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

Abstract

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Untersuchung genetischer Aspekte des obereozänen Flözkomplexes Bruckdorf im Raum Halle-Bitterfeld. Für das betrachtete Gebiet wurde erstmals eine zusammenfassende Darstellung der geologischen Verhältnisse des känozoischen Hüllstockwerkes sowie des prätertiären Untergrundes geliefert. Im Resultat einer Mächtigkeitsanalyse der alttertiären Sedimentpakete wurden die wichtigsten lokalen Strukturen einschließlich der zeitlichen Begrenzung ihrer Aktivität innerhalb des Tertiärs ermittelt. Mit der paläogeographischen Einordnung des Gebietes, der Darstellung der fazielle Situation und des Charakters der Sedimentation wird das Untersuchungsgebiet als Raum im Einflussbereich häufiger Meeresspiegelschwankungen gekennzeichnet. Für das Untersuchungsgebiet wurden erstmals Karten zur Verteilung der Aschegehalte, der chemischen Hauptkomponenten der Braunkohlenaschen sowie Karten der Salzgehaltsverteilung und der Verteilung der Schwelteerausbeuten der Bruckdorfer Braunkohlen angefertigt. Die Untersuchung der Verteilung der "Salzgehalte" (Na2O-Gehalte) ergab, dass sich die Gehaltsmaxima in Gebieten maximaler Teufenbeträge der prätertiären Oberfläche sowie in Zentren lokaler, relativ isolierter Randbecken befinden. Die ermittelten Chlor-Brom-Quotienten zwischen 300 und 400 lassen auf eine sedimentogene Bildungsweise des Grundwasserchemismus (fossile Meereswässer) schließen. Eine Formierung der Natriumgehalte aus Zechsteinwässern wird ausgeschlossen. Gehaltsminima und -maxima der meisten anderen untersuchten Stoffe und Elemente sind in der einen und anderen Form an die zentralen Beckenbereiche gebunden. Ein Ergebnis der mathematisch-statistischen Untersuchungen besteht in der Feststellung, dass sich Titan als einzige anorganische Hauptkomponente in gelben Straten anreicherte (um etwa das 1,4-fache). Die Eisengehalte sind andererseits in den Gelben gegenüber den Braunen Kohlen um das 1,7-fache verringert. Ein weiteres wichtiges Ergebnis der Korrelationsanalyse ist die Ermittlung des Trends der vom Lithotyp unabhängigen Konzentrationserhöhung mit zunehmender Teufe von Titan, Natrium und Aluminium. Im Ergebnis der mathematisch-statistischen Untersuchungen wurde eine signifikant unterschiedliche sehr inhomogene Verteilung von Kalium in den gelben gegenüber den braunen Lithotypen nachgewiesen. Die untersuchte Verteilung der Aschebildner zeugt von ihrer hauptsächlich syngenetischen Entstehung bereits im frühen Moorstadium. Hinsichtlich des Verhaltens von Na2O, CaO, MgO, K2O, Fe2O3, TiO2, SiO2 und Al2O3 als anorganische Hauptkomponenten konnteeine prinzipielle Reihenfolge ihrer Einlagerung in die Lithotypen abgeleitet werden. Eines der Hauptergebnisse der mathematisch-statistischen Analyse ist die Typisierung der kohlenchemischen Parameter nach genetischen Gesichtspunkten. Es wurden die Hauptgruppen der lithophil-klastogenen (Si, Al, Ti, K), der chemo-biogenen (verbrennbarer Schwefel, Sulfide), der organophilen (organophile-infiltrative- Na, K; organophil-chemogene- Sulfate, Ca, Mg;) und der organogenen (C, H, O, Schwelteer, Bitumen) Komponenten ausgegliedert. Die Untersuchungsergebnisse weisen insgesamt deutlich auf die fazielle Position des ursprünglichen Moores hin. Es handelt sich um küstennahe Bildungen, zu denen ein zeitweiser Kontakt mit den Meerwässern möglich war. Die Bruckdorfer Braunkohlenflöze sind paralische Flöze.

This paper's main goal was to investigate genetical aspects in the upper eocenic brown coal seam of Bruckdorf in the area of Halle-Bitterfeld, Germany. A summarized rating and analysis of geological and fuel-chemical data from three projects of geological exploration in the above-mentioned area served as basis. For the first time, a summarizing model of the regional geological situation is presented. By analyzing the recent cenozoic layers morphology, the local sedimentation area characteristics were shown, taking into account the effect of eustatic sea-level fluctuations and local tectonic processes. Paleogeographical grading and the results of investigating the facies situation characterize the investigated area as an influence sphere of frequent sea-level fluctuations. For the first time, distribution maps of the main chemical ash components, ash contents, Na2O contents and the low-temperature carbonization tar are published. The investigation results of the ash contents distribution allow a basic subdivision of different moor-facies. They are differentiated by the amount of terrestrial material entering the moor. The analysis of the Na2O content distribution shows that maximum concentrations are situated in areas with maximum precenozoic surface depth. Also, they are located in relatively isolated centers of subordinated local basins. The quotients of chlorine and bromine amount to 300-400. This refers to a sedimentary formation mode of chemical groundwater constitution (connate sea water). The formation of the sodium content by waters from the zechstein-formation can be excluded. Important results of the statistical analysis are the following: The fuel chemistry data have been statistically analyzed for the first time (descriptive methods, correlation analysis, factor analysis, cluster analysis) resulting in a classification of the brown coal fuel chemistry parameters. The components were subdivided into the following main groups: lithophile-clastogenic (Si, Al, Ti, K), chemo-biogenic (combustible sulfur, sulfides), chemogenic (sulfur in sulphates), organophile (subgroup organophile-infiltrative- Na, K; subgroup organophile-chemogenic- sulphates, Ca, Mg) and organogenic (C, H, O, tar, bitumen). Titanium is the only enriched inorganic main component in yellow brown coal stratums (by factor 1.4) With the help of correlation analysis a trend of increasing titanium, sodium and aluminum concentrations with increasing depth has been found. This trend does not depend on the lithotype. A significantly different inhomogeneous distribution of potassium has been detected in yellow lithotypes in difference to brown lithotypes. The inhomogeneous potassium distribution is being attributed to its large atomic radius. The basic timely embedment sequence of Na2O, CaO, MgO, K2O, Fe2O3, TiO2, SiO2 and Al2O3 into the lithotype stratums could be derived. The sequence begins with the components contacting the organic matter followed by their absorption. The next step is the redistribution of the embedded components. Components like titanium and aluminum are mobilized in presence of humic and fulvic acids (formation of organometallic complexes). A combined interpretation of the statistic analysis results of fuel-chemical data, the x-ray-diffractometric analysis of brown coal ashes and untreated coal samples allow the conclusion that the ash-forming elements in low-ash brown coals are not only tied to mineral substance. Geochemical and biogeochemical processes lead to the embedment of inorganic components into the complex molecules of organic material. The main part of the brown coal ashes components was syngeneticly included in the organic material in a very early stadium of moor genesis. The final statistic analysis results, geological, stratigraphic and paleogeographic criterions are characterizing the facies position of the primary moor as a coastal formation with possible temporary sea water contact. The brown coal seams of Bruckdorf are paralic seams.