Das Kohlenwasserstoff-Potential Des Praewe

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KS002481556 DGMK R: KS DE013162599

Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft fur Erdol, Erdgas und Kohle e.V.

DE99GA613 *DEO 13162599* DGMK-Forschungsbericht 433

Das Kohlenwasserstoff-Potential des Prawestfals im norddeutschen Becken

- Eine Synthese-

Kurzfassung:

Aufgabe des interdisziplinaren und interinstitutionellen Forschungsvorhabens war es, die Moglichkeiten der Kohlenwasserstoff-Bildung aus prawestfalen Sedimenten im Norddeutschen Becken in Raum und Zeit zu erkunden. In alien prawestfalen strukturellen GroBeinheiten Nordeuropas existieren potentielle Mutter- gesteinshorizonte kambrischen bis namurischen Alters aus unterschiedlichen Ablagerungsmilieus. Das strukturelle Inventar des Untergrundes des norddeutschen Permbeckens, der Verlauf der Variszidenfront in Norddeutschland und die Reifungsgeschichte der prawestfalen Muttergesteine im Verlauf der jungpa- Idozoischen, mesozoischen und tertiaren Entwicklung wurden entschlQsselt.

Pyrolyseversuche zeigten, daB eine KW-Genese, vor allem fur Kerogen des Typs III, auch jenseits eines Reifegrades von 4 % Rmax mdglich ist.

Die detaillierte geochemische und isotopengeochemische Untersuchung der in den deutschen Feldern gefdrderten Erdgase erlaubt es in Einzelfallen, Gasbeitrage aus prawestfalen Quellen zu indizieren (Emsmtindung, Altmark).

Durch Integration der Ergebnisse konnte eine Perspektiveinschatzung fur prawestfale Gasvorkommen in Norddeutschland vorgenommen und Perspektivgebiete ausgewiesen werden.

Berichtsumfang: XII + 107 Seiten, 1 Anhang

Laufzeit des Projektes: 1990 - 1995

Autoren und Projektleitung: Dr. P. Gerling, Dr. F. Kockel, Dr. P. Krull Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover/Berlin

Projektbegleitung: Dr. H. Reiser / Dr. Chr. Schweizer, BEB, Hannover Dr. S. Schretzenmayr / Dipl.-Geophys. B. Held, EE Gommern, Gommern Dipl.-Geol. J. Wenzlau, ITAG, Celle Dr. W. Hofmann / Frau Dipl.-Geophys. E. Tobias, Mobil EE, Celle Dr. J. Schmitz / Dipl.-Geophys. P. Krajewski, Preussag Energie, Lingen Dipl.-Geol. Muntz / Dipl.-Geophys. H.-J. Zoch, RWE-DEA, Hamburg Dr. M. Wirth / Dipl.-Geophys. F. Jordan, Wintershall AG, Barnstorf/Kasse!

Projektkoordination: Dr. M. Albertsen (f), Frau Dr. G. TeBmer, DGMK, Hamburg

DGMK-Fachbereich: Aufsuchung und Gewinnung

Veroffentlichung; Juli 1999 DISCLAIMER

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Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft ftir Erdol, Erdgas und Kohle e.V.

DGMK-Research Report 433

The HC Potential of pre-Westphalian sediments in the North German Basin

- A Synthesis-

Abstract:

It was the aim of the interdisciplinary and interinstitutional research program to investigate the possibilities of HC generation from pre-Westphalian sediments in the North German basin in space and time. Potential source rock horizons exist within all pre-Westphalian structural units in Northern Europe, ranging from Cambrian to the Namurian in age and deposited in different environments. The structural framework of the basement of the North German Permian basin was described, the position of the Variscan outer front newly defined and the maturation history during the Late Palaeozoic, Mesozoic and Cainozoic deciphered.

Pyrolysis experiments have shown that HC generation, especially from type III kerogen, is possible even beyond a maturity of 4 % Rmax.

Detailed geochemical and isotope-geochemical investigations of the natural gases from all North German fields indicate gas contributions from pre-Westphalian sources in special regions (Ems Estuary region, Altmark).

By integrating all the results of the study an estimation of the possibilities of pre-Westphalian gas occurrences in Northern Germany could be made and the most promising areas for prospecting have been outlined.

Length of report: XII + 107 pages, 1 appendix

Duration of Project: 1990-1995

Authors: Dr. P. Gerling, Dr. F. Kockel, Dr. P. Krull Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover/Berlin

Project Advisors: Dr. H. Reiser / Dr. Chr. Schweizer, BEB, Hannover Dr. S. Schretzenmayr / Dipl.-Geophys. B. Held, EE Gommern, Gommern Dipl.-Geol. J. Wenzlau, ITAG, Celle Dr. W. Hofmann / Frau Dipl.-Geophys. E. Tobias, Mobil EE, Celle Dr. J. Schmitz / Dipl.-Geophys. P. Krajewski, Preussag Energie, Lingen Dipl.-Geol. MOntz / Dipl.-Geophys. H.-J. Zoch, RWE-DEA, Hamburg Dr. M. Wirth / Dipl.-Geophys. F. Jordan, Wintershall AG, Barnstorf/Kassel

Project Coordination: Dr. M. Albertsen (t), Frau Dr. G. TeBmer, DGMK, Hamburg

DGMK Division: Exploration and Production

Published: July 1999 Inhaltsverzeichnis

0. EXTENDED SUMMARY ...... I-XH

1. EINLEITUNG ...... 1

2. AUFGABENSTELLUNG ...... 1

3. PRAWESTFALE MUTTERGESTEINE IN NORDEUROPA - VERBREITUNG UND KW-POTENTIAL ...... 2 3.1 Altpalaozoische Muttergesteine ...... 2 3.1.1 Devonische Muttergesteine in den Varisziden ...... 3 3.1.2 Unterkarbonische (dinantische) Muttergesteine in den Varisziden und in ihrem nordlichen Vorland ...... 5 3.1.2.1 Die lithofazielle Entwicklung ...... 5 Die nordliche Randfazies ...... 6 Die Fazies der Karbonat-Plattform ...... 7 Die Beckenfazies innerhalb der Karbonat-Plattform ...... 8 Die Hungerfazies des „Kulm“ im Rhenoherzynischen Trog ...... 9 Faziesbereich der Olistostrome und Gleitdecken ...... 10 3.1.2.2 Das Muttergesteinspotential unter regionalen Aspekten ...... 10 Irland ...... 10 GroBbritannien ...... 11 Nordsee ...... 12 Belgien und Niederlande ...... 12 Deutschland ...... 13 Polen ...... 13 3.1.3 Die Muttergesteine des Namur in den Varisziden und ihrem nordlichen Vorland ...... 15 3.1.3.1 Die lithofazielle Entwicklung ...... 15 3.1.3.2 Das Muttergesteinspotential unter regionalen Aspekten ...... 19 Irland ...... 19 GroBbritannien ...... 20 Nordsee ...... 21 Belgien, Niederlande ...... 21 Deutschland ...... 21 Polen ...... 22 3.1.4 SchluBfolgerungen und Empfehlungen ...... 22

4. STRUKTURGEOLOGISCHE, SUBSIDENZ- UND GEOTHERMISCHE ENTWICKLUNG DES NORDDEUTSCHEN BECKENS SEIT DER KALEDONISCHEN DEFORMATION ...... 25 4.1 Geologische Karte der Praperm-Oberflache - Perm und Jungeres abgedeckt ...... 25 4.2 Der strukturelle Rahmen des Prapermischen Stockwerks ...... 26 4.2.1 Das prakambrisch konsolidierte Basement und seine sedimentare Bedeckung ...... 26 Der Baltische Schild - Osteuropaische Tafel ...... 26 Das Norddeutsche Massiv ...... 27 Die Mitteldeutsche Kristallinschwelle ...... 28 4.2.2 Die Gebiete kaledonischer Deformation ...... 29 4.2.3 Das Varisziden-Vorland ...... 30 Inhaltsverzeichnis

4.2.4 Der Verlauf des Varisziden-AuBenrandes ...... 31 4.2.5 Die gefaltete Varisziden-Molassesenke ...... 32 4.2.6 Der Sudrand der rhenoherzynischen Zone ...... 34 4.2.7 Die spatvariszischen Intrusivkorper ...... 35 4.2.8 Die mesozoischen Intrusivkorper ...... 36 4.3 Subsidenzentwicklung im Norddeutschen Becken ...... 37 4.3.1 Die Versenkung vom Devon bis in das hdhere Oberkarbon (vor der Variszidenfaltung) ...... 37 Machtigkeiten Namur ...... 38 Machtigkeiten Westfal A ...... 39 Machtigkeiten Westfal B ...... 40 Machtigkeitsentwicklung des Westfal C ...... 41 Machtigkeitsentwicklung des Westfal D ...... 42 Restmachtigkeiten Stefan ...... 43 SchluBfolgerungen ...... 43 4.3.2 Die Versenkung vom Unterrotliegend bis zum Jungtertiar (nach der Variszidenfaltung) ...... 44 4.4 Die Rekonstruktion der geothermischen Entwicklung im Norddeutschen Becken ...... 51 4.5 Die Modellierung der Reifeentwicklung ...... 54 4.5.1 Ergebnisse der Reifemodellierung und SchluBfolgerungen ...... 55 4.6 Die heute Reife der Gesteine an der Praperm-Oberflache ...... 56 Linksrheinisches Schiefergebirge ...... 56 Rechtsrheinisches Schiefergebirge ...... 58 Schiefergebirgsnordrand, Ruhrgebiet, Munsterland ...... 58 Harz, Flechtingen RoBlauer Scholle, Subherzyne Senke ...... 59 Frtih- und Hauptmolasse iiber der Mitteldeutschen Schwelle ...... 60 Niedersachsenbecken ...... 61 Pompeckj-Scholle ...... 61 Emsmundung und Deutsche Nordsee ...... 61 Altmark-Wendland-Brandenburg ...... 62 Sudwest-Mecklenburg ...... 62 Vorpommem ...... 62 Ostseebereich ...... 63 4.7 SchluBfolgerungen ...... 63 Subsidenz und Reifung der prawestfalen Muttergesteine am Ende des Oberkarbon ...... 63 Variszidenfaltung und ihre Einwirkungen auf die Reifung prawestfaler Muttergesteine ...... 66 EinfluB der spatvariszischen Intrusive auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine ...... 66 EinfluB der permo-karbonen Vulkanite auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine ...... 66 Subsidenz seit Anfang des Perm und die sich daraus ergebende Nachinkohlung der prawestfalen Muttergesteine ...... 67 EinfluB der Inversionstektonik in der Oberkreide auf die Bildung von Erdgaslagerstatten in Norddeutschland ...... 69 EinfluB der oberkretazischen Intrusivkorper auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine ...... 70 Inhaltsverzeichnis

5. DAS ENDE DES GASFENSTERS ...... 71 5.1 Das Kohlenwasserstoffpotential ...... 71 5.1.1 Haupt-und Spatphase der KW-Bildung ...... 71 5.1.2 Das Gaspotential in der Spatphase der KW-Bildung ...... 72 5.2 Die Kerogen-Wasser Reaktion ...... 73 5.3 Fazit ...... 75 6. HINWEISE AUF PRAWESTFALE ERDGASE IN LAGERSTATTEN ...... 76 6.1 Erdgasbildung aus Kohlen ...... 76 6.2 Genetische Aspekte zur Erkennung prawestfaler Case ...... 76 6.2.1 Helium ...... 78 6.2.2 Stickstoff ...... 80 6.2.2.1 Zur Genese von Stickstoff ...... 80 6.2.2.2 Stickstoff in Erdgasen des Rotliegend-Fairways ...... 82 6.2.2.3 Stickstoff in Erdgasfeldem in der Umgebung des Bramscher Intrusivkomplexes ...... 84 6.2.2.4 Fazit ...... 86 6.2.3 Kohlenwasserstoffgase ...... 87 6.2.3.1 Methoden und Modelle zur genetischen Ansprache von gasformigen Kohlenwasserstoffen ...... 87 6.2.3.2 Die genetische Klassifikation der norddeutschen Erdgase ...... 90 Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopenverhaltnisse des Methans ...... 90 C,/(C2+C3) im Vergleich zu 513C-Werten des Methans ...... 91 Muttergesteinstypisierung aus C-Isotopenverhaltnissen von Methan und Ethan ...... 92 Muttergesteinstypisierung aus C-Isotopenverhaltnissen von Ethan und Propan ...... 93 6.2.3.3 Prawestfale Kohlenwasserstoff in norddeutschen Erdgasfeldem ...... 94 Die Erdgase aus der Altmark ...... 96 Das Gasfeld Alfeld-Elze ...... 97 Die Gasfelder der Forderprovinz Emsmundung ...... 99 Indikationen in anderen Gasfeldem ...... 101 6.3 SchluBfolgerungen ...... 101 7. PERSPEKTIVITATSEINSCHATZUNG FUR GASVORKOMMEN AUS PRAWESTFALEN MUTTERGESTEINEN IN NORDDEUTSCHLAND ...... 101 7.1 Perspektivgebiete ...... 104 Paffrather Mulde ...... 104 Eifel-Nord-Siid-Zone ...... 104 Westliches Harzvorland ...... 104 Ostliches Leinebergland, Subherzyn, Braunschweiger Land ...... 104 Altmark, Havelland, Nordbrandenburg nordlich der Linie Magdeburg- Brandenburg-Berlin-Frankfurt/0 ...... 105 Westemsland ...... 105 Sudoldenburg, begrenzte Areale ...... 105 Emsmiindungsgebiete ...... 105 Hiddensee. Mittel- und Stidriigen, Oderbucht ...... 106 Westliche Deutsche Nordsee ...... 106 Entenschnabel ...... 106 APPENDIX Liste der Sachbearbeiter Im Rahmen der Projekte angefertigte Berichte Extended Summary

Introduction and Scope of the Study

The Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe [BGR]) carried out the interdisciplinary, interinstitutional and international research programme ’’Deep Gas” between 1991 and 1995. The programme was initialised and funded by the German Federal Ministry of Education, Science, Research and Technology (BMBF). The BGR departments Isotope Geochemistry, Organic Geochemistry, Organic Petrology, Structural Geology and Deep Geological Formations: Utilization were actively involved. External partners were the German Society for Petroleum Sciences and Coal Chemistry (DGMK), the exploration companies BEB Erdgas und Erdol GmbH, Erdol-Erdgas Gommem GmbH, Hermann von Rautenkranz Internationale Tiefbohr GmbH & Co. KG, Mobil Erdgas-Erdol GmbH, Preussag Energie GmbH, RWE-DEA and Wintershall AG. All of them contributed with expertise, substantial amounts of unpublished data and samples. For the scientific investigation of specific problems national experts were consulted (university institutes in Aachen, Bochum, Erlangen, Hannover, Heidelberg, Cologne, Leipzig, Mainz and the KFA Jtilich). International scientists from university institutes in Dublin and Copenhagen as well as from GEOFILES/Belgium contributed considerably to the project.

The authors would like to express their sincere thanks to all these individuals and institutions for their contribution and co-operation and to the WEG, the representative organization of the German exploration industry, for their permission to allow this publication. The authors represent the co ordinating board of the programme. The individual researchers, their affiliations and unpublished reports are listed in the appendix.

The general aim of the study was, by integrating different scientific methods, to find indications for the existence of natural gas generated from source rocks older than the Westphalian in northern Germany, to investigate their generation during the geological history and to estimate, under which complex conditions deposits of these deep natural gases can be expected.

The main scope of the study was as follows: • Detailed analytical investigations of all the contents of natural gas deposits (liquid or gaseous) as a basis for geochemical mapping and possible recognition of anomalies pointing to a pre- Westphalian origin of at least parts of the components. • A display of the structural outlines of the pre-Permian basement beneath the Permo-Mesozoic north German basin and neighbouring areas on the basis of reflection seismic re-interpretation and thickness mapping of Permian and Westphalian strata. • Mapping of the present extent and facies development of potential pre-Westphalian source rock complexes in the area between Ireland and Poland. • Mapping of the maturity of organic matter at the Zechstein base and the top pre-Permian. • Modelling of the subsidence and maturation history of potential pre-Westphalian source rock horizons at selected localities. • Geochemical characterisation of pre-Westphalian source rocks by conventional methods and by a substantial number of pyrolysis experiments.

I Extended Summary

Pre-Wesphalian Source Rocks in Northern Europe - Distribution and HC Potential (After reports by Bandlowa 1993, Bandlowa et al. 1995, Blackmore 1993, BUCHARDT et al. 1993, Carson 1993, Everlien & Wehner 1994, Fitzgerald 1993, Goodhue 1993, Kessel 1993, 1994, Koch 1993, 1994), Nielsen & Buchardt 1993, Pukkonen & Buchardt 1993, Schovsbo & Buchardt 1993,1994, Warming et al. 1993, Wilken & Buchardt 1993 and Wilken et al. 1994)

The following Early Palaeozoic rocks - mainly from the Baltic shield and the east European platform - have been investigated (distribution, organic geochemistry, maturity): • Cambro-Ordovician alum shales (Sweden, Bornholm, Denmark, The Baltic), • Tremadocian black shales (Podlasie-Brest depression), • Cambrian and Ordovician shales from the Anglo Brabant massif and adjacent areas in the south, • Kukkersite (Estonia), • Didymograptus and Dicellograptus shales (Ordovician) (Baltoscandia), • Rastrites shales (Early Silurian) (Baltoscandia), • Further potential source rocks from the Irish-British Caledonides, the Midland Craton and the north German-Polish Caledonides.

Due to high maturities beneath the North German basin the HC potential of these rocks is considered to be very low.

Devonian source rocks within the Variscides: • Wissenbach shales (Eifelian), • Mantagne shales (Frasnian), • Tentaculitis shales (Givetian to Frasnian), • Hangenberg shales (Late Famennian to Toumaisian), • non-marine Schleiden beds.

The TOC contents of these Devonian source rocks are generally low, exceptions are known from north east Germany. The maturities in the folded Variscides are high (3.5 - > 5 % Rr), a HC potential can only be expected in Rugen and North East Mecklenburg-Vorpommern.

Carboniferous (Dinantian and Namurian) source rocks within the Variscides and its northern foreland have been studied from the following areas: Ireland: (Clare and South Munster basin, Dublin basin and Lough Allen basin), UK and North Sea: (Midland Valley of Scotland, Central Province, Craven and Pennine basin), Germany: (Rhenohercynian basin, German North Sea, Rugen, Doberlug), Poland: (Pomerania, Western Poland, Lublin trough).

The northern and north eastern fringe of the Dinantian basin is dominated by non-marine sediments (lacustrine Oil Shale Group in the Midland Valley of Scotland, deltaic Scremerston Coal Formation and the lower part of the Yoredale Formation in the northern German North Sea, northern Dutch North Sea, Lublin basin) with encouraging TOC contents (up to 50 % in the Oil Shale Group, kerogen type I, and up to 3,8 % in the Scremerston Coal Formation, kerogen typ HI). On the central carbonate n Extended Summary platform and incised rifts in the Late Visean promising pro-deltaic black shales with TOC contents up to 3 % occur (Worston Shale Group, Bowland Formation, Widmerpool Shales, Edale Shales, kerogen type II). In the south a starved basin existed (southern Ireland, Rhenohercynian zone in Germany and Poland) with alum shales, dark silicious shales with TOC contents up to 7 -10 %. Maturities are rather high and the gas potential is very limited in the folded Variscan belt in Ireland, Germany and Poland, whereas in the northern parts of Ireland, in Central UK, the central Southern North Sea, in the Rtigen area and in Pomerania these source rocks are oil or gas prone or even immature and have a high HC potential.

During the Namurian A, the general palaeogeographic configuration of the Dinantian persisted. In the north, the deltaic Yordale Formation contains coal seams in Ireland, Northumberland, the North Sea and the Lublin basin. Rich in organic matter are the pro-deltaic shales in the Shannon and Dublin basin, and in the Bowland-Craven basin and other basins in Central UK (Bowland Formation and equivalents), which extend to the Netherlands, the southeastern North Sea and possibly to the area of the Ems Estuary. They are oil-prone in Central England and in the British North Sea. In the folded Rhenohercynian zone in Germany and Poland the starved basin with alum shales persisted, slowly filled by flysch sediments from the south and south-west. The distal flysch deposits with dispersed organic matter of kerogen type HI also show a certain HC potential.

In the higher Namurian (Namurian B and C), the terrestrial influence increased everywhere and coal seams become frequent even in the deltaic sands of the Millstone Grit Formation in the southern North Sea.

In conclusion: Within the north European basin and also beneath the German Permo-Mesozoic basin a large number of potential source rock horizons exist. Marine deposits prevail in the lower part of the succession, whereas terrestrial source rocks dominate the upper part from the the Namurian B onwards. TOC contents and maturities differ on a large scale.

Early Palaeozoic source rocks are concentrated in the shield areas (Fennoscandian shield, Midland Craton) and are not to be expected in the Caledonian trough regions. They are either not present or overmature.

Dinantian and Namurian source rocks are more important. Their maturity is generally high in the folded Variscan belt and lower in the northern foreland. An exception is the Irish Variscan foreland, where the generally high level of maturation has not yet sufficiently been explained.

Structural Development of the pre-Permian Basement beneath the North German Basin since the Caledonian Deformation

(After reports by BRUCKNER-ROHUNG et al. 1993, 1994, HOFFMANN & Stiewe 1994)

Pre-Cambrian basement is found only along the northern fringe of the north German basin of Rtigen and in southern Jotland (Fennoscandian shield) and incorporated in the Mid German crystalline rise, bordering the Dinanto-Namurian Rhenohercynian basin to the south. The existence of a north German massif beneath the central parts of the basin (Pritzwalk anomaly, "Ltineburg massif’) has not been confirmed.

m Extended Summary

Areas of Caledonian deformation are known from Vorpommem and Rtigen, from northern Schleswig and the northern part of the German North Sea sector. The Caledonian front is a marked E-W-striking thrust zone, thrusting deformed Caledonian sediments and metasediments onto the Baltic shield in the north. The south-eastern prolongation of the Anglo-Brabant Caledonides probably does not reach German territory. The Mid German crystalline rise probably incorporates Caledonian metasediments. It has not yet been decided whether the axial part beneath the Permo-Mesozoic north German basin consists entirely of Caledonian fold chains, forming the north German-Polish Caledonides or if pre- Cambrian crustal splinters like the north German massif (East Avalonia) exist.

The Variscan framework is generally better known: The Variscan foreland exists in the NW, N and NE (Lower Rhine embayment, Emsland, East Frisia, Ems Estuary, the southern parts of the German North Sea sector, northern Oldenburg, norther Lower Saxony, Schleswig-Holstein, northern Mecklenburg-Vorpommern and Rtigen) with no or large scale deformation and updoming (Groningen High, Rtigen).

The Variscan deformation front is formed by a bundle of listric thrusts detaching the Namurian and Westphalian folded and thrusted superstructures from the possible flat-lying Dinanto-Devonian platform underneath. This outer margin is well known west of the river Rhine (Aachen-Midi-thrust) and in the Mtinsterland beneath the SW-NE-striking Borghorst, Darfeld and Winterswijk structures and presumably runs on through Oldenburg and north of Bremen, turning to the E-W-direction east of the river Weser, passing Ltineburg, crossing the river Elbe near Boizenburg and running east to the river Oder south of Szeszin.

An area dominated by thin skin tectonics and detachments at the Namurian-Dinantian black shale layer is observed south of the Variscan front. Further south in the Rhenohercynian zone, outcropping at the surface in the Rheinische Schiefergebirge, Harz Mountains and Flechtingen-Rosslau block thick skin tectonics prevails. The southern margin of the Rhenohercynian zone is characterised by a zone of Dinantian olistostromes and gliding nappes, overthrusted (Mid European suture) by the northern phyllite zone and the Mid German crystalline rise, which presumably belong to a more southern terrane, to Palaeo-Gondwana.

Variscan folding and consolidation took place in Late Westphalian to Early Stephanian times.

Subsidence and Maturation History of Potential Dinanto-Namurian Source Rocks beneath the North German Permo-Mesozoic Basin

Taking a potential marine source rock horizon at the base of the Namurian, it can be seen that present day maturity is caused by different thermal events, for example: • The subsidence maturation during the Late Namurian and Westphalian until the Westphalian D, • maturation by compression during the Variscian folding, • maturation by the regional thermal event and high heat flow during the Autunian, when lava flows and ingnimbrite nappes of several thousand meters thickness extruded, • maturation by the contact with these lava flows or sills,

IV Extended Summary

• maturation by the Late Variscan intrusive bodies, • subsidence maturation during the Upper Permian, Mesozoic and Cenozoic subsidence of the North German basin, • maturation in the course of the Late Cretaceous inversion, • maturation due to the Late Cretaceous intrusive bodies.

In order to estimate the amount of pre-Permian subsidence of the basal Namurian reference horizon, regional thickness maps for the Stephanian, Westphalian D and C have been constructed which rely entirely on borehole informations. Due to the Variscan folding in major parts beneath the north German basin, thickness estimations of the Lower Westphalian and Namurian were only possible in the Variscan foreland and in the folded areas based on scattered observations and on assumptions.

Palaeo-heatflow in the Variscan foredeep is unknown. The assumption of 2.8 - 3.0 HFU [heat flow units] with decreasing tendency from Westphalian A to Stephanian are considered reasonable for the southern part of the foredeep and 1.8 - 2.3 HFU for the outer northern part. In the Variscan foreland platform 1.4 - 1.6 HFU are assumed.

Coalification of the basal Namurian by pre-Permian subsidence in the central, axial parts of the Variscan, Namuro-Westphalian foredeep may have reached 3.5 - 4 % Rr. At the northern margins of the foredeep (German North Sea, Riigen etc.), these levels are nevertheless much lower and the basal Namurian at the beginning of the Permian had not passed the oil window for marine kerogen (1 - 1.2 % Rr).

The Variscan folding had only minor effects on the maturation.

Increase in regional heat flow during the Lower Permian volcanitic Rotliegend must have been considerable, although unknown. It probably varied between 2 and 20 HFU with distances to the magmatic feeding channels and calderas. In areas without magmatic activities 1.7 -2.0 HFU seem reasonable.

The direct contact with the magmatic lava flows or sills of Early Rotliegend age had only minor and local effects on maturation, observed for example in the Balderhaar borehole.

The Late Variscan (Stephanian and Autunian) granitic intrusions nevertheless had rather important effects on the maturation of the surrounding and overlying sediments. Thermal aureols have been registered for the Lammesdorf intrusion near Monschau, the Erkelenz anomaly, the Krefeld intrusion, the Lippstadt intrusion, the Sauerland intrusion, the Brocken and Ramberg granitic intrusions, the Magdeburg-Roxforde-Velpe-Asse anomaly, the central and south Riigen pluton and the Delitzsch intrusions on the Mid German Crystalline rise. The existence of some of these intrusions has been proved by drilling or outcrops (Brocken, Ramberg, Roxfdrde-Velpke-Asse), others are indicated by magnetic, gravity and coalification anomalies.

The sum of all vertical movements of the Namurian reference level during the Permian, Mesozoic and Tertiary can be read from the depth contour map for the pre-Permian surface, which resulted from the addition of the residual thicknesses of the volcanitic and sedimentary Rotliegend to the present day depth of the basal Zechstein. The Rotliegend isopachs base on borehole information, the base

V Extended Summary

Zechstein map on borehole and reflexion seismic data. The maximum present day depth of the pre- Permian surface (> 10.000 m) is reached in the Horn and Gltickstadt grabens. Another area of important subsidence is the Havel-Miiritz basin, the Schwerin basin and the Elbe Estuary southern Schleswig-Holstein area with depths of > 7.000 m. In the inverted areas like the Lower Saxony basin or the Brunswik-Gifhom fracture zone maximum subsidence was reached at the end of the Turanian. Mid-Cretaceous inversion caused considerable uplift (up to 4.000 m or more) and therefore a higher coalification than expected from the present day depth of the pre-Permian basement.

It can be concluded from the isoreflectance map of the basal Zechstein (Kupferschiefer) that the Upper Permian to Tertiary subsidence in the central part of the north German basin added 2 - 3 % Rr maturity of the basal Namurian to that obtained already in pre-Permian times. At the margins of the basin, especially in the NW (Ems Estuary, North Sea) it is far less (compare table p. 68).

The heat flow in the period from Zechstein to the present was definitely not constant, but an average of 1.5 HFU was assumed. Thermal events linked to rifting processes in Buntsandstein, Keuper and Upper Jurassic times are likely, but cannot be quantified.

For the inverted parts of the north German basin (Lower Saxony Basin, Brunswick-Gifhom fracture zone etc.) the regional heatflow for the inversion time (Coniacian to Campanian) increased, but this cannot be verified by data.

Very important for the maturation pattern of the pre-Permian surface and base Zechstein are the Cretaceous intrusions and their thermal and hydrothermal aureoles (massifs of Bramsche, Uchte, Neustadt-HeeBel and Vlotho-Solling).

The isoreflectance map for the pre-Permian surface beneath the Permo-Mesozoic North German basin summarises all thermal effects on maturation (subsidence, plutonism, change of regional heat flow).

Map of Perspective Areas

A map of perspectivity for pre-Westphalian gases, based on the results of the project, gives a general view of the areas in which a generation of gas in Mesozoic to Cenozoic times (Cretaceous to recent, in areas of cretaceous inversion: Tertiary to recent) may be assumed. The following parameters form the basis of this map:

• The Caledonian and the Variscan outer fronts subdivide the area into the structural units Baltic shield, North German-Polish Caledonides or North German Massif and the overlying Variscan foreland and the external Variscides. • • The northern subcrop of the Dinantian marks the northern boundary of the Late Palaeozoic, pre- Westphalian source rock distribution. • The 2 % / 2,5 % Rr isoreflection line at the pre-Permian surface encircles the area, where at the base Namurian maturity values of less than 4-5 % may be expected. • Hatching marks areas of nitrogen- or C02-predominance in explored gas fields and in test wells.

VI Extended Summary

• The out/subcrop line of the Zechstein encircles those parts of the basin, in which sufficient sealing exists. • Additionally the results of the maturity modelling at 30 drill sites have been taken into account (not displayed).

According to these calculations the generation of gas from pre-Westphalian source rocks generally persisted until the Late Triassic or Jurassic. Small amounts of gas were locally generated around the Late Cretaceous intrusive bodies. As a consequence of this the gas potential of the pre-Westphalian source rocks is almost negligible for most areas of the North German basin. Any remaining potential worth considering may be expected only in the marginal areas of the basin, in the German North Sea sector, in the Ems Estuary region, in the southern Baltic and, with restrictions, also along the southern fringe of the basin, where maturity at the pre-Permian surface does not exceed levels of 2 - 2.5 % Rr (Altmark, Northern Brandenburg).

The problem of reservoirs has not been considered. The reservoir properties of siliciclastics beneath the north German basin in depths of 5000 m and more cannot - with only a few exceptions - be considered sufficient and encouraging. Fracture permeability, especially in calcareous reservoirs, but also in near-fault sandstone reservoir rocks depends less on depth, but is very difficult to foresee.

The Limit of the Gas Window - Information from Pyrolysis Experiments

(After a report by Everuen & Wehner 1994)

Hydrous and anhydrous pyrolysis experiments have been performed during this project in order to estimate the threshold which finalizes the gas generation potential of organic matter occurring in pre- Westphalian sediments. Investigated samples from Ireland to Poland comprise a wide variety in lithologies and kerogen types. Amongst these were sapropelic kerogen types I and n, terrestrial organic matter (kerogen type HI), and samples containing mixed kerogen.

The hydrocarbon potential mainly depends on kerogen type and maturity: In an immature stage, kerogen type I samples have a higher HC generation potential than those of types II and HI. The potential of all types decreases successively up to a maturity of 2 % Rmax, beyond this value sediments containing kerogen type HI are the most promising source rocks. They keep a significant gas generation potential to maturities exceeding 4 % Rmax, in some cases the threshold is not even reached at 5 % Rmax.

It was shown in detail that Namurian black shales with kerogen type HI could generate the highest amounts of gas at high temperatures and maturities. Sediments with kerogen type H which occurred in Dinantian and older stratigraphic units revealed variable gas generation potentials. For example, Cambro-Ordovician alum shales exhibit almost identical results as coals (kerogen type HI). Other type H kerogens, especially in the Lower Visean and in the Toumaisian, do not generate gas at higher temperatures, similar to kerogen type I.

Based on dry Rock Eval pyrolysis experiments source rock qualities generally increase from the Devonian, through the Visean up to the Namurian sediments. One reason is the dereasing maturity, a second - even more important fact - is the change from a marine to a more terrestrial facies.

VH Extended Summary

Vitrinite-rich material in pre-Westphalian sediments can generate significant amounts of natural gas, even at great depth.

Surprisingly, hydrous pyrolysis experiments on some overmature Namurian and Cambrian black shales generated elevated amounts of isotopically light methane (5I3CH4 < -50 %o). We explain this result with reactions between kerogen, water and accompanying minerals. However, to our best knowledge this type of gas does not play a significant role in commercial natural gas reservoirs.

Pre-Westphalian Natural Gases in the Gas Deposits of North Germany - Genetic Aspects

(After a report by Gerling et al. 1995)

In order to identify pre-Westphalian gases in gas fields in production in northern Germany it was vital to know exactly which products are derived from Westphalian coals. For this reason we performed hydrous and anhydrous pyrolysis experiments on a number of different mature Westphalian coals. The results allowed us to determine their hydrocarbon and nitrogen potential, the gas expulsion and the molecular and isotopic composition of expelled gases from those different mature coals. The comparison of this data with those in reservoirs enabled us to identify gaseous hydrocarbons and nitrogen from sources other than Westphalian coals. Additionally we put emphasis on helium because this gas should also include information on gas admixtures from pre-Westphalian sources.

Increased helium contents occur in several gas reservoirs. These gas fields are often situated close to tectonic elements (e.g. deep reaching faults) which may serve as a migration pathway as well for other gases. Varying thicknesses of a reservoir-near He-source, e.g. the Lower Rotliegend volcanics in east Hannover, can also influence the helium contents in gas fields. The occurrence of mantle helium in some gas fields close to the Upper Cretaceous intrusion of Uchte is another indicator for gases from deep sources in producing reservoirs.

Nitrogen is a contaminant which can make up to 88 % in natural gas reservoirs. Coal-derived nitrogen could be classified due to the pyroylsis experiments on Westphalian coals and on Namurian sediments containing dispersed coaly matter. Apart from this, nitrogen from marine precursor materials could be classified using the molecular and isotopic composition of autochtonous Zechstein gases from oilfields, gas fields and salt domes. The main difference between both nitrogen gases is their isotope values, ranging between -7.7 %o and +4.5 %o for terestrial organic matter and between +15 %o and +32 %c for marine organic matter.

Nitrogen in gas fields along the Rotliegend fairway display a clear regional trend with rather low amounts (< 10 %) in the west (Ems estuary) and increasing amounts towards the east, reaching finally 50 - 80 % in the Altmark structure. Isotopically, the trend is inverse, with relatively low values (around +7 %c) in the Altmark and increasing values towards the west, up to +19 %o in reservoirs at the Ems estuary. A further important fact is that nirogen contents in gas fields do not exceed 30 % when Westphalian coal seams are deposited below the reservoir. Based on this data we assumed that dispersed coaly matter in Namurian sediments must be the source for the nitrogen in the Altmark area, whereas the nitrogen west of this area is a mixed gas from Westphalian coal seams and a pre- Westphalian marine source, most probably black shales at the base Namurian or even of pre- Namurian age.

vra Extended Summary

Nitrogen in gas fields surrounding the intrusives of Bramsche-Vlotho-Uchte produce only from Upper Carboniferous, Zechstein and Bunter reservoirs (exception: Alfeld-Elze). Westphalian coal seams occur beneath all reservoirs (exception: Alfeld-Elze). Its maturity is in almost the entire area (exception: west of river Ems) relatively high (> 2 % Rr) and even increases with decreasing distance from the instrusives. Their nitrogen content in the reservoirs rarely exceeds 20 %, isotope ratios range between -3 %o and +15 %o. Nitrogen isotope ratios, in combination with their regional distribution, allow a distinction between two groups of reservoirs to be made: • one group with isotope ratios > +4 %o lies further away from the intrusives and contains mixed nitrogen from the Westphalian coal seams plus nitrogen from the Zechstein • another group of reservoirs contains isotopically lighter nitrogen (< +3 %o) although these gas fields are situated closer to the intrusives with correspondingly higher source rock maturities.

Three scenarios are discussed which could explain this contradiction, namely: • a second (post-intrusion) gas charge of these reservoirs only from the coal seams, after a structural inversion and subsequent lost of first reservoir fill which is supposed to have been the same as in reservoirs of the first group, • an admixture of isotopically light nitrogen from pyridinic precursor materials in the coals generated due to the heat event occurring concurrently with the intrusion, • an admixture of isotopically light mantle nitrogen during/after the intrusion.

Sensible tools to characterize the genesis of gaseous hydrocarbons are the so-called maturity lines which use carbon isotope ratios of methane-ethane and ethane-propane couples for an estimation of type and maturity of gas generating source rocks. Additionally, these diagrammes enable the detection of hydrocarbon gas mixtures from different source rocks to be made. In such cases, data pairs plot off the maturity lines indicating either a mixture of gas from a relatively high mature type HI kerogen with gas from a lower mature marine source rock or vice versa.

Using these diagnostic plots plus additional geological and organopetrographical information, we were able to identify in most reservoirs either pure coal-derived hydrocarbons from the Westphalian or gas mixtures with a predominant gas from the Westphalian coal seams plus minor amounts from a lower mature marine source, most probably organic matter within the Stassfurt carbonate (Ca2, Zechstein). After this screening, two reservoirs (Altmark, Alfeld-Elze), some individual wells, and the entire gas producing province ‘Ems estuary ’ remained gas fields containing detectable amounts of pre-Westphalian gases.

IX Extended Summary

Areas of Perspectivity:

Paffrath syncline source rock potential : possible in Eifelian and Givetian source rock maturity : low (< 1.5 % Rr in the Middle Devonian) reservoir rocks: reef limestones of Giveto-Frasnian age structures: unknown caprock: not present resume: no further investigations due to lack of caprock

Eifel North-South Zone source rock potential : possible in Eifelian and Givetian source rock maturity : low (< 0.8 % Rr in the Middle Devonian) reservoir rocks: reef limestones of Giveto-Frasnian age structures: unknown caprock: not present resume: no further investigations due to lack of caprock

Western Harz Foreland (Northeim, Gottingen) source rock potential : marine black shales and siliceous shales of Early Dinantian age source rock maturity : 2 - < 1.5 % Rr in the Dinantian reservoir rocks: reef limestones of Giveto-Frasnian age (Iberg), Devonian and Dinantian graywackes? structures: unknown caprock: Zechstein evaporites resume: of restricted interest. Source rock potential limited (thin, but thick Flysch deposits)

Eastern Leine Hills, Subhercynian, Brunswick Area source rock potential : marine black shales and siliceous shales of Early Dinantian age source rock maturity : < 2 % Rr in the Dinantian, extension of the coalification minimum in the East uncertain reservoir rocks: reef limestones of Giveto-Frasnian age (Iberg), Devonian and Dinantian graywackes? structures: unknown caprock: Zechstein evaporites resume: of restricted interest. Source rock potential limited (thin, but thick Flysch deposits),

Altmark, Havelland, Northern Brandenburg (North of a Line Magdeburg-Brandenburg-Berlin) source rock potential : marine black shales and siliceous shales of Dinantian and Early Namurian age, dispersed organic matter in distal Visean and Namurian Flysch source rock maturity : < 2.5 % Rr in the Dinantian and Namurian, 3 - 4 % Rr in Upper Devonian reservoir rocks: reef limestones of Giveto-Frasnian age (Iberg), Devonian and Dinantian graywackes? structures: unknown caprock: Zechstein evaporites resume: of restricted interest. Source rock potential limited (thin, but thick Flysch deposits), gas geochemistry (N2) not known

X Extended Summary

Western Emsland source rock potential : possibly marine black shales of Early Namurian age (Bowland shale equivalents), coals in the Upper Namurian source rock maturity : approx. 1 % Rr in Westphalian C and D, 2.2 - 2.7 % Rr at the base of Westphalian A and 4 % at the Base Namurian (calculated) reservoir rocks: Sandstones in the Upper Namurian, platform limestones of Dinantian and Devonian age structures: Esche-Laar fracture zone, Neuringen-Osterbrock fracture zone caprock: Zechstein evaporites resume: of restricted interest. Source rock potential uncertain, high maturity at the base Namurian

Southern Oldenburg (Limited Areas) source rock potential : possibly marine black shales of Early Namurian age (Bowland shale equivalents), coals in the Upper Namurian source rock maturity : At the base of the Westphalian A < 4 % Rr, locally > 1.5 % Rr. reservoir rocks: Sandstones in the Upper Namurian, platform limestones of Dinantian and Devonian age? structures: several WNW-tending major fracture zones caprock: Zechstein evaporites resume: of restricted interest. Source rock potential uncertain, high maturity at the base Namurian (> 5 % Rr)

Ems Estuary Region source rock potential : possibly marine black shales of Early Namurian age (Bowland shale equivalents), coals in the Upper Namurian source rock maturity : 1 - < 1 % Rr in Wesphalian B, approx. 1.5 % Rr at the base of Westphalian A (calculated) reservoir rocks: Sandstones in the Upper Namurian, platform limestones of Dinantian and Devonian age? structures: several NNW-trending major fracture zones caprock: Zechstein evaporites resume: interesting region. Low maturity of basal Namurian can be expected, admixture of gases of marine origin to the coal gas is observed

Hiddensee, Central and South Riigen, Oder Embayment source rock potential : Upper Devonian, Late Middle Devonian and Lower Carboniferous shaly intercalations in the limestone sequences with humous and sapropelitic organic matter of low to medium quality, disperse humous organic matter in the Namurian of South Riigen source rock maturity : 1.1-> 3.5 %Rr in Upper and Middle Devonian and Lower Carboniferous according to the proximity of the basin margin reservoir rocks: Permeable dolomites and sandstones of Upper Devonian age, Lower Carboniferous limestones structures: several major fracture zones, carbonate ridges caprock: Zechstein evaporites in South Riigen, Lower Carboniferous shales in South Riigen and the mainland resume: interesting region, especially South Riigen, Oder embayment and the mainland. Low maturity, HCs of pre-Westphalian origin has been observed in Hiddensee-Riigen

XI Extended Summary

Western German North Sea Sector source rock potential : Coal seams in Yoredale facies of Dinantian and Early Namurian age, possibly marine black shales of Early Namurian age (Bowland shale equivalents), coals in the Upper Namurian source rock maturity : approx. 1 % Rr at the base of the Namurian and in Visean and Toumaisian reservoir rocks: Sandstones in the Upper Namurian, platform limestones of Dinantian and Devonian age? structures: several NNW-trending major fracture zones caprock: Zechstein evaporites resume: interesting region. Very low maturity of the Lower Carboniferous

"Duck’s beak" source rock potential : Coal seams in Yoredale facies of Dinantian and Early Namurian age, possibly marine black shales of Early Namurian age (Bowland shale equivalents), coals in the Upper Namurian source rock maturity : approx. 1 % Rr within the Namurian reservoir rocks: sandstones in the Upper Namurian, platform limestones of Dinantian and Devonian age? structures: intense block faulting of the pre-Permian basement caprock: Zechstein evaporites resume: interesting region. Very low maturity of the Namurian

xn 1. Einleitung / 2. Aufgabenstellung

1. EINLEITUNG

Die Forschungsvorhaben 0326686A "Kohlenwasserstoff-Potential im Pra-Westfal des NW-Deutschen Beckens", 0326686B "Prawestfale Muttergesteine in NW-Europa" und 0327105 A "Erdgaspotential im Pra-Westfal der NE-Deutschen Senke" warden vom Bundesministerium fur Forschung und Technolo gic zum 01. Juli 1990, zum 01. Juni 1990 und zum 01. Oktober 1991 genehmigt. Die drei genannten Projekte waren unter der Uberschrift “Tiefengas“ zu einem Verbund zusammengeschlossen. Die Bun- desanstalt fiir Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) fiihrte das Verbundprojekt in Zusammenarbeit mit den in Norddeutschland Erdgas-explorierenden Firmen durch.

Der Kooperationsvertrag zwischen der BGR und dem durch die DGMK Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft fiir Erdol, Erdgas und Kohle e.V. vertretenen Industriepartner-Kreis wurde im Marz 1991 abgeschlossen. Das Industrie-Konsortium bestand aus den Gesellschaften BEB Erdgas und Erdol GmbH, Erddl-Erdgas Gommem GmbH, Hermann von Rautenkranz Internationale Tiefbohr GmbH <6 Co. KG, Mobil Erdgas-Erdol GmbH, Preussag Energie GmbH, RWE-DEA Aktiengesellschaft und Wintershall AG.

Die Durchfiihrung der Studie wurde in der BGR, Hannover und Berlin, im wesentlichen von den ftinf Arbeitsgruppen Isotopengeochemie, Organopetrographie, Organische Geochemie, Strukturgeologie und Nutzung des Tieferen Untergrundes betrieben. Dariiber hinaus wurden bei der Bearbeitung spezi- fischer Probleme Fachleute aus dem Inland (Universitaten Aachen, Bochum, Erlangen, Hannover, Heidelberg, Leipzig und Mainz, KFA Jtilich) und aus dem Ausland (Universitaten Dublin und {Copen hagen, GEOFILES/Belgien) hinzugezogen.

Der Partnerkreis aus der Industrie unterstiitzte das Projekt mit seiner Erfahrung aus der Exploration im Erdgas-Stockwerk und stellte der BGR alle notwendigen Unterlagen sowie Proben aus den Erdgasfeldem und Kemmagazinen zur Verfiigung.

Die urspriinglichen Projektlaufzeiten betrugen drei bzw. zweieinhalb Jahre. Den Antragen auf kosten- neutrale Verlangemngen bis September 1994 (0326686B, 0327105 A) bzw. bis Dezember 1995 (0326686A) wurde vom BMFT/BMBF zugestimmt.

2. AUFGABENSTELLUNG

Durch Einsatz geochemischer und geologischer Untersuchungsmethoden sollten Aussagen tiber die Existenz von Tiefengasen im Norddeutschen Becken gewonnen werden, ihre Genesebedingungen eingeengt und zeitlich abgeschatzt sowie Vorschlage erarbeitet werden, unter welchen Umstanden Lagerstatten dieser Tiefengase erwartet werden kdnnen. Als Tiefengase werden alle Gase verstanden, die aus prawestfalen Ablagerungen generiert werden.

Die Bearbeitungsschwerpunkte waren:

• Eine detaillierte Analytik der Ergaslagerstatten-Inhalte (gasformig, flussig) als Grundlage fiir eine geochemische Kartierung der Befunde, um ggf. auftretende Anomalien zu erkennen, zu verstehen und im Hinblick auf potentielle prawestfale Quellen einordnen zu kdnnen.

1 2. Aufgabenstellung / 3. Prawestfale Muttergesteine...

• Eine Ausarbeitung der strukturgeologischen Situation im Norddeutschen Becken bis in das Na mur auf Basis der in Norddeutschland geschossenen Seismik und unter Beriicksichtigung der Verbaltnisse in den nord- und nordwesteuropaischen Nachbarlandem. Diese Arbeiten schlieBen ein (Re-) Prozessieren langzeitregistrierter Seismik ein.

• Eine beckenweite Kartierung der Reife organischer Substanzen an der Zechstein-Basis und der Karbonoberflache, um mit diesen Referenzhorizonten, unter Hinzunahme von statistisch verteilten vertikalen Reifeprofilen, Maturitaten prawestfaler Muttergesteine in Raum und Zeit zu be- rechnen.

• Die geochemische Charakterisierung prawestfaler Muttergesteine mit Hilfe konventioneller Me- thoden und unter intensivem Einsatz von Pyrolysen.

Dieses komplexe Thema war nur mit Hilfe einer groBen Anzahl von wissenschaftlichen Mitarbeitem (s. Appendix), aber auch Technikem (Probennahme, Laboratories Zeichenburo, Datenverarbeitung) zu realisieren. Die Arbeitsgruppe hat sich regelmassig im Verlauf des Verbundvorhabens getroffen, um den Informationsfluss zu gewahrleisten und die Arbeitsfortschritte der individuellen Sachbearbei- ter zu diskutieren.

Ebenso wurden das Firmenkonsortium i.d.R. halbjahrlich, der Projekttrager BEO jahrlich iiber den Status der Bearbeitung in Form von Berichten informiert.

Die Endergebnisse der verschiedenen Aspekte des Verbundprojektes wurden in insgesamt 31 Fachberichten niedergelegt (s. Appendix). Der vorliegende Bericht versucht, das Gesamtergebnis gestrafft wiederzugeben.

3. PRAWESTFALE MUTTERGESTEINE IN NORDEUROPA - VERBREITUNG UND KW-POTENTIAL

3.1 Altpalaozoische Muttergesteine (Nach: Bandl OWA 1993, Bandlowa et al. 1995, BUCHARDT et al. 1993, NIELSEN & BUCHARDT 1993, PUKKONEN & BUCHARDT 1993, SCHOVSBO & BUCHARDT 1993, 1994, WARMING et al. 1993, WlLKEN & BUCHARDT 1993 und WlLKEN et al. 1994)

Folgende altpalaozoische Muttergesteine, besonders vom Baltischen Schild und der Osteuropaischen Tafel wurden in ihrer Verbreitung, ihrem organischen Chemismus und auf ihre Reifezustande bin untersucht:•

• Kambro-Ordovizische Alaunschiefer des Baltischen Schildes (Schweden, Bornholm, Danemark, Ostsee),

• Tremadozische Schwarzschiefer in der Podlasie-Brest-Senke,

• Kambrische (Revin)- und Ordovizische (Salm)-Schiefer des Anglo-Brabanter Massivs und Nach- bargebieten im S,

2 3. Prawestfale Muttergesteine...

• Kukkersit im nordlichen Estland,

• Mittel- bis oberordovizischen Schwarzschiefer in Baltoskandia (Didymograptus- und Dicello- graptus-Schiefer),

• Untersilurische Schwarzschiefer (Rastrites-Schiefer),

• Potentielle Muttergesteine in den Irisch-Britischen Kaledoniden, auf dem Midland Craton und in den Norddeutsch-Polnischen Kaledoniden.

Fur die potentielle Erdgasfuhrung des pra-westfalen Stockwerks im Norddeutschen Becken haben diese Muttergesteine nur eine geringe Bedeutung, da das Altpalaozoikum entweder nicht vorhanden ist (Norddeutsches Massiv) oder aber infolge orogener Prozesse bzw. durch starke Subsidenz in Reifezu- standen vorliegt, die eine Methanbildung sehr unwahrscheinlich machen.

