Geologica Bavarica

Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 bei Bayreuth / Oberfranken

Nachrufe auf Peter Cramer und Reinhard Streit

München 2006 109 GEOLOGICA BAVARICA

109 Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 bei Bayreuth / Oberfranken

Mit Beiträgen von

Büttner, G. Polom, U. Freudenberger, W. Röckel, T. Helmkampf, K. Scholz, M. Herold, B. Stichler, W. Lux, K.-N. Tischner, T. Paul, J. Wagner, S. Piewak, M. Wonik, T.

Nachrufe auf Peter Cramer und Reinhard Streit

Redaktion Thomas Sperling

Herausgeber und Verlag: Bayerisches Landesamt für Umwelt Dienstort München, Lazarettstraße 67, D-80636 München

Geologica Bavarica 109 216 S. 9 Tafeln München 2006

ISSN 0016 - 755 X Gestaltung und Satz: Landesamt für Umwelt, Dienststelle München

Druck: Pauli Offsetdruck, 95145 Oberkotzau/Hof

Alle Urheberrechte vorbehalten © Bayerisches Landesamt für Umwelt 2006 Inhalt

Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 bei Bayreuth / Oberfranken

Freudenberger, W. & Wagner, S.: Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 - Konzeption, Durchführung und Zusammenfassung der Ergebnisse...... 5

Freudenberger, W., Herold, B. & Wagner, S.: Bohrkern-Beschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1...... 15

Paul, J.: Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 (NE-Bayern)...... 27

Freudenberger, W & Helmkampf, K.: Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1...... 49

Helmkampf, K.: Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1...... 63

Wagner, S.: Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1...... 95

Büttner, G., Stichler, W. & Scholz, M.: Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 (Fränkisches Bruchschollenland)...... 105

Lux, K.-N. & Piewak, M.: Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1...... 125

Tischner, T. & Röckel, T.: Stimulationsexperimente im Rotliegenden und im Unteren Buntsandstein der Forschungsbohrung Lindau 1...... 139

Röckel, T. & Wonik, T.: Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen der Forschungsbohrung Lindau 1 (Bayreuth)...... 151

Polom, U. & Wonik, T.: Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten in der Forschungsbohrung Lindau 1 (Oberfranken)...... 185

Nachrufe

Streit, R.: Nachruf auf Peter Cramer...... 197

Sperling, T.: Nachruf auf Reinhard Streit...... 203

Farbtafeln Nr. 1-9...... nach Seite 216 Geologica Bavarica, 109: 5–14, München 2006

Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 - Konzeption, Durchführung und Zusammenfassung der Ergebnisse

Von Walter Freudenberger & Sebastian Wagner

Mit 1 Abbildung und 3 Tabellen

S c h l ü s s e l w o r t e: N-Bayern – Lindau – Spitzeichen – Bohrung – Rotliegend – Zechstein – Bunt- sandstein – Stratigraphie – Rohstoffe – Geochemie – Bohrlochgeophysik – Hydrogeologie K u r z f a s s u n g: Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 wurden auf dem TK 25 Blatt 5935 Marktschorgast NNW Bayreuth/Oberfranken niedergebracht. Die Kernbohrung Spitzeichen 1 durchteufte basalen Oberen sowie Mittleren Buntsandstein und wurde im Unteren Buntsandstein bei einer Endteufe von 242,70 m eingestellt. Die Kernbohrung Lindau 1 setzte im basalen Mittleren Buntsandstein an, durchteufte Unteren Buntsandstein, Zechstein und wurde im Rotliegend bei einer Endteufe von 530,60 m eingestellt. Es wurden neue Kenntnisse zur Stratigraphie und Fazies gewonnen. Umfangreiche Bohrloch- geophysikalische und hydraulisch/hydrologische Untersuchungen lieferten wichtige neue Ergebnisse.

The diamond cored boreholes Lindau 1 and Spitzeichen 1 – conception, realization and abstract of the results

K e y w o r d s: N-Bavaria – Lindau – Spitzeichen – borehole – Rotliegend – Zechstein – Buntsandstein – raw materials – stratigraphy – geochemistry – borehole geophysics – hydrology A b s t r a c t: On sheet Nr. 5935 Marktschorgast of the topographic Map 1:25 000 NNW Bayreuth/Ober- franken two exploratory diamond drill holes intersected Triassic and Permian layers. Basal layers of Upper Buntsandstein, Middle and Lower Buntsandstein were drilled at the well Spitzeichen 1. Drilling was stopped at a depth of 242.70 m. At the well Lindau 1 drilling started within basal layers of Middle Buntsandstein. Lo- wer Buntsandstein, Zechstein and Rotliegend were drilled to a depth of 530.60 m. New results were obtained by stratigraphy and facies analyses. Extensive knowledge resulted from geophysical and hydrogeological investigations of the boreholes.

Inhalt 1. Einleitung ...... 6 2. Konzeption ...... 6 3. Durchführung ...... 7 4. Ergebnisse ...... 10 4.1. Stratigraphie und Fazies ...... 10 4.2. Hydrogeologie ...... 11 4.3. Bohrlochgeophysik ...... 11 5. Ausblick ...... 12 6. Dank ...... 13 7. Literatur ...... 13

Anschrift der Verfasser: Dr. Walter Freudenberger, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Dienststelle Hof, Hans-Högn-Straße 12, 95030 Hof, E-mail: [email protected]; Dr. Sebastian Wagner, Regierung von Oberbayern, SG 24.2 (Landes- und Regionalplanung in den Regionen Ingolstadt und Mün- chen), Maximilianstraße 39, 80538 München, E-mail: [email protected] Walter Freudenberger & Sebastian Wagner

1. Einleitung

Den Schichten des Mittleren und Unteren Buntsandsteins sowie deren Zechstein- bzw. Rot liegend-Basis kommt im Gebiet des oberfränkischen Bruchschollenlandes (Raum Kemnath – Neustadt bei Coburg) eine besondere Bedeutung zu.

Das Bayerische Geologische Landesamt (GLA) hat daher im Rahmen eines F & E-Vorhabens im Jahr 2001 W Trebgast, also NNW Bayreuth in Oberfranken, die Forschungsbohrungen Spitz eichen 1 und Lindau 1 niedergebracht (Abb. 1). Das Projekt der Forschungsbohrungen wurde interdisziplinär konzipiert, da in ihm Spezialisten der Fachbereiche Landesaufnahme sowie Roh- stoff- und Hydrogeologie zusammenarbeiten. Gefördert wurde das Projekt mit Sondermitteln des Staatministeriums für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz.

Die weitreichende Bedeutung der Bohrungen war auch Anlass, die Arbeitsgruppe Buntsand- stein sowie Vertreter der Arbeitsgruppen Zechstein und Rotliegend der Perm/Trias-Subkommis- sion zu einer außerordentlichen Sitzung ins Bohrprobenarchiv des Bayerischen Geologischen Landesamtes in Wackersdorf im Jahre 2002 einzuladen. Dort wurden die Kernbohrungen besichtigt und die stratigraphische Deutung diskutiert.

Abb. 1: Lageskizze der Bohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

2. Konzeption

Die Schichten des Buntsandsteins stellen in Nordbayern einen der wichtigsten, zur Trink wassergewinnung herangezogenen Aquifere dar und werden intensiv genutzt. Hinderlich sind hierbei jedoch fallweise auftretende erhöhte Arsen-/Bleigehalte des Grundwassers und es ist bislang ungeklärt, ob sie vom geogenen Grundgehalt des Wirtgesteins stammen oder aus anderen Quellen zugeführt werden (Bayerisches Geologisches Landesamt 2002). Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

Die groben Mürbsandsteine sind daneben, sofern zutage ausstreichend, als Rohstoff für die Bauindustrie von wirtschaftlichem Interesse, da sie in geeigneter Ausbildung eine Alternative zur Sandgewinnung aus Talauen darstellen können.

Die Fazies und Mächtigkeiten der permotriassischen Deckschichten im oberfränkischen Bruchschollenland waren bisher nur unzureichend bekannt. Das von der Bohrung Obernsees (Emmert et al. 1985) erfasste, 20 km entfernte Profil ist wegen rasch wechselnder Faziesverhältnis- se nur bedingt übertragbar. Andere Bohrungen der Umgebung, meist Trinkwasser-Erkundungs- bohrungen, wurden stets als Spülbohrungen niedergebracht, die eine genauere Faziesanalyse nicht zulassen. Besonders im Buntsandstein ist anhand von Spülproben kaum eine Gliederung und stratigraphische Zuordnung zum Normalprofil des deutschen Buntsandsteinbeckens mit letzter Sicherheit möglich. Lediglich der Obere Buntsandstein ist durch gekernte GW-Messstellen bohrungen im Bereich Bindlach gut bekannt (vgl. Emmert 1977, 1982).

Ziel der Forschungsbohrungen war es, in diesen bislang unzureichend bekannten Serien im Raum Bayreuth mit Hilfe eines durchgehenden Kernprofils eine geologische Standardabfolge zu erarbeiten. Die Proben ermöglichen eine genaue Gesteinsuntersuchung und deren stratigraphische Einstufung. Ferner bietet das durchgehende Kernmaterial die Voraussetzung zu petrogra- phischer/chemischer Analytik und hydrogeologischer Beurteilung. Hydrogeologische und bohrlochgeophysikalische Tests in den Bohrlöchern ergänzen die Ergebnisse der Kernbearbeitung.

Ziele der Forschungsbohrungen im Überblick: • Erkundung der Schichtenfolge des anstehenden Buntsandsteins im Übergangsbereich zwischen Becken und Randfazies • Erkundung der Schichtenfolge des Zechsteins in Randfazies • Erkundung der Schichtenfolge des oberen Rotliegenden • Ermittlung von Daten für die Hydrogeologie (Zuflusszonen, Bohrlochstruktur, Hydro chemie, Isotopenuntersuchungen) • Ermittlung von Daten für eine geochemische Klassifizierung der Gesteine • Ermittlung von geophysikalischen Daten der durchteuften Gesteinsabfolge (Bohrloch messungen allgemein, u. a. Gamma Ray, Hydraulic Fracturing, Kluftstrukturen, mechanische Gesteinseigenschaften)

3. Durchführung

Die fachlichen Fragestellungen der vorliegenden Bohrungen machten es erforderlich, ein mindestens 400 m mächtiges, durchgehendes Profil vom basalen Buntsandstein bis in das Rotlie- gend zu erbohren. Daneben sollten nach Möglichkeit in den unterschiedlichen stratigraphischen Horizonten geophysikalische und hydraulisch/hydrologische Untersuchungen getätigt werden. Um dies alles in einem überschaubaren Zeitrahmen erledigen zu können und das Erreichen des Bohrzieles, trotz potentieller bohrtechnischer Probleme, mit einem vertretbaren technischen Auf- wand wahrscheinlich werden zu lassen, wurde schon frühzeitig das Konzept entwickelt, zwei Bohrungen abzuteufen. Die Morphologie des fränkischen Schichtstufenlandes ermöglichte es, eine der Bohrungen (Spitzeichen 1) auf der Hochfläche und eine in einer möglichst geringen Luft- linienentfernung im Tal (Lindau 1) zu positionieren. Die jeweiligen Bohrprofile sind erwartungs- gemäß in einem Überlappungsbereich korrelierbar und ergeben so miteinander die gewünschte durchgehende Information. Walter Freudenberger & Sebastian Wagner

Tabelle 1: Zusammenstellung der wichtigsten Bohrdaten (Teufenangaben in m unter GOK).

Spitzeichen 1 Lindau 1 Bohrdauer 17.10.2001 - 13.11.2001 - 01.03.2002 07.02.2002 Ansatzpunkt Rechtswert 4465360,68 4465706,98 (GPS eingemessen) Hochwert 5548339,82 5547182,03 Geländehöhe 528,45 m ü.NN 355,77 m ü.NN Endteufe 242,5 m 530,0 m Bohrdurchmesser 520 mm 0 – 6,5 m 440 mm 6,5 – 32,5 m 406 mm 0 – 3,0 m 381 mm 32,5 – 93,0 m 375 mm 3,0 – 112,0 m 300 mm 112,0 – 135,0 m 220 mm 93,0 – 100,0 m 216 mm 135,0 – 190,0 m 146 mm 190,0 – 242,5 m 100,0 – 530,0 m Verrohrung 508 mm 0 – 6,5 m 406 mm 0 – 32,5 m 324 mm 0 – 90,0 m 270 mm 0 – 135,5 m 244 mm 0 – 93,5 m 178 mm 0 – 191,4 m 0 – 100,5 m Kerngewinn 90,3 % 100,0 % Bohrverfahren Seilkernbohrung 0 – 242,5 m 0 – 520,0 m Lufthebebohrung 0 – 93,0 m (Aufboh- ren) Spülung Bentonit (bis ca. 35m) (Spül-)Wasser in Ruhe 178,0 m 29,0 m Geoph. Bohrlochmessung 11.03.2002 11. – 14. 02. 2002 Pumpversuche 18.03.2002 19.02.2002 – 20.03.2002 – 26.02.2002 Hydrofracs, Sonderlogs 04.03. – 05.07.2002 Verfüllung Mutterboden 0 – 1,0 m 0 – 1,0 m Brunnendämmer 1,0 – 242,5 m 1,0 – 520,0 m

Um den Zeitaufwand für die örtliche Bauüberwachung möglichst gering zu halten, sollte damit ein regional ansässiges Ingenieurbüro beauftragt werden. Diese Betreuung vor Ort sollte die Überwachung der Bohrarbeiten, Pumpversuche und Bohrlochmessungen mit Mengen- und Kostenüberwachung sowie die Erstellung eines Berichtes inklusive Kernbeschrieb und -dokumentation beinhalten. Beide Bohrungen wurden durch die Firma Geomechanik Wasser- und Umwelttechnik GmbH, Woringen, im Seilkern-Bohrverfahren abgeteuft, die Betreuung vor Ort wurde von der Piewak & Partner GmbH, Bayreuth, durchgeführt. In Tabelle 1 sind die wichtigsten Daten beider Bohrungen zusammengestellt (Teufenangaben in m unter GOK). Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

Tabelle 2: Zusammenstellung der wichtigsten geophysikalischen Messparameter.

Methode Spitzeichen 1 [m u. GOK] Lindau 1 [m u. GOK] CAL Kaliber Log 0 – 238,5 0 – 530,0 GR Gamma-Ray-Log 0 – 238,5 0 – 530,0 FEL Fokussiertes Elektrik-Log 190,0 – 238,5 30,0 – 530,0 FLW-0 Flowmeter-Messung Null-Strom 180,0 – 238,5 30,0 – 530,0 FLW-1 Flowmeter-Messung Förder- 30,0 – 530,0 strom SAL -0 Leitfähigkeitmessung Null-Strom 180,0 – 238,5 30,0 – 530,0 TEMP-0 Temperaturmessung Null-Strom 180,0 – 238,5 30,0 – 530,0 TFL Tracer-Fluid-Logging 30,0 – 530,0 (Strömungsprofile bei Ruhe und Förderung) ABF Akustischer Bohrlochscanner 190,0 – 238,5 100,0 – 530,0

Aus der Zusammenstellung wird ersichtlich, dass die flachere Bohrung Spitzeichen 1 deutlich früher begonnen und trotzdem später zu Ende geführt wurde als die Bohrung Lindau 1. Das äußerst brüchige Gebirge sowie der ständige Spülungsverlust in Verbindung mit dem niedrigen Grundwasserstand führten zu großen bohrtechnischen Problemen und damit zu diesem Zeitver- zug. Dies wird insbesondere im Teufenbereich zwischen etwa 175 und 210 m auch im Kernverlust dokumentiert. Das der Jahreszeit entsprechende Schlechtwetter und mehrere Havarien erschwer- ten das Vorhaben zusätzlich. In der FB Lindau 1 hingegen erwies sich das Bohrloch im unteren Bereich als standfest. Dadurch konnte dort bei den unteren 430 m komplett auf eine Verrohrung verzichtet werden.

Unmittelbar nach Erreichen der Endteufe wurden die Bohrlöcher mit geophysikalischen Me- thoden vermessen (Tab. 2). Hiermit wurde die Firma GFL – Dr. Lux – Geophysikalische Fach beratung GbR beauftragt. Der gemessene Teufenbereich wurde für die jeweiligen Messmethoden auf Verrohrung bzw. Grundwasserstand abgestimmt.

Zur Ermittlung qualitativer und quantitativer Parameter der grundwasserführenden Horizon- te wurde in jeder Bohrung ein Pumpversuch und im Zuge dessen mehrere Probennahmen durch das GLA durchgeführt (Tab. 3). Für die qualitative Analytik war die Bohrspülung im Vorfeld mit etwas Uranin markiert worden, um deren eventuellen Anteil in der Rohwasserprobe abschätzen zu können. Der Ablauf der Pumpversuche ergibt sich aus Tabelle 3.

Tabelle 3: Zusammenstellung der wichtigsten Messparameter zum Pumpversuch.

Spitzeichen 1 Lindau 1 Pumpdauer 48 h 162 h Einbautiefe Pumpe 225 m 100 m Leistungsstufen 0,5 l/s 0,5 l/s 0,8 l/s 1,0 l/s 1,5 l/s Messdauer Wiederanstieg 36 h 48 h Messmethode Handmessung Drucksonde/Datenlogger Rohwasserprobennahme 19./20.03.02 22./25./26.02.02; 08.07.02 10 Walter Freudenberger & Sebastian Wagner

An den Rohwasserproben wurden neben den für Trinkwasser üblichen Hauptelementen auch Neben- und Spurenelemente im Labor des GLA ermittelt. Für Altersdatierungen erfolgten Be- stimmungen von Deuterium, Tritium, 18O sowie einmal 14C an der GSF.

In der Bohrung Lindau 1 konnten vor der Verfüllung zudem noch durch Mitarbeiter der BGR, GGA und Mesy mit umfangreichen Programmen hydraulische Fracturing-Versuche und spezielle Bohrlochmessungen durchgeführt werden.

Die Bohrkerne wurden nach Abschluss der Arbeiten in das Bohrprobenarchiv Nordbayern des GLA transportiert und standen dort mehrere Monate unter idealen Bedingungen den beteiligten Fachleuten zur Bearbeitung zur Verfügung. Nach der fotografischen Dokumentation konnte im dortigen Gesteinslabor unmittelbar die Präparation der Gesteinsproben für die Analytik erfolgen.

4. Ergebnisse

Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 wurden optimal für geowissenschaftliche Zwecke genutzt. Es konnten zahlreiche interessierte Kollegen zur Mitarbeit an Spezialthemen gewonnen werden. Die Ergebnisse sind als Beiträge in diesem Geologica Bavarica-Band zusammengefasst. Autoren und Beitragstitel sind dem Inhaltsverzeichnis zu entnehmen.

4.1. Stratigraphie und Fazies

Teile des permotriassischen Deckgebirges wurden im Übergangsbereich zwischen Becken- und Randfazies durchteuft. Somit gelingt eine bessere stratigraphische Korrelierung beider Fa- ziesbereiche im Zechstein und Buntsandstein (Paul 2006, Freudenberger & Helmkampf 2006, Freudenberger & Wagner 2006, Helmkampf 2006). Zusammenfassend resultiert ein/eine:

• Bohrkernstrecke von 773 m • Einblick in die Schichtenfolge des Buntsandsteins, des Zechsteins und des Rotliegenden • Information über die Fazies und Gesamtmächtigkeit des Mittleren und Unteren Buntsand- steins • Information über die Fazies und Gesamtmächtigkeit des Zechsteins in kontinentaler Fazies • Information über die Fazies und Teilmächtigkeit des oberen Rotliegenden • Information über Grenz- und Übergangsbereich Rotliegend/Zechstein/Trias (Perm/Trias- Grenz-Problematik) • Korrelierbarkeit mit bisher nicht eindeutig einzustufenden Meißelbohrungen der weiteren Umgebung

Stratigraphisches Kurzprofil der FB Lindau 1: - 0,25 m Quartär - 31,10 m Mittlerer Buntsandstein (Volpriehausen-Folge) - 182,30 m Unterer Buntsandstein - 92,40 m Bernburg-Folge - 182,30 m Calvörde-Folge Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 11

- 280,35 m Zechstein - 530,60 m Rotliegend - 417,90 m Höheres Rotliegend - 530,60 m Tieferes Rotliegend

Stratigraphisches Kurzprofil der FB Spitzeichen 1 - 0,10 m Quartär - 45,80 m Oberer Buntsandstein (Röt-Folge) - 218,30 m Mittlerer Buntsandstein - 59,50 m Solling-Folge - 116,30 m Hardegsen-Folge

- 175,10 m Detfurth-Folge - 218,30 m Volpriehausen-Folge - 242,70 m Unterer Buntsandstein (Bernburg-Folge)

Die Sandsteine und Fanglomerate der etwa 250 m mächtigen Rotliegend-Gesteine wurden den Untersuchungen Pauls (2006) zufolge in Schwemmfächern und fluviatilen Barren abgelagert. Aufgrund der neuen Forschungsergebnisse revidiert er u. a. die Stratigraphie der Bohrung Obernsees.

4.2. Hydrogeologie

Wichtige Erkenntnisse wurden auch für Fragestellungen der Hydrogeologie erzielt. Durch das Bayerische Geologische Landesamt wurden zahlreiche hydrochemische Untersuchungen durch- geführt (Büttner, Stichler & Scholz 2006). Zusammenfassend resultieren für die Wässer eine:

• Hydrogeologische Charakteristik • Altersbestimmung • Spurenstoffanalytik

4.3. Bohrlochgeophysik

Die geophysikalische Vermessung (Lux & Piewak 2006) beider Bohrungen ergänzt in idealer Weise die Erkenntnisse aus Kernaufnahme und Hydrochemie. Da die Bohrung Spitzeichen 1 wegen der schlechten Standfestigkeit des Gebirges über weite Strecken verrohrt war und zudem das Grundwasser erst in großer Teufe angetroffen wurde, liegen außer CAL und GR nur Logs über den unteren unverrohrten bzw. wassererfüllten Bereich vor. Unterhalb der Verrohrung zeigt sich standfestes und dichtes Gestein (CAL, ABF), außer im Bereich des Rohrschuhs, dessen Ausbrü- che vermutlich für den Nachfall verantwortlich sind, die sich in der Differenz zwischen erbohrter Endteufe und Messteufe dokumentiert.

Obwohl die Amplitude des GR-Logs durch die teils mehrfache Verrohrung vermindert wurde, liegt das GR-Log gut auflösend und somit korrelierbar mit erbohrter Lithologie vor. Insbesondere die stratigraphische Grenze zwischen Mittlerem und Unterem Buntsandstein lässt sich in den aufgrund höheren Tongehaltes niedrigeren Widerständen der liegenden Abfolge nachvollziehen. 12 Walter Freudenberger & Sebastian Wagner

Die SAL/TEMP-Messungen lassen nur eine Beeinflussung durch Grundwasserströmung, nicht durch stratigraphische Grenzen erkennen. Anhand der FLW-Messungen konnte im unverrohrten Abschnitt der Bohrung eine vertikale Grundwasserströmung, vom liegenden Unteren in den Mittleren Buntsandstein, in der Größenordnung > 30 l/s beobachtet werden, die dort vollkommen aufgenommen wird. CAL- und ABF-Messungen ergaben, dass die Wasserwegsamkeiten untergeordnet in klüftigen und vor allem in porösen Strukturen gegeben sind.

In der Bohrung Lindau 1 ergab sich eine gute Korrelation der FEL/GR-Messungen mit der erbohrten Lithologie und insbesondere den stratigraphischen Grenzen. Ebenso lässt sich eine Abhängigkeit der gemessenen SAL/TEMP-Werte zu stratigraphischen Grenzen ableiten. Von der Grenze Oberrotliegend/Zechstein nach unten kann eine Abnahme des geothermischen Gradien- ten vermutet werden. Die FLW- bzw. TFL-Messungen ergaben ausschließlich in begrenzten Ab- schnitten des Unteren Buntsandsteins Hinweise auf hydrodynamische Aktivitäten. Mit etwa 88% vom gesamten Messbereich befinden sich die Hauptzuflusszonen im Teufenbereich zwischen 103 und 134 m. Mit TFL war eine vertikale Ausgleichsströmung der druckstärkeren Einheiten des Zechsteins und Rotliegenden in Richtung Unterer Buntsandstein festzustellen.

Insbesondere durch ABF und zudem CAL-Log wurde ein außergewöhnlich dichtes und unge- störtes Gebirge dokumentiert, in dem auch die Bohrung keine Entfestigung induzierte.

Stimulationsexperimente im Rotliegend und Unteren Buntsandstein zeigen, dass durch Frac operationen die hydraulische Durchlässigkeit erhöht werden kann und eine signifikante Steige- rung der Produktivität möglich ist (Tischner & Röckel 2006). Es wurden folgende Messungen und Experimente durchgeführt:

• Injektionstests • Minifracs • Televiewer-Befahrungen • Flowmeter • Pumpversuche zu verschiedenen Zeitpunkten

5. Ausblick

Die Auswertung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 erbrachte eine Viel- zahl wissenschaftlich bedeutender Ergebnisse, die sich sicherlich in künftigen Projekten auch in der Praxis niederschlagen werden. Ein solches interessantes und lohnendes Projekt wäre beispielsweise, im Raum Bayreuth bis ins Basement zu bohren. Man würde dadurch wichtige Erkenntnis- se über den Rotliegend-Trog gewinnen. Es wird ja vermutet, dass es sich um ein Pull-apart-basin handelt. Es müsste sich allerdings um eine tiefere Bohrung handeln, wie die Schweremessungen von Fuchs & Soffel (1981) sowie Ernstson (1982) weiter nordwestlich an den Frankenwald- Randverwerfungen vermuten lassen.

Die Bohrkerne (FB Lindau 1 und FB Spitzeichen 1) werden bis auf weiteres im Bohrproben- archiv Nordbayern des Bayerischen Geologischen Landesamtes in Wackersdorf aufbewahrt. Die Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 13

6. Dank

• Dem Bayerischen Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz wird für die Möglichkeit der Finanzierung des Projektes im Rahmen eines F & E-Vorhabens gedankt.

• Dem Präsidenten des Bayerischen Geologische Landesamtes, Herrn Prof. Dr. Hubert Schmid, Herrn Dr. Josef Schwarzmeier, Herrn Dr. Jan-Peter Wrobel sowie Herrn Dr. Horst Frank gilt der Dank für die wohlwollende Unterstützung dieses Projektes und die Anregung, die Ergebnisse in diesem Geologica Bavarica-Band zu publizieren.

• Das Ingenieurbüro für Hydrogeologie, die Piewak & Partner GmbH, wurde mit der Bauaufsicht über die Bohrungen sowie mit deren fachlicher Betreuung und Bearbeitung beauftragt und hat diese Aufgaben hervorragend bewältigt.

• Herr Dr. Hermann Weinig, Bayerisches Geologisches Landesamt, war dankenswerter weise maßgeblich an der Konzeptionierung des Projektes beteiligt.

7. Literatur

Bayerisches Geologisches Landesamt [Hrsg.] (2002): GLA-Jahresbericht 2001. – 82 S., München (GLA).

