUSCH (1961) hat bereits auf die genetische Verwandtschaft der Dickbänke mit den Krummen Lagen hingewiesen, wobei er die Frage diskutierte, ob die Dickbänke durch diagenetische Vorgänge aus den Wilden Bänken hervorgegangen sind, die dadurch ihre Innenstruktur verloren haben.

3 Untersuchungsgegenstand und Methodik Gegenstand der vorliegenden Untersuchungen bilden die geophysikalischen Gesteinsparameter Porosität und Permeabilität im Bereich der gleitgefalteten Krummen Lagen und der diese umgebenden "Normalfazies". Die Ergebnisse sind Teil einer umfangreicheren Studie über die Speicherkapazitäten im Bereich des Mittleren und Oberen Malms der Südlichen Frankenalb (WEISS 1987). An den in Tagesaufschlüssen entnommenen Proben wurden folgende Untersuchungen vorgenommen, wobei die petrophysikalischen Bestimmungen im Forschungslabor der ehemaligen DEUTSCHEN TEXACO AG (heute DEA), die mikroskopischen Untersuchungen am Institut für Geologie und Mineralogie der Universität Erlangen durchgeführt wurden: a) Bestimmung des Porenvolumens Hierzu wurden aus den Handstücken Zylinder mit einem Durchmesser von 3 cm herausgebohrt und auf eine Länge von ca. 3,0 bis ca. 3,6 cm abgesägt. An diesen wurde das effektive Porenvolumen in % (Φ eff ) mit Hilfe der von AMYX et al.(1960) und BRUNING (1966) beschriebenen Tränkungsmethode bestimmt, wobei Dekan als Tränkungsflüssigkeit bei einem Druck von 200 bar in die vorher gereinigten und evakuierten Probekörper gepreßt wurde. Da diese Methode aufgrund der geringen Größe der herausgebohrten Plugs nicht dazu geeignet ist, das Porenvolumen stark kavernöser Proben zu ermitteln, wurden aus derartigen Gesteinen möglichst große Zylinder herausgedreht und nach dem Trocknen gewogen. Mit Hilfe einer chemischen Analyse wurden anschließend nach der Methode von MÜLLER (1957) die Gehalte an Calcit, Dolomit und unlöslichem Rest titrimetrisch bestimmt. Das Gesamtporenvolumen der Probe berechnet sich dann nach der Formel Φ ges (in Vol.-%) = [M i (G 1 /d 1 + G 2 /d 2 + G 3 /d 3 ) / V ges ] Hierbei bedeuten: M i Istgewicht des Zylinders V ges Volumen des Zylinders G 1 Gewichts-% CaCO 3 G 2 Gewichts-% CaMg(CO 3 ) 2 G 3 Gewichts-% unlöslicher Rest D 1 spezifisches Gewicht CaCO 3 (2,715 g/cm 3, nach SCHÖN 1983) D 2 spezifisches Gewicht CaMg(CO 3 ) 2 (2,878 g/cm 3, empirisch ermittelt) spezifisches Gewicht unlöslicher Rest (2,428 g/cm 3, empirisch ermittelt). D 3 Eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens findet sich bei WEISS (1987) und WEISS & SCHELLHORN(1989).

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