3.1.1 Devonische Muttergesteine in den Varisziden (Nach: Everlien & Wehner 1994, Bandlowa et al. 1995)

Das devonische Ablagerungsgebiet in Nordeuropa war im Norden vom Old Red Kontinent und im Stiden von dem Franko-Alemannischen Hoch, dem Vorlaufer der Mitteleuropaischen Kristallin- schwelle, begrenzt. Der Ablagemngsraum ist im Norden durch klastische Sedimente charakterisiert, die von dem Old Red Kontinent stammten. Im S war eine Karbonat-Plattform mit Bach marinen Se- dimenten im Wechsel mit deltaisch-fluviatilen Sedimenten entwickelt. Nordlich der Franko-Aleman nischen Schwelle war der Rheinische Trog in Becken und Schwellen differenziert.

Wahrend des Devon wurden zahlreiche dunkle pelitische Schichtkomplexe sedimentiert. Sie haben in Abhangigkeit von der palaogeographischen Position im Sedimentationsgebiet entweder nur lokale oder aber auch uberregionale Bedeutung.

Die devonischen Beckensedimente streichen in Belgien (Ardennen), im Rheinischen Schiefergebirge und im Harz zutage aus:

Dunkle oder schwarze Schieferpakete innerhalb der marinen Schichtenfolge (Hangenberg Schiefer des Oberfamenne bis Toumai, Tentakulitenschiefer des Givet bis Frasne, Mantagne-Schiefer des Frasne, Wissenbacher Schiefer des Eifel) und deltaische Sedimente mit Kohlen und/oder reich an anderer organischer Substanz (Schleidener Schichten) konnen Muttergesteinscharakter haben.

Der heutige Gehalt an organischem Kohlenstoff in den o.a. Schieferkomplexen liegt im allgemeinen unter 1 % (Ausnahme ist der Hangenberg-Schiefer des hdchsten Oberdevon mit bis zu 8 % TOC, aber mit Machtigkeiten unter 1 m). Als Folge der hohen Maturitat in den meisten Profilen kann man vermuten, dass in den unreifen Sedimenten der Gehalt an organischem Kohlenstoff das Zweifache des heutigen Wertes betragen haben dtirfte.

Die Wissenbacher Schiefer des Mitteldevon stellen einen weit verbreiteten Schwarzschieferhorizont dar (Rheinisches Schiefergebirge, Harz). Sie reprasentieren die Beckenfazies des Rheinischen Troges. Die Nordgrenze des Ablagemngsraumes dieser wahrend einer Periode geringer Sedimentation unter

3 3. Prawestfale Muttergesteine... anoxischen Bedingungen abgelagerten Schichten ist unbekannt. Die Schiefer bestehen hauptsachlich aus Quarz, Serizit, Chlorit, Karbonat und Feldspat. Pyrit und organische Substanz sind akzessorische Komponenten. Schiefer aus der Umgebung von Wissenbach haben TOC-Gehalte bis zu 1,1 %. In 74 Proben aus Bohrungen (Nordberg I, Granetal III) und in Oberflachenproben (Seesen, Clausthal- Zellerfeld, Lutter, Goslar) des Harzes belauft sich der TOC-Gehalt nur auf 0,37 % ± 0,26. Deshalb kann der Wissenbacher Schiefer in Hinblick auf seine Gehalte an organischem Kohlenstoff nur als armes bis maBiges Muttergestein eingestuft werden, auch wenn man den bedeutenden Verlusten an organischer Substanz wahrend des Reifungsprozesses Rechnung tragt. Die Armut an organischer Sub stanz konnte aber durch die bedeutenden Machtigkeiten kompensiert werden, die bis zu 1000 m betragen konnen.

Die Gehalte an organischem Kohlenstoff aus 13 Kemproben givetischen Alters aus dem Rheinischen Schiefergebirge sind mit denen aus den Wissenbacher Schiefem vergleichbar. In Proben des Famenne aus der Bohrung Versmold 1 warden hingegen 2,9 % ± 0,5 TOC bestimmt. Andererseits wiesen Proben des Famenne aus der Bohrung Munsterland 1 nur 0,25 % TOC auf.

Kemproben aus dem Frasne standen aus den ostdeutschen Bohrungen Sagard 1 und Pudagla 1 zur Verfugung. Die TOC-Gehalte lagen zwischen den Werten 0,14 % und 2,01 %, in den meisten Fallen aber unter 1 %.

Das trifft auch fur die devonischen Sedimente aus Polen zu, die aus mehreren Bohrungen beiderseits der Tomquist-Tesseyre-Linie stammten.

Die Proben aus dem Rheinischen Schiefergebirge, dem Harz und dem Nordwestdeutschen Becken sind hochreif (Rmax > 5 %) und oft stark tektonisch beansprucht. So konnte bei der Rock Eval Pyroly- se nur < 10 mg Kohlenwasserstoff/g Kohlenstoff gewonnen werden. Das heutige Muttergesteinspo- tential der devonischen Sedimente in dem oben umrissenen Gebiet ist demnach als vemachlassigbar einzustufen.

Ablagemngen mit geringer Reife und hohen Gehalten an organischer Substanz finden sich im westlichen Rheinischen Schiefergebirge und in einigen Teilen seiner dstlichen Verlangerung. Bin detaillier- ter Bericht wurde von der RWTH Aachen erstellt.

Gunstiger erscheint die Situation im auBersten Nordosten Deutschlands (Sagard 1) und in Polen, also in solchen Gebieten, in denen das Devon weniger als 3,7 km tief versenkt ist, wie z. B. im Lublin- Becken. Devonische Gesteine in diesem Gebiet konnen bis zu 220 mg Kohlenwasserstoffe/g Kohlen stoff abgeben (in den meisten Fallen jedoch < 100 mg KW/g C), eine Folge der geringeren Reife der organischen Substanz.

Neben diesen Untersuchungen tiber das Muttergesteinspotential im Hinblick auf die Menge und die Reife des organischen Materials in devonischen Gesteinen bleibt zu erwahnen, dass ortlich, z.B. am Iberg im Harz oder im Sauerland im ndrdlichen Rheinischen Schiefergebirge, Vorkommen von bituminosen Substanzen (Asphalte, Impsonit) in devonischen Karbonaten auftreten konnen und damit die Genese und Migration von Kohlenwasserstoffen nachgewiesen ist. Jedoch konnten die dazugehorigen Muttergesteinshorizonte nicht identifiziert werden.

Abb.1

Palaogeographie des Dinant im nordlichen Mitteleuropa Palaeogeography of the Dinantian in Northern Central Europe zusammengestellt von / compiled by G. Kessel

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

o______so______100 km

Legende / Legend

Heutige Verbreitung des Dinant present day diStnbubon of the Dmanban

Faziesgrenzen Facies boundanes

Nordgrenzen der Flyschvertireitung northern limits of Flysch distnbution

Sudgrenze der Yordale Fazies southern limit of Yordale facies

Ntirdliche Randfazies Northern marginal facies

Karbonat-Plattform (Kohtenkalk) Carbonate platform (Carboniferous limestone)

'Kulm’-Fazies (Hungerbecken) “Culm" facies (starved basin)

Zone der Olisthostrome und Gteitdecken Zone of ohsthostroms and gravity nappes

Vanstische Uberschiebungszonen Vanscian thrust belts

Vanstische StOrungen (vermutet) Vanscian faults (inferred)

Erosionsgebiete (vermutet) areas of erosion (inferred) 3. Prawestfale Muttergesteine...

Zusammenfassend ist festzustellen: Die devonischen Schiefer, die heute im varistischen Gtirtel zu Tage ausstreichen (ihre Verbreitung unter dem Norddeutschen Becken ist unzureichend bekannt) haben in der Vergangenheit sicherlich ein Muttergesteinspotential besessen. Wahrscheinlich wurden jedoch die Lagerstatten, die zur Zeit des spaten Oberkarbons existierten, wahrend der Varistischen Orogenese und der darauf folgenden Hebungsphase zerstort. Heute haben die einst tief versenkten devonischen Gesteine in Norddeutschland als Folge der hohen Reifezustande und der insgesamt geringen Gehalte an organischer Substanz kein Potential mehr von wirtschaftlichem Interesse.

Etwas erfreulicher ist die Situation im nordostlichsten Teil Deutschlands (Rtigen) und in einigen Re- gionen Polens, in denen das Gasvolumen, das aus den Muttergesteinen durch Rock-Eval Pyrolyse generierte, das Volumen des verfugbaren Porenraumes ubersteigt, was auf ein gewisses Migrations- potential hinweist.

3.1.2 Unterkarbone (dinantische) Muttergesteine in den Varisziden und in ihrem nordlichen Vorland (Nach: Bandlowa et al. 1995, Blackmore 1993, Carson 1993, Everlien & Wehner 1994, Fitzgerald 1993, Goodhue 1993, Kessel 1993,1994 und Koch 1993,1994)

Die palaogeographische Entwicklung im Unterkarbon (Dinant) (Abb. 1) wurde durch einen Arm der Palaotethys bestimmt, der von Mand bis nach Polen reichte. Das Ablagerungsgebiet wurde im Norden von dem Nordkontinent begrenzt, im Siiden vom Normannischen Hoch, der Mitteldeutschen Kristal- linschwelle und dem Sudetischen Hoch. Im Verlauf des Dinants wanderte die variszische Deformati- onsfront nordwarts und reduzierte so das Gebiet mariner Sedimentation.

3.1.2.1 Die lithofazielle Entwicklung

Im mitteleuropaischen Unterkarbon lassen sich fiinf Hauptfaziesbereiche unterscheiden, deren Ab- grenzung unter dem zentralen norddeutschen Becken aber nicht eindeutig ist: •

• Die Nordfazies litorale und terrestro-fluviatile Ablagerungen am sudlichen Saum des alien Old Red-Kontinents in der mittleren Nordsee von UK, den Niederlanden, eventuell von Deutschland, Polen (NW- Pommem). • Die Karbonat-Plattform im Norden, NW und W (Dinant-Becken, Namur-Becken, Campine, Sudostengland, Mittelengland, Nordsee, Norddeutschland, NW-Pommem). • Die Grabenfazies in den in die Plattform eingesenkten Halbgraben (Sudschottland, Mittelengland, Zentralirland, Hiddensee?). • Die Hunger-Beckenfazies ("Kulm-Fazies") im Rheinischen Schiefergebirge, im Harz, in Sudengland (Devonshire, Cornwall) und Sudirland (Munster-Becken). • Die Flysch- und Olistostrom-Fazies im sudlichen Rheinischen Trog.

5 3. Prawestfale Muttergesteine...

Die nordliche Randfazies (UK: Fame group, NL: Fame Group=Elleboog Fm., D: unbekannt, NW-Pommem: Gozd Mbr., Drze- wiany Fm.)

Die nordliche Randfazies beschrankt sich in ihrer Verbreitung auf die Firste und den sudlichen Abfall des Mid North Sea High und moglicherweise auch noch auf den Siidhang des Ringkobing-Funen- Hochs sowie auf NW-Pommem. Referenzbohmngen sind UK 38/16-1, 39/7-1, 42/10a-l, 43/2-1, 44/2- 1 und NL E/2-1. Weitere Bohmngen in der mittleren Nordsee, die Dinant angetroffen haben, iiber deren fazielle Ausbildung uns aber nichts bekannt ist, sind UK-44/7-1, UK-38/16-1, UK-38/18-1, UK- 38/22-1, D-A/9-1, D-B/10-1, D-B/ll-2, DK-Diamant 1, DK-P-1, DK-Gert 1, 2 u. 3.

In der sudlichen englischen Nordsee und in SE-Schottland und NE-England lassen sich folgende Ein- heiten (vom Hangenden zum Liegenden) unterscheiden

• Yoredale Fm. (unterer Teil) • Scremerston Fm. • Fell Sandstone Fm. • Cementstone Fm.

Die Cementstone Fm. (NL: Cementstone Mbr.) besteht aus feinkomigen hellen, plattigen Sandsteinen und Tonsteinen mit zwischengeschalteten dunnbankigen mikrokristallinen Dolomiten und dolomiti- schen Kalken. Zyklizitat ist zu beobachten. Die Machtigkeit betragt 180 bis 390 m. Die Schichten wurden in einem trockenfallenden hypersalinaren See auf einer Kustenebene abgelagert. Die Sandstei- ne reprasentieren die Fullung fluviatiler Channels, die lobenformigen Deltas zuzurechnen sind und die sich in sudwestlicher Richtung entlang des Northumberland-Troges vorbauten. Das Alter wird mit Courceyan bis frtihes Chadian angegeben.

Die Fell Sandstone Fm. (NL: ca. unterer Teil des Middle clastic Mbr. der Elleboog Fm.) besteht aus massigen hellen, mittel- bis grobkomigen, kreuzgeschichteten Sandsteinen mit eingelagerten dtinnen, dunklen, pyrit- und TOC-reichen Tonsteinen. Die Machtigkeit betragt zwischen 230 und 380 m. Die Sandsteine wurden in alluvialem Milieu maandrierender bzw. verflochtener (braided) Fltisse abgela gert, die ein im SW des westlichen Northumberland-Troges liegendes Delta nahrten. Das Alter wird mit Chadian bis Holkerian oder friihes Asbian angegeben.

Die Scremerston Fm. (NL: ca. oberer Teil des Middle clastic Mbr. der Elleboog Fm.) besteht aus einer Wechsellagemng von Sandsteinen, Siltsteinen, Tonsteinen und Kohlefldzen (bis 1,5 m machtig, 5% der Gesamtmachtigkeit). Die Machtigkeiten liegen zwischen 100 und 300 m (auch in SE-Schottland und NE-England). Die Schichten wurden in einer Delta-Ebene und dahinter gelegenen Sumpfen ab gelagert, die machtigeren Sandpakete in Delta-Rinnen, die in Kustenseen und brackische Buchten mundeten, wo die Tonsteine abgelagert wurden. Das Alter wird mit Asbian, moglicherweise bis Bri- gantian angegeben.

Die Yoredale Fm. (NL: Yoredale Mbr.), die bis in das tiefe Namur hinaufreicht, wird durch eine zyklische Wechsellagemng von marinen und deltaischen Ablagemngen charakterisiert. Derartige Zyklen beginnen mit marinen, biomikritischen, wahrscheinlich leicht hypersalinaren Kalken, dariiber folgen Sandsteine, Siltsteine und Tonsteine deltaischen Urspmngs sowie gelegentlich Wurzelboden und

6 3. Prawestfale Muttergesteine...

Kohlefloze. Die Zyklenmachtigkeiten betragen 15-90 m. Die bekannten Gesamtmachtigkeiten liegen zwischen 420 und > 704 m, in Ostengland bis 1219 m. Genetisch wird die Yoredale Fm. als Sediment lobenformiger Deltas gedeutet, die sich zyklisch auf einem Karbonatschelf im S vorbauten. Die Steue- rung der Zyklizitat soil tektonisch sein. Das Alter der Yoredale Fm. umfasst das hohere Asbian, das Brigantian und das Namur bis zum Top des Amsbergian.

In NW-Pommem treten in einem schmalen Streifen um Kolobrzeg und Koszalin im tieferen Toumai (z. B. Gozd Mr.), vor allem aber im hohen Toumai und tiefen Vise (Drzewiany Fm.), z.T. diskordant auflagemd, belle reine Quarzsandsteine auf, denen neben Tonsteinen Tuffite und Anhydrite zwischengeschaltet sind. Die Sedimente werden als kustennahe, z. T. lagunare oder litorale Ablagemngen interpretiert. Das Verbreitungsgebiet dieser litoralen Schichten wird im N von der Spur der silurischen Kaledonidenfront - der TT-Linie begrenzt - die offenbar im Unterkarbon noch posthum die alte, kaledonisch wirksame SW-Grenze der Osteuropaischen Tafel nachzeichnete.

Die Fazies der Karbonat-Plattform (= Kohlenkalk = Carboniferous Limestone Group = Zeeland Fm.)

Dieser Faziesbereich erstreckt sich von Zentralirland tiber Slid- und Mittelengland, die Niederlande, Belgien (Dinant- und Namur-Becken, Campine-Becken), die siidliche britische (z. B. 53/12-2), die niederlandische (z. B. S02-02, S05-01, Geverik 1) und die deutsche Nordsee, in das Emsland, nach Schleswig-Holstein bis nach Falster (Orslev 1), nach Rugen und Vorpommem sowie weiter nach NW- Pommem. Am besten untersucht sind die Plattformkarbonate des Dinant in den Tagesaufschlussen der Ardennen, in Irland und England sowie entlang des NE-Randes des Brabanter Massivs in Belgien und in den sudlichen Niederlanden. Im siidlichen Norddeutschland sind die Plattform-Karbonate aufier aus Tagesaufschlussen im Aachener Raum und im NW des ostlichen rheinischen Schiefergebirges nur aus wenigen Bohmngen (Schwerin Zl, Wachtendonk 1, Isselburg 3 u. a.; s.a. Abb .2) bekannt.

In Vorpommem ist die Fazies des Vise anders als auf Rugen entwickelt: 200 m Kalke, Mergel und brekziierte Kalke werden von 800 m Pyroklastica uberlagert, denen eine 400 m machtige Serie folgt, die Anklange an die "Kulm"-Fazies im S aufweist (siltige Tonsteine und kalkige feinkomige Sandstei- ne).

In NW-Pommem (Koszalin-Chojnice-Zone) betragt die Gesamtmachtigkeit der dickbankigen, meist oolithisch-onkolithischen Kalke, die nur geringmachtige Einschaltungen von Tonsteinen, Tuffiten und gelegentlich Anhydriten aufweisen, ca. 400 m (Chmielno Fm. in den Bohmngen Czaplinek IG 1 und Moracz IG 1), anderswo > 1000 m). Auf Randnahe weisen ortliche Einschaltungen von Arkosen und Sandsteinen bin.

Am Sudrand des Ringkobing-Funen-Hochs wurden in der Bohrung Orslev 1 auf Falster die Plattform- Karbonate des Unter- und Mittelvise mit > 523 m angetroffen. Eingeschaltete Pelite, Sande und pflan- zenfuhrende Horizonte weisen auf Randnahe bin. In der Bohrung Schleswig Zl wurde das Dinant in karbonatischer Fazies in einer Gesamtmachtigkeit von 729 m durchortert.

In der nordlichen niederlandischen Nordsee ist ein abmpter fazieller Ubergang zwischen der Yoredale- Faziesentwicklung im N entlang des Sudrandes des Mid North Sea High und dem sudlich davon gelegenen Plattform-Gebiet vom Elbow Spit High und vom Dutch Cleaver Bank High beschrieben wor

7 3. Prawestfale Muttergesteine... den. Das Elbow Spit High wird als nordostlicher Rand eines wahrend des Dinant aktiven Riftsystems interpretiert.

In Mittelengland, nordlich des London-Brabanter Hochs und des St. Georgs Land, ist die Plattform durch zahlreiche Graben, Becken und Halbgraben stark differenziert. Die Plattformkarbonate finden sich nur auf den zwischen diesen Senkungsraumen liegenden Horst- und Hochgebieten. Die regionalen Machtigkeitsunterschiede sind betrachtlich (50-80 m am unmittelbaren Rand der Hochgebiete bei Birmingham, um 1000 m bei Nottingham und zwischen 300 und 450 m SW Newcastle upon Tyne).

In der nordostlichen Umrandung des Brabanter Massivs in niederlandischen Gewassem (S02-02) werden Machtigkeiten des Kohlenkalkes von > 900 m erreicht, weiter im NW in britischen Gewassem vermutet man aus seismischen und Bohrbefunden eine Machtigkeit dieser Kalke von > 1000 m (53/12- 2). Es handelt sich um dolomitische Kalke sowie oolithische Kalke mit reichen Faunen, die in einem offenen, marinen bis sublagunaren Milieu abgelagert wurden. Ahnliche Machtigkeiten bei gleicher Fazies finden sich auch im belgischen Campine-Becken. Interne Hiati und Aufarbeitungen weisen darauf hin, dass das Brabanter Massiv im Dinant ein Hochgebiet, wahrscheinlich eine Insel darstellte. Unsicher ist, wieweit diese Kohlenkalk-Plattform nach NE unter das anglo-niederlandischen Becken reichte. Manche Autoren vermuten, dass im Bereich der heutigen Dowsing Stomngszone und ihrer Verlangerung gegen SE, der South Hewett Stomngszone, eine synsedimentare Stoning die Karbonat- plattform gegen NE begrenzte und sich im Zentmm des Anglo-Niederlandischen Beckens vorwiegend siliziklastische Becken- und Prodeltasedimente ablagerten. Moglicherweise war aber dieser Raum, wie Mittelengland, in zahlreiche Horste mit Kohlenkalk-Sedimentation und tiefe Graben, Halbgraben und lokale Becken mit machtigen klastischen Sedimenten gegliedert.

In klassischer Ausbildung findet sich die Plattformentwicklung sudlich des St. George Land, der westlichen Fortsetzung des London-Brabant Hochs (Bristol District, Sudwales, Bristol Channel). Dort liegen die Machtigkeiten fiber 1000 m, max. 1500 m.

In der sudlichen und dstlichen Umrandung des Brabanter Massivs, in Ost-Kent, im Namur- und Di- nant-Becken, in der Vise-Put-Antiklinale sudlich Maastricht und im Aachener Raum ist die Plattform- karbonatfazies des Kohlenkalkes in klassischer Form entwickelt. Unter dem Kent-Kohlenbecken wur den 300 m Kohlenkalk erbohrt, unter der StraBe von Dover konnen es nach Seismik 900 m sein.

Die Entwicklung ist am besten im Namur- und Dinant-Becken sudlich des Brabanter Massivs untersucht. Die Machtigkeiten sind sehr unterschiedlich (128 m in der dstlichen Namur-Mulde, > 600 m in Teilen der Dinant-Mulde). Im Spezialtrog von Hennuye westlich der Namur-Schwelle kam es im tieferen Vise zur Ablagemng machtiger Evaporite, uberwiegend Anhydrite, die in der Bohmng Saint Ghislain untersucht wurden und zu gewaltigen Rutschungen fiber mehrere lOer Kilometer.

Die Beckenfazies innerhalb der Karbonat-Plattform

Diese Fazies ist nur aus GroBbritannien und moglicherweise von Hiddensee bekannt geworden.

In Mittel- und Nordengland, Sfidschottland und in Irland hatten sich in die Karbonatplattform ver- schiedentlich Becken, Graben und Halbgraben eingetieft, in denen z. T. sehr grofie Sedimentmachtig-

8 3. Prawestfale Muttergesteine... keiten abgelagert wurden. Je nach Lage zum nordlichen, in Schottland liegenden Festland, sind diese Sedimente in unterschiedlicher Fazies entwickelt: • limnisch-fluviatile Sedimente im Norden, im Midland Valley of Scottland, • flachmarin-deltaische Fazies der Yordale Formation weiter im S, z. B. im Northumberland Basin, Stainmore, Cleveland and Leeds Basin, • Prodelta- und marine Beckenfazies in den noch weiter sudlich liegenden Becken.

Im Irisch-Britischen Raum sind onshore und offshore folgende Becken bekannt: Clare Basin, Dublin Basin, Lough Allen Basin, Midland Valley of Scotland Graben, Tweed Basin, Solway Basin, Vale of Eden basin, Northumberland Basin, Stainmore Basin, Lancaster Fells Basin, Leeds Basin, Cleveland Basin, Bowland-Craven Basin, Gainsborough Trough, Widness Basin, Goyt Trough, Edale Gulf und Widmerpool Basin. Auch im Seegebiet zwischen Mittelengland und den Niederlanden, dem Anglo- Niederlandischen Becken, werden uberwiegend Prodelta- und Beckensedimente in hoher Machtigkeit vermutet. Die Machtigkeiten dieser uberwiegend klastischen Dinant-Sedimente in den Becken ist betrachtlich: > 2700 m im Midland Valley of Scottland, 6000 m im Northumberland Basin, > 3000 m im Gainsborough Trough und > 2200 m im Widmerpool Basin.

Auf Hiddensee (Rtigen 2/67) wurden > 1014 m Ton-, Silt-, Tonmergel- Feinsand- und Kalkmergel- steine des Vise und 209 m Ton- und Tonmergelsteine des Toumai durchbohrt. Ahnliche Faziesausbil- dung trafen auch die Bohmngen Hiddensee 3/67, Hiddensee 4/68 und 5/68 an, durchteuften allerdings das Dinantium nicht. Die tonig-mergelige Ausbildung wird als Beckenfazies vergleichbar der in den mittelenglischen Becken angesehen.

Beim derzeitigen Kenntnisstand bleibt offen, ob in dem deutschen Nordsee-Sektor und unter dem nordlichen Norddeutschland ebenfalls die Fazies des dinantischen Kohlenkalkes abgelagert wurde oder ob in dieser Plattform wie in Mittel- und Nordengland Graben und Troge mit uberwiegend silizi- klastischer Fullung zu vermuteten sind.

Die Hungerfazies des "Kuhn" im Rhenoherzynischen Trog

Ostlich des Rheins und sudlich einer Linie, die von Oldenburg und Bremen, Liineburg, Boizenburg bis nach Stettin verlaufen dtirfte, bestand im Dinant - ndrdlich vorgelagert der Mitteldeutschen Kristal- linschwelle - ein Hungerbecken mit stark kondensierter Sedimentation und Ablagerungen (s.a. Abb. 2), die reich an organischen Kohlenstoff sind. Im Westen ist die Verzahnung mit den Karbonaten der Kohlenkalkplattform im Velberter Sattel und in der Herzkamper Mulde aufgeschlossen. Die Mit- teldevonisch-Frasnischen Riffkomplexe im Schiefergebirge (Brilon etc.) und im Harz (Iberg, Elbinge- rode) wurden von der Kulm-Sedimentation nur luckenhaft oder auch gar nicht uberdeckt und verkarsteten. Im Harz erfolgte die Uberdeckung erst durch die Flyschschuttungen im cd HI.

Von SE und S wurde in dieses Hungerbecken von der aufsteigenden Mitteldeutschen Kristallin- schwelle her klastisches Material eingetragen und als turbiditische Sedimente abgelagert (Flysch, Kulm-Grauwacken). Die Flyschsedimente erreichten im cd I+II den Horre-Zug, den sudostlichen Kellerwald und die Sieber-Mulde. Im cd IH a wurde die Dill-Mulde, der mittlere Kellerwald und die Sosemulde erreicht. Im cd HI (3 wurde die Wittgensteiner Mulde und fast die gesamte Clausthaler Zo ne in die Flysch-Sedimenation einbezogen und im cd HI y erreichten die Flysch-Turbidite den Ostsau- erlander Hauptsattel und Gebiete westlich des Harzes.

9 3. Prawestfale Muttergesteine...

Das dinantische Stillwasserbecken setzt sich nach Westen und auch nach Osten fort. In Belgien und Nordfrankreich sind die Sedimente in der Folge der spatvaristischen Hebung stidlich des Dinant- Beckens flachenhaft erodiert. Das Becken muss sich sudlich des Waulsort-Riffgiirtels befunden haben. In Stidengland (Devonshire und Cornwall) und in Irland (Munster-Basin) tritt die gleiche lithofazielle Ausbildung des Dinant wie im Rheinischen Schiefergebirge auf. In Polen zieht sich die Achse des Hungerbeckens von sudlich Stettin tiber Posen bis westlich vor das Oberschlesische Kohlenbecken.

Der Faziesbereich der Olistostrome und Gleitdecken

Nordwestlich vor dem Rand der nordlichen Phyllit-Zone (Wippra-Zone, Stidlicher Hunsriick-Taunus) und sudostlich des Bereiches der dinantischen Stillwasserfazies erstreckt sich im Harz und im Schie fergebirge eine Zone, in der neben alteren dinantischen Grauwacken (Tanner Grauwacke) Olistostro me auftreten, die neben mittel- und oberdevonischen Kalk-Olistolithen auch silurische und ordovizische Komponenten enthalten konnen (Harzgeroder Olistostrom, Olistostrome in der Blankenburger Zone). Die sudostlichsten Teile der Harzgeroder Zone zeigen bereits merkliche Anzeichen einer Me tamorphose.

In der gleichen sudlichsten Rhenoherzynischen Zone finden sich eine Reihe von Decken, die ebenfalls von SE her herantransportiert wurden. Sie bestehen vorwiegend aus Grauwacken oberdevonischen bis dinantischen? Alters (GieBener Grauwacken, Grauwacken des Unterwerra-Grauwackengebirges, Stid- harz- und Selke-Grauwacken), deren urspriinglicher Ablagemngsraum am Sudrand des Rhenoherzyni schen Ozeans zu suchen ist. Das Alter der Platznahme dieser Decken ist nicht bekannt, konnte aber schon im hochsten Dinant oder im Namur erfolgt sein.

Diese Zone der Olistostrome und Gleitdecken laBt sich tiber die NeiBe nach E und SE in den stidlich- sten Wielkopolska Extemiden und den westlichsten Moravo-Silesischen Extemiden zwischen Zielona Gora, Wroclaw und Opole verfolgen. In Stidengland und Stidirland ist sie jedoch nicht bekannt.

3.1.2.2 Das Muttergesteinspotential unter regionalen Aspekten (vergl. Tab. 1)

Die folgenden Ausftihrungen beleuchten das Muttergesteinspotential diantischer Sedimente unter re gionalen Aspekten. Das Muttergesteinspotential ist nur ftir solche Schichtfolgen analysiert worden, deren Machtigkeit 10 m tiberschreitet.

Irland

In Irland lassen sich drei Hauptfaziesbereiche unterscheiden: • randliche, gemischte Karbonat-Klastika-Abfolgen im Nordwesten, • der Karbonatschelf mit den groBen Intraplattform-Becken (Dublin-Becken), • der Rhenoherzynische Faziesbereich = „Kulm“-Fazies (South Munster-Becken).

Das Lough AIlen-Becken im Nordwesten enthalt Tonsteine mit Muttergesteinspotential nur im Hohe- ren Dinant (Goniatiten-ftihrende Tonsteine wechsellagemd mit Flachwasserkarbonaten und Evapori-

10 3. Prawestfale Muttergesteine... ten; schwach bis maBig reif). Im Dublin-Becken zeigen viele Proben aus den machtigen basalen Ton- steinen und Kalken des Vise eine maBige Reife und ein gates Muttergesteinspotential. Im South Mun- ster-Becken sind die oberdinantischen Schwarzschiefer sehr reich an organischem Material, aber tiberreif.

Die irischen Muttergesteine des Dinant weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, die von ihrer geo- graphischen und stratigraphischen Position abhangig sind:

• Schwarzschiefer aus dem Clare-Becken und dem South Munster-Becken in Stidwest Irland sind tiberreif (Rmax 5-8 %). Deshalb geht ihr Gaspotential trotz ihrer hohen TOC-Gehalte (bis 8.54 %) weitgehend gegen null.

• Im Dublin-Becken, nur 150 km weiter ostlich, befindet sich annahemd die gesamte dinantische Schichtenfolge noch innerhalb des Olfensters. Nach Rock-Eval-5-Messungen liegen die Vitrinit- Reflexionswerte zwischen 0,8 und 1,2 %. Das Kohlenwasserstoffpotential 1st vergleichsweise hoch (TOC bis 7 %; HI zwischen 50 und 100).

• Proben von unterkarbonischen Tonsteinen aus den Lough Allen-Becken in Nordirland zeigen niedrige (0,82 %) bis hohe (>2.58 %) Reifewerte. Die wenig reifen Tonsteine zeigen ein geringes Koh lenwasserstoffpotential (HI = 30) im Vergleich zu Proben aus dem Dublin-Becken. Dies ist mit der dort auftretenden terrestrischen Fazies zu erklaren

GroBbritannien

In Schottland (Midland Valley, Oil Shale Group) treten in verschiedenen Horizonten des Unterkarbons graue und schwarze Tonsteine, Olschiefer, Kohlefloze und kohlige Tonstein (lakustrin-fluviatil, teilweise marin mit eingeschalteten Kohleflozen) auf. Das Northumberland-Becken enthalt fluvio- lakustrine bis deltaische Sedimente mit Kohleflozen (Scremerston Coal Group, Toumai bis Briganti- um, TOC-Gehalte von 1,08 - 3,80 %). Bitumenreiche Kalke (Brigantium) bilden den Top des Dinant.

Die Intraplattform-Becken weiter im Stiden enthalten im wesentlichen marine Prodelta- bis Beckense- dimente (z. B. das Bowland-Craven-Becken) . Die distalen (oil-prone) Prodelta-Tonsteine wurden vor dem sich gegen Stiden vorbauenden Deltasystem (Bowland-Craven-Becken) und andere Becken nordlich des Wales Brabant Hochs: (Worston Shale Group, Bowland Shales, Widmerpool Shales, Edale Shales) abgelagert. Die untersuchten Schwarzschiefer waren maBig reif bis tiberreif und besitzen TOC-Gehalte bis zu 3 %. Das Muttergesteinspotential auf der Plattform bzw. in den Schelfgebieten beschrankt sich auf die "Yoredale Fazies", zyklische fluvio-deltaische marine Ablagerungen mit Koh leflozen jung-Asbischen und Brigantischen Alters (im Alston Block bis zum Kinderscoutium, Namur B).

In den British Midlands (Central Province, Craven- und Pennine-Becken) zeigt das Vise unreife bis hochreife Reifestadien. Die Schichtenfolge liegt innerhalb des ftir KW-Genese optimalen Reifezu- stands. Die Reife entspricht dem im Lough Allen-Becken Mands. Der Typ des organischen Materials ist jedoch vergleichbar mit dem aus Proben des Dublin-Beckens (Kerogen Typ II).

11 3. Prawestfale Muttergesteine...

Die Olschiefer, die im Midland Valley of Scotland geprobt warden, sind unreif bis gering reif und liegen damit am Beginn des Olfensters. Die Wasserstoff-Indizes (HI) konnen Werte bis 650 erreichen. Das sind die hochsten Werte, die in dem gesamten Becken zwischen Irland und Polen gemessen war den. Die organische Substanz der Olschiefer besteht aus Kerogen Typ I. Die kohlenftihrenden Schwarzschiefer und Olschiefer erreichen TOC-Gehalte von 50 %, und die dunklen Schiefer dagegen meist weniger als 1,5 % TOC.

Nordsee

Nordlich des Mid North Sea High sind uberwiegend Sedimente in aluvialer und deltaisch-klastischer Fazies entwickelt. An den Randem des Mid North Sea High ahnelt die Abfolge sehr der in Northum- berland-Becken. Zwischen dem Mid North Sea High und dem Brabanter Massiv ist das Dinant und seine Fazies weitgehend unbekannt. Man kann vermuten, dass hier eine Schichtenfolge entwickelt ist, die sich mit der im Bowland-Craven-Becken vergleichen laBt weil die Bowland Shale Formation des hohen Dinants erkannt wurde. Plattformkarbonate finden sich am ndrdlichen Rand des Wales-Brabant- Hochs.

Vier potentielle Muttergesteinshorizonte dinantischen Alters treten vermutlich im sudlichen Nord- seeraum auf:

• Die Oil Shale Group des Vise im Midland Valley. Sie durfte sich in den Firth of Forth und weiter nach Osten erstrecken. • Die Scremerston Formation (eine Wechsellagerung von Sandsteinen, Siltsteinen und Tonsteinen mit zwischengeschalteten Kohleflozen asbisch-brigantischen Alters). • Die Bowland Shales des hohes Asbian bis Pendleian. Sie sind die lateralen Aquivalente der Bow- land, Widmore Pool und Edale Shales der englischen Midland mit vergleichbarer Reife. • Die fluviatil-deltaische kohlefuhrende flachmarine "Yoredale Fazies" (hohes Asbian-Brigantian- Namur A). • Im Sole Pit Gebiet sind die Kohlen des Vise und Namur gashoffig.

Belgian und Niederlande

Sudlich des Brabanter Massivs ist ein Karbonatschelf entwickelt, der wahrend der varistischen Defor mation auf das Vorland uberschoben wurde. Nordlich des Massivs sind Gesteine dinantischen Alters im Untergrund nur schlecht untersucht; einzelne Einschaltungen von Schwarzschiefem mit hoher Rei fe treten in der sonst vorwiegend karbonatische Abfolge auf.

Nordlich und nordostlich des Brabanter Massivs wurden hohe Inkohlungswerte in der Tonschiefer- bituminosen Kalkstein-Folge festgestellt.

12 Isselburg 3 MQnsterland 1 Versmold 1 GR-Log GR-Log GR-Log

Hangendo Alaunschlsfer Namur A --- o Kulm-Alounschiefer • . • • . Posldonlonschlotor ~~r t + Plnttonkolk t t t " Klosollgo Oborgangs-Sch. " + Kulm x " Klosolkolkhorlzont " + cull pvt vi»6k»ik " Lydlthorlzont " — Llogende AlaunacmcTer + HanoenBcronafc Strunium Oberdevon

Evleux

—aoo-

Monfort

— 300" —-

+ zusammonhfingondo Kalkstoino

kalklgo Bfinko, Rasorn, odor Im Sandstoin kalklgos Blndomlttol Mltteldevon Kalkknoton Esneux t zusammonhfingondo Dolomite

dolomitischo Bfinko, Rasorn, odor im Sandstoin dolomitischo Blndomlttol

Sandstoin

Cholloceros-Kolk TWIIagen (Quarzkoratophyrtulfo) %% g’ Famenne-Schlefer Gonlatlion ~E^ Frosne-? Ostracodon Bowolskrfiftlgo Fossilion In Kornon Conodonton 5 Glvet-Kalk

Abblldung 2 Fazlesausblldung und Log-Response des Oberdevon und Dlnant In den Bohrungen Isselburg 3, Munsterland 1 und Versmold 1, nach WOLBURG ( 1966, unveroff. ) Facies and Log-response of the Upper Devonian and Dlnantlan In the boreholes Isselburg 3, Munsterland 1 and Versmold 1, from WOLBURG ( 1966, unpublished ) 3. Prawestfale Muttergesteine...

Deutschland

Abfolgen dinantischen Alters treten im Rheinischen Schiefergebirge, im Harz und auf der Flechtin- gen-RoBlauer Scholle an der Erdoberflache auf. Sie bestehen aus schwarzen Beckentonsteinen, Kie- selschiefer und Flyschsedimenten. Ein groBerTell dieser Abfolge zeigt hohe Gehalte an organischem Kohlenstoff, jedoch sind die Reifewerte sehr hoch (Rmax 3-7 %). Aus vereinzelten Bohrbefunden laBt sich rekonstruieren, dass das Rhenoherzynische Becken sich sowohl nach Norden wie nach Osten weit tiber die aufgeschlossenen Gebiete hinaus ausdehnt. Die Karbonatplattform Belgiens und der Niederlande, die das Wales-Brabant-Hoch umrahmt, setzt sich bis in die Aachener Region fort. Infor- mationen tiber den tiefen Untergrund in Norddeutschland beschranken sich auf wenige Tiefbohrungen, die sowohl die Karbonat- wie auch die Schwarzschieferfazies angetroffen haben (Abb. 2). Das laBt den Schluss zu, dass Intraplattformbecken existieren konnten.

Fast die gesamte Abfolge der dinantischen Stillwassersedimente des Rhenoherzynischen Beckens (= "Kulm-Fazies") zeigt Muttergesteinscharakter. Als Folge der varistischen Deformation wurde die Muttergesteinsqualitat im Stiden durch die klastischen Einschtittungen von der mitteldeutschen Kri- stallinschwelle und durch hohe Reifegrade verringert. Die Karbonatplattform im Norden und die moglichen Intraplattformbecken dtirften Tonsteine mit Muttergesteinscharakter enthalten.

Am Nordrand des Rhenoherzynischen Beckens, im Gebiet von Rtigen und in der deutschen Nordsee, ist das Toumai maBig reif und zeigt ein gutes Gaspotential. Das Vise ist unreif bis gering reif (Olfen- ster), und das Muttergesteinspotential ist hoch. Einige Horizonte des Vise zeigen hohe Reifewerte, die aber durch vulkanische Aktivitaten verursacht wurden. Im tiefen Vise erfolgt ortlich ein Ubergang vom marinen zum terrestrischem Kerogentyp. Die TOC-Verteilung ist ziemlich einheitlich, hbhere Werte treten insbesondere im unteren Mittelvise auf. Hier erreichen die TOC-Werte 7 % in tonigen und 3% in kalkigen Gesteinen und die Hl-Werte steigen bis tiber 300.

Aus dem Doberlug-Becken in Ostdeutschland wurden tiberreife Kohlen des Vise beprobt.

Im Zentralbereich des Rhenoherzynischen Beckens konnten Gesteinsproben des Dinant aus Tiefboh rungen gewonnen werden, die das Namur durchteuften. Im ostlicheren Teil des Beckens besitzt das Dinant ein betrachtliches Gaspotential (z. B. in der Bohrung Oranienburg) im restlichen Teil der Zen- tralregion scheint es tiberreif zu sein.

In den varistischen Ketten wurden Schwarzschiefer und Kohlen des Dinant in Aufschltissen und Flachbohrungen geprobt. Im Sauerland und im Rheinischen Schiefergebirge ist das Dinant tiberreif und ohne nennenswertes Gaspotential. Die hochsten TOC-Werte von tiber 10 % wurden in den „Lie- genden Alaunschiefem" festgestellt. Proben aus dem Harz zeigen hohe Reifen, doch ist noch immer ein gewisses Gaspotential enthalten geblieben (HI zwischen 10 - 20).

Polen

Die Faziesgtirtel, die in Deutschland erkannt wurden, setzen sich in Polen fort. Das Rhenoherzynische Becken endet hier und sein ostliches Ende verlauft in Nord-Stid Richtung. In Pommem sind die Schelfsedimente reich an Klastika (mittlere bis hohe Reife, TOC-Gehalte um 1 %). Die von Stid nach Nord im Rhenoherzynischen Becken vorstoBende Flysch-Sedimentation verringert die Machtigkeit

13 Prawestfale Muttergesteine ... (with Muttergcstein) (mil Gliederung nationale Holkerian Brigantian Haslarian Arundian Chadian Ivorian Asbian Inter

Angabcn

descriptions Typl/ca.

- tiber Typ l-II, " (lakustrin) Oil 7% (Becken- Bowland Tabcllc

GB/NL, Group Untere fazies) Shales TOC

siidliche ofkerogen Shale

TOC Kerogentyp

50% ca.

-r

zentrale 1:

- m. Nordsee ' UntereYorcdale (deltaisch),;Typ

Potentielle (flach-marint*/ Typ Scremeraton Coal W%T0C

deltaisch) 1-3,8% type Fazios

III, und

Group, und

0,89- and

TOC

TOC-Gchaltc;

TOC-contents; Muttergesteine - Niederlandc, Nordsee, siidliche onshore

hellgrau

light

dcs Typ Campine Sch. Typ (Marbrc

grey = Dinantiums

II, bitumiiiBscr

Kohlenkalk Karbonatc) (Plattform-

Belgien marin l-II,

Pont 6,2-11 TOC

noir 0,3-1,5%

d Becken marine ’ Arcolc

% abgclagertc

etc.) TOC

organic

Zcntraleuropa Typ Typ organisches Typ dunkle Tutbiditc, Typ Typ Kulm-Kicselkalke Deutschland, Schicfergcb., distalcr

Kieselschicfer 0,5-12% Alaunschiefer Rheinisch. I, III,

Tonschicfcr Obcrgangs- I-II, organischc

I-II, schichtcn Kicscligc <0,5-12% Typ 11, Untere

Schiefer Kulm- Kulm- Harz ca. TOC TOC TOC TOC

substances, ca.

<0,5-12 <0,5-12%

I-II, Flysch, disperses <0,5->2% 0,5-5%

Material TOC TOC

und

Substanz, /

Potential Grzybowo dark Typ W Mbr., Trzcbicchowo

II, 1.2% Tonsteine

Pommern grey Typ Polcn

Tonsteine 1.65% dunkclgrau

Shale TOC

II, Dinantian

TOC

Mbr. terrestrial

Dunkle Heilig-Kreuz- source

tcrrcstrischc Alaunschiefer Kieselschiefcr Zareby Lcchowck Tonsteine Gebirgc organic Typ Typ Polen Fm.

Tonsteine

l-II l-II

rocks Fin.,

matter,

organische in

central Dunkle

SW Malopolska white Kieselschiefcr Kulm Typ Polen

Krakau

Tonsteine Europe

I Fazies Substanz,

= +11

source

wciB disperses Dunkle Wiclkopolska

distalcr rock) <3,5% Tutbiditc,

Material Typ = Polen

organisches Tonsteine kein

Flysch III, TOC

3. Prawestfale Muttergesteine...

und Qualitat der Muttergesteine. Distale Flyschablagerungen im Becken mussen aufgrund der groBen Machtigkeit und ihres TOC-Gehaltes von bis zu 1 % ebenfalls als Muttergesteine angesehen werden.

Das Lublin-Becken, wahrscheinlich ein pull-apart-Becken, weist eine Fazies-Entwicklung auf, die sich mit der "Yoredale Fazies" in England vergleichen laGt. Im Lublin-Becken enthalten diese jungdinanti- schen Abfolgen zahlreiche Einschaltungen von bituminosen Kohlen und Tonsteinen.

Die Entwicklung des Unterkarbons ist in den verschiedenen Gebieten unterschiedlich und unterscheidet sich auch von der in der Rtigen Region. In Pommem besteht zwischen Devon und Toumai keine Schichtliicke, die dagegen im Lublin-Trog nachgewiesen ist. Die Lithologie der Gesteine ist sehr un terschiedlich - Tonschiefer, Mergel, Kalke (z. T. oolitisch), tuffitfiihrende Sandsteine (als Anzeichen naher vulkanische Zentren) wurden nachgewiesen.

Im Verlauf des Vise fuhrten regressive Tendenzen fuhrten zu einer weiteren Einengung des Beckens. Als Folge spatkarboner Hebung und Brachtektonik sind heute nur noch Relikte dieser Schichtenfolge in Senkungszonen am Rande der Osteuropaischen Plattform enthalten. Genauere Angaben tiber Machtigkeit, Fazies und laterale Verbreitung standen uns nicht zur Verfugung. Auf der Basis dieses sehr begrenzten Datenmaterials stammen die vielversprechendsten Muttergesteine aus dem Lublin- Becken. Sie sind oilprone und von wirtschaftlicher Bedeutung, falls sich die Olschiefer von Maciejo- wiece als ausgedehntere Vorkommen erweisen sollten. Auch das Gebiet um die Bohrungen Wilcze konnte giinstige Bedingungen im Bezug auf das Vorhandensein von Muttergesteinen aufweisen.

Es muss betont werden, dass die geringe Zahl untersuchter Proben keine generelle Charakterisierung des Muttergesteinspotential von Dinant und Namur erlauben, dariiber hinaus sind Proben aus dem oberschlesischen Kohlenbecken und der Karpathischen Randdepression in dieser Betrachtung nicht eingezogen worden.

3.1.3 Die Muttergesteine des Namur in den Varisziden und ihrem nordlichen Vorland (Nach: Bandlowa et al. 1995, Everlien & WEHNER 1993, KESSEL1993, 1994, KOCH 1993, 1994)

Das Ablagerungsgebiet des Namur wurde im Stiden durch den Nordrand des varistischen Orogens, im Osten durch das Ostschlesische Hoch und das Malopolska-Hoch begrenzt. Der Nordrand wurde durch das WeiBrussische und Fennoskandische Hoch und im Nordwesten durch das Grampian-Hoch gebildet. Erosionsbereich innerhalb dieses Sedimentationsraumes waren das Leinster-Wales-Brabant-Hoch, das Southern Upland-Hoch und das Mayo-Galway-Hoch.

3.1.3.1 Die lithofazielle Entwicklung

Die palaogeographische Gesamtsituation (Abb. 3) ahnelt im tiefen Namur noch deutlich der am Ende des Dinant. Bedeutsamer Unterschied ist, dass die in die Plattform des Vorlandes eingetieften dinantischen Graben zur Ruhe kamen und iiberdeckt wurden. AuBerdem wanderten sowohl das Machtig- keitsmaximum als auch die Flyschschuttung im tiefen Namur immer weiter nach N bzw. NW.

Das bislang uberzeugendste Faziesmodell fur das Namur wurde auf Grand der zahlreichen Bohrangs- befunde in der Britischen Nordsee und in Mittelengland entwickelt.

Palaogeographie des Namur A im nordlichen Mitteleuropa Palaeogeography of the Namurian A in Northern Central Europe

zusammengestellt von / compiled by G. Kessel

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

9 F

Flensburg

e z e i ten

Hamburg F a z i e Namur

'BERLIN

Magdoburi

Leipzig

Dresden 3. Priiwestfale Muttergesteine...

Am Nordrand des Beckens am Sudabfall des Mid North Sea High - Ringkobing-Funen-Hoch setzte sich die Yoredale Fazies aus dem hohen Dinant bis zum Ende des Amsbergian fort, eine zyklische Wechsellagerung von marinen Flachwasserkalken und Deltasedimenten mit eingeschalteten gering machtigen Kohleflozen. Dariiber folgend die fluviatil-deltaischen und Deltahang-Sedimente der Mill stone Grit Formation mit Kohleflozen.

In dem nordlichen Niederlandischen Teil der Nordsee warden die Plattform-Karbonate des Vise auf dem Dutch Cleaver High nach einer deutlichen Diskordanz von Millstone Grit des hoheren Namur uberlagert. Auf dem angrenzenden Elbow Spit High sind die typischen flachmarin-deltaischen rhytmi- schen Folgen der Yoredale-Fazies entwickelt. Das hohere Namur fehlt.

In zentralen Teilen des Beckens, sowohl in Mittelengland als auch in der Englischen Nordsee warden sowohl iiber der dinantischen Plattform als auch iiber den unterkarbonischen Trog- und Grabenregio- nen dunkle, tonige Beckensedimente mit hohen Konzentrationen an organischem Kohlenstoff abgelagert, die sogenannte Bowland shale Formation oder ihre Equivalente, die Edale Shales oder die Pendle Shales. Diese Muttergesteinsfazies kann bis in das Alportian hinaufreichen.

Die Ausdehnung der Beckenfazies nach S ist bis an den NE-Rand des London-Brabanter Massivs und das Campine-Becken bekannt. Dunkle marine euxinische Beckentonsteine des basalen Namur finden sich am Sudrand des Campine-Beckens in Belgien (Assises de Chokier) und den westlichen (on- und offshore) und sudlichen Niederlanden (Geverik Mbr. in Sud-Limburg und andere marine Tonsteine, Epen Fm.). Die Geverik-Tonsteine und die Assises de Chokier greifen iiber einer Schichtliicke, die unterschiedliche Dimensionen haben kann, auf den Nordostrand des Brabanter Massivs iiber. In Ostengland, am NE-Saum des London-Brabanter Hochs greift hdheres Namur (Yeadonian) auf immer altere Formationen.