Büttner, G., Stichler, W. & Scholz, M. (2006): Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungs- bohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 (Fränkisches Bruchschollenland). – Geol. Bav., 109: 105–124, München (LfU).

Emmert, U. (1977): Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1:25 000, Blatt Nr. 6035 Bayreuth. – 180 S., München (GLA).

Emmert, U. (1982): Beschreibung der Bohrung Bindlach 1980 (Mittlerer Buntsandstein bis Zechstein) sowie der tektonischen und paläogeographischen Ergebnisse. – Geologica Bavarica, 83: 195–208, München (GLA).

Emmert, U., Gudden, H., Haunschild, H., Meyer, R. K. F., Schmid, H., Schuh, H. & Stettner, G. (1985): Bohrgut-Beschreibung der Forschungsbohrung Obernsees. – Geol. Bav., 88: 23–47, München (GLA).

Ernstson, k. (1982): Ergebnisse von Schweremessungen auf drei Profilen über die Frankenwald-Ver werfung. – N. Jb. Geol. Paläont. Mh., 1982(2): 65–72, Stuttgart.

Freudenberger, W. & Helmkampf, K. (2006): Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1. – Geol. Bav., 109: 49–61, München (LfU).

Freudenberger, W., Herold, B. & Wagner, S. (2006): Bohrkern-Beschreibung und Stratigraphie der For- schungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1. – Geol. Bav., 109: 15–26, München (LfU).

Fuchs, H. k. & Soffel, H. (1981): Untersuchungen am Westabbruch der Böhmischen Einheit im ober- fränkisch-oberpfälzischen Bruchschollenland mit Hilfe der Gravimetrie. – N. Jb. Geol. Paläont. Mh. 1981(4): 193–210, Stuttgart.

Helmkampf, K. (2002): Forschungsbohrungen „Lindau“ und „Spitzeichen“ Oberfränkischer Buntsandstein- horst (Dokumentation und Abschlussbericht). – Unveröff. Ber., Bayreuth (Piewak & Partner GmbH).

Helmkampf, k. (2006): Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungs bohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1. – Geol. Bav., 109: 63–94, München (LfU).

Lux, K.-N. & Piewak, M. (2006): Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1. – Geol. Bav., 109: 125–138, München (LfU). 14 Walter Freudenberger & Sebastian Wagner

Lux, K.-N. & Scheffel, I. (2002): Bericht zu geophysikalischen Messungen Forschungsbohrung Lindau FB.– unveröffentlichter Bericht, Friedrichroda (GFL-Dr. Lux geophysikalische Fachberatung GbR).

Paul, J. (2006): Rotliegend und unterer Zechstein der Bohrung Lindau 1 (NE-Bayern) . – Geol. Bav., 109: 27–48, München (LfU).

Röckel, t. & Wonik, t. (2006): Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen der Forschungsbohrung Lindau 1 (Bayreuth) . – Geol. Bav., 109: 151–183, München (LfU).

Tischner, T. & Röckel, T. (2006): Stimulationsexperimente im Rotliegenden und im Unteren Buntsandstein der Forschungsbohrung Lindau 1. – Geol. Bav., 109: 139–150, München (LfU).

Wagner, S. (2006): Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1. – Geol. Bav., 109: 95–104, München (LfU).

Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 15–26, München 2006 15

Bohrkern-Beschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

Von Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

Mit 2 Abbildungen, 2 Tabellen und 1 Farbtafel

Schlüsselwor te: N-Bayern – Perm – Trias – Rotliegend – Zechstein – Buntsandstein – Stratigraphie – Lithologie – Gamma-Ray-Log Ku rzfassu ng: Die Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 wurden auf dem Blatt 5935 Marktschorgast, NNW Bayreuth/Oberfranken, niedergebracht. Die Kernbohrung Spitzeichen 1 durchteufte 45,80 m basalen Oberen Buntsandstein, 172,50 m Mittleren Buntsandstein, 24,40 m Unteren Buntsandstein und wurde bei einer Endteufe von 242,70 m im Unteren Buntsandstein eingestellt. Die Kernbohrung Lin- dau 1 setzte im basalen Mittleren Buntsandstein an (bis 31,10 m) durchteufte 151,20 m Unteren Buntsand- stein, 98,05 m Zechstein, 250,25 m Rotliegend und wurde bei einer Endteufe von 530,60 m im tieferen (?) Rotliegend eingestellt. Die Schichtenfolge beider Bohrungen wird beschrieben und stratigraphisch gedeutet in Säulenprofilen dargestellt (Abb. 1 und 2). Das Gamma-Ray- und Electric-Log der Bohrungen werden ebenfalls wiedergegeben (Farbtafel 1).

Core description and stratigraphy of exploratory diamond cored boreholes Lindau 1 and Spitzeichen 1

Key words: N-Bavaria – Permian – Triassic – Rotliegend – Zechstein – Buntsandstein – stratigraphy – core-lithology – Gamma-Ray and Electric logs Abst ract: On sheet Nr. 5935 Marktschorgast of the topographic Map 1:25 000 NNW Bayreuth/Ober- franken two exploratory diamond cored boreholes intersect Triassic and Permian layers. The Spitzeichen 1 borehole passed through 45.80 m of basal Upper Buntsandstein layers, 172.50 m of Middle Buntsandstein and 24.40 m of Lower Buntsandstein, reaching a total depth of 242.70 m. The Lindau 1 borehole started in the basal layers of the Middle Buntsandstein (down to 31.1 m). 151.20 m of Lower Buntsandstein, 98.05 m of Zechstein and 250.25 m of Rotliegend were also drilled, down to the final depth of 530.60 m. Figure 1 and 2 show the detailed core description in the form of stratigraphic columns. Colourtable 1 shows the Gamma-Ray and Electric log of both boreholes side by side.

Inhalt 1. Kernprofilbeschreibungen ...... 16 2. Stratigraphie im Überblick ...... 24 3. Bohrlochgeophysik als Korrelationshilfe ...... 24 3.1. Bohrlochgeophysikalische Messungen ...... 24 3.1.1. Messung des spezifischen Gesteinswiderstandes ...... 25 3.1.2. Messung der natürlichen Gammastrahlung ...... 25 3.1.3. Horizontales Auflösungsvermögen der Bohrlochgeophysik ...... 25 3.1.4. Messartefakte ...... 26 3.2. Darstellung der Messdaten ...... 26 4. Literatur ...... 26

Anschrift der Verfasser: Dr. Walter Freudenberger, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Dienststelle Hof, Hans-Högn-Straße 12, 95030 Hof, E-mail: [email protected]; Bernd Herold, Hutten str.10, 97072 Würzburg, E-mail: [email protected]; Dr. Sebastian Wagner, Regierung von Oberbayern, SG 24.2 (Landes- und Regionalplanung in den Regionen Ingolstadt und München), Maximilianstraße 39, 80538 München, E-mail: [email protected] 16 Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

1. Kernprofilbeschreibungen

(Walter Freudenberger & Sebastian Wagner)

Forschungsbohrung: Kernbohrung Lindau 1 (2002), 5935BN0032 Lage: TK 5935 Marktschorgast; R 44 65 707, H 55 47 182 Ansatzhöhe: 356 m ü. NN (GPS) Ausführung: Geomechanik, Woringen Bohrlochmessungen: Dr. Lux, Geophysikalische Fachberatung GbR, Friedrichroda Geologisches Profil (Dr. W. Freudenberger, Dr. S. Wagner):

Quartär – 0,25 m Sand, mittel- bis grobkörnig, humos, dunkelbraun (Bodenbildung)

Mittlerer Buntsandstein (? teils Hangschutt) Volpriehausen-Folge – 4,50 m Sandstein, mittel- bis grobkörnig, schwach kiesig, entfestigt, mürbe, mäßig hart, hellgrau, hellbraun; Quarzgerölle, mäßig gerundet, ∅ bis 5 cm – 7,00 m Sandstein, mittel- bis feinkörnig, schwach grobkörnig, siltig, mürbe, mäßig hart, rotbraun – 7,40 m Sandstein, mittel- bis grobkörnig, schwach feinkörnig, einzelne Tongallen, mäßig hart, rotbraun – 7,70 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, schwach grobkörnig, tonig gebunden, mäßig hart, rotbraun, hellgrau im Wechsel – 9,40 m Sandstein, grobkörnig, schwach fein- bis mittelkörnig, teils schräggeschichtet, mäßig hart, hell grau, rosa – 9,70 m Sandstein, mittel- bis grobkörnig, mäßig hart, hellgrau; mitTonsteinlagen, 1–3 cm mächtig, siltig, rotbraun – 10,05 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, siltig, mäßig hart, hellgrau – 10,70 m Tonstein, siltig, rotbraun; Sandstein, fein- bis mittelkörnig bei 10,25–10,40 m, grobkörnig bei 10,55–10,60 m, mäßig hart – 11,80 m Sandstein, grobkörnig, schwach fein- bis mittelkörnig; einzelne Tonsteinlagen, < 0,5 cm mäch- tig, mäßig hart – 11,95 m Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun – 13,40 m Sandstein, grobkörnig, untergeordnet fein- bis mittelkörnig, mäßig hart, rotbraun – 13,65 m Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun – 21,80 m Sandstein, grobkörnig, untergeordnet fein- bis mittelkörnig, schwach feinkiesig, mäßig hart, hellgrau, teils rotbraun; Tonsteinlagen, siltig, feinsandig bei 17,40–17,45 m, 17,95–18,15 m, 18,80–18,90 m, 20,40–20,50 m, 21,05–21,20 m, 21,80–21,85 m – 31,10 m Sandstein, grobkörnig, untergeordnet fein- bis mittelkörnig, schwach feinkiesig, Tonsteinlagen bei: 25,95–26,00 m, 29,00–29,05 m

Unterer Buntsandstein Bernburg-Folge – 44,50 m Sandstein, grobkörnig, untergeordnet fein- bis mittelkörnig, schwach feinkiesig, Tonsteinlagen bei: 42,10–42,15 m; Tonsteinklasten bei 43,90–44,10 m – 51,90 m Sandstein, grobkörnig, fein- bis grobkiesig, mäßig hart; einzelne Quarzgerölle, ∅ 0,3–1,0 cm; einzelne Tonsteinklasten, ∅ bis 2 cm, rotbraun, hellgrau gebändert, teils schräg- geschichtet; Tonstein bei 49,85–49,90 m – 64,00 m Sandstein, grobkörnig, untergeordnet fein- bis mittelkörnig, mäßig hart, rotbraun, hellgrau gebändert, teils schräggeschichtet; Tonstein bei 53,00—53,10 m, 61,00—61,50 m – 64,90 m Sandstein, grobkörnig, fein- bis grobkiesig, mäßig hart; bei 64,70—64,90 m konglomeratisch, Quarz-, Feldspat- und Granitgerölle – 65,35 m Tonstein; einzelne Sandsteinlagen, fein- bis mittelkörnig – 90,40 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, mäßig hart bis Teufe 78,7 m, darunter hart, einzelne Quarz gerölle, ∅ bis 2 cm, hellgrau, teils rotbraun – 92,40 m Sandstein, grobkörnig, konglomeratisch, fein- bis grobkiesig, hart, Gerölle (Quarz, Granit), ∅ bis 5 cm; stärker tonig gebunden bei 72,10—72,30 m Bohrkernbeschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen 17

Calvörde-Folge – 99,20 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, einzelne Quarzgerölle, leicht schräggeschichtet, hart, hellgrau, teils rotbraun – 103,90 m Sandstein, grobkörnig, konglomeratisch, fein- bis grobkiesig, hart, Gerölle, ∅ bis 4 cm (Quarz, Granit, einzelne Feldspäte), rotbraun – 107,00 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, hart, einzelne Gerölle; einzelne Tonsteinklasten ab 105,70 m – 119,85 m Sandstein, grobkörnig, konglomeratisch, fein- bis grobkiesig, hart, rotbraun, untergeordnet hellgrau; Gerölle (Granit, Quarz), ∅ bis 3 cm – 154,30 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, hart, einzelne Gerölle, ∅ < 1 cm, rotbraun, teils hellgrau – 163,50 m Sandstein, grobkörnig, konglomeratisch, fein- bis mittelkiesig, hart, einzelne Gerölle (Quarz, Kristallin), ∅ bis 4 cm – 173,10 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, hart, blassrosa, einzelne Gerölle, ∅ bis 1 cm – 177,60 m Sandstein, grobkörnig, konglomeratisch, fein- bis grobkiesig, hart, blassrosa, einzelne Gerölle (Quarz, Kristallin, Tonstein) – 177,90 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, hart, rotbraun – 178,60 m Sandstein, konglomeratisch, fein- bis mittelkiesig, einzelne Gerölle, ∅ < 2 cm, blassrosa – 182,30 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, teils schwach feinkiesig, hart, einzelne Tonstein- klasten, tonig, gebunden, hart, rotbraun, hellgrau, schwach karbonatisch ab 179,50 m (Äqivalent Heigenbrücker Sandstein)

Zechstein – 194,00 m Sandstein, mittelkörnig, teils schwach grobkörnig, tonig, schwach karbonatisch gebunden, hart, einzelne Intraklasten, ∅ < 8 mm, hellgrau, teils grüngrau, teils rotbraun gefleckt, violettbraun bei 182,40–182,90 m, 192,30–192,40 m, 193,50–194,00 m, einzelne Tonsteingallen – 194,05 m Sandstein, grobkörnig, hart, mit zahlreichen karbonatischen Klasten, ∅ < 1 cm, grünlichgrau, Tonsteinschmitzen, grüngrau – 194,60 m Tonstein, siltig, rotbraun, basal feinsandig – 198,10 m Sandstein, mittelkörnig, teils feinkörnig, teils schwach grobkörnig, tonig, teils stark karbonatisch, hart, hellgrau, rotbraun, teils gefleckt; Tonstein bei 196,50–196,55 m; einzelne Tonstein- gallen, Karbonatklasten, ∅ < 5 mm, violett bei 197,30–197,50 m – 199,00 m Tonstein, siltig, rotbraun; mit Sandsteinlagen, feinkörnig, karbonatisch, einzelne dünne Sand steinlagen, grünlichgrau bei 198,60–198,90 m – 200,60 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, karbonatisch, hart, grünlichgrau, teils rotbraun gefleckt, violett bei 199,50–199,90 m; Karbonatklasten, ∅ < 5 mm – 201,75 m Sandstein, grobkörnig, untergeordnet mittelkörnig, hart, grünlich hellgrau, karbonatisch; Karbo- natklasten, ∅ < 1 cm, Quarzgeröll, ∅ 1 cm, einzelne Tongallen – 203,50 m Sandstein, mittelkörnig, ab 202,50 m grobkörnig, hart, hellgrau, teils rotbraun – 204,80 m Sandstein, mittel- bis grobkörnig, karbonatisch, hart, hellgrau, grünlich, zahlreiche Tonstein- klasten, ∅ < 5 cm, Bioturbation – 215,60 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, stellenweise grobkörnig, karbonatisch, hart, rotbraun, teils hellgrau, violett bei 210,20–210,40 m; einzelne Tonsteineinschlüsse – 216,20 m Siltstein, feinsandig, tonig, rotbraun, einzelne Karbonatklasten, ∅ < 2 cm – 227,80 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, karbonatisch, hart, rotbraun, teils hellgrau, einzelne Tonstein- klasten, stärker tonig bei 227,80–228,20 m – 272,95 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, karbonatisch, tonig, hart, rotbraun, hellgrau im Wechsel, stärker tonig bei 227,80–228,20, 269,90–270,30, 272,80–272,95 m; Tonstein bei 239,20– 239,25 m, 265,50–265,60 m, 270,90–271,00 m, einzelne Tonsteinklasten, Sandsteinintraklasten bei 271,20 m; schräggeschichtet bei 255,30–255,60 m, 267,10–267,90 m, 270,25–270,50 m, 272,80–272,95 m; Bioturbation bei 270,80 m, Tropfenmarken bei 270,90 m (mdl. Mitt. Prof. Dr. K. Tietze) – 273,60 m Sandstein, grobkörnig, teils mittelkörnig, karbonatisch, hart, hellgrau, rotbraun gefleckt, teils gebändert, schräggeschichtet – 274,50 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, karbonatisch, hart, hellgrau, rotbraun gebändert – 274,75 m Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun, basal Tonsteinklasten in Sandstein, rotbraun – 280,25 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, grobkörnig bei 278,40–278,70 m, karbonatisch, hart, hellgrau- grünlich, basal rotbraun (Weißliegendes ?: 277,90–280,35 m) – 280,35 m Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun 18 Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

Höheres Rotliegend – 281,10 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, stark tonig, siltig, hart, rotbraun, karbonatisch bis 280,50 m, darunter tonig, karbonatfrei; Störung bei 313,40 m – 318,10 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig, siltig, tonig, fein- bis grobkiesig, Gerölle (über- wiegend Quarz, Kristallin) teils eckig, teils schwach gerundet, hart, rotbraun im Wechsel mit grüngrau, stark unsortiert; abschnittsweise geringe Geröllführung; faustgroße Quarzbruchstücke bei 311,30 m (Massenstromsedimente, „alluvial facies“) – 330,20 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig, sehr stark konglomeratisch; Gerölle, kiesig, steinig, überwiegend Quarz, daneben Glimmerschiefer, Kristallin, schlecht gerundet, teils kantengerundet, Quarzitgeröll (∅ mind. 10 cm), dunkelgrau bei 328,90 m; tonig-siltiges Binde- mittel, hart, teils horizontal, teils leicht schräggeschichtet, rotbraun, grau gesprenkelt (Quarz); Sandstein, mittelkörnig bei 319,20–319,30 m – 336,50 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig, fein- bis grobkiesig, schlecht gerundete Quarze, untergeordnet Kristallingerölle, siltig, tonig gebunden, hart – 342,00 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig, stellenweise grobsandig bis kiesig, tonig, siltig gebunden, rotbraun, grüngraue Entfärbungshorizonte – 352,40 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig, siltig, tonig gebunden, kiesig, Gerölle (Quarz, selten Kristallin), konglomeratisch, rotbraun, grüngraue Horizonte – 363,70 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig, schwach grobsandig, schwach kiesig, tonig gebunden, hart, rotbraun, grüngrau, schwach karbonatisch bei 362,50–363,30 m; Tonsteinlagen, siltig bei 354,40–354,42 m, 354,45–354,47 m, 354,50–354,52 m, 354,60–354,70 m, 356,50– 356,53 m; Abfolge nahezu ungebankt, unsortiert – 364,90 m Fanglomerat, polymikt, stark konglomeratisch, kiesig, tonig gebunden, einzelne Gerölle (Quarz) bis 4 cm ∅ – 369,50 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, teils stark siltig, tonig, gebunden, Gerölle bei 366,40 m bzw. 366,60 m, rotbraun, hart – 370,20 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig, konglomeratisch besonders bei 369,50–369,75 m, rotbraun, hart – 371,60 m Konglomerat aus Quarz- und Kristallingeröllen, gerundet, kiesig (deutlich mehr Kristallinanteile als sonst), grobsandig, kieselig gebunden, sehr hart, bunt gesprenkelt (? Flußrinne, mdl. Mitt. Prof. K. Tietze) – 372,20 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig, tonig gebunden, hart, ab 371,90 m grobsandig, teils fein- bis mittelkiesig, Tonstein- und Quarzgerölle – 375,70 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig; teils Sandstein, fein- bis mittelkörnig, tonig, hart, rotbraun, einzelne Feinkiesgerölle (Quarz, vereinzelt Kristallin), schwach grobsandig, homogen (grain flow); Gips-erfüllte Klüfte, 2–5 mm breit, bei 373,30 m – 381,80 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig, tonig, siltig, einzelne Feinkiesgerölle; stark konglomeratisch, grobsandig bei 375,70–376,25 m, 376,70–376,80 m, 377,20–377,60 m, 378,00–378,15 m, 379,20–379,40 m, 380,25–380,40 m, 381,10–381,30 m, 381,60–381,80 m; Gips-erfüllte Klüfte, 2–5 mm breit, bei 376,20 m – 390,00 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig; teils Sandstein, fein- bis mittelkörnig, tonig, schwach grobsandig und feinkiesig, rotbraun, hart – 399,00 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis mittelsandig; teils Sandstein, fein- bis mittelkörnig, tonig, hart, einzelne Feinkiesgerölle (Schlammstrom, debris flow) – 403,10 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig; hart, kiesig, Quarzgerölle, rotbraun – 407,70 m Fanglomerat, fein- bis grobsandig, schwach feinkiesig, stark feinkiesig bei 406,80–407,20 m, rotbraun, teils grüngrau; Tongallen bei 403,60–403,80, 404,90–405,00 m, grüngrau, rotbraun; Calcrete-Bildungen, Caliche-Bildungen bei 412,00–413,00 m (Schuttstrom, debris flow) – 417,90 m Fanglomerat, polymikt, fein- bis grobsandig, kiesig, tonig, teils schlammige Matrix, konglomeratisch (v. a. Quarzgerölle), rotbraun, grau gesprenkelt (Quarz)

Tieferes Rotliegend – 530,60 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, relativ gut sortiert, tonig, gebunden, hart, bis 490 m mittel- bis dickbankig, darunter mittelbankig; meist klein- bis mitteldimensional schräggeschichtet; stellenweise schwach grobkörnig; Tonstein, siltig, teils feinsandig bei 424,00–424,05 m, 425,40–425,50 m, 428,60–428,70 m, 431,40–431,50 m, 435,50–435,55 m, 438,50–438,70 m, 461,15–461,20 m, 461,40–461,50 m, 465,10–465,15 m, 466,40–466,50 m, 472,25–472,40 m, Bohrkernbeschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen 19

472,50–472,55 m, 492,70–492,85 m, 493,80–493,85 m, 503,90–503,95 m, 505,05–505,10 m, 505,70–505,80, 505,70–505,80 m, 505,90–505,95 m, 506,10–506,20 m, 506,80–506,90 m, 508,70–508,75 m, 511,20–511,35 m, 512,80–512,90 m, 514,10–514,25 m, 517,50–517,60 m, 517,95–518,10 m, 518,45–518,50 m, 519,40–519,55 m, 526,05–526,25 m; Tonklasten u. a. bei 428,40–431,40 m, 467,40–470,50 m, 491,00–491,70 m, 513,50–513,70 m; rotbraun, grüngrau, gefleckt ab 470,00–530,60 m und gepunktet, teils feingebändert; äolisch beeinflusst, teils Äolia- nite z. B. bei 445–455 m, lad coasts bei 438,4–438,6 m; Entwässerungsstrukturen bei 431,20 m

Forschungsbohrung: Spitzeichen 1 (2002), 5935BN0033 Lage: TK 5935 Marktschorgast; R 44 65 361, H 55 48 340 Ansatzhöhe: 528 m ü. NN (GPS) Bohrfirma: Geomechanik, Woringen Bohrlochmessungen: Dr. Lux, Geophysikalische Fachberatung GbR, Friedrichroda Geologisches Profil (Dr. W. Freudenberger, Dr. S. Wagner):

Quartär – 0,10 m Bodenbildung, braun, humos

Oberer Buntsandstein Röt-Folge – 0,30 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, siltig, humos, verwittert, braun – 0,60 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, siltig, hellbraun – 0,95 m Siltstein, tonig, feinsandig, rotbraun – 1,30 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, tonig, Mn-fleckig, rotbraun – 1,50 m Siltstein, tonig, feinsandig, rotbraun – 8,10 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, hart, mittelbankig, schräggeschichtet, hellgrau, violettrot bei 5,20–5,80 m; einzelne Tonsteingallen; Siltstein, tonig, feinsandig, violettbraun bei 2,60–3,00 m sowie bei 7,10–7,25 m, rotbraun – 11,00 m Sandstein, feinkörnig, stark siltig, tonig, leicht schräggeschichtet, rotbraun, hellgrau, fleckig, mürbe, entfestigt – 14,30 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, feinsandig, mäßig hart, hellgrau, rotbraun, Mn-fleckig, teils löch- rig (? Karbonatlösung); Siltstein, tonig, feinsandig, rotbraun bei 11,40–11,50 m, 12,40–12,55 m – 20,15 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, mittelkörnig bei 17,80–18,20 m, tonig, rotbraun, violettbraun, hellgrau, teils schräggeschichtet; Tonsteinschmitzen, dünn- bis mittelbankig; Siltstein, tonig, feinsandig, rotbraun bei 14,40–14,80 m, 18,20–18,40 m, 19,20–19,30 m, 19,60–19,70 m – 39,40 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, siltig, teils leichte Schrägschichtung, überwiegend hellgrau, teils rotbraun, Mn-Tüpfelchen, braun, dünn- bis mittelbankig, mäßig hart, stellenweise mürbe; Silt- stein, tonig, feinsandig, rotbraun bei 22,60–22,70 m, 25,10–25,30 m 25,60–25,70 m, 27,40– 27,55 m, 27,90–28,00 m, 28,10–28,25 m, 30,75–30,90 m, 31,60–31,70 m; Sandstein, feinkörnig bei 22,00–22,60 m, 33,00–33,70 m – 39,60 m Sandstein, mittelkörnig, feinsandig, siltig, mürbe, völlig entfestigt, stark Mn-haltig, ockerbraun – 40,00 m Tonstein, siltig, glimmerführend, rotbraun, weich – 41,30 m Sandstein, feinkörnig, stark siltig, tonig, glimmerführend, schräggeschichtet, rotbraun, violettbraun, dünnbankig, hart – 45,80 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, hart, feldspatführend, schräggeschichtet, mittel- bis dickbankig, hellgrau, teils rotbraun

Mittlerer Buntsandstein Solling-Folge – 46,10 m Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun – 47,00 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, tonig, hart, hellgrau, violettrotbraun, schräggeschichtet, Ton- gallen bei 46,30–46,40 m – 48,00 m KV – 48,90 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, feinkörnig bei 54,70–55,20 m, 55,80–56,60 m, tonig, hart, hellgrau, violettrotbraun, schräggeschichtet 20 Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

– 59,50 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, hart, teils mäßig hart, dünn- bis mittelbankig, teils schrägge schichtet, violettrotbraun oben, unten hellgrau; Tonsteingallen, stark Fe/Mn-fleckig, teils löcherig; Schlitzreihen; Sandstein, fein- bis mittelkörnig, ockerbraun, völlig entfestigt, mürbe bei 48,90–49,20, 50,40–50,60 m; Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun bei 51,85–52,10 m, 53,90–54,00 m, 54,10–54,20 m, 57,20–57,45 m