Beginnend mit dem Amsbergian und Chokerian wird das Anglo-Niederlandische Becken dann kontinuierlich von N und S durch ein sich gegen die Beckenachse vorbauendes Delta zugeschiittet. Zuerst treten in den Beckentonen Turbiditfacher auf, die von dem fortschreitenden Prodelta stammen, dann kommen echte Prodelta-Sedimente hinzu, spater Sandsteine des Delta-Hanges, und zum Schluss iiber- deckte die Fazies der Delta-Ebene mit eingeschalteten Kohleflozen das ganze Becken. Ein gutes Bei- spiel fur diese Entwicklung ist in der Bohrung 48/3-3 beschrieben worden. Uber 140 m dunklen Beck entonen beginnen die ersten turbiditischen Lagen, die in den darauffolgenden 330 m immer haufiger und grober werden. Dariiber folgen sandig-tonige Wechsellagerungen des tieferen Deltahanges und des hoheren Deltahanges, die als hohes Namur (Yeadonian) datiert werden. Die Folge wird nach oben hin von fluvio-deltaischen Sanden (ca. 30 m) der Delta-Ebene abgeschlossen, die diinne Kohlefloze enthalten. In der weiter nordwestlich stehenden Bohrung 41/20-2 sind die Ablagemngen der Delta- Ebene wesentlich machtiger (> 475 m) und enthalten bis zu 13 Kohlefloze. Der sandige Komplex des hoheren Namur wird als Millstone Grit Formation bezeichnet. Bedingt durch eustatische Spiegel- schwankungen lassen sich im Millstone Grit 6 GroBzyklen und diverse Kleinzyklen aushalten, an deren Basis marine, Goniatiten fuhrende Schiefer den jeweiligen Zyklus einleiten. Die Gesamtmachtig- keit des Namur im Anglo-Niederlandischen Becken nahe des nordlichen Randes wird auf 1250 m und auf > 2000 m im zentraleren Teil des Beckens geschatzt. Dies entspricht auch den Angaben iiber den Raum Groningen (Tjuchem > 1850 m). Am Nordostabfall des London-Brabanter Hochs reduziert sich die Machtigkeit in Britischen Gewassem von > 600 m auf 171 mund 55 m. 3. Prawestfale Muttergesteine...

Am ostlichen, nordostlichen und sudlichen Rand des Brabanter Massivs in Belgian und den sudlichen Niederlanden ist das schrittweise Ubergreifen des Namur tiber das alte Hochgebiet des London- Brabanter Massivs sehr genau auskartiert worden. Die tiefsten Eumorphoceras-Zonen fehlen sowohl im Becken von Namur wie auch in groBen Teilen der Campine. Die hoheren Eumorphoceras-Zonen (E2) bilden in der zentralen Campine und im groBen Bereichen des ostlichen Namur-Beckens die Ba sis. Gegen die Kulmination des Brabanter Massivs wird die Basis immer jiinger und enthalt zum Schluss nur noch die Reticuloceras- und die tiefen Gastrioceras-Zonen des Namur B und C (= Assises de Andenne). An der basalen Transgressionsflache finden sich kleine Urananreicherungen, der iiber- deckte Kohlenkalk des Vise ist ortlich (z.B. im Bereich der Vise-Put-Antiklinale sudlich Maastricht) pra-namurisch stark verkarstet. Im Campine-Becken und im sudlichen Niederlanden herrschen im Namur A noch marine Beckentonsteine vor (Geverik Mbr, tiefere Epen Em.), ab Namur B (hohere Epen Fm., Ubachsberg Mbr, tiefe Baarlo Fm.) schalten sich immer mehr deltaische Sedimente und Wurzelboden ein, bis die Abfolge im hohen Namur C weitgehend fluviatil-deltaisch entwickelt ist, in der das Hauptfloz entwickelt ist. Die Machtigkeiten des Namur betragen im Campinebecken bis 550 m, im Raum Andenne nur noch 100 m und reduzieren sich auf dem Scheitel des Brabanter Massivs auf wenige m.

Am E-Rand des Brabanter Massivs, im Aachener Raum, transgredieren die fluviatil-terrestrischen Walhomer Schichten des Namur A (E2) - Tonschiefer, Sandsteine, ^Conglomerate, Kohleflozchen und Wurzelboden - auf der verkarsteten Oberflache der Plattformkarbonate des Vise. Im obersten Namur A setzen in der nordlichen Voreifel die Unteren Stolberg-Schichten mit der ersten Flozgruppe Wilhelmine ein.

Am Sudrand des Brabanter Massivs, im Becken von Namur und in den wenigen Aufschlussen des Beckens von Dinant wie auch im Aachener Raum beginnt das Namur mit marinen Tonsteinen, im hoheren Teil des Namur A des Dinant-Beckens setzen die ersten Kohlefloze und Wurzelboden ein. Im Namur-Becken beginnt der Umschlag in ein deltaisch-fluviatiles Milieu mit dem Beginn des Namur B mit Sandsteinen und Konglomeraten und eingeschalteten Kohleflozen. Der Stofftransport erfolgte von S. Flyschsedimentation wie im Rheno-Herzynischen Becken tritt hier nicht auf.

Fur den deutschen Raum bstlich des Rheins ist eine andere Beckenkonfiguration anzunehmen als im Einflussbereich des London-Brabanter Massivs. Der Sedimenteintrag wurde durch zwei palaogeographische Elemente gesteuert: die aufsteigende Mitteldeutsche Kristallinschwelle bzw. die Phyllitzone im SE und das Nordland, dessen Rand an der Sudflanke des Ringkobing-Funen-Hochs zu suchen ist.

Entlang des Nordrandes sind die Informationen liickenhaft und beschranken sich auf Bohrbefunde im deutschen Nordseesektor (A9-1, Bll-2a, B4-1 und Gl-1) und den Bereich Vorpommem (Barth 1/63, Loissin 1/70, Pudagla 1/86, Gingst 1/73? u.a.). In der Bohrung Schleswig Zl, Westerland 1, Flensburg 1 und anderen nordlichen Bohrungen wie auch in den Bohmngen auf Rtigen und Hiddensee ist das Namur prapermisch oder pra-Westfal abgetragen.

In den Bohrungen der deutschen Nordsee ist die Fazies des tiefen Namur (hoheres Namur ist pra permisch abgetragen) sehr stark deltaisch bis fluvio-terrestrisch beeinflusst. Es handelt sich urn eine Tonstein-Sandstein-Wechselfolge mit konglomeratischen Lagen und vereinzelten Kohleflozen oder Kohletonsteinlagen bzw. Wurzelboden. Dies konnte dem Milieu der Delta-Ebene entsprechen. Fur eine Zuordnung zur Yoredale-Fazies mit ihren charakteristischen Karbonat-Einschaltungen gibt es keinen Hinweis. Die Restmachtigkeit des Namur kann bis 750 m betragen.

17 3. Priiwestfale Muttergesteine...

In den tiber Tage aufgeschlossenen Gebieten des rechtsrheinischen Schiefergebirges, des stidlichen Ruhrgebietes und im Mtinsterland (Bohrungen Mtinsterland 1, Isselburg 3, Versmold 1 u. a.) beginnt das Namur A mit den Hangenden Alaunschiefem, einer bis 250 m machtigen sapropelitischen Ablagerung. Dieses Hungerbecken, in dem diese Schwarzschiefer abgelagert warden, entspricht regional dem des Dinant. Seine Ausdehnung ist nicht genau bekannt. Im N warden die tiefnamurischen Schwarzschiefer bis nach SW-Mecklenburg (Prottlin 1/81) nachgewiesen. In Wielkopolska kennt man Aquivalente zu diesen Schwarzschiefem ebenso wie im westlichen Vorland des Oberschlesischen Kohlenbeckens. Im W erreicht das Hungerbecken den Niederrhein und setzt sich in den sudlichen Niederlanden (Geverik Mbr.) und in Belgien nordlich des London-Brabanter Massivs im Campine-Becken fort. Moglicherweise bestehen Verbindungen zu den Schwarzschiefem in Mittelengland (Bowland Shales und Aquivalente), die sich bis in die stidliche Nordsee und gegebenenfalls bis in das Emsmtindungsgebiet nach E erstrecken. Gegen S und zum Hangenden verzahnen sich diese Sapropelite mit den Grauwacken der tief-namurischem Flyschsedimentation (Namur A). Diese wurden von SE, von der aufsteigenden Mitteldeutschen Schwelle bzw. der nordlichen Phyllitzone her in das davor liegende Flysch-Becken geschuttet. Diese Flyschschtittung reicht mit ihren distalen Auslaufem bis weit nach N und NW und erreicht eine Linie, die ungefahr von Essen tiber Bielefeld-Hannover-Wittenberg bis stidlich Neubrandenburg und Stettin verlauft. Damit liegt der AuBenrand der Verbreitung des tief-namurischen Flyschs stidlich und stidostlich der Achse des hypothetischen Namurtroges.

Im Ruhrgebiet werden die Flyschablagemngen des hdheren Namur A und B ("Flozleeres") in die Arnsberg-Schichten (Quarzit-Folge), die Hagen-Schichten (Grauwacken-Folge), und die Vorhalle Schichten (Ziegelschiefer-Folge) gegliedert (Tab. 2). Es handelt sich um machtige Wechselfolgen aus grauen Ton-, Schluff- und Sandsteinen mit feinkomigen Konglomeraten, quarzitischen Sandsteinlagen und schwach feldspatftihrenden Subgrauwacken, transportiert als Suspensionsscrome von hoher Dich- te. Der Herkunftsbereich dieser Flyschschtittungen ist die Mitteldeutsche Kristallinschwelle. Im hbhe- ren Namur B lieBen die klassischen Schtittungen nach und tiberwiegend feinklastisches Material wurde abgelagert (Ziegelschiefer-Folge). Mit Verflachung des Sedimentationsraumes im Namur C setzt mit den Sprockhdveler Schichten die Molasse-Sedimentation mit den ersten Kohlefloze ein. Das Na mur C beginnt tiber der offen-marinen unteren Namur-Abfolge mit dem Grenzsabdstein. Dartiber baut sich die erste deltaische Parasequenz auf.

In Ostdeutschland ist gefaltetes Namur in der Flechtingen RoBlau-ScholIe aufgeschlossen und in zahlreichen Tiefbohrungeh angetroffen worden. Auf Rtigen und Hiddensee fehlt das Namur unter dem transgredierenden hohen Westfal A (Hiddensee-Schichten).

Das Namur in Vorpommem tiberlagert das Vise mit einer Schichtlticke, die nach N immer groBeren Umfang erreicht. Als altestes Namur ist das Alportian (hohes Namur A, Hl-2) mit sandig-konglomeratischen Flachschelf-Sedimenten nachgewiesen. Das Namur B beginnt mit einem basalen Kon- glomerat und zeigt dann eine Abfolge von sandigen Flachschelf-Sedimenten mit Ubergangen zu paralischen Watt- und Marschablagerungen. Kohleftihrung findet sich besonders im Kinderscoutian und im hochsten Namur C (Yeadonian) (Tab. 2). Die gemessene maximale Restmachtigkeit betragt tiber 800 m. In den meisten Bohrungen im Varisziden-Vorland (Barth, Gingst, Loissin, Pudagla) fehlt jedoch das Namur C, oft sind auch Teile des Marsdenium R2 erodiert.

18 3. Prawestfale Muttergesteine ...

Vorpommem Siidliches Ruhrgebiet Aachen-Erkelenz Westfal A Unt. Barther Sch. Sdst., Sltst. Mecklen- Witten Sch. Obere burq-Sdst. Stolberg Sch. 'ri1! i' ■ l !■ ...... Sprockhovel Sch. (Krebs-Traufe Gr.) Namur C Yeadonian G 2 Gahlkow Sch. Tst.,Kohlefi6ze, Sdst. Tst., flbzfuhrend Wildbach Sch. G 1 Sdst Sltst (> 80 m) abG 1 R 2c Sltst., Sdst.-Banke (690 m) Untere , Marsdenian R 2b (>120 m) (Ziegelschiefer Z.) Stolberg Sch. Namur R 2a Parchim Sch. Grobzykl. Sdst.-SItsst - (ca. 650 m) Tst.-Wechselfolge Vorhaile Sch. (ca. 100 m) B Kinder- R 1c (240 m) scoutian R 1b Loissin Sch. (Grauwacken Z.) Wilhelmine Sch. R 1a Tst, Sltst. Sdst, Kohlefloze Basis-Kgl. Hagen Sch (ca. 100 m) (350 m) (Quarzit-Z.) Alportian H 2 Tst, Sdst., Basis- Kgl. Arnsberg Sch. H 1 (> 58 m) Hangende Walhorn Sch. Namur Chokierian E 2 Kulm- (50-150 m) A Arnsbergian Alaunschiefer Pendleian E1 l! wi.'!' rnw wJ wi1:.'.1:1!! !i:!|r!i:!'?r-:!i:'1 Tst. (- 255 m) Visd V 3 Grauwacken

Tab. 2 : Die Gliederung des Namur in Vorpommem, dem stidlichen Ruhrgebiet und im Revier Aachen-Erkelenz (Kohlefuhrung = grau)

In vielen Bohrungen innerhalb des ostdeutschen Abschnitts des Varisziden-Faltengtirtels, wie z. B. Gransee 2 und Angermtinde 1, ist unter der stefano-permischen Diskordanz nur das Namur A erhalten. Nur in Muldenpositionen (Parchim 1) ist noch hohes Marsdenium (R 2b) nachgewiesen. Das Vorhandensein von Namur C in den Bohrungen Eldena lund Prottlin 1 wird nicht ausgeschlossen. Im Namur A unterscheidet man fiber der Hungerfazies der Hangenden Alaunschiefer eine proximale Flyschschtittung im S, die normale Flyschsedimentation im mittleren Teil und eine distale Flysch- sedimentation im N. Die zyklische, marin-paralische bis deltaische Sedimentationsabfolge mit marinem ZyklusfuB und abschlieBenden Kohleflozen setzt im basalen Namur B (Kinderscoutian (Rl) (Boizenburg 1, Prottlin 1) ein. Sie entspricht den Sedimentationszyklen in einem Deltakomplex und ktistennahem Flachschelf, wie sie in der Nordsee und in UK nachgewiesen worden sind.

3.1.3.2 Das Muttergesteinspotential unter regionalen Aspekten (vergl. Tab. 3)

Das Namur wird durch den Wechsel von mariner (Tonsteine und Turbidite) zu paralischer Sedimenta tion gekennzeichnet. Dieser Wechsel ereignete sich im Oberschlesischen Becken im Namur A, im Dublin- und Shannon-Becken im Namur B und im Rhenoherzynischen Becken im Namur C. In jedem einzelnen Becken dauerte die Schwarzschiefersedimentation am langsten in der Beckenachse; del taische Sande wanderten von den Randem gegen das Beckenzentrum vor.

Inland

Vier Haupablagerungsgebiete sind bekannt:

• Das Rhenoherzynische South-Munster-Becken mit vorwiegend sandiger Sedimentation,

19 3. Prawestfale Muttergesteine ...

• das Shannon- und Dublin-Becken mit pro-deltaischen Tonsteinen, die reich an organischer Sub- stanz sind und die von deltaischen Zykothemen mit diinnen Kohleflozen uberlagert werden (Namur A bis Westphal), • das Lough-Allen-Becken mit flach marinen, dunkelgrauen bis schwarzen Tonsteinen des Namur A und Evaporiten, • kohlefuhrende Schichten der „Yordale Fazies", im nordlichsten Teil des Landes, die sich ohne Unterbrechung vom Dinant bis zum Namur fortsetzen.

Die pro-deltaischen Tonsteine (Pentleium bis Kinderscoutium) und die deltaischen Kohlen (Marsdeni- um bis Westphal) im Shannon-Trog und im Dublin-Becken zeigen hohe TOC-Werte (bis 7 %), sind aber uberreif. Die Gesteine der „Yoredale Fazies" haben geringere TOC-Gehalte als die Tonsteine aus dem Shannon-Becken, sind aber nur maBig reif.

GroBbritannien

Im Midland-Valley of Scotland und im Northumberland-Becken setzt sich die zyklische Sedimentati on kohlefuhrender Schichten vom Dinant her fort. Das Bowland-Craven-Becken und andere Becken nordlich des Wales-Brabant-Hochs konnen mit dem irischen Dublin-Becken verglichen werden. Sud- lich des Wales-Brabant-Hochs sind in Sud-Wales namurische, schwarze Schiefer erhalten, die von Sandsteinen uberlagert werden. Das Rhenoherzynische Becken enthalt tektonisierte Schwarzschiefer und Sandsteine. Als Muttergesteine konnen angesehen werden: Pro-deltaische Ablagerungen (Schie fer, gering reif) treten im Namur A und B im Bowland-Craven-Becken und in anderen Becken nord lich des Wales-Brabant-Hochs auf. Zahlreiche Kohlenfloze treten innerhalb der Sande, Siltsteine und Tonsteine der Limestone Coal Group auf und Kohlen sowie Olschiefer in der Passage Group des Midland Valley of Scotland. Dunne Kohlenfloze finden sich in der „Yoredale Fazies" (Brigantium bis Namur A) des Northumberland-Beckens. Die schwarzen Schiefer in Sud-Wales sind uberreif. Im Rhe- noherzynischen Becken sind die schwarzen Schieferfolgen (Brigantium bis Namur A) hoch reif (An- trazit-Stadium) und stark tektonisiert.

Unreife namurische Schwarzschiefer sind in Zentralengland beprobt worden. Wegen ihrer geringen Reife wurden diese Tonsteine fur die Bestimmung des urspriinglichen Kohlenwasserstoffpotentials namurischer Muttergesteine verwendet.

Vom tiefen bis zum hohen Namur andert sich der Typ des organischen Materials von marin zu terrestrisch. Als Folge nimmt das Muttergesteinspotential mit wachsender Teufe und Reife zu. Das hochste Muttergesteinspotential (HI = 200) wurde in friih-namurischen Schwarzschiefem aus dem Edale Gulf (Derbyshire) gemessen, die auch die hochsten TOC-Werte zeigen (bis 12 %). In den spat-namurischen terrestrischen Schiefem aus dem Craven-Pennine-Becken ubersteigen die Wasserstoffindizes (HI) nicht den Werte 50, obwohl TOC-Gehalte von bis zu 4 % nachgewiesen wurden. Normalerweise zei gen die Wasserstoffmdices Werte um 100 und die TOC-Werte liegen zwischen 1 und 5 %. In Sud- Wales ist das Namur hochreif (Rmax. ungefahr 3 %). Nasspyrolyseuntersuchungen wurden an Edale Shale-Proben durchgefuhrt, die sich als oil-prone erwiesen. Dies ist anders als im Gebiet von Rtigen in Deutschland, wo gleichaltrige Muttergesteine starker gas-prone waren.

20 3. Prawestfale Muttergesteine...

Nordsee

Die ^Configuration des namurischen Ablagerungsraumes in der Nordsee entspricht der auf den Fest- land in GroBbritannien. Auf dem Mid-North-Sea-High und nordlich davon wird die „Yoredale Fazies" (Namur A) von Schichten uberlagert, in denen Sandsteine dominieren. Im Becken zwischen dem Mid- North-Sea-High und dem Wales-Brabant-Hoch kamen Becken-Tonsteine (Bowland Shales, Briganti- um bis Namur A) zur Ablagerungen, die von dem sandstein-beherrschten, deltaischen, ,,Millstone Grit" uberlagert werden.

Als Muttergestein anzusprechen sind :

• Pro-deltaische Tonsteine und Olschiefer mit hohem Muttergesteinspotential des Pendlaian bis Aunsbergium (Namur A), • Kohlen und kohlige Tonsteine der „Yoredale Facies" (hohes Asbian, Brigantium bis Namur A), der Bowland Shale-Formation zwischengeschaltet, • Schwarzschiefereinschaltungen in den Millstone Grit (Marsdenium, Namur B). Diese sind moderat reif und werden als gas prone beschrieben.

Belgien, Niederlande

Fine Wechselfolge von marinen Tonsteinen, Kalksteinen, tonigen Sandsteinen mit geringmachtigen Einschaltungen von Kohleflozen wurde hier festgestellt. Beckentonsteine, vergleichbar mit den „Han- genden Alaunschiefem" treten ebenfalls wie in Deutschland auf. Der hohere Teil des Namur wird von paralischen Sedimenten beherrscht, dabei nehmen die Sandsteine im Namur B und C und Kohlefloze im Namur C immer mehr zu. Vergleichbare stratigraphische Abfolgen finden sich im Aachener Raum und in den Niederlanden. Als Muttergesteine kbnnen die „Hangenden Alaunschiefer" (Namur A) und die paralischen Ablagerungen des Namur B bis C gelten.

Deutschland

Klastische Einschuttungen erfolgten vom ndrdlichen Kontinent und von dem sich in den aufsteigenden variszischen Ketten (klastische Flyschsedimentation) von Siiden her. Die Schwarzschiefer des zentralen Beckens („Hangende Alaunschiefer") werden von paralischen Ablagerungen des Namur B und C uberlagert.

Als Muttergesteine haben zu gelten:

• die „Hangenden Alaunschiefer" (Namur A, Schwarzschiefer mit Machtigkeiten bis 250 m), • die Kohlenfloze des Namur B und C im Ruhrgebiet. Sie sind relativ gering reif und „gas-prone“, • die distalen Flyschablagerungen (Namur A bis B, pro-deltaische Turbidite). Sie zeigen einen hohen Gehalt an organische Substanz (TOC-Gehalte von 1 bis 2 %) und gelegentlich Kohlefloze, • paralisch-deltaische Ablagerungen (Namur B bis C) mit Kohleflozen besitzen ebenfalls ein Mutter gesteinspotential.

21 3. PrSwestfale Muttergesteine ...

In der Nahe der Fennoskandischen Plattform (Nordsee und die Insel Riigen) ist das Namur unreif (Rr < 0,8 %). Als Folge des terrestrischen Ursprungs der organischen Substanz ist das Muttergesteinspo- tential moderat bis gering (HI = 50 - 80). Im zentralen Becken ist das Namur jedoch hochreif mit einem relativ gutem Gaspotential (Rmax. = 3 - 4 %, HI = 10 - 20). Dies ist besonders dort der Fall, wo das Namur bis oder tiber 5.500 m versenkt wurde. TOC-Gehalte von mehr als 10 % sind nachgewiesen worden. Am Sudrand des namurischen Troges sind die Sedimente weniger reif. Das beste Mutterge- stein, das bislang angetroffen wurde, bestehen aus moderat reife Kohlenflozen (Rmax >2%) mit hohem Gaspotential (HI > 50 in der Bohrung Isselburg 3).

Polen

Das Oberschlesische Becken, das als ostlichste Verlangerung des namurischen Troges angesehen werden kann, verselbstandigte sich am Ende des Namur A. Fine Wechselfolge von flach marinen bis paralischen Sedimenten des basalen Namur A werden hier von terrigenen Molasse-Sedimenten des Na mur B und C uberlagert.

Die deltaisch-marine Sedimentation mit eingeschalteten Kohlenflozen im Lublin-Becken ist vergleichbar mit der „Yoredale Fazies“ in GroBbritannien.

Als Muttergesteine konnen bezeichnet werden:

• die kohlefuhrenden Ablagerungen mit Steinkohleflozen des Namur A bis C im Oberschlesischen Becken besitzen ein Kohlenwasserstoffpotential. • Die Sedimente im Lublin Becken, die mit der Yoredale Facies in GroBbritannien und der nordlichen Nordsee verglichen werden (Namur A bis C paralisch-deltaische Ablagerungen mit Kohleflo- zen) besitzen ebenfalls ein Muttergesteinspotential.

3.1.4 Schlussfolgerungen und Empfehlungen

Es ist durch unsere Untersuchungen deutlich geworden, dass in Nordeuropa in alien prawestfalen strukturellen GroBeinheiten vom Kambrium bis zum Namur eine groBe Zahl potentieller Mutterge- steinshorizonte existiert. Das Ablagerungsmilieu reicht von voll matin tiber lakusttin bis terrestrisch. Die marinen Muttergesteine uberwiegen im tieferen Teil der stratigraphischen Abfolge, wahrend die terrestrischen Muttergesteine ab hoherem Namur vorherrschen. Die heutigen TOC-Gehalte und die Reifegrade variieren in weiten Bereichen von unreif bis uberreif, ungeachtet ihrer stratigraphischen oder strukurellen Position. Dies ist auf lokale Besonderheiten wie z. B. rasche, primare Fazies- Variation oder lokale Absenkung oder lokale thermische Geschichte zuriickzufuhren. Hohe Reifegrade sind insbesondere in Gebieten zu erwarten oder nachgewiesen, die die axiale Zone des Nordeuropai- schen Permbeckens unterlagem. Sie sind auf mesozoische Subsidenz und die daraus resultierende und Nachinkohlung zuriickzufuhren.

22 GB/NL Nicdcrlande, Kontinen- Marine GB onshore, offshore, Bclgien, onshore, Deutschland, Deutschland, Deutschland, Polcn, Polcn Polcn, talc Stufen siidliche niirdl. Anglo- Campine siidlichcr Aachcncr Ruhrgcbiet Norddeutschcs Wiclkopolska Oberschles- Lubliner Stufen Nordscc Nicdcrlan- Basin offshorc- Revicr Flachland, ischcs Becken Becken dischcs Becken Bereich , BaarloFm.' ’ z SprockhtivcISch, ' - Natnut C1: - (Ktistcn-gbene) . (Delta-Ebene): f (Pclta-Ebeno)-. '• tpdbtieds-.- ; ■Rimsart Mb, . - AiJuvinlt^rie*.-' Namur C Ycadonian Millstone Grit Pm / Typ til,-. - . lyp&r. 1,NOS TOC'- '(DeltnTBbe&e)',' (Dclta-Ebcnc). . - ' Onterb 0,8-1% Kohlc ' c '. - UhteM " Mars- Millstone Grit Fm ' - Kbrczmiska ?' dcnian ': .. (Ddt&axm# ' Marsdeniait- : - ; '-we ' 'Kindetocoutian -Aiittviiebene 4 Namur B - . . „ (Delta-Ebeite), ' / Schtchten, '; Kinder- (Dcita-Ebene),,. Namurian A-B, Namur A-B, 4" ST^Bf ,1 Sandsteio + scoutian disperse disperse . ca. 9%.Kohte- organische Organische /f* y Substanz Substanz In distalem in distalem Flysch Flysch <0,5->l% <0,5->l% , Pornba Sch. Alportian Chokier TOC TOC (pmliscb) . -' BugMbr,,- ' ' "hot shales" ' laklovecSch. . .(paralisch) " / Obcrc Bowland Typ I und H, Gcvcrik Mb -' (paralisch) - ' Chokcrian "hot shales", Obcre - ' - 0,3-1,2% (cuxinisch marine HruSovSdb. Namur A Edale shales Yoredaicfm - TOC Tonsteine), ' (paralisch) KomarowMbr, und Aquivalente (fladi-marin/ , Typ I + II disperse ' PetritovieeScb,. - (flach-marih/.. Aras- deltaisch),TypIIl organische - (paralisch)'- deltaisch) Typ III *, bcrgian Typ I and II s Hangcndc Hangcndc Substanz in . - Korczmin 2-60% TOC Alaunschicfer Alaunschicfer, distalem Flysch .' Mbr., Typ I + II, Typ I + II, Namurische Zalas Sch. (Yoredale Paries, - Pcndlcian 0,8-1,4% TOC 0,8-1,4% TOC dunkle Tonsteine disperse org. Oath-matin/ I.

Typ I + II Substanz in ', deltaisch) - Flysch '■ - Typ lit Prawestfale

Tabelle 3: Potcnticlle Muttergestcine dcs Namur im zentraleuropaischen Beckon / Potential Namurian source rocks in central Europe

(mit Angabcn iibcr Kcrogentyp, durchschnittlichc TOC-Gchalte und Kohlcnmachtigkciten in % dor Gesamtmachtigkeit; hellgrau = marin abgelagerte organische Substanz, Mutiergesteine dunkclgrau = nicht-marine organische Substanz, wciB = kcin Muttcrgcstein) (with descriptions of kerogen type, average TOC-contents and percentage of coal in sediments; light grey = marine organic substances, dark grey = terrestrial organic matter, white = no source rock) ... 3. Priiwestfale Muttergesteine ...

Muttergesteine der kaledonischen Epoche (Kambrium bis Silur) mit tragbaren Reifegraden lassen sich auf der Fenno-Baltischen Plattform finden, wo sie Olfelder im Kaliningrad-Distrikt und in der Ostsee, westlich der Ktisten der baltischen Staaten nahren. In einer weiten Zone, die die polnisch-norddeutsche kaledonische Front im Nordosten und im Norden von der polnischen Ktiste, Schonen und Danemark bis nach Oslo begleitet, erscheinen diese Muttergesteine im allgemeinen uberreif. Dies ist eine Folge der sehr starken Absenkung wahrend des spaten Silur und tiefsten Devons.

Innerhalb des gefalteten Kaledoniden-Bereichs kdnnen keine schwach bis moderat reifen altpalaozoischen Muttergesteine erwartet werden.

Auch die Gebiete mit den interessantesten Muttergesteinen der varistischen Epoche (Devon bis Na mur) liegen auf den Plattformen nordlich, norddstlich und ostlich des varistischen Faltengurtels. Dies gilt besonders fur die Gesteine des Dinant und Namur in der polnischen Lublin-Senke und im stidlichen Ostseeraum, in der siidlichen Nordsee, in den zentralen britischen Inseln, in den ndrdlichen Tei- len der Republik Irland und Nordirland sowie im ndrdlichen Vorland des Anglo-Brabanter-Massivs. Sieben Olfelder in den britischen Pennines und wohl auch einige Gasfelder in der siidlichen Nordsee werden aus friih-namurischen Muttergesteinen gespeist.

Auf der varistischen Plattform in der Republik Irland jedoch sind die Reifen der Dinanto-Namurischen Gesteine regional extrem hoch, eine Tatsache, deren Ursache bislang noch nicht wirklich erforscht ist.

Innerhalb des sich von Polen bis nach Irland erstreckenden varistischen Faltengurtels ist die Reife der potentiellen Muttergesteine dinantischen und namurischen Alters relativ hoch. Dies ist auf die Versen- kungsreife in spat-varistischer Zeit zuruckzufiihren und andererseits auf spat-karbone bis friih-per- mische granitische Intrusionen. Einige Ausnahmen gibt es allerdings, so z. B. die Eifel-Nordsiid-Zone, das westlicheVorland des Harzes und Brandenburg.

Besondere Bedeutung fur die Abschatzung des prawestfalen Muttergesteinpotentials in Deutschland haben die Sedimente des Dinant und Namur. Diese treten tiberall in Norddeutschland auf, einschlieB- lich des deutschen Teils der Nordsee. Im Rahmen der geochemischen Untersuchungen wurden zahlreiche Schwarzschieferhorizonte mit hohen TOC-Gehalten und sogar geringmachtigen Kohlenflozen identifiziert. Dennoch erscheint es wahrscheinlich, daB das groBte Volumen von Erdgas sich aus den flozfreien Sedimentpaketen entwickelt haben kdnnte, die einen relativ hohen TOC-Gehalt aufweisen (1-2%) und dariiber hinaus Machtigkeiten von mehreren hundert Metem besitzen. Am Nordrand des Rhenoherzynischen Beckens ist das Namur und das Dinant im allgemeinen urireif bis reif und insbesondere die Menge des im Dinant generierbaren Gases ist hoch. Weiter nach Siiden hin wird das Na mur und das Dinant hoher reif bis uberreif und das Gaspotential nimmt ab.

Das urspriingliche Muttergesteinspotential wurde an unreifen Sedimentproben abgeschatzt. Drei Ty- pen von Muttergesteinen konnten identifiziert werden: • Bin terrestrischer Typ III mit Wasserstoffmdices unter 50 und TOC-Gehalten unter 1 %, • ein vorwiegend mariner Typ II mit Wasserstoffmdices von rund 100 und TOC-Gehalten, die bis 7 % ansteigen kdnnen•

• und ein Olschiefer-Typ (Typ I) mit Wasserstoffindices urn 600 und TOC-Gehalten von mehr als 15 %.

Abb.4 3. Prawestfale Muttergesteine... / 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Die meisten der untersuchten Proben gehorten dem zweiten, dem marinen Typ II an, der uberall auftritt. Die Olschiefer warden nur in Schottland and im Lablin-Becken gefanden. Mischtypen zwischen dem Typ I and II and dem Typ II and m treten ebenfalls aaf. Im allgemeinen sind die namarischen Ablagemngen starker terrestrisch beeinflasst als die Sedimente des Dinant. Aas den Hochtemperatnr-Rock-Eval-Untersnchnngen geht hervor, dass das Gaspotential terrestrischer organischer Sabstanz mit steigender Mataritat langsamer abnimmt als dasjenige mariner Mnttergesteinssnbstanz.

4. STRUKTURGEOLOGISCHE, SUBSIDENZ- UND GEOTHERMISCHE ENTWICKLUNG DES NORDDEUTSCHEN BECKENS SEIT DER KALEDONIS CHEN DEFORMATION

Zar Darstellang des straktargeologischen Rahmens der pra-westfalen Schichtenfolgen anter dem permisch-mesozoischen Norddeatschen Becken warde eine geologische Karte der Praperm-Oberflache konstraiert. Sie dient in erster Linie dem straktnrellen Verstandnis der variszischen Baaplans, sie ver- mittelt aber aach Vorstellangen aber die heatige Verbreitang der erkannten oder vermateten prawestfalen Mattergesteinshorizonte, wie sie im Kap. 3 aasgewiesen warden, also insbesondere der Schichten des Dinant and Namar.

4.1 Geologische Karte der Praperm-Oberflache - Perm and Jtingeres abgedeckt (Abb. 4 a. 5) (Nach: BrO ckner -Rohling et al. 1993,1994, H offmann & Stiewe 1994)

Far die Darstellang in den Bergland-Gebieten and den Gebieten mit nnr geringer permischer, mesozoischer and tertiarer Bedecknng warden die amtlichen Ubersichtskarten der geologischen Landes- amter sowie veroffentlichte Literatar verwendet.

Uber weite Flachen warde die Darstellang jedoch aafgrand von Bohrangsaafschlassen nea konzipiert. In Westdeatschland erreichten im aberdeckten Bereich 476 Bohrangen die Praperm-Oberflache, in Ostdentschland 252. In den Berglandgebieten and an den Beckenrandern warden noch weitere Bohr- aafschlasse hinzagezogen.

Die flachenhafte Darstellang der Geologic an der Praperm-Oberflache beraht natargemass in vielen Gebieten mit geringer Tiefbohrdichte aaf der Anwendang stmktareller Konzepte:

• So zwingt z.B. die Konzeption der Rahrgebietstektonik far die Bereiche Sadoldenbarg and Ost- hannover zar Konstraktion amlaafenden Streichens der Westfal-Aasbisse im Hannoverschen Wendland (vergl. Abb. 9).

• Ebenfalls konzeptionsbedingt ist die Aafgabe des postnlierten Steinheimer Westfal-A-Beckens, das sich aaf die Bohrbefande Detmold 1 and Steinheim 1 griindet. Vielmehr werden hier ranmlich wenig aasgedehnte schmale Mnldenzage vermatet. •

• Aach die Geologic am Sadabfall des Ringkobing-Fahnen-Hochs ist aasserst schlecht belegt and folgt der Konzeption, dass die wichtigen straktnrellen Qaerelemente Glackstadt-Graben, Homgra- ben and Zentralgraben bereits vor Abdecknng darch das Oberrotliegend angelegt waren.

Abb.5

Geologische Karte von Zentral- und Westeuropa, Praperm-Oberflache Prepermian Subcrop of Central and Western Europe zusammengestellt von / compiled by F. Kockel

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

o______50______100 km

Legends / Legend

Vanstische Granite (GR) Kabnum-Silur (cb, o. si. cb-si) Vanscan granitoides (GR) Cambnan to Silunan (cb. o. si. cb-si)

Stefan (cst) Kambnum-Silur. metamorph/intensiv Stefaman (cst) tektomsiert (cb-si, met) Cambnan to Silunan. metamorphic/ Westfal D (cwD) intensely tectonised (cb-si. met) Westphalian D (cv/D) Phyttit-Zone (Ph) (Sflur-Dmant) Westfal C (cwC) Phyihte zone (Ph) (Silunan - Dmantian) Westphalian C (cwC) ------%—i Prdkambnum (PC) Westfal B (cwB) -5 -.y 1 Precambnan (PC) Westphalian B (cwB) Hauptstbrung / Oberschiebung Westfal A (cwAJ major fault/overthrust Westphalian A (cwA) Kaledomsche Front Namur (cn) Caledonian front Namunan (cn) Vanstische Front Dmant (cd) Vanscan front Dmantian (cd) Mitteleuropdische Sutur es Dmant in Olisthostrom-Fazies (cd-ol) Central European suture Dmantian in ohsthostromatic facies (cd-ol)

Devon (d) E3 Devonian (d) 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

• Ebenfalls konzeptionell bedingt ist die Verbreitung der Stefansedimente. Im E und SE greift das Stefan tiber das bereits gefaltete Variszikum hinweg. In Osthannover, nahe dem Aussenrand der variszischen Verfaltung gehen wir dagegen von der Vorstellung aus, dass das tiefe Stefan zumindest noch leicht in die Spatfaltung einbezogen wurde.

• Eine weitere Annahme stellen die nicht nachweisbaren tear faults dar, die den Faltenbau durchset- zen und den Aussenrand der Faltenzone verspringen lassen. Eine dieser "tear faults" haben wir in den Bereich der spateren Osning-Uberschiebung gelegt, eine andere an die das westliche Nieder- sachsische Becken schrag durchziehende Hauptbruchzone, und eine weitere entlang des Uelzener Lineaments. Die Annahme solcher Storungen beruht auf den Beobachtungen, dass der Aussenrand der Faltenzone im Mtinsterland unmittelbar nordwestlich der Bohrung Darfeld 1 seismisch fixiert werden konnte, dass der Schafberg bei Ibbenbiiren zum ungefalteten Bereich zu rechnen ist, dass aber noch zwischen Quakenbriick und Haseltinne und nordwestlich von Oldenburg Faltung seis misch nachzuweisen ist.

4.2 Der strukturelle Rahmen des prapermischen Stockwerks 4.2.1 Das prakambrisch konsolidierte Basement und seine sedimentare Bedeckung (Abb. 6)

Der Baltische Schild - Osteuropaische Tafel

Prakambrisches Basement der Osteuropaischen Tafel und des Baltischen Schildes und seine sedimen tare Uberdeckung mit geringmachtigem Jungprakambrium, Kambrium und Silur findet sich nordlich einer Linie, die vom Ost-Nordsee-Block und Stid-Jtitland (Esbjerg) tiber Als, Aero, Langeland, Lol land und Mittelfalster bis in das Seegebiet nordlich von Rtigen zieht und in den Gewasser vor Pom- mem bis nach Koszalin zu verfolgen ist (Kaledonischer Aussenrand). Der Baltische Schild ist in Stid- danemark, der westlichen Ostsee und in Schonen vor der Ablagerung des Perm stark zerblockt. Einige Blocke sind von ihrer Sedimenthtille befreit (z.B. der Skurup Block stidlich Schonen, der Christianso Block nordlich Bornholm, der NW-Teil des Bomholm-Blockes und der Amager Block sudlich Born holm). Andere graben- Oder halbgrabenartige Senken tragen noch ihre altpalaozoischen Deckschichten (z.B. der Risebaek-Graben sudlich Bornholm, der nordwestliche Teil des Kolobrzeg-Halbgrabens und der nordliche Teil des Gryfice-Graben, der Rdnne-Graben westlich Bornholm, der Colonus-Trog in Schonen, der Hollviken-Graben zwischen Seeland und Malmo etc.) Das Alter des unterlagemden Kri- stallin ist durch zahlreiche radiometrische Altersbestimmungen nachgewiesen. Man unterscheidet svekofenno-karelisch gefaltete Bereiche, zu denen Bornholm und das ostliche Schonen zu rechnen sind (1250-1450 Ma bis > 2500 Ma), einen Bereich svekofenno-karelischer Faltung mit dalslandischer Uberpragung (1200-1000 Ma) im ostlichen Schonen und in der Bohrung Fredrikshavn 1, und einen baikalisch deformierten Bereich, belegt durch die Bohrungen Grenstedt 1 und Glamsbjerg 1 (870-815 Ma) und die Bohrung G-14 (530-540 Ma). Die Stratigraphic und Fazies der Decksedimente sind in mehreren danischen und schwedischen Bohrungen (Falster Borev, Ljunghusen 1, Ndvling 1, Ronde 1, Teme 1, Smygehuk 1, Stina 1, Pemille 1, Slagelse 1), in der Bohrung G-14 vor Rtigen und in Auf- schltissen auf Bornholm und in Schonen gut untersucht.

Der Stidrand des Baltischen Schildes ist nur durch das Regionalprofil BABEL sowie durch mehrere seismische Sektionen der PETROBALTIC in den Gewassem vor Rtigen und vor Pommem erfasst. In diesen Sektionen erkennt man eine Zunahme der altpalaozoischen Decksediment-Machtigkeiten, insbesondere des jtingeren, silurisch-tiefstdevonischen Anteils gegen S, sowie ein Abtreppen des basalen

Abb.6 20’ 24' 28 "

Mittel- und Westeuropa in kaledonischer Zeit Central and Western Europein Caledonian times + »o£ zusammengestellt von / compiled by F. Kockel

Bundesanstalt fur Geowissenschaflen und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover1998

0 100 200 km

Legende / Legend

Prd-kaledonlsche Strukturelnhelten Pre-Caledonian structural units

PrSkambnsche Kratone ohne sedimentarer Oberdeckung Precambnan Cratons without sedimentary cover

PrSkambnsche Kratone mit sedimentS/e Oberdeckung Precambnan Cratons with sedimentary cover

Kaledonische Strukturelnhelten Caledonian structural units

Grenze kaledonischer Deformation limit of Caledonian deformation

schwach bis mdBig deformierte Kaledomden weakly to moderately deformed Caledonides

stark deformierte und metamorphe Kaledomden (emschl. uberarbeiteter prakambnscher Anteile) strongly deformed and metamorphosed Caledo nides (including reworked Precambnan parts)

Varlstlsche Strukturelnhelten Varfsc/an structural units

Vansziden-AuOenrand und andere vanszische Suturen Vansctan outer front and other Vanscian sutures

Grenzen varistischer Strukturemheiten boundanes of Vanscian structural units

Kaledonische Strukturen unter jungerer Bedeckung. bzw. mcht bekannt istulikum Caledonian structures under younger cover or unknown

16* 20‘ 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Reflektor O an der Grenze Unter/Mittelkambrium von ca. 1 sec. doppelte Laufzeit (TWT) an der Boh- rung G-14 bis auf 3,8 sec. TWT vor SaBnitz auf Rtigen. SW der Bohrang G-14, sudlich einer als Jtit- land-Mon-Storungszone bezeichneten Linie, zeichnen sich unter der permo-mesozoischen Bedeckung und iiber dem sich nach SW abtreppenden Reflektor O (angesprochen als Mittel/Oberkambrium) steile, gegen SW fallende Reflexionen ab, die als listrische Schuppenbahnen gedeutet werden, an denen das gefaltete Altpalaozoikum des kaledonisch deformierten Hinterlandes auf die nordlich gelegene Tafel und ihre Hullsedimente aufgeschoben wurden. Diese Schuppenzone iiber der abtauchenden Ta- fel reicht bis unmittelbar vor Kap Arkona und die Bohrung H-9.

Weiter im W ist dieser Rand zwischen Tafel im N und kaledonisch deformiertem Hinterland nicht mehr so klar festzulegen. Im siidlichen Jutland und in der ostlichen Nordsee folgt die Siidgrenze der Tafel annahemd der Romo-fracture zone, die eine Abbruchkante im permo-mesozoischen Oberbau darstellt. Sudlich von diesem Storungsbiindel sind in den Bohrungen Abenra 1, Logumkloster 1, Borg 1, Brons 1 und im Bereich des Zentralgrabens in den Bohrungen Peer 1, Ugle 1 und P 1 und auf deutscher Seite in den Bohrungen Q 1 und C/15-1 kaledonisch uberpragtes Kristallin angetroffen worden, in den Bohrungen Westerland 1 und Flensburg 1 Phyllite kaledonischen Alters. Nordlich dieser Boh rungen muss der Sudrand der Tafel verlaufen.

Das Norddeutsche Massiv

Von einigen Autoren wird das Gebiet sudlich des siidlichen Randes des Baltischen Schildes bis zur Nordbegrenzung der Varisziden in verschiedene Felder unterteilt: Einen schmalen, kaledonisch de formierten Streifen im N (Riigen-Pommem-Terrane) und sudlich des Stralsunder Tiefenbruches, ein „Teil der Trans-European Fault", ein prakambrisch konsolidiertes Massiv mit moglicherweise altpalaozoischer Sedimentdecke, das als Norddeutsches Massiv bezeichnet wird.

Nach der neuesten Variante erhalt innerhalb dieses Systems die Elbe-Linie eine besondere Bedeutung. Sie soil einen siidlichen, cadomisch konsolidierten Bereich ("Liineburg-Massiv") von einem nordlichen, kaledonisch deformierten Bereich, dem der Charakter eines "Accretion Belt" zugesprochen wird, abtrennen. Dieser erstreckt sich nach N bis an die Trans-European Fault. Nordlich davon schliesst sich der kaledonisch deformierte "marginal thrust belt" an ("Riigen-Pommem-Terrane").

Der Sudrand eines solchen cadomisch konsolidierten Massivs zeichnet sich, folgt man der Interpreta tion des seismischen Profils DEKORP 2 N, weit sudlich der variszischen Front unter der Attendomer Mulde ab. Dieses "transparente" Gebiet geringer Reflexivitat in der Kruste wird von diesen Autoren als "Brabant" wedge bezeichnet.

Dieser These widersprechen andere Autoren, die unter dem gesamten Norddeutschland sudlich des Baltischen Schildes einen breiten Kaledoniden-Ast, die Norddeutsch-Polnischen Kaledoniden sehen mochten.

Bislang gibt es, ausser der Lokalisiemng der kaledonischen Deformation im unmittelbar sudlich des Tafelrandes des Baltischen Schildes gelegenen Bereich (Rtigen + offshore, Pommem + offshore, Siidjiitland, Nord-Schleswig) keine direkten Hinweise auf die Thesen fur ein Norddeutsches Massiv. 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Die Beantwortung der Frage, ob es im tieferen, altpalaozoischen Untergrund des nordwestdeutschen Beckens potentielle Muttergesteine gibt, hangt somit von den geologisch-tektonischen Modellvorstel- lungen ab:

• Existiert ein prakambrisch konsolidiertes Norddeutsches Massiv, ist es analog zum Baltischen Schild eine muttergesteinsfuhrende altpalaozoische Sedimentbedeckung anzunehmen. • Liegt hingegen ein breites kaledonisches Orogen unter dem Norddeutschen Becken, kann man das Vorhandensein altpalaozoischer Muttergesteine mit ziemlicher Sicherheit ausschliessen.

Die langzeitregistrierten seismischen Profile zeigen im Bereich des postulierten Norddeutschen Mas- sivs relativ schlechte Reflektivitat der mittleren und unteren Kruste bei guter Ausbildung der MOHO und somit Ahnlichkeiten mit dem Reflexionsbild prakambrisch konsolidierter Bereiche wie der Osteu- ropaischen Tafel. Im Gegensatz dazu zeigen die variszisch deformierten und auch die kaledonisch deformierten Gebiete eine Vielzahl von Reflexionen im kristallinen Bereich.

Ein weiteres Argument ergibt sich aus den bereits durchgefuhrten und in Arbeit befindlichen magne- totellurischen Messungen. Flachendeckende Messungen in Westdeutschland fuhrten zum Nachweis von hohen Langsleitfahigkeiten aus dem Prazechstein, die allein durch die in Bohrungen erschlosse- nen stratigraphischen Intervalle (Perm-Devon) nicht erklart werden konnen. Es werden deshalb altpa laozoische Schwarzschiefer mit hohem Kohlenstoff- und Pyritgehalten als eine mogliche Ursache der guten Leitfahigkeit in Tiefen zwischen 8 und 12 km unter dem Becken angesehen. Hier kann man jedoch auch vermuten, dass in dieser Tiefe namurische Schwarzschiefer an der Basis des auf die Platt- form uberschobenen Variszidenkorpers die hohen Leitfahigkeiten verursachen.

Die noch auszuwertenden neuen Messungen in Ostdeutschland lassen ebenfalls auf erhohte Leitfahig keiten im Tiefenbereich des moglichen Altpalaozoikums schliessen, vor allem unter dem verschuppten Sudrand des Baltischen Schildes vor und unter Rtigen. Dies konnte der Nachweis des an der Basis der Kaledoniden als basaler Gleithorizont fungierende kambro-ordovizische Schwarzschieferhorizontes sein

Naturlich kann man die hohen Leitfahigkeiten in den grossen Tiefen auch anders interpretieren (salz- reiche Tiefenwasser, Graphitserpentinite, Zeolithe oder Bereiche anomal hohen Warmeflusses).

Die Argumente, die fur eine potentielle Existenz eines Norddeutschen Massivs unter dem Norddeut schen Permbecken sprechen und damit fur die Moglichkeit, altpalaozoische Muttergesteine liber diesem Massiv zu finden, sind zumindest nicht zu widerlegen. Es erschien deshalb notwendig und gebo- ten, im Rahmen des Programms "Tiefengas" auch die lithofaziellen Eigenschaften, die geochemischen Parameter, der Reifeverteilung und der Palaogeographie der altpalaozoischen Muttergesteine auf der prakambrischen Plattform fur mogliche Vergleiche zu untersuchen.

Die Mitteldeutsche Kristallinschwelle

Die Mitteldeutsche Kristallinzone bildet mit ihren nordlichen (Wippra-RoBlauer) und siidlichen (Bit- terfelder) Phyllitrahmen die nordliche Antiklinale der palaogeographisch nachweisbar vom Devon bis Unterkarbon (und unterem Namur) wirksamen Mitteldeutschen Schwelle. Zu ihr gehort in Mittel-

28 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ... deutschland die Delitzsch-Doberluger Synklinalzone sowie die Nordsachsisch-Lausitzer Antiklinalzo- ne.

Die prakambrisch deformierten Kristallinserien sind in zahlreichen Bohrungen und Tagesaufschlussen zwischen dem Saarland und der polnischen Grenze bei Guben untersucht worden (z.B. Odenwald, Spessart, Ruhlaer Kristallin, Kyffhauser). Die Grenze der Kristallinzone zur nordlichen Phyllitzone (variszische Metasedimente) wird als "mid-European suture" angesehen.

Das Alter der Deformation, Metamorphose und Migmatisierung wird als jung-cadomisch beschrieben, wenngleich auch altere Reste auftreten konnen. Das Altkristallin wird von prakambrischen, jungkale- donischen (Saar 1) und spatvariszischen sauren Intrusiva durchsetzt.

Die Kristallinzone ist weitgehend frei von sedimentarer Bedeckung. Ausnahmen bilden isolierte Zo- nen verminderter Hebung und Erosion, die als Flachwasserzonen in friihvariszischer Zeit weiterhin im Sedimentationsbereich lagen. In der Synklinalzone von Delitzsch-Doberlug sowie der Nordsachsisch- Lausitzer Antiklinalzone wird das Kristallin von spat-prakambrischen (Lausitzer und Leipziger Grau- wacken) und altpalaozoischen Sedimenten bedeckt. Schwarzschiefer-fuhrendes Altpalaozoikum, wie auf dem Baltischen Schild oder auf dem Norddeutschen Massiv vermutet, ist nicht bekannt.

Im Obervise und Namur setzte eine an bmchtektonische (z.T. riftogene) Prozesse gebundene Inversion der Mitteldeutschen Kristallin Schwelle ein, die schliesslich zur Bildung der Saar-Saale-Senke und ihrer Fullung vorwiegend oberkarbonischen und unterpermischen Molassen fiihrte.

4.2.2 Die Gebiete kaledonischer Deformation

Kaledonische Deformation ist vor allem unmittelbar sudlich des Sudrandes des Baltischen Schildes nachgewiesen. Es handelt sich z.T. um reaktiviertes prakambrisches Kristallin oder um mehr oder minder metamorphe Metasedimente (Bohrungen Q-l, C/15-1, Abenra 1, Borg 1, Brons 1, Logumklo- ster 1, Peer 1, P 1 und Ugle 1, Westerland 1, Flensburg 1), teils um deformiertes Ordovizium unter einer devono-karbonischen Diskordanz (Arkona 101, Binz 1, Rtigen 3h, Loissin 1, K-5-1, H-2, L-2 etc.). Wie dargelegt, ist die Ausdehnung des kaledonisch deformierten Gebietes nach S und SW nicht bekannt. Es handelt sich dabei um einen breiten, ganz Norddeutschland unterlagemden Kaledoniden- Korper, moglicherweise um Reste von Aulakogenen oder um Terrane, also Splitter eines als Ostavalo- nien bezeichneten Mikrokontinents und dessen Akkretionskeil. Die seismischen Befunde am Nordrand weisen auf eine gegen N gerichtete thin-skin-Deformation, abscherend auf dem schwarzschiefer- fuhrenden Mittel- bis Oberkambrium bin. Von Mittel-Rugen gegen S ist dann wahrscheinlich eine medium-skin-Deformation zu erwarten, da die Abscherungsflache gegen S an Storungen tief absinkt.

Von Bedeutung fur die Beurteilung des tektonischen Baustils und damit des tektonischen Modells ist die Machtigkeitszunahme der altpalaozoischen Schichtenfolge, besonders des Silur, auf der Tafel ge gen S, gegen den kaledonischen Nordrand. Hier findet sich ein silurischer Randtrog mit ca. 5000 m Sedimentfullung auf dem sudlichen Plattformrand. Die Starke spat-silurisch-eo-devonische Subsidenz bewirkte die hohe Inkohlung des Kambro-Ordoviz in den Bohrungen G-14 und Slagelse 1 sowie auf Bornholm und in Schonen (Colonus-Trog). Dieser Trog, dessen Achse im Laufe des jungeren Silurs nach N wanderte, wurde bereits am Ende des Silurs bzw. im Unterdevon invertiert und seine Fullung teilweise abgetragen. Die Existenz eines solchen, der kaledonischen Deformationsfront nordlich vor-

Abb.7

Mittel- und Westeuropa in varistischer Zeit Central andWestern Europein Variscan times zusammengestellt von / compiled by F. Kockel

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

0 100 200 km

56°

Legende / Legend

Heutige Verbreitung des Westfal present day distribution of the Westphalian

Vanstische Granite (Auswahl) Vanscan granites (selected)

Haupt-Suturen Mam suture zones

Hauptstbrungen. Grenzen teklomscher Emheiten Mam faults, boundanes of structural units

52»

48 ' 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ... gelagerten Randtroges am Siidrand der baltischen Plattform lasst sich nur schwer mit dem Modell eines "sanften Andockens" der Avalonia-Terrane an den Baltischen Schild (vergl. Abb. 10) vereinba- ren. Ultrabasische ozeanische Krustenteile, wie sie bei der Subduktion eines zwischen den Terranen und der Plattform gelegenen altpalaozoischen Ozeans (Iapetus) zu erwarten waren, sind in Bohrungen nicht nachgewiesen. Vielleicht werden sie durch die bedeutende magnetische Anomalie, die in NW- SE-Richtung durch Mittelriigen und Hiddensee zieht, markiert. Die Modelliemng der Tiefenlage des magnetischen Storkorpers weist auf Teufen von 8-10 km hin. Es besteht jedoch auch die Deutung der Anomalie als Ausdruck eines spatoberkarbonisch bis tiefpermischen basaltischen Vulkanismus. Gange diesen Alters sind in grosser Zahl auf Riigen und in Schonen bekannt. Allerdings scheint der magneti sche Storkorper von Riigen sehr ausgedehnt zu sein, was einer Deutung als basischer Gangschar widerspricht.

Uber die Fortsetzung des kaledonisch deformierten Gebietes nach S und SW bzw. seine Abgrenzung gegen ein postuliertes prakambrisches Norddeutsches Massiv wurde schon referiert.

Ein weiteres Gebiet kaledonischer Deformation ist das Brabanter Massiv, das aber von W her nicht nach Deutschland hineinreicht. Die Struktur der Brabanter Kaledoniden ist die eines breiten, NW-SE- streichenden, im E in die W-E-Richtung einschwenkenden Antiklinoriums mit Kambrium im Kern und ordovizischen und silurischen Ablagemngen in den Randbereichen. Die altpalaozoische Schich- tenfolge ist liber 7000 m machtig und fast ausschliesslich klastisch: Das tiefe Kambrium (>1000 m) besteht aus Sandsteinen und Quarziten, das hohere (500-1000 m) aus Tonschiefem, das Ordovizium ist vorwiegend tonig (Graptolithenschiefer) (1500 m). Ab dem Caradoc iiberwiegen Magmatite, die sich bis in das Untersilur fortsetzen (dazitische und rhyolitische Aschen, Ignimbrite, andesitische und rhyolitische Laven, verbunden mit oberflachennahen mikrodioritischen und porphyritischen Stocken). Im hoheren Silur herrschen wieder graptolithen-fiihrende Tonschiefer mit eingeschalteten Sand- und Siltlagen. Diskordant liber dem gefalteten Altpalaozoikum liegen Konglomerate des Give! bzw. des Frasne. Die kaledonische Faltung und eine weitraumige, gegen S gerichtete Uberschiebungstektonik wird mit dem Beginn des Gedinne datiert. Eine friihere, ordovizische Beanspruchung (takonische Faltung) ist unterentwickelt.

In alien anderen Gebieten Deutschlands (Ardennen, Hohes Venn, Rhenoherzynikum, Saxothuringi- kum) treten die altpalaozoischen Schichtenfolgen entweder als Olistholite in oberdevonisch- unterkarbonisch Olisthostrom-Verbanden auf (Harz, Kellerwald) oder gehen ohne merkliche Diskor- danz in die Sedimentfolgen des variszischen Systems liber (linksrheinisches Schiefergebirge, Saxothu- ringikum, Barrandium).

4.2.3 Das Varisziden-Vorland

Als Varisziden-Vorland (Abb. 7) werden im Folgenden die Bereiche bezeichnet, die nordwestlich und ndrdlich vor der Varisziden-Front liegen. Uberall dort, wo sie durch tiefenseismische Profile naher untersucht werden konnten, werden sie als Ausbiss der aussersten nachgewiesenen oder vermuteten listrischen Abscherungsbahn des gefalteten und verschuppten Variszidenfaltungsgebietes charakterisiert: •

• Die Niederrheinische Bucht einschliesslich der Wurmmulde, des Campine-Beckens und der westlichen Niederlande,

30 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

• das Emsland, Ostfriesland, das Emsmtindungsgebiet, NE-Niederlande, • die stidlichen deutschen Nordseeanteile, • das nordliche Oldenburg, Nordniedersachsen, das stidliche Schleswig-Holstein, • das nordliche Mecklenburg-Vorpommern, Rtigen.

Charakterisiert wird das Varisziden-Vorland einerseits durch die auf ihn weitgehend beschrankte flachenhafte Verbreitung des Stefan und andererseits durch eine weitspannige Faltung oder Kuppelbil- dung, die meist in ihrer Ausrichtung von dem variszischen strukturellen Trend abweicht. So erkennt man in den Niederlanden Antiklinal- und Synklinalgebiete, die dem kaledonischen Trend des Anglo- Brabanter Massivs (NW-SE) zu folgen scheinen und die sich in die sudliche englische Nordsee bei gleichem Streichen fortsetzen. Das Emsmundungsgebiet wird von der prastefanen Kuppel des Gronin- ger Hochs beherrscht. Auf Rtigen wird eine weitspannige, bmch-akzentuierte Wellung in der W-E- Richtung nachgewiesen. Gegen N hebt sich das V arisziden-V orland mit Annahemng an das Mid- North Sea High und das Ringkdping-Ftihnen-Hoch, bzw. mit Annaherung an den Baltischen Schild heraus, so dass immer altere Sedimente bis hinab zum devonischen Old Red an der Praperm- Oberflache ausstreichen. Im Kern der weitspanningen Antiklinalztige tritt im allgemeinen nur Westfal A bis an die Praperm-Oberflache, in der stidlichen englischen Nordsee gelegentlich sogar das Namur. In Norddeutschland liegt aber zumeist Westfal C oder Stefan unter dem Rotliegend.

Uber kleinraumige Stmkturen in diesem Gebiet ist meist wenig bekannt. Nur wenige regionale Sto- rungen sind im Niveau der Praperm-Oberflache direkt kartierbar, so z.B. Randstdrungen des Schier- mannikog-Westfal C-Grabens oder die Ameland-Stdrung. Alle anderen im Kartenbild erscheinenden Storungen sind aus der Zechsteinbasis in die Teufe herabprojeziert. Dies gilt auch ftir die Randstdrun gen des Zentral-, Horn- und Gltickstadt-Grabens und die ostlichen Randstdrungen des Groninger Hochs.

Die sich aus der kombinierten Interpretation von Feldmessungen (Gravimetric, Magnetik, Tiefen- seismik) ergebenden "Tiefenbrach-Systeme" wurden bei der Konstruktion der Karte nicht berticksich- tigt, da sie z.T. bislang noch recht hypothetisch sind und sich in den Isobathenplanen des Rotliegend und im Tiefenplan der Zechsteinbasis kaum Entsprechungen und Hinweise finden.

4.2.4 Der Verlauf des Varisziden-Aussenrandes

Im Gegensatz zu dem in breite Antiklinal- und Synklinalzonen gewellten Varisziden-Vorland bildet die von uns als Varisziden-Aussenrand bezeichnete Linie die aussere Begrenzung des gefalteten Teiles der oberkarbonischen Molasse-Senke. Dieser weist als Folge von Abscherungsvorgangen an relativ flach und in geringer Tiefe liegenden listrischen Flachen einen straffen, parallel ausgerichteten Falten- bau auf. Charakteristisch ftir diesen Aussenbereich sind breite Mulden und schmale, durch Uberschie- bungen gestorte Antiklinalen, wie sie den Baustil des nordwestlichen Ruhrgebietes auszeichnen. In einer seismischen Sektion im nordlichen Mtinsterland nordlich der Bohrung Darfeld 1 (Mtinsterland 8614) ist es gelungen, die Grenzflache zwischen dem gefalteten und dem ungefalteten Molasseanteil zu fixieren (Abb. 8). Es handelt sich um eine recht steile, gegen die Tiefe sich rasch verflachende Sto ning, die tiber einem gegen NW flach einfallenden deutlichen Reflektor (devonische Karbonate?) in die Schichtflache einschwenkt. Stidostlich hinter dieser Aussenrandstorung sind an mehreren, eben-

31 NW SE Foreland Variscan front Darfeld 1 Munsterland 1

0.0 sec

: abase W Lower Cretaceous .. ' -n#m—

base Dinantian 2&SZ2s£*S

BGR

Abbildung 8 Geologisch-strukturelle Interpretation des seismischen Profits 8614 im nordlichen Munsterland Geological and stuctural interpretation of the seismic line 8614 in the northern Munsterland 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ... falls listrisch einschwenkenden Flachen mehrere Antiklinalstrukturen unter Ausquetschung der dazwischen liegenden Mulden tibereinandergeschoben (Struktur Darfeld, Struktur Mtinsterland etc.). Erst noch welter im SE schliessen sich die aus dem nordlichen Ruhrgebiet bekannten breiten, im Zentrum flachen Muldenstrukturen an, denen schmale, stark gestorte Sattelstrukturen zwischengeschaltet sind. Dieser Aussenrand kann von der Lokation Darfeld 1 nach SW bis in die Struktur Winterswijk verfolgt werden. Seismische Sektionen im Raum Kleve und Wesel zeigen noch Anzeichen fiir eine Verfaltung des Oberkarbon.

An dem Storungsbtindel, das das Krefelder Hoch im WSW begrenzt, verspringt der Varisziden- Aussenrand nach S und findet sich wahrscheinlich in der ENE-Verlangerung der Aachen-Midi- Uberschiebung an der Erft, SW von Neuss wieder. Gegen SW 1st der Verlauf des Aussenrandes wieder gut gesichert und lasst sich tiber Liege und Charleroi als "Faille du Midi" sehr genau kartieren.

Von der Bohrung Darfeld 1 gegen NE wird die Verfolgung des Aussenrandes mangels geeigneter Informationen schwieriger. Moglicherweise existiert eine tear fault, an dem der Aussenrand ver springt, unter der Spur der Osning-Uberschiebung. Die Ibbenbtirener Bergplatte wird noch dem ungefalteten Gebiet des Vorlandes zugerechnet. Im Bereich des westniedersachsischen Westfal D-Beckens ist eine tektonische Analyse nicht moglich, da aus den Restmachtigkeiten des Westfal D sich kein Faltenbau rekonstruieren lasst. Auch hier ist eine das westniedersachsische Becken diagonal durchziehende tear fault zu postulieren, die aber nicht nachgewiesen werden kann. Verfaltungen des Westfal C erkennt man dann wieder im Raum Quakenbrtick-Haseltinne und westlich Oldenburg-Friesoythe, ohne dass hier die begrenzende nordwestliche Hauptstbrung hatte nachgewiesen werden konnen. Gleiches gilt fiir das Gebiet nordlich von Bremen. Gesichert ist nur, dass die Faltenachsen der Aussenzone im Bereich Schaphusen-Quelkhom-Taaken aus der deutlichen SW-NE-Richtung in die W-E-Richtung einschwenken. Der Aussenrand wird dann im Bereich Briimmerhof-Volkensen-Otter-Todtshom mit einem E-W-Streichen vermutet. Verspriinge an tear faults wie dem Steinhude Lineament und dem "Lolland-Lineament" konnten nicht bestatigt werden. Am NW-gerichteten Uelzener Lineament konnte der Aussenrand jedoch emeut verspringen und dann tiber Ltineburg und Kostorf gegen E weiterziehen, um stidostlich von Boizenburg die Elbe zu tiberqueren. Daftir lassen sich Hinweise in einem langzeitregistrierten N-S-2D-Profil finden, die aber kontrovers diskutiert werden. In den neuen Bundeslandem ist der Verlauf der Aussengrenze ebenfalls nur wage festzulegen. Es bestehen verschiedene Varianten. Die eine geht von einem Verspringen an tear faults im Bereich des Arendsee-Tiefenbruchs und des Neuruppiner bzw. Rheinsberger Lineaments aus. Die hier dargestellte Variante beschrankt sich auf eine nicht so dezidierte Aussage und deutet nur einen E-W-Verlauf bis in die Gegend stidlich von Stettin an.

4.2.5 Die gefaltete Varisziden-Molassesenke

Die bislang beste strukturelle Interpretation der durch thin-skin-Tektonik gepragten variszischen Aus senzone ist fiir die Traverse Eifel-Nord-Stid-Zone - Wurmmulde auf der Basis des seismischen Profils DEKORP 1 und la gegeben worden. Die Aachen-Midi-Uberschiebung lasst sich in der seismischen Sektion DEKORP 1 und la als ausgepragte, leicht gewellte und relativ flach lagemde Haupt- Uberschiebungsbahn mit abzweigenden Teiltiberschiebungen in Tiefen von ca. 4000-5000 m erkennen. Sie lagert tiber dem autochthonen, flachlagemden, relativ geringmachtigen, auf der Plattform sedimentierten Schichtenstapel (Gedinne bis Givet-Karbonate). Dartiber ist ein komplexer Deckensta- pel aufgettirmt, in den auch die alt-palaozoischen Serien der Stavelot-Venn-D ecken mit einbezogen

Abb.9

Restmachtigkeiten des Westfal C zwischen Oldenburg und Hannover Residual thickness of Westphalian C between Oldenburg and Hannover

zusammengestellt von / compiled by S. Bruckner-Rohling

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

Legende / Legend

Linien gleicher Restmachtigkeiten in m — 100' — Isopachs of residua} thickness in m AusbiB des Westfal C: sicher, unsicher subcrop of Westphalian C: certain, uncertain Stdrung, syn- Oder postsedimentdr fault, syn- or postsedimentary Auf- Oder Oberschiebung: sicher, unsicher reverse fault or thrust: certain, uncertain Synklinalachse —X— axis of syncline Antiklinalachse -4 — axis of anticline Bohrung, Westfal C nachgewiesen, Schichtlucke am Top # We//, Wesfpha//an C present, unconformity at the top Bohrung, erbohrte Schichtglieder des Westfal C • W-A Well, members of Westphalian C encountered • ? Bohrung, Westfal C ungegliedert Well, Westphalian C not subdivided • 650 Bohrung, erbohrte Restmachtigkeit des Westfal C Well, residual thickness of Westphalian C encountered Bohrung, extrapolierte Restmachtigkeit des Westfal C bis Agier-Horizont • (650) Well, residual thickness of Westphalian C to base Aegir horizon, extrapolated Bohrung, erbohrte Restmachtigkeit des Westfal C, Restmachtigkeit bis Agier-Horizont unbekannt • >21 Well, drilled residual thickness of Westphalian C, residual thickness downto Aegir honzonunknown Bohrung, Westfal ungegliedert • cw Well, Westphalian not subdivided 5 Bohrung, Westfal C abgetragen cwA Well, Westphalian C eroded

BROCKNER-ROHLING 1994 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ... sind. Die Uberschiebungsbahn lasst sich weit nach SE bis fiber das allochthone Stavelot-Fenn-Massiv hinaus verfolgen. Erst im Bereich des ehemaligen mittel- und oberdevonischen Nordeifel-Riftrandes gegen das Nordeifel-Becken taucht die Abscherungsflache dann an Staffeln relativ rasch unter dem Eifel-Nord-Sfid-Element in die Mittelkruste ab. Die thin-skin-Tektonik wird durch eine thick-skin- Tektonik abgelost. Dieser Abbruch und mit ihm der Ubergang von der thin-skin- zur thick-skin- Tektonik vollzieht sich an dem ehemaligen Nordeifel-Riftrand, der palaogeographisch vom Eifel bis zum Vise wirksam war.

Dieses Strukturmodell sollte sich auch auf die Verhaltnisse rechts des Rlieins ubertragen lassen. Typi- sche thin-skin-Tektonik herrscht am Varisziden-Aussenrand im Bereich der Bohrungen Munsterland 1 und Darfeld 1 (DEKORP-Profil 2 Nord und 2 Q, Munsterland Mitte 8614 und andere, begleitende Industrieprofile lassen einwandfrei eine Abscherungstektonik erkennen). Die Tiefenlage des Absche- rungshorizontes kann hier mit ca. 5300 m angegeben werden und steigt gegen S leicht an.

Die veroffentlichte geologisch strukturelle Interpretation des Profils DEKORP 2 Nord ist aus den line- drawings so nicht nachzuvollziehen. Es finden sich keinerlei Hinweise fur die Darstellung einer klein- raumigen Verfaltung des Kambrium in den Sattelstrukturen von Senden oder Gelsenkirchen. Diese engen Fallen sind offenbar aus dem Oberkarbon hinabprojiziert.

In jedem Falle andert sich der Baustil ab dem Raum Wattenscheider Sattel mit Sutan-ZBochumer Mul- de nach S ganz entscheidend, was nicht nur auf den tieferen Anschnitt zuruckzuffihren sein dtirfte. Die subhorizontalen Abscherungsflachen greifen hier viel liefer (bis in den Bereich von 4-5 Sekunden TWT) und halten langer durch, ein Bild, das auch im sudlich daran anschliessenden Schiefergebirge sehr ahnlich ist. Damit nahert sich der Baustil der thick-skin-Tektonik im linksrheinischen Bereich. Eine alte, tektonisch bedingte Schelfkante fur das Devon und Unterkarbon wie westlich des Rheins kann man jedoch an dieser Ubergangszone nicht erkennen. Vielmehr sind die oberdevonisch- frasnischen Rand-Riffkomplexe in die thick-skin-Tektonik mit einbezogen (Brilon, Attendom, Paf- frath). Die Schelfkante im rechtsrheinischen Schiefergebirge wanderte vom Eifel bis in das Dinant vom SE-Rand des Ostsauerlander Hauptsattel - Mfisen - Bonn (im Eifel) fiber Brilon-Attendom-Koln (im Givet-Frasne) an den Velberter Sattel (im Oberdevon), wo sie auch fur das Toumais und Vise zu suchen ist. Fur das Namur ist im Bereich zwischen Stockumer Sattel und Bochumer Mulde eine deutliche Subsidenzrampe zu erkennen, an der die Namur-Machtigkeiten von ca. 3300 m in der Wittener Mulde im SE auf 1400 m in der Essener Mulde im NW zuriickgehen. Moglicherweise ist diese steile palaogeographische Rampe die strukturelle Vorzeichnung fur den Grenzbereich thin-skin/thick-skin Tektonik. Die Fortsetzung dieses Bruches im allgemeinen Baustil ist bislang nicht erkennbar. Eine Subsidenzrampe fur das Namur, wie sie im siidwestlichen Ruhrgebiet erlcennbar scheint, ist weiter im NE und E nicht dokumentiert.

Sicher. erscheint, dass die in der 3D-Reflexionsseismik erkannten Strukturen des Oberkarbon in Ol denburg und Osthannover - breite Mulden mit flachen Boden und enge, stark durch Uberschiebungen gestorte Sattel - den Baustil der thin-skin-Tektonik verkdrpem (Abb. 9). Einen weiteren Hinweis konnte das Profil der Bohrung Prottlin in SW-Mecklenburg geben, in dem das tiefe Namur in Schwarzschieferfazies eine sehr starke, eventuell als ptygmatisch zu deutende Verfaltung aufweist. Dies konnte die Nahe zu einem Abscherungshorizont an der Basis der tief-namurisch-dinantischen Schwarzschieferfolge in ca. 6600 m Tiefe signalisieren.

33 B N AMORICA EAST AVALON1A BALTICA

Tornquist Ocean : fTTTTrnr"*" 111"

CAMBRIAN

closing opening E Avalonian suspect terrenes RheEc Ocean Tornqulst Ocean

EARLY ORDOVICIAN

LATE ORDOVICIAN/EARLY SILURIAN

final reopening Rhelc Ocean N German Massif (Rheno-Hercynlan Ocean) Avalonla-Baltlca collision

LATE SILURIAN/EARLY DEVONIAN

closing southern edge of the Laurussian plate flh*nArevnlan Ocean

LATE DEVONIAN

Varlscan foreland area Rheno-Hercynian Ocean

EARLY CARBONIFEROUS external Varisca final Varlscan foredeep fold and thrust belt Saxo-Thurlnglan terrene America-Avalonla ___ collision

LATE CARBONIFEROUS

1 = Proterozoikum/ProZerozo/c, 2 = Kambrium bis Silur/Cambnan to Silurian, 3 = Devon-Karbon/Devon/an to Carboniferous, 4 = gefaltete und verschuppte Kaledonische und Variszische Einheiten/folded and thrusted Caledonian and Variscan units

VL = Vesser UneamenllVesser lineament, NL = Norddeutsches Lineamentf/Vortb German lineament, EL Unterelbe-Lineament/Lower Elbe lineament, TL = Tomquist Uneament ITomquist lineament, ABS = Avalonia-Baltica-Sutur/teniaf/ve Avalonia-Baltica suture, CF = Kaledonische Saumtiefel Caledonian foredeep, CDF = Kaledonische Deformationsfront/Caledonian deformation front, VDF = Variszische Defomiationsfront/ Variscan deformation front, JMF = Jutiand-M6n- SliiwnglJutland-Moen fault

Abbildung 10 Plattentektonische Entwicklung Mitteleuropas vom Kambrium bis zum Oberkarbon. Modell nach FRANKIE, HOFFMANN & LINDERT (1996) Plate tectonic development of Central Europe from the Cambrian to the Upper Carboniferous, model from FRANKE, HOFFMANN & UNDERT (1966) 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Gesichert ist die Tatsache, dass in dem Aussenrandbereich der Variszidenfaltung die Struktur-Achsen, aus dem Ruhrgebiet kommend, zuerst SW-NE streichen, dann aber, im Bereich Thedinghausen- Emtinghausen-Quelkhom, in die W-E-Richtung umbiegen. Moglicherweise ist das auffallige W-E- Streichen der Inversions- und Salzstrukturen im Oberbau zwischen Taaken und dem Uelzen- Lineament auf die Wiederbelebung alter, variszischer Strukturen zuriickzufiihren. Ahnliche Beobach- tungen lassen sich auch im nordwestlichen Munsterland an den oberkretazischen Inversionsstrukturen (Darfeld, Bad Laer-Rotenfelde) machen.

Der Baustil des inneren Rhenoherzynikums wird von der thick-skin-Tektonik bestimmt, die fur das Rheinische Schiefergebirge und den Harz typisch ist. Die Abscherungsflachen liegen sehr tief (bei 4 - 5 Sekunden TWT), wie aus den reflexionsseismischen Profilen DEKORP 1 und DEKORP 2 deutlich wird. Der Grenzbereich zwischen dem Baustil der inneren Rhenoherzynikums und der flach abge- scherten Vorlandsfaltung findet sich linksrheinisch sudlich des Dinant-Synklinoriums und der Venn- Stavelot-Decken. Ostlich des Rheins folgt er moglicherweise annahemd dem Westfal A-Ausbiss bis in das hannoversche Wendland und nach Sudwest-Mecklenburg (Prdttlin 1).

Ausserhalb der flachenhaften Aufschliisse des Rheinischen Schiefergebirges und des Harzes ist der Bau dieser Rhenoherzynischen Innenzone im einzelnen nicht genau bekannt. Gesichert ist, dass die Hauptrichtung der Faltenachsen am Harznordrand aus der generellen SW-NE-Richtung in die W-E- Richtung einschwenkt, wie aus den kartierten Achsen innerhalb des Namur der Flechtinger Scholle hervorgeht. Dieses Achseneinschwenken entspricht der Richtungsanderung, die auch in der rhenoher zynischen Aussenzone im Bereich der Salzstrukturen Quelkhom und Taaken in der 3D-Seismik zu erkennen ist.

Einige Besonderheiten der Rhenoherzynischen Innenzone seien noch vermerkt:

Im ostlichen Rheinischen Schiefergebirge, im Untergrund der Hessischen Senke, im Unterwerra- Grauwackengebirge und im Unterharz gliedert sich dem siidostlichen Rhenoherzynikum eine Zone an, die durch das Auftreten von oberdevonisch-unterkarbonischen Olisthostromen mit altpalaozoischen Olistholithen (Harzgeroder Zone) sowie durch olisthostromatische Gleitdecken (z.B. "Stieger Schich- ten", GieBener Decke, Unterwerra-Grauwackengebirge) gekennzeichnet ist.

Sudostlich dieser Zone allochthonen und par-allochthonen Baustils schliesst sich die nordliche Phyllit- Zone an, die unmittelbar dem Kristallin der Mitteldeutschen Kristallinzone vorgelagert ist (sudlicher Hunsriick und Taunus, Wippraer Zone im Unterharz und die Phyllite auf der Flechtingen-RoBlauer Scholle bei RoBIau). Sie enthalt neben altpalaozoischen Anteilen auch sicher eingestuftes Devon und Unterkarbon als Matrix. Diese Phyllitzone ist somit ebenfalls variszisch deforrniert und offensichtlich nur der starker metamorphe Teil der Olisthostrom-Zone.

4.2.6 Der Sudrand der Rhenoherzynischen Zone

Der Sudrand der Rhenoherzynischen Zone der Varisziden ist als "Mid European Suture" bezeichnet worden und bildet die Grenze zwischen der noch variszisch deformierten nordlichen Phyllit-Zone und der cadomisch konsolidierten Mitteldeutschen Kristallin Schwelle. Dieser Rand wird als Subfluenz- Narbe (s. Abb. 10) angesehen und ist recht gut bekannt. Er zieht von Saarbriicken fiber Mainz und

34 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Frankfurt, Muhlhausen, Eisleben, Dessau, Wittenberg in einem Bogen nach Guben an die NeiBe und von dort am NE-Rand der Sudeten nach Wrozlaw und Nysa bis in die Gegend von Brno in Mahren.

4.2.7 Die spatvariszischen Intrusivkorper

Spatvariszische Intrusivkorper (Abb. 11) mit physikalischen Alterswerten vom Spatkarbon bis Rotlie- gend sind z.T. direkt nachgewiesen, z.T. ergeben sie sich aus Inkohlungs- und geophysikalischen Un- tersuchungen.

An der SE-Flanke des Hohen Venn zeichnet sich in der Umgebung von Monschau eine starke magnetische Anomalie ab, die sich annahemd mit einer ausgepragten Inkohlungsanomalie (>6 % Rr) deckt. Fur diese Anomalie ist die Intrusion eines spatvariszischen Korpers, des „Tonalits von Lammersdorf ‘ verantwortlich.

Die Erkelenzer magnetische Anomalie (>250 y) zeichnet sich im gravimetrischen Bild nicht ab, fallt aber durch eine starke Inkohlungsanomalie im Oberkarbon deutlich auf (max. 3,2 - 3,6 % Rr, gemessen in % fluchtiger Bestandteile im Bereich der Zeche Sophia Jacoba im Floz Sonnenschein (oberes Westfal A)). Die starke hydrothermale Vererzung und der hohe Diagenesegrad der karbonen Sandstei- ne wird, wie die Inkohlung und die Vererzung, auf einen basischen bis ultrabasischen Intrusivkorper permo-karbonen Alters mit einer Dachflache in 3-4 km Tiefe zuriickgefuhrt.

Das permo-karbonische Intrusiv von Krefeld zeichnet sich durch eine schwache positive magnetische Anomalie (25 nT) (40x8 km) sowie durch eine Inkohlungsanomalie aus (> 2 % Rr im Floz Girondelle 5 des Westfal A, > 2,8 % Rr im Floz Samsbanksgen des Namur C). In Analogic zu Olivinbasaltfunden im Bereich Kamp-Lintfort wird die Anomalie einem basischen (gabbroiden), praoberpermischen (permo-karbonischen) Intrusivkorper zugeschrieben, dessen Dach nach Berechnunge bei ca. 3 km Tiefe liegt.

Das Lippstadter Gewdlbe ist ebenfalls durch eine magnetische Anomalie und eine Inkohlungs anomalie sowohl des Altpalaozoikums wie auch des unter der Kreide ausstreichenden Devon gekennzeichnet. Es werden Werte von > 4,6 % Rr erreicht. Die Inkohlungsanomalie umgreift auch die sudlich der geophysikalischen Anomalie gelegenen Bereiche von Warstein und die hochinkohlten Sedimente der Bohrung Lippstadt 1. Auf Grund geoelektrischer und magnetotellurischer Messungen nimmt man fur die Tiefenlage des Daches eines potentiellen Intrusivkdrpers ca. 3000 m an, der ein Granit gewesen sein kann.

Im Ostsauerlander Hauptsattel im Bereich des Altenburener Lineaments tritt ebenfalls eine magmatisch bedingte Nachinkohlungsanomalie auf, die gegebenenfalls auf eine spatvariszische Intrusion hinweist.

Bekannt und altersmassig genau datiert sind die sauren, spatvariszischen Intrusionen des Brocken- und Ramberg-Granits im Harz, die sich weit nach S erstreckende Inkohlungsanomalien in ihrer Umgebung aufweisen (Brockengranit 292 Ma [Rb/Sr], Ramberg-Granit mit 296 Ma [Biotit] bzw. 309 Ma.).

Eine spatvariszische Intrusion, die mdglicherweise aus isolierten Einzelelementen besteht, bildet sich im Raum Magdeburg - Roxforde - Velpke-Asse durch hohe Inkohlungs werte ab. Nachgewiesen und

35 Mesozoic Paleozoic

Abb. 11 Die jungpalaozoischen und mesozoischen Intrusivkorper in Norddeutschland 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ... als spatvariszisch datiert (264 +/- 9 Ma [Rb/Sr]) ist der saure Intrusivkorper bei Hechtingen, in der Bohrung Roxforde und in der Bohrung Velpke-Asse-Devon 1. Die Inkohlungswerte im uberlagemden Namur steigen bis > 4 % Rr an, der Zechstein weist keine thermische Beeinflussung mehr auf. Unge- klart ist, ob die ausgepragte gravimetrische Anomalie von Magdeburg mit dem nachgewiesenen Intru sivkorper in Verbindung zu bringen ist.

Die gravimetrischen und magnetischen Anomalien von Pritzwalk ("Ostelbisches Massiv"), die nach Auswertung langzeitregistrierter tiefenseismischer Profile offenbar mit einem Gebiet fehlender Moho- Reflexionen zusammenfallen und auch magnetotellurisch als Anomalie in Erscheinung treten, werden auf einen ultrabasischen Intrusivkorper zurackgefuhrt, der als Manteldiapir in ca. 18 km Tiefe seine Toplage aufweist. Die vermutliche Intrusion, die mit einer Zerstorung der regionalen Moho einher- ging, wird in den Zeitraum Stefan-Autun datiert und mit den Effusionen basischer, intermediarer und saurer Vulkanite in Zusammenhang gebracht. Eine zweifelsfreie Widerspiegelung einer zu erwarten- den regionalen Warmestorang in den Inkohlungswerten ist bisher nicht moglich. Die in den Bohran- gen Parchim 1 (3,8 % Rr) und Boizenburg (3,74 % Rr) gemesserien Inkohlungswerte sind allein durch die Versenkung nicht zu erklaren.

Deutlich magmatisch bedingte thermische Beeinflussungen sind in Mittel- und Sudriigen sowie im vorpommerschen Festlandbereich zu beobachten. Wahrend auf Mittelriigen, im Gebiet der Bergener Storungszone, im Zusammenhang mit dem Auftreten basischer Intrusionen mit grossen Herdtiefen sprunghafte Reflexionsanderungen verbunden sind (z.B. Binz 1 bei 2264 m 0,67 % Rr, bei 2560 m 1,61 % Rr und bei 2750 m 3,38 % Rr), sind die Inkohlungsspriinge z.B. in den Bohrungen Barth 1, Loissin 1 und Pudagla 1 auf Kontaktmetamorphoseerscheinungen durch ubervviegend saure Intrusiv- gange zuriickzufiihren, deren Wirtspluton moglicherweise mit dem Granitporphyr (mogliche Apophy- se) in der Bohrung Greifswald 1 erbohrt wurde (Sudriigen-Pluton) (2,6 % Rr in 3785 m Tiefe).

Neben der fur die Teufenlage zu hohen Inkohlung und "Verkokungserscheinungen " in Kontaktnahe sprechen Mineralneubildungen von Pyrophyllit, Epidot, Turmalin und Cordierit fiir kontakt- metamorphe Nebengesteinsveranderungen.

Einige Autoren sehen auch in der gravimetrischen Anomalie Schleswig-Holstein, die mit einer deutlichen Anhebung der MOHO zusammenfallt, einen friihpermischen Intrusivkorper als Folge der Anlage eines ersten, permischen pull-apart-Beckens. Auch hier stehen Beweise durch andere Untersuchungen als Potentialmethoden aus.

Auf den wahrscheinlich ebenfalls spatvariszischen Plutonitkomplex von Delitzsch, der auf der Mittel- deutschen Kristallin-Schwelle gelegen ist und die Friih-Molassen in diesem Gebiet kontaktmetamorph veranderte, wird im Rahmen der Beschreibung der Inkohlungskarte der Praperm-Oberflache (Kap. 4.6) naher eingegangen.

4.2.8 Die mesozoischen Intrusivkorper

Zum Rahmenwerk des prasalinaren Sockels gehdren auch die zu mesozoischer (mittelkretazischer) Zeit in diesen eingedrungenen Intrusivkorper (Abb. 11), von denen zwar keiner zu Tage ausstreicht, die aber auf Grand geophysikalischer und vor allem organisch-petrographischer Untersuchungen recht gut in ihrer Ausdehnung bekannt sind.

36 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Mesozoische Intrusivkorper im Zentralbereich der Niedersachsischen Scholle sind seit langem bekannt und sehr genau durch geophysikalische, organo-petrographische Methoden, anorganisch-petrographische Methoden, durch Modellberechnungen und lagerstattenkundliche Methoden untersucht. Gesichert mesozoischen Alters und in ihrer Ausdehnung gut bekannt sind die Intrusionen von Bram- sche, Vlotho und Uchte. Relativ wenig untersucht ist die Intrusion von Neustadt-HeeBel im ostlichen Teil der Niedersachsen-Scholle und die Fortsetzung des Vlotho-Massivs nach SSE unter den Soiling. Fraglich ist, ob auch unter dem sudlichen Teil der Braunschweig-Gifhomer Bruchzone (sudlicher "Gifhomer Trog") eine mesozoische Intrusion verborgen ist. Modellberechnungen geben dafiir einige Hinweise.

Das Alter dieser Intrusionen ist umstritten. Einige Autoren geben fur das Bramscher Instrusiv ein un- terkretazisches Alter an (Alb-Turon). Zumindest ist es junger als Valangin und alter als Campan. An- dere datieren das Neustadt-HeeBel-Massiv in Thonse ins Barreme. Neue Untersuchungen beweisen, dass im ostlichen Niedersachsenbecken noch das Oberapt thermisch vom Neustadt-HeeBel-Massiv beeinflusst wurde. Aufgrund der Auswertung und Interpretation von Apatitspaltspuren aus der Boh- rung Femliegen 5 wird eine Abkuhlungszeit nach einem thermischen Ereignis von 70-100 Mio. Jahren fur die westlichste Apophyse des Bramscher Massivs angenommen. Damit wurde die Intrusion der Nordhom-Apophyse in den Zeitraum Oberalb bis Campan fallen.

Der postulierte mesozoische Intrusivkorper im Emsmundungsgebiet hat sich durch die zahlreichen neuen Inkohlungsuntersuchungen in diesem Raum nicht bestatigen lassen.

Ein im Delitzsch-Doberluger Raum erkannter Ultramafitit-Karbonatit-Komplex hat moglicherweise Stefan und Zechstein gleichzeitig inkohlt. Zumindest ist kein ausgepragter Inkohlungssprung zwischen dem Praperm und dem basalen Zechstein zu erkennen. Ohne direkten Nachweis besteht auch hier der Verdacht, dass es sich bei dem ultramafisch-karbonatitischen Korper um eine mesozoische (Unter-? oder Oberkreide) Intrusion handelt.

4.3 Subsidenzentwicklung im Norddeutschen Becken

Die Absenkungsgeschichte des Norddeutschen Beckens nach der Kaledonidenfaltung gliedert sich deutlich in zwei unterschiedliche Abschnitte:

• Die Versenkung vom Devon bis in das hohere Oberkarbon vor der Variszidenfaltung. • Die Versenkung nach der prapermischen Hebungs- und Abtragungsperiode als Folge der Variszi denfaltung. Diese umfasst die Zeitspanne vom tiefen Perm bis in das Jungtertiar und lasst sich ih- rerseits noch einmal ein mehrere Etappen gliedem.

4.3.1 Die Versenkung vom Devon bis in das hohere Oberkarbon - vor der Variszidenfaltung

Es war beabsichtigt, im Varisziden-Vorland durch die Konstruktion von Machtigkeitskarten des Na mur, Westfal A, Westfal B, Westfal C, Westfal D und Stefan regional die prapermischen Ver- senkungsbetrage fur die als Referenzflache anzusehende Basis Namur (mit dem obersten marinen Muttergesteinshorizont) darzustellen.

37 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Dies erwies sich aus mehreren Griinden als undurchfiihrbar:

• Nur sehr wenige Tiefbohrangen haben unter dem Norddeutschen Permbecken das Namur vollstan- dig durchortert und geben Aufschluss tiber die regionale Machtigkeitsverteilung des Namur. Die Isopachenkonstruktion ist weitgehend hypothetisch. Das gilt auch fur die veroffentlichten Machtig- keitsangaben. • Wie im Kap. 4.2 dargelegt, hat sich gezeigt, dass grosse Teile des bislang als Varisziden-Vorland betrachteten Gebietes in NW-Deutschland, in denen man weitgehend flache Lagerung der karbonen Schichtenfolge vermutete, noch in die Variszidenfaltung einbezogen sind. Die Molassefiillung des Vorlandtroges ist auf einem Abscherungshorizont, anzunehmend dem basalen Namur mit seinen leitfahigen Schwarzschiefem, nach NW und N vorgegriffen. Dabei warden Namur und Westfal stark gefaltet und tektonisiert, so dass auch die wenigen Angaben fiber die Namur-Machtigkeiten, z. B. in der Bohrung Munsterland 1 oder Versmold 1, als nicht reell zu gelten haben, sondem vielmehr durch interne Verschuldung zustande kamen. • Die heutige Tiefenlage des Abscherungshorizontes und damit die Tiefenlage des basalen Namurs lasst sich nur in wenigen seismischen Sektionen abschatzen. Im allgemeinen reichen die digitalen Registrierungen (bis 5 sec TWT) nicht aus, um den Abscherungshorizont teufenmassig zu lokali- sieren. • Uber die primaren Machtigkeiten der jungpalaozoischen Schichtenfolge sind somit nur vage und pauschale Angaben moglich.

Machtigkeiten Namur

Die primare Namur-Machtigkeiten sind aus den folgenden Bohrungen abzuleiten:

Schleswig Z1 (0 m), 41/20-1 (UK-Nordseesektor) (935 m nd.), Isselburg 3 (1525 m), Winters- wijk (ostl. Niederlande) (1650 m), Heibaart (Belgien) (ca. 900 m), Poederlee (Belgien) (ca. 800 m), Tjuchem 1 (Niederlande, Groningen) (> ca. 1800 m), Loissin 1 (bei Greifswald) (> 500 m), Mittel- und Nordriigen (0 m).

Die Werte aus den Bohrungen Versmold 1 (2776 m), Munsterland 1 und Prottlin (> 1784 m) sind durch Verschuppung entstanden und sehr wahrscheinlich zu hoch.

In der Achse des Norddeutschen Beckens entlang einer Linie vom Emsland bis nach Boitzenburg kann mit primaren Machtigkeiten zwischen 1600 und 2000 m gerechnet werden, im sudlichen Ruhrgebiet ist es mehr.

Vergleichszahlen aus der englischen Nordsee (Rowland shale und Millstone grit):

48/3-3 (> 659 m), 44/12-1 (> 845 m), 41/20-1 (> 931 m), 48/12b-4 (> 1021 m).

38 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Machtigkeiten Westfal A

Angaben tiber die Machtigkeiten des Westfal A sind sparlicher als die tiber das Westfal B, zumindest ausserhalb des Ruhrgebietes und des Munsterlandes.

In Westdeutschland ausserhalb des Ruhrgebietes haben folgende Bohrungen grossere Bereiche des Westfal A erschlossen:

Balderhaar Z1 (395 m nd.), Husum Z2 (470 m nd.), Lehrte Z1 (420 m, am Top gekappt), Iburg 4 (464 m nd.), Munsterland 1 (1255 m), Vingerhoets 92 (717 m? nd.), Vingerhoets 90 (615 m nd.), Versmold 1 (402 m, oben gekappt), Steinheim 1 (422 m nd.), Senden 11 a (1094 m), Var- dingholt 1 (298 m nd.).

In Ostdeutschland haben folgende Bohrungen das Westfal A angetroffen:

Barth 1 (545 m), Boizenburg 1 (309 m), Rtigen 2 (66 m), Rtigen 4 (34 m), Loissin 1 (483 m), Gingst 1 (14 m), Hiddensee 3 (49 m), Hiddensee 4 (53 m), Hiddensee 5 (68 m), Wiek 4 (9 m), Wiek 101 (4 m), Trent 1 (44 m).

Aus diesen sehr verstreut liegenden Werten ergibt sich das folgende grobe Bild:

• Die Bochumer Schichten (oberes Westfal A) zeigen ein Machtigkeitsminimum im Raum Recklinghausen mit Werten < 580 m. Gegen SSE und gegen NNW steigen die Werte auf 800 bzw. 700 m an.

• Die Wittener Schichten (unteres Westfal A) zeigen eine NE-SW-verlaufende Schwelle im Raum Bochum-Dortmund mit > 400 m, gegen NW nimmt die Machtigkeit am Niederrhein auf 680 m zu.

Die Gesamtmachtigkeiten liegen demnach im Ruhrgebiet zwischen ca. 1000 und 1400 m. Gegen die Bohrung Munsterland nehmen diese Machtigkeiten auf ca. 1250 m ab. In Niedersachsen zwischen dem Emsland und der Ltineburger Heide wird man mit Machtigkeiten des Westfal A von > 500 m rechnen mtissen, die im Raum Boizenburg an der stidlichen Beckenflanke auf ca. 300 m zurtickgeht.

Ein weiteres Subsidenzzentram liegt in Vorpommem und wird durch die Bohrbefunde Barth 1 und Loissin 1 gesttitzt. Die Machtigkeiten betragen hier maximal > 500 m.

Zum Vergleich einige Werte aus der ostlichen britischen Nordsee:

Die Caister Coal Formation, die dem Westfal A entsprechen soil, zeigt Machtigkeitswerte von 580 m (44/22-1), 502 m (44/23-4) und 398 m (44/24-2), also nur gut die Halfte dessen, was im Ruhrgebiet und im nordlichen Munsterland angetroffen wurde.

39 4. Entwicklung des notddeutschen Beckens ...

Machtigkeiten Westfal B

In Westdeutschland haben 150 Bohrungen die Basis des Westfal B erreicht, 55 Bohrangen haben es nicht durchteuft, fur Ostdeutschland sind die entsprechenden Zahlen 214 und 4. Ausserhalb des Ruhr- gebietes haben allerdings nur sehr wenige Bohrangen eine vollstandige oder annahemd vollstandige Abfolge des Westfal B erbohrt, aus denen auf die ungekappte Gesamtmachtigkeit in Muldenpositionen bzw. in den ungefalteten Bereichen geschlossen werden kann:

Walsrode Z1 (524 m nd.), Balderhaar Z1 (576 m, gestort), Husum Z1 (250 m, oben stark gekappt), Schneeren Z1 (706 m), Ibbenbtiren Westfeld (811 m nd.), Bad Laer Z1 (640 m nd.), Koekelsum 2 (778 m nd).

Diese Bohrangen stehen allgemein nahe des stidlichen bis sudostlichen Verbreitungsrandes .

Fur das Ruhrgebiet und das Mtinsterland sind in der Literatur fiir das Westfal B folgende Machtig- keitswerte genannt:

Bochumer Mulde: 600 m Essener Sch., Essener Mulde: 1000 m (500 m Essener Sch., 500 m Horsier Sch.), Emscher Mulde: 900 m (400 m Essener Sch., 500 m Horsier Sch.), Lippe-Mulde: 800 m (400 Essener Sch., 400 m Horsier Sch.), Ibbenburen: 750 m (400 m Essener Sch., 350 m Horsier Sch.).

Ein Machtigkeitsminimum zieht sich von Haltem im NE nach Dinslaken im SW.

In Ostdeutschland ist die Zahl der Bohrangen, die das Westfal B angetroffen haben, hoher. Die Mach tigkeiten sind jedoch allgemein wesentlich geringer. Zudem stehen die meisten Bohrangen am nordlichen Verbreitungsrand in Vorpommem und den vorgelagerten Inseln, so dass sich aus den verstreuten Angaben eine einigermassen verlassliche Machtigkeitskarte nicht erstellen Hess:

Boizenburg 1 (375 m), Rtigen 1 (84 m), Rtigen 4 (70 m), Loissin 1 (89 m), Lohme 101 (54 m), Neuenkirchen 2 (88 m ), Dranske 2 (86 m), Gingst 1 (93 m), Greifswald 1 (212 m nd.), Gre- vesmtihlen 1 (59 m nd.), Hiddensee 3 (29 m), Hiddensee 4 (100 m), Hiddensee 5(81 m), Trent 1 (62 m), Wiek 4 (104 m), Wiek 101 (109 m).

Immerhin kann man erkennen, dass in Westdeutschland das Machtigkeitsmaximum mit ca. 1000 m im Bereich zwischen Essen und Hamm gelegen haben muss und eine generelle Machtigkeitsabnahme nach N und NW auf 830 m im Emsland und ca. 700 m im Raum westlich Hannover zu erkennen ist.

In Ostdeutschland dtirfte das Subsidenzzentram des Westfal B im Gebiet Wismar, Rostock und stidlich von Usedom gelegen haben. Die Bohrang Boizenburg 1 mit 375 m markiert sicherlich die stidliche Beckenflanke und die Bohrang Barth 1 mit 244 m und Greifswald 1 mit > 212 m die ndrdliche Heraushebung. Gegen N (Rtigen, Hiddensee) gehen die Machtigkeiten auf 100 m und weniger zurtick.

Zum Vergleich werden fur die Westoe Coal Formation, die dem Westfal B entspricht, fiir die ostliche britische Nordsee 453 m (Bohrang 44/27-1) bzw. 208 m (Bohrang 44/21-2) angegeben.

40 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Machtigkeitsentwicklung des Westfal C

Fur die Konstraktion der Restmachtigkeitskarte Westfal C warden neben den Bohrdaten auch refle- xionsseismische Daten verwendet. In Westdeutschland warden far die Kartenkonstruktion insgesamt 357 Bohrung ausgewertet, davon warden 207 im Westfal C eingestellt. Fur Ostdeutschland sind die vergleichbaren Zahlen 217 and 3. Fur die Bohrungen, die die Basis des Westfal C nicht erreicht haben, konnte bei Kenntnis des lithostratigraphischen Horizontes, in dem die Bohrung eingestellt wurde and unter Annahme einer regional relativ gleichmassigen Machtigkeitsentwicklung, die Restmachtigkeit bis zur Westfal C-Basis addiert werden.