Hardegsen-Folge – 60,10 m Tonstein, siltig, glimmerführend, rotbraun – 66,80 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, hart bis mäßig hart, schräggeschichtet; einzelne Tonsteingallen, rotbraun, hellgrau, feldspatführend, mittelbankig; schwach grobkörnig bei 61,20–62,60 m; Tonstein, siltig, feinsandig, rotbraun bei 60,20–60,30 m, 60,50–60,55 m, 65,50–65,55 m – 68,40 m Sandstein, feinkörnig, tonig, siltig, rotbraun, schräggeschichtet; Tonstein bei 66,80–66,85 m – 69,90 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, grüngrau, rotbraun, stark glimmerführend, hart, schräggeschichtet – 71,00 m Sandstein, grobkörnig, tonig, feldspathaltig, schräggeschichtet, mäßig hart, feinkiesig bei 70,10–70,40 m – 75,20 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, rotbraun, Tongallen, teils grobsandig, schräggeschichtet, glimmer führend – 77,80 m Sandstein, feinkörnig, siltig, tonig, rotbraun, violettbraun; Tongallen, schräggeschichtet, grün- grau, rotbraun bei 77,20–77,30 m – 79,00 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, tonig, mäßig hart, violettrotbraun, feldspatführend, schrägge- schichtet; Feinsandstein bei 78,00–78,10 m – 83,50 m Sandstein, mittelkörnig, rotbraun, grüngrau, tonig; Tongallen; Tonstein, siltig, rotbraun bei 82,40–82,70 m, 83,40–83,50 m – 91,10 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, tonig, mäßig hart, schräggeschichtet – 97,90 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, tonig, mäßig hart, hellgrau, rotbraun, grüngrau; Mangan-Mulm bei 93,10–93,15 m, 95,95–96,00 m, 96,50–96,55 m; Siltstein, tonig, rotbraun bei 91,95–92,10 m – 106,30 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, tonig, rotbraun, hellgrau; schräggeschichtet, mürbe, entfestigt bei 97,90–101,70 m; KV bei 99,70–100,10 m, 101,00–101,50 m; Siltstein, tonig bei 102,90– 103,05 m, rotbraun – 106,90 m Silt(stein), feinsandig, mäßig hart, mürbe, karbonatisch; Tonstein- und Sandsteinklasten, hellbraun (? Kluftfüllung, Sandlöß) – 110,80 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, schräggeschichtet, hellgrau, rosa; Feinsandstein bei 109,90–110,10 m; Siltstein, tonig, rotbraun bei 110,60–110,80 m – 113,50 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, wenig Mittelkies (Feldspat, Quarz), hellgrau, rotbraun, schräggeschichtet, mäßig hart – 116,30 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig; stark grobkörnig bei 115,50–116,30 m, tonig, mäßig hart, schräggeschichtet, rosa, hellgrau

Detfurth-Folge – 124,90 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig; stark grobkörnig bei 117,00–117,30 m, 118,20– 118,70 m, 119,30–119,50 m, 120,00–120,70 m, 122,20–122,60 m, 123,20–123,30 m, tonig, mäßig hart, schräggeschichtet, rosa, hellgrau – 132,00 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, tonig, mäßig hart, schräggeschichtet, dünnbankig, Tongallen bei 128,70–128,80 m – 134,00 m KV – 134,30 m Sandstein, grobkörnig, tonig, mäßig hart, oben entfestigt – 136,00 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, mäßig hart, Tongallen – 137,00 m KV – 141,50 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, tonig, mäßig hart, schräggeschichtet, dünnbankig, hellgrau, violettbraun – 154,10 m Sandstein, mittelkörnig, teils grobkörnig, stellenweise feinkiesig, tonig, dünnbankig, schrägge- schichtet, rosa, hellgrau – 154,30 m Siltstein, tonig, feinsandig, grüngrau – 155,85 m KV – 156,40 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, ocker- bis hellbraun, mürbe – 157,30 m KV Bohrkernbeschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen 21

– 159,60 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, tonig, schräggeschichtet, mürbe, rosa, hellgrau, oben ockerbraun – 160,45 m KV – 161,34 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, tonig, schräggeschichtet, mürbe, hellgrau – 162,31 m KV – 168,63 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, tonig, schräggeschichtet, mürbe, rosa, hellgrau, schwach feinkiesig bei 165,70–166,10 m – 168,90 m KV – 175,10 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, dünnbankig, mäßig hart, einzelne Tonsteingallen, schrägge- schichtet

Volpriehausen-Folge – 176,10 m Sandstein, feinkörnig, tonig, rotbraun, schräggeschichtet – 176,60 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, ab 176,50 m grobkörnig, schwach feinkiesig, schräggeschichtet – 177,98 m Tonstein, siltig, rotbraun; Sandstein mittelkörnig bei 176,90–176,95 m, 177,30–177,35 m – 178,00 m Sandstein, mittelkörnig, tonig, feinkiesig – 178,90 m KV – 179,15 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, tonig, ockergrau – 179,50 m Sandstein, grob- bis mittelkörnig, tonig, mürbe, entfestigt – 181,00 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, tonig, mürbe, rosa – 183,51 m KV – 186,00 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, rosa; Siltstein bei 183,51–183,55 m – 188,60 m KV – 188,70 m Tonstein, siltig, grüngrau – 191,80 m KV – 193,60 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, hellgrau – 203,50 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, hellgrau, bei 193,60–198,30 m Quarzgerölle, ∅ bis 3 cm; Tonstein bei 200,00–200,20 m, mürbe; KV bei 194,30–194,70 m, 199,10–199,40 m, 201,00– 201,40 m, 201,60–203,00 m – 203,55 m Sandstein, fein- bis mittelkörnig, extrem glimmerhaltig, feinschichtig, dunkelgrau, grüngrau – 206,25 m KV – 206,70 m Siltstein, tonig, rotbraun, graugrün – 207,80 m Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, hellgrau, rosa – 209,50 m KV – 209,60 m Siltstein, tonig, rotbraun – 218,30 m Sandstein, grobkörnig, stark feinkiesig, stark kiesig mit Quarzgeröllen (∅ bis 3 cm) bei 209,80– 210,05 m, 213,50–214,10 m, 214,80–215,80 m, 216,80–217,70 m, 218,20–218,30 m, tonig gebunden, dünnbankig, schräggeschichtet; Tonstein bei 210,10–210,15 m, 216,00–216,10 m, 216,50–216,60 m

Unterer Buntsandstein Bernburg-Folge – 222,80 m Sandstein, grobkörnig, tonig, schräggeschichtet, hellgrau, rosa, Tongallen; Tonstein, siltig, rotbraun bei 220,60–220,75 m – 223,10 m Tonstein, siltig, rotbraun, feinsandig; mit dünnen Mittelsandsteinlagen – 223,65 m KV – 234,30 m Sandstein, mittel- bis grobkörnig, wechsellagernd mit cm-starken Tonsteinlagen, rotbraun; Tonstein, siltig, rotbraun bei 226,35–226,40 m, 227,10–227,25 m, 227,60–227,70 m, 229,40– 229,90 m (stark sandig), 233,80–233,90 m; KV bei 228,20–228,90 m – 242,70 m Sandstein, mittelkörnig, schwach grobkörnig, hellgrau, tonig, mäßig hart, dünnbankig; Ton steingallen von 236,50–242,70 m; cm-dicke Tonsteinlagen eingeschaltet bei 237,00–237,30 m, 240,10–240,30 m, 241,30–241,40 m

Bemerkung: Anlässlich einer Sitzung der Arbeitsgruppe Buntsandstein sowie Vertretern der Arbeitsgruppen Zechstein und Rotliegend der Perm/Trias-Subkommission in Wackersdorf 2002 wurde die Kernbohrung besichtigt und die stratigraphische Deutung diskutiert. Aufgrund aktueller Untersuchungen zieht Paul (2006) die Zechstein/Rotliegend-Grenze in der FB Lindau 1 etwa 35 cm tiefer, also bei 280,7 m Teufe. 22 Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

Abb. 1: Schematisiertes Säulenprofil der Bohrung Spitzeichen 1 mit stratigraphischer Einstufung (W. Freudenberger). Bohrkernbeschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen 23

Abb. 2: Schematisiertes Säulenprofil der Bohrung Lindau 1 mit stratigraphischer Einstufung (W. Freudenberger). 24 Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

2. Stratigraphie im Überblick

(Walter Freudenberger)

Tabelle 1 gibt eine Zusammenfassung der stratigraphischen Deutung und der Mächtigkeit der erbohrten Schichtenfolge der Bohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1.

Tabelle 1: Mächtigkeiten des Buntsandsteins, Zechsteins und des Rotliegenden in den Bohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 (* Paul 2006 zieht die Grenze bei 280,7 m).

Gliederung Teufe Mächtigkeit [m] Bohrung so Röt-Folge 0 – 45,8 > 45,8 > 45,8 Solling-Folge 45,8 – 59,5 13,7 Hardegsen-Folge 59,5 – 116,3 56,8 Spitzeichen 1 sm 172,0 Detfurth-Folge 116,3 – 175,1 58,8 Volpriehausen-Folge 175,1 – 218,3 43,2 Bernburg-Folge 31,1 – 92,4 61,3 su 151,20 Lindau 1 Calvörde-Folge 92,4 – 182,3 89,9 z Zechstein 182,3 – 280,35* 98,05 98,05 Lindau 1 Höheres Rotliegend 280,35 – 417,90 137,55 r 250,25 Lindau 1 Tieferes Rotliegend 417,9 – 530,6 112,7

3. Bohrlochgeophysik als Korrelationshilfe

(Bernd Herold)

Die geophysikalische Vermessung der Bohrungen und die daraus resultierenden Logs erwiesen sich erwartungsgemäß auch bei der stratigraphischen Korrelation der Profile als große Hilfe. Detailbetrachtungen sind den jeweiligen Spezialkapiteln (in diesem Band!) zu entnehmen. Hier wird daher nur eine Übersicht angestrebt.

3.1. Bohrlochgeophysikalische Messungen

Folgende bohrlochgeophysikalische Messungen standen zur Verfügung:

Tabelle 2: Auswahl von Messungen in den Bohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1.

Bohrung Gamma- FEL ELKN, Kaliber Salinität Temperatur Flowmeter Ray ELGN Lindau x x x x x x Spitzeichen x x x x x x

Bei der Interpretation und Korrelation der Bohrungen wurden die Messungen der natürlichen Gammastrahlung und des Gesteinswiderstandes (Focussed Electric Log, FEL, sowie kleine und große Normale, ELKN, ELGN) herangezogen. Bohrkernbeschreibung und Stratigraphie der Forschungsbohrungen 25

3.1.1. Messung des spezifischen Gesteinswiderstandes

Der Widerstand eines Gesteins ist hauptsachlich abhängig von der Leitfähigkeit des Mediums im Poren- oder Kluftraum. Salzwasser z. B. fördert den Stromdurchfluss. Dichtes oder trockenes Gestein hat einen hohen Widerstand. Kohlenwasserstoffe im Porenraum sowie Salze oder Anhy drite wirken wie Isolatoren.

In den vorliegenden Bohrungen kamen die „Focussed Electric Log“ (FEL) sowie die kleine (16 Zoll) und große Normale (64 Zoll) Messanordnung zum Einsatz. Bei diesen Messverfahren wird der elektrische Widerstand des Gebirges zwischen einer im Bohrloch abgelassenen Mess elektrode und einer Referenzelektrode an der Erdoberfläche gemessen. Je größer der Abstand der Elelektroden ist, desto stärker wird der Widerstand des von der Bohrspülung beeinflussten Gebirges. Bei FEL bewirken weitere Sekundärelektroden, dass der Stromfluss der zentralen Mess elektrode zu einer schmalen horizontalen Scheibe fokussiert wird, und so die vertikale Auflösung gesteigert werden kann.

Die Widerstandsmessungen eignen sich gut zur stratigraphischen Gliederung und auch zur lithologischen Bewertung einer durchteuften Schichtenabfolge, da sie sensibel auf kleine lithologische Veränderungen reagieren. Das ermöglicht die Nutzung für Korrelationen von Trends, Mus- tern oder Peaks. Der spezifische Widerstand eines Gesteins wird meist in Ohm-m angegeben.

3.1.2. Messung der natürlichen Gammastrahlung (GRL)

Die Messung der natürlichen Gammastrahlung (in den Profilen und im Text mit GRb ezeichnet) bei geophysikalischen Bohrlochmessungen rührt in erster Linie vom radioaktiven Zerfall des Kalium-Isotops K40 her. Außerdem spielen in einigen Fällen auch Uran (U238)- und Thorium (Th232)-Isotope eine Rolle. Da Kalium hauptsächlich in Tonmineralen auftritt, können in klastischen Sedimenten Ton- und Sandschichten meist leicht voneinander unterschieden werden. Hohe Gammastrahlungswerte sind danach ein guter Indikator für feinkörnige und tonige Sedimente.

Jedoch können auch Sandsteine erheblich höhere Strahlungsintensitäten aufweisen. Dabei spielen die Art des Bindemittels sowie radioaktive Minerale eine Rolle. Tonig gebundene Sand- steine weisen in der Regel höhere Strahlungsintensitäten auf als Sandsteine mit hohem Quarzan- teil. Kalksteine und Evaporite zeichnen sich meist durch sehr geringe Zählraten aus.

Meist wird nicht der absolute Wert der Messung herangezogen, sondern deren Trend wird zur Interpretation genutzt. Das GR-Log eignet sich in der Regel sehr gut zur stratigraphischen Kor- relation zwischen Bohrungen und kann zur Bestimmung der Lithologie sowie der Identifizierung von signifikanten Horizonten und Trennlinien eingesetzt werden.

Die Gammastrahlung wurde in API-Einheiten (American Petroleum Institut) gemessen und die Mess-Sonde vor jedem Messgang auf API-Standard geeicht.

3.1.3. Horizontales Auflösungsvermögen der Bohrlochgeophysik

Das Auflösungsvermögen der bohrlochgeophysikalischen Messungen ist von verschiedenen Faktoren abhängig: Art der Sonde, Datenmessfrequenz, Messabstand zwischen Sender und Emp- fänger und dem Gestein selbst. Im vorliegenden Fall kann eine Auflösung von 0,60 m für das GR- Log, 0,30 m für das FEL und 0,81 m bzw 3,25 m für die kleine und große Normale angenommen werden. 26 Walter Freudenberger, Bernd Herold & Sebastian Wagner

3.1.4. Messartefakte

In der Bohrung Spitzeichen 1 konnte der Widerstand wegen der Verrohrung nur bis zu einer Teufe von 188 m gemessen werden. In der Bohrung Lindau 1 ist die Verrohrung bei 92 m auf dem Widerstandslog zu sehen. Der Wasserspiegel in der Bohrung scheint bei einer Teufe von 29 m zu liegen, da oberhalb sehr hohe Widerstände gemessen wurden.

Die Bohrung Lindau 1 zeigt im GR-Log zu niedrige Werte von der Oberfläche bis zu etwa 92 m Teufe. Dies ist auf starke Auskesselungen und/oder auf die Verrohrung bis zu diesem Teufen bereich zurückzuführen. Deshalb wurden die GR-Log-Werte oberhalb von 92 m an die Werte der Bohrung Lindau 1 angeglichen bzw. verschoben.

3.2. Darstellung der Messdaten

Für die vorliegenden Bohrungen kam eine sogenannte (Pseudo-)Variables-Density-Log- Methode (VDL) zum Einsatz. In der VDL-Darstellung werden die Werte der gemessenen Gam- mastrahlung auf einer kontinuierlichen Farbskala angezeigt. Die Farbskala reicht von blau, über grün nach rot für zunehmende Zählraten. Die Korrelation zwischen den einzelnen Bohrungen wird hierbei markanter und einfacher. Ebenso lassen sich feine GRL-Trends oder Gradierungen genauer verfolgen. Der spezifische Gesteinswiderstand wird in einer für diese Messung typischen logarithmischen Skala dargestellt.

Diese graphische Darstellung ist in Farbtafel 1 am Ende des Bandes zu sehen.

4. Literatur

Paul, J. (2006): Rotliegend und unterer Zechstein der Bohrung Lindau 1 (NE-Bayern) . – Geol. Bav., 109: 27–48, München (LfU).

Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 27–48, München 2006 27

Rotliegend und unterer Zechstein der Bohrung Lindau 1 (NE-Bayern)

Von Josef Paul

Mit 14 Abbildungen, 1 Tabelle und 1 Farbtafel

Schlüsselwor te: Rotliegend – Zechstein – Fazies – Paläogeographie – Stratigraphie – Paläoböden – Schwemmfächer – fluviatile Sedimente– Diagenese. Ku rzfassu ng: Die Kernbohrung Lindau 1 erschloss mehr als 250 m Rotliegend-Gesteine. Diese bestehen aus Sandsteinen, Fanglomeraten und geringmächtigen Karbonaten. Die siliziklastischen Gesteine wurden in Schwemmfächern und fluviatilen Barren abgelagert. Kornformen und sedimentäre Gefüge deuten auf kurze Transportwege hin. Die Karbonat-Horizonte bestehen aus Paläoböden (nodular und hardpan calcretes) und grundwasser-bürtigen Konkretionen. Die Sedimente sind teilweise intensiv dolomitisch zementiert. Die Zementation ging mit der Reduktion des färbenden Hämatits einher. Die Serie wird in das obere Rotliegend gestellt. Ein mehrere Meter mächtiger heller Sandstein enthält stark rekristallisierte Lagen von dolomitisierten Ooiden und biogene Krusten. Das sedimentäre Gefüge ist, wahrscheinlich als Folge der Lö- sung evaporitischer Minerale, zusammengebrochen. Dieser Abschnitt ist in den oberpermischen Zechstein, in die Karbonat-Formation der Werra-Folge (Ca1), zu stellen. Es ist der südlichste Nachweis von marinem Zechstein im Naab-Becken. Etwa 15 m über den marin-evaporitischen Gesteinen liegen äolische Sandsteine, die im regressiven Teil des z1 oder bereits im z2 abgelagert wurden. Auf Grund der Ergebnisse der Bohrung Lindau 1 wird die Stratigraphie und die Korrelation des Rotliegenden in Aufschlüssen und Bohrungen des Naab-Beckens kritisch diskutiert.

Rotliegend and lower Zechstein in the well Lindau 1 (NE-Bavaria) Key words: Rotliegend – Zechstein – facies – palaeogeography – stratigraphy – palaeosols – alluvial fans – aeolianites – diagenesis Abst ract: The cored well Lindau 1 penetrated Rotliegend sediments of more than 250 m thickness. They consist of sandstones, fanglomerates and thin carbonates. The clastic sediments are deposited in alluvial fans and fluviatile bars. The carbonates are composed of palaeosols (nodular and hardpan calcretes) and groundwater derived concretions. The sediments are partly intensive cemented by dolomite. The cementation is linked with the reduction of hematite, the staining pigment. A light coloured sandstone above the Rotlie- gend deposits contains layers of ooids and biogenetic crusts. These and the complete break-down of textures proof that the sandstone was deposited in a marine-evaporitic environment. It represents the climax of the marine Zechstein transgression. Its stratigraphic position is the Ca1, the carbonate formation of the Werra- Cycle (z1). Aeolian sandstones, deposited about 15 m above the oolites are part of the regressive system of the Ca1 or already sediments of the second cycle, the Staßfurt Cycle (z2). The stratigraphy of the adjoining well Obernsees is revised. Correlations of various outcrops and wells of the Permo-Carboniferous Naab Basin are critically discussed. Inhalt 1. Einführung ...... 28 2. Material und Untersuchungsmethoden ...... 29 3. Genese und Diagenese der Karbonate ...... 33 4. Fazies ...... 39 5. Stratigraphische Einstufung ...... 41 6. Paläogeographie des Naab-Beckens ...... 44 7. Zusammenfassung und Ausblick ...... 45 8. Literatur ...... 46

Anschrift des Verfassers: Prof. Dr. Josef Paul, Geowissenschaftliches Zentrum der Universität Göttingen, Goldschmidt-Straße 3, 37077 Göttingen, E-mail: [email protected] 28 Josef Paul

1. Einführung

Oberkarbon und Perm treten in Oberfranken und der benachbarten Oberpfalz nur an wenigen Stellen zu Tage, so im Stockheimer Becken und in sehr kleinen Ausbissen am Rande des Böhmischen Massivs (Stephan 1956, 1957, Herrmann 1958, Emmert et al. 1960, Schröder 1988, Emmert & Stettner 1995, Stettner & Schröder 1990). Hier sind die Vorkommen von Wirsberg, Weidenberg, Erbendorf und Weiden zu nennen, die ein einheitliches sedimentäres Becken, das Naab-Becken, bildeten (Abb. 1). Das sonst von jüngeren Sedimenten bedeckte Permo-Karbon und auch der Zechstein sind nur von wenigen Bohrungen erreicht oder sogar durchteuft worden. Es sind die älteren Bohrungen von Mittelberg, Döhlau, Staffelstein, Windsheim und Mürsbach, über die Trusheim (1964) und Leitz (1976) zusammenfassend berichteten. Bohrungen jüngeren Datums wurden bei Obernsees und bei Bayreuth abgeteuft (Emmert 1982, Emmert et al. 1985, Schuh 1985, Weber 1990, Soffel & Wippern 1998). Ältere Interpretationen der Bohrung Winds- heim revidierten Bauer (2000) und Ernstson & Diele (2003). Mittels Seismik und Gravimetrie fanden Breyer (1972), Bader (2001), Bopp & Simon (2001), Buness & Bram (2001) im Gebiet um Nürnberg eine permische Peneplain, in die verschiedene Rotliegend-Gräben bis zu 1000 m Tiefe in das kristalline Grundgebirge eingesenkt sind (Abb. 1). Spärlich sind die stratigraphischen Kenntnisse über das Permo-Karbon. Nur aus der Zeit des Kohlenbergbaus stammen vom Erben- dorfer und Stockheimer Becken zahlreiche Funde von Pflanzenfossilien, die in verschiedenen Museen bewahrt werden. Aber auch von diesen liegen keine modernen Bearbeitungen vor. Da es außerdem keine radiometrischen und nur wenige paläomagnetischen Untersuchungen gibt, sind die Alterseinstufungen unsicher und werden kontrovers diskutiert (Soffel & Wippern 1998).

Abb. 1: Lage der Bohrung Lindau 1 und Verbreitung des Rotliegend in NE-Bayern. Nach: Freudenberger (1996). Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 29

Entsprechendes gilt für die Paläogeographie Oberfrankens im Rotliegend und Zechstein. So sind die Fazies der Ablagerungen und die räumliche Konfiguration des Rotliegend-Beckens nicht bekannt. Genaue Kenntnisse liegen auch deshalb nicht vor, weil nur wenige Bohrproben faziell und sedimentologisch ausgewertet worden sind. Über den Verlauf der Grenze des marinen oder marin beeinflussten Zechsteins, die wohl etwas südlich Bayreuth lag, kann nur gerätselt werden.

So kann die wenige Kilometer südöstlich von Kulmbach abgeteufte Forschungsbohrung Lin- dau 1 eine größere Lücke füllen. Ziel dieser Untersuchungen ist es, Sedimentologie und Fazies des Rotliegenden und des unteren Zechsteins zu analysieren und daraus, soweit wie möglich, Schlüsse auf das stratigraphische Alter und die Paläogeographie zu ziehen.

2. Material und Untersuchungsmethoden

Es wurden die Abschnitte von 240 m bis zur Endteufe bei 530 m untersucht (Abb. 2.1 bis Abb. 2.3). Die Kerne wurden fotografisch dokumentiert und die makroskopisch sichtbaren Para- meter wie Farbe, Korngröße, Komponenten und Sedimentstrukturen aufgenommen. Zur genaue- ren Bestimmung wurden interessante Abschnitte gesägt, die Anschnitte poliert und insgesamt 40 Dünnschliffe hergestellt. Außerdem wurden von einigen Proben Röntgendiffraktometer-Aufnah- men und Karbonat-Analysen angefertigt. Die Farben typischer Gesteine wurden mit den Munsell Soil Color Charts (1954) bestimmt. Die mikroskopisch erkennbaren Kristallgrößen der Karbo- nat-Zemente wurden nach Friedman (1965) klassifiziert.

Die Sedimente bestehen im Wesentlichen aus Sandsteinen. Tonsteine und Siltsteine nehmen nur wenige Prozent der Schichtenfolge ein. Karbonate kommen im Abschnitt um 278 m als Ooide und Krusten und zwischen 363 und 418 m als insgesamt geringmächtige Knollenlagen oder auch in Form von Konkretionen vor. Reine Kiese sind sehr selten. Häufiger treten Geröll führende Sandsteine auf.

Gerölle Die bis zu 10 cm große Kiesfraktion besteht zumeist aus Quarz, daneben auch aus kristallinen Gesteinen. Seltener sind Kalkgerölle, die als aufgearbeitete Calcrete-Knollen gedeutet werden. Tongerölle als intraformationale Brekzien sind gelegentlich im gesamten untersuchten Abschnitt vertreten. Die genaue Zusammensetzung der Kiesfraktion wurde nicht untersucht. Die meisten Vorkommen bestehen aus einer Mischung von Kies und Sand, wobei der Sand- Anteil überwiegt. Die Kieskörner schwimmen im Sand, sind also matrixgestützt. Die Klasten sind nur wenig gerundet; je größer die Körner, desto eckiger sind sie (Abb. 3). Auch die normaler weise gerundeten Tonklasten sind noch eckig.

Sandsteine Die Sandfraktion besteht überwiegend aus Quarz. Ausweislich der Röntgendiffraktometrie sind auch Feldspäte vertreten. Unter dem Mikroskop lassen sich polykristalline Quarze erkennen, die typisch für Quarzite und andere metamorphe Gesteine sind. Es kommt das gesamte Korngrößen-Spektrum vom Grobsand bis zum Feinsand vor. Im Allgemeinen sind die Grobsande schlechter sortiert als die Mittel- und Feinsande. In diesem Bereich kommen sowohl gut sortierte als auch schlecht sortierte Schichten vor. 30 Josef Paul

Abb. 2.1: Schematisches Profil und Sequenzen des unteren Zechstein und des Rotliegend in der Bohrung Lindau 1 (240 m - 360 m). Erläuterung der Signaturen bei Abb. 2.3. Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 31

Abb. 2.2: Schematisches Profil und Sequenzen des unteren Zechstein und des Rotliegend in der Bohrung Lindau 1 (360 m - 480 m). Erläuterung der Signaturen bei Abb. 2.3. 32 Josef Paul

Abb. 2.3: Schematisches Profil und Sequenzen des unteren Zechstein und des Rotliegend in der Bohrung Lindau 1 (480 m - 530 m). Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 33

Tonsteine Tonsteine sind nur in dünnen, weniger als einen Meter mäch- tigen Schichten vertreten, bevorzugt im oberen und unteren unter suchten Abschnitt. Sie sind vorwiegend rot. Nur in Verbindung mit Calcretes und Grundwasser-Karbonaten oder intensiv karbonatisch zementierten Niveaus treten auch graue Farben auf, die ein reduzierendes Milieu anzeigen. Die Tonsteine sind durch dünne Silt- und Feinsandlagen geschichtet.

3. Genese und Diagenese der Karbonate

Im Rotliegend der Bohrung Lindau 1 besteht die Karbonat-Frak- tion ausschließlich aus Dolomit, der annähernd stöchiometrische Zusammensetzung aufweist. Die Karbonate setzen sich aus mehreren, sowohl genetisch als auch zeitlich unterschiedlich entstandenen Fraktionen zusammen: synsedimentär gebildete Ooide und Karbo- natkrusten, frühdiagenetisch an der Sedimentoberfläche ausgefällte Calcretes, im Sediment gebildete grundwasser-bürtige Konkretio- nen und möglicherweise frühe oder auch spätere diagenetische Ze- mente und einer jüngeren pervasiven Zementgeneration, die jegliche bereits vorhandene Karbonate dolomitisierte.