Das Westfal C 1st in Norddeutschland heute noch wesentlich weiter verbreitet als das Westfal D. Es findet sich in der nordlichen Niederrheinischen Bucht and in Muldenftillungen des Ruhrgebietes and des Mtinsterlandes. Flachenhaft verbreitet 1st es nordlich des Osning, im westlichen Niedersachsen bis in die stidliche Nordsee and nach Hamburg sowie in das stidlichste Schleswig-Holstein. Die zentrale Beckenachse der Westfal C-Saumsenke zieht sich fiber Westmecklenburg bis nach Vorpommem (Mecklenburg-Pommersche Teilsenke) and folgt damit dem Generalstreichen der extemen variszischen Zone. Im SE reicht die Verbreitung des Westfal C bis an eine Linie von Hannover fiber Uelzen nach Schwerin and fiber Neubrandenburg nach Stettin.

Das sich aus den Bohrdaten ergebende sehr stark differenzierte Machtigkeitsbild liess schon in einem sehr frtihen Stadium der Bearbeitung darauf schliessen, dass das Westfal C in weiten Gebieten Nord- westdeutschlands, ftir die man bisher eine flache, ungestorte Lagerung angenommen hatte, einen Fal- tenbau unter dem transgredierenden Perm bzw. Stefan aufweist.

Diese Annahme konnte durch die Auswertung von seismischen Einzelprofilen in 3D-Messgebieten bestatigt werden. Ftir grosse Areale in Stidoldenburg and Osthannover konnten in den Sektionen ein Sattel- and Muldenbau des Oberkarbons erkannt werden. Meist handelt es sich, soweit erkennbar, am breite Malden mit relativ flachem Boden and schmale, in sich gestorte and tiberschobene Antiklinal- strukturen.

Die erkannten positiven and negativen Achsen konnten zumindest annaherungsweise flachig auskartiert and mit den aus den Bohrdaten gewonnenen Restmachtigkeitsdarstellungen in Beziehung gesetzt werden. Dabei zeigte sich, dass im allgemeinen die Bohrungen mit geringen Restmachtigkeiten and starker Kappung des Westfal C mit den seismisch im oberkarbonen Stockwerk ermittelten Hochlagen, die machtigen and vollstandigen Westfal C-Profile mit den breiten Muldenregionen lagemassig tiber- einstimmten.

Urn diese komplexen Beziehungen besonders in Stidoldenburg and Osthannover zu verdeutlichen, wurde der Restmachtigkeitskarte Westfal C im Massstab 1 : 500.000 eine weitere Darstellung im Massstab 1 : 200.000 zur Seite gestellt.

Strukturell kann man zwischen einem nordlichen and nordwestlichen, weitgehend ungefalteten Be- reich und einem stidlichen und stidostlichen Bereich unterscheiden, der variszisch deformiert ist. Die Grenze zwischen beiden Bereichen, der variszische Aussenrand, ist nur in Ausnahmefallen genau zu kartieren.

41 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Im dem variszischen Aussenrand vorgelagerten Bereich warden in NW-Deutschland > 800 m Westfal C beobachtet. Gegen die Rander nach W and N nehmen die Machtigkeiten rasch ab. Im Vorpommer- schen Beckenteil mit Zentram vor Zingst werden > 600 m erreicht.

Im gefalteten Bereich in Niedersachsen sind in den breiten Synklinen z.T. > 800 m Westfal C erhalten, liber den Antiklinalachsen kann die Restmachtigkeit aaf 0 m absinken. Der bedeatendste Antiklinal- zagzieht von Soltaa tiber Rethen/Aller and NienbargAVeser nach Petershagen and weist mindestens 3 Knlminationen aaf, liber denen das Westfal C anter dem Rotliegend vollig erodiert ist. Im Manster- land and im Rahrgebietsind nar lokal Restmachtigkeiten von 800 m in den Maldenzagen erhalten.

Machtigkeitsentwicklung des Westfal D

Die Darstellang der Restmachtigkeiten des Westfal D stiitzt sich, aasschliesslich aaf Bohrbefiinde. In Westdeatschland warden fur die Kartenkonstrnktion 431 Bohrangen verwendet, davon darchteaften 74 das Westfal D nicht. In den neaen Bandeslandem sind es entsprechend 218 Bohrangen, eine davon warde im Westfal D eingestellt. Die Bohrangsdichte erscheint aasreichend, am die heatige Restver- breitang anter dem Stefan and dem Rotliegend mit einiger Sicherheit za kartieren. Es wird aber daraaf hingewiesen, dass besonders im offshore-Bereich and im kiistennahen onshore-Bereich zwischen Lii- beck and dem Fischland keine Bohrang das Praperm erreichte and somit die Kartendarstellang in diesem Bereich hypothetisch ist.

Unter dem diskordant anflagemden Stefan bzw. Rotliegend ist Westfal D in vier nicht miteinander verbandenen isolierten Senken erhalten geblieben: • in einem Trog, der sich aas dem Schelfgebiet dstlich von Usedom aber Rtigen in den offshore- Bereich and die kiistennahen Onshore-Gebiete Mecklenbarg-Vorpommems bis nach Ltibeck erstreckt, • in einem mndlichen Becken, das das Emsland and die westlichen Teile des Niedersachsenbeckens anterlagert, • vermntlich in einem Innentrog, der sich von Wittenberg bis nach Halle and Leipzig erstreckt (Vor- lanfer der Saale-Senke, • in der Erzgebirgs-Senke.

In Vorpommem finden sich die grossten Restmachtigkeiten mit > 400 m zwischen Stralsand and DarJJ, im westlichen Niedersachsen werden maximale- Restmachtigkeiten bis za 700 m ndrdlich von Ibbenbaren and im Raam Nordhom erreicht.

Im Raam Wittenberg-Halle-Leipzig and Zwickan-Chemnitz sind die Machtigkeiten wesentlich geringer.

Raamlich eng begrenzte Vorkommen von Westfal D finden sich dariiber hinaas westlich von Emden (Groothasen Zl) and im Raam Hasam-Schneeren.

Im Anglo-Datch Basin in der sadlichen Nordsee sind maximal 1600 m Westfal A-D anter der permischen Diskordanz erhalten.

42 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Restmachtigkeiten Stefan

Die Machtigkeitsdarstellung des Stefan stiitzt sich allein auf Bohrangsbefunde und Tagesaufschlusse. In Westdeutschland warden fur die Kartenkonstruktion insgesamt 476 Bohrungen verwendet, davon batten 45 das Stefan nicht durchteuft. In den neuen Bundeslandem waren es 252 Bohrungen, wovon 34 im Stefan eingestellt wurden.

Die Isopachendarstellung der Stefan-Restmachtigkeiten erscheint recht undifferenziert. Wahrschein- lich ist die Existenz einiger synsedimentar wirksamer Graben- und Horststrukturen, die aber bislang nicht erkannt wurden. In den neuen Bundeslandem ist die Lagemng im Bereich der variszischen Fal- tung eindeutig transgressiv. In Niedersachsen wird vermutet, dass in der Nahe des variszischen Au- ssenrandes zumindest das tiefe Stefan zwar auch diskordant auflagert aber moglicherweise doch noch leicht und posthum in den Faltenbau eingegliedert wurde. Das wtirde auch die isolierten Stefanvor- kommen in Ostniedersachsen als Reste von Muldenfiillungen besser erklaren. Das ist aber bislang eine nicht beweisbare Hypothese und wird von anderen Autoren als ausserst unwahrscheinlich betrachtet.

In Deutschland finden sich zwei Haupttroge, in denen sich Stefansedimente unter der basalen Autun- Diskordanz erhalten haben:

• ein zentrales, extraorogenes Becken, das sich vom Emsland und der Emsmundung bis nach Use- dom und in die ostlich vorgelagerten Schelfbereiche erstreckt • und ein sudliches, intramontanes Becken, das sich von Wittenberg und Halle bis nach Erfurt und Meiningen erstreckt (Saale-Senke, die erst im Autun mit der Saar-Senke verbunden wurde).

Im ndrdlichen Becken erkennt man drei Subsidenzzentren:

• im Bereich von Stralsund-DarB mit > 500 m Restmachtigkeiten, • in der sudlichen Nordsee vor der Emsmundung mit > 400 m Restmachtigkeiten, • im Gebiet der unteren Ems, ebenfalls mit Restmachtigkeiten > 500 m.

Im sudlichen Becken steigen die Restmachtigkeiten bis auf > 500 m bei Wittenberg und unter dem Thuringer Becken zwischen Halle und Erfurt an.

Sonst finden sich verstreut nur einzelne kleinere Erosionsreste, die sich in ihrer Ausdehnung oft schwer abgrenzen lassen, die aber zeigen, dass vor dem Rotliegend in Norddeutschland wahrscheinlich eine ziemlich zusammenhangende Bedeckung mit Sedimenten des jungeren Stefan vorhanden gewesen sein mag. Hier sind das Vorkommen der Supplinger Schichten auf der Flechtinger Scholle zu nennen, die Vorkommen im Hannoverschen Wendland und nordostlich und westlich Hannover.

Schlussfolgerungen

Aus den Machtigkeitsbetrachtungen fur das Namur und Westfal A-D ergibt sich, dass zu Beginn der variszischen Auffaltung fur einige Bereich der varistischen Saumtiefe mit einer Gesamtsubsidenz der Namurbasis von ca. 5000 m zu rechnen ist. Die Subsidenzmaxima fur die einzelnen oberkarbonen Schichtglieder liegen naturlich nicht ubereinander, sondem sie wanderten vielmehr im Verlauf der

Abb.12

Restmachtigkeiten des sedimentaren Rotliegend Residual thickness of sedimentary Rotliegend

zusammengestellt von / compiled by S. Bruckner-Rohling & N. Hoffmann

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

KOP.ENHAGEI

'Malmo

BERLIN

Leipzig

Drosdofv 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Zeit gegen das nordliche und nordwestliche Vorland bin. Dennoch muss fur die dutch das Norddeut- sche Permbecken uberdeckten Bereiche eine erhebliche Versenkung der obersten marinen Mutterge- steinshorizonte und damit auch eine erhebliche sehr friihe Reifung und KW-Generation angenommen werden, trotz eines relativ geringen Temperaturgradienten zu dieser Zeit, wie er fur Vorland- Molassesenken typisch ist.

Das bedeutet, dass im zentralen Teil des Molassetroges die KW-Genese fur das basale marine Namur und die darunter liegenden, ebenfalls marinen dinantischen Muttergesteine schon vor der Varisziden- faltung eingesetzt hat und fur spatere Nachinkohlungsphasen nur noch mit einem Restpotential gerechnet werden kann. Unsere Modellrechnungen ergeben, dass die KW-Genese (01 und spater Gas) aus den marinen Muttergesteinen des tiefen Namur und Dinant an den meisten untersuchten Bohrlo- kationen bereits im Westfal A Oder B und nur ausnahmsweise im Westfal C oder junger begonnen hat. Diese Kohlenwasserstoffe, sollten sie denn je in Fallen gefangen gewesen sein, sind wahrend der varistischen Faltung weitgehend verloren gegangen.

Wesentlich gunstiger sind hingegen die Gebiete am nordlichen Rand des Molassebeckens und des Permbeckens anzusehen, in denen es nicht zu machtigen oberkarbonischen Molasseablagerung kam und deshalb die unterlagemden Plattformsedimente des Dinant und tiefen Namur zur Zeit der Variszi- denfaltung noch weitgehend unreif geblieben waren (westliche deutsche Nordsee, Entenschnabel, niederlandische und sudliche britische Nordsee).

4.3.2 Die Versenkung vom Unterrotliegend (Perm) bis zum Jungtertiar - nach der V ariszidenfaltung (Nach: Bruckner -Rohling , H offmann , Koch , Kockel , Krull & Stumm 1994, Bruckner - Rohling , Kockel & Krull 1994)

Fur die Rekonstruktion der Versenkungsgeschichte im Perm, Mesozoikum und Tertiar des Nord deutschen Beckens stehen wesentlich mehr Daten zur Verfugung als fur die Rekonstruktion der prapermischen Versenkung.

Erster Referenzhorizont war die heutige Tiefenlage der Zechsteinbasis, die sich nach Bohrungen und Reflexionsseismik genau und flachendeckend kartieren lasst. In ihrer Tiefenlage spiegelt diese Flache alle Bewegungen summativ wider - also Absenkungen wie Hebungen, die sich im Verlauf des Perm, des Mesozoikums und des Tertiars ereignet haben.

Zweiter Referenzhorizont ist die heutige Tiefenlage der Praperm-Oberflache, eine Peneplain, die nach der Varsizidenfaltung und vor Einsenkung des Norddeutschen Rotliegendbeckens entstanden war. Diese Flache war nach Bohr- und Reflexionsseismischen Daten nur in Ausnahmefallen kartierbar. Sie musste also berechnet werden.

Dazu waren folgende Arbeitschritte notwendig:

• Flachenhafte Rekonstruktion der heutigen Restmachtigkeiten des sedimentaren Rotliegend, • Flachenhafte Rekonstruktion der heutigen Restmachtigkeiten des vulkanitischen Rotliegend.

Fur die Konstruktion der Machtigkeiten des sedimentaren Rotliegend (Abb. 12) liegen ausreichend gesicherte Daten vor, mit Ausnahme der Gebiete, in denen die eingeschalteten Salinare halokinetisch

44 — 5 —

R ID

GROSS- B R I T A N Nil E N

N I E D L A N D E AMSTERDA

BEL G I E N Calais! vKdln

eich Abb.13

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Flensburg

Hamburg

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Hannover

Magdobul 4. Encwicklung des norddeutschen Beckens ... mobilisiert und in die Diapire abgewandert waren, d. h. vor allem im Unterelberaum, im sudlichen und mittleren Schleswig-Holstein und in der deutschen Bucht.

Einige Schwierigkeiten ergaben sich auch aus der Tatsache, dass das tiefste sedimentare Rotliegend, die Muritz-Subgruppe in der Havel-Miiritz-Senke nur ungenau bekannt und ihre Machtigkeitskonfigu- ration nur annahemd rekonstrierbar ist.

Fur die Rekonstruktion der Machtigkeiten des vulkanitischen Rotliegend (Abb. 13) standen zwar auch einige Bohrungen zur Verfiigung, die diese Formation durchorterten. In den meisten Fallen wurden die Bohrungen jedoch bei Erreichen der Vulkanite eingestellt. Die Konturierung der Machtigkeiten ist deshalb mit ziemlichen Unsicherheiten behaftet. Stiitzend envies sich die vor allem in Ostdeutschland aufgestellte Vulkanostratigraphie, aus der abzulesen war, ob eine Bohrung in einem stratigraphisch hohen oder tiefen Niveau eingestellt worden war.

Durch Addition der Restmachtigkeiten des sedimentaren und des vulkanitischen Rotliegend auf die heutige Tiefenlage der Zechsteinbasis wurde die Karte der Tiefenlage der Praperm-Oberflache kon- struiert. In Schleswig-Holstein wurde zusatzlich Reflexionsseismik beigezogen, in der das basale, nicht salinarfuhrende Rotliegend zumindet gelegentlich zu sehen war.

Die Tiefenkarte der Praperm-Oberflache (Abb. 14) stellt summativ alle Bewegungen dar, die seit dem Beginn des Perm im Norddeutschen Becken stattgefunden batten.

Ein weiteres Instrument zur Verdeutlichung der ortlichen Subsidenzgeschichte ist die Absenkungsmo- dellierung an ausgewahlten Bohrpunkten mit dem eindimenionalen Modellierungsprogramm PDI der Fa. EES, Jtilich. Insgesamt wurde fur 30 Bohrungslokationen in NW- und NE-Deutschland die Versen- kungsgeschichte rekonstruiert.

Diese V ersenkungsdiagramme lassen eine gewisse Systematic erkennen:

Auf der Pompeckj’ Scholle setzt nach einer starken Hebungs- und Abtragungsphase, die vom Stefan bis in das Oberrotliegend andauem kann, im Oberrotliegend, (in den Vulkanitgebieten schon im tiefen Rotliegend) eine rapide Subsidenzphase ein, die bis in die tiefe Trias (Hardegsen-Folge) andauert, dann aber, vor der Solling-Diskordanz, durch einen kleinen positiven Ruck unterbrochen wird. Diese Subsidenzphase klingt dann in der hoheren Trias und im Lias sowie im tiefen Dogger langsam aus. Ab Mittleren Dogger erfolgt eine langandauemde Phase der Hebung und Abtragung, bzw. sehr geringer Sedimentation, die erst mit dem Alb endet. Die Subsidenzkurve versteilt sich emeut im Turon bis zum Ende des Campan / Maastricht. An der Kreide-Tertiar-Grenze kommt es zu einer kurzen Abtragunspe- riode, wahrscheinlich bedingt durch eine allgemeine Spiegelabsenkung, dann setzt sich der Subsi- denztrend mit fast gleicher Intensitat wie in der Oberkreide bis zum Mitteloligozan fort, schwacht sich aber im Jungtertiar deutlich ab.

Dies trifft fur folgende Bohrungen zu: Angermunde 1/68, Balderhaar Zl, Bedekaspel Zl, Boizenburg 1/74, Bokel Zl, Dorfmark Zl, Eche Z3, Groothusen Zl, Harpstedt Zl, Leer Z2, Nordsee Gl-1, Prottlin 1/81, Pewsum Zl, Saagermeer Z2, Sellin 3Z, Victorbur Zl, Walsrode Z1A, Wardenburg Zl, Westerstede Zl, Zeh- denick 2/75.

45 GROSS- Abb. 14

Heutige Tiefenlage der Praperm-Oberflache Present day depth of pre-Permian surface

zusammengestellt von / compiled by S. Bruckner-Rohling & N. Hoffmann

Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover 1998 Federal Institute for Geosciences and Natural Resources, Hannover 1998

0 50 100 km

Legends / Legend

Isobathen der heutigen Tiefenlage der Praperm-Oberflache in 100 m " ^ ®" isocontours of present day depth of pre-Permian surface

Hauptstdrungszonen in der Zechstembasis Major fault zones in bas Zechstein

Begrenzung des Gebetes mit Praperm unter jungerer Bedeckung Limit of area of pre-Permtan beneath younger cover 4, Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Well: VHrinite Reflectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

Hiatus | krl lao-tou totm4nu

1000"

2000-

3000-

4000"

5000"

6000"

7000"

8000"

Turte (mabp)

Vrtnmte Refiectance(t#Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

Hiatus roll teo [toll tml

2000-

3000"

4000"

5000"

6000-

Ttme (mabp)

Abb. 15 : Versenkungsdiagramme fur zwei Bohrungen auf der Pompeckj Scholle Burial history of two wells on the Pompeckj Block

46 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Well: Vrtrinite Reflectance(%Ro) Z Easy %Ro

Bunal history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

Hiatus roz

1000'

2000"

3000-

4000-

5000-

6000-

7000"

Time (mabp)

Well: Vitnnite Reftectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

1000-

4000-

5000-

6000-

7000'

Time (mabp)

Abb. 16 : Versenkungsdiagramme fiirzwei Bohrungen auf der Pompeckj Scholle Burialhistory of two wells on the Pompeckj Block

47 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Well: Vitrfnite Reflectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

I Hiatus Iro krv-krt

1000’

3000’

4000"

6000’

7000'

8000'

9000"

10000'

11000

Time (mabp)

Well: Vitnnite Reflectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

1000'

2000-

3000-

4000*

5000-

6000-

7000"

8000-

9000-

10000-

11000

Time (mabp)

Abb. 17 : Versenkungsdiagramme fur zwei Bohrungen im Niedersachsenbecken Burial history of two wells in the Lower Saxony basin

48 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Well: Vitrinite Rellectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

1000'

2000'

4000'

5000"

6000*

7000*

Time (mabp)

Well: Vitrinite Reflectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

Hiatus z

1000-

2000'

3000*

4000-

7000-

Time (mabp)

Abb. 18 : Versenkungsdiagramme fur zwei Bohrungen am Westrand des Niedersachsenbeckens Burial history of two wells on the western fringeof the Lower Saxony basin

49 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Well: Vitrinite Reflectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

Hiatus z

1000-

2000*

3000"

4000"

6000"

Tlme (mabp)

Well: Vitrinite Refiectance(%Ro) / Easy %Ro

Burial history (corrected)

Depth (m) below sediment surface

1000-

2000-

3000-

4000*

Time (mabp) TTTs;

Abb. 19 : Versenkungsdiagramme fur zwei Bohrungen am Nordrand des Norddeutschen Beckens (oben Mecklenburg-Vorpommern, unter Deutscher Nordseesektor) Burial history of two wells on the northern fringe of the NW German basin (top: Mecklenburg- Vorpommern, bottom: German North Sea sector)

50 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Die deutliche starke Absenkung in der Oberkreide und dann im Alttertiar fehlt in den Bohrungen Rtigen 2/67, Oranienburg 1/68, Isselburg 3, Itterbeck-Halle Z5, Grimmen 6/65.

Ein ganz anders Absenkungspattem zeigen die Bohrungen im Niedersachsenbecken, z.B. Otterhagen Zl, Stolzenau Zl, Wietingsmoor Z2.

Die Versenkungskurve im Perm und in der Trias 1st die gleiche wie bei den Bohrungen auf der Pom- peckj-Scholle. Mit dem Beginn des Malm beschleunigt sich im Gegensatz zu diesen Bohrungen die Absenkung rapide und beschleunigt sich bis zum Apt bzw. Cenoman. Eine intensive Hebung und Ab- tragung erfolgte wahrend der Inversionszeit im Coniac-Santon, danach folgt nur noch eine ganz leichte und immer wieder unterbrochene Absenkung in der hoheren Oberkreide und im Tertiar.

Diese drei Grundmuster der Subsidenzkurven sind jedoch nicht die einzigen, die in Norddeutschland auftreten konnen. Nicht modelliert wurden Bohrungen, die z.B. im Gliickstadt-Graben stehen konnten. An ihren Subsidenzkurven konnte man iiber das Grundmuster hinaus in der Trias die Rifting- Vorgange im Mittleren Buntsandstein (pra-S oiling) und im Mittleren Keuper (Unterer Gipskeuper, Ober Gipskeuper vor der Steinmergel-Diskordanz) erkennen. Es erscheint also unstatthaft, die hier modellierten 30 Bohrungen als ausreichend fur die Beschreibung des regionalen Subsidenzverhaltens zu betrachten.

Die Genauigkeit der Rekonstruktion der Subsidenzgeschichte der modellierten Bohrungen muss als hoch eingestuft werden. Besonderes Gewicht wurde auf die moglichst realistische Rekonstruktion der unter Diskordanzen abgetragenen Machtigkeiten gelegt. Sie wurden nicht pauschal, sondem fur jeden Einzelfall aus Luftsattelkonstruktionen abgegriffen, die sich aus der regionalen und lokalen Struktur- konfiguration ergaben. Zur sauberen Rekonstruktion der Subsidenzgeschichte ist eine umfassende Kenntnis der strukturellen und palaogeographischen Gegebenheiten unerlasslich.

4.4 Die Rekonstruktion der geothermischen Entwicklung im Norddeutschen Becken

Zwei Grossen sind fur die Modellierung der thermischen Geschichte notwendig: • Die Kenntnis des heutigen Warmeflusses, • die Kenntnis des Palao warmeflusses und seiner Veranderungen in der Zeit.

Fur die Berechnung des rezenten Warmeflusses standen regionale Temperaturmessungen in West- und in Ostdeutschland fur verschiedene Teufenniveaus zur Verfugung, die aus den BHT zahlreicher Boh rungen berechnet wurden sowie pauschale Angaben iiber Warmeleitfahigkeiten, die sich aus der li- thologischen Bauschzusammensetzung der Schichtenfolge ableiten.

Fiir die Rekonstruktion des Palaowarmeflusses und seiner Veranderungen in der Zeit standen dagegen keine Messungen zur Verfugung, also weder Apatit- oder Zirkon-fission tracks zur Bestimmung des maximalen Abkiihlungszeitpunktes noch Messungen an fluid inclusions oder andere Palaotempera- turmessungen. Die einzigen Temperaturangaben lieferten die Inkohlungswerte, die aber nur die sum- mative Temperaturbelastung anzeigen, aber keine Ruckschlusse auf diskrete Temperaturereignisse, ihre Intensitat und Einwirkungszeit zulassen.

51 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Voraussetzung fur diese Uberlegungen ist die Annahme, dass der Warmetransport im wesentlichen auf konduktivem Wege erfolgt, eine Annahme, die sicherlich nicht ganz den Tatsachen entspricht.

Fur den Stofftransport im Untergrund, d. h. vor allem der Wasserbewegung, gewinnen auch Einfluss- faktoren an Bedeutung, die im lokalen Rahmen sowohl in der rezenten wie auch in der historischen Verteilung des Warmestromes zum Ausdruck kommen und bei der Rekonstmktion der Reifeentwick- lung der organischen Substanz zu beriicksichtigen sind. Hierzu gehort z.B. die Entwicklung der Sali- narstmkturen mit in der Regel hoheren Warmestromwerten und die sie begleitenden Randsenken mit niedrigerem Warmestrom, sowie der konvektive Warmestrom an Storungen, der allerdings schwer nachweisbar ist.

Da eine exakte Berechnung der Palaotemperaturen nicht moglich ist, werden - ausgehend von den Vorstellungen uber die geotektonische Position des Untersuchungsgebietes in den verschiedenen Ent- wicklungsetappen - pauschale Warmeflusswerte vorgegeben, die Maximalwerte darstellen durften.

Drei grosse Entwicklungsabschnitte sind in Norddeutschland zu unterscheiden:

• Das Geosynklinal- und Saumtiefen-Stadium mit der Hyschsedimentation und den pratektoge- netischen Molassen, die mit der asturischen Faltung spatestens im unteren Stefan endet,

• das Orogen-Stadium mit den posttektogenetischen Molassen und vulkanogenen Bildungen, die das obere Stefan, das Autun und das Saxon umfasst. Dabei ist regional zu unterscheiden zwischen: • Vulkanitprovinzen (oberes Stefan bis tiefes Saxon), • vulkanitfreie Provinzen (oberes Stefan bis Saxon),

• das Tafel-Stadium mit den Tafelablagemngen (Zechstein bis rezent). Hier ist wieder zu unter scheiden in • triassische Rifts, • oberjurassisch-unterkretazische Rifts, • oberkretazische Inversionsgebiete, • ungestorte Tafelbereiche, • Gebiete starker Subsidenz im Tertiar.

Fur das Geosynklinal- und Saumtiefen-Stadium kann regional folgende Differenzierung vorgenommen werden:

• Der Bereich des intemen, dem Orogen zugewandten Hugels der Saumsenke (Rhenoherzynisch- subvariszische Zone) mit thin-skin bis medium-skin Tektonik: ein Gradient von 6-7°C/100 m (= 2,8 - 3,0 HFU [= Heat Flow Unit]), wobei eine generelle Abnahme vom Westfal A zum Westfal D zu erwarten ist. Eindeutig beweisbar sind diese erhohten Warmeflusswerte jedoch nicht. KOCH widerspricht dieser Annahme. Nach seiner Meinung belegen neuere Untersuchungen, dass die gemessenen Inkohlungswerte bereits durch wesentlich geringere Temperaturen zu erreichen sind. •

• Der nordliche, exteme, auf die pravariszische Tafel ubergreifende Flugel der Saumtiefe mit me dium-skin bis thin-skin Tektonik: nach Beobachtungen uber rezente Urtterschiede im Warme-

52 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

fluss zwischen jungen Orogenen und deren Vorland ein Gradient von 4 - 5°C/100 m (= 1,8 - 2,3 HFU).

• Das Varisziden-Vorland mit breiten Fallen und Aufwolbungen bzw. germanotyper Bruchtekto- nik; ein Gradienten von 3,0 - 3,3°C/100 m (1,4 - 1,6 HFU).

Fur das spatorogene Stadium wird regional folgende Differenzierung vorgenommen:

• Vulkanitprovinz: Warmefluss von 2-20 HFU, letzteres nur bei Anhaltspunkten fiir die Nahe eines Forderschlotes oder einer Caldera, • Gebiet mit intensiver magmatischer Intmsionstatigkeit wahrend des hdchsten Oberkarbon und Autun: deutlich hoherer Warmefluss (3,0 bis 5,0 HFU), • Vulkanitfreie Gebiete: Warmefluss 1,7 - 2,0 HFU.

Fur das Tafelstadium wird regional folgende Differenzierung vorgenommen:

• Zeitraum Zechstein bis Keuper: Warmefluss 1,5 HFU bzw. der rezent bestimmte Warmefluss. Hierbei bleiben die triadischen Rifts unberiicksichtigt. Fine Erhohung des Warmeflusses in diesen Bereichen um das 1,5 bis 2-fache, abhangig vom Ausmass der Dilatation und dem damit verbundenen Aufstieg der Kruste/Mantelgrenze, ist moglich. Einige Autoren gehen bei ihren Modelliemngen von einem besonderen, merklichen thermischen Ereignis nach dem Ende des altkimmerischen Riflings aus und stutzen sich dabei auf Illit-Untersuchungen. Wir konnten diese Uberlegungen nicht nachvollziehen.

• Zeitraum Jura bis rezent: Hier ist zu differenzieren in Bereiche mit Salzakkumulationen: 1,8 HFU, und Bereiche starker Salzabwandemng (sekundare Randsenken): 1,3 HFU sowie Gebiete "normaler" epirogener Subsidenz: 1,5 HFU. Die Gebiete intensiver oberjurassisch-unter- kretazischer Riftbildung wurden nicht gesondert ausgehalten, aber auch hier ist theoretisch eine Erhohung des Warmestromes um das 1,5 bis 2-fache des Normalwertes von 1,5 HFU moglich.

• Zeitraum Coniac bis rezent: Die oberjurassisch-unterkretazischen Rifts und Trdge, die wahrend des Zeitraumes Coniac-Campan invertierten, weisen thermisch fiir den Zeitraum Coniac bis re zent eine Sonderstellung auf. Nachgewiesen ist hier generell ein hoherer rezenter Warmefluss (Temperaturgradienten bis 5,5°C/100 m und lokal mehr). Es wird angenommen, dass es bei der Krustenverkiirzung, dem Ausloser der Inversionsbewegungen, zu einer Verdickung, zumindest aber zu einer Veranderung der Zusammensetzung der Kruste kam, die ein hdheres Angebot an warmeproduzierenden radioaktiv zerfallenden Mineralien beinhaltete. Das Inversionsgeschehen war, zumindest im zentralen Niedersachsenbecken, begleitet von der Intrusion basischer bis saurer? Intmsivkorper (Bramsche, Vlotho, Uchte, Soiling, Neustadt-HeeBel, Gifhom), in deren Umgebung es zu einem sehr starken Anstieg des Warmeflusses zumindest fiir einen Zeitraum von 5 Mio a gekommen sein muss.

Die Vorgaben fiir die Modellierung der thermischen Geschichte sind somit theoretisch begriindbar. Entscheidende Fragen konnen jedoch nicht eindeutig beantwortet werden:

53 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

• In welchem Ausmass wird der Warmetransport durch die konvektiven Bewegungen fluider Phasen auf Kluft- und Storangssystemen auch in grossen Tiefen, die sich einer geologischen Prognose bis heute entziehen, beeinflusst?

• Mil welcher Morphologic und damit mit welchem Ausgangswarmefluss mtissen wir an der Kruste- Mantel-Grenze und an der Grenze Kristallin/Sediment rechnen und welche Veranderungen haben diese Grenzflachen im Laufe der Erdgeschichte erfahren?

• Welche lokalen stofflichen Eigenschaften und damit welche Gehalte an radioaktivem Material besitzt die Kruste, die damit die Hohe des lokalen Warmeflusses bestimmt und welchen Verande rungen war der Krustenaufbau im Verlauf der Erdgeschichte unterworfen?

In das Palaotemperaturmodell geht demnach eine Fiille von nicht eindeutig beweisbaren Annahmen ein.

Im Rahmen des Forschungsprogramms "Tiefengas" durchgefuhrte Modellierungen haben gezeigt, dass das Beckenmodellierungsprogramm unsensibel auf Veranderungen des Warmeflusses in den Zeitab- schnitten Karbon bis Obertrias reagiert, d.h., dass Variationen dieses Parameters keinen entscheiden- den Einfluss auf das Erreichen des "best fit" der Inkohlungs/ Teufenkurve und somit auf die KW- Genese in den Oberkarbonsedimenten haben. Hingegen reagiert das Programm sensibel auf eine Er- hohung oder Emiedrigung des Warmeflusses in der Kreide oder im Tertiar. Die von uns getroffenen Annahmen zum Palaowarmefluss sind vorzugsweise empirischer Art, flankiert durch allgemeine geologische Erwagungen.

4.5 Die Modellierung der Reifeentwicklung

Es hat sich gezeigt, dass eine Angleichung der berechneten Reife-Teufe-Ku rve und die gemessene Kurve in den modellhaft betrachteten Bohrungen bei Anwendung unterschiedlicher Massnahmen zu sehr ahnlichen "best fit"-Situationen fuhren kann.

Dabei sind das Ausmass der Versenkung und die Variationen des Palaowarmeflusses in der Zeit die Variablen, die besonderen Einfluss auf den "best fit" der berechneten und der gemessenen Reife- Teufe-Kurve ausuben. Beide Parameter sind meist nicht quantitativ fassbar oder beruhen auf mehr subjektiven Annahmen. Den "best fit" kann man erreichen: • Durch Vergrdsserung oder Verkleinerung der Sedimentauflast, die spater vvieder abgetragen wurde, • durch Veranderung des Palaowarmeflusses zu unterschiedlichen Zeiten und fur unterschiedliche Zeitspannen, • durch Veranderung des rezenten Warmeflusses, • durch Vorauswahl von Vitrinit-Messdaten aus einer grosseren Zahl von Messungen.

Es wird somit klar, dass die Modellierung der Subsidenz und der Reifungsprozesse nicht zu einem einzigen, schlussigen und damit "wahren" Ergebnis fuhren muss. Dennoch sind solche Modellierungen hilfreich. Sie zwingen den Geologen, sich mit den geologisch-stratigraphischen, thermischen und organo-petrographischen Daten und ihre Wechselbeziehungen kritisch auseinanderzusetzen.

54 4. Entwicklung des norddeulschen Beckens ...

Aussagen tiber rezente Reifezustande der potentiellen prawestfalen Muttergesteine sind ebenfalls als Naherungswerte aufzufassen, da die angenommenen Machtigkeitswerte unterhalb der Bohrlochsohle auf palaogeographische Rekonstraktionen berahen. Nur wenige Bohrungen haben diese Referenzfla- chen erreicht. Es gait also, einerseits die Inkohlungszunahme gegen die Teufe abzuschatzen und zum anderen Angaben tiber die heutige Tiefenlage dieser Referenzflachen zu machen. Die Inkohlungszu nahme ergibt sich aus dem Rechenprogramm PDI oder aber aus konstmierten Reife-Teufe-Kurven. Die Tiefenlage der Referenzflachen ergibt sich aus Machtigkeitsabschatzungen der nicht durchbohrten Schichtenfolgen.

Dabei ist zu beachten, dass die sich aus den gemessenen Inkohlungswerten im Reifebereich 1-3 % Rr ergebenden Inkohlungs/Teufen-Gradienten in hdheren Maturitatsbereichen tiber 4 % Rr nicht unbe- dingt mehr zutreffen mtissen. Sehr viel wahrscheinlicher ist eine Annaherung des Inkohlungsgradien- ten gegen 0.

Die so ermittelten heutigen Reifezustande an den gewahlten Referenzflachen sind zwar Anhaltswerte, die jedoch durchaus Aussagewert besitzen.

4.5.1 Ergebnisse Reifemodellierung und Schlussfolgerungen

Unter den oben genannten Voraussetzung kann man die Ergebnisse der Modellierung folgendermassen zusammenfassen (vergl. Tab. 4):

• Die ftir die Basis Westfal A rechnerisch ermittelten Reifewerte liegen im allgemeinen deutlich unter denen fur das Namur ermittelten Werten. In 13 Bohrungen unterschreitet die Reife die Marke 4 % Rr, in sechs Bohrungen unterschreitet sie die Marke 3 % Rr (Bohrungen B, H, I, L, S und U).

• Die ftir die Basis Namur berechnete rezente Reife liegt nur in Ausnahmefallen unter der Marke 4 % Rr (Bohrungen A, U, O und AD). In der Bohrung U betragt der Wert an der Basis des Dinant 1,1 % Rr, in der Bohrung O an der Basis Dinant 1,1 % Rr und an der Basis Namur 1 % Rr. Diese Werte charakterisieren den unreifen nordlichen Rand des europaischen permo-mesozoischen Bek- kens.

Der Beginn der Gasgenese aus dem basalen Namur errechnet sich in fast alien Bohrungen ftir das Westfal, nur in vier Bohrungen errechnet sich ein spaterer Beginn (Bohrung A - Rotliegend, Boh rung O - Tertiar, Bohrung U - Jura und Bohrung AD - Mittlerer Buntsandstein). •

• Auch ftir die Basis des Westfal A errechnet sich der Beginn der Gasgenese ftir das hohe Westfal (ausgenommen Bohrung E - Autun und Bohrung I - Autun) . Die Gasbildung aus dem Abschnitt Basis Namur-Basis Westfal konzentriert sich allgemein auf das jtingere Palaozoikum, reicht aber in vielen Fallen noch in die Trias. Nur in Ausnahmefallen wird noch eine Gasgenese im Jura oder in der Kreide errechnet. Gas generierte in der Oberkreide nur in den Bohrungen, in denen mit einer deutlichen Zunahme des Warmeflusses in dieser Zeit als Folge der Inversionstektonik zu rechnen ist. Junge, rezente Gasgenese ist nur ftir die unreifen Bohrungen O und U ermittelt worden.

55 Legends / Legend

------3,0------Unien 9'eicher Vilrinil-l 'socontours of vitrinite

GROSS- BRIT A nnien

ALAND AMSTERDAM

BEL GIEN Calais)

BRUSSEL

T?ir Abb.20 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

• Das ermittelte Restpotential in Muttergesteinen des Pra-Namur und Pra-Westfal betragt in fast alien Bohrangen <10.% (Ausnahme Bohrungen O, L und U).

Diese Berechnungen bestatigen die bereits in vielen anderen Studien iiber die Gasgenese in Norddeutschland getroffene Feststellung, dass in weiten Gebieten die Gasgenese aus dem Oberkarbon schon vor der Variszidenfaltung einsetzte und im allgemeinen bis in die hdhere Trias bzw. den Jura anhielt. Geringe Mengen Gas wurden lokal noch spater in der Umgebung der oberkretazischen Intrusivkorper generiert. Das Gaspotential der karbonen Muttergesteine ist in weiten Teilen des Norddeutschen Beckens weitgehend erschdpft.

Ein Restpotential ist in nennenswertem Umfang nur noch in den Randbereichen des Beckens, vor allem in der Nordsee, im Emsmundungsgebiet und im sudlichen Ostsee-Raum und mit Einschrankungen auch im sudlichen Beckenrandbereich zu erwarten, wo die Inkohlung an der Praperm-Oberflache 2-2,5 % Rr nicht iibersteigt (Altmark, Nordbrandenburg).

4.6 Die heutige Reife der Gesteine an der Praperm-Oberflache

Insgesamt wurden fur die Konstruktion der Karte (Abb. 20) 230 Messwerte aus Bohrungen verwendet. Diese stammen zum Teil aus den Labors der BGR. Zusatzlich wurden Werte herangezogen, die aus unveroffentlichten Berichten und Veroffentlichungen zahlreicher Autoren stammen.

Die Messwertdichte ist naturgemass sehr uneinheitlich. Wahrend das rechtsrheinische Schiefergebirge, der Harz, das Ruhrgebiet und das Miinsterland sowie das westliche Niedersachsische Becken, der sudoldenburger Raum, die Emsmundung und Vorpommem recht gut belegt sind, sind die Daten in Sudniedersachsen, in Osthannover und vor allem in den zentralen Teilen des Norddeutschen Beckens (Unterelbe, Schleswig-Holstein, deutsche Nordsee, Westmecklenburg, Havel-Muritz-Senke etc.) unzureichend belegt. Besonders schmerzhaft ist dieser Datenmangel im Bereich der osthannoverschen Gasprovinz, so dass hier eine Korrelation zwischen Reife und Gaschemismus sehr erschwert wird.

Zur Konturierung wurde die durch andere geophysikalische Verfahren (Gravimetric, Magnetik) ge- wonnene Abgrenzung der mesozoischen Intrusiva im Niedersachsischen Becken mit berucksichtigt. Im ostlichen Niedersachsen, im angrenzenden Teil Sachsen-Anhalts und in SW-Mecklenburg ist die Konturierung sehr unsicher. Hier sind andere Interpretationen durchaus moglich.

Linksrheinisches Schiefergebirge

Man unterscheidet folgende strukturelle und Inkohlungs-Einheiten im Aachener Raum:

• Wurm-Mulde (autochthoner/par-autochthoner Bereich des Subvariszikums): ca. 1 - 2,3 % Rr, gegen SW ansteigend, • Aachener Sattel (Aachen-Decke, allochthoner Bereich des Subvariszikums): 1,5 - 2,5 % Rr, An- stieg gegen SW,

56 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Bohrung Reife cn Reife cwA Beginn Gas Beginn Gas- Gasgenese Gasgenese Restpot. Restpot. (% Rr) (% Rr) genese cn genese cwA cn cwA cn (%) cwA (%) Brg. A 2,8% - ro - ro-jo - 8% - Brg. B 4,7% 2,8% cwA cwC cwA,ru,krm cwC,su-jo 7% 8% Brg. C 5% 3,6% cwB cwD cwB-D,ku cwD,su-m 0 10% Brg. D 5,1% 4,3% cwA cwC cwA-D,j cwC-D,sm- 0 >5% ju,krcc-sa Brg. E 4,9% 4.3% cwC ru cwC-jm ru-teo 0 0 Brg.F 5,9% - cwB - cwB-D, ru- - 0 - km Brg. G 4.3% 3,2% cwB cwC cwB-D, su- cwC-D,sm- 7% 10% iu jo.krma-teo Brg. H 4,9% 3,0% cwA cwC cwA-ro, cwA-krsa 5 % 8% krca-tol Brg. I 4,2% 2,8% cst ru cst-ru ru-k 8% 8% Brg. J 4,4% 3,0% cwB cwC cwB-cst cwC-jm <10% 10% Brg. K >4,6% 4,5 % cwB cwC cwB-cst, cwC-D,sm- 0 0 krcc jm.krcc Brg. L 4% 2.3% cwB cwC cwB-cst cwC-cst 8% 24% Brg. M 5,7% 3,7% cwB cwC cwB-ru, cwC-k 0 8% krcc-krma Brg. N 5,1 % 4,0% cwB cwC cwB-ru cwC-ku 0 10% Brg. 0 1% - t - t-q - 58% - Brg. P - - (cd) ro (cd) ro-jo (cd) 8 % Brg. Q >4,6% >4,6% cwA cwC cwA-ru cwC-ru, Wd- 0 0 krt CO 04 Sf 4,8% - cwA - cwA-krl - 8% - Brg. S 4,1 % 2.4% cwB cwC cwB-D cwC-D, k- 10% 10% krb, teo-tmi Brg. T 5,0% - cwA - cwA-cst, su- - 6% - mm Brg. U (cd) 1,1 % 0,6% (cd)j - (cd) j-q - (cd) 94 % - Brg. V 5,1 % 3,4% cwB cwC cwB-D, j-teo cwC-D, sm- 0 10% jm Brg. W 4,5% - cwB - cwB-km - 8% - Brg. X >4,6% >4,6% cwB cwC cwB-D, jm- cwC-D, mu- 0 0 1° krl Brg. Y 5.2% 3,8% cwB cwC cwB-D, km- cwC-D, su 0 10% ju mo Brg. Z 4,4% 3,4% cwB cwD cwB-D, su-ju cwD, sm-jo, 5% 8% krca-ma Brg. AA 5,2% 3.8% cwB cwC cwB-cst, cwC-D 0 10% krca-teo Brg. AB >4,6% >4,6% cwB cwC cwB-ru cwC-ru, ju- 0 0 kru Brg. AC 5% 3,3% cwB cwC cwB-C, krb, cwC-D, s, jo, 0 10% krca krh Brg. AD 3.2% - smV - smV-ju - 8% -

Tab. 4 : Ubersicht iiber die Ergebnisse der Subsidenz-, Reife- und Temperatur-Modellierung Results of subsidence, maturity and temperature modelling in various wells •

• Inde-Mulde (Inde-Decke, allochthoner Bereich des Subvariszikums) : 1,5 - 3,0 % Rr, Anstieg gegen SW,

• Venn-Sattel (Stavelot-Venn-Decke, Rhenoherzynikum). Nordwestflanke: bis 4,7 % Rr, Kern: bis 5,3 % Rr (mit thermischer Anomalie der Wehebachtalsperre), Sudostflanke: > 6 % Rr ( = thermische Anomalien von Paustenbach-Konzen),

57 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

• Siidflanke (Basiszone der Eifeldecke am S-Rand des Stavelot-Venn-Massivs): von > 6 % Rr (thermische Anomalie von Paustenbach-Konzen) auf ca. 3 % Rr abfallend, • Eifeler Nord-Siid-Zone: < 1,5 % Rr.

Im allgemeinen zeichnen die Isoreflexionen den generellen Stmktur- und Faltenbau nach. Allerdings beobachteten die Autoren Abweichungen und Inkohlungsanstieg im Nahbereich der bedeutenden listrischen Aufschiebungszonen. Die thermische Anomalie von Paustenbach-Konzen konnte auf den Intrusivkorper von Lammersdorf zuriickzufuhren sein, einer tonalitischen Intrusion spatvariszischen? Alters.

Rechtsrheinisches Schiefergebirge

Gebiete hoher Inkohlung sind die Antiklinalzuge, in denen vor der Variszidenfaltung altere Schichten tief versenkt waren. Von NW nach SE erkennt man als Bereiche hoher Inkohlung: • Velberter Sattel (> 4,5 % Rr), • Remscheid-Altenaer Sattel (> 5 % Rr), • Ebbe-Sattel (> 4,5 % Rr), • Siegerlander Hauptsattel und seine NE-Fortsetzung, den Latrop-Zuschener Sattel (> 5 % Rr).

Bereiche geringer Inkohlung sind die grossen Muldenzuge: • die Nuttlaer Mulde (< 3,5 % Rr), • die Attendom- und Elspe-Mulde (< 3,5 % Rr), • die Paffrather Mulde (< 1,5 % Rr), • die Wittgensteiner Mulde (< 2,5 %Rr).

Schiefergebirgsnordrand, Ruhrgebiet, Miinsterland

Am Nordrand des Schiefergebirges gegen das Ruhrgebiet folgt die 3,5 % Rr-Linie annahemd dem Ausbiss des Namur, die 2 % Rr-Linie annahemd dem Ausbiss des Westfal A, die 1 % Rr-Linie dem Ausbiss des Westfal B und die 0,8 % Rr-Linie dem Ausbiss des Westfal C. Die Isoreflexionslinien zeichnen somit den Faltenbau nach und weisen darauf hin, dass die Inkohlung in diesem Gebiet vor der Faltung die heutigen Werte durch Versenkung vor dem Stefan erreichte. So stellt sich der Sach- verhalt auf der heutigen, uns zuganglichen Datenbasis dar.

Eine Ausnahme bildet die Inkohlungsanomalie des Lippstadter Gewolbes und. seiner sudlichen Fort- setzung in den Raum Warstein-Brilon. Hier werden Werte > 5 % Rr im Devon und Silur gemessen, die Anomalie durchschneidet den Faltenbau. Ursache hierfur ist eine potentielle spatvariszische Intru sion.

58 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Harz, Flechtingen-RoBlauer Scholle, Subherzyne Senke

Im Gegensatz zum Ruhrgebiet zeichnet sich der Faltenbau der Varisziden im Harz weniger deutlich ab. Der Oberharzer Devonsattel ist ein Bereich hoher Inkohlung, die anderen Faltenzonen sind im Inkohlungsbild nicht deutlich erkennbar. Das liegt an dem starken Einfluss der Inkohlungsaureolen um den Ramberg- und den Brockengranit mit seiner Westverlangerung im Okergranit und im Mittel- und Unterharz an dem olisthostromalen Gleitdeckenbau.

Generell ist ein Anstieg der nicht magmatogen beeinflussten Inkohlung von NW nach SE zu ver- zeichnen. Andererseits sind in den Inkohlungsprofilen der Bohrungen, die u.a. fur die "Einschatzung der Rohstofffuhrung der Grundgebirgseinheiten" abgeteuft wurden, Inkohlungsspriinge zu verzeich- nen, die mit einer posttektonischen Entstehung des heutigen Inkohlungsbildes schwer erklarbar sind.

Reprasentativ fur eine weder magmatogen noch olisthostromal beeinflusste Inkohlung konnen die Werte von ca. 2 % Rr (1,35 - 3,5 % Rr) aus dem Bereich der autochthonen Harznordrandzone bei Wemigerode sein. Diese Werte sind vergleichbar mit denen der 10 km NW des Harzes gelegenen Bohrung Bockenem 1 (Namur, 1,6 % Rr) und der westlich des Harzes liegenden Bohrung Northeim 1 (Namur, 1,4 % Rr) sowie mit Werten von dem kontaktmetamorph unbeeinflussten Bereich der Flechtinger Teilscholle (Vise bis tiefes Namur 1,9 - 3,0 % Rr). Ahnliche Werte durften im prapermischen Untergrund der subherzynen Senke erwartet werden. In den dort abgeteuften Bohrungen sind wegen der sekundaren Rotung der Sedimente keine Reflexionswerte ermittelt worden. Der relativ hohe CAI-Wert (Conodontenfarbindex) von 5-6 der Bohrung Huy-Neinstedt 1/85 ist auf die intensive Durchsetzung des Devonprofils mit Diabas-Gangen zuriickzufuhren.

Im Sudostharz ist ein starker Anstieg der Inkohlung zur Wippraer Zone zu beobachten, der sich bis nach RoBlau am SE-Ende der Flechtingen-RoBlauer-Scholle verfolgen lasst und Werte bis >5 % Rr aufweist.

Ein deutlicher Inkohlungssprung ist erwartungsgemass zu den diskordant auflagemden unterpermischen Sedimenten des Ilfelder Beckens (1,1 % Rr) und des Maisdorfer Beckens (0,85 % Rr) zu beob achten.

Fur die Flechtingen-RoBlauer Scholle konnte der ebenfalls erwartete Inkohlungssprung zu den stefa- nisch-unterpermischen Molassen bisher nicht nachgewiesen werden. Die in den Supplinger Schichten ermittelten Reflexionswerte sind ebenso wie die des Namur kontaktmetamorph beeinflusst und belegen lediglich das unterpermische Intrusionsalter der Flechtingen-Roxforde-Intrusion. Deutlich niedriger sind dagegen die meisten Inkohlungswerte des Kupferschiefer (0,56 - 1,59 % Rr) auf der Scholle von Calvorde (Ausnahme: Bohrung Oebisfelde 9 mit 2,53 % Rr).

Das Flechtingen-Roxforde-Inkohlungshoch, das nach W bis in den Bereich Velpke-Asse ausstrahlt, ist durch zahlreiche Messungen in Bohrungen und Tagesaufschlussen gut belegt (> 4 % Rr). Es hat seine Ursachen in einem spatvariszischen Pluton mit unregelmassiger Dachflache, der bei Flechtingen und Roxfdrde erbohrt wurde und an der Elbe nordlich von Magdeburg endet.

59 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Friih- und Hauptmolasse iiber der Mitteldeutschen Schwelle

Die altesten kohlefuhrenden Sedimente uber der Mitteldeutschen Schwelle sind die Friihmolassen des Vise III alpha von Doberlug-Kirchhain, die ab 1956 intensiv erkundet warden. Die Inkohlung 1st vom Anthrazit-Stadium bis zur beginnenden Graphitisierung gegangen (2,9 - 3,2 % Rr). Die Anthrazitisie- rung wird auf eine regionale Thermometamorphose durch einen Tiefenpluton erklart. Die zwischengeschalteten Andesite haben nur lokal hbhere Inkohlung in ihrem Kontaktbereich bewirkt.

Ahnlich hohe und hbhere Inkohlungswerte warden aus der Klitschmarer Folge (Vise II a bis p; 3,3 - 4,9 % Rr), der Sandersdorfer Folge (Namur A; 1,9 - 6,3 %) sowie aus der Roitzsch-Sollichauer Folge (Westfal A/B; 3,9 - 4,3 % Rr) aus dem Delitzsch-Bitterfelder Raum publizieit. Als Ursache werden telemagmatische Thermometamorphose-Prozesse vermutlich autunischen Alters angenommen.

Die Inkohlung der Wettiner Schichten (Stefan) schwankt im Raum Wettin-Plbtz-Lobejiin zwischen Fettkohle und Anthrazit (1,8 - 3,0 % Rr). Im Kontakt zu Porphyrit-Gangen werden auch Werte uber >4 % Rr erreicht. Als Ursache fur die Inkohlung wird die Warmefront im Dach der Lobejuner Por- phyr-Intrusion angenommen. Die in einer etwas jungeren Forderphase in die flozfiihrenden Oberen Wettiner Schichten eingedmngenen Porphyrit-Gange bewirkten lokale Kontaktmetamorphose- Erscheinungen.

Die am Nordrand der Saale-Senke gelegenen Bohrungen lessen 1 Z (ca. 1,97 % Rr) und Schadewalde 2/75 (ca. 1,74 % Rr) weisen geringere Inkohlungswerte auf, die aber prinzipiell mit denen von Plotz- Lobeljun vergleichbar sind. Die Gumbeliterhaltung der Pflanzenreste in der Bohrung lessen 1 batten eine hbhere Inkohlung erwarten lassen. Die starken Reflexionsunterschiede in der Bohrung lessen 1 Z im Bereich weniger Teufenmeter deuten ebenfalls auf magmatisch bedingte Aufheizung bin.

Moglicherweise wurden die organische Substanzen der pra-stefanischen Molassen des Delitzsch- Bitterfelder und Doberluger Raumes, die durchweg als Anthrazit vorliegt, durch den Delitzscher Plu- tonitkomplex am Ende des Westfal inkohlt und die stefanischen Molassen, zu denen die Mansfelder und Wettiner Schichten gehoren und die kohlige Substanzen des Ess- bzw. Magerkohlenstadiums fuhren, im Autun durch den Magmatismus der Halleschen Senke aufgeheizt.

Wahrend der Inkohlungsspmng zum uberlagemden Zechstein im Raum Delitzsch (Bohrung Delitzsch 1/64 mit 0,82 % Rr) sehr markant ist, ist der Unterschied in der Bohrung lessen 1 Z im Zechstein bei 667 m Teufe mit 1,15 % Rr zum Praperm mit 1,97 % Rr in 1061 m Teufe und in der Bohrung Scha- dewald 2/75 im Zechstein bei 1.367 m Teufe mit 1,03 % Rr zum Praperm mit 1,74 % Rr bei 1.848 m Teufe weniger deutlich, bzw. fehlt.

Fur eine gemeinsame Aufheizung des Stefan und des Zechstein konnten magmatische Prozesse am Ende der Unter- und in der Oberkreide verantwortlich sein, die im Delitzsch-Doberluger Raum zur Intrusion eines Ultramafit-Karbonatit-Komplexes fuhrten.

60 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Niedersachsenbecken

Das ostliche Niedersachsenbecken wird von der grossen Inkohlungsanomalie tiber dem Bramscher Massiv, dem Massiv von Uchte und dem Massiv von Vlotho beherrscht. Letzteres diirfte eine Fortset- zung gegen SSE unter den Soiling haben. Das ergibt sich nicht nur aus den hohen Inkohlungswerten der Bohrung Soiling Devon 1, sondem auch aus der Beobachtung hoherer Diagenesestadien im mesozoischen Oberbau (Muschelkalk). Im ganzen Bereich liegen die Inkohlungswerte fur die Praperm- Oberflache tiber 3 % Rr, in einzelnen Regionen auch weit dartiber (bis 6 % Rr). Die Inkohlungs anomalie endet an der Eras mit ziemlich steilem Gradienten und fallt im Westemsland auf unter 1 % Rr ab, ebenso am Osning-Lineament. Der nordliche Teil des Niedersachsenbeckens und Stidoldenburg liegen ausserhalb dieser Anomalie. Eine deutliche Ausbuchtung der grossen Anomalie gegen N ist im Bereich der Ems bis nach Wildes Moor - Rheder Moor am Nordrand des Niedersachsenbeckens zu erkennen, die in der lokalen Anomalie von Apeldom kulminiert.

Im dstlichen Niedersachsenbecken ostlich der Weser lasst sich eine Inkohlungsanomalie im Bereich Neustadt a.R. - HeeBel - Lehrte konstruieren, mit Durchschnittswerten tiber 3 % Rr und Maximalwer- ten wahrscheinlich > 4 % Rr. Auch diese Anomalie zeichnet sich, wie die anderen im Niedersachsen becken, deutlich im postpermischen Stockwerk ab.

Von E ragen die westlichen Auslaufer der Flechtingen-Roxforde-Anomalie in den ostlichen Becken- bereich hinein (Velpke-Asse), die allerdings durch Messwerte an der Praperm-Oberflache nicht belegt sind, sondem sich allein auf der Interpretation magnetischer und gravimetrischer Daten und auf den Nachweis eines spatvariszischen Lakkolithen in der Bohrung Velpke-Asse-Devon 1 sttitzen.

Pompeckj-Scholle

In Stidoldenburg und Osthannover ist die Konturierang nur durch Messwerte gesttitzt und beruht also nicht auf zusatzlichen geologischen Vorgaben. Die Messwerte haben eine Streubreite zwischen < 1,5 % Rr und > 2,5 % Rr. In der Nordheide und im westlichen Ostfriesland und Oldenburg sowie ostlich von Soltau existieren keinerlei Sttitzpunkte mehr. So ist der Anstieg der Inkohlung gegen Hamburg in die Elbe nur durch die Bohrung Boizenburg gesttitzt, die aber Werte zeigt, die durch die normale Sub- sidenz nicht gerechtfertigt sind und vielleicht auf eine lokale Aufheizung durch spatvariszische Gauge hindeutet. Ahnliches ist fur die Bohrung Walsrode Z1 A und ftir die Bohrung Schleswig Z1 anzunehmen, wie die grosse Streubreite der Messwerte im Oberkarbon bzw. im Dinant zeigt.

Emsmundung und Deutsche Nordsee

Die zahlreichen Messwerte in der Emsmtindung sowie die sparlichen, und weit auseinanderliegenden Messwerte innerhalb der westlichen deutschen Nordsee zeigen sehr niedrige Inkohlung ftir die Praperm-Oberflache an (< 1,5 % Rr). Eine Ausnahme bilden die hohen Inkohlungswerte in der Boh rung Nordsee Al, bei der moglicherweise ebenfalls Gangbeeinflussung vorliegt.

In den Bohmngen G/l-1 und G/7-1 liegen die Inkohlungswerte ftir tiefes Namur und Vise bzw. tiefes Westfal ebenfalls unter 1,5 % Rr, im „Entenschnabel “ (Nordsee A/9-1, Nordsee B/10-1, Nordsee B/l 1-2) werden ftir das Namur bzw. Vise 1 % Rr kaum tiberschritten.

61 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Das Gebiet der westlichen deutschen Nordsee und der Emsmundung ist damit., trotz der nur verstreuten Werte, als ein Gebiet extrem niedriger Inkohlung ausgewiesen und erreicht bei der Einschatzung der Tiefengas-Hoffigkeit eine hohe Prioritat.

Altmark - Wendland - Brandenburg

In Nordostdeutschland ist die Belegungsdichte mit Inkohlungswerten fur die Praperm-Oberflache geringer als im Westen, die Konturierung ist damit auch unsicherer.

Ahnlich wie die magmatisch unbeeinflussten Inkohlungswerte der Flechtinger Scholle von ca. 2 % Rr stellen wahrscheinlich auch die Inkohlungswerte der Altmark (Peckensen 7: 2,09 % Rr), des Wend- landes (Wustrow Zl: 2,75 % Rr), W- und N-Brandenburgs (Bohrungen, Zehdenick 2: 2,4 % Rr, Ora- nienburg 1: 2,4 % Rr und Angermunde 1: 2,45 % Rr) sowie SW-Mecklenburgs (Bohrung Eldena 1: 2,7 % Rr) "normal" inkohlte Werte dar, die infolge der permo-triassischen und kanozoischen Absen- kung eine post-asturische Nachinkohlung erfahren haben und heute eine Subsidenzinkohlung reprasentieren.

Sudwestmecklenburg

Aus SW-Mecklenburg liegen Inkohlungswerte fur die Praperm-Oberflache aus den Bohrungen Boi- zenburg 1 (3,74 % Rr) und Parchim 1 (3,8 % Rr) vor, die nicht allein auf Subsidenz zuruckzufiihren sind. Es wird eine zusatzliche magmatische Aufheizung vermutet, die sich fur die Bohrung Parchim 1 neben den nachgewiesenen Magmatitgangen, aus dem vermutlich hydrothermalen Kluftalbit bei fehlender Albitblastese ableiten lasst. Generell wird jedoch fur das Beckenzentrurn mit einer vorwiegend auf Subsidenz zuriickzufuhrenden Inkohlung gerechnet, deren Reflexions-Isolinien annahemd mit dem Zenfrum des ostdeutschen Rotliegend-Beckens zusammenfallen.

Vorpommern

Aus dem nordlichen Randbereich der NE-deutschen Senke (vorpommersche Kustenregion und die Inseln Hiddensee und Riigen) liegen die meisten Inkohlungsmessungen Ostdeutschlands vor. Sie iiberdecken in zusammengesetzten Profilen ein prapermisches Zeitintervall vom hoheren Westfal bis zum Ordovizium und ein Teufenintervall von 1000 - 7000 m. Bei den durchgefiihrten Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die stark streuenden Werte nur dann sinnvoll interpretiert werden kbnnen, wenn in jedem Einzelfall die konkreten tektonischen (Storungen, Erosionsdiskordanzen, Oxydationserschei- nungen) und faziellen Gegebenheiten diffizil auseinander-gehalten und beriicksichtigt werden.

Generell muss unterschieden werden zwischen einer teufen- und einer faziesbedingten Inkohlung als Resultat epirogener Absenkung und einer teilweisen oder ausschliesslichen temperatur-bedingten In kohlung infolge regionaler bzw. lokaler Aufheizung, die durch einen vermuteten spatvariszischen "Sud-Rugen-Pluton" bzw. gangformige Magmaintrusionen hervorgerufen wurde.

62 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

In den Bohrungen mit intensiver Durchsetzung mit sauren und intermediaren Magmatitgangen (z.B. Barth 1, Loissin 1, Pudagla 1, Gingst 1, Rtigen 4 u.a.) konnen im Profit lokale Inkohlungsanomalien im Bereich der Magmatitgange von vermutlich "normal inkohlten" Bereichen unterschieden warden. Dabei ist unabhangig vom Chemismus der Intrasivgange der Liegend-Kontakt machtiger als der Han- gend-Kontakt.

Eine mehr oder minder vollstandige magma-thermische Beeinflussung ist nur dort gegeben, wo eine durchgangige Warmefront im Dach des Plutons gegeben ist (moglicherweise Bohrung Greifswald 1) bzw. wo tiberaus zahlreiche Magmatitgange durchgangige Kontakterscheinungen erzeugt haben (Boh rung Gingst 1 und Rtigen 4).

Nordlich der Teilscholle von Mittel-Rtigen, wo bisher keine magmatische Beeinflussung mehr beobachtet wurde, nimmt die Inkohlung gegen NNE an der Praperm-Oberflache rasch auf Werte < 1 bis < 0,5 % Rr auf Nord-Rtigen ab.

Ostsee-Bereich

Aus dem Ostseebereich liegen bisher nur Inkohlungswerte von der Bohrung G 14 aus dem Schwarz- schiefer des Kambriums und Unteren Ordoviziums vor. Die mittleren Reflexionswerte betragen 4,7 - 5 % Rr. Dieser Bereich mit den ftir Plattformverhaltnissen unerwartet hohen Inkohlungswerten liegt offenbar in der Achse des vermuteten, spatsilurisch-frtihdevonischen Vorlandbeckens (Kaledonische Saumsenke, "Colonus-Trog"), in dem primar mit 3000 bis 4000 m machtigen, molasseahnlichen klastischen Sedimenten des hoheren Silur gerechnet werden kann, die wahrscheinlich vor dem Mittelde- von wieder abgetragen wurden.

4.7 Schlussfolgerungen

Subsidenz und Reifung der prawestfalen Muttergesteine am Ende des Oberkarbon

In Norddeutschland hat es mehrere Versuche gegeben, ftir verschiedene Horizonte die palaozoische Versenkung bis zur Variszidenfaltung und die damit verbundene Subsidenz-Inkohlung zu rekonstruieren und die heutigen Inkohlungswerte aufzuschltisseln: • In einen prastefanischen Subsidenzanteil, • in einen postautunischen Subsidenzanteil, • in die Beeinflussungen durch spatvariszische Intrusivkorper, • in die Beeinflussungen durch mesozoische Intrusivkorper.

Die maximale prastefanische Versenkungstiefe palaozoischer Horizonte wird abgeschatzt aus der Be- ziehung zwischen Teufe und mittlerem Reflexionsvermogen und aus palaogeographischen Erwagun- gen. In jtingerer Zeit werden verstarkt Modellrechnungen ftir diese Abschatzungen herangezogen, z.B. das PDI-Programm der Fa. IES, Jtilich, das in der vorliegenden Studie verwendet wurde.

63 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Die Verlasslichkeit der Rekonstruktion der Palaoreifeentwicklung wahrend der Absenkung im Jung- palaozoikum durch Modellrechnungen hangt im wesentlichen von der Verlasslichkeit zweier wichtiger Parameter ab:

• Rekonstruktion der noch vorhandenen bzw. prastefanisch bzw. praautunisch abgetragenen Sedi- mentmachtigkeiten uber dem betrachteten Horizont (in unserem Falle die Basis Namur),

• Festlegung des Palaowarmeflusses (oder des Palaotemperaturgradienten und seiner Veranderung im Verlauf der geologischen Entwicklung).

Wie bereits dargelegt, sind die Abschatzungen der primaren Machtigkeiten des Westfal D-A noch in einigermassen verlasslichen Grenzen moglich, die Abschatzung der Namur-Miichtigkeiten sind hingegen flachenhaft nicht durchzufiihren.

Uber dem Palaowarmefluss bzw. den Palaotemperaturgradienten und ihren Veranderungen wahrend des Karbon bestehen sehr kontroverse Ansichten.

Die heute gemessenen Inkohlungswerte und damit eine Extrapolation der Reife gegen die unbekannte Tiefe lassen sich im Rechenprogramm durch sehr unterschiedliche Konzeptionen generieren: • Durch die Annahme erhohten Palaowarmeflusses im Karbon, • durch Annahme erhohter, heute abgetragener Machtigkeiten fur das Oberkarbon, • durch die Annahme erhohten Warmeflusses wahrend bestimmter events im Mesozoikum (z.B. wahrend des Coniac-Santon-events im Munsterland).

Fur das Munsterland und das Ruhrgebiet gehen wir von der Annahme aus, dass - von lokalen Einzel- fallen wie den spatvariszischen Intrusiva im Krefelder Gewdlbe und im Lippstadter Gewdlbe sowie gegebenenfalls den oberkretazischen Inversionsstrukturen Munsterland und Versmold abgesehen - die heutige Inkohlung annahemd dem Inkohlungsgrad unmittelbar vor der Varisziden-Faltung entspricht, also allein auf die prastefane Subsidenz zuriickzufuhren 1st.

Nach verschiedenen Autoren liegt die heutige (und damit auch annahemd die prastefanische) In kohlung fur die Basis Namur am Nordrand des rechtsrheinischen Schiefergebirges bei ca. 3,5 % Rr, im Ruhrgebiet und Munsterland fur die Basis Westfal A bei ca. 2 % Rr, fur die Basis Westfal B bei ca. 1 % Rr und fur die Basis Westfal C bei ca. 0,8 % Rr.

Vergleichbare berechnete Werte geben fur das Krefelder Gewdlbe: Fldz PlaBhofsbank (cwA Mitte): 1,4-1,6 % Rr, Fldz Mausegatt (cwA unten): 1,8 - 2,1 % Rr, FIoz Samsbanksgen (Namur C oben): 1,9 - 2,5 % Rr.

Demgegeniiber erscheinen die Werte in den Bohrangen Munsterland 1, Versmold 1 und Isselburg 3 (Tab. 5) - aus welchen Griinden auch immer - erhtiht.

64 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Miinsterland 1 Versmold 1 Isselburg 3 tiefes Westfal B 1,14 %Rr tiefes Westfal A 2,64 % Rr 2,21 % Rr 1,9 % Rr tiefes Namur 5,64 % Rr 4,76 % Rr 4,5 % Rr

Tab 5 : Maturitaten in Bohr ungen aus dem Miinsterland Maturities in some wells from the Muensterland area

Es wird kontrovers diskutiert, auf welche Faktoren diese Erhohung besonders im tieferen Teil der Pro file zuriickzufuhren ist. Nach einigen Autoren lasst sich die Inkohlung durch die Annahme hoher Se- dimentmachtigkeiten im Westfal D and im Mesozoikum zwanglos modellieren. Wir halten die von diesen Autoren gemachten Vorgaben mit den palaogeographischen Regionaldaten fur unvereinbar. Vielmehr konnte man vermuten, dass in den im Santon invertierten Strukturen, auf denen die Bohrun- gen Miinsterland und Versmold stehen, ein erhohter Warmefluss zur Zeit der Inversion bestand.

Das sudwestliche Emsland ist ein weiteres Gebiet, in dem sich die prastefanische Inkohlung an der Namurbasis abschatzen lasst. Fur das Westfal C warden hier allgemein Werte unter 1 % Rr gemessen (Balderhaar Zl, Ratzel Z4, Wielen Z5, Z7 und Z8, Esche Z3, Kalle Z4, Ratzel Z3, Uelsen Z2 und Z3, Getelo Zl, Itterbeck-Halle Z10, Zll, Z6 u.a.). Die im Westfal B gemessenen Werte liegen zwischen 1,2 und 1,7 % Rr (Balderhaar Zl, Uelsen Zl, Kalle Z3, Itterbeck-Halle Z5). Fine nennenswerte Nachinkohlung durch starkere mesozoisch-tertiare Versenkung hat in diesem Randbereich zum west- niederlandischen Hoch nicht stattgefunden. Somit kann angenommen werden, dass die heutigen Rei- fewerte denen zur Zeit des Stefan entsprechen. Sie durften nach unseren Berechnungen von in den Bohrungen Esche Z3 und Balderhaar Zl fur die Basis Westfal A ca. 2,5 % Rr und fur die Basis Namur ca. 4 % Rr betragen haben.

Auch das Gebiet der Emsmundung und das der westlichen und nordwestlichen deutschen Nordsee zeigen im Westfal geringe Inkohlung. Das ist einerseits auf die Lage ausserhalb der Achse der variszischen Saumtiefe bzw. auf ihre Lage in der Umrahmung des im Oberkarbon bis Buntsandstein persis- tierenden Groninger Hochs, zum anderen auf die starke Abtragung wahrend des Oberjura und die spatere relativ gemassigte Versenkung der ostlichen Grabenschulter des Zentralgrabens wahrend der Oberkreide und des Tertiar zuriickzufuhren. In der Emsmundung (d.h. im Bereich mit gemessenen Werten von < 1,5 % Rr an der Prapermoberflache) wurden im Westfal B Reifen von 1,1 bis 1,7 % Rr bestimmt (z.B. Norddeich Zl, Movensteert Zl, Ltitje Horn Zl, Ranzelgatt Zl, Greetsiel Zl, Groo- thusen Zl-4). Fur das Westfal A wurden ebenfalls Werte <1,5 % Rr gemessen (Hohe Horn Zl, Ems- hdm Zl). Weiter im N und NNW liegen fur das Namur A heutige Werte von 1,08 % Rr und fur das Vise von max. 1,18 % Rr vor (Nordsee G/l-1). Ahnlich sind die Verhaltnisse im „Entenschnabel “, wo fur das Namur heutige Werte zwischen 0,95 und 1,1 % Rr erreicht werden (Nordsee A/9-1, Nordsee B/10-1, Nordsee B/ll-2).

Eine ahnlich geringe Inkohlung bei weitgehend fehlender mesozoisch-tertiarer Nachinkohlung findet man im nordlichen Teil der Insel Rugen mit Werten von 0,5-0,6 % Rr im Vise (u.a. Hiddensee, Lohme 2, 101, Neuenkirchen 1,2, Rugen, Sagard 1, Trent 1, Wiek 3, 4, 101).

Primar - also durch permisch-mesozoische und tertiare Nachinkohlung nicht oder nur wenig verandert - sind auch die Inkohlungswerte im Sudostharz und auf der RoBlauer Teil-Scholle, die aber hier,

65 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ... im Gegensatz zur reinen Subsidenz-Inkohlung des Ruhrgebietes, eine starke tektonische Komponente aufweisen.

Daraus kann abgeleitet werden, dass die Inkohlung durch die Versenkung wahrend des Oberkarbon bis zum Stefan in der Achse der variszischen, namurisch-westfalen Saumtiefe an der Basis des Namur auf 3,5 bis max. 4 % Rr angestiegen war. An den Randem, vor allem am Nordrand des Saumtiefenbe- reichs, lagen diese Werte weit darunter und die Namurbasis hatte die Obergrenze des Olfensters fur marine Muttergesteine (1 - 1,2 % Rr) noch nicht durchschritten.

Variszidenfaltung und ihre Einwirkungen auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine

Es herrscht weitgehende Einmutigkeit dariiber, dass die Faltong der variszischen Sedimente vor dem Ende des Westfal D auf deren Reifung kaum Einfluss ausgeubt hat. Im Ruhrgebiet und im rechtsrheinischen Schiefergebirge sind die Isoreflexionsflachen im allgemeinen mitgefaltet. Selbst unter oder in der Nahe von variszischen Uberschiebungen (Sutan, Aachen-Midi-Uberschiebung) treten nur lokal hdhere Inkohlungswerte auf. Nur am SE-Rand der Rhenoherzynischen Zone im Bereich der Mid- European suture vorgelagerten nordlichen Phyllitzone sind fur die hohe Inkohlung tektonische Vor- gange verantwortlich zu machen.

Einfluss der spatvariszischen Intrusiva auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine

Folgende spatvariszische (spatkarbone bis unterpermische) zu Tage ausstreichenden oder uberdeckten Intrusivkorper sind in Norddeutschland bekannt oder wahrscheinlich: • Erkelenzer Intrusion, • Krefelder Intrusion, • Lippstadter Intrusion, • Brocken-Intrusion mit Oker-Apophyse, • Ramberg-Intrusion, • V elpke-Asse-Flechtingen-Roxforde-Intrusion, • Greifswalder Intrusion = Sud-Rugen-Pluton.

Alle Intrusivkorper bilden sich im Inkohlungsbild der Praperm-Oberflache deutlich ab. In ihrem Dachbereich bzw. an ihren Randem steigen die Inkohlungswerte der palaozoischen Hullgesteine auf Werte iiber 4 % Rr und dariiber, wahrend die Reifewerte im Kupferschiefer keine Erhohung zeigen.

Einfluss der permo-karbonen Vulkanite auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine

Die die prawestfalen bis stefanischen Sedimente uberlagemden stefano-autunischen Vulkanitdecken haben, soweit bekannt, selbst bei hohen summarischen Machtigkeiten keine substantielle Erhohung der Inkohlung bewirkt. Untersuchungen in anderen Vulkanitprovinzen haben gezeigt, dass der Ein fluss von Vulkanitdecken auf die Inkohlung ausserst gering ist. So sinkt im Plotz-Lobejuner Stein- kohlenrevier die Reflektanz einer Kohle unter einer 70 m machtigen Porphyritdecke von 6,9 % Rr im Kontaktbereich schon nach 2 m auf 3,1 % Rr.

66 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Etwas hdher ist die Warmeausstrahlung im Bereiche der Aufstiegsspalten magmatischer Gange, die in mehreren Bohrungen Norddeutschlands angetroffen warden. Hier ist die Machtigkeit der Gange von grosser Bedeutung. Nach Literaturangaben gilt als Faustregel, dass Gange Anderungen der Inkohlung im Salbandbereich auf eine Distanz hervorrufen, die der Halfte bis dem 1.5-fachen der Gangmachtig- keit entspricht. Bohrprofile mit intensiver Gangdurchschwarmung konnen insgesamt eine hohere Inkohlung aufweisen, wahrend Profilabschnitte in grosserer Entfemung von den Gangen eine "normale" Subsi- denzinkohlung besitzen.

Hohere Inkohlung aufgrund von Gangdurchschwarmung ist nachgewiesen bzw. aus den Inkohlungs- kurven folgender Bohrungen abzuleiten: Balderhaar Zl, Schleswig Zl, Loissin 1/70, Kampen Zl, Emlichheim Z1 und Z4, Emlichheim-N Zl, Gingst 1/73, Barth 1/63, Ltitow lh/67, Richtenberg 3/65 und 4/65, Rtigen 4/64, Schadewalde 1/75, lessen 1/62, Nordsee A 1, Walsrode Zl A.

Hydrothermale Beeinflussung ist festgestellt worden in: Hamwiede Z5, Rheden 36, Bethermoor Z2, Gildehaus Z2.

Anders verhalt es sich mit der Frage der Warmeabstrahlung der Magmenkammem, die den extrusiven und/oder intrusiven Magmatismus bedingen. So ist bei einigen Bohrungen Vorpommems nicht eindeutig erkennbar, ob die erhohte Inkohlung durch die intensive Gangdurchschwarmung oder (und) von dem vermuteten Stid-Rtigen-Pluton verursacht wurde.

In der Bohrung Parchim 1/68, wurde nur ein geringmachtiger Vulkanitgang angetroffen und die Boh- rung Boizenburg 1/74 weist keinerlei magmatische Beeinflussung auf. In beiden Bohrungen wurden sehr hohe Reifen gemessen. Wenn hier, wie vermutet, eine tiber die normale Subsidenzinkohlung hin- ausgehende Inkohlungserhohung vorliegt, kann diese nur durch eine auf einen Tiefenherd zurtickzu- ftihrende Warmequelle erklart werden .

Ein weiteres Problem ist die Frage nach einer regionalen Erhohung des geothermischen Gradienten in den vulkanischen Zentren Norddeutschlands fur den Zeitraum oberes Stefan bis tieferes Saxon. Aus Gebieten mit rezentem vulkanischem Warmetransport sind solche Erhdhungen in betrachtlichem Urn- fang bekannt. Ein solcher erhohter Warmefluss wurde bei den Modellrechnungen angenommen.

Subsidenz seit Anfang des Perm und die sich daraus ergebende Nachinkohlung der prawestfalen Muttergesteine

Die Summe aller Vertikalbewegungen der prawestfalen Muttergesteine nach dem Beginn des Rotlle gend ist fur das gesamte Norddeutsche Becken in der Karte der Tiefenlage der Praperm-Oberflache dargestellt. Diese vertikalen Bewegungen, insbesondere die Versenkung, bewirkte eine Nachin kohlung tiber den am Ende der variszischen Faltung erreichten Reifezustand hinaus. Die Nachin kohlung ist abhangig von dem summativen Subsidenzbetrag, dem ortlichen Palaotemperaturfeld und seiner Anderungen im Verlauf des Mesozoikums sowie von der ortlichen Hebungs- und Abtragungs- geschichte.

67 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Diffe- Diffe- Diffe- Reife Reife Reife Reife Reife Tiefe •-Tenz renz renz Bohrung Basis cn Basis Basis Reife Basis Basis Praperm Reife Reife Reife zu Be cwAzu cwCzu Basis cn cwA cwC -Oberfla- Basis cn Basis Basis ginn cst Beginn Beginn heute heute heute che zu Be cwAzu cwC zu cst cst ginn cst- Beginn Beginn heute cst-heute cst-heute Brg. 1 2,7% 2% 0,7% >5% 4,0% 1,5% 4477 2,3 % 2,0% 0,8%

Brg.2 2,7% 1,8% 0,7% - 5,0% 2,8% 4074 - 3,2% 2,1 %

Brg. 3 2,5% 1,9% 0,5% 4,9% 3,8% 1,5% 3744 2,4 % 1,9% 1,0%

Brg. 4 2,5% 1,5% 0,4% 4,5% 3,2% 1,3% 3566 2,0 % 1,7% 0,9%

Brg. 5 2,3% 1,3% <0,5% 5,0% 4,0% 2,2% 4429 2,7 % 2,7% 1,7%

Brg. 6 2,2% 1,5% 0,6% >6% 5,0% 3,8% 5609 3,8 % 3,5% 3,2%

Brg. 7 1,9% 1,1 % 0,3% 4,9% 3,9% 2,0% 4522 3,0 % 2,8% 1,7%

Brg. 8 1,7% 1,3% - 3,7% 2,2% " 3841 2,0 % 0,9% "

Brg. 9 1.3% 0,7% 0,4% 4,9% 3.9% 1,6% 4855 3,6 % 3,2% 1,2%

Brg. 10 1,5% 1,1 % <0,5 % 3,9% 2,2% 1,0% 2606 2,4 % 1,1 % 0,5%

Brg. 11 1,5% 1,1% <0,5% 4,1% 2,7% 1,1 % 2850 2,6 % 1,6% 0,6%

Brg. 12 0,3% - - 0,9% " 3529 0,6 % -

Brg. 13 1,8% 1,2% 0,5% 4,2% 2,6% 1,0% 2184 2,2 % 1,4% 0,5%

Tab 6 :Reife zu Beginn der permo-mesozoischen Versenkung und Vergleich mit der heutigen Maturitat Maturities at the beginning of the Permo-Mesozoic subsidence versus current maturities

Die Ermittlung der zusatzlichen Inkohlung der prawestfalen Schichten durch die Versenkung und den daraus resultierenden Nachinkohlungsprozessen seit dem Beginn des Perm basiert auf Modellberech- nungen an Einzelbohrungen, die mit dem Rechenprogramm PDI der Fa. IES/Julich durchgefuhrt wurden.

Aus der Tabelle 6 wird ersichtlich, dass sich im Normalfall, also nicht in den Gebieten mit relativ geringer oder besonders intensiver Nachinkohlung - dafiir stehen die ersten 7 Lokationen - fur die Basis Namur ein Nachinkohlungsbetrag von 2-3% Rr wahrend des Mesozoikums ergibt. Fur die Basis cwA liegt dieser Nachinkohlungszuschlag bei 2 % Rr und fur die Basis cwC bei ca. 1,5 % Rr. Das sind naturlich nur grobe Ableitungen aus einem fur jede Bohrung individuell aus der heutiger Tiefenlage und der Versenkungs- und thermischen Geschichte sich ergebenden regional sehr differenzierten Bild.

Deutlich wird aber auch, dass in den Randbereichen des Beckens im Westemsland, im Emsmtin- dungsgebiet und in der Deutschen Nordsee der Nachinkohlungsaufschlag deutlich geringer ist.

68 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

Einfluss der Inversionstektonik in der Oberkreide auf die Bildung von Erdgaslagerstatten in Norddeutschland

Im Zuge der oberkretazischen Inversionsbewegungen warden insbesondere im Niedersachsenbecken, aber auch in Osthannover ehemals - bis zum Ende des Turon - tief versenkte Teile des Sockels um z.T. mehrere 1000 m angehoben und dabei in einem kompressiven Stressfeld zerbrochen und in einigen Fallen an Uberschiebungsbahnen zerschert. Diese die prawestfalen Muttergesteine ebenso wie die karbonischen, permischen und z.T. auch triadischen Speicher erfassenden Inversionsbewegungen mtissen auf die Erdgas-Genese, -Migration, -Lagerstattenbildung und -Zerstdrung einen gravierenden Einfluss gehabt haben. Dieser lasst sich z.Zt. quantitativ nicht bestimmen. Sicher ist aber, dass

• die Muttergesteinshorizonte, die sich alle bereits im Bereich des Gasfensters befanden, in ein durch niedrigere Temperaturen und Driicke gekennzeichnetes Niveau transportiert warden. Dabei stellt sich die noch nicht eindeutig geklarte Frage, ob sich dabei die Gasgenerationsprozesse verlangsamt fortsetzten oder ob es zu einer schnellen Stagnation der Gasbildung kommt. Letzteres muss als ne gative Folge der Inversionsprozesse gewertet werden. Wir sind aufgmnd regionaler Vergleiche der Meinung, dass sich die Gasgenese mit einer - wenngleich verlangsamten Intensitat - ortsetzt, was bei der Perspektiveinschatzung beriicksichtigt werden muss, • eine Druck- (p) und Temperatur- (T) Abnahme zum Ubergang bestimmter Gasmengen aus dem wassergeldsten Zustand in die freie Phase ftihrt. Auf diese Weise bestimmt die Intensitat der He- bung der Speicher mit den gasgesattigten Schichtwassem wesentlich die Perspektivitat der freien Erdgasfuhrung, • durch die veranderten p/T-Bedingungen Desorptionsvorgange in den Gas sorbierenden Mutterge- steinen (Kohlen) abgelaufen sein kdnnen, • durch Hebung gasgefullter Speicher es zu einer Uberschreitung des petrostatischen Druckes uns somit zur Zerstdrung des Reservoirs kommen kann, • durch die bruchtektonische Aktivitat alte Migrationsbahnen aktiviert und/oder neue Schwache- zonen entstehen konnen, • es lokal zur Umverteilung der schon gebildeten Erdgaslagerstatten und zur Ftillung der neu entstandenen Fallen kommt. Dabei kdnnen infolge der intensiven Zerkluftung auch die iiber dem Zechsteinsalinar liegenden Speicherkomplexe (Buntsandstein) mit dem nach oben migrierenden Erdgas gefullt werden. Die Zerstdrung bestehender alter Erdgaslagerstatten ist aber ebenfalls nicht auszuschliessen.

Folgende Lagerstatten wurden eindeutig durch die Inversionstektonik im San ton erfasst und moglicherweise umgestaltet (x = gering, xx = stark, xxx = sehr stark mit Uberschiebungen im Sockel): Adorf-Dalum (xx), Alfeld-Elze (xxx), Altmark (x), Annaveen (xx), Apeldom (xx), Bahrenbor- stel (xx), Barenburg (xx), Bentheim (xx, gehoben, x frakturiert), Dalum (xx), Deblinghausen (xx), Duste (xx), Ebstorf (x), Ebstorf N (x), Emlichheim (x), Emlichheim N (x), Esche (x), Fehndorf (xx), Femliegen (xx), Goldenstedt (x), Hemmelte (xx), Hesterberg (xx), Husum- Schneeren (xxx), Itterbeck-Halle (xx - x , gegen W), Kalle (x), Kneheim (xx), Niendorf II (x), Oythe (xx), Ratzel (x), Rehden (xxx), Riitenbrock (xxx), Siedenburg (xx), Staffhorst (xx), Staffhorst N (xx), Uchte (xxx), Uelsen (x), Voigtei (xx), Wielen x), Wietingsmoor (xx).

69 4. Entwicklung des norddeutschen Beckens ...

In folgenden Lagerstatten ist fur den Sockel keine Inversionsbeansprachung nachweisbar, xvohl aber Kompression im Oberbau: Bahnsen, Boddenstedt, Dreilingen, Hamwiede, Horstberg, Mulmshom, Schmarbeck, Taaken, Walsrode.

Den oben angeschnittenen Fragen der Gasabspaltung, der Lagerstattenkonservierung und der Freiset- zung friiher generierter und sorbierter bzw. im Wasser geloster Gase durch den Inversionsakt im Co- niac-Santon wurde in der vorliegenden Studie nicht nachgegangen, da sich dies in erster Linie auf die aus den westfalen Muttergesteinen generierten Gase bezieht. Sie bedurfen aber In unseren Augen noch einer intensiveren Untersuchung.

Einfluss der oberkretazischen Intrusivkorper auf die Reifung der prawestfalen Muttergesteine

Die Abgrenzung der in der friihen Oberkreide intrudierten magmatischen Korper ist vor allem aufgrund des dichteren Netzes der Inkohlungsvermessungen im mesozoischen Oberbau bekannt. Folgen- de Massive kdnnen unterschieden werden:

• Das Massiv von Bramsche mit Zentrum im Bereich Alfhausen. Apophysen werden wahrscheinlich gemacht im Bereich Nordhom, Adorf und Apeldom, • Das Massiv von Uchte mit Zentrum im Bereich Uchte und Ausstrahlungen gegen E bis in den Raum Stadthagen-Nordwestlicher Deister, • Das Massiv von Vlotho und seine Verlangerung? gegen SE bis in den Sudteil der Solling-Scholle. Ausstrahlungen sind in der nordwestlichen Hilsmulde und im Stintel zu beobachten, • Das Massiv von Neustadt-HeeBel mit Zentrum im Bereich Neustadt und Thonse. Ausstrahlungen sind bis in das Hamelerwaldbecken im Stiden spiirbar, sowie moglicherweise bis auf die Scholle von Calvorde (Obisfelde, Utmoden 1) im Osten, wo in der Bohrung Utmoden 1/60 im Lias/Dogger 1,14 - 1,29 % Rr gemessen wurden. Eine nach Westen reichende Apophyse zeichnet sich bis nach Nienburg ab.

Die Inkohlung in den Kembereichen dieser Massive erreichen im Niveau der Doggerbasis Werte von 1 bis > 3 % Rr, im Niveau der Praperm-Oberflache Werte > 5 % Rr. Da die Gebiete, in denen die Magmenkdrper eindrangen, gleichzeitig die Bereiche des Niedersachsenbeckens waren, die vor der Inversion am tiefsten versenkt waren, ist naturlich hier auch mit hoher Subsidenzinkohlung zu rechnen, die fur die Liasbasis im westlichen zentralen Becken bereits fur die Zeit Ende Turon 3 % Rr betragen haben dtirfte.

Die Gebiete der mesozoischen Intrusionen fallen infolge ihrer stark erhohten Maturitat ebenso wie die Gebiete mit spatvariszischen Intrusionen fur weitere Uberlegungen im Rahmen der Tiefengas- Perspektivital aus.

70 5. Das Ende des Gasfensters

5. DAS ENDE DES GASFENSTERS (Nach: EVERLIEN & WEHNER 1994)

Das weltweite Vorkommen von Gas- und auch Ollagerstatten in altpalaozoischen Schichten zeigt, daB lange geologische Zeiten alleine kein Kriterium fur die Erhaltung Oder Zerstorung von KW- Akkumulationen sind. Vielmehr entscheidend ist das AusmaB der thermischen und/oder tektonischen Beansprachung der Mutter- und Speichergesteine sowie der zeitliche Ablauf der daftir verantwortli- chen geologischen Prozesse.

Die im Rahmen dieses Projektes durchgefuhrten Pyrolyse-Experimente (Rock Eval 5, HTR, offene Pyrolyse, Autoklavpyrolyse) batten u.a. den Zweck, zu ermitteln, bis zu welcher Maturitat die potentiellen prawestfalen Muttergesteine noch ein Gasbildungspotential aufweisen.

Die Laborexperimente wurden unter der Pramisse durchgefuhrt, daB bei der Genese der KW Zeit und Temperatur die ausschlaggebenden GroBen sind, d.h. in Experimenten wurde die nicht zur Verfugung stehende geologische Zeit dutch eine erhohte Temperatur substituiert. Die Extrapolation auf geologische Zeitraume (und dementsprechend niedrigeren Temperaturen) geschah nach den Gesetzen der chemischen Kinetik. Die durchgefuhrten Versuche zeigen jedoch, daB vermutlich die Thermo- dynamik der Reaktionen ebenfalls eine Rolle spielt.

5.1 Das Kohlenwasserstoffpotential 5.1.1 Haupt- und Spatphase der KW-Bildung

Das KW-Potential stellt die Menge an Kohlenwasserstoffen dar, die aus einem Sedimentgestein ma ximal mobilisiert werden kann. Es wird mit Hilfe der offenen und trockenen Rock-Eval Pyrolyse ermittelt.

Im Falle unreifer Sedimentproben setzt sich das Potential aus der Haupt- und der Spatphase der KW- Freisetzung zusammen. Die Hauptphase umfaBt die 01- und NaBgasbildung bis 1.8 % Rmax Oder 550°C im Rock-Eval (S2-Hauptpeak). In der danach einsetzenden Spatphase wird trockenes, methan- reiches Gas freigesetzt (abfallende Flanke des S2-Peaks ab 550°C). Die KW-Menge, die von unreifem Material jenseits von 550°C noch freigesetzt werden kann, wird als Nachinkohlungspotential bezeichnet. Es ist ein MaB fur die Fahigkeit eines Muttergesteins, bei hohen Temperaturen und Reifen noch brennbares Gas zu generieren. Ggf. existierendes "Tiefengas" aus dem tiefversenkten hochreifen Prawestfal ist vermutlich genetisch eng mit der Spatphase der Gasbildung und dem Nachinkohlungs potential verknupft.

Die geschlossene NaBpyrolyse gewahrleistet keinen vollstandigen Umsatz der Kerogensubstanz, da sie isotherm und unter relativ "milden" Temperaturbedingungen (365°C) durchgefuhrt wird. So sind die Gas- und Olmengen, die bei der NaBpyrolyse entstehen, bis auf zwei Ausnahmen kleiner als bei der trockenen Rock-Eval Pyrolyse. In der NaBpyrolyse sind allerdings, im Gegensatz zur Rock-Eval Py rolyse, die Faktoren Druck, Wasser, Mineralmatrix und Sekundarreaktionen beriicksichtigt.

Die untersuchten Proben aus dem Prawestfal von Irland bis Polen weisen lithologisch und in Bezug auf den organischen Inhalt eine enorme Vielfalt auf. Es sind sowohl sapropelische Kerogentypen I und

71 5. Das Ende des Gasfensters

II als auch terrestrische Kerogentypen HI vertreten. Unter den Proben befinderi sich zahlreiche Uber- gangstypen, auch innerhalb der Kerogentypen bestehen ungemeine Variationsbreiten.

Das KW-Potential prawestfaler Sedimentgesteine hangt im wesentlichen vom Kerogentyp und von der Maturitat ab. Im unreifen Zustand weisen die Kerogentypen I vor den Typen II und m die hochsten KW-Potentiale auf. Bis zu einer Reife von 2 % Rmax nimmt das KW-Potential stark ab, jenseits von 2 % Rmax sind die vitrinitreichen Schwarzschiefer und Kohlen (Typ HI) die besseren Muttergesteine. Sie behalten ein betrachtliches Gaspotential bis zu hohen Reifen.

Bei den meisten prawestfalen Sedimentgesteinen liegt das maximale KW-Potential im unreifen Zu stand nur zwischen 100 und 200 mgKW/gC, bei den kambroordovizischen Alaunschiefem bei etwa 400 mgKW/gC. Nur die dinantischen schottischen Olschiefer (Kerogentyp I) und der Kukkersit (Kerogentyp II) erreichen Werte iiber 600 mgKW/gC.

5.1.2 Das Gaspotential in der Spatphase der KW-Bildung

Aus den petrographischen und strukturgeologischen Untersuchungen im Tiefengasprojekt geht hervor, daB groBe Areale des norddeutschen Prawestfals bereits zur Mitte des Mesozoikums erhohte Reifegra- de aufgewiesen haben mussen. Ausgenommen sind lediglich die an den Baltischen Schild angrenzenden Abfolgen vom Devon bis zum Namur sowie das Namur im Emsland, im Gebiet der Emsmundung und im Entenschnabel.

Die Gasbildungseigenschaften bei hohen Temperaturen sind mehr vom Typ des Muttergesteins als von der Reife abhangig.

Der Kerogentyp I setzt seine Kohlenwasserstoffe in einem eng begrenzten Temperaturintervall frei, im Rock-Eval ist bei 525°C die gesamte KW-Bildung beendet. Ausgepragte Typ I Kerogene haben bei einer Vitrinitreife von 1.0 % Rr praktisch ihr gesamtes KW-Potential verloren, ein Nach- inkohlungspotential ist nicht vorhanden. Aus der organischen Substanz eines tiefversenkten, hochinkohlten Typ I Sedimentes kann sich auf konventionelle Weise kein Erdgas mehr bilden.

Im Gegensatz zum Kerogentyp I erstrecken sich die Gasbildungen von Muttergesteinen des Kerogen- typs II oft iiber 600°C hinaus, es ist also ein Nachinkohlungspotential vorhanden. In ihren KW- Bildungseigenschaften weisen die Kerogene des Typs H die groBte Variationsbreite auf. So ist die Gasfreisetzung oberhalb 550°C mehr oder minder stark ausgepragt.

Der Kerogentyp HI liefert im Hochtemperaturbereich das meiste KW-Gas, die Mobilisierung wird bei der Rock-Eval Pyrolyse bis 750°C aufrechterhalten (Abb. 21). Das organische Material, das vorwiegend aus Vitrinit und seltener aus Inertinit besteht, beinhaltet stabile (hetero)aromatische Strukturen, die erst bei sehr hohen Reifen zersetzt werden. 5. Das Ende des Gasfensters

—;------r----1—» Tg,o,.(°C) 100 150 200 250 300

Abb. 21 : Hochtemperatur-Micropyrolysen mil unterschiedlich „vorgereiften“ Kohleproben belegen das Gasgenesepotential derartiger Muttergesteine jenseits einer Maturitat von 4 % Rr. Maturitaten und geologische Temperaturen sind errechnet. High temperature micropyrolyses experiments with differently „pre-matured" coals confirm the gas generation potential of coals beyond maturities of 4 % Rr. Maturities and geological temperatures have been calculated.

Aus den Ergebnissen der offenen, trockenen Rock Eval Pyrolysen lassen sich die oberen Begrenzun- gen fur die Gasbildung der unterschiedlichen Kerogentypen foIgendermaBen einschatzen:

Typ Temp, bei Temp, bei Rr Rmax 25°C/min* 5°C/mio a* berechnet I 525°C 17 1°C 1.28% 1.50% II 700°C 268°C 3.81 % 4.79% III 750°C 296°C 4.38% 5.56%

Tab. 7 : Ende des Gasfensters fur die verschiedenen Kerogentypen. ( *Aufheizgeschwindigkeit) End of the gas window for the different kerogene types (*Heating rate)

5.2 Die Kerogen-Wasser Reaktion

Die NaBpyrolysen der uberreifen Proben G14, Loissin, Oslo und Parchim lieferten bemerkenswerte Kohlenwasserstoffmengen, die den Reifegraden nicht entsprachen (Abb. 22). Der Hauptbestandteil

73 5. Das Ende des Gasfensters war isotopisch sehr leichtes Methan, die weit geringeren Mengen an hoheren KW zeigten ungefahr das Kohlenstoffisotopenverhaltnis des Kerogens.

Die Isotopencharakteristik ahnelt deqenigen von Gasen hydrothermalen Ursprungs - z.B. Gasen aus dem Guaymas Becken - sowohl was das I3C/l2C-Isotopenverhaltnis im CH4 und CO2 als auch das D/H- Verhaltnis im CH4 anbelangt. Diese hydrothermalen Case kdnnen auf die Interaktion hydrother- maler Wasser mit organischem Material zuriickgefuhrt werden. Sie ahneln damit in gewisser Weise den Produkten der NaBpyrolysen.

Bin weiteres Indiz fur den WassereinfluB ist die erhohte KW-Gasbildung der Proben Wiek, Mausegatt, Floz 52, Loissin und G14 unter den Bedingungen der NaBpyrolyse im Vergleich zu den Ergebnissen aus den entsprechenden Trockenpyrolysen bzw. einer Pyrolyse einer bergfeuchten Probe (Loissin). Die Frage ist, ob durch das Wasser lediglich die Reaktionsgeschwindigkeit der Gasbildung (katalyti- scher ProzeB) gesteigert wird oder ob ganzlich neue Reaktionsmechanismen in Betracht gezogen wer den miissen.

Bis auf die Proben aus den Bohrungen G14 und Parchim ist im organischen Material der Sediment- proben genug Wasserstoff enthalten, um die hohen Gasmengen aus den NaBpyrolysen zu erklaren. Dies geht aus den trockenen Hochtemperatur-Pyrolysen (bis 950°C) hervor, die im allgemeinen mehr Kohlenwasserstoffe produzieren als die NaBpyrolysen. Der Grand dafiir ist, daB die Pyrolysebedin- gungen bei den Autoklavenpyrolysen (1 Woche bei 365°C) vergleichsweise moderat sind (unter reak- tionskinetischen Gesichtspunkten Equivalent zu einer Temperatur bei der Rock-Eval Pyrolyse von nur 550°C, bei einer Aufheizrate von 25°C/min).

O Jurassic, Zechstein n Westphalian, ■ Namurian ^ Dinantian ♦ Devonian • Ordovician Cambrian Q dry pyrolysis

max

Abb. 22 : Im Vergleich zu Trockenpyrolysen entstehen bei NaBpyrolysen erheblich groBereMengen gasformiger Kohlenwasserstoffe In contrast to dry pyrolysis experiments, hydrous pyrolysis experiments generate substantially higher amountsof gaseous hydrocarbons

74 5. Das Ende des Gasfensters

Da in den Rock-Eval Pyrolysen die KW-Bildung aus hochreifen Schwarzschiefem erst ab 550°C rich- tig einsetzt, sind die Ergebnisse der NaB- und der Rock-Eval-Pyrolyse schwer in Einklang zu bringen. Geht man jedoch von einer beschleunigenden Wirkung des Wassers auf die KW- bzw. Methanbildung aus, so lassen sich die hohen KW-Mengen und das isotopisch leichte Methan aus den NaBpyrolyse- Versuchen in den meisten Fallen erklaren.