Karbonatische Rundkörner (coated grains) wurden im Kern zwischen 278,0 und 279,0 m nachgewiesen. Nur lagenweise, z. B. bei 278,1 m, sind sie gesteinsbildend (Abb. 4). Ihre Größe schwankt zwischen 250 und 1000 µm. Sie sind häufig mit siliziklastischen Kör- nern gemischt, die etwas kleiner sind. Ihr größerer Durchmesser im Vergleich zu den gleichzeitig abgelagerten Quarzkörnern deutet auf ein geringeres spezifisches Gewicht. Sie waren wohl bei dem Trans- port und ihrer endgültigen Einbettung noch nicht völlig lithifiziert. Auffällig ist, dass sie nur aus einer Schale und einem großen Kern Abb. 3: Große, ungerun- bestehen. Im Dünnschliff ist die Schale der Rundkörner fast immer dete oder nur kantenge- kryptokristallin, während das Innere eher feinkristallin ist. An we- rundete Klasten zeugen nigen Exemplaren kann man im polarisierten Licht schattenförmige von kurzen Transport- Strukturen erkennen, die auf früher vorhandene mehrfache Schalen wegen. Bildbreite 10 cm. Rotliegend. Brg. Lindau 1, hindeuten, die im Laufe der Diagenese rekristallisiert wurden. Alle 325,61 m Teufe. Rundkörner werden deshalb als stark rekristallisierte Ooide angesprochen. In einigen Dünnschliffen sind runde, gleich-auslöschende Umrisse von kryptokristallinen oder poikilitischen Dolomitzement zu sehen, die ebenfalls als ehemalige rekristallisierte Ooide gedeutet werden.

Karbonatische Krusten wurden nur an wenigen Stellen im Kern beobachtet (Abb. 4). Im Dünnschliff bestehen sie aus etwa 1 mm dünnen, welligen, laminierten mikro- bis kryptokristallinen Karbonatlagen. Klüfte, die wieder mit Karbonatzement verheilt sind, enthalten dagegen fein- bis mittelkristallinen Zement. Biogene Krusten entstehen unter aquatischer Bedeckung an der Sedimentoberfläche in Süßwässern bis Meerwässern. Bevorzugt aber bleiben sie im übersal- zenen Milieu erhalten. 34 Josef Paul

Abb. 4: Ooidlagen, biogene Krusten und unregelmäßige Zementation. Bildbreite 10 cm. Werra-Folge, Zechstein. Brg. Lindau 1, 278,17 – 278,51 m Teufe. Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 35

Calcretes oder Calcisole sind karbonatisch betonte Bö- den, die sich in einem ariden bis semiariden Klima im vadosen Bereich bilden. Nach rezenten Beobachtungen sind etwa 100 – 400 mm Niederschlag pro Jahr für ihre Bildung notwendig (Hintermaier-Erhard & zech 1997). Sicker- wasser, das gelöstes CO2 enthält, löst Karbonate, die wieder als lockere Pulver ausgefällt werden (powder calcrete). Mit steigender Karbonat-Zufuhr entwickeln sich Knollen (nodular c.), die schließlich miteinander verschmelzen (honeycomb c.), bis an der Oberfläche eine sehr harte feste Schicht (hardpan c.) entsteht (Abb. 5, 6). Durch wieder- holte Lösung und Wiederausfällung bilden sich laminare Strukturen (laminar c.) und schließlich als Klimax-Stadi- um große brekzienartige Blöcke mit einer karbonatfreien Matrix (boulder c.). Wird bei der späteren Diagenese der Calcit dolomitisiert, so erhält man eine Dolocrete.

Grundwasserkarbonate bilden sich konkretionär im phreatisch-meteorischen Bereich, entweder an der Oberflä- che oder innerhalb des Grundwassers. Sie werden infolge von Änderungen der Konzentrationen oder des pH-Wertes aus übersättigten Wässern ausgefällt. Abb. 5: Nodular Calcrete. Bildbreite 10 cm. Rotliegend. Brg. Lindau 1, Karbonat-Böden, die sich an der Sedimentoberfläche 411,12 m Teufe. bilden, und Konkretionen, die im Grundwasser oder an der Grundwasser-Oberfläche entstehen, lassen sich nur schwer unterscheiden. Wright & Tucker (1991), Alonso- Zarza (2003) und Quast (2003) geben einige Kriterien an: So sind Calcretes häufig asymmetrisch, mit einer scharfen Obergrenze, während Grundwasser-Karbonate eher sym- metrisch geformt sind. Knollen kommen in beiden Berei- chen vor, wobei scharf begrenzte Knollen, laminiert oder strukturlos, eher auf Böden deuten. Unscharf ins Nebenge- stein übergehende, siliziklasten-reiche Knollen weisen auf eine Grundwasser-Genese hin. Risse in den Knollen, die Folge eines Austrocknens sein können, entstanden an der Sediment-Oberfläche. Gesprengte Siliziklasten (exploded grains) oder in einer karbonatischen Matrix schwimmen- de Körner (floating grains) sind auf den vadosen Bereich beschränkt, bilden sich also oberhalb des Grundwasser- spiegels. Ebenfalls bevorzugt im vadosen Bereich entstehen kryptokristalline Karbonat-Strukturen (clotted texture oder structure grumeleuse). Dasselbe gilt für karbonatische Säume beziehungsweise Rindenzemente. Die Kristallgrö- ßen und -formen sind aber als Unterscheidungsmerkmal weniger gut geeignet, da häufig und insbesondere ältere Sedimente intensiv diagenetisch überprägt worden sind.

Abb. 6: Hardpan Calcrete. Bildbreite 10 cm. Rotliegend. Brg. Lindau 1, 403,50 m Teufe. 36 Josef Paul

Tab. 1: Positionen von Grundwasser-Karbonaten und Calcrete-Horizonten in der Brg. Lindau 1. Teufe (m) Grundwasser-Karbonate Pedogene Karbonate 348,24 354,7 + 356,6 + 362,2 + 363,3 + nodular 363,5 + 365,0 + 366,4 + 366,9 + 367,8 + asymmetrisch 368,7 + (powder) 369,7 + 370,5 + 393,5 + 394,4 + 395,2 + 397,7 + 402,3 + 403,2 + 403,6 + (hardpan) 410,2 + 411,2 + hardpan 411,9 + nodular oder umgelagert 412,6 - 413,3 + vertikal 414,0 + 415,4 umgelagert 415,6 + nodular 415,9 + noduar 416,5 + nodular 417,9 + vertical nodular 420,5 + oder Zement 429,2 + 432,4 + 436,7 + 442,5 + oder Zement 444,3 + oder Zement 456,7 + 466,5 + 471,5 + 480,9 + 503,8 + 505,7 + 527,2 + Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 37

Wendet man die hier erwähnten Kriterien auf die Boh- rung Lindau 1 an, so ist ein Teil der Karbonat-Konkretionen im Bereich des Grundwassers entstanden (Tab. 1). Als sichere Bodenbildungen sind zum Beispiel die Vorkommen bei 363, 411 und um 416 m zu betrachten (Abb. 2). Diese Böden weisen auch Spuren von Wurzeln auf. Das Anfangsstadium eines Paläobodens lässt sich nur sehr schwer von Grundwas- ser-Karbonaten oder einer intensiven diagenetischen Zemen- tation unterscheiden. Die meisten Paläoböden können in das nodular-Reifestadium gestellt werden, nur bei 403 und 411 m wird das hardpan-Stadium erreicht (Tab. 1, Abb. 5 u. 6). Be- merkenswert ist, dass häufig in geringem Abstand mehrere Böden übereinander gestapelt sind. Dies könnten die Folgen von entsprechenden kurzfristigen Unterbrechungen der Sedi mentation sein, wobei kurzfristig auch mehrere tausend Jahre bedeuten mag.

Die Anfangsstadien der Karbonat-Böden lassen sich nur schwer von späteren diagenetisch gefällten Zementen unterscheiden. Das gilt auch für die Grundwasserkarbonate, bei denen es fließende Übergänge zu Zementen gibt. Eine Beson- derheit ist bei 412,6–413,3 m im Bohrkern zu beobachten: eine

Abb. 7: Calcrete-Knollen. Bild- breite 10 cm. Rotliegend. Brg. Lindau 1, 412,64 m Teufe. vertikale Caliche-Knolle, die wahrscheinlich einer Kluft folgt (Abb. 7). Ganz ähnliche Formen sind im Grenzkonglo- merat des Eisenacher Rotliegend am Bahnhof Förtha entwickelt (Paul 2005).

Eine weitere karbonatische Fraktion, die gelegentlich in den Kernen vorkommt, sind Karbonat-Klasten: aufgearbeitete beziehungsweise umgelagerte Karbonat-Konkretionen. Sie sind mit anderen Klasten vergesellschaftet, schwimmen aber auch isoliert in sandiger Matrix, so zum Beispiel bei 359,8 m Teufe.

Neben den hier nicht untersuchten tonig-ferritischen und silikatischen Zementen, kommen Zemente dolomitischer Zu sammensetzung in unterschiedlicher Intensität in fast allen untersuchten Bereichen vor. In den Sandsteinen sind sie vor Abb. 8: Halo von dolomitischem allem an die hellen, weißen Bereiche gebunden (Abb. 8-11). Zement um Tonstein-Intraklasten. Die helle Farbe ist eine Folge der Verlustes des färbenden Bildbreite 10 cm. Rotliegend. Brg. Pigments, des Hämatits. Durch reduzierende Lösungen Lindau 1, 425,30 m Teufe. 38 Josef Paul

Abb. 10: Reduktionsflecken und dolomitische Zementation. Rotliegend. Bildbreite 10 cm. Brg. Lindau 1, 497,50 m Teufe. Abb. 11: Entfärbung und dolomitische Zementation der Schichtung folgend. Abb.9: Unregelmäßige Entfärbung Bildbreite 10 cm. Rotliegend. und dolomitische Zementation. Brg. Lindau 1, 435,70 m Teufe. Bildbreite 10 cm. Rotliegend. Brg. Lindau 1, 316,55 m Teufe. wurde das Fe3+ zu Fe2+ reduziert, mobilisiert und wahrscheinlich abgeführt, wie es für ähnliche Reduktionsflecken im Röt und in den devonischen Rotschiefern nachgewiesen werden konnte (Franke & Paul 1980, Paul 2002). Da bei der Reduktion des Eisens Alkalinität freigesetzt wird, erhöhte sich der pH-Wert. In den vermutlich karbonathaltigen Porenwässern wurde das Löslich- keitsprodukt überschritten und Karbonat als Zement gefällt. Die unregelmäßige Zementation be- trifft alle Korngrößen. Häufig zeichnet die Zementation die Schichtung nach. Eine Bevorzugung bestimmter Korngrößen ist nicht zu erkennen. Bei 278,0 m Teufe wechseln engräumig und unre- gelmäßig, sich nur vage an die Schichtung haltende, intensiv zementierte und nicht- oder wenig zementierte Bereiche ab (Abb. 4). Bei 425,5 und 427,3 m weisen nur wenige Millimeter große rote Tonklasten einen Halo von Dolomit-Zement auf (Abb. 11).

Die meisten dolomitischen Zemente bestehen aus an- bis subhedralen, fein- bis mittelkristallinen Kristall-Aggregaten, die nur selten einen euhedralen Umriss aufweisen. Sie wurden wahrscheinlich spätdiagenetisch gebildet. Krypto- bis mikrokristalline Kristall-Aggregate werden als ältere, aber ebenfalls diagenetische Zemente gedeutet, die nicht von der späteren Rekristallisation erfasst wurden.

Eine intensive Dolomitisierung wird auch von anderen Lokalitäten des Naab-Beckens, sowohl von Bohrungen als auch von Übertageaufschlüssen, beschrieben (Leitz 1976, Emmert 1982). Sie hat wahrscheinlich weite Teile des Beckens betroffen. Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 39

4. Fazies

Die Bohrung Lindau 1 liegt wenige Kilometer westlich der Fränkischen Linie, die das Böh- mische Massiv vom Süddeutschen Block trennt. Nach den Untersuchungen von Mattern (1995a, 1995b) ist die Fränkische Linie eine strike-slip Störungszone, die ab dem Permo-Karbon aktiv war. Entlang dieser Störungszone bildete sich zwischen Stockheim und Regensburg ab dem Stephan ein langgestrecktes Becken aus – das Naab-Becken – das den Abtragungsschutt der umliegenden Gebirge aufnahm und das mindestens bis zum Ende des Perms existierte (Abb. 1). Die westliche Begrenzung ist nicht bekannt, da aus dem Gebiet mit mächtiger triassischer und jurassischer Bedeckung nur wenige Bohrungsdaten vorliegen. Die Hauptmasse der Rotliegend- Gesteine in der Bohrung Lindau 1 wird von Schwemmfächern (alluvial fans) und fluviatilen Se- dimenten gebildet.

Sicher mariner Zechstein liegt im Stockheimer Becken und in den Bohrungen Staffelstein, Mürsbach und Eltmann vor (Trusheim 1964, Leitz 1976, Käding 1978). Ob bei Bayreuth mariner Zechstein erbohrt wurde, ist ungewiss. Das Perm der Bohrung Obernsees wird kontrovers diskutiert (Emmert et al. 1985, Schuh 1985, Weber 1990).

Farben der Sedimente Farben sind das auffälligste Merkmal der Sedimente. Das gesamte erbohrte Rotliegend setzt sich aus roten Sedimenten zusammen, die weiße Flecken oder weiße dünne Lagen aufweisen, die der Schichtung folgen (Abb. 10). Die Flecken sind in der Fläche meistens kreisrund, im Raum kugelig und bis einige Zentimeter groß (Abb. 11). Sie können so häufig werden, dass die rote Farbe nur noch auf kleinen Flächen vorkommt. Die Farbansprache ergab für die roten Sandsteine Werte um 7,5 R 5/4 (red) und 10 R 5/4 (pale red). Die roten Tonsteine weisen im allgemeinen eine dunklere Tönung auf. Sie wurden mit 10 R 4/4 (red) bestimmt. Graue Tonsteine ergaben 5GY 6/1 (greenish grey). Für die hellen oder weißen Sandsteine wurde N8 bis N7 (white – light grey) ermittelt. Violette Farben, die im Buntsandstein und Rotliegend Süddeutschlands eine große Rolle spielen und die nach Ortlam (1974) als Indikatoren für pedogene Prozesse gelten sollen, wurden nicht beobachtet.

Die hellen Sandsteine sind im allgemeinen weniger als einen Meter mächtig. Nur zwischen 272 und 279 m kommt eine mächtigere Folge vor, allerdings unterbrochen durch dünne rote Ab- schnitte. Die fazielle und lithostratigraphische Position dieser Einheit wird weiter unten diskutiert. Die dünnen weißen Lagen in roter Umgebung bestehen häufig aus etwas gröberen Körnern (Abb. 11). Ihre Entfärbung könnte durch eine etwas höhere Porosität und Permeabilität für die reduzierenden Lösungen erklärt werden.

Stylolithen Stylolithen sind Folge von Drucklösung und entstehen bei der späteren Kompaktion oder late- ralem Druck. In der Bohrung kommen sowohl Vertikal- als auch Horizontal-Stylolithen vor. Ers- tere bevorzugt in den Karbonat-Horizonten, Horizontal-Stylolithen auch in reinen Sandsteinen (zum Beispiel bei 261,00 m). Das heißt, die Sandsteine müssen einem starken lateralen Druck ausgesetzt gewesen sein, der wohl Folge einer kompressiven Tektonik war.

Biogene und sedimentäre Strukturen Die in mehreren Abschnitten um 260 m Teufe in fein- bis mittelkörnigen Sandsteinen vorkommenden Spuren sind kreisrund, haben Durchmesser von etwas unter einem Zentimeter und 40 Josef Paul

verlaufen meistens horizontal. Ein Stopfgefüge lässt sich nicht erkennen.

Trocken- und Synärese-Risse wurden nur selten beobachtet. Das mag auch eine Folge der geringen Präsenz von Tonsteinen sein; denn nur dort treten Trockenrisse auf. Große Teile der Schichtenfolge sind deutlich geschichtet. Bei einigen Abschnitten war die Schichtung nur undeutlich zu erkennen. Schrägschichtung und erosive Kontakte kommen in fast allen Bereichen vor.

Lösung und Verkarstung Die karbonatischen Abschnitte um 278,10 m des Kerns weisen intensive Lösungserscheinungen auf (Abb. 12). Es lassen sich sowohl vertikale, zum Teil versetzte, einige Millimeter breite offene Klüfte erkennen als auch irreguläre, bis ein Zentimeter große, längliche offene Löcher. Diese Löcher sind unregel mäßig über den Kernabschnitt zwischen 278,00 und 278,20 m verteilt. Es sind sehr wahrscheinlich herausgelöste Komponenten, vermutlich Evaporite, zum Beispiel Gips oder Steinsalz. Unterstützt wird diese Interpretation durch die hier völlig zusammen- Abb. 12: Karbonatlösung und ein Zusam- gebrochene Schichtung, so dass dieser Abschnitt als menbruch des Gefüges deuten auf Lösungsbrekzie zu bezeichnen ist. Klüfte, die sich ehemalige Evaporit-Sedimente. Bildbreite 10 cm. Werra-Folge, Zechstein. bei diesem Vorgang oder auch später gebildet hatten, Brg. Lindau 1, 278,00 – 278,17 m Teufe. wurden per Lösung erweitert und verheilten teilweise mit karbonatischen Zementen.

Schwemmfächer-Sedimente und fluviatile Ablagerungen Schwemmfächer-Ablagerungen nehmen neben Barren-Sedimenten den größten Teil der Rot- liegend-Sedimente im Kern der Bohrung Lindau 1 ein. Sie bestehen aus schlecht geschichteten bis ungeschichteten, nicht gradierten, schlecht sortierten Schuttströmen (debris flows). Ein typi- sches Beispiel ist in Abb. 3 dargestellt. Der Durchmesser der Korngrößen kann über 10 cm erreichen. Die kaum gerundeten, eckigen Komponenten deuten auf einen nur kurzen Transportweg. Schuttströme kommen bevorzugt zwischen 320 und 420 m des Kernes vor. Schlammströme (mud flows) treten dagegen kaum auf. Die verfügbaren Gehalte an Silt und Ton waren zu gering.

Die reinen, gut sortierten Sandsteine, die im oberen und unteren Teil des Kernes vorkommen, sind in einem fluviatilen Environment entstanden. Die relativ groben Korngrößen und die ausge- prägte Schrägschichtung weisen auf eine Ablagerung als Barren hin. Überflutungssedimente sind auf die wenigen Zentimeter mächtigen Silt- und Tonlagen beschränkt. Mächtigere Pakete können allerdings auch von der darauf folgenden Einheit erosiv entfernt worden sein.

Sequenzen Die in der Abb. 2 dargestellten Sequenzen sind Korn-Verfeinerungssequenzen, am häufigs- ten fining-upward-Sequenzen, das heißt, innerhalb einer Schüttungseinheit nimmt allmählich Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 41 oder zum Teil auch abrupt – kenntlich an einer Lücke in der Korngrößenverteilung – die Transportenergie ab. Die insgesamt groben Korngrößen und die fehlende Rundung der Komponenten spricht für einen nur sehr kurzen Trans- portweg mit einem steilen Gradienten. Die Einschüttung dürfte also vom Ost- oder Westrand des langgestreckten Naab-Beckens erfolgt sein. Ein Längstransport kommt weniger in Frage.

Gute Sortierung von Einzellagen, Feinschichtung im Mittel- und Feinsand-Bereich, auskeilende dünne Lagen und ein steiler Fallwinkel der Schrägschichtung von bis zu 320 sind typisch für äolische Sedimente (Abb. 13). Es fehlen allerdings roll-over Marken und einige andere Kennzeichen. Die als äolische Sedimente angesprochenen Abschnitte sind wohl eher flache ebene Sandflächen (sheet sands) als steil emporragende Dünen gewesen.

In den Rotliegend-Kernen wurden keine Karneol- Knollen beobachtet, die sonst in verschiedenen Niveaus des Rotliegenden und des Buntsandsteins vorkommen. Dies ist vielleicht darauf zurückzuführen, dass die Kar- neol-Konkretionen, die als Silcrete zu deuten sind, eher an die Schwellen und die Becken-Ränder gebunden sind.

Für den Bereich 278–279 m, der die Ooide enthält, können zur Fazies nähere Aussagen gemacht werden. Die Mischung mit siliziklastischen Körnern, die unregelmä- ßige Schichtung, die biogenen Krusten und das – ehemalige – Vorkommen löslicher Bestandteile, wahrscheinlich Abb. 13: Äolische Schichtung. Evaporite, deuten auf Ablagerung nahe eines Strandes Zechstein. Bildbreite 10 cm. Brg. Lindau 1, 264,70 m Teufe. oder in einer Lagune in einem insgesamt übersalzenen Milieu hin. Dieser Abschnitt bildete sich in der Nähe der damaligen Küste. Es ist der südöstlichste Nachweis von marinen Verhältnissen im Zechstein Bayerns.

5. Stratigraphische Einstufung

Fossilien wurden bislang in den untersuchten Abschnitten nicht gefunden. Da es auch keine radiometrischen Datierungen gibt, können nur mittels Analogie Aussagen zur stratigraphischen Einstufung gemacht werden. So muss die allgemeine fazielle Entwicklung in benachbarten, besser untersuchten und stratigraphisch einstufbaren Gebieten herangezogen werden.

Im unteren Teil der erbohrten Schichtenfolge herrschen weder graue Farben vor, die reduzierende Bedingungen anzeigen, noch Sedimente, die reich an biogenem Detritus sind. Beides sind Hinweise auf entsprechende Gesteine oberkarbonischen Alters, die sowohl im Stockheimer Becken als auch in Erbendorf und Weiden auftreten (Stephan 1956, Veld & Kerp 1992). Auch gibt es keine Spuren eines unterpermischen, autun-zeitlichen Vulkanismus, der in allen oben 42 Josef Paul genannten Ausbissen des Naab-Beckens vorkommt und der bei den geringen Entfernungen auch in der Bohrung Lindau 1, zumindest in Form von Pyroklastika, vorhanden sein müsste. Deshalb werden die unteren erbohrten Sedimente der Bohrung Lindau 1 in das obere Rotliegend eingestuft, wobei zu bemerken ist, dass die Begriffe Ober-/Unterrotliegend bislang nicht allgemein verbindlich definiert sind.

Die Zechstein/Rotliegend-Grenze wird bei etwa 280 m gezogen. Die gutsortierten ooid reichen Lagen bei 278 bis 279 m werden in die Werra-Folge gestellt. Zwar können Ooide auch in nicht-marinen Environments vorkommen, so treten sie auch im unteren Autun des Sprendlinger Horstes auf (Marell 1987) oder sind als Rogensteine aus dem Unteren und Mittleren Buntsand- stein Norddeutschlands bekannt (Usdowski 1962, Paul & Peryt 2000), aber aus dem hochariden oberen Rotliegend Deutschlands wurden bislang keine entsprechenden Vorkommen beschrieben. Auch die in diesem Abschnitt mehrfach auftretenden intensiven bioturbaten Horizonte weisen auf ein aquatisches, vermutlich marines oder marin beeinflusstes Milieu hin (Dr. D. Dittrich, Mainz, frdl. mündl. Mitt.). Die weiße Farbe und grünliche kleine Tonklasten in sonst fast aus- schließlich roten Sedimenten deuten auf reduzierende Verhältnisse, die in Zechstein-Sedimenten allgemein auftraten.

Ein Problem bereiten die hellen Sandsteine, die zwischen Ablagerun- gen des Zechsteins und des Rotlie- genden eingeschaltet sind (Abb. 14). Im gesamten Südhessen und nörd- lichen Bayern findet sich in dieser Position unterhalb des Kupferschie- fers ein heller, im allgemeinen einige Meter mächtiger Sandstein, das Weißliegend, das allgemein als das oberste Rotliegend angesehen wird (Trusheim 1964, Leitz 1976, Kulick et al. 1984, Schumacher 1985, Paul i. V.). Er wird in Hessen und Bayern als fluviatiler Sandstein e g deutet, dem auch eine äolische Komponen- te beigemischt sein kann und dessen oberster Meter bei der Transgression des Zechstein-Meeres aufgearbei- tet wurde. Ooide sind bislang aus dem Weißliegend nicht bekannt geworden. Das gilt auch für Sachsen- Anhalt, wo dieser Sandstein zum ersten Mal beschrieben wurde und die weiteren Vorkommen in Nieder- schlesien und England, wo diese Ab- lagerungen intensiv untersucht wurden. Die helle Farbe ist eine Folge späterer diagenetischer Entfärbung unter dem Einfluss reduzierender Wässer aus dem darüber liegenden Abb. 14: Folge heller Sandsteine an der Basis des Zechsteins. Zechstein. Entweder wurden die Bohrung Lindau 1, 273-279 m Teufe. Siehe auch Farbtafel 2. Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 43 optisch wenig spektakulären Ooide bislang übersehen oder sie sind einmalig oder es muss allgemein damit gerechnet werden, dass die hellen Sandsteine Frankens erst nach der Transgression des Zechstein-Meeres abgelagert wurden und damit in den Zechstein gestellt werden müssen.

Die ooid-führenden Sandsteine vertreten den Zechsteinkalk, den Ca1. Sie stellen den Höhe- punkt der Transgression des Zechstein-Meeres dar. Die äolischen Sandsteine bei 264 m Teufe sind bereits in einem regressiven Stadium des z1 oder während des z2, dessen marine Fazies nicht so weit nach Süden reichte, abgelagert worden. Die Zechstein/Rotliegend-Grenze wird deshalb an die Basis der hellen Sandsteine gelegt.

Nach den Ergebnissen in der Bohrung Lindau 1 kann die stratigraphische Einstufung der Bohrung Obersees revidiert werden. Emmert et al. (1985) und Schuh (1985) nahmen an, dass in dieser Bohrung der Zechstein auf das Grundgebirge transgredierte und Rotliegend-Gesteine nicht vorhanden seien. Soffel & Wippern (1998) zogen die Zechstein/Rotliegend-Grenze nach der Interpretation paläomagnetischer Befunde bei 1286 m und stellten damit die unteren 56 m in das Rotliegend. Nach den Beschreibungen von Emmert et al. (1985) und Schuh (1985) liegen die untersten 19 m über dem Grundgebirge in einer Fazies vor, die ziemlich genau dem Bereich zwischen 360 und etwa 420 m der Bohrung Lindau 1 entspricht. Dort wechseln rote grobe Sandsteine und Brekzien, deren Komponenten vorwiegend aus Quarz bestehen, mit grauen oder rosa dolomitischen Konkretionen. Außerdem kommen häufiger grünliche Silt- und Tonsteine vor. Schuh (1985) erwähnt Kalifeldspäte und Quarze, die von Dolomit gefüllten Rissen durchsetzt sind. Es sind dies wohl die „exploding grains“, die für pedogen entstandene Calcretes typisch sind. Nach den eher summarischen Beschreibungen kann nicht gesagt werden, ob es sich ausschließlich um pedogene Konkretionen handelt oder ob - wie im Fall der Bohrung Lindau 1 - auch Grund wasserkarbonate vorliegen. Nach diesen Befunden wurde diese Folge im terrestrischen Environ- ment, im Rotliegend abgelagert. Der darüber folgende, 24 m mächtige Abschnitt ist nach Emmert el al. (1985) und Schuh (1985) deutlich feinkörniger, sandig, siltig und enthält Lagen von dichtem, grauem Dolomit beziehungsweise Drusen mit Dolomitkristallen. Dieser Abschnitt wurde eher in einem marin-evaporitischem Milieu, dem Zechstein, abgelagert als im Rotliegenden. Er ist daher wahrscheinlich in den Zechstein zu stellen.