Im Gegensatz zu Methangas aus manchen Schwarzschiefem (§l3Ci < -50 %o) setzen die hochinkohlten Kohlen (Ibbenbuhren, > 3 % Rmax) extrem schweres Methan (SI3C[ > -20 %o) frei. Femer erzeugen die Kohlen, bezogen auf den organischen Kohlenstoff, weniger Kohlenwasserstoffe als einige gleich inkohlte Schwarzschiefer. Offensichtlich ist die Beschleunigung der Gasfreisetzung nicht nur auf die Einwirkung von Wasser, sondem auch auf die katalytische Aktivitat der Mineralmatrix zuruckzufiihren. Aufgmnd des geringen Mineralanteils in den Kohlen ist die fluide Phase weniger aggressiv und es findet weder die Freisetzung ungewohnlich hoher KW-Mengen noch isotopisch leichten Methans statt.

Nicht alle hochreifen Schwarzschiefer generieren erhohte Mengen extrem leichten Methans (z.B. die Proben Peckensen und Prottlin). Moglicherweise beeinfluBt die Beschaffenheit der organischen Sub- stanz oder der Mineralmatrix oder das Zusammenspiel von beidem die Beschleunigung der Gasbil- dung.

5.3 Fazit

Die wichtigste Erkenntnis der hier vorgestellten Pyrolyseforschungen ist, daB jenseits eines Reifegra- des von 4 % Rmax eine KW-Entstehung aus Sedimenten noch moglich ist. Bei einigen Sedimenttypen ist selbst bei 5 % Rmax das Ende des Gasfensters noch nicht erreicht.

Aus den durchgefuhrten stmkturgeologischen, petrographischen und geochemischen Vorunter- suchungen ging hervor, daB das sogenannte Tiefengas in weiten Teilen Norddeutschlands aus der Spatphase der KW-Bildung prawestfaler Sedimentschichten resultiert. In Anbetracht der hohen Reife- grade im norddeutschen Prawestfal konzentrierten sich die weiteren geochemischen Untersuchungen auf hochreife Schwarzschiefer.

Die Untersuchungen ergaben, daB bei hohen Temperaturen und Reifen die namurischen Schwarzschie fer mit Kerogentyp III die hochsten Gasmengen zu liefem imstande sind. Sedimentgesteine mit Kero- gentyp II, die im Dinant und friiher auftreten, weisen unterschiedliche Gaspotentiale bei hohen Reifen auf. So sind einige kambroordovizische Alaunschiefer fast mit Schwarzschiefem oder Kohlen des Kerogentyps III vergleichbar. Andere Typ II Muttergesteine, speziell im unteren Vise und im Toumai, liefem, wie die Kerogentypen I, kein Gas bei hohen Temperaturen.

Nach den Ergebnissen der trockenen Rock-Eval Pyrolysen werden vom Devon uber das Vise bis zum Namur die Muttergesteinseigenschaften generell besser. Ein Grund hierfur ist die abnehmende Reife, ein weiterer, wichtigerer Grand der fast uberall anzutreffende Trend des Ubergangs von mariner zu terrestrischer Fazies. Das humose, vitrinitreiche Material unterhalb der Westfalbasis vermag noch in groBen Teufen, kommerziell interessante Gasmengen abzugeben.

75 5. Das Ende des Gasfensters... / 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

In den NaBpyrolyseversuchen ergaben sich fur einige uberreife namurische und. kambrische Schwarz- schiefer hohe Mengen isotopisch leichten Methans (8 13Ci > -50 %o). Meistens konnte dies durch eine beschleunigende Wirkung des Wassers auf den Kerogenzerfall erklart werden. In einigen Fallen 1st eine Kerogen-Wasser Reaktion, die hauptsachlich Methan produziert, nicht auszuschlieBen. Hierbei diirfte der katalytische Effekt der Mineralsubstanz eine entscheidende Rolle spielen. Dieser Typ Gas spielt fur die kommerziellen Erdgasfelder nach derzeitigen Wissenstand jedoch keine Rolle.

SchlieBlich muB festgestellt werden, daB die Ergebnisse der Pyrolyseversuche kein exaktes Abbild der naturlichen Reaktionsbedingungen widerspiegelt. Dennoch sind diese Experimente geeignet, im La- bormaBstab Reaktionen zu studieren und Vorgange zu simulieren, die in naturlicher Umgebung in geologischen Zeiten ablaufen. Die Ergebnisse liefem Anhaltspunkte und Grundlagen, um auch hohe Inkohlungsbereiche zu modellieren.

6. HINWEISE AUF PRAWESTFALE ERDGASE IN LAGERSTATTEN (Nach: Gerling , Mittag -Brendel , Sohns . Faber & Wehner 1995)

Zur Identifizierung prawestfaler Gasanteile in den norddeutschen Erdgasfeldem ist es zwingend notwendig, die Produkte aus dem dominierenden Muttergestein ‘westfale Kohlefloze’ zweifelsfrei zu erkennen. Um den seit fast 30 Jahren bekannten Zusammenhang zwischen Muttergestein und Methan von Erdgasen nachzuvollziehen sowie auf andere Komponenten zu erweitem und eine Basis fur Mo- dellrechnungen zu schaffen, wurden umfangreiche Pyrolyseversuche im Labor durchgefiihrt.

6.1 Erdgasbildung aus Kohlen

Zum Aufbau einer Referenzdatenbasis fur die molekulare und isotopische Charakteristik von Erdgasen aus den oberkarbonischen Kohleflozen des Westfal wurde eine Serie unterschiedlich reifer, westfalischen Kohlen aus den Bergwerken des Ruhrgebietes und aus Ibbenburen detailliert analysiert. Die Kohlen wurden petrographisch untersucht, ihre Elementar-Zusammensetzungen wurden bestimmt, ihre C-, H- und N-Isotopenverhaltnisse gemessen, und sie wurden im Hochtemperatur Rock Eval (HTR) trocken und im Autoklaven naB pyrolysiert (s. Kap. 5).

Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen (Abb. 23) lieBen sich, in Abhangigkeit von der Maturitat der Kohlen, Charakteristika zum KW-Potential, zur Gas-Expulsion und zur Isotopie der Pyrolysepro- dukte ableiten. Damit war ein sehr wichtiges Instrumentarium zum besseren Verstandnis der Gasbil- dung aus Kohlen geschaffen.

6.2 Genetische Aspekte zur Erkennung prawestfaler Gase

In eine Bewertung von Lagerstatten fliesst jeweils die komplexe Betrachtung der Gesamtheit aller Daten individuell untersuchter Lagerstatteninhalte ein. Um diese Arbeit sinnvoll durchzufiihren, ist im Vorfeld eine separate Betrachtung der unterschiedlichen Gase im Hinblick auf ihre Genese vorzuneh- men.

76 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

25000 -

~ 20000 ■

~ 15000 - S 10000 ■

5000 -

12000 9000 carbonate 6000

Rmax (%)

Abb. 23 : Die Gasbildung aus unterschiedlich reifen Kohleproben im Verlauf von Nasspyrolyse- Experimenten. Gas generation in differently „pre-matured“ coals during hydrous pyrolysis experi ments.

77 6. Hinweise auf pniwestfale Erdgase...

Im Verlaufe dieser Evaluierung hat sich herausgestellt, dass insbesondere Helium, Stickstoff und die Kohlenwasserstoffgase geeignet sind, eventuelle Gasbeitrage aus prawestfalen Quellen erkennen zu lassen.

0.60 6.2.1 Helium

Die Konzentrationen von Heli 0.50 um in den norddeutschen Erd- gasen (Abb. 24) liegen in der

(o' 0.40 - Regel zwischen 0.01 und 0.07 22 Vol%. Erhohte Gehalte treten >, an verschiedenen Stellen im o> 030 Emsland (um 0.1 Vol%), im I Raum Osthannover (0.1 - 0.20 0.2Vol%), in Uchte und vor allem im Erdgasfeld Alfeld- 0.10 Elze (0.52 Vol%) auf. Wenn .Illllillllllllllllllll man akzeptiert, dass samtliches lllllllllllll liU Helium aus dem tieferen Un- 0.00 tergrund stammt, und dass der 1 11 21 31 41 51 61 Helium-Fluss aus der Erdkruste Probe in erster Naherung gleich und Abb. 24 : Erhohte Heliumgehalte in ausgewahlten norddeutschen Erd konstant fur Norddeutschland gasfeldem konnen 0.5 Vol% erreichen. Helium contents can be as high as 0.5 Vol% in north German ist (~ 3*10* 2 cm3 m"2 a* 1), mus- gas fields. sen die erhohten Gehalte in den Erdgasen entxveder auf variable Speichereigenschaften, auf variable Quellen, auf variable Entfemung zum Grundgebirge oder auf va riable Migrationsmoglichkeiten hinweisen. Es ist sicherlich nicht falsch, die drei letztgenannten Mog- lichkeiten als wahrscheinlicher anzunehmen.

In einer Gegenuberstellung aller uns vorliegenden Helium- und Stickstoff-Gehalte der norddeutschen Erdgasfelder korrelieren die Gehalte beider Gase in den meisten Erdgasfeldem; die Korrelations- koeffizienten fur die einzelnen Erdgasspeicher variieren von 0.39 bis 0.79. In den Gasfeldem Fahner Hohe, Alfeld-Elze, Fallstein, Bentheim und Frenswegen treten, verglichen mit diesen Trends, hohere Heliumgehalte auf. Es ist sehr wichtig an dieser Stelle festzustellen, dass die genannten Korrelationen nicht automatisch auf Ko-Genese beider Gase zuriickzufiihren sind. Denn der Stickstoff in den nord deutschen Erdgasfeldem stammt mit grosser Wahrscheinlichkeit aus verschiedenen Quellen. Damit ist auch die von verschiedenen Autoren wiederholt aus der ^Correlation abgeleitete Schlussfolgerang iiber ‘Tiefenstickstoff in Frage gestellt.

Trotzdem bilden die Anomalien der Erdgase aus den Feldem Fahner Hohe, Fallstein, Alfeld-Elze, Bentheim und Frenswegen eine interessante Gruppierung. Mit Ausnahme des Feldes Fahner Hohe ordnen sich die genannten Felder mit den erhohten He/N2-Verhaltnissen geographisch auf einer WNW streichenden Linie an, die etwa sudlich der Intrusionen von Bramsche und Vlotho verlauft und eventu al mit der Norddeutschen Linie in Beziehung steht. Hier konnte eine Migrationsbahn fur Helium aus der tieferen Kruste vermutet werden.

78 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

Auch andere Gasfelder/- sonden wie z.B. Adorf, Apeldom, Uchte (alle Buntsandstein) oder Fehn- dorf (Karbon) und Rti- tenbrock (Zechstein) produzieren Erdgas mit He- Gehalten von mehr als

DC etwa 0.1 Vol%. Auch hier werden Verbindungen mit DC grossen Storungen vermutet.

Ein weiterer wichtiger As- pekt liber erhohte Helium- Gehalte in Erdgasen soil an dieser S telle kurz genannt werden: In der Erd- gasprovinz Osthannover nehmen die He-Gehalte in den Gasfeldem von W nach E zu. Diesem Trend Abb. 25 : 3He/4 He-Isotopenverhaltnisse (R) in norddeutschen Erdgasen, normiert auf Luft (Ra), indizieren bis zu 3 % primordiales Helium wurden die Rotliegend in einigen Lagerstatten Vulkanitmachtigkeiten 3He/He isotope ratios (R) in north German natural gases, gegenubergestellt. Die normalised to air (Ra), indicate up to3 % premordial helium bemerkenswerte Korrela- tion dieser Parameter erlaubt es, die Zunahme der He-Gehalte nach Osten zwanglos mit den Anderungen der Rotliegend Vul kanitmachtigkeiten unterhalb der Gasspeicher zu erklaren.

Isotopenverhaltnisse des Heliums sind ein Kriterium zur genetischen Ansprache dieses Gases. Im He lium treten die instabilen Isotope 3He und 4He auf. In der Atmosphare ist 4He etwa 106-fach hoher konzentriert als 3He. 4He entsteht beim radiogenen Zerfall von U und Th, insbesondere in der Erdkru- ste. 3He dagegen tritt vomehmlich im Erdmantel auf. Sein Erscheinen in der Erdkruste markiert Ge- biete, in denen Mantelschmelze im tieferen Untergrund auftritt oder aufgetreten ist. Aus dem Verhalt- nis R beider Isotope in Gasen lassen sich eindeutig Mantel- und Krusten-Helium unterscheiden. Durch Normalisierung an dem 3He/4He-Verhaltnis in der Atmosphare (Ra =1.4 x 10"6) werden krustales Heli um (R/Ra < 0.03) und Mantel-Helium (R/Ra = 9; definiert an Gasen aus mittelozeanischen Rucken) unterschieden. Dazwischen liegende Verhaltnisse beschreiben Helium-Mischgase.

Die Isotopenverhaltnisse (Abb. 25) charakterisieren das Helium der meisten Erdgase als nahezu rein krustal. Nur einige Gase aus Erdgasfeldem nordlich und nordwestlich der Intrusion von Uchte (Uchte, Bahrenborstel, Buchhorst, Siedenburg, Staffhorst, Rehden, Duste, Goldenstedt) enthalten 1-3 % Mantel-Helium. Diese Zumischungen indizieren, dass - moglicherweise in Verknupfung mit diesem Part des Bramscher Massivs - in diesem Areal tiefreichende Storungen als Aufstiegsbahnen fur

79 6. Hinweise auf pniwestfale Erdgase...

Mantelhelium existieren. Moglicherweise hat aber auch der Pluton das Helium mit nach oben transportiert und gab Oder gibt es an seine Umgebung ab.

Als Fazit der He-Untersuchungen kann festgehalten werden, dass, aufgesattelt auf den kontinuier- lichen Helium-Strom aus der Erdkruste, die He-Gehalte in den Erdgasfeldem variieren. Erhohte Kon- zentrationen sind in erster Linie mit tektonischen Elementen verknupft, die ebenfalls als Migrations- bahnen fiir andere Case dienen konnen. Ausserdem konnen, wie im Fall Osthannover, veranderte Machtigkeiten einer nahen Quelle die Helium-Gehalte in Erdgasfeldem regional beeinflussen. Neben diesen Variationen in den Konzentrationen indizieren 3He/4He-Isotopenverhaltnisse das Auftreten von Mantel-He in einigen Erdgasen im Umfeld der Intmsion von Uchte.

6.2.2 Stickstoff

Stickstoff ist ein bedeutender Kontaminant in den norddeutschen Erdgasen. Sein Anted in den Erdga sen variiert zwischen 1 und 88 % und ubertrifft damit zuweilen den Anteil aller anderen Erdgas- Komponenten.

6.2.2.1 Zur Genese von Stickstoff

Die Hauptbestandteile organischer Substanz sind Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Insbesondere Proteine und Nukleinsauren enthalten 15-23 %. Unter alien Organismen herrschen insbesondere bei marinem Plankton und Bakterien die Proteine vor. Dagegen bestehen terrestrische Organismen in erster Linie aus Kohlehydraten und Lignin. Bezuglich der Elementarzusammensetzung bestehen marine Organismen zu 1 - 15% aus Stickstoff, gegenuber 0.2-2% bei terrestrischen Orga nismen.

Der Einbau von Stickstoff in organische Substanzen ist vielfaltig und vemrsacht spezifische isotopische Signatures Der Stickstoff in mariner organischer Substanz, hauptsachlich durch Nitratreduk- tion inkorporiert, unterscheidet sich isotopisch von demjenigen in terrestrisch gebildeten organischen Substanzen, die ihren Stickstoff durch Stickstoff-Fixierung einbauen. Im Prinzip kann man sagen, dass der Stickstoff terrestrischer organischer Substanzen isotopisch leichter (negativer) ist als deqenige aus marinen Organismen.

Dieser isotopische Unterschied spiegelt sich im Prinzip auch in Gasen wider.

In Pyrolysegasen aus Kohlen nehmen die Gehalte (max. 37 %) wie auch die 8 I5N-Werte (-7.7 %e bis +4.5 %o) tendenziell mit der Original-Maturitat der eingesetzten Kohlen zu (Abb. 26). Diese Korrelati- on ist ein wichtiger Hinweis, da diese beiden N-Gasparameter vergleichsweise einfach aus Lagerstat- tengasen zu gewinnen sind. Sie ermdglichen damit zumindest tendenziell eine Typ- und Reifeanspra- che fur das Stickstoff-abgebende Muttergestein.

Die Pyrolysegase aus obemamurischen Sedimenten aus Nordostdeutschland (Abb. 26) - Gesteine mit dispers verteilter kohliger organische Substanz, TOC Gehalte zwischen 5.7 und 10.3 %, Reife des organischen Materials zwischen 3 und 6 % Rr - enthalten dagegen i.d.R. deutlich hdhere Stickstof- fanteile (25-75 %) und variieren isotopisch zwischen -1.8 %o und +1.4 %o. Dieser Unterschied ge-

80 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase... genuber den Gasen aus Kohlen ist entweder auf unterschiedliches Ausgangsmaterial zuriickzufuhren Oder mag auf einer Zumischung von Stickstoff aus der tonigen Gesteinsmatrix beruhen.

Stickstoff inn Pyrolyse-Gas

Abb. 26 : Das bei Nasspyrolysen ffeigesetzte Stickstoffgas aus Kohlen und kohliger Substanz zeigt charakteristische Veranderungen mit der Maturitat des eingesetzten Materials Nitrogen gas emitted from coals and dispersed coaly organic matter during hydrous pyrolysis experiments show characteristic changes depending on the maturity of the material used

Im Rahmen dieses Projektes wurden auch verschiedene Erddl-assoziierte Case aus dem StaBfurtkar- bonat Ostdeutschlands untersucht (Abb. 27). Alle Gase dieses kombinierten Mutter- und Speicherge- steins enthielten relativ hohe Anteile an Stickstoff (20 - 70 %), mit SI5N-Werten zwischen +15 %o und +28 %c. Vergleichbare Gase wurden im StaBfurt- und im Leine-Steinsalz der Salzstocke von Kiel

(70 %, +32 %c) und Gorleben (15 %, +15 %c) angetroffen. So- wohl der Stickstoffanteil im Gas als auch die 15N/14N-Verhaltnisse all dieser Gase sind damit wesentlich hoher als in Gasen aus vergleichbar reifen Kohlen.

Man kann also fur die Interpretati on des Stickstoffs in norddeutschen Erdgasen zur Kenntnis nehmen, dass autochthone Zechstein- Gase im Vergleich zu ‘Kohlega- sen ’ hohe Stickstoff-Anteile mit isotopisch schwerem Stickstoff Abb. 27 : Das aus mariner organischer Substanz (im Zechstein) enthalten. Wenn man diese Gase gebildete Stickstoffgas unterscheidet sich isotopisch deutlich von „Kohlestickstoff“. dariiberhinaus als Typgas aus ei- Nitrogen gas from marine organic matter (Zechstein) nem sapropelischen Muttergestein is isotopically different to that from coal. betrachtet, stellen sie einen mar-

81 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ... kanten Eckpfeiler dar fiir die Unterscheidung zwischen Stickstoff aus terrestirischen bzw. sapropelischen Muttergesteinen.

6.Z.2.2 Stickstoff in Erdgasen des Rotliegend-Fairways

Die Erdgasfelder des ‘Rotliegend Fairways ’ erstrecken sich von der Emsmundung bis bin zur Altmark und zeichnen die sudliche Kustenlinie des unterpermischen Wustensees in Norddeutschland nach. Da sich der Lagerstattengurtel regional deutlich von den ubrigen Erdgasfeldem abhebt, werden die Stick- stoffgehalte dieser Lagerstatten separat diskutiert.

Folgende Rahmenbedingungen spielen eine wichtige Rolle fiir die Beurteilung der Stickstoff- Verteilung:

• Die Maturitat an der Praperm-Oberflache betragt ca. 1 % Rr im Bereich der Ems mundung, jedoch 1.5 - > 2 % Rr in Osthannover.

• Im Untergrund der Emsmundung sind westfalische Kohlefloze als Muttergesteine abgelagert und noch heute vorhanden.

• Dagegen liegen nach heutigem Kenntnisstand der Geologic die Rotliegend-Speicher der Grossstruktur Salzwedel-Peckensen diskordant auf Namur, der Ausbiss von Westfal A unter dem Rotliegend verlauft westlich der Altmark etwa im Bereich der Gasfelder Bahnsen, Bdddenstedt und Ebstorf und biegt dann nordlich der GroBstruktur in einen W/E-Verlauf um.

Die Stickstoffgehalte in den Lagerstatten folgen einem sehr deutlichen Regionaltrend. Im Bereich der Emsmundung betragen sie etwa 1 - 10 %, steigen nach E an und erreichen schliesslich 50-80 % in der Altmark. Analog, wenn auch mit umgekehrtem Trend, verhalten sich die 8 15N-Werte. Diese liegen in den Feldem der Emsmundung in der Mehrzahl bei +12 bis +19 %o und nehmen bis in die Altmark auf Werte von etwa +7 %o ab (Abb. 28).

Bei der Bewertung beider Parameter kommt den N2-Gehalten nur eine eingeschrankte, wenn auch nicht unwichtige, Aussagekraft zu: Die Lticke zwischen Gasen mit hohen N2-Gehalten tiber 50 % und denjenigen unter 40 % beschreibt den Unterschied zwischen den Gebieten ohne bzw. mit Westfal- Verbreitung. Die Erdgase aus Bahnsen, Bdddenstedt und Ebstorf scheinen mit ihren 20 - 30 % N2 eine Art Ubergang darzustellen.

Dagegen sind die Stickstoff-Isotopenverhaltnisse von maBgeblicher Aussagekraft fiir die Genese. Ins- besondere sind gerade die Isotopenverhaltnisse aus dem Westfal-freien Gebiet der Altmark (ca. +7 %o) am nachsten zu den Werten, die in den Pyrolysegasen aus westfalischen Kohlen bzw. aus namurischen Tonsteinen mit dispers verteilten Kohlepartikeln freigesetzt wurden.

Fiir die Herkunft des Stickstoffs in der Altmark wird folgende Vorstellung favorisiert:

Der Stickstoff wurde im Namur unterhalb der Lagerstatte gebildet. Falls die doit vorherrschende organische Substanz ein Mischkerogen II/III ist, kann es ohne weiteres einen Stickstoff mit dem 8 15N-Wert von ca. +7 %o abgeben. Falls ein Kerogen Typ m vorherrscht und in diesem Fall der generierte Stick-

82 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

stoff isotopisch zu negativ ist, lasst sich die isotopische Lticke mit der Zumischung eines marinen Stickstoffs, sei es aus dem Zechstein, sei es aus dem tieferen Namur oder alteren Sedimenten erklaren.

Rotliegend

Zechstein

o «• • •*l ••

Westfal Namur

N2 [Vol%]

Abb. 28 : Die Stickstoff-Isotopenverhaltnisse in Rotliegend-Erdgasfeldern variieren mit den Gehalten (s. Diskussion im Text). Nitrogen isotope ratios in the Rotliegend natural gases vary according to contents (see text).

Je nach isotopischer Signatur dieses marinen Stickstoffs kann die Menge des zugemischten Stickstoffs kalkuliert werden. Schliesslich darf man nicht ausser Acht lassen, dass die Tonsteine selbst auch ein

gewisses Stickstoff-Potential aufweisen; im Rahmen der Nasspyrolysen wurden fur 3 Rotliegend- Tonsteine (Sebkha-Fazies) aus NE Deutschland und der Nordsee S15N-Werte von +5.0 %c bis +5.4 %c gemessen.

Die Stickstoffgase am westlichen Ende des Rotliegend-Fairways dagegen sind, mit Ausnahme der Lagerstatte Leer, sicherlich Mischgase aus den relativ gering reifen westfalischen Kohlen, die in diesem Reifestadium nur sehr geringe Mengen eines isotopisch leichten Stickstoffs abgeben sollten, und einem marinen Muttergestein.

Da wir auch fur die KW-Gase der Lagerstatten der Emsmundung die Zumischung aus einem hoherrei- fen marinen Muttergestein annehmen (s.u.), kann dieses Muttergestein selbstverstandlich auch ein (isotopisch schweres) Stickstoffgas abgeben, das letztendlich die in den Lagerstatten vorgefundenen Charakteristika verursacht. Problematisch ist, das potentielle Muttergestein zu identifizieren. Vermut- lich ist die organische Substanz im hdheren Namur terrestrisch ausgebildet, erst im tieferen Namur bzw. unterhalb des Namur sind marine Muttergesteine zu erwarten.

Dieses Mischungsmodell aus der Forderprovinz Emsmundung lasst sich bedingt auf den Lager- stattengurtel zwischen Taaken und Munster ubertragen:

83 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Auch in diesen Lagerstatten sind die NrGehalte fur die Maturitat des Westfal zu hoch, und die Isoto- penverhaltnisse zu schwer. D.h., auch fur diese in der Regel nicht oder nur schwach invertierten Erd- gasfelder miissen wir zusatzlich zum kohlebiirtigen Stickstoff einen Anted isotopisch schweren Stick- stoffs, vermutlich aus dem Namur, postulieren.

Ein kritischer Punkt ist: Falls wir fiir alle Erdgasfelder des Rotliegend Fairways eine wesentliche Steuerung des Stickstoffangebotes durch das Namur akzeptieren, miissen wir konsequenterweise eine laterale Anderung der Namurfazies von einer eher terrestrisch dominierten organischen Substanz im Einzugsgebiet der Altmark bin zu mehr marin dominierten organischen Substanzen weiter westlich fordem. Hierfur mussen geologische Belege gefunden werden.

6.2.23 Stickstoff in Erdgasfelder in der Umgebung des Bramscher Intrusivkomplexes

Alle derzeit in Produktion befindlichen Erdgasfelder im Umfeld der spatkretazischen Intrusiva fordem - ausser dem Gasfeld Alfeld-Elze (Rotliegend) - aus dem Oberkarbon, dem Zechstein oder aus dem Buntsandstein. Westfalische Kohlen, das Muttergestein, sind - abgesehen von Alfeld-Elze - im gesamten Areal abgelagert und noch heute vorhanden. Mit Ausnahme des Gebietes westlich der Ems ist das gesamte hier diskutierte Gebiet relativ hoch inkohlt (> 2 % Rr). Mit Annaherung an die Intrusiva steigt die Maturitat und uberschreitet im Verbreitungsgebiet der Lagerstatten z.T. 3 % Rr. In ahnlicher Weise steigen die Na-Gehalte in den Lagerstatten mit Annaherung an die Intrusive.

Unabhangig vom Speicher lassen sich die Erdgase in zwei Gruppen mit Isotopenverhaltnissen > +4 %c einerseits und Isotopenverhaltnissen < +3 %o andererseits aufteilen (Abb. 29). Mit Bezug auf die genetischen Klassifiziemngen in Kap. 6.2.2.1 kann man die erste Gruppe als Stickstoff-Mischgase aus westfalischen Kohlen und organischen Vorlaufem des Zechsteins (vermutlich des Ca2) bzw. eines prawestfalen sapropelischen Muttergesteins erklaren. Fiir die Zechstein- und Buntsandsteingasfelder erscheint das Modell einer Ca2-Beteiligung ohne weiteres plausibel. Die Interpretation scheint sogar fiir die oberkarbonischen Gasfelder anwendbar, weil der Zechstein im hier diskutierten Gebiet diskordant auf dem Oberkarbon aufgelagert ist. Dennoch werden die prawestfalen sapropelischen Mutterge- steine als Stickstoff-Lieferanten ausdriicklich fiir diese Gasfelder nicht ausgeschlossen.

Die meisten Case der anderen Gmppe scheinen nur Stickstoff aus den oberkarbonischen Kohlen zu enthalten. Jedoch ist auffallig, dass einige Buntsandstein-Gase mit Stickstoffanteilen oberhalb etwa 25 % gleichzeitig leichte 8 15N-Werte (< 0 %o) aufweisen. Sie sind damit isotopisch deutlich unterhalb des Kennbereiches fiir Stickstoff aus hochreifen westfalischen Kohlen.

Die regionale Verteilung der 8 15N-Werte fiir das hier diskutierte Areal bietet iiber das oben gesagte hinaus einen weiteren, sehr interessanten Ansatz zur Differenziemng der Herkunft des Stickstoffs. Uberraschend und im Gegensatz zu den Erwartungen aus den Ergebnissen der Pyrolysen (s.o.) und zu kinetischen Uberlegungen befinden sich alle Erdgase mit isotopisch leichterem Stickstoff (8 15N < +3 %o) in der naheren Umgebung der Intrusive, d.h. im Bereich der hoher reifen Muttergesteine.

Drei Szenarios werden im Hinblick auf dieses Phanomen diskutiert:

84 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

• Die strukturelle Inversion ist ein haufig wahrend der Oberkreide in NW Deutschland auftretendes Phanomen, verknupft mit dem Aufstieg der Intrusive. Die Inversion hatte groBen Einfluss auf die Verteilung der KW-Lagerstatten, da durch diesen Akt entweder vorhandene Lagerstatten zerstort, neue gebildet oder beide Vorgange verknupft wurden. Mit Blick auf die norddeutschen Erdgasfel- der scheint ein Zusammenhang zwischen leichten Stickstoff-Isotopenverhaltnissen (8 15N < +3 %o) und invertierten Gasfeldem zu bestehen. Die Erklarung hierfur kdnnte sein, dass die vor der Inver sion generierten/akkumulierten Case, d.h. die Case aus den relativ niedrig inkohlten Muttergestei- nen einschlieBIich des isotopisch schweren Stickstoffs aus einem sapropelischen Muttergestein (z.B. dem Ca2), wahrend der Inversion verloren wurden und die anschlieBend existenten Strukturen nur noch Produkte aus den hochreifen Muttergesteinen, u.a. den Stickstoff aus der Kohle, aufneh- men konnten.

Im Gegensatz dazu enthalten die nicht invertierten Lagerstatten auch noch den Stickstoff aus der friihen Generation.

I ♦ Karbon . | C Zechstein I A Buntsandstein

Zechstein

Westfal Namur

N2[Vol%] Abb. 29 : Die uberwiegende Anzahl der Erdgasfelder im Umfeld des Bramscher Intrusivkomplexes enthalt weniger als 20 % Stickstoff, nur Buntsandstein-Erdgase uberschreiten diesen Wert gelegentlich. Die isotopischen Besonderheiten werden ausfuhrlich im Text diskutiert. Most of the gas fieldsaround the Bramsche intrusives contain less than 20 % nitrogen, only Bunter gases occasionally exceed this level (see text)

• Isotopisch leichte Stickstoffgase mit Werten bis zu -12 %o sind aus Einschlussen in Diamanten (—12.0 %0 bis +13.0 %o), aus vulkanischen Gasen (—6.4 %o bis +3.6 %o) und aus Glasem mittelozea-

nischer Rticken (-4 %o bis +15.5 %o) beschrieben worden. Fur diese Stickstoffgase wird eine Man- telherkunft angenommen. Prinzipiell ist es so, dass die schwereren Isotopenverhaltnisse sekundar durch Entgasungsprozesse verandert sind. Die leichteren S15N-Werte werden als echte Reprasen- tanten von Mantelstickstoff betrachtet.

85 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Obwohl es zur Zeit unmoglich ist, die oben aufgefuhrten Daten mit den oberkretazischen Intrusiven zu verknupfen, miissen wir in Betracht ziehen, dass gleichzeitig ein Strom von Mantelstickstoff mit aufgedrungen ist. Ohne Kenntnis iiber die Menge, aber unter Beriicksichtigung, dass ein derartiger Stickstoff isotopisch sehr leicht im Vergleich zu demjenigen aus organ ischen Substanzen ist, konnten wir das Auftreten von isotopisch leichtem Stickstoff im Umfeld der nordwestdeutschen Intrusiva qualitativ als Ergebnis einer Zumischung von Mantelstickstoff zum Stickstoff aus den westfalischen Kohlen erklaren.

• Der Einbau von Stickstoff in Kohlen kann grundsatzlich auf drei Arten erfolgen, namlich als pyridinisch, als pyrrolisch und (untergeordnet) als quartar gebundener. Die relativen Anteile dieser Bindungsformen in Kohlen ist eine Funktion der Reife und der Maceralzusammensetzung. Unter den vorherrschenden pyrrolischen und pyridinischen Stickstoffverbindungen dominiert die pyrroli- sche. Wegen der hoheren Bindungsstarke wird pyridinischer Stickstoff sparer bei der Maturierung von Kohlen freigesetzt: Der relative Abbau pyrrolisch gebundenen Stickstoffs aus Kohlen beginnt bei etwa 84 % C, wahrend derselbe beim pyridinisch gebundenen Stickstoff erst bei etwa 91 % C beginnt.

Publizierte Ergebnisse von drei Pyrolyseversuchen an zwei verschiedenen, moderat maturen west falischen Kohlen bei unterschiedlichen Temperaturen lieferten hierzu einen interessanten Beitrag. Ein wesentliches Resultat dieser Versuche war, dass das bei 650°C generierte Stickstoffgas einen 8 15N-Wert von +2.5 %o hatte, wahrend die bei 1000°C generierten Case Stickstoff-Isotopen-

verhaltnisse von -6.5 %o bzw. -7.8 %o aufwiesen. Die Unterschiede wurden mit einem stufenweisen Abbau des Vorlaufermaterials mit unterschiedlichen 8 15N-Werten erklart.

Eine Zusammenfuhrung o.g. Resultate mit dem Behind isotopisch leichten Stickstoffs in der Um- gebung der Intrusiva erlaubt den Schluss, dass auch der Stickstoff im Umfeld der Intrusive aus den westfalischen Kohlefldzen entstanden ist, jedoch bei hdherer Temperatur infolge der Intrusionen. Und dieses Stickstoffgas ist in dem Fall zu einem grossen Teil aus pyridinischen Vorlaufersubstan- zen generiert worden, wogegen der konventionelle Stickstoff aus pyrrolischen Vorlaufersubstanzen abgeleitet werden kann.

Alle drei oben geschilderten Szenarien liefem plausible Erklarungen fur das Auftreten isotopisch leichten Stickstoffes im Umfeld der Intrusive. Obwohl kein Mechanismus ausgeschlossen werden kann, favorisieren wir die Intrusions-gesteuerten Veranderungen der Isotopenverhaltnisse durch (a.) den Verlust der fruhreifen Stickstoffgase bei der Inversion und (b.) die sich anschliessende Befiillung aus den z.T. hochthermisch beeinflussten Kohlen. Die regionale Zunahme des N2-Gehaltes in den Gasfeldem mit Annaherung an die Intrusive stiitzt diese Uberlegung.

6.2.2.4 Fazit

In der Zusammenschau muss fur den Stickstoff in den norddeutschen Erdgasfeldem eine vielfaltige Genese konstatiert werden. Nach dem derzeitigen Verstandnis wird der Stickstoff im Rotliegend- Fairway durch das Namur dominiert. Fur das Verstandnis dieser Lagerstatten tritt erschwerend hinzu, dass die Fazies des N2-abgebenden Muttergesteins einer Ost-West Veranderung von eher terrestrisch zu marin unterliegt. Dieser Wechsel hat einen wesentlichen Einfluss auf die Stickstoffisotopie.

86 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Der Stickstoff der sudlichen Provinz, im Einflussbereich der oberkretazischen Intrusive, stammt entweder als Mischgas aus der westfalen Kohle und aus einer sapropelischen organischen Substanz wie z.B. dem Ca2, oder aber allein aus den Kohleflozen. Die letztgenannten Gase treten sehr oft in invertierten Strakturen auf. Teilweise scheint der Stickstoff dieser Gase durch die Warmeeinwirkung der Intrusive beeinflusst.

Diese konzeptionellen Uberlegungen bedurfen weitergenhender Bearbeitung. Insbesondere sollten weitergehende Pyrolysen und isotopische Analysen des Stickstoffs im Zechstein und im Namur (und Dinant?) erfolgen. Ausserdem muss spezifiziert werden, inwieweit der Stickstoff aus dem Zechstein von demjenigen aus dem marinen Namur differenziert werden kann.

6.2.3 Kohlenwasserstoffgase

Aus der Diskussion der KW aus den norddeutschen Oberkarbon-, Perm- und Buntsandstein-Speichem mtissen a priori einige Gasfelder ausgeklammert werden. So kdnnen die erkennbar von der TSR beeinflussten Erdgase wegen der damit verknupften Veranderungen der molekularen und isotopischen Gas- zusammensetzungen nicht in die Uberlegungen tiber prawestfale Gasanteile eingeschlossen werden.

Ausserdem bleiben die Lagerstatten mit ausschliesslich autochthon im Zechstein gebildeten Kohlen- wasserstoffen aussen vor. Es handelt sich dabei um die Erdolfelder in den KW-Provinzen Mecklen burg-Vorpommern und Brandenburg-Lausitz sowie um den Grossteil der Lagerstatten im Thuringer Becken.

Nur einige Gasfelder des Thuringer Beckens (Behringen, Muhlhausen, Fahner Hohe) sowie die Erdga se aus Bad Lauchstadt und vom Fallstein enthalten eindeutig Gasanteile aus pra-Zechstein Quellen. Aus ihren molekularen und isotopischen Zusammensetzungen kann fur diese Gasfelder eindeutig abgeleitet werden, dass die Gase zum grossten Tell (> 70%) aus dem Pra-Zechstein stammen. Als Mut- tergesteine kommen nach heutigem Wissensstand am ehesten Sedimente des obersten Stefan in Be- tracht. So sind z.B. fur den Raum Bad Lauchstadt kohlige Tonsteine und Floze (bis 2 m machtig) in den Wettiner Schichten und Grillenberger Schichten (oberstes Stefan) beschrieben. Deren KW- Potential ist deutlich hdher als dasjenige der kohligen Tonsteine des tiefsten Stefan. Obwohl vergleichbare Sedimente aus dem engeren Thuringer Becken nicht bekannt sind, wird wegen der groBen Ahnlichkeit in den Gasparametem eine aquivalente Quelle fur die dortigen Gasfelder, eventuell auch fur den Fallstein postuliert.

6.2.3.1 Methoden und Modelle zur genetischen Ansprache von gasformigen Kohlenwasserstoffen

Seit mehr als 25 Jahren ist u.a. durch Isotopenuntersuchungen bekannt, dass die Erdgase in den nord deutschen Gasfeldem in erster Linie aus den oberkarbonischen Kohleflozen entstanden sind. Seitdem wurden die Zusammenhange zwischen der Maturitat des Muttergesteins und den isotopischen Cha- rakteristika der gasformigen KW kontinuierlich weiterentwickelt. In der jungsten Entwicklung der BGR wurden diese Zusammenhange durch kinetische Modelle, basierend auf Pyrolyse-Experimenten an sapropelischen und terrestrischen Materialien, verfeinert und durch Umsetzung in entsprechende empirische Algorithmen fur eine Ansprache des Typs und der Reife eines Muttergesteins anhand der

87 6. Hinweise auf priiwestfale Erdgase...

Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse von Methan, Ethan und Propan nutzbar gemacht. In diese Algorith- men gehen nicht nur variable Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse der organischen Ausgangssubstanz ein, sondem auch unterschiedliche Isotopenfraktionierungen zwischen Methan, Ethan, Propan und der Ausgangssubstanz.

Hochsensible Parameter zur genetischen Ansprache von Erdgasen sind z.B. die Methan/Ethan- sowie Ethan/Propan-Reifelinien fiir sapropelische bzw. terrestrische organische Substanzen. Aus den entsprechenden C-Isotopenverhaltnissen eines Erdgases kdnnen Abschatzung zum Typ und zur Maturitat eines Muttergesteins getroffen werden (Abb. 30 u. 31).

Falls nun ein KW-Gas nur kogenetisches Methan und Ethan bzw. Ethan und F'ropan aus einem dieser Muttergesteine enthalt, sollte das entsprechende Datenpaar, in Abhangigkeit von der Maturitat des Muttergesteins, unmittelbar auf einer Reifelinie liegen.

In Erdgaslagerstatten tritt nun sehr haufig die Situation auf, dass gespeichertes Erdgas nicht aus einem Muttergestein allein generiert wurde, sondem Zumischungen aus einem zweiten, moglicherweise sogar aus mehreren anderen Muttergesteinen enthalt. Datenpaare dieser Mischgase liegen dann mit ihren Datenpaaren abseits der Reifelinien, sofem die Mischpartner unterschiedliche Gaszusammensetzungen aufwiesen.

Mixing Corridors

dry, terrestrial + wet, sapropelic y/wet/dry tenestrial , ' + ,0 dry, sapropelic

813C - Ethane (%0)

Abb. 30 : Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse der Erdgaskomponenten Methan und Ethan gestatten Typ- und Maturitatsabschatzungen des gasgenerierenden Muttergesteins. Falls beide Komponen- ten aus einem Muttergestein stammen, liegen die entsprechenden Datenpaare auf einer Kennlinie, bei Mischgasen aus zwei unterschiedlichen Muttergesteinen befinden sich Datenpaare - in Ab hangigkeit von den Charakteristika der beteiligten Muttergesteine - dagegen in den Mischungs- korridoren. Carbon isotope ratios of methaneand ethane permit a differentiation of type and maturity of the gas generating source rock. Where co-genetic gases are concerned, the corresponding data fall on a maturity line, and in the case of mixed gases from two different source rocks the data plots in the „mixing corridors".

88 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

Bei der Mischung von Erdgasen spielen somit die 8 13C-Werte von Methan, Ethan und Propan und auch die jeweiligen Gaszusammensetzungen eine massgebliche Rolle. Aus der Verknupfung dieser Parameter resultieren dann typische Mischungskorridore

• zwischen einem hoher reifen, trockenen Gas aus einer terrestrischen organischen Substanz mit einem niedriger reifen, nassen Gas aus einer sapropelischen organischen Substanz,

e zwischen einem hoher reifen, trockenen Gas aus einer sapropelischen organischen Substanz mit einem geringer reifen Gas aus einer terrestrischen organischen Substanz.

Mixing Corridors

dry, terrestrial + wet, sapropelic wet/dry terrestrial + dry, sapropelic

813C - Propane (%0)

Abb. 31 : Auch die Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse der Erdgaskomponenten Ethan und Propan gestatten Typ- und Maturitatsabschatzungen des gasgenerierenden Muttergesteins. Falls beide Komponen- ten aus einem Muttergestein stammen, liegen die entsprechenden Datenpaare auf oder nahe bei einer Kennlinie, bei Mischgasen aus zwei unterschiedlichen Muttergesteinen befinden sich Da tenpaare - in Abhangigkeit von den Charakteristika der beteiligten Muttergesteine - dagegen in den Mischungskorridoren. Carbon isotope ratios of ethane and propane permit a differentiation of type and maturity of the gas generating source rock. Where co-genetic gases are concerned, the corresponding data fall on a maturity line, and in the case of mixed gases from two different source rocks the data plots in the „mixing corridors".

Neben den oben beschriebenen Kohlenstoff-Isotopenverhaltnissen von Methan, Ethan und Propan und den daraus abgeleiteten Reifelinien kbnnen auch andere Parameter wie die Wasserstoff- Isotopenverhaltnisse des Methans und die molekulare Gaszusammensetzung Ci/(C2+C3) zur genetischen Ansprache herangezogen werden.

89 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

6.23.2 Die genetische Klassifikation der norddeutschen Erdgase

Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopenverhdltnisse des Methans

Methan ist bekanntlich das bei weitem dominierende KW-Gas in den norddeutschen Erdgasen, in der Regel betragt sein Anteil mehr als 90%. Eine kombinierte Bewertung der C- und H-Isotopen- verhaltnisse von Methan eignet sich insbesondere zur Unterscheidung von bakteriellen Methangasen (Abb. 32). Dariiberhinaus kann man mit diesen Parametem bis zu einem gewissen Mass bei den thermisch generierten trockenen Erdgasen solche aus marinen von solchen aus terrestrischen Mutterge- steinen unterscheiden.

-100 - Rotliegend

COo -Reduction gnsitiol Atmosph. CH„ Fermentation

,(m]Z- Emsmundung

B.Lauchstadt

5D - Methane (%o)

Abb. 32 : Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopenverhaltnisse von Methan gestatten eine genetische An- sprache dieses Gases. Beispielhaft fur die norddeutschen Erdgase sind diejenigen aus Rotliegend- Erdgasfeldem dargestellt. Carbon and hydrogen isotope ratios of methane permit a genetic interpretation. Rotliegend tlatural gases are shownas an example.

Die Methangase aller Karbonfelder, der meisten Rotliegend- und Zechsteinfelder sowie aller Bunt- sandsteinfelder haben ausnahmslos einen terrestrischen Ursprung. Die Variationen in den Isotopen- verhaltnissen spiegeln die unterschiedlichen Muttergesteinsreifen wider.

Die Gase aus Bad Lauchstadt und diejenigen aus der Forderprovinz Emsmundung setzen sich jedoch deutlich davon ab (s. Abb. 32). Fur die Erdgase aus Bad Lauchstadt wird eine Zumischung von Zech- stein-Methan angenommen. Die Methangase der Lagerstatten aus der Forderprovinz Emsmundung sind vermutlich ein Misch-Erdgas aus terrestrischem und sapropelischem Methan.

Schliesslich scheinen die zwei Gase aus den Zechstein-Fordersonden Wielen Z2 und Z8, deutlich weniger jedoch das Methan aus Wielen Z6, durch Zechstein-Methan beeinflusst.

90 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

Die molekularen Gaszusammensetzungen Ci/(C2+C3) itn Vergleich zu &,3C- Werten des Methans

Eine Gegenuberstellung der molekularen Gaszusammensetzungen Ci/(C2+C3) mit den entsprechenden 8 13Ci-Werten (Abb. 33) 1st ein weiteres Werkzeug zur genetischen Klassifizierung von KW-Gasen, bei dem ausser Methan auch die hoheren KW-HomoIogen eine Rolle spielen.

Die meisten Erdgase scheinen eindeutig einem terrestrischen Muttergestein zugeordnet zu sein; zu- nehmende Methangehalte im Erdgas korrelieren mit steigenden S13Ci-Werten und indizieren damit einen Reifetrend. Deutlich verschieden von der Mehrheit sind durch ihre 8 13CrWerte die Case aus Alfeld-Elze, aber auch z.T. die Gase aus der Forderprovinz Emsmundung sowie ein Gas aus Bad Lauchstadt. In den genannten Fallen scheinen sapropelische Muttergesteine einen Einfluss auf die KW-Gase zu haben.

100000 Rotliegend 10000 e Bacterial

co 1000 o / Thermal b< Alfeld"Elze ti 1 ±~_\ o 100 i ; marine terrestrial o i 10 ■ Emsmundung^^- - ___^ t B.Lauchstadt ^ ' C ------»' -■'''> Artificial) * -■» » ,______1*-

-100 -80 -60 -40 -20 0

§13C - Methane (%o)

Abb. 33 : Die Gegenuberstellung der C-Isotopenverhaltnisse von Methan mit den molekularen Gaszusam mensetzungen C1/(C2+C3) erlaubt eine genetische Klassifizierung von KW-Gasen. Neben einer grundsatzlichen Unterscheidung von bakteriell und thermisch generierten Gasen konnen letztge- nannte auch noch hinsichtlich ihrer Ausgangssubstanz unterschieden werden. Beispielhaft sind in dieser Abbildung die Rotliegend-Erdgase aus Norddeutschland dargestellt. Correlation of the carbon isotope ratios of methane versus Cj/(C2+C3) permit a genetic classi fication of gaseous hydrocarbons. Bacterial gases can be distinguished from thermogenic gases and the latter according to their precursor substance. Rotliegend natural gases from north Germanyare shownas an example.

Ein hochreifes sapropelisches Muttergestein hat moglicherweise die Gase aus Emslage, Fehndorf, Husum, Buchhorst (Zechstein), Uchte (Zechstein) und Rutenbrock beeinflusst. Diese Gase zeichnen sich insbesondere durch grosse Methananteile aus.

91 6. Hinweise auf prSwestfale Erdgase...

Muttergesteinstypisierung aus C-Isotopenverhaltnissen von Methan und Ethan

Die Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse von Methan und Ethan gestatten die Typ- und Reifeabschatzung des KW-generierenden Muttergesteins (Abb. 34). Unter zusatzlicher Verwendung der entsprechenden Gasanteile im Erdgas lassen sich dariiberhinaus ggf. Mischgase aus verschiedenen Muttergesteinen erkennen und Mischungen quantifizieren.

Die C-Isotopenverhaltnisse von Methan und Ethan in den oberkarbonischen Erdgasen, in den meisten Rotliegend-Erdgasen, in alien Zechstein-Erdgasen und in alien Buntsandstein-Erdgasen indizieren eindeutig, dass alle Case entweder allein Oder doch zum grossten Teil aus einer terrestrischen organischen Substanzen entstanden sind. Zumischungen stammen in alien diesen Fallen aus einem niedriger inkohlten sapropelischen Muttergestein. Hier bietet sich in erster Linie die organische Substanz des Ca2 als Quelle an.

Zumischungen aus einem hoher inkohlten sapropelischen Muttergestein dagegen werden in alien Gas- feldem der Forderprovinz Emsmiindung, aber auch z.B. im Gas der Fordersonde Sohlingen Ost Z3 vermutet.

Rotliegend

Alfeld-Elze

B. Lauchstadt

Emsmundung

35 -25

813c - Ethane [%o]

Abb. 34 : Kohlenstoffisotopenverhaltnisse von Methan und Ethan gestatten eine Abschatzung des Typs und der Reife des/der gasbildenden Muttergesteine(s). Beispielhaft sind in dieser Darstellung die Rot- liegend-Erdgase aus Norddeutschland dargestellt. Details sind im Text erlautert, die relevanten Mi- schungskorridore sind in Abb. 30 dargestellt. Carbon isotope ratios of methaneand ethane permit an estimation of type and maturity of its source rock. Rotliegend natural gases from north Germany are shownas an example. The relevant „mixing corridors" are explained in fig. 30.

92 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

Muttergesteinstypisierung aus den C-Isotopenverhaltnissen von Ethan und Propan

Die Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse von Ethan und Propan bieten ebenso die Moglichkeit, Typ und Reife eines gasabgebenden Muttergesteins abzuschatzen. Einschrankend hierbei ist, dass sich die isotopischen Reifelinien beider Muttergesteinstypen uberlagem, wobei sich die Case aus einem hochreifen sapropelischen Muttergestein isotopisch mit Gasen aus einer niedrig inkohlten Kohle uberlappen (Abb. 35).

Interpretationsschwierigkeiten sind auch zu erwarten, wenn Mischgase vorliegen und die Case aus beiden Muttergesteinen nur geringe Maturitatsunterschiede aufweisen. In solchen Fallen sind die Gas- zusammensetzungen recht ahnlich, und die Datenpunkte der Mischgase liegen nahe an der Spur der Reifelinien.

Die 8 13C-Werte von Ethan und Propan der Erdgase aus den oberkarbonischen, den Zechstein- und den Buntsandstein- Lagerstatten sind - ohne flankierende Informationen - in den meisten Fallen nur schwer zu interpretieren. Am ehesten sind Zumischungen aus einem niedriger inkohlten sapropeli schen Muttergestein zu den terrestrischen KW-Gasen zu erkennen.