Die Bohrung Bindlach 1980 wurde etwa 5 km nördlich Bayreuth, nur 50 m vom Ausbiss der Kulmbacher Störung entfernt, abgeteuft. Bei einem Einfallen von 40° wurden Karneol führen- de Sandsteine erbohrt, die mit einer 7 m mächtigen Grobsandschüttung abschließen. Emmert (1982) stellte diese Serie in den Unteren Buntsandstein und die darunter liegenden Gesteine von knapp 50 m Mächtigkeit in den Zechstein. Sie bestehen nach Emmert (1982) aus groben Arkosen, Sandsteinen und Dolomit, die als hellgraue Dolomitsteine, sehr häufig in Form von Knollen oder als knollig absondernd beschrieben werden. Die Sandsteine sind häufig dolomitisch zementiert. Hinweise auf Bioturbation und Ooid-Lagen sind nicht erwähnt. Die Untersuchung auf Pollen und Sporen verlief negativ. Emmert (1982) stellte unter Vorbehalt („allem Anschein nach“) eine 50 cm mächtige Bank von „Dolomitsteinfeinsandstein bis Dolomitstein“ als Vertretung des Platten dolomits dar, der bei Kronach noch sicher angesprochen werden kann (Leitz 1976). Leider ist die lithologische Beschreibung nicht ausreichend, zumal Angaben zur Schichtung völlig fehlen, um sicher zu entscheiden, ob die mehrfach in der Schichtenfolge vorkommenden Dolomite in einem aquatischen (marinen oder evaporitischen) Milieu abgelagert wurden oder ob es sich um terrestrische Paläoböden beziehungsweise Grundwasserkarbonate handelt. Nach dem Vergleich mit der Bohrung Lindau 1 könnte es sich auch um rotliegend-zeitliche Ablagerungen handeln. Da die Bohrung in unmittelbarer Nähe zur Kulmbacher Störung abgeteuft wurde, müssen auch tektonisch bedingte Lücken oder Wiederholungen in Betracht gezogen werden. 44 Josef Paul

6. Paläogeographie des Naab-Beckens

Die Rotliegend-Sedimente der Bohrung Lindau 1 wurden im Naab-Becken abgelagert, das sich von Weiden oder Schmidgaden über Erbendorf, Bayreuth und Stockheim entlang des Randes der Böhmischen Masse erstreckte (Peterek et al. 1994, 1996, Schröder et al. 1998, Paul & Schröder in V.). Das Stockheimer Becken steht andererseits mit dem großen Kraichgau-Becken in Verbin- dung. Ob es einen Zusammenhang über den Thüringer Wald zum Saale-Becken gab, wird zur Zeit diskutiert. Das Subsidenz-Zentrum des Naab-Beckens lag westlich Weiden. Hier wurden im Rotliegend (einschließlich des Oberkarbons) mehr als 2800 m Sediment akkumuliert (Müller 1994). Zur Konfiguration und paläogeographischen Ausgestaltung dieses Beckens können zur Zeit noch keine Aussagen gemacht werden.

Die Sedimente des Stockheimer Beckens sind sehr differenziert. Unter dem hier noch vorkommenden Kupferschiefer als Marker-Horizont treten maximal 10 m mächtige helle Sandsteine auf, das bereits diskutierte Weißliegend, die oberste Einheit des Rotliegenden (Leitz 1976). Dar- unter folgen bis 400 m mächtige rötliche Sandsteine, deren Fazies nicht klar gedeutet ist (Dill 1988). Rote Tonsteine, die Gerölle und Karbonatlagen aufweisen, bilden die darunter folgende, einige 100 m mächtige Serie. Die Basis wird von Pyroklastika, Fanglomeraten und einem Kohle flöz gebildet. Das Rotliegend der Bohrung Lindau 1 ist mit der Serie der rötlichen Sandsteine korrelierbar.

Die Sedimente des Zechsteins liegen im Stockheimer Becken in mariner Randfazies vor, das heißt , Karbonate und Anhydrit-Schichten sind voll ausgebildet. Dagegen sind in der Bohrung Lindau 1, knapp 30 km weiter südöstlich gelegen, marine Sedimente sicher nur an oder nahe der Basis des Zechstein nachzuweisen.

Das nahe gelegene Vorkommen von Wirsberg besteht aus wenig verfestigten, roten Fanglo- meraten. Ihre Mächtigkeit mag 20–30 m betragen (Emmert et al. 1960). Über stratigraphische und fazielle Beziehungen zur Bohrung Lindau 1 lässt sich auf Grund der wenig aussagekräftigen Sedimente nichts sagen.

Das Weidenberger Rotliegend wird einige 100 m mächtig und besteht aus einer fanglomeratischen unteren und einer sandig-tonigen oberen Serie (Emmert & Stettner 1995). Die Folge schließt mit den sogenannten Karneol-Dolomit-Schichten ab (Schröder 1958). Genauere Korre- lationen können nicht gezogen werden.

Das nur kleine Erbendorfer Vorkommen von Permo-Karbon besteht im unteren Teil aus Ar- kosen, Sandsteinen, Schwarzschiefern und einem Kohleflöz. Dieser Teil der Abfolge wird ins Karbon gestellt. Es folgen vulkanische Gesteine, Ergüsse und Pyroklastika. Der obere und am wenigsten bekannte Teil setzt sich aus roten und grauen Tonsteinen, lakustrinen Karbonaten und roten konglomeratischen Sandsteinen zusammen, die das Rotliegend repräsentieren (Stettner & Schröder 1990, Stettner & Richter 1993). Das Rotliegend der Bohrung Lindau 1 lässt sich am besten mit diesem oberen Abschnitt korrelieren.

Nicht durch die Ergebnisse von Bohrungen gesichert, erscheint der nach Norden weisende Sporn einer rotliegendfreien Schwelle zwischen Naab- und Kraichgau-Becken (Abb. 1). So könnte es zwischen der Bohrung Obernsees, deren Rotliegend zum Kraichgau-Becken gerechnet wird und dem Bayreuth-Weidenberger Rotliegend eine Verbindung gegeben haben. Hier weist die paläogeographische Karte noch viele Fragezeichen auf. Rotliegend und unterer Zechstein der Forschungsbohrung Lindau 1 45

Die in einigen Bohrungen oder auch nur seismisch oder gravimetrisch erfassten Rotliegend- Vorkommen bei Nürnberg haben allem Anschein nach keine Verbindung mit dem Naab-Trog, obwohl jede neue Bohrung die paläogeographische Karte ändern kann (Abb. 1). Die bei Nürnberg und Abenberg erbohrten Gesteine bestehen im Wesentlichen aus Fanglomeraten mit einer starken vulkanischen Komponente (Klare & Schröder 1986, Haunschild 1990, Gudden et al. 1993, Kurszlaukis & Lorenz 1993).

7. Zusammenfassung und Ausblick

Die Sedimente des Rotliegenden und des unteren Zechsteins wurden faziell und sedimentologisch untersucht, um daraus Angaben zu ihrer stratigraphischen Stellung und der paläogeogra- phischen Position zu gewinnen. Es lassen sich Ablagerungen von Schwemmfächern, fluviatile und äolische Gesteine unterscheiden. Intensiv wurden die karbonatischen Sedimente analysiert. Es kommen sowohl pedogen entstandene Karbonate vor als auch Konkretionen, die im Grund- wasser ausgefällt wurden. Erstmalig ist der Nachweis von Ooiden, biogenen Krusten und Gefüge- Zusammenbrüchen, die wahrscheinlich auf gelöste Evaporite zurückzuführen sind. Sie wurden im marinen oder marin beeinflussten Zechstein gebildet. Reduzierende Lösungen führten in den Rotliegend-Sedimenten zur Entfärbung und einer intensiven Dolomit-Zementation. Die perva sive Dolomitisierung erfasste alle bereits vorhandenen Karbonate.

Nicht gelöst sind feinstratigraphische Probleme, wie zum Beispiel das Rotliegend näher zu gliedern und mit den Nachbargebieten zu korrelieren ist. In diesen Gebieten fehlen entsprechende Untersuchungen, aber zum Teil ist auch kein Material verfügbar. Möglicherweise würde auch die Untersuchung der Tonminerale Hinweise zur Fazies und zur stratigraphischen Einstufung geben.

Unbekannt ist auch die zeitliche Einstufung der pervasiven dolomitischen Zementation, die das gesamte Rotliegend betroffen hat. Die Konfiguration des Naab-Beckens ist bislang nur vage bekannt. Unklar ist, wo die größte Beckentiefe war und in welche Richtung die Flüsse entwäs- serten. Ein weiteres Problem, dass noch untersucht werden muss, ist die genaue Lage der Küsten- linie des Zechstein-Meeres. Wie von den Fluktuationen des Meeresspiegels in der Becken- oder Schwellen-Fazies bekannt ist, müsste die Küste mehrfach um einen größeren Betrag gependelt sein. Oberfranken liegt in der äußeren Zone dieses Schwankungsbereiches. Noch völlig unbekannt sind die Zechstein-Äquivalente, das heißt die Sedimente, die im Hinterland abgelagert wurden, in dem Bereich, der über permanente oder temporäre Flüsse in das Zechsteinmeer ent- wässerte. Für weitere Untersuchungen des Rotliegenden und Zechstein im Naab-Becken bleibt ein weites Feld.

Danksagung: Herrn Dipl.-Geol. T. Pürner, Marktredwitz, danke ich für Hilfen bei der Probe nahme und dem Transport von Proben. Frau B.-Sc. H. Stück fertigte die Zeichnungen an. Mit Frau Dr. D. Dittrich, Mainz, und Herrn Dr. K.-C. Käding, Kassel, konnte ich Probleme der randlichen Ausbildung des Zechsteins diskutieren. Wertvolle Hinweise zur Sedimentologie klastischer Gesteine verdanke ich Herrn Dr. H. Gökdağ, Moringen. Das beharrliche Drängen von Herrn Dr. W. Freudenberger, München, förderte diese Untersuchung. 46 Josef Paul

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Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 49–61, München 2006 49

Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

Von Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

Mit 5 Abbildungen, 3 Tabellen und 4 Farbtafeln

Schlüsselwor te: N-Bayern – Lindau – Spitzeichen – Bohrung – Buntsandstein – Gamma-Log Ku rzfassu ng: Die Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 wurden auf dem Blatt 5935 Marktschorgast, NNW Bayreuth/Oberfranken, niedergebracht. Die Kernbohrung Spitzeichen 1 durchteufte 45,80 m basalen Oberen Buntsandstein, 172,50 m Mittleren Buntsandstein und 24,40 m Unteren Buntsand- stein. Die Kernbohrung Lindau 1 setzte im basalen Mittleren Buntsandstein an (bis 31,10 m) und durch- örterte 151,20 m Unteren Buntsandstein. Die Schichtenfolge des Buntsandsteins beider Bohrungen wird beschrieben und stratigraphisch gedeutet.

Buntsandstein of exploratory diamond cored boreholes Lindau 1 and Spitzeichen 1

Keywords: N-Bavaria – Lindau – Spitzeichen – borehole – Buntsandstein – stratigraphy – gamma ray log Abst ract: Two adjacent research diamond drill holes NNW of Bayreuth (NE-Bavaria; sheet No. 5935 of the 1 : 25 000 Topographic Map) intersected an almost complete section of the Buntsandstein (Bunter) sequence. The Spitzeichen No. 1 well encountered 45.80 m of Upper Buntsandstein, followed by Middle Buntsandstein (172.50 m) and the top part (24.40 m) of Lower Buntsandstein. The Lindau No. 1 well started in the basal layers of the Middle Buntsandstein (31.10 m) and intersected the complete Lower Buntsandstein sequence (151.20 m). The lithology and stratigraphy of both well sections are presented.

Inhalt

1. Vorbemerkung ...... 50 2. Gliederung ...... 50 3. Schichtenfolge des Buntsandsteins ...... 52 3.1. Oberer Buntsandstein ...... 52 3.2. Mittlerer Buntsandstein ...... 52 3.3. Unterer Buntsandstein ...... 56 4. Paläogeographische Folgerungen ...... 58 5. Literatur ...... 60

Anschrift der Verfasser: Dr. Walter Freudenberger, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Dienst- stelle Hof, Hans-Högn-Straße 12, 95030 Hof, E-mail: [email protected]; Dr. Klaus e. Helmkampf, Im Gehaig 22, 95463 Bindlach, E-mail: [email protected] 50 Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

1. Vorbemerkung

Die Forschungsbohrung Spitzeichen 1 durchteufte von 0,0–45,80 m basalen Oberen Buntsand- stein (so), von 45,80–218,30 m Mittleren Buntsandstein (sm), und von 218,30 m bis zur Endteufe bei 242,70 m Unteren Buntsandstein (su). Starke Gebirgsklüftung verursachte erhebliche technische Schwierigkeiten, so dass Bohrkernverluste von insgesamt 24,6 m zu verzeichnen sind.

Die Kernbohrung Lindau 1 setzte im basalen Mittleren Buntsandstein an (0,0–31,10 m) und durchteufte von 31,10–182,30 m (151,20 m) Unteren Buntsandstein ohne nennenswerte Bohrkern- verluste.

Durch die stratigraphische Überlappung beider Bohrungen gelingt nun erstmals eine kom- plette Beschreibung und Gliederung des oberfränkischen Unteren und Mittleren Buntsandsteins im Raum Bayreuth.

2. Gliederung

Bisherige Gliederungsversuche des Buntsandsteins im Raum Coburg–Bayreuth, in der sogenannten Coburg-Senke (Abb. 1), wurden von Steinlein (1938), Leitz (1976a) und Gudden (1985) ausführlich beschrieben. Mit Hilfe eines Gliederungsprinzips, das sich an zyklisch wieder kehrenden Faziestypen orientiert, gelang es Leitz (1976b), den Buntsandstein zwischen Lauter tal (Bl. Meeder) und Kronach in 12 Sequenzen zu gliedern, die als Gerüst einer verbesserten Lokalstratigraphie anzusehen sind. Besondere Berücksichtigung fand bei Gudden (1985) die stratigraphische Einstufung des Kulmbacher Konglomerates, jenes Schichtstoßes, der sehr viel Verwirrung unter den Stratigraphen stiftete. „Das Kulmbacher Konglomerat liegt etwa in der Mitte des Buntsandsteins. ... und ist ... als basale Grobschüttung (Basalkonglomerat) der Volprie- hausen-Folge einzustufen.“ schlussfolgert Gudden (1985: 73) und bestätigt durch die Ergebnisse der Bohrung Obernsees die bereits von Emmert (1961, 1977, 1982, vgl. Schröder 1969) postu- lierte und durch die Forschungsbohrung Bindlach erhärtete Einstufung dieses Konglomerates. Auch die Kernbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 belegen nun eindeutig, dass unter dem etwa 24 m mächtigen Basalkonglomerat des Mittleren Buntsandsteins noch 151,20 m mächtige Sandsteine lagern, die dem Unteren Buntsandstein zuzuordnen sind. Bemerkenswert ist aber, dass auch der Untere Buntsandstein überwiegend grobkörnig, fein- bis mittelkiesig, über weite Bereiche sogar grobkiesig und konglomeratisch ausgebildet ist und dem Kulmbacher Konglo- merat durchaus ähnelt. Folglich können Einzelaufschlüsse oder flache Bohrungen zumindest im Raum Lindau/Trebgast, die Buntsandstein in konglomeratischer Fazies antreffen, nicht zwingend dem Kulmbacher Konglomerat zugerechnet werden. Diese Einstufungen können zweifelsfrei nur bei tieferen, ungestörten Bohrungen vorgenommen werden, die den Anschluss zum Hangenden bzw. Liegenden gewährleisten. Nach Möglichkeit sollten auch Gamma-Log-Auswertungen hin- zugezogen werden.

Die in der vorliegenden Arbeit angewandte Gliederung und stratigraphische Benennung orientiert sich an den Beschlüssen der Subkommission für Stratigraphie (Lepper [Hrsg.] 1993) und dem aktuellen „Symbolschlüssel Geologie“ des Bayerischen Geologischen Landesamtes. Anläss- lich einer Sitzung der Arbeitsgruppe Buntsandstein sowie Vertretern der Arbeitsgruppen Zech- stein und Rotliegend der Perm/Trias-Subkommission in Wackersdorf 2002 wurden die Kernboh- rungen besichtigt und die vorher erarbeitete stratigraphische Deutung diskutiert. Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 51

Abb. 1: Buntsandstein (inkl. Bröckelschiefer-Folge = Fulda-Folge): Verbreitung und Paläogeographie (nach Haunschild 2000, Freudenberger im Druck). 52 Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

3. Schichtenfolge des Buntsandsteins

In der folgenden Beschreibung der Schichtenfolge wird nur auf Wesentliches und Besonder heiten hingewiesen. Die gegliederte Kernbeschreibung der Bohrungen Spitzeichen 1 (Sp 1) und Lindau 1 (Li 1) ist Freudenberger & Wagner (2006) zu entnehmen. Eine detaillierte Kernbe- schreibung ohne Gliederung findet sich bei Helmkampf (2002). Tabelle 1 fasst den erbohrten Buntsandstein hinsichtlich Gliederung, Teufe und Mächtigkeit zusammen.

Tabelle 1: Mächtigkeiten des Buntsandsteins in den Bohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1.

Gliederung Teufe Mächtigkeit [m] Bohrung so Röt-Folge 0—45,8 > 45,8 > 45,8 Solling-Folge 45,8—59,5 13,7 Hardegsen-Folge 59,5—116,3 56,8 Spitzeichen 1 sm 172,0 Detfurth-Folge 116,3—175,1 58,8 Volpriehausen-Folge 175,1—218,3 43,2 Bernburg-Folge 31,1—92,4 61,3 su 151,20 Lindau 1 Calvörde-Folge 92,4—182,3 89,9

3.1. Oberer Buntsandstein Röt-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Der in der FB Spitzeichen 1 erbohrte Obere Buntsandstein ist dem Tieferen Oberen Buntsandstein (sou) [Unterer Plattensandstein, Roter Sandstein] der Rand- fazies zuzuordnen. Emmert (1962) ermittelte auf Bl. Marktschorgast für sou eine Mächtigkeit von etwa 40 m, so dass dieser in der Bohrung nahezu vollständig erschlossen sein sollte.

Das Gamma-Log zeigt eine charakteristische Dreiteilung. Der untere Teil (45–27 m) besteht aus 3 mächtigen Paketen niedriger γ-Zählraten, die 3 dicke Sandsteinbänke von je etwa 4–5 m repräsentieren. Darüber folgt (27–14 m) ein mittelbankiger klassischer unten-grob-(fining-upwards) Zyklus mit nach oben zunehmenden γ-Zählraten bzw. mächtiger werdenden tonig-siltigen Zwischenlagen. Zuoberst (14–1 m) folgt eine weitere Wechsellagerung, jedoch ohne eindeutig zyklischen Trend.

Gesteinsausbildung: Sandstein, untere Hälfte grob-/mittelkörnig, arkosisch, hart, teils schräg- geschichtet, dickbankig, untere Hälfte überwiegend feinkörnig, siltig, tonig gebunden, dünn- bis mittelbankig; rotbraun, hellgrau, violettbraun; mit Ton- und Siltsteinschmitzen; mit 10–40 cm mächtigen Siltsteinlagen, tonig, feinsandig, teils glimmerführend, rotbraun, Violetthorizonte.

Der Sandstein ist häufig stark Fe-/Mn-fleckig; teils löcherig und entfestigt z. B. bei 11,00– 14,30 m, 39,40–39,60 m; Karbonat-Linsen (Caliche) bei 31,70–32,50 m.

3.2. Mittlerer Buntsandstein

Der Mittlere Buntsandstein wurde mit einer Gesamtmächtigkeit von 172,0 m komplett in der FB Spitzeichen 1 erbohrt. Emmert (1962) ermittelte für Blatt Marktschorgast etwa 188 m (inkl. Grenzkarneolhorizont, der damals (noch) dem so zugerechnet wurde). Die FB Lindau 1 setzt etwa in der Mitte der Volpriehausen-Folge an und überlappt im sm mit etwa 25 m die FB Spitz Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 53 eichen 1. Kartiertechnisch konnte die Abfolge zwischen Kulmbacher Konglomerat und Grenz- karneolhorizont nicht untergliedert werden und wurde demzufolge in geologischen Karten als Hauptbuntsandstein zusammengefasst (vgl. Tab. 1–2). Auch schwermineralanalytisch konnte der sm nicht weiter untergliedert werden (vgl. Schnitzer 1957).

Tabelle 2: Gliederung und Mächtigkeit des Mittleren Buntsandsteins in FB Spitzeichen 1.

Synonymbegriffe FB Spitzeichen 1 Gliederung (Beckenfazies) [überholt] Lithologie M. [m] Delta Grenzkarneol- Sandstein, vorw. mittel- smS Solling-Folge 13,7 2a horizont körnig Hardegsen- Sandstein, grobkörnig, fein- smH 56,8 Mittlerer Folge kiesig, konglomeratisch Bunt- Hauptbunt- sm2 Sandstein, grobkörnig, teils sand- smD Detfurth-Folge sandstein 58,8 schwach feinkiesig stein Sandstein, grobkörnig, Volpriehausen- smV Kulmbacher fein- bis mittelkiesig, 43,2 Folge sm1 Konglomerat konglomeratisch

Solling-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Die 13,70 m mächtige Solling-Folge in der FB Spitzeichen 1 ist nicht weiter zu untergliedern. Emmert (1962) ermittelte für Blatt Marktschorgast ebenfalls ca. 13 m für den „Grenzkarneolhorizont“, der stratigraphisch heute der Solling-Folge zugeordnet wird.

Das Gamma-Log zeigt einen überwiegend mittelbankigen Wechsel von Sand- und Ton-Spit- zen, die insgesamt einen zusammenhängenden unten-grob Zyklus von nur mäßig steilem Trend bilden.

Gesteinsausbildung: Sandstein, überwiegend mittelkörnig, siltig, tonig gebunden, hart, selten geschichtet, dünn- bis mittelbankig, hellgrau, rotbraun, violettbraun, grün, ocker mit Ton- und Siltsteinschmitzen; mit 10–30 cm mächtigen Siltsteinlagen, tonig, feinsandig, rotbraun, violett, ockerbraun, stark Fe-/Mn-fleckig, teils löcherig mit Schlitzreihen und völlig entfestigt, mürber Sandstein bei 48,90–49,20 m, 50,40–50,60 m. Auffälligstes Merkmal sind bunte, schmutzig-ver- waschene Färbung und Entmischung (Turbation, Hinweis auf Paläoböden).

Schon Emmert (1962) führt das löcherige Aussehen des Sandsteins auf ursprünglichen Kar- bonatgehalt zurück, nachdem er gelbe, sandige Dolomitknollen beobachten konnte. In neueren Bohrungen im Raum Bindlach waren solche Caliche-Bildungen sowohl in der Solling-Folge, als auch im Oberen Buntsandstein häufig zu beobachten (s.H elmkampf 2006). In den meisten Fällen ist das Karbonat allerdings bereits herausgelöst und nur noch brauner oder schwarzer Fe/Mn- Mulm vorhanden. Auch im Raum Coburg–Neustadt wurden in zahlreichen Bohrungen karbonatische Einschlüsse als charakteristisch für die Solling-Folge beschrieben (Freudenberger et al. 1998). Ähnliche Beobachtungen machte Puff (1995, 2000) in Südthüringen („Tigersandstein“).

Hardegsen-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Die Hardegsen-Folge wurde in der FB Spitzeichen 1 mit einer Mächtigkeit von 56,80 m erbohrt. Die Abgrenzung zur hangenden Solling-Folge ergibt sich aus dem markanten Korngrößen- und Gefügewechsel, denn es treten nun geschichtete, auch feinkiesige, 54 Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

Abb. 2: FB Spitzeichen 1: Teufe 54,0–60,0 m. Bei Teufe 59,5 m liegt oberhalb des Ton- steins die Grenze Solling-/Hardegsen-Folge (Mittlerer Buntsandstein). Foto: Michael Höck 2002. Siehe auch Farbtafel 3. teils konglomeratische Sandsteine auf (Abb. 2). Die Abgrenzung zur liegenden Detfurth-Folge gelingt nicht zweifelsfrei. Sie wurde hier an die Unterkante eines durch fanglomeratischen Schutt gekennzeichneten Zyklus gelegt (116,3 m), sie könnte auch höher liegen.

Die Gamma-Log-Signatur zeigt mittel- und dickbankige rhythmische Wechsel zwischen gut differenzierten Sand- und Pelit-Spitzen (Amplitudendifferenz ca. 50 API). Sie lassen sich zu 3 mäßig ausgeprägten unten-grob Zyklen zusammenfassen: 116–91m, 91–66 m und 66–59 m.

Gesteinsausbildung: Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, konglomeratisch (Quarzgerölle), arkosisch, tonig gebunden, mäßig hart bis hart, meist schräggeschichtet, rotbraun, hellgrüngrau; mit 10–60 cm mächtigen Siltsteinlagen, tonig, teils sandig, rotbraun; mit Sandsteinlagen, fein- bis mittelkörnig, tonig gebunden, mäßig hart bis hart, fein- und schräggeschichtet, teils feldspat- und glimmerführend, häufig Ton-/Siltsteingerölle; fanglomeratisches Fein-/Mittelkies-Paket (Feld- spat, Quarz) an der Basis; zwischen 93,10–97,90 m Fe-/Mn-Mulm.

Als Besonderheit tritt ein feinsandiger, mürber, karbonatischer Siltstein bei 106,30–106,90 m auf. Ton- und Sandsteinklasten sowie die hellbraune Farbe legen nahe, dass es sich um eine Sand- löss-haltige Kluftfüllung handelt; eine Störung an dieser Stelle ist nicht auszuschließen.

Detfurth-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Für die Detfurth-Folge in der FB Spitzeichen 1 wurde eine Mächtigkeit von 58,8 m ermittelt. Die mit Unsicherheiten behaftete Abgrenzung zur hangenden Hardegsen-Folge wurde oben beschrieben. Die Grenze zur liegenden Volpriehausen-Folge ist ein tiefer Sedimentations-Einschnitt, an dem über einem mächtigen tonigen Paket wieder Sandsteine einsetzen. Wegen vielfacher Kernverluste ist die Grenze am besten im Gamma-Log zu präzisieren. Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 55

Das Gamma-Log zeigt in der unteren Hälfte (175–136 m) eine zwar unruhige, aber wenig markante Signatur (Einzelpeaks < 30 API) mit insgesamt nach oben abnehmenden Zählraten (also „unten-fein“). Im Bohrkern entspricht dem eine durchgehende Sandsteinflöte mit wenigen feinen tonigen Laminae. Lediglich bei 158–155 m und 142–136 m sind Bereiche höherer Zähl- raten eingeschaltet, die im Kern aber nicht unmittelbar nachvollziehbar sind. Die obere Hälfte (136–113 m) erscheint als ziemlich regelmäßige dünnbankige Wechselfolge mittlerer Sand/Pelit- Amplituden mit insgesamt leichter unten-grob Tendenz. Die gesamte Folge kann entweder als symmetrischer Zyklus bzw. azyklischer Bereich, gefolgt von einem unten-grob Zyklus, aufgefasst werden.

Gesteinsausbildung: Sandstein, grobkörnig, teils schwach feinkiesig, teils arkosisch, tonig gebunden, mäßig hart bis hart, teilweise schräggeschichtet, rotbraun, hellgrüngrau; mit Ton- und Siltsteinschmitzen; mit Sandsteinlagen, fein- bis mittelkörnig, tonig gebunden, mäßig hart bis hart, fein- und schräggeschichtet. Die Detfurth-Folge ist insgesamt nicht so grob ausgebildet wie die Hardegsen- und Volpriehausen-Folge; andererseits fehlen tonige Zwischenlagen weitgehend.

Volpriehausen-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Die Volpriehausen-Folge wurde in der FB Spitzeichen 1 mit einer Mächtigkeit von 43,20 m erbohrt (in der FB Lindau 1 die unteren 30 m). Die Abgrenzung zur hangenden Detfurth-Folge erfolgt an der Obergrenze eines ca. 3 m mächtigen Ton-/Siltstein- Pakets (178–175 m), das die feinkörnige Dach-Phase des grobkörnigen Volpriehausen-Zyklus bildet. Die übrige stark konglomeratische Folge (Abb. 3) entspricht weitgehend dem „Kulmbacher Konglomerat“. Die Grenze zum liegenden Unteren Buntsandstein (Bernburg-Folge) wurde in der FB Spitzeichen 1 an die tiefste Konglomeratlage dieses Zyklus bei ca. 218 m gelegt.

Abb. 3: FB Spitzeichen 1: Teufe 210,0–216,0 m. Basale Volpriehausen-Folge (Mittlerer Buntsandstein) in grobkörnig-feinkiesiger, konglomeratischer Ausbildung. Foto: Michael Höck 2002. Siehe auch Farbtafel 4. 56 Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

Das Gamma-Log beginnt im Profil Spitzeichen im Liegenden mit der für viele Konglomerate typischen unruhigen Signatur (218–210 m), deren Äquivalent im (gedämpften) Gamma-Log von Lindau ein ruhigerer Block niedriger Zählraten ist (32–20 m). Darüber folgt in beiden For- schungsbohrungen die charakteristische Doppelbank mit trennendem maximalem Gamma-Peak, die die exakte Korrelierung der beiden Profile ermöglicht (s.H elmkampf 2006). Zum Hangenden folgt ein mehr als 20 m mächtiger Block mit sehr niedriger Gamma-Strahlung (FB Spitzeichen 1: 200–178 m) und der sprunghafte Anstieg um 100 API zum abschließenden Tonstein-Peak (s. o.).

Gesteinsausbildung: Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, selten mittelkiesig, konglomeratisch, tonig gebunden, teilweise mäßig hart bis hart, häufig entfestigt, teils schräggeschichtet, rotbraun, hellgrau; Gerölle, ∅ bis 5 cm (vorwieg. Quarz, teils polymikt) ; mit einzelnen 10–45 cm (zuoberst 140 cm) mächtigen Siltsteinlagen, tonig, feinsandig, rotbraun, auch blaugrün. Das obere Drittel der Abfolge ist infolge hoher Kernverluste (FB Spitzeichen 1) lithologisch nicht mit letzter Si- cherheit zu beschreiben. Das Gamma-Log spricht für einen 20 m mächtigen, besonders massiven Sandstein (Konglomerat ?), die Kernverluste und Kernreste für ausgeprägte Entfestigung.

3.3. Unterer Buntsandstein

Der Untere Buntsandstein wurde in der FB Lindau 1 mit einer Mächtigkeit von 151,20 m voll- ständig durchörtert. Die Überlappung mit FB Spitzeichen 1 beträgt etwa 25 m im su.

Bernburg-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Die Gamma-Log-Vergleiche legen nahe, die Bernburg-Folge mit einer Mächtigkeit von 61,30 m von der liegenden Calvörde-Folge abzugrenzen. Diese Grenz- ziehung an der Basis eines fanglomeratisch-tonigen Sandsteins ist allerdings nicht zweifelsfrei. Die Hangendgrenze zum Mittleren Buntsandstein wurde in der FB Spitzeichen 1 festgelegt (s. o.) und per Gamma-Log-Korrelierung zur FB Lindau 1 übertragen. Die konglomeratische Basal- schüttung des sm setzt sich deutlich ab von den eher mittel- bis schwach grobkörnigen Sedimen- ten der ausklingenden Bernburg-Folge.

Das Gamma-Log zeigt eine recht einheitliche Abfolge auf niedrigem Gamma-Niveau mit gleichmäßig-engständiger Differenzierung bei geringer Amplitude (25–45 API). Insgesamt ist eine fining-upwards Tendenz zu erkennen, wobei sich das Durchschnittsniveau aber um nur ca. 15 API verschiebt. Am deutlichsten setzen sich ein etwa 10 m mächtiges Basispaket und eine etwa 5 m mächtige Dachphase ab.

Gesteinsausbildung in der oberen Hälfte: „Bändersandstein“, grob/mittelkörnig/hell und feinkörnig/siltig/rot in cm-Lagen; mit Sandstein grobkörnig, mäßig hart, teils fein- oder schräg- geschichtet, rotbraun, hellgrau, rosa; mit Siltsteinlagen 10–30 cm mächtig, tonig, feinsandig, rotbraun.

Gesteinsausbildung in der unteren Hälfte: Sandstein, grobkörnig, fein- bis mittelkiesig, konglomeratisch, arkosisch, tonig gebunden, mäßig hart, teils schräggeschichtet, rotbraun, hellgrau; Quarz- und Feldspatgerölle, ∅ bis 5 cm; mit 5–50 cm mächtigen Siltsteinlagen, tonig, feinsandig, rotbraun. Zu unterst fanglomeratischer Sandstein, rote Tonmatrix, eckige Gerölle (Granit, Glim- merschiefer, Quarz, Feldspat). Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 57

Abb. 4: FB Lindau 1: Teufe 174,0–180,0 m. Basale Calvörde-Folge (Unterer Buntsand- stein) in grobkörnig-feinkiesiger, konglomeratischer Ausbildung, ab Teufe 178,6 m unterlagert von mittelkörnigem karbonatischem Sandstein, der dem Heigenbrücker Sandstein entsprechen könnte. Foto: Michael Höck 2002. Siehe auch Farbtafel 5.

Calvörde-Folge Gliederung und Mächtigkeit: Die Abgrenzung der 89,90 m mächtigen Calvörde-Folge zur hangenden Bernburg-Folge ist nicht eindeutig und basiert im Wesentlichen auf dem Gamma- Log (s. o.). Deutlich hingegen ist der lithologische Sprung zum liegenden Zechstein. Die dem Zechstein zuzuordnende Sandstein-Abfolge ist von der Korngröße her deutlich feiner als die Sedimente des Unteren Buntsandsteins. Außerdem sind die mehr fein- als mittelkörnigen Sand- steine des Zechsteins vielfach entschichtet und überwiegend karbonatisch oder enthalten Do- locrete-Linsen. Nach Hug (2004: 97) wird der höhere Zechstein in der Bohrung Lindau 1 von Sandsteinen des „Sd-Lithotyps“, also diffus geschichteten oder fleckig-schlierigen Sandsteinen dominiert. Vergleichbare „sandige Mischgesteins-Lithotypen“ der Hessischen Senke ordnet sie einer Sabkha-Sandebene als Sedimentationsraum zu. Zu einem ähnlichen Ergebnis kommt Helm- kampf (2006) für den Zechstein-Sedimentationsraum bei Lindau. Der typische Buntsandstein setzt mit einer ca. 24 m mächtigen konglomeratischen Schüttung ein (Äquivalent „ECK’sches Konglomerat“ ? bzw. ECK’scher Geröllsandstein ?), die einem fluviatilen, durch Schwemmfä- cher charakterisierten Sedimentationsraum entspricht. Unterlagert wird diese Schüttung von einem überwiegend tonig-mittelkörnigen Übergangspaket (teils fanglomeratisch, karbonatisch, turbat), das als Äquivalent des Heigenbrücken Sandsteins gedeutet werden könnte (mündl. Mitt. AG Buntsandstein, 2002; Abb. 4–5).

Das Gamma-Log zeigt eine sehr einheitliche Abfolge ähnlich derjenigen in der Bernburg- Folge, jedoch mit etwas ausgeprägteren Differenzierungen (Amplituden) und vor allem mit einer viel ausgeprägteren, klassischen fining-upwards Entwicklung. 58 Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

Abb. 5: FB Lindau 1: Teufe 180,0–186,0 m. Bei Teufe 182,3 m liegt die Grenze Calvörde-/Fulda-Folge, also Buntsandstein / Zechstein. Foto: Michael Höck 2002. Siehe auch Farbtafel 6.

Gesteinsausbildung im oberen Drittel: Sandstein, grobkörnig, fein- bis grobkiesig, konglomeratisch, arkosisch, tonig gebunden, hart, teils leicht schräggeschichtet, rotbraun, teils hellgrau; Gerölle (Quarz, Granit, Feldspäte, Glimmerschiefer), ∅ bis 5 cm; mit einzelnen Tonsteinklasten, rotbraun.

Gesteinsausbildung im mittleren Drittel: Sandstein, grobkörnig, feinkiesig, siltig, tonig gebunden, hart, rotbraun, teils hellgrau; einzelne Gerölle, ∅ bis 5 cm (einzelne Karneol- und Gneis- Gerölle).

Gesteinsausbildung im unteren Drittel: Sandstein, grobkörnig, fein- bis mittelkiesig, lagenweise grobkiesig, konglomeratisch, tonig gebunden, hart, rotbraun, blassrosa; Gerölle, ∅ bis 4 cm (Quarz, Feldspat, Glimmerschiefer, Lydit); einzelne Tonsteinklasten, rotbraun; mehrere Horizon- te schwach karbonatisch, Basis: Sandstein, 3,70 m mächtig, mittel- und feinkörnig, oben fanglo meratisch, tonig gebunden, hart, rotbraun, hellgrau, teilweise schwach karbonatisch, teilweise entschichtet; einzelne Tonsteinklasten.

4. Paläogeographische Folgerungen

Im „Coburger Becken“ verschmelzen Calvörde- und Bernburg-Folge des Unteren Buntsand- steins nach Klare (1989) zu einer Einheit. Eine Untergliederung mit Korrelierung zu den Bohrun- gen Mürsbach und Staffelstein gelang Gudden (1985) in der Bohrung Obernsees durch Auswer- ten der Gamma-Ray-Logs. Weiter südlich wird auch die Abgrenzung des Unteren Buntsandsteins vom Mittleren problematisch. Unterer und basaler Mittlerer Buntsandstein (Volpriehausen-Folge) enden etwa auf der Linie Fürth–Eschenbach (Klare 1989, vgl. Gudden 1993). Im oberfränkisch- Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 59 oberpfälzischen Bruchschollenland weisen der Untere und Mittlere Buntsandstein entlang der synsedimentär aktiven Fränkischen Linie einen etwa 20 km breiten Gürtel von Schuttfächer- Sedimenten (alluvial fans) auf (vgl. Paul 1999). Diese durch polymikte Konglomerate charakteri- sierte Sonderfazies ließ sich über die Bohrung Obernsees an die Beckenstratigraphie anschließen (Klare 1989, Klare et al. 1995, Schröder et al. 1998). Auch die bisherige Sequenzen-Gliederung (Leitz 1976a) im Raum zwischen Coburg–Kronach–Kulmbach ist über diese Bohrung an die Folgen-Gliederung der Coburg-Senke und der Fränkischen Senke anzuhängen.

Die Kernbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 erweitern nun die Kenntnisse über den Bunt- sandstein in der Coburg-Senke erheblich. In Tabelle 3 werden benachbarte Tiefbohrungen in Bezug auf ihre Buntsandstein-Mächtigkeiten verglichen. Während sich im Oberen und Unte- ren Buntsandstein die Mächtigkeiten von SE (Obernsees) nach NW (Rodach) also in Richtung Hauptbecken erwartungsgemäß stetig erhöht, scheinen die Sedimentationsverhältnisse im Mitt- leren Buntsandstein nicht so einheitlich gewesen zu sein. Besonders reduziert, hinsichtlich der Gesamtmächtigkeit des sm, erweist sich das Profil Spitzeichen. Dies gilt auch dann noch, wenn man die Gliederung in Obernsees revidiert (Klammerwerte), wie das aufgrund des Gamma-Log- Vergleichs notwendig erscheint (vgl. Helmkampf 2006). Verantwortlich hierfür ist in erster Linie die Volpriehausen-Folge, die bei Spitzeichen nicht nur gegen die beckenwärtigen Bohrungen, sondern auch – im Vergleich zu Obernsees – eine deutliche Reduktion (ca. 40 %) aufweist.

Tabelle 3: Mächtigkeiten des Buntsandsteins in benachbarten Tiefbohrungen der Coburg-Senke.

Rodach 2 Staffelstein 1 Spitzeichen 1 / Obernsees (1988) (1975) Lindau 1 (1983) Gliederung WROBEL GUDDEN (2002) GUDDEN (1985) (1992) (1985) so Röt-Folge 115,4 115,4 89 89 > 45,8 > 45,8 74,3 74,3 Solling-Folge 26,0 27 13,7 42,3 Hardegsen- 50,4 44 56,8 42 (?) Folge 243,3 sm 211,8 253 172,0 Detfurth-Folge 46,5 54,3 58,8 57 (?) (212) Volpriehausen- 88,9 127,7 43,2 102 (71) Folge Bernburg-Folge 107,0 (?) 103 61,3 65,7 (51) 117,2 su 186 179 151,2 Calvörde-Folge 79,0 (?) 76 89,9 51,5 (80) (131)

Bezüglich der sedimentologischen Entwicklung des Mittleren Buntsandsteins schreibt Mader (1992) über die Fazieszonen in Oberfranken: Es treten beide fluviatilen Faziestypen, Felsbänke (Rinnensedimente) und Wechselschichten (Überflutungsabsätze), in zyklischer, rhythmischer oder gelegentlich auch mehrstöckiger Anordnung auf – Entwicklungsphasen eines wechselnd intensiv verflochtenen Flussnetzes mit schwach gekrümmten Rinnen und schmalen bis breiten Überschwemmungsebenen zwischen den Stromkanälen, die ihrerseits von kleinen Wasserläufen und Uferwalldurchbruchskanälen durchzogen sind und flache Seen enthalten. Die Schichtenfolge besteht demzufolge vorwiegend aus mittel- bis grobsandigen „Stromkanalablage- rungen“ und Schichtflutsedimenten, in die – in geringeren Anteilen – auch tonige Überflutungs absätze eingeschaltet sind. Transportrichtungsanalysen im Mittleren Buntsandstein Nordostbay- erns von Teyssen & Vossmerbäumer (1979, 1980) ergaben auch für den Raum Lindau Schüttun- gen aus S bis SSE, also etwa parallel zum heutigen Rand der Böhmischen Masse (vgl. Schnitzer 1957, 1959).

60 Walter Freudenberger & Klaus Helmkampf

5. Literatur

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Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 63–94, München 2006 63

Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1

Von Klaus E. Helmkampf

Mit 5 Abbildungen und 11 Tabellen

Schlüsselwor te: NE-Bayern – Bayreuth/Kulmbach – Buntsandstein – Zechstein – Rotliegend – Litho stratigraphie – Korrelierung – Fazies – fluviatil – äolisch – pedogen – Calcrete – Naab-Trog – Bindlach – Obernsees – Friedrichstherme Ku rzfassu ng: Die beiden durch das Bayerische Geologische Landesamt (GLA) südöstlich von Kulm- bach abgeteuften Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 werden im Gamma-Log exakt korreliert, womit ein zusammenhängendes Profil vom Oberen Buntsandstein bis ins Rotliegende vorliegt. Mit diesem Profil werden die bereits bekannten sowie eine Vielzahl bisher unveröffentlichter Buntsandstein-Bohrprofile im Raum Kulmbach-Bayreuth verglichen. Das entsprechende Intervall der Forschungsbohrung Obernsees wird ebenfalls mit dem Profil Spitzeichen/Lindau korreliert und für einige der dortigen stratigraphischen Grenzen eine Revision vorgeschlagen. Der vertikale wie laterale Vergleich erlaubt Aussagen zur Fazies-Entwicklung. Der schmale, tiefe Rot- liegend-Trog entlang der Fränkischen Linie (Naab-Trog) ist auch hier präsent und wird von den Rändern her durch Fanglomerate mit fluviatil/äolischen Einschaltungen aufgefüllt. Er wird durch eine ca. 100 m mächtige Zechsteinfolge, in terrestrisch/litoraler Fazies mit eingeschalteten Karbonaten und pedogenen Bildungen, flächig abgedeckt, wobei nach Westen (Obernsees) der lakustrin/palustrine Einfluss zunimmt. Die Mächtigkeit der fluviatilen Buntsandstein-Abfolge erhöht sich beckenwärtig (NW) im Untersu- chungsgebiet um etwa 30 m, wobei in Spitzeichen/Lindau ca. 430 m erreicht werden. Eine ausgeprägte vertikale (zyklische) Korngrößenabnahme von der liegenden Calförde-Folge bis zum hangenden Röt spiegelt die Verschiebung des Ablagerungsraumes vom proximalen (basale Fanglomerate) über den medianen zum überwiegend distalen Abschnitt alluvialer Fächer mit ephemerer Schüttung wider. Die stark schwankenden, teilweise sehr mächtigen und groben, vermutlich perennierend geschütteten Channel-Sedimente der Volprie- hausen-Folge unterbrechen diesen Trend; gleichzeitig verschwinden die bis dahin häufigen Kristallingerölle. In allen Profilen treten ab der Hardegsen-Folge pedogene Bildungen auf. Sie erscheinen zunächst sporadisch, in der Solling-Folge durchgängig und im gesamten Oberen Buntsandstein häufig.

Correlation and facies development in bore hole sections near the Spitzeichen 1 and Lindau 1 scientific drill holes (NE-Bavaria)

Key words: NE-Bavaria – Bayreuth/Kulmbach – Buntsandstein – Zechstein – Rotliegend – litho stratigraphy – correlation – facies – fluvial – aeolian – pedogenic – calcrete – Naab-trough – Bindlach – Obernsees – Friedrichstherme. Abst ract: Detailed correlation is achieved between the adjacent Spitzeichen No.1 and Lindau No.1 scientific drill holes near Kulmbach/NE-Bavaria by way of their gamma-logs. This provides a continuous 700 m core section from Triassic Upper Buntsandstein through Late Permian Zechstein into the Permian Rotliegend series. It can now be used for stratigraphic correlation and unit division of numerous existing drill hole sections in the area (some published, some presented here). Correlation is also achieved with the Obernsees scientific drill hole near Bayreuth, revising some of the divisions there. Comparisons within and between the sections show a number of trends: A deep and narrow Rotliegend trough, known farther to the southeast as the Naab-trough (stretching along the Franconian Lineament) and filled by mud-flow/debris-flow as well as fluvial/aeolian red beds, was found to continue into this area. It is covered by a 100 m thick sheet of Zechstein sediments of terrestrial to littoral facies containing paleo-soils and some carbonates. There are indications of slightly more water- covering towards the west.

Anschrift des Verfassers: Dr. Klaus e. Helmkampf, Im Gehaig 22, 95463 Bindlach, E-mail: [email protected] 64 Klaus Helmkampf

The thickness of the fluvial Buntsandstein redbed series increases within the investigated area by about 30 m towards the NW, attaining about 430 m in Lindau/Spitzeichen. Average grain size of fining upwards cycles decreases in each consecutive member towards the top of the series, indicating an overall (allo-) cyclical regrading shift of ephemeral-stream alluvial fans. This trend is interrupted once by the coarse grained, better sorted, perennial-stream channel deposits of the Volpriehausen Member. Crystalline-rock pebbles fade out towards the top of this member. Further up, the Hardegsen Member sees the beginning of pedogenic features in all sections. In the subsequent Solling Member paleo-soils are dominating and in the Upper Buntsandstein they are almost as common.

Inhalt 1. Vorbemerkungen ...... 64 2. Das Vergleichsprofil Spitzeichen-Lindau ...... 66 2.1. Korrelierung der beiden Einzelbohrungen ...... 66 2.2. Charakteristik der Abfolge ...... 67 3. Vergleich der Nachbarprofile ...... 67 3.1. Tiefbrunnen Lindau ...... 69 3.2. Grundwasser-Erkundungsbohrungen Trebgast-Tal ...... 71 3.3. Tiefbrunnen und Messstellen Harsdorfer Gruppe ...... 75 3.4. Tiefbrunnen und Messstellen Benker Gruppe und Bindlach ...... 80 3.5. Forschungsbohrung Bindlach ...... 84 3.6. Thermalbohrung Friedrichstherme ...... 85 4. Vergleich mit der Forschungsbohrung Obernsees ...... 86 5. Mächtigkeits- und Faziesvergleich ...... 89 6. Literatur ...... 93

1. Vorbemerkungen

Im Bereich des Oberfränkischen Buntsandstein-Horstes (Raum Kulmbach-Bayreuth) wurden in den letzten Jahrzehnten mehr als zwei Dutzend Bohrungen abgeteuft. Dabei handelte es sich zunächst vor allem um schlecht dokumentierte, bis 220 m tiefe Meißelbohrungen lokaler Wasserversorger (Tiefbrunnen). Im Jahre 1980 brachte das Bayerische Geologische Landes- amt (GLA) die teilgekernte Forschungsbohrung Bindlach nieder. Ab 1994 folgte im Umkreis der bestehenden Tiefbrunnen die Errichtung einer Vielzahl von Grundwasser-Messstellen mit Teufen zwischen 20 m und 110 m, die fast ausnahmslos gekernt wurden. Im Jahre 1997 führ- te das Wasserwirtschaftsamt Bayreuth zusammen mit dem Landesamt f. Wasserwirtschaft ein Grundwasser-Erkundungsprogramm im Trebgast-Tal durch, bestehend aus 3 Meißelbohrungen bis 140 m Teufe (vgl. Lageplan Abb. 1).

Abhängig von Bohrverfahren (Spül-, Kern-), Zusatzuntersuchungen (Logging, Kamerabe- fahrung) und Bearbeitung (Bohrmeister, Geologe) war der geologische Informationsgewinn sehr unterschiedlich. Eine einigermaßen sichere stratigraphische Zuordnung war stets nur im oberen Teil des Buntsandstein-Profils möglich. Im unteren Teil herrschte bis in die 1970er Jahre über- wiegend Spekulation. Erst die Bohrung Bindlach des GLA (Emmert 1982) belegte erstmals das Vorkommen von Unterem Buntsandstein und Zechstein in größerer Mächtigkeit. Doch scheiterte die sichere stratigraphische Zuordnung von Bohrprofilen weiterhin auch bei professioneller Bear- beitung daran, dass es in der Region kein durchgehendes Vergleichsprofil gab. Die Forschungs- Bohrung Obernsees (Gudden et al. 1985) lieferte dann 1983, etwas abseits vom Buntsandstein horst, ein solches durchgehendes Profil. Die neuen Möglichkeiten wurden im großregionalen Rahmen genutzt (z.B. Klare 1989), warfen für den engeren Raum des Buntsandsteinhorstes aber auch neue Fragen auf. Ohne Konsequenzen blieb das Profil der Thermalbohrung Friedrichs therme, das nur relativ kursorisch bearbeitet und nicht veröffentlicht wurde. Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 65

Mit dem Doppelprofil der Forschungsbohrungen (FB) Spitzeichen 1 / Lindau 1 liegt nunmehr ein, vom Oberen Buntsandstein bis zum Rotliegenden reichendes, Vergleichsprofil innerhalb des Untersuchungsraumes vor. Beide Bohrungen wurden in 2001/2002 vom Verf. vor Ort betreut und detailliert aufgenommen. Die lithologische Kernaufnahme wurde in einem (unveröffentlich- ten) Abschlussbericht dokumentiert, ebenso die dabei durchgeführte Korrelierung der beiden Bohrungen sowie weitere hier dargestellte Ergebnisse (Helmkampf 2002). Die stratigraphische Zuordnung innerhalb des Doppelprofils Spitzeichen/Lindau folgt der in diesem Band veröffent- lichten Gliederung (Freudenberger & Wagner 2006; Freudenberger & Helmkampf 2006).

Abb. 1: Lageplan der Bohraufschlüsse im Untersuchungsgebiet. 66 Klaus Helmkampf

Ziel der folgenden Ausführungen ist es, nach Sicherstellung der korrekten Beziehung zwischen den Profilen Spitzeichen 1 und Lindau 1 sowie einer als Erkennungsschlüssel gedachten Kurz-Charakteristik der Abfolge (Tabelle 1), . die wichtigsten unveröffentlichten, vom Verfasser aufgenommenen Profile aus dem Unter suchungsbereich vorzustellen und alle wichtigen Profile, soweit möglich, mit der FB Spitz eichen 1 / Lindau 1 zu korrelieren und stratigraphisch zuzuordnen (Kap. 3), . die Profile FB Spitzeichen 1 / Lindau 1 und FB Obernsees zu vergleichen (Kap. 4), und . die lithologischen Abschnitte und sedimentologischen Abläufe im Untersuchungsgebiet zu charakterisieren und lateral zu verfolgen (Kap. 5).

2. Das Vergleichsprofil Spitzeichen-Lindau

2.1. Korrelierung der beiden Einzelbohrungen

Durch stratigraphische Überlappung der beiden ca. 1 km entfernten Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 sollte die Erstellung eines zusammenhängenden Buntsandstein-Zech- stein-Rotliegend-Profils von 700 m Länge ermöglicht werden. Voraussetzung war eine korrekte Korrelierung im stratigraphischen Überlappungsbereich der beiden Einzelbohrungen. Die im Tal gelegene Bohrung Lindau 1 setzt entsprechend Geologischer Karte im sm1 („Kulmbacher Konglomerat“) an. Die auf der Höhe gelegene und laut Karte im so1 ansetzende Bohrung Spitz eichen 1 wurde (bei Teufenmeter 242,6) etwa 25 m unterhalb der letzten, noch dem „Kulmbacher Konglomerat“ zuordenbaren Geröll-Lage beendet.