Rotliegend Wardbohmen

Riebau

B. Lauchstadt

5 C - Propane (%o)

Abb. 35 : C-Isotopenverhaltnisse von Ethan und Propan sind sehr geeignet, auch kleine Anteile von Misch- gasen zu identifizieren. Beispielhaft sind wiederum die Rotliegend-Erdgase aus Norddeutschland dargestellt. Die Details der Abbildung sind im Text diskutiert, die Mischungskorridore sind in Abb. 31 zu finden. Carbon isotope ratios of ethane and propane are highlysuitable for indentifying low amounts of admixed gases. Rotliegend natural gases from north Germanyare shown as an example. The relevant „ mixing corridors “ are explained in fig. 31.

93 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Sehr deutliche Trends weisen z.B. die Rotliegend-Erdgase auf (Abb. 35). Wahrend die meisten Erdga se, ubrigens auch diejenigen aus der Forderprovinz Emsmundung, wohl nur Ethan und Propan aus einem terrestrischen Muttergestein enthalten, kann man in den Gasen aus der Altmark, aus Wardboh- men, aus den Sonden Sohlingen Ost Z3 und Taaken Z1 eindeutige Zumischungen von KW-Gasen aus einem niedriger inkohlten sapropelischen Muttergestein erkennen. Noch deutlicher ist die Zumischung in Alfeld-Elze identifizierbar; in den Gasfeldem Leer und Bad Lauchstadt dagegen scheint samtliches Ethan und Propan aus dem sapropelischen Muttergestein zu stammen.

Auch die Karbon-Erdgase aus Goldenstedt, Fehndorf, Frenswegen und Rehden lassen Zumischungen aus einem niedriger inkohlten sapropelischen Muttergestein zu den kohleburtigen KW erkennen.

Auffallig unter den Zechstein-Erdgasen erscheinen nur die Case aus Bentheim, bei denen man fur Ethan und Propan dominierende Anteile aus dem sapropelischen Muttergestein annehmen kann.

Die Case der Buntsandstein-Erdgaslagerstatten sind dagegen zum uberwiegenden Teil wieder deutli cher von der Spur der Reifelinien abgesetzt und enthalten somit, neben den KW aus der westfalischen Kohle, identifizierbare Anteile aus einem geringer maturen sapropelischen Muttergestein. Nur die Gase aus Uelsen, Kneheim und eventuell Hemmelte (TSR?) scheinen ihr Ethan und Propan allein aus der westfalischen Kohle bezogen zu haben. Dagegen scheinen Ethan und Propan im Fall Fahner Hohe nur aus dem Ca2 zu stammen.

6.Z.3.3 Prawestfale Kohlenwasserstoffe in norddeutschen Erdgasfeldern

Zielsetzung des FV ‘Tiefengas’ war die Erkundung des KW-Potentials im Prawestfal des nord deutschen Beckens. In diesem Koordinatensystem sollten auch die in Produktion befindlichen Erd- gaslagerstatten hinsichtlich moglicher Indizien fur prawestfale Gase evaluiert werden. Diese Zielvor- gaben lassen sich fur die Kohlenwasserstoffe am ehesten aus den (oben diskutierten) Crossplots der Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse von Methan, Ethan und Propan ableiten.

Grundsatzlich sind fur das norddeutsche Becken drei Szenarien vorstellbar:

• Falls das prawestfale Muttergestein ein terrestrisch abgelagertes Kerogen ist, sollten die daraus entstandenen Erdgase unmittelbar auf der entsprechenden Reifelinie liegen. Dadurch wird eine Differenzierung von Gasen aus den westfalen Kohleflozen nur mit flankierenden Informationen (Geologic, Maturitat) moglich.

• Falls das Gas generierende Kerogen ein sapropelitisches Muttergestein ist, plotten die Da- tenpaare der C-Isotopen unmittelbar auf der Reifelinie fur entsprechende Muttergesteine. Auch wenn das betreffende Muttergestein sicherlich eine relativ hohe Maturitat haben wird, sind auch in diesem Fall fur eine zweifelsfreie Identifikation flankierende Informationen aus der Geologic, Kohlepetrographie und Kerogentypisierung notwendig.•

• Falls das betreffende Erdgas ein Mischgas aus beiden Kerogenklassen ist, wird die Anspra- che vereinfacht unter der Pramisse, dass in fast alien Fallen die oberkarbonischen Kohlen aufgrund ihres in der norddeutschen Senke dominierenden Erdgaspotentials ein Bestandteil der Mischung sind. In diesem Fall kann das zugemischte Gas aus dem prawestfalen, sapro-

94 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

pelischen Muttergestein nur hoher inkohlt sein. Aus dieser Konstellation ergibt sich eine eindeutige Lage entsprechender Gase in den Reifediagrammen.

Im Umkehrschluss zu den obigen Ausfiihrangen konnen wir also all die Erdgase ausschliessen, deren Daten (1.) eine Mischung aus einem ‘terrestrischen* Erdgas mit einem geringer reifen ‘sapropelitischen ’ Erdgas ausweisen und (2.) deren Reifeabschatzung fur den terrestrischen Gaspartner gleichzeitig mit der Maturitat der westfalischen Kohlefloze ubereinstimmen.

Damit scheiden die meisten im nordeutschen Becken geforderten Erdgase aus.

Dennoch verbleiben einige Gasfelder, fur die wir eine Gaszufuhr aus prawestfalen Quellen postulieren konnen:

• Aus Sicht der geologischen Befunde miissen die Erdgase der Altmark und das Erdgas aus Alfeld- Elze auf prawestfale Quellen untersucht werden. In beiden Fallen liegen die Rotliegend-Gas- speicher transgressiv auf namurischen Sedimenten auf.

• Wegen ihrer geochemischen Charakteristika miissen die Erdgase aus der Forderprovinz Ems- mundung auf einen Beitrag prawestfaler Muttergesteine uberpriift werden.

Altmark

1.5./

813C-Ethane (%o)

Abb. 36 : Die KW-Gase in den Erdgasfeldern der Altmark sind zu mehr als 99 % aus einer hochreifen terrestrischen organischen Substanz gebildet. Die untergeordnet auftretenden ,marinen ‘ Misch- gasanteile stammen aus dem Zechstein. Hydrocarbon gases from the gas fields in the Altmark contain more than 99 % gas from a highly matured terrestrial precursor substance. The minute amounts of „ marinegas “ derive from Zechstein.

95 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

Die Erdgase aus der Altmark

Die Erdgase aus der Altmark sind eine Mischung aus einem relativ hoch inkohlten terrestrischen Muttergestein und einem geringer inkohlten sapropelischen Muttergestein (Abb. 36 u. 37). Aufgrund der geologischen Verhaltnisse in der Altmark haben wir Grand anzunehmen, dass die dispers verteilte organische Substanz im Namur den terrestrischen Mischpartner stellt und das StaBfurtkarbonat den sapropelischen Mischpartner.

Fur die Modellierang der Mischgase wurden fur die Ansprache des sapropelischen Muttergesteins die Maturitat des Kupferschiefers aus der Bohrang Gorleben Z1 (1.1% Ro) und die Gascharakteristika der KW-Zutritte im Salzstock Gorleben herangezogen. Das terrestrische Muttergestein wurde entsprechend den Gasen, die der Reifelinie am nachsten liegen, klassifiziert. Die Mischungsrechnung fiihrt zu dem (uberraschenden) Resultat, dass die Mischgase sowohl im Methan/Ethan- als auch im Et- han/Propan-Diagramm maximal 1% Anteile aus dem geringer reifen Zechstein enthalten.

Altmark 99.95%

8 13C - Propane (%o)

Abb. 37 : Die Modellierang der Mischgase anhand der Ethan- und Propan-Kohlenstoffisotopenverhaltnisse bestatigt die dominierende Rolle eines terrestrischen Muttergesteins fur die Lagerstattenfullungen in der Altmark. The model of the mixed gases according to carbon isotope ratios from ethane and propane confirm the dominating roll of a terrestrial source rock in the Altmark area.

D.h., etwa 99 % der KW-Gase in der Altmark stammen aus einem terrestrischen Muttergestein einer Reife von mindestens 2.5 % Vitrinitreflexion. Ob nun die organische Substanz im unterlagemden Na mur allein das Muttergestein ist, kann nur vermutet werden. Einerseits existieren nur einige Namur- Daten aus der Bohrang Peckensen 7 (Kerogen Typ III, 2.S-2.7 % Ro, ca. 2 % TOC), zum anderen variieren die Gase in der Altmark von NW nach E und SE doch erheblich, indem die Stickstoffgehalte deutlich zunehmen und z.B. die C-Isotopenverhaltnisse des Methans schwerer werden. Entweder dokumentiert sich hierin ein Reifetrend zunehmender Inkohlung im Untergrand nach E bzw. SE, oder die

96 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase ...

Erdgase im NW werden teilweise von lateral migrierenden KW aus Kohlen des Westfal A gefuttert. Wenn man sich den publizierten Ausfuhrungen des Gaseinstiegs aus dem Untergrund iiber Storungen anschliesst, muss man fur eine vertikale Migration aus dem namurischen Untergrund pladieren.

Resumierend kann man feststellen, dass die KW-Gase in den Teilfeldem der Altmark sehr wahrscheinlich zu mindestens 99 % aus der dispers verteilten organischen Substanz des Namurs im unmittelbaren Untergrund stammen. Laterale Verandemngen im Chemismus der Gase beruhen auf Ande- rungen in der Maturitat des Muttergesteins.

Das Gasfeld Alfeld-Elze

Das Erdgasfeld Alfeld-Elze liegt, genau wie die Altmark, mit seinem Rotliegendspeicher diskordant auf namurischen Sedimenten. Die Maturitaten fur das Namur und die Basis Zechstein liegen etwa bei 2.5% Ro und ca. 2% Ro. Aufgrund seiner molekularen Gaszusammensetzungen und der 8 13Ci-Werte scheint das Erdgas ein Produkt aus einem hochreifen sapropelischen Muttergestein zu sein (vergl. Abb. 33). Diese Einschatzung lasst sich in der Deutlichkeit nicht aus den Reifediagrammen nachvollziehen. Dort prasentieren sich die zwei Gase aus Alfeld-Elze eher als Mischgase aus einer terrestrischen und einer sapropelischen Muttersubstanz (Abb. 38 u. 39).

Alfeld-Elze

Abb. 38 : Der Lagerstatteninhalt des Erdgasfeldes Alfeld-Elze ist nicht mit den gemessenen Maturitaten im Zechstein und Namur zu modellieren. The natural gas content of the Alfeld-Elze reservoir cannot be modelled using the maturities measured in Zechstein and Namurian sediments.

97 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Tendenziell wird aus den Daten abgeleitet, dass die Anteile aus beiden Muttergesteinen in etwa gleich sind. Jedoch ist es nicht annahemd moglich, die Isotopenzusammensetzung aus den gemessenen Rei- fen des Namurs und des Zechstein zu modellieren.

Provokativ kann folgendermassen spekuliert werden: Die Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse des Ethans geben noch am besten die Maturitat des Zechsteins wieder (Abb. 38). Dagegen indizieren die 8 13Cr Werte fur ein angenommenes terrestrisches Muttergestein nur eine Maturitat von ca. 1.5 % Vitrinitre- flexion. Diese Reife differiert gravierend von der gemessenen Maturitat im Namur und lasst sich hochstens als Palaoreife interpretieren. Wenn man Alfeld-Elze jedoch nicht als bereits lange existie- rende Falle mit einer alten Fullung interpretieren will, bleibt die Annahme eines sehr hochreifen sapropelischen Muttergestein als zweiten Mischungspartner. Dessen Maturitat ist vermutlich hoher an- zusetzen als von der sapropelischen Reifelinie angezeigt wird.

Alfeld-Elze

8 C - Propane (%o)

Abb. 39 : Die gemessenen C-Isotopenverhaltnisse von Ethan und Propan im Erdgasfeld Alfeld-Elze lassen sich nicht mit den im Feldesbereich gemessenen Maturitaten der potentiellen Muttergesteine in Einklang bringen. Carbon isotope ratios of ethaneand propane in the gas field Alfeld-Elze do not correlate with the maturities of the potential source rocks beneath the reservoir.

Die Kohlenstoff-Isotopenverhaltnisse des Propans indizieren fur das (gering inkohlte) sapropelische Muttergestein eine Maturitat von etwa 1% Vitrinitreflexion (Abb. 39). Eine derart niedrige Reife lasst sich mit den aktuellen Maturitaten uberhaupt nicht in Einklang bringen. Moglicherweise liegt hier ein fossiles Propan (geringer Konzenration!) vor, das sein Muttergestein erst aufgrund der hohen Maturitat oder der starken Inversion (= Mindemng der Sorptionskapazitat) verlassen konnte. Oder aber die hohe Maturitat, insbesondere der Einfluss der nahen Intrusive, fiihrt zu einer auch bei den Pyrolysen hochinkohlter Kohlen festgestellten isotopischen Inversion des Propans infolge der Gasabspaltung aus neuen Vorlaufersubstanzen. Diese offenen Fragen zum Gasfeld Alfeld-Elze konnen zur Zeit nicht weiter aufgelost werden.

98 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Die Gasfelder der Forderprovinz Emsmiindung

Die Erdgase der Forderprovinz Emsmundung fielen schon bei der generellen Klassifizierung der Rot- liegendgase deutlich als Mischgase aus einem terestrischen und einem relativ hochreifen sapropelischen Muttergestein auf (vergl. Abb. 32-34). Mit Sicherheit scheiden die potentiellen sapropelischen Muttergesteine des tiefen Zechsteins wegen ihrer geringen Maturitat (ca. 0.5 - 0.7 % Ro) als Mi- schungspartner aus. Fur die Modellierung der Mischungen verbleiben in diesem Fall die Reifewerte des tieferen Westfals, die mit 1.1 % Vitrinitreflexion angesetzt werden.

Unter Einsatz dieser Maturitat fur die westfalischen Kohlen im Bereich der Emsmundung lasst sich fur das sapropelische Muttergestein - fur alle Erdgase wurde eine Mischungslinie gemittelt - eine Matu ritat von etwa 2.2 % Vitrinitreflexion modellieren (Abb. 40). Mit diesem Maturitatsunterschied von ca. 1% Vitrinitreflexion zwischen der Kohle im tieferen Westfal und dem sapropelischen Muttergestein im tieferen Untergrund lasst sich fur den letztgenannten Partner der Mischgase problemlos auf ein Sediment an der Basis Namur, z.B. auf Aquivalente der in GroBbritannien sogar Erdol generierenden ‘Bowland Shales’ schliessen.

Emsmundung

§13C-Ethane (%=) Abb. 40 : Die Erdgase der Lagerstatten aus der Forderprovinz Emsmundung sind Mischgase aus einem relativ hochinkohlten marinen Muttergestein und der vergleichsweise geringinkohlten Kohle aus dem Westfal. Das Erdgas aus dem nachstgelegenen Feld Leer dagegen lasst sich als Mischgas aus der westfalischen Kohle (ca. 90%) und dem Ca2 interpretieren. The natural gases from the Ems Estuary gas province are mixed gases from a relatively highly mature marine source rock and a relatively low mature Westphalian coal. The gas from the nearest gas field Leer however is a mixture of 90 % gas from Westphalian coals and 10 %from the Ca2.

Nun kann man zu Recht argumentieren, dass die hier zusammengefassten Erdgase zumindest in drei Gruppen zu differenzieren sind. Einerseits kann man das Erdgas aus der Lagerstatte Uphuser Meer als einen separaten Fall mit einem hotter inkohlten terrestrischen Partner als die ubrigen Case einstufen. Auf der anderen Seite unterschieden sich die Erdgase aus Groothusen, Leybucht, Emshorn und der

99 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase...

Sonde Greetsiel Z2 durch fast 100 % Anted an Median und Ethan aus dem sapropelischen Mutterge- stein gegenuber weniger als 90 % Anted in den Erdgasen aus den Feldem GroBes Meer, Uttum und der Sonde Greetsiel Zl.

Die Interpretation der Gase aus der Emsmundung werden auch durch die Gegenuberstellung der Koh- lenstoff-Isotopenverhaltnisse von Ethan und Propan bestatigt (Abb. 41). Der einzig erkennbare Unter- schied ist, dass die Homologe Ethan und Propan wohl zu einem grosseren Anted aus den westfalischen Kohlen stammen als das Median. Dieser Behind ist insofem auch nicht weiter erstaunlich, als man fur ein hochreifes sapropelisches Muttergestein von fiber 2% Vitrinitreflexion kaum noch eine Genese von anderen KW-Gasen als Median erwarten kann.

0.6Ld

5 13C - Propane (%o)

Abb. 41 : Die hoheren KW-Homologen der Erdgase aus der Forderprovinz Emsmundung stammen zu etwa gleichen Teilen aus einem relativ hochinkohlten sapropelischen Muttergestein und der westfalischen Kohle. Ethan und Propan aus der Lagerstatte Leer dagegen stammen allein aus dem Ca2. Higher homologues of the natural gases in the Ems Estuary derive to about the same propor tions from a relatively high mature sapropelic source rock and the Westphalian coals. Ethane and propane from the Leer deposit on the other hand from the Cal alone.

Das wegen seiner raumlichen Nahe hier angesprochene Erdgas aus Leer ist demgegemiber wieder ein ‘klassischer Fall’ von einem dominierenden Anted kohleburtigen KW-Gases (Maturitat etwa 2.5 % Ro), gemischt mit etwa 5 % Gas aus dem Zechstein (Maturitat ca. 1.35 % Ro). Mit dem S13C-Wert des Propans bestatigt das Erdgas die Maturitatsabschatzung fur das Gas aus dem Ca2 und dokumentiert zudem im Zusammenspiel mit dem 5I3C-Wert des Ethans, dass Ethan und Propan zu nahezu 100 % aus dem Ca2 stammen.

100 6. Hinweise auf prawestfale Erdgase... / 7. Perspektivitatseinschatzung ...

Indikationen in anderen Gasfeldern

Teilweise enthalten auch Einzelsonden in andem Erdgasfeldem Hinweise auf prawestfale Gaszumi- schungen in ihren molekularen und isotopischen KW-Signaturen. Recht deutlich ist dies beispielswei- se im Gas der Sonde Sohlingen Ost Z3 zu erkennen. Weitere Kandidaten sind moglicherweise die Erdgase aus Walsrode, die Sonden Hemsbunde Z1 und 72, eventuell auch das Erdgas aus Annaveen. In alien Fallen ist jeweils eine Detailbetrachtung der genannten Sonden fur eine qualifizierte Aussage im Kontext der Gesamtlagerstatte erforderlich.

6.3 Schlussfolgerungen

Durch die sehr detaillierten Untersuchungen der norddeutschen Erdgasfelder wurde im Rahmen des Projektes eine enorme Verbesserung des Verstandnisses der Inhalte der Gasfelder erreicht. Erst die

Klarung der genetischen Herkunft der einzelnen Erdgaskomponenten ermoglichte die Identifizierung prawestfaler Anteile. Diese konnten bei etlichen Komponenten in gesamten Fdrderprovinzen, in ein zelnen Lagerstatten oder individuellen Sonden von Gasfeldern nachgewiesen werden.

Dennoch blieben einige Fragen, wie z.B. die Differenzierang von Stickstoff aus den verschiedenen sapropelischen Muttergesteinen, oder die KW-Genese aus hochreifen Muttergesteinen offen. Auch wird der Zusammenhang zwischen den einzelnen Gasarten nicht in jedem Fall verstanden.

Unabhangig von den hier skizzierten offenen Fragen bieten die Daten dieses Projektes viele Anregun- gen, iiber Migrationswege, Migrationsrichtungen oder die Zeitlichkeit der Fullungen nachzudenken. Besonders reizvoll sind fur derartige Uberlegungen natiirlich die Sandwich-Lagerstatten. Eine Einzel- beurteilung der Felder, gemeinsam mit den Kollegen der Industrie, erscheint sinnvoll und ftihrt sicherlich zu einer wesentlichen Verbesserung des Verstandnisses der Entstehung und Befullung der Erd- gaslagerstatten.

7. PERSPEKTIVITATSEINSCHATZUNG FUR GASVORKOMMEN AUS PRAWEST FALEN MUTTERGESTEINEN IN NORDDEUTSCHLAND

Die geologischen Voraussetzungen, die erfullt sein mussen, um aus prawestfalen Muttergesteinen generierte Case heute anzutreffen, lassen sich durch folgende Parameter beschreiben: • Muttergesteinspotential in prawestfalen Schichtenfolgen, • moglichst niedrige Inkohlungsgrade (Erstinkohlung, Nachinkohlung, magma-induzierte Inkohlung) fur diese prawestfalen Horizonte (max. 2 % Rr fur Kerogentyp II, max. 4-4,5 % Rr fur Kerogen- typ m), • hinreichende Speicher- und Wegsamkeitseigenschaften (Porositat und Kliiftung, primare oder sekundare Permeabilitat) in prawestfalen, westfalen oder postwestfalen Klastika oder Karbonaten, • strukturelle Fallen,

• ausreichende regionale Abdeckung, insbesondere durch Salinarhorizonte (Zechstein, Rotliegend, Devon?).

101 7. Perspektivitatseinschatzung ...

Muttergesteinspotential ist im gesamten Norddeutschen Becken bis zur nordlichen Verbreitungsgrenze des Dinant in verschiedenen prapermischen Horizonten vorhanden: • In Form der marinen Schwarzschieferfazies (Kerogentyp II) im tiefen Namur und im Dinant, • in Form von Kohlenflozen (Kerogentyp HI) im hoheren Namur und in der „Yoredale-Fazies “ (z. T. Mischtyp), • in Form von disperser organischer Substanz in distalen Flyschen und Deltasedimenten im Vise und tiefen Namur.

Hohe Inkohlung prawestfaler Schichten findet sich: • Im Bereich der Achse der Depozentren der variszischen Saumtiefe fur das Namur und Westfal (zu hohe Primarinkohlung vor Beginn des Perm), • im Bereich der spatvariszischen Plutone und ihrer thermischen Aureolen (zu hohe thermische In kohlung vor dem Oberperm), • im Bereich des zentralen permo-mesozoisch-tertiaren Norddeutschen Beckens (zu hohe subsidenz- bedingte Nachinkohlung, Stickstoff-Vormacht), • in den Bereichen mesozoischer Intrusionen (zu hohe thermische Inkohlung wahrend des Meso- zoikums, C02-Vormacht).

Diese Gebiete sind von vomherein aus der weiteren Betrachtung auszuschlieBen.

Geringe Reifen an der Westfal A-Basis bzw. im Namur und Dinant (< 2 % Rr) sind aus folgenden Regionen bekannt: Paffrather Mulde, Eifel Nord-Sud-Zone, westliches Harzvorland, ostliches Leine- bergland, Subherzyn, Braunschweiger Land, Altmark, Havelland, Nordbrandenburg, Westemsland, Sudoldenburg, Emsmundung, Sud-Rugen, Hiddensee, Oderbucht, Westliche Deutsche Nordsee, En- tenschnabel.

Hinreichende Speichereigenschaften (Porositaten bzw. Kliiftung und Permeabilitaten) sind nicht vor- hersagbar. Generell kann man davon ausgehen, daB die Porenspeicher im Westfal, Namur und Dinant infolge des hohen Diagenesegrades weitgehend dicht sind. Ebenfalls ist damit zu rechnen, daB in den Karbonaten des Dinant und Devon primare Speichereigenschaften nicht in ausreichendem MaBe bestehen. Die jungeren Speichergesteine (Rotliegend-Sande, Karbonate des tiefen Zechstein) zeigen hingegen selbst bei starker Versenkung unter besonderen Bedingungen noch Porennutzraum bzw. eine sekundare Porositat.

Kluft-Permeabilitaten wird man besonders in der Nahe groBer, mesozoisch aktiver Lineamente erwarten konnen (Beispiel Steinhuder Meer-Lineament bei Husum). Verbesserte Speichereigenschaften konnte man auch im Bereich variszischer Sattel- und Uberschiebungszonen erwarten. Diese Strukturen sind auf die gefaltete V arisziden-AuBenzone beschrankt.

Sekundare Porositaten in devonisch-dinantischen Plattformkarbonaten sind bislang auf den Inseln Rtigen und Hiddensee nachgewiesen worden. Die besten Speichereigenschaften besitzen kluftig- kavemose Dolomite des hoheren Frasne mit maximaler Machtigkeit von etwa 100 m. Die Gesteine sind stark rekristallisiert und entstanden wahrscheinlich durch Dolomitisierung biogener Kalksteine

102 7. Perspektivitatseinschatzung ...

(Ahnlichkeiten mit der Schelf-Fazies ("Riffe") des belgischen Oberdevon). Bei den Bohrarbeiten war den in diesen Speichem zahlreiche Olanzeichen beobachtet (Bohrungen Dranske 1 und 2, Sagard 1, Neuenkirchen 1). Wahrend der Testarbeiten warden dann aus diesen Speicherhorizonten Wasserzu- fltisse (Bohrungen Riigen 2, Wiek 3 and 4, Sagard 1, Lohme 2) und ein GaszufluB (Riigen 4) erzielt. Dabei konnten mehrere machtige Bereiche mit bedeutender Kluftung (> 5 offene Klufte/m) ausgehalten werden.

In den Unterkarbon-Profilen der Insel Rugen schufen subaarische Denudationsprozesse wahrend der sudetischen Bewegungen in Antiklinalstrukturen kavemose Kluftspeichergefiige.

Die der oberdevonischen Verkarstung entstammenden Hohlraume in den giveto-frasnischen Riffkom- plexen sind zumindest dort, wo man sie an der Tagesoberflache untersuchen kann heute vollig verheilt (Rheinisches Schiefergebirge, Harz). Pranamurischer bzw. intradinantischer Palaokarst, bekannt aus der Campine (hier kohlenwasserstofffiihrend) und der Antiklinale von Vise-Puth sind in Deutschland bislang nur aus dem Aachener Raum nachgewiesen.

Die GesetzmaBigkeiten eines Ubergangs von potentiellen Speichem zu effektiven primaren oder sekundaren Speichem sind nach wie vor fur die Kalksteine des Unterkarbon und Oberdevon ungeklart.

Fallen-Stmkturen lassen sich bei dem derzeitigen Stand der Erforschung noch nicht aufzeigen. Geeig- nete Fangstrukturen sind zu erwarten:

• Im Bereich der Inversionsstrakturen (wie z.B. die Erdgaslagerstatten im Sole Pit-Becken), • im Bereich bedeutender permo-mesozischer Lineamente, • unter Hochlagen der Zechsteinbasis bzw. der Rotliegendbasis (Posthumitatsprinzip), • in den variszischen Antiklinalzugen der gefalteten Varisziden-AuBenzone, • unter den Antiklinalzugen des flachwellig gefalteten Varsiziden-Vorlandes (Typ Groningen).

Ausreichende, tiber langere Zeit wirksame Abdeckung wird nur durch salinare Formationen gewahrleistet. Im gesamten mitteleuropaischen Becken bildet der Zechstein eine effektive regionale Abdek- kung. In Frage kommen auBerdem: • Salinare des Devon (deren Verbreitung man in Deutschland nicht kennt), • Salinare des Oberrotliegend, • Salinare der Trias (Rot, mittlerer Muschelkalk, Keuper).

Alle diese abdeckenden Folgen konnten unter bestimmten gunstigen geotektonischen Bedingungen zur Erhaltung der Gasansammlungen beitragen.

103 7. Perspektivitiitseinschatzung ...

7.1 Perspektivgebiete (Abb. 42)

Paffrather Mulde

Muttereesteinspotential: moglich im Eifel u. Givet Maturitat: gering (< 1,5 % im Mitteldevon) Speicher: Giveto-frasnisches Riff Strukturen: unbekannt Abdeckune: fehlt Resiimee: nicht untersuchungswurdig, da keine Abdeckung

Eifel Nord-Sud-Zone

Muttereesteinspotential: moglich im Eifel u. Givet Maturitat: gering (< 0,8 % im Mitteldevon) Speicher: Giveto-frasnische Karbonate Strukturen: unbekannt Abdeckune: fehlt Resiimee: nicht untersuchungswurdig, da keine Abdeckung

Westliches Harzvorland (Northeim, Gottingen)

Miittereesteinspotential: marine Schwarz- und Kieselschiefer des tiefen Dinant Maturitat: 2 - < 1,5 % Rr im Dinant Speicher: devono-frasnische Riffe moglich (Iberg), Grauwacken des Dinant und Devon? Strukturen: unbekannt Abdeckune: Zechstein-Salinar Resiimee: eingeschrankt untersuchungswurdig, da Muttergesteinspotential begrenzt (geringe Machtig- keiten, dafiir machtige Flyschschiittungen).

Ostliches Leinebergland, Subherzyn, Braunschweiger Land

Muttereesteinspotential: marine Schwarz- und Kieselschiefer des Dinant Maturitat: < 2 % Rr im Dinant, im E nicht gut belegt, Ausdehnung des Inkohlungsminimums unsicher Speicher: devono-frasnische Riffe moglich (Typ Iberg), Grauwacken des Dinant und Devon? Strukturen: unbekannt Abdeckune: Zechstein-Salinar Resiimee: eingeschrankt untersuchungswurdig, da Muttergesteinspotential begrenzt (geringe Machtig- keiten, machtige Flyschschiittungen).

104 /

7. Perspektivitatseinschatzung ...

Altmark, Havelland, Nordbrandenburg nordlich der Linie Magdeburg-Brandenburg-Berlin- Frankfurt/O.

Muttereesteinspotential: Marine Schwarzschiefer und Kieselschiefer des Dinant, distaler Flysch des hoheren Vise und Namur mil dispersem organischen Material, Tonsteine des Unter- und Mitteldevon Maturitdt: < 2,5 % Rr im Namur bzw. Dinant, 3 - 4 % Rr im Oberdevon Speicher: devono-frasnische Riffe moglich (Typ Iberg), Grauwacken des Dinant und Devon? Strukturen: unbekannt

Abdeckune: Zechstein-Salinar Resiimee: eingeschrankt untersuchungswurdig, da Speicher- und Stmkturverhaltnisse sowie die Erd- gaszusammensetzung (Stickstoff-Dominanz) nur schwer einzuschatzen sind.

Westemsland

Muttereesteinspotential: Kohlen im hoheren Namur, moglicherweise marine Schwarzschiefer (Bow- land Shale Aquivalente? oder "Hangende Alaunschiefer “) im basalen Namur Maturitdt: ca. 1 % Rr im Westfal C und D, 2,2 - 2,7 % an der Basis Westfal A (berechnet), ca. 4 % Rr an der Basis Namur

Speicher: Sandsteine des hoheren Namur, Plattformkarbonate des Dinant und Devon? Strukturen: Esche-Laar-Stdrung, Neuringe-Osterbrock-Stdrung Abdeckuns: Zechstein-Salinar Restimee: Begrenzt untersuchungswurdig, da recht hohe Reifen an der Basis Namur und Mutterge- steinspotential unsicher

Sudoldenburg, begrenzte Areale

Muttereesteinspotential: Kohlen im hoheren Namur, moglicherweise TOC-reiche Tonschiefer des basalen Namur (Bowland Shale Aquivalente, "Hangende Alaunschiefer")

Maturitdt: Die Reifen an der Westfal A-Basis dtirfte unter 4 % Rr liegen, nur in lokalen Bereichen Reifen < 1,5 % Rr

Speicher: Sandsteine des hoheren Namur, Plattformkarbonate des Dinant und Devon? Strukturen: mehrere bedeutende WNW-streichende Lineamente Abdeckune: Zechstein-Salinar Resiimee: Begrenzt untersuchungswurdig, da recht hohe Reifen an der Basis Namur (z.T. >5 % Rr) vermutet und Muttergesteinspotential unsicher

Emsmundungsgebiet

Muttereesteinspotential: Kohlen im hoheren Namur, Bowland Shale-Aquivalente (marin) im tiefen Namur moglich

Maturitdt: 1 - < 1 % Rr im Westfal B, ca. 1,5 % Rr an der Basis Westfal A (berechnet) Speicher: Sandsteine des hoheren Namur, Plattformkarbonate des Dinant und Devon? Strukturen: mehrere NNE-streichende Lineamente Abdeckune: Zechstein-Salinar Resiimee: Untersuchungswurdig, da sehr geringe Maturitat an der Basis Namur zu erwarten und die kohlegenerierten Case Zumischungen marinen Gases aufweisen

105 7. Perspektivitatseinschatzung ...

Hiddensee, Mittel- und Siid-Rugen, Oderbucht

Muttereesteinspotential: Oberdevonische, obere Mitteldevonische und unterkarbonische Mergel- und Tonsteineinschaltungen mit humoser und sapropelitischer organischer Substanz in den Karbonatkom- plexen von geringer bis mittlerer Qualitat, disperse humose organische Substanz im Namur Siid- Riigens Maturitat: 1,1 - > 3,5 % Rr, im Ober- und Mitteldevon sowie im Unterkarbon in Abhangigkeit von der nach S schnell zunehmenden Absenkung Smicher : Oberdevon - kliiftig-kavemdse Dolomite und Sandsteine, Unterkarbon - Kluft- und Po- renspeicher in Kalksteinen Strukturen: mogliche Karbonatwalle und bruchtektonisch begrenzte Fallen Abdeckuns: Zechsteinsalinar auf Siid-Rugen, Tonsteine des Unterkarbon (bedirigt) auf Siid-Rugen und dem Festland Resiimee: Untersuchungswurdig, da fur das prawestfale Oberkarbon sowie fur das Unterkarbon und Oberdevon die wichtigsten Kriterien einer moglichen KW-Fuhrung in unterschiedlicher Wichtung erfullt sind. Kohlenwasserstoffe, die eindeutig aus prawestfalen Muttergesteinen generierten, wurden nur bier nachgewiesen

Westliche Deutsche Nordsee

Muttereesteinspotential. Yoredale-Fazies des Dinant und tiefen Namur, Kohlenfloze, 01- und Schwarzschiefer im hoheren Namur (Millstone Grit). Rowland shale-Aquivalente im tiefen Namur moglich, Muttergesteine in synsedimentaren Graben innerhalb der Karbonatplattform des Dinant nicht auszuschliefien Maturitat: ca. 1 % an der Basis Namur und im Vise und Toumai Speicher. Sandsteine des hoheren Namur, Plattformkarbonate des Dinant und Devon? Strukturen: mehrere bedeutenden NNW-streichende Lineamente Abdeckune: Zechstein-Salinar Resiimee: Untersuchungswurdig, vor allem wegen der sehr geringen Reife im Unterkarbon

Entenschnabel

Muttereesteinspotential: Yoredale Fazies des hoheren Vise und tiefen Namur, moglicherweise Ol- und Schwarzschiefer sowie Kohlefloze im hoheren Namur (Millstone Grit). Muttergesteine in syn sedimentaren Graben innerhalb der Karbonatplattform des Dinant nicht auszuschlieBen. Maturitat: ca. 1 % im Namur Speicher: Sandsteine des hoheren Namur, Plattformkarbonate des Dinant und Devon? Strukturen: Starke Zerstiickelung des Sockels in Schollen Abdeckune: Zechsteinsalinare Resiimee: Untersuchungswurdig, da sehr geringe Reifen im Namur

106 t}" East G:

56"

current distributionof Zechstein m northern subcropof Dinant CalcdonianFront BBS Variscianfront 7.

2% -2.5%vitrinite reflection at the Perspektivitatseinschatzung pre-Permian surface area of nitrogen/ carbon dioxide predominance^ gasfteids n perspective areas *■ nnoritv 2. priority 51" BQfe.Hww*. Owwwy

Abb. 42 : Perspektivitatskarte / Perspectivity map ... Appendix

APPENDIX Appendix

Liste der Sachbearbeiter

Name Institution Land Bandlowa, T. BGR, Berlin Deutschland Blackmore, R. Trinity College, Dublin bland Buchardt, B. University of Copenhagen Danemark Carson, B. Trinity College, Dublin Irland Clayton, G. Trinity College, Dublin Irland Everlien, G. BGR, Hannover Deutschland Faber, E. BGR, Hannover Deutschland Fitzgerald, L. J. Trinity College, Dublin Irland Gerling, P. BGR, Hannover Deutschland Glasmacher, U. RWTH Aachen Deutschland Goodhue, R. Trinity College, Dublin Irland Hoffmann, N. BGR, Berlin Deutschland Hufnagel, H. BGR, Hannover Deutschland Kessel, G. BGR, Hannover Deutschland Koch, J. BGR, Hannover Deutschland Kockel, F. BGR, Hannover Deutschland Krull, P. BGR, Berlin Deutschland Mittag-Brendel, E. BGR, Hannover Deutschland Nielsen, A. T. University of Copenhagen Danemark Paproth, E. GEOFILES Belgien Pokorski, J. Panstw. Inst. Geologiczny Polen Pukkonen, E. Estonian Geological Survey Estland Rohling, S. BGR, Hannover Deutschland Sevastopulo, G. D. Trinity College, Dublin Irland Schovsbo, N. University of Copenhagen Danemark Sohns, E. BGR, Hannover Deutschland Warming, B. University of Copenhagen Danemark Wehner, H. BGR, Hannover Deutschland Wellens, M. RWTH Aachen Deutschland Wilken, U. G. University of Copenhagen Danemark Appendix

Im Rahmen des Projektes Tiefengas angefertigte Berichte

BANDLOWA, T. (1993): Untersuchungen der Kambro-Ordovizischen Muttergesteine (Alaunschiefer- Formation) des Baltischen Schildes sowie der Baltischen Synekline. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 111.441 (ABerlin 2024638): 1-102, 9 Abb., 8 Tab., 4 AnL; Berlin BANDLOWA, T. (1994): Erdgasfiihrung Karbon-Perm-Trias-Komplex, Mitteleuropaische Senke. - Regionalgeologische Analyse und Kriterien der Lagerstattenfiihrung. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.533 (ABerlin 2024983): 1-76, 6 Abb., 4 Tab., 5 Anl.; Berlin

BANDLOWA, T., BUCHARDT, B., CLAYTON, G., EVERLIEN, G., KESSEL, G., KOCKEL, F., KRULL, P. & SEVASTOPOULO, G. (1995): Pre-westphalian source rocks in Central and NW-Europe - extended summary report. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv Nr. 112.934: 1-46, 8 Tab.; Hannover BANDLOWA, T., BROCKNER-ROHLING, S., BUCHARDT, B., CLAYTON, G„ GERLING, P., EVERLIEN, G., Kessel, G., KOCKEL, F., KRULL, P. & SEVASTOPULO, G. (1995): Prawestfale Muttergesteine in Mittel- und Nordwesteuropa - SchluBbericht. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.284: 1- 10, 2 Tab.; Hannover BLACKMORE, R. (1993): Vitrinite reflectance and white mica crystallinity results from the Munster Basin, southern Ireland. - Unveroff. Bericht BRG, Archiv-Nr. 113 243: 1-12,28 Abb., 1 Anh.; Hannover

Br Ockner -Rohling , D., Hoffmann , N., Kockel , F., Krull , P., Stumm , M. (1994): Die Struktur- und Machtigkeitskarten des Nordeuropaischen Permbeckens und seiner Rander 1:1,5 Mio. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 111.921: 1-33, 10 Anl.; Hannover

Br Ockner -Rohling , D., Hoffmann , N., Koch , J., Kockel , F., Krull , P., Stumm , M. (1994): Die Struktur-, Machtigkeits- und Inkohlungskarten des Norddeutschen Oberkarbon- und Permbeckens und seiner Rander, 1:500 000. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 111.531: 1- 77, 25 Anl.; Hannover

Br Ockner -Rohling , S., Kockel , F. & Krull , P. (1994): Modellierung der Subsidenz-, Reife- und thermischen Entwicklung an ausgewahlten Tiefbohrungen in Norddeutschland. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.408, 1-24, 1 Abb., 2 Tab., 30 Anl.; Hannover

BUCHARDT, B., Nielsen , A. T., Schovsbo , N. & Wilken , U. G. (1993): Source rock potential and thermal maturity of Lower Palaeozoic black shales in southern Baltoscandia. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.326: 1-32, 20 Abb., 12 Tab.; Hannover CARSON, B. (1993): The biostratigraphy and hydrocarbon source potential of the Lower Carboniferous from the Baltic Island of Riigen. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.244: 1-10, 10 Abb.; Hannover

EBERHARDT, E. & KRAUTHEIM, G. (1993): Bestimmung des Grades der Mineraldiagenese/- Metamorphose - insbesondere Ulitkristallinitat und Tonmineralparagenese - und des Graphitisierungsgrades des organischen Materials potentieller Muttergesteine. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.233: 1-105, 64 Abb., 1 Anh.; Hannover

EVERLIEN, G. (1995): Hochtemperatur-NaBpyrolysen an westfalen und prawestfalen Muttergesteinen aus Norddeutschland. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv Nr. 114.457: 1-23, 1 Abb., 13 Tab.; Hannover

EVERLIEN, G. & WEHNER, H. (1994): Organisch-geochemische und naB-pyrolytische Untersuchungen an pra-westfalen Muttergesteinen aus Zentral- und Westeuropa. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.393: 1-57, 28 Abb., 21 Tab.; Hannover

FITZGERALD, L.J. (1993): Vitrinite reflectance determinations from the vicinity of the Navan Zn/Pb orebody and the Athboy borehole, Co Meath, Ireland. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.245: 1-7, 41 Abb.; Hannover Appendix

PRIELINGSDORF, J. & LlTTKE, R. (1994): 2D-Computersimulation der Absenkiings- und Temperaturgeschichte palaozoischer Sedimente entlang des seismischen Profils DEKORP-2N im Munsterland. - Unveroff. Bericht KFA Jtilich, Berichts-Nr. KFA/ICG 4 501694: 1-88, 38 Abb., 10 Tab., 1 Anh.; Jtilich

Gerling , P., Mittag -Brendel , E., Sohns , E., Faber , E. & Wehner , H. (1995): Genese und Verteilungsmuster der Erdgase im Norddeutschen Becken. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv- Nr. 112.440: 1-62,46 Abb., 11 Tab., 10 Anl.; Hannover

GERLING, P., KOCKEL, F. & Krull , P. (1994): Pra-Westfal-Play in Norddeutschland. - Pilotstudie in Vorbereitung einer Fortsetzung des Verbundforschungsvorhabens „Tiefengas“. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.283: 1-16, 5 Anl.; Hannover GOODHUE, R. (1993): Oil shale from the Lothian region, Scottland. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv- Nr. 113.242: 1-5, 2 Abb.; Hannover

HOFFMANN, N. & Stiewe, H. (1994): Geologisch-tektonische Modelliemng langzeitregistrierter digitalseismischer Sektionen au dem Norddeutschen Becken. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv- Nr. 112.382 (ABerlin 2024913): 1-55, 27 Abb., 16 Anl.; Berlin KESSEL, G. (1993): Die potentiellen Muttergesteine der Kulmfazies des Dinant im Rheinischen Schiefergebirge und im Harz. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 110.830: 1-77, 16 Abb., 6 Anl.; Hannover KESSEL, G. (1994): Potentielle Muttergesteine des Dinant und Namur in Zentral- und NW-Europa. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 111.525: 1-136, 54 Abb., 9 Anl.; Hannover KOCH, J. (1994): Organisch-petrographische Untersuchungen am Kupferschiefer Norddeutschlands. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.310: 1-29, 31 Abb., 5 Tab., 3 Taf., 1 Anl.; Hannover KOCH, J. (1994): Die mittlere Vitrinitreflexion (Rr) in Abhangigkeit von der Teufe in Norddeutschland. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.527:1-18,19 Abb., 1 Tab.; Hannover MlTTAG-BRENDEL, E. (1994): Schwefelwasserstoff-Genese in den Zechstein-Erdgaslagerstatten in NW-Deutschland. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 110.982: 1-38, 1-XXV, 26 Abb., 9 Tab., 21 Anl.; Hannover NIELSEN, A. T. & BUCHARDT, B. (1993): Gislovhammer 2 shallow drill hole in Eastern Scania, Sweden: Stratigraphy and geochemistry of the cored Lower Ordovician-Lower Cambrian strata. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.239: 1-19, 35 Abb., 1 Tab.l Anh.; Hannover PUKKONEN, E. & BUCHARDT, B. (1993): The Dictyonema shale of Estonia. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.240: 1-37, 9 Abb., 7 Tab.; Hannover SCHOVSBO, N. & BUCHARDT, B. (1993): Djupvik 1 and Djupvik 2 completion report. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.235: 1-12, 3 Abb., 3 Tab., 1 Anh.; Hannover SCHOVSBO, N. & BUCHARDT, B. (1994): Trace element composition and variation in Alum shales. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.237: 1-12, 5 Abb., 1 Tab., 1 Anh.; Hannover WARMING, B., BUCHARDT, B., NIELSEN, A. T. PUKKONEN, E., SCHOVSBO, N. & WlLEN, U. G. (1993): Geochemical data base for Lower Palaeozoic rocks in Baltoscandia. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 113.241: 1-90, 6 Tab.; Hannover

WlLKEN, U.G. & BUCHARDT, B. (1993): Hallekis 1 shallow core completion report. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv Nr. 113.238: 1-31, 12 Abb., 5 Tab.; Hannover Wilken, U.G. Schovsbo, N. & Buchardt, B. (1994): Evaluation of source rock potential of Alum shales in Baltoscandia by rock eval and extraction data. - Unveroff. Bericht BGR, Archiv-Nr. 112.234: 1-15, 15 Abb., 1 Tab.; Hannover DGMK

Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft fur Erdol, Erdgas und Kohle e.V.

Weitere DGMK-Forschungsberichte aus dem Fachbereich Aufsuchung und Gewinnung zum Themenkreis „Explorationsgeologie “ (DGMK-Reports of Division Exploration and Production concerning ,,Exploration Geology"

384-1 Fazies und Genese von Kohlenflozen im nordwestdeutschen Oberkarbon (Facies and Genesis of Upper Carboniferous Coal Seams from Northwest Germany) Autor: Dr. K. Strehlau, 1988 380 S„ 172 Abb., 39 Tab., 15 Bilder DM 86,™ (DGMK-Mitglieder DM 43,-) zzgl. ges. MwSt.

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384-4 Sedimentologie und Klimaentwicklung im Westfal C/D und Stefan des nordwestdeutschen Oberkarbon-Beckens (Sedimentology and Climate-Evolution in the Westphalian C/D and Stephanian of the NW-German Upper Carboniferous Basin) Autor: Dr. V. Seller, 1990 311 S„ 38 Abb., 10 Tab., 16 Bilder DM 80,™ (DGMK-Mitglieder DM 40,--) zzgl. ges. MwSt.

384-5 Sedimentologie des Oberkarbons in Nordwest-Deutschland (Sedimentology of the Upper Carboniferous of NW-Germany) Autor: Dr. B. Jankowski, 1991 317 S„ 38 Abb., 12 Tab., ISBN 3-9281 64-04-X DM 110,™ (DGMK-Mitglieder DM 55,-) zzgl. ges. MwSt.

384-6 Faziesentwicklung von flozleeren zum flozftihrenden Oberkarbon (Namur B-C) im stidlichen Ruhrgebiet (Development of Sedimentary Facies in the Transition of Coal Seam Free to Coal Seam Bearing Upper Carboniferous (Namur B-C) of the Southern Ruhr Area) Autor: Dr. Th. Kraft, 1992 146 S„ 50 Abb., 3 Tab., ISBN 3-928164-36-8 DM 50,- (DGMK-Mitglieder DM 25,-) zzgl. ges. MwSt. 384-7 Petrographie und Diagenese von Sandsteinen im Nordwestdeutschen Oberkarbon (Petrography and Diagenesis of Upper Carboniferous Sandstones from Northwest Germany) Autor: Dr. B. Sedat, 1992 143 S„ 29 Abb., 18 Tab., ISBN 3-928164-37-6 DM 80,- (DGMK-Mitglieder DM 40,-) zzgl. ges. MwSt.

384-8 Zur Liefergebietsfrage der Sandsteine des Nordwestdeutschen Oberkarbons (Sources of the Upper Carboniferous Sandstones in North-West Germany) Autor: Dr. F. Frank, 1992 167 S„ 69 Abb., 12 Tab., ISBN 3-928164-38-4 DM 100,- (DGMK-Mitglieder DM 50,-) zzgl. ges. MwSt.

406 Faziesdiagnose und Palaoenvironment des Sannois-Fischschiefers (Alpines Molassebecken, Bayern, Suddeutschland) (Facies and Palaoenvironment of the Sannois-Fischschiefer - North Alpine Molasse Basin, Bavaria, South Germany) Autor: Dr. J. Gerhard, 1988 191 S„ 18 Tab., 58 Abb. DM 64,- (DGMK-Mitglieder DM 32,-) zzgl. ges. MwSt.

468 Der tiefere Untergrund des nordwestdeutschen Beckens: Sedimentologie - Tektonik - Kohlenwasserstoffe (The deaper Subsoil of the North West German Basin: Sedimentology - Textonics - Hydrocarbons Contributions of the DGG/DGMK-Gemeinschaftstagung Braunschweig 1989) Beitrage der DGG/DGMK-Gemeinschaftstagung Braunschweig Autor: Prof. Dr. G. Dohret al., 1989 388 S„ 164 Abb., 9 Tab., ISBN 3-928164-09-0 DM 140,- (DGMK-Mitglieder DM 70,-) zzgl. ges. MwSt.

406-2 Faziesanalyse und Muttergesteinscharakterisierung des Lias Delta und EPSILON der Westmolasse [Suddeutschland] (Facies Analysis and Characterization of Source Rocks of the Lias Delta and EPSILON [Western Apline Molasse Basis, South Germany] ) Autor: T. Schweiger, 1990 118 S„ 24 Abb., 21 Tab., 14 Bilder DM 40,- (DGMK-Mitglieder DM 20,-) zzgl. ges. MwSt.

459-2 Absenkungsgeschichte und Kohlenwasserstoffbildung im Ober karbon des westlichen Emslandes - Eine Simulationsstudie (Burial History and Genesis of Hydrocarbons in the Upper Carboniferous, Western Emsland - A Simulation Study) Autor: R. Littke etal., 1993 114 S„ 77 Abb., 8 Tab., ISBN 3-928164-56-2 DM 100,- (DGMK-Mitglieder DM 50,-) zzgl. ges. MwSt.

459-3/1 Stratigraphie des Oberkarbons: Untersuchung der Makrofloren (Stratigraphy of the Upper Carboniferous: Investigation of the Fossil Plants) Autor: K.-H. Josten, 1995 239 S„ 2 Tab., ISBN 3-928264-89-9 DM 150,- (DGMK-Mitglieder DM 75,-) zzgl. ges. MwSt.

483 Gas Sealing Efficiency of Cap Rocks Autor: Prof. Dr. D. Leythaeuser et al., 1997 174 S„ 7 Tab., 73 Abb., 1 Anhang, ISBN 3-931850-29-3 DM 200,- (DGMK-Mitglieder DM 100,-) zzgl. ges. MwSt.