Die exakte Bohrkern-Korrelierung (oberster Bereich Lindau 1 / tiefster Bereich Spitzeichen 1) war dennoch zunächst weniger offensichtlich als erwartet: Der oberflächennahe Teil des Profils

Abb. 2: Korrelierung des Überlappungsbereichs der beiden Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 im Gamma-Ray-Log (VMM = Volpriehausen-Mittel-Marker). Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 67

Lindau 1 war stark zerfallen und der vermutete Überlappungsbereich des Profils Spitzeichen 1 wies hohe Kernverluste auf, wobei einzelne vorhandene („letzte“) Geröll-Lagen sich als unklare (nicht sicher korrelierbare) Marker erwiesen.

Erst die Hilfe des Gamma-Ray-Logs (GRL) führte zum Ziel. Dieses zeigt im Abschnitt Spitz eichen 200–210 m eine äußerst charakteristische Log-Signatur, die sich in Lindau bei 10–20 m wiederholt (in Lindau 1 durch Verrohrung gedämpft). Zwei klar getrennte, je ca. 2–3 m mächtige Sandstein-Peaks zwischen hohen Ton-Spitzen bilden eine Gruppe, die in dieser Form sonst nirgends auftritt (vgl. Abb.2).

Die Überprüfung im Kern zeigt, dass die zugehörigen Sandstein-Intervalle teils gar nicht (Kernverlust in Spitzeichen 1), teils in zerfallenem Zustand (Lindau 1) gewonnen wurden. Dies weist zumindest indirekt auf eine übereinstimmend sehr mürbe Konsistenz hin. Die zwischen- geschalteten Ton-/Schluffsteinlagen liegen dagegen im Kern vor. Hierbei ist die oberste Lage (Spitzeichen 203,50 m – 203,60 m und Lindau 11,80 m – 11,95 m) in beiden Profilen durch eine ungewöhnlich hohe Glimmerführung („Glimmerseife“) gekennzeichnet, die mittlere Lage (Spitz eichen 206,25 m – 206,75 m und Lindau 13,40 m – 13,60 m) durch eine charakteristische grün- rot-grüne Kokardenfärbung, mit der in beiden Logs die weit und breit höchste Gamma-Spitze korreliert.

Die Wahrscheinlichkeit einer lithologischen Abfolge von solcher Parallelität ohne strati graphische Übereinstimmung wird als sehr gering eingeschätzt. Diese Abfolge wird im Folgen- den als VMM (Volpriehausen-Mittel-Marker, siehe auch weiter unten) bezeichnet. Somit kann Spitzeichen 203,50 m = Lindau 11,80 m als Korrelationshorizont gelten und die Profile können an dieser Stelle aneinander gepasst werden. Die Bohrprofile Spitzeichen 1 und Lindau 1 überlappen sich danach um ca. 39 m.

2.2. Charakteristik der Abfolge

Eine makroskopisch-sedimentologische Charakterisierung der einzelnen Teilabschnitte des Profils Spitzeichen/Lindau ist in Tabelle 1 gegeben. Sie soll zunächst die stratigraphische Ein- ordnung von Bohrungen im Umfeld erleichtern und den lateralen Vergleich vereinfachen bzw. ermöglichen. In der letzten Spalte wurde außerdem der Versuch gemacht, die fluviatilen Litho fazies-Typen nach Miall (1978, 1985, 1996), soweit im Kern identifizierbar, zu registrieren (Faziestypen, die nur im Aufschluss, nicht aber im Kern unterscheidbar sind, wurden dabei zusammengefasst). Auf Basis dieses Inventars wurde das jeweils wahrscheinlichste Faziesmodell (nach Miall 1996) vorgeschlagen. In Kapitel 5 wird hierauf zurückzukommen sein.

3. Vergleich der Nachbarprofile

Im Folgenden werden von Nord nach Süd alle Tief- und Erkundungs-Bohrungen im Unter suchungsgebiet (TB = Tiefbrunnen, FB = Forschungsbohrung), sowie die stratigraphisch wich tigsten Messstellen-Bohrungen (GWM = Grundwasser-Messstelle) mit ihren Kenndaten aufge- führt. Nicht veröffentlichte Bohrmeisterprofile werden aufgelistet soweit ihr Informationsgehalt brauchbar ist. Für die wichtigsten vom Verfasser aufgenommenen, unveröffentlichten Bohrungen werden Schichtprofile angegeben. Die Profile werden dann korreliert bzw. mit dem Profil der FB Spitzeichen 1 / Lindau 1 verglichen. Die Lage der Bohrprofile zeigt Abb. 1. 68 Klaus Helmkampf

Tabelle 1: Sedimentologische Charakteristik der Teilabschnitte des Profils Spitzeichen 1 / Lindau 1 mit Versuch einer Zuordnung zu den fluviatilen Faziesmodellen MIALLs.

(HLith = Haupt-Lithologie; NLith = Neben-Lithologien; Sch/Str = Schichtung/Strukturen; FarbH = besondere Farbhorizonte; Klammerwerte = Anzahl/Häufigkeit des Auftretens in der Kernbeschreibung, nach Helmkampf 2002). Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 69

3.1. Tiefbrunnen Lindau

Etwa 1,5 km südöstlich der Forschungsbohrung Lindau 1 liegen die beiden Tiefbrunnen (TB) der Lindauer Gruppe:

BohrprofilTiefbrunnen Lindau I: Jahr: 1963 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 65 48 H 55 46 07 Ansatzhöhe: 346 m ü NN Endteufe: 101,0 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Bohrmeisterprofil; Geologische Profilaufnahme als Spülproben-Beschreibung durch Schröder (1966); Gamma-Ray-Log von 1997

BohrprofilTiefbrunnen Lindau II: Jahr: 1969 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 65 29 H 55 46 32 Ansatzhöhe: 351 m ü NN Endteufe: 130,0 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Bohrmeisterprofil; Gamma-Ray Log von 1997

Das vom Bohrmeister erstellte Schichtenverzeichnis von TB Lindau II lautet:

-0,3 m-1,3 m Ton, sandig, rotbraun; -1,9 m Sand, rötlich; -3,0 m Sandstein; -6,3 m Sand- stein, feink., weich; -12,0 m Sandstein, feink., rötlich; -22,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., leicht tonig; -25,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., grau bis braun; -38,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rotbraun; -40,0 m Sandstein, stark tonig; -49,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rotbraun; -54,0 m Sandstein, mittelk., hell; -62,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot; -65,0 m Sandstein, feink.; -66,0 m Sandstein, fein- und mittelk.; -67,0 m Sandstein, feink., rot; -68,0 m Sandstein, mittelk., rot; -74,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot; -78,0 m Sandstein, mittel- bis grobk., rot; -80,0 m Sandstein, feink., rot; -89,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot; -90,0 m Sandstein, feink.; -110,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot (bei 103 m grobk. bis 8 mm); -114,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., hell; -123,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot; -125,0 m Sandstein, feink., stk. tonig, rot; -130,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot (E.T.)

Korrelierung und stratigraphische Zuordnung: Für beide Profile liegen mittlerweile Gamma-Logs vor, die 1997 in der Verrohrung gefahren wurden. Die Logs sind gut mit denen der FB Spitzeichen/Lindau korrelierbar. Daneben kann auf die genannte Spülproben-Lithologie (Lindau I), sowie ganz grob auf die Bohrmeister-Beschrei- bung (Lindau II) zurückgegriffen werden.

Die Gamma-Logs erlauben die in Abbildung 3 dargestellte Korrelierung mit den in Tabelle 2 aufgelisteten stratigraphischen Grenzen.

Tabelle 2: Stratigraphie und Profil-Korrelation der beiden Tiefbrunnen Lindau nach Vergleich mit den Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 / Lindau 1 (Basis in m unter GOK).

TB Lindau I TB Lindau II Detfurth-Folge (smD) 4,0 21,0

Volpriehausen-Folge (smV) 46,0 ca. 54

Bernburg-Folge (suB) (>101,0) 119,0 Calvörde-Folge (suC) (>130,0) 70 Klaus Helmkampf

Der Tiefbrunnen Lindau I reicht demnach etwa 50 m, der Tiefbrunnen Lindau II etwa 80 m in den Unteren Buntsandstein (Bernburg- bzw. Calvörde-Folge). Der Zechstein wird dagegen n i c h t erreicht. Die entsprechende Zuordnung Schröders von 1966 für Lindau I erledigt sich sowohl auf Grund der Gamma-Log-Korrelierung als auch nach lithologischen Kriterien. Beim Ver- gleich der Spülproben-Beschreibung Schröders mit den Kernproben der FB Lindau 1 zeigen sich gute Übereinstimmungen mit der Volpriehausen- und Bernburg-Folge (arkosische Sandsteine, vielfach grobkörnig, überw. rotbraun, mit Kristallin-Geröllen, plus rote und grüne Tonsteine), während die Kennzeichen der Zechsteinfolge (heller dolomitischer Feinsandstein mit Dolocrete- Linsen bzw. Dolomitsandstein) völlig fehlen (vgl. hierzu Tabelle 1).

Abb. 3: Korrelierung der Bohraufschlüsse im Raum Lindau-Trebgasttal mittels Gamma-Ray-Logs. Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 71

3.2. Grundwasser-Erkundungsbohrungen Trebgast-Tal

Im Jahre 1997 wurde vom Wasserwirtschaftsamt Bayreuth zusammen mit dem Landesamt für Wasserwirtschaft ein Grundwasser-Erkundungsprogramm im Buntsandstein des unteren Trebgast-Tales durchgeführt. Es bestand aus 3 Bohrungen bis ca. 130 m Teufe:

Bohrprofil GWM A Lindau : Jahr: 1997 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 66 44 H 55 47 26 Ansatzhöhe: 344 m ü NN Endteufe: 131,0 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Spülproben; Gamma-Ray-Log; TV-Aufnahme (Video-Aufzeichnung)

Das folgende geologische Profil wurde vom Verfasser auf Basis des vorliegenden Unter suchungsmaterials erstellt:

– 3,0 m Verwitterungslehm, sandig, hellbraun – 12,5 m Grobsandstein, teilweise kiesig, arkosisch, gut gerundet, mäßig sortiert, blass rötlich beige – 13,5 m Schluffstein, glimmerführend, rot; – 15,0 m Grobsandstein wie oben, Schluffstein-Lagen – 17,0 m Grobsandstein wie oben, Feinsdstein-Lagen, rostig braun – 18,4 m Wechsellagen (laminiert): Feinsandstein/Siltstein, rot und Grobsandstein-Lagen, Quarz-Gerölle; pilzförmige Sandstein-Injektion bei 17,3 m – 29,0 m Wechsellagen (laminiert): Mittelsandstein/Grobsandstein, wie oben; Tonstein-Trümmer; foreset und Feinsandstein, rot/hellgrün, tonig, glimmerführend und Tonstein/Schluffstein, rot – 31,5 m Mittelsandstein wie oben – 31,8 m Tonstein, sandflaserig, rot – 35,7 m Grob-/Mittelsandstein wie oben, gradiert; mit einzelnen Schluffstein-Geröllen und -Linsen – 38,0 m Feinsandstein/Mittelsandstein, tonig, hellrot; teilweise foresets – 39,0 m Mittelsandstein wie oben – 39,5 m Schluffstein, sandflaserig, tief rot – 44,5 m Mittel-/Grobsandstein, arkosisch, gut gerundet und sortiert, gradiert, laminiert und foresets; Zwischenlagen von Feinsandstein, kaolinitisch, rosa/weiß – 45,5 m Feinsandstein, kaolinitisch-tonige Matrix, eckige Körner, hellrot/weiß gebändert – 48,5 m Mittel-/Grobsandstein wie oben – 49,5 m Feinsandstein, weiß, wie oben – 50,5 m Schluffstein, tonig, rot – 51,0 m Mittel-/Grobsandstein, wie oben – 52,0 m Schluffstein/Tonstein, sandflaserig, rot – 55,0 m Mittel-/Grobsandstein wie oben, Tonstein-Trümmer und einzelne feine Schluffstein-Lagen, glimmerführend, grün – 59,0 m Grobsandstein wie oben; 0,2 m Tonstein-Lage bei 58,6 m – 62,6 m Mittel-/Grobsandstein wie oben; Schluffstein-Lagen – 65,3 m Wechsel von: Schluffstein wie oben und Mittel-/Grobsandstein wie oben – 77,0 m Mittelsandstein und Grobsandstein wie oben; Lagen und Linsen von Schluffstein wie oben (besonders bei 70-71 m) – 78,0 m Schluffstein, glimmerführend, schieferig, hellrot mit Sandstein-Lagen – 80,6 m Mittel-/Grobsandstein wie oben; Schluffstein-Linsen – 81,7 m Schluffstein/Feinsandstein mit Sandstein-Lagen – 85,0 m Grobsandstein, stark kiesig, sonst wie oben; Tonstein-Linsen und eckige Tonstein-Trümmer 72 Klaus Helmkampf

– 94,2 m Mittel-/Grobsandstein wie oben, teilweise kiesig, foresets; cm/dm-Lagen von Schluffstein, glim- merführend, hellrot/hellgrün; Tonstein- und Sandstein-Gerölle; Aufarbeitungs-Horiz. bei 87,7 m – 94,9 m Schluffstein und Sandstein mit Schluffstein-Trümmern – 96,8 m Mittel-/Grobsandstein wie oben, Tonstein-Trümmerlagen – 97,3 m Schluffstein, turbat – 100,0 m Grobsandstein, kiesig, arkosisch, gut gerundet, mäßig sortiert, rötlich beige; – 104,4 m Mittel-/Grobsandst., arkos., gut gerundet und sortiert, hellrötlich – 104,6 m Schluffstein, glimmerführend, rot – 127,0 m Konglomerat; hellrot; Gerölle (bis >2 cm: Quarz, Quarzit, Glimmerschiefer?); große Tonstein- Trümmer; wenige Schluffstein-Lagen, rot – 129,3 m Grobsandstein, arkosisch, hellrot – 130,9 m Konglomerat, wie oben (E.T.)

BohrprofilGWM B Tauschtal: Jahr: 1997 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 68 30 H 55 46 85 Ansatzhöhe: 344 m ü NN Endteufe: 143,4 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Spülproben; Gamma-Ray-Log; TV-Aufnahme (Video-Aufzeichnung)

Das folgende geologische Profil wurde vom Verfasser auf Basis des vorliegenden Unter suchungsmaterials erstellt:

– 2,0 m Sand, lehmig, graubraun – 7,0 m Mittelsandstein, arkosisch, mäßig gerundet, hellrötlich; Spuren von Carneol – 10,0 m Feinsandstein, tonig, kaolinitisch, hellviolett/-grün gefleckt; Lagen von Schluffstein und Mittelsandstein – 19,0 m Grobsandstein, mittelsandig, arkosisch, mäßig gerundet, hellrötlich – 25,3 m Feinsandstein, tonig, kaolinitisch, hellviolett; Lagen von: Schluffstein, violett und Mittelsand- stein; Calcrete, gelbweiß; flaserig, foresets, Mn-Flecken – 27,3 m Mittelsandstein wie oben; teilweise Grobsandstein; Lagen von Tonstein, violett, blaugrün – 29,9 m Mittelsandstein, hellrötlich, wie oben; Lagen von Feinsandstein und Tonstein, hellviolett – 35,1 m Feinsandstein, karbonatisch, hellviolett, hellgrün, hellgelb; einzelne Schluffstein- und Mittel- sandstein-Lagen – 35,5 m Tonstein, rot – 40,5 m Mittelsandstein und Feinsandstein wie oben, karbonatisch; Tonstein-Lagen, rot und grün – 42,1 m Schluffstein, glimmerführend, etwas karbonatisch, dunkelrot – 43,6 m Mittel-/Grobsandstein, rötlich, wie oben – 45,0 m Wechsellagen: Feinsandstein wie oben und Schluffstein, rot und grün – 48,5 m Grobsandstein, mittelsandig, arkosisch, gut gerundet, hell rötlich; Kiesel-“Hieroglyphen“ – 49,0 m Schluffstein, glimmerführend, etwas karbonatisch, dunkelrot – 50,0 m Feinsandstein, laminiert, rot/gelb/grün; teilweise etwas karbonatisch – 57,0 m Mittelsandstein und Grobsandstein, arkosisch, gut gerundet, hellrötlich; Lagen von Feinsand- stein und Schluffstein wie oben; gestörte Schichtung bei 54-55 m – 59,0 m Schluffstein, glimmerführend, dunkelrot; Sandstein-Flasern und -Injektionen – 62,7 m Grobsandstein, arkosisch, gut gerundet, hellbeige; gradiert; Tonstein-Lagen – 65,3 m Schluffstein und Feinsandstein wie oben; linsig/flaserig – 70,9 m Wechsellagen: Grobsandstein wie oben und Feinsandstein, arkosisch/kaolinitisch, gelbweiß und Schluffstein, rot, grün; foresets; Tongerölle; Aufarbeitungshorizont bei 70 m – 72,0 m Feinsandstein, arkosisch und Schluffstein, dunkelrot – 74,7 m Fein-Konglomerat, arkosisch, gut gerundet, rötlich beige Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 73

– 75,0 m Feinsandstein, arkosisch, hellrötlich – 76,0 m Schluffstein, glimmerführend, dunkelrot; Aufarbeitung – 79,0 m Wechsellagen: Mittelsandstein, arkosisch, rötlich und Feinsandstein, karbonatisch, beige; Konglomerat-Lagen – 80,0 m Schluffstein, glimmerführend, dunkelrot; Sandstein-Flasern – 81,0 m Grobsandstein, arkosisch, schluffig, rötlich beige – 81,5 m Feinsandstein und Schluffstein wie oben – 84,0 m Grobsandstein, arkosisch, gut gerundet und sortiert, rötlich beige – 84,5 m Schluffstein wie oben – 86,0 m Grobsandstein wie oben – 87,0 m Wechsellagen: Schluffstein/Feinsandstein wie oben – 88,5 m Grobsandstein, arkosisch, rötlich – 89,4 m Schluffstein, glimmerführend, blaugrün, teilweise rot – 99,0 m Grobsandstein, arkosisch, teilweise kiesig, hellrötlich und beige; Lagen von Feinsandstein u. Schluffstein wie oben; foresets; Konglomerat-Lage bei 92,7 m; gestörte Schichtung bei 96 m – 101,0 m Grobsandstein, arkosisch, rötlich beige; Tonstein-Lagen; Aufarbeitung – 105,0 m Mittelsandstein, etwas arkosisch, gut gerundet und sortiert, hellrötlich; oben tonige Lagen – 108,0 m Fein-Konglomerat, grobsandig, etwas arkosisch, gut gerundet, rötlich beige – 109,0 m Feinsandstein/Schluffstein, rötlich beige – 112,0 m Grobsandstein, gut gerundet, mäßig sortiert, rötlich – 113,0 m Feinsandstein und Schluffstein, grün/rot/gelb; etwas Tonsandstein – 117,0 m Mittelsandstein, gut gerundet und sortiert; foresets; teilweise tonig, Tonstein-Lagen; Tongerölle – 118,0 m Feinsandstein, tonig, hellrötlich – 119,5 m Mittelsandstein wie oben – 121,0 m Schluffstein, sandig, grün, rot – 127,0 m Mittel-/Grobsandstein, gradiert, wie oben; foresets; Lagen von Feinsandstein mit kaolinitischer Matrix, weiß; Schluffstein, rot – 130,0 m Mittelsandstein, etwas arkosisch, gut gerundet und sortiert, rötlich beige; foresets; Tongerölle – 132,0 m Fein-Konglomerat, gut gerundet, schlecht sortiert, rötlich beige; foresets – 139,0 m Mittelsandstein, gut gerundet und sortiert; foresets; Feinsandstein- und Schluffstein-Lagen; Bioturbation bei 133,8-135 m – 143,4 m Grobsandstein, kiesig, arkosisch, rötlich; untergeordnet Feinsandstein und Schluffstein wie oben (E.T.)

BohrprofilGWM C Waldau: Jahr: 1997 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 67 12 H 55 43 72 Ansatzhöhe: 338 m ü NN Endteufe: 120,0 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Spülproben; Gamma-Ray-Log; TV-Aufnahme (Video-Aufzeichnung)

Das folgende geologische Profil wurde vom Verfasser auf Basis des vorliegenden Unter suchungsmaterials erstellt:

– 2,0 m Mutterboden, stark sandig, braun – 9,0 m Fein-Konglomerat, grobsandig, arkosisch, Gerölle bis 1 cm, gut gerundet; hellrötlich – 14,0 m Grobsandstein, schwach kiesig, arkosisch, gut gerundet, hellrötlich; Feinsandstein-Lagen – 42,0 m Grobsandstein wie oben, mit Konglomeratlagen bei 24 m, 29 m, 39 m, foresets, tonige Lagen bei 35 m, 38m; Mn-Flecken bei 39 m – 42,4 m Tonstein, dunkelrot – 42,7 m Grobsandstein wie oben 74 Klaus Helmkampf

– 48,0 m Tonstein, rot, mit Geröllen, sandig und Sandstein-Linsen; Calcrete-Linsen (Feinsandstein, eckig mit Kalkmatrix, grünweiß) – 50,6 m Sandstein/Tonstein Wechsellagen, teilweise feingeschichtet, Aufarbeitungs-Horizonte – 51,0 m Schluffstein, stark feinsandig, rot, Tonstein-Gerölle; Calcrete-Linsen, hell – 53,5 m Schluffstein, rot; helle Calcrete-Durchfingerung – 55,7 m Feinsandstein, stark karbonatisch bis massiv Calcrete, grünweiß; porös – 64,0 m Feinsandstein mit Karbonat-Matrix (Calcrete) bis Calcrete massiv, grünweiß und Schluffstein, -Linsen, -Flatschen – 66,7 m Grobsandstein, kiesig, arkosisch, karbonatisch, rötlich und rostig orange; Calcrete- und Tonstein-Linsen – 68,0 m überwiegend Schluffstein – 70,7 m Wechsellagen: Schluffstein, Grobsandstein wie oben, Calcrete; Schichtabrisse (Aufarbeitung) – 71,0 m Schluffstein, Calcrete, wolkig, linsig, Aufarbeitung – 71,3 m Tonstein, feingeschichtet; Calcrete-Linsen – 75,6 m Grobsandstein wie oben, Tonstein-Linsen, Calcrete-Fetzen, -Schläuche, etc. – 77,0 m Tonstein, rot, Calcrete – 80,4 m Feinsandstein, dolomitisch (Dolocrete), kieselig und Grobsandstein wie oben; Tonstein-Fetzen und -Lagen; unten Erosionshorizont – 85,0 m Schluffstein und Feinsandstein, laminiert, karbonatisch, rot – 87,0 m überwiegend Schluffstein, rot – 90,0 m Feinsandstein, Karbonat-Matrix grünweiß, teilweise verkieselt; Tonstein-Linsen und -Lagen, rot – 93,0 m Schluffstein, rot; Calcrete-Linsen, -Wolken, -Röhren – 93,9 m Feinsandstein, karbonatisch (Calcrete) wie 87,0 bis 90,0 m – 97,0 m Schluffstein, rot, Calcrete-Knollen, -Linsen etc. – 100,0 m Feinsandstein, karbonatisch und kieselig etc. wie 87,0 bis 90,0 m – 102,0 m Schluffstein, dunkelrot – 105,0 m Wechsellagen: Feinsandstein, karbonatisch (Calcrete), wolkig, Röhren und Tonstein, rot – 106,0 m Schluffstein, dunkelrot – 107,0 m Feinsandstein, karbonatisch (Calcrete), hell, wolkig – 109,0 m Schluffstein, dunkelrot, einzelne Calcrete-Lagen – 111,0 m Feinsandstein, karbonatisch (Calcrete), wie oben – 120,0 m Grobsandstein, kiesig bis konglomeratisch, arkosisch, gut gerundet, orange; untergeordnet Calcrete- und Schluffstein-Lagen (E.T.)

Korrelierung und stratigraphische Zuordnung: Die für alle 3 Bohrungen vorliegende Kombination aus Gamma-Log, Spülproben und TV- Aufnahme erlaubt eine weitgehend sichere Korrelierung mit dem Vergleichsprofil und Zuordnung zur Standardgliederung. Zur Gamma-Log-Korrelierung siehe Abbildung 3. Daraus ergeben sich die in Tabelle 3 aufgelisteten, stratigraphischen Grenzen.

Bohrung A (zwischen Lindau und Trebgast) setzt in der Hardegsen-Folge an und erreicht deren Basis bei 49,5 m. Wie im Profil Spitzeichen 1, enthält die Hardegsen-Basis Matrix-Sandsteine (Spitzeichen: Fanglomerat). Etwa 20 m darüber folgen in beiden Profilen glimmerreiche Lagen. Im Übergangsbereich Hardegsen-/Detfurth-Folge häufen sich auch hier weiße Sandsteine. Die Detfurth-Folge reicht bis 104,4 m und wird von mächtigen Konglomeraten der Volpriehausen- Folge (Kulmbacher Konglomerat) unterlagert, die bis zur Profilbasis anhalten.

Bohrung B (südöstlich Trebgast) setzt im relativ feinkörnigen, durch Glimmerlagen, Kar bonat (Calcrete) und Manganfleckung charakterisierten Oberen Buntsandstein an (vermutlich Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 75

Tabelle 3: Stratigraphie und Profil-Korrelation der Grundwasser-Erkundungsbohrungen Trebgasttal nach Vergleich mit den FB Spitzeichen 1 / Lindau 1 (Basis in m unter GOK).

GWM A, GWM B, GWM C, Lindau Tauschtal Waldau Oberer Buntsandstein 2 (so2) 19,0 Oberer Buntsanstein 1 (so1) 57,0 Solling-Folge (smS) 70,9 Hardegsen-Folge (smH) 49,5 132,0 Detfurth-Folge (smD) 104,4 (>143,4) Volpriehausen-Folge (smV) (>130,9) Bernburg-Folge (suB) Calvörde-Folge (suC) 50,6 Zechstein (Z) (> 120,0) noch so2). Zwischen 57 m und etwa 71 m folgt die Solling-Folge, deren Basis ein Aufarbeitungs- horizont ist. In diesem Bereich (Solling-Folge / unterer so1) ist die Übereinstimmung der Log- Signaturen besonders deutlich. Die Basis der Hardegsen-Folge liegt im Gamma-Log bei 130 m, in den Proben bei 132 m. Auch hier bildet ein Matrix-Sandstein die Basis. Darunter folgen noch einige Meter Detfurth-Folge.

Bohrung C (bei Waldau, ca. 4 km südlich der FB Lindau 1) erbohrte nach ca. 40 m Buntsand- stein (roter Grobsandstein und Konglomerat) eine Sedimentabfolge von überwiegend feinkörni- gen, hellen karbonatischen Sandsteinen und Schluffsteinen, durchsetzt mit Caliche-Bildungen. Nach Lithologie, Struktur (TV-Aufnahme Bohrlochwand) und hochamplitudiger Gamma-Log- Signatur entspricht diese zweifellos dem Zechstein der FB Lindau 1. Darüber liegt die Calvörde- Folge (suC) des Unteren Buntsandsteins. Der Abschnitt 40 m-50 m bildet den Übergangsbereich (entspr. 178 m-182,3 m in der FB Lindau 1), dessen Basis auch hier mehrere Aufarbeitungshori- zonte sowie einen Matrix-Sandstein (entsprechend Fanglomerat in FB Lindau 1) umfasst.

In mehreren bis 35 m tiefen Rohstoff-Bohrungen südöstlich der Bohrung C wurde im Früh- jahr 2004 die überwiegend konglomeratisch-sandige Calvörde-Folge einschließlich ihrer Karbo- nat-Bänder auch im Kern aufgeschlossen und verifiziert.

3.3. Tiefbrunnen und Messstellen der Harsdorfer Gruppe

Bei Sandreuth, zwischen Harsdorf und Ramsenthal, liegen die beiden Tiefbrunnen Ramsen thal I und II der Harsdorfer Gruppe. Zwei als Kernbohrungen niedergebrachte Grundwasser- messstellen sind diesen zugeordnet:

BohrprofilTiefbrunnen Ramsenthal I: Jahr: 1960 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 70 41 H 55 41 96 Ansatzhöhe: ca. 355 m ü NN Endteufe: 80,0 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Bohrmeisterprofil; Profilaufnahme G. Claus; Spülproben-Aufnahme B. Schröder

Die Profilaufnahme G. claus wurde von Emmert (1961) veröffentlicht, das Schichtenver- zeichnis in Form einer Spülproben-Beschreibung findet sich bei Schröder (1966). 76 Klaus Helmkampf

BohrprofilTiefbrunnen Ramsenthal II: Jahr: 1960 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 70 44 H 55 42 23 Ansatzhöhe: ca. 361 m ü NN Endteufe: 110,0 m Probentyp: Spülproben Vorliegend: Bohrmeisterprofil

Das vom Bohrmeister erstellte Schichtenverzeichnis von TB Ramsenthal II lautet:

3,0 m-4,8 m Feinsand, braun, schmierig; -6,8 m Sand, braun und violettbraun; -10,0 m Sandstein, grobk., violettbraun; -12,0 m Sandstein, violettbraun mit Tonschichten, rot und grau; -13,0 m Sandstein, weißgrau; -16,0 m Sandstein, rotbraun mit Tonschichten, rot und grau; -18,0 m Sandstein, grobk., rotbraun; -19,0 m Sand- stein, mittelk., rotbraun; -24,0 m Sandstein, grob- bis mittelk., rötlich weiß; -26,0 m Sandstein, rot, stark tonig; -27,0 m Sandstein, mittelk., rötlich weiß; -28,0 m Sandstein rötlich weiß, mit Ton rot und grau; -30,0 m Sand- stein, mittelk., rötlich weiß; -32,0 m Ton, dunkelrot; -34,0 m Sandstein und Ton, rot; -41,0 m Sandstein, grobk., rot; -42,0 m Sandstein hellrot, mit Tonschlieren grau; -44,0 m Ton, dunkelrot; -46,0 m Sandstein rot und Ton rot und grau; -51,0 m Sandstein, grobk. bis mittelk., rot; -54,0 m Sandstein rot, mit Ton rot und grau; -59,0 m Sand- stein, grobk., rot; -61,0 m Sandstein, rot mit Tonschichten, rot und grau; -63,0 m Sandstein, grobk., rot; -65,0 m Sandstein und Ton, rot; -66,0 m Sandstein, mittelk., rot; -73,0 m Sandstein mittel- bis grobk., mit Ton; -74,0 m Sandstein, grobk., rot; -81,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., tonig, rot; -83,0 m Sandstein grobk., mit Tonschich- ten, rot; -87,0 m Sandstein, grobk., rot; -88,0 m Sandstein und Ton, rot; -89,0 m Sandstein, mittelk., rot; -92,0 m Sandstein, rot mit Tonschichten, rot und grau; -93,0 m Sandstein, mittelkiesig, rot; -95,0 m Sandstein, grobk., rot; -97,0 m Sandstein, fein- bis mittelk., rot; -98,0 m Sandstein und Ton, rot; -99,0 m Sandstein, mittelk., rot; -106,0 m Sandstein, mittel- bis grobk., rot; -107,0 m Sandstein grobk. und Ton, rot; -108,0 m Ton, sandig, rot; -109,0 m Sandstein, grobk., rot; -110,0 m Sandstein, rot (E.T.)

BohrprofilGW-Messstelle GWM 1 Harsdorfer Gruppe: Jahr: 1994 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 70 19 H 55 41 82 Höhe: 344 m ü NN Endteufe: 20,0 m Probentyp: Kernproben Vorliegend: Bohrkern

Vom Verfasser wurde unterhalb des Quartärs folgendes Profil aufgenommen:

6,0 – 10,0 m Grobsandstein, kiesig, mürb, rot – 12,2 m Kernverlust – 13,0 m Grobsandstein, mittelsandig, arkosisch, weiß; Kreuzschichtung – 14,2 m Kernverlust – 14,7 m Grobsandstein, kiesig, rot – 15,5 m Konglomerat, grobsandig, arkosisch, weiß – 18,3 m Grobsandstein, kiesig, arkosisch, weißgrau – 18,4 m Feinsandstein, tonig, weiß/rot – 19,5 m Grobsandstein, rot – 20,0 m Grobsandstein, grobkiesig, rot (E.T.)

BohrprofilGW-Messstelle GWM 2 Harsdorfer Gr.: Jahr: 1994 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 70 35 H 55 41 90 Höhe: 348 m ü NN Endteufe: 20,0 m Probentyp: Kernproben Vorliegend: Bohrkern Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 77

Vom Verfasser wurde unterhalb des Quartärs folgendes Profil aufgenommen:

3,1 – 5,0 m Grobsandstein, mürbe, braunrot – 8,0 m Grobsandstein, mittelsandig, hellrot/weiß – 9,5 m Mittelsandstein, feinsandig, hellrot/braun; unten Glimmerband – 9,8 m Tonstein, dunkelrot – 10,0 m Tonstein, glimmerführend, grün – 10,4 m Mittelsandstein, mürb, gelb/rot – 11,5 m Grobsandstein, kiesig, hellrot – 14,4 m Grobsandstein, grobkiesig, Glimmerlagen, hellrot – 15,3 m Kernverlust – 15,8 m Tonstein, feinsandig und Mittelsandstein feinsandig im Wechsel; rot/gelb – 16,7 m Grobsandstein, kiesig, laminiert, hellrot/gelb – 18,4 m Kernverlust – 20,0 m Konglomerat, grobsandig, hellrot; Kreuzschichtung (E.T.)

Korrelierung und stratigraphische Zuordnung: Der lithologische Profilvergleich trifft hier auf erhebliche Schwierigkeiten: Für keines der Profile liegt ein Gamma-Log vor; die in der Literatur beschriebene Spülproben-Aufnahme in TB Ramsenthal I (s.o.) bezieht sich auf stark zusammengefasste Intervalle (bis zu 15 m); für TB Ramsenthal II existiert nur ein (wenn auch relativ brauchbares) Bohrmeister-Profil, und die gekernten Messstellen-Profile sind nur kurz (20 m). Die Korrelierung gelingt aber mit Vorbehalt, teilweise durch Ausschluss.

Aus geometrischen Gründen (östliches Einfallen bei leicht ansteigendem Gelände) ist zu- nächst davon auszugehen, dass die Kernprofile der beiden Messstellen sich stratigraphisch über- lappen (GWM 1 unterhalb an GWM 2 anschließend) und dass deren kombiniertes 30 m - Intervall auch in den östlich gelegenen Brunnen-Profilen enthalten sein muss. Tatsächlich kann dieses, durch zwei markante Tonsteinpakete sowie weiße Sandsteinfarben, recht gut differenzierte Inter- vall im Abschnitt 19–59 m der TB Ramsenthal II mit großer Wahrscheinlichkeit wiedererkannt werden. Dies ermöglicht somit die Korrelierung der Bohrungen der Harsdorfer Gruppe untereinander, wobei sich ein realistischer Einfallswinkel von ca. 3° ergibt.

Beim Vergleich der Harsdorf-Ramsenthaler Abfolge mit dem Referenzprofil Spitzeichen / Lindau sind sodann zwei Aussagen evident:

• nirgends in den Ramsenthal-Profilen erscheint die karbonatisch-feinklastische Sediment- folge, die in der FB Lindau 1 die lokale Zechstein-Fazies repräsentiert. Eine überwiegende Zuordnung des Profils Ramsenthal I zum Perm (Zechstein), wie von Schröder (1966) vorgeschlagen, entfällt. • in keiner der Bohrungen ist die Volpriehausen-Folge (bzw. „Kulmbacher Konglomerat“) erkennbar, diese muss entweder darüber oder darunter liegen.

Emmert (1961) ging davon aus, dass das Profil Ramsenthal I unterhalb des Kulmbacher Kon- glomerats ansetzt und demgemäß den seinerzeit regional weitgehend unbekannten, als eher fein- körnig erwarteten Unteren Buntsandstein erschließt. Nach nunmehr möglichem Vergleich mit FB Spitzeichen 1 / Lindau 1 wären in diesem Fall jedoch die Konglomerate und Konglomerat-Sand steine der unteren Bernburg- und der Calvörde-Folge zu erwarten. Die vorhandenen Aufnahmen lassen davon aber nichts erkennen. 78 Klaus Helmkampf

Die Ramsenthal-Profile müssten somit ü b e r dem Kulmbacher Konglomerat liegen. Paralle lisiert man nun das dicke Tonsteinpaket nahe der Basis von Ramsenthal II (107-108 m) mit dem mächtigen Dach-Ton der Volpriehausen-Folge (hier als VDM-Marker bezeichnet, Spitzeichen 175-178 m), so ergibt sich eine plausible Korrelation („best fit“) auch für die darüber liegende Ab- folge. Das gekernte Intervall der beiden Messstellen (entspr. 19 – 59 m in Ramsenthal II) würde dann dem Übergangsbereich Detfurth-/Hardegsen-Folge in Spitzeichen 1 entsprechen. In diesem Abschnitt tritt auch im Profil Spitzeichen 1 die deutlichste Konzentration weißer Sandsteine kom- biniert mit dunkelroten Tonsteinen auf. Etwa 20 m höher erscheinen in der Hardegsen-Folge von Spitzeichen die einzigen Mangan-Anreicherungen unterhalb des smS, die im Profil Ramsenthal I bei Schröder (1996) ihre Parallele finden (vgl. hierzu auch Tabelle 1).

Die Profile Ramsenthal I und II würden demnach in der mittleren Hardegsen-Folge ansetzen und bis in die untere Detfurth-Folge (TB Ramsenthal I) bzw. die Dachphase der Volpriehausen- Folge (TB Ramsenthal II) reichen. Sie lägen vollständig im Mittleren Buntsandstein.

Diese Interpretation leidet einzig unter dem Problem, dass oberhalb/östlich davon durch Emmert (1962) noch weitere 50-60 m Mittlerer Buntsandstein kartiert wurden. Dafür aber könnte die Trebgaster Störung verantwortlich sein, die knapp östlich an TB II vorbei ziehen muss (auf der Karte zwar aussetzend, de facto aber weiterlaufend, da jenseits der Trebgast wieder vorhanden und auch im Tal mittlerweile nachgewiesen). Schon bei mäßiger Schichtverdoppelung (Sprunghöhe 30 m) ergäbe sich ein Kartenbild, das die obige stratigraphische Zuordnung zuließe und bei dem die streichende Störung im Gelände kaum erkannt worden wäre.

Die so erarbeitete stratigraphische Zuordnung zeigt Abbildung 4 und Tabelle 4.

Tabelle 4: Stratigraphie und Profil-Korrelation der Tiefbrunnen und Messstellen der Ramsen thal / Harsdorfer Gruppe nach Vergleich mit den Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 / Lindau 1 (Basis in m unter GOK).

Ramsenthal Ramsenthal TB Ramsen TB Ramsen GWM 1 GWM 2 thal I thal II Hardegsen-Folge (smH) 14,4 ca. 32 ca. 41 Detfurth-Folge (smD) (>20) (>20) (>80) 107 Volpriehausen-F. (smV) (>110)

Diese Zuordnung erfährt eine weitere, indirekte Stütze durch die Grundwasser-Chemie. Das Wasser der Ramsenthaler Tiefbrunnen (gering mineralisiert, sauer) ist typisch für Brun- nen des Mittleren Buntsandsteins (einschl. FB Spitzeichen 1) und gleicht nicht den Wässern aus FB Lindau 1, TB Benker II oder TB Lindau I und II, die Unteren Buntsandstein erschließen (hoch mineralisiert, schwach alkalisch). Weitere Sicherheit über die stratigraphische Zuordnung der Ramsenthaler Tiefbrunnen-Profile könnte ein Gamma-Log bringen. Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 79

Abb. 4: Teufen-Korrelation der Buntsandstein-Bohrungen im Raum Harsdorf-Bindlach mit dem Profil der Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 / Lindau 1. 80 Klaus Helmkampf

3.4. Tiefbrunnen und Messstellen Benker Gruppe und Bindlach

Zwischen Ramsenthal und Bindlach liegen die Tiefbrunnen Benker I, Benker II und Bind- lach I, sowie ein Netz von insgesamt 12 gekernten Grundwasser-Messstellen (bis 110 m Teufe).

Für die Tiefbrunnen (Meißelbohrungen) liegen keine Gamma-Logs und nur sehr grobe Bohr- meister-Angaben vor, deren Informationsgehalt gering ist („Sandstein mit Ton“ und „Ton mit Sandstein“). Auf Darstellung wird daher verzichtet.

Die Kernprofile der 12 Messstellen wurden überwiegend vom Verfasser, zum Teil von R.W ie- gand aufgenommen. Sie komplett aufzulisten würde den Rahmen dieser Arbeit sprengen (sie sind beim Wasserversorger sowie beim Verfasser einsehbar). Ihre Korrelierung untereinander gelingt weitgehend. Ein fast vollständiges Profil vom untersten Muschelkalk bis in die Detfurth-Folge liefert die Kombination der beiden längsten dieser Profile, nämlich Benker GWM 2 und Benker GWM 4. Diese beiden Profile werden im Folgenden vorgestellt:

BohrprofilGW-Messstelle GWM 2, Benker Gr.: Jahr: 1994 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 71 88 H 55 40 42 Höhe: 396 m ü NN Endteufe: 80,5 m Probentyp: Kernproben Vorliegend: Bohrkern

Vom Verfasser wurde ab Quartär das folgende geologische Profil aufgenommen:

1,0 – 6,8 m Mergel, sandig, braun – 8,0 m Mergel, sandig, grau, einzelne Dolomitlagen – 9,0 m Kern-/Probenverlust – 9,7 m Mergel, fest, mit Tongeröllen, schwarzgrau, einzelne Kalk-/Dolomitlagen – 10,5 m Kern-/Probenverlust – 11,1 m Mergel, unten sandig, hart, hellgrau, gelb verwitternd, Unterkante Erosionsfläche mit Wurm- bauten – 14,1 m Mittelsandstein und Feinsandstein, karbonatisch, grüngrau; einzelne Tonsteinlagen, grün – 16,0 m Mittelsandstein und Feinsandstein, wie oben mit vielen Caliche-Knollen und -Lagen – 21,2 m Grobsandstein, oben mittelkiesig, unten geröllführend; intraform. Gerölle, graugrün/beige, Rostflecken – 23,5 m Mittelsandstein und Feinsandstein, tonig, einzelne Caliche-Knollen, Turbatgefüge – 23,8 m Tonstein, sandig, dunkel-oliv – 26,6 m Grobsandstein, Feinkies-Lagen, Tongallen, rostfleckig – 28,4 m Mittelsandstein bis Feinsandstein, graugrün – 30,5 m Grobsandstein, hellgrün, Geröll-Lagen; und Sandstein, mittelkiesig/feinkiesig, hellgrün mit Tonstein, sandig, dunkelgrün – 31,9 m Caliche-Knollen unten massiv und Sandstein, feinkiesig/mittelkiesig, tonig, grün – 39,1 m Grobsandstein, gradiert, unten Geröll-Lagen, tonige Partien, Caliche an Basis, hellgrün – 39,8 m Feinsandstein, tonig, grün – 40,8 m Grobsandstein, beige, rostfleckig – 46,0 m Mittelsandstein, hellgrün, mit Feinsandstein, tonig, blaugrün, Caliche-Knollen und -Lagen – 55,5 m Grobsandstein und Mittelsandstein, hellgrün/beige; einzelne Geröll-Lagen, Feinsandstein- Lagen, tonig, blaugrün – 65,0 m Grobsandstein bis Mittelsandstein, hellgrün und Feinsandstein, tonig, dunkel-violett, einzelne Caliche-Knollen und -Lagen, einzelne Calcit-/Carneol-Drusen Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 81

– 68,8 m Grob- bis Mittelsandstein, grün, vereinzelt Gerölle, tonige Flecken und Bänder, Quarzdrusen – 69,9 m Grobsandstein, hellbraun, Mn-fleckig, Feinsandsteinbänder, grün – 75,0 m Grobsandstein bis Mittelsandstein, grün, teilw. Mn-fleckig, einzelne Quarzdrusen, mit Feinsand- stein, tonig, violett, Caliche-Knollen und -Horizonte – 78,4 m Mittel- bis Feinsandstein, tonig, violett, Turbatgefüge, Quarzlinsen, Caliche-Horizonte – 79,1 m Mittelsandstein, grün – 79,4 m Caliche, massiv, gelb – 80,5 m Mittelsandstein, grün, partienweise tonig/violett, Turbatgefüge

BohrprofilGW-Messstelle GWM 4 Benker Gr.: Jahr: 1998 TK 25 Nr. 5935 Marktschorgast R 44 71 63 H 55 41 02 Höhe: 363 m ü NN Endteufe: 110,0 m Probentyp: Kernproben Vorliegend: Bohrkern

Vom Verfasser (teilw. R. Wiegand) wurde ab Quartär folgendes Profil aufgenommen:

3,8 – 14,8 m Mittel-/ Grobsandstein, feinsandig, teilweise tonig, arkosisch; hellbeige, rotviolett/grün-fleckig – 15,0 m Tonstein, dunkel violett – 17,7 m Mittelsandstein, teils arkosisch, teils tonig, hellviolett, beige – 19,8 m Grobsandstein, teilweise kiesig, violettrot, durchsetzt mit Dolocrete-Flecken, ocker (bis 5 cm) Feinschichtung 15° – 21,5 m Mittelsandstein, Tonstein-Schlieren, violett, einzelne Dolocrete-Linsen – 23,2 m Mittel- bis Grobsandstein, tonig, hellgrün-beige, violett-fleckig – 23,7 m Schluffstein, dunkel violett – 27,6 m Mittel- bis Grobsandstein, arkosisch, schw. Feinschichtung, hellbeige, einzelne Dolocrete- Linsen, rötlich – 28,1 m Schluffstein, feinsandig, glimmerführend., dunkel violett – 33,0 m Mittelsandstein, rötlich weiß; kiesig, arkosisch, Feinschichtung, grünbeige, rote Tonstein-Lagen – 34,9 m Konglomerat feinkiesig, arkosisch, unten tonig, feingeschichtet, hellgrün, violettstreifig – 38,2 m Fein- bis Mittelsandstein, teilw. mürb, oben arkosisch, grau-grün-fleckig, violett; bindige Lagen – 38,3 m Tonstein, sandig, flaserig, graugrün – 39,9 m Fein-/Mittelsandstein, grau-grün, violettfleckig und -lagig – 40,9 m Mittelsandstein, foresets, grau-grün – 51,2 m Mittelsandstein, grau-rosa, violett, Dolocrete-Flecken, foresets, Basis laminiert, teilweise mürbe – 51,7 m Dolocrete, hart, gelb-grau, Basis Schluffstein (violett) – 58,7 m Feinsandstein, schwach schluffig, flaserig, violett, grau-grün fleckig; Basis Schluffstein, fein sandig, glimmerführend; Quarzklüfte bei 59 m; teilweise mürbe – 63,4 m Mittel-/Grobsandstein, feinkiesig, arkosisch, hellbraune Feldspäte, geschichtet, hellrosa; oben Tongerölle – 64,9 m Grobsandstein, stark feinkiesig, arkosisch, hellbraune Feldspäte, Tongerölle, erosive Basis, grau-grün, hellrosa – 66,8 m Fein-/Mittelsandstein, arkosisch, grau-rosa; oben flaserig-schlierig (violett-dunkelgrün) – 69,4 m Grobsandstein, fein- bis mittelkiesig, arkosisch, foresets, grau, rosa-violett; erosive Basis – 69,8 m Schluffstein, feinsandig, glimmerführend, violett – 73,7 m Mittel-/Grobsandstein, arkosisch, Tongerölle, foresets, hellrosa bis violett, erosive Basis – 77,4 m Fein- bis Mittelsandstein, schluffig, glimmerführend, grün-violett, Basis Tonstein, feinsandig, glimmerführend, knollig, violett – 82,4 m Wechsellagen Grob- und Mittelsandstein, feinkiesig, arkosisch, foresets, Tongerölle, hellrosa, dunkelgr.; stark glimmerführende Lagen 82 Klaus Helmkampf

– 83,7 m Fein-/ Mittelsandstein, Basis feinkiesig, foresets, hellrosa, großfleckig iolettv -grün, Basis Schluffstein, glimmerführend,violett – 86,0 m Fein-/Mittelsandstein, rosa, großfleckig, oben geschichtet – 87,7 m Mittelsandstein, schwach feinkiesig, arkosisch, flaserig, teilweise foresets,Tongerölle, grau, grün, rosa – 89,0 m Mittelsandstein, rot – 90,5 m Grobsandstein, stark feinkiesig, arkosisch, glimmerführend, rosa; feinsandig bei 88,6 und 88,7 m; Basis Tonstein, glimmerführend – 96,0 m Mittel- bis Grobsandstein, feinkiesig bis stark feinkiesig, arkosisch, Basis Feinsandstein – 96,6 m Tonstein, glimmerführend, violett, grau – 100,1 m Mittelsandstein, grau, grün, rosa, foresets, großfleckig-tonig (violett); erosive Basis, foresets – 101,5 m Mittelsandstein, grobsandig, feinkiesig (an Basis), rosa, grau, grün, großfleckig – 102,2 m Konglomerat, stark sandig, arkosisch, rosa – 105,7 m Mittel-/Grobsandstein, schwach feinkiesig, bindige Lagen, foresets, rosa-violett – 106,5 m Konglomerat, stark sandig, arkosisch, foresets, rosa – 107,0 m Mittelsandstein, foresets, rosa – 110,0 m Grobsandstein, stark feinkiesig, arkosisch, foresets,Tonstein-Gerölle, rosa (E.T.)

Korrelierung und stratigraphische Zuordnung: Die eng benachbarten beiden Kernprofile wurden mit FB Spitzeichen 1 / Lindau 1 korreliert bzw. der Standardgliederung zugeordnet (vgl. Abb. 4). Sie bilden ein quasi-fortlaufendes Profil, wobei eine Lücke von etwa 10 m im so1 durch überlappende andere Bohrungen (z.B. GWM 8 Benker Gruppe) belegt ist. Die stratigraphischen Grenzen zeigt Tabelle 5.

Tabelle 5: Stratigraphie und Profil-Korrelation der Grundwasser- Messstellen GWM 2 und GWM 4 der Benker Gruppe nach Vergleich mit den Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 / Lindau 1 (Basis in m unter GOK).

GWM 2, GWM 4, Benker Gr. Benker Gr. Unterer Muschelkalk (mu) 11,1 Myophorien-Sch. (so3) 14,1 Ob. Buntsandstein 2 (so2) 55,5 Oberer Buntsanstein 1 (so1) >80,5 (E.T.) 14,8 Solling-Folge (smS) 27,6 Hardegsen-Folge (smH) 82,4 Detfurth-Folge (smD) >110,0 (E.T.)

Fixpunkt der stratigraphischen Zuordnung ist die Buntsandstein/Muschelkalk-Grenze (UK Grenzgelbkalk) bei 11,1 m in GWM 2. Von hier ausgehend ins Liegende ergeben sich folgende Grenzen:

Die Grenze so2/so1 wird durch den scharfen Wechsel von einfarbig hellgrünen Sandsteinen (Oberer heller Plattensandstein, so2) zu roten und rot/grün gefleckten tonigen Sandsteinen (Unte- rer roter Plattensandstein, so1) bei 55,5 m in GWM 2 markiert. Ein „Weidenberger Carneolhori- zont“ an der Basis des so2, wie von Emmert (1962) beschrieben und kartiert, ist allerdings in den Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 83

Bohrungen nicht erkennbar. Eine Massierung von Quarzlinsen, Quarzdrusen, Caliche-Knol- len und -Horizonten sowie Manganflecken findet sich stattdessen etwa in der Mitte des so1 (ca. 65 – 80 m in GWM 2), während durch die gesamte übrige Abfolge des so1 wie des so2 sporadisch (stellenweise massive) Caliche-Bildungen auftreten. Ebenso erscheinen in der FB Spitzeichen 1 Mn-Fleckung und Karbonat-Linsen über den gesamten so1 verteilt.

Man hätte also die Wahl, entweder den „Weidenberger Carneolhorizont“ in die Mitte des so1, oder die so1/so2-Grenze nach unten, mitten in die Rotsedimente, zu verlegen. Oder man geht schließlich davon aus, dass gar kein durchgehender Weidenberger Horizont existiert, sondern dass die im gesamten Oberen Buntsandstein gegenwärtigen und häufigen pedogenen Bildungen der genannten Art sich lokal in verschiedensten Niveaus konzentrieren können, was am wahr- scheinlichsten ist.

Im Gegensatz dazu ist der Grenz-Carneolhorizont bzw. die damit identische Solling-Folge (smS) erstaunlich beständig. Dieses am stärksten pedogen geprägte Sedimentpaket erscheint in fast gleicher Mächtigkeit (ca. 13 m), Abfolge und Ausbildung in GWM 4 Benker Gruppe wie in FB Spitzeichen 1.

Auch die Untergrenze der Hardegsen-Folge (smH) in GWM 4 Benker Gruppe kann nunmehr durch Vergleich mit dem Profil der FB Spitzeichen 1 festgelegt werden. Mächtigkeit, Anzahl der Kleinzyklen und Ausbildung stimmen weitgehend überein. Der fanglomeratische Basisbereich des smH von Spitzeichen 1 wird in GWM 4 Benker Gr. durch einen geröllführenden Grobsand- stein vertreten. Der pedogen geprägte Bereich (Entschichtung, Mn-Mulm) mit Tongeröllen im unteren Drittel der Hardegsen-Folge von Spitzeichen 1 wird in GWM 4 durch einen Bereich mit mehreren Erosionshorizonten vertreten. Pedogene Dolocrete-Flecken und -Lagen im oberen Drittel von GWM 4 korrelieren umgekehrt mit einem stark durch Intraformational-Gerölle charakterisierten Intervall in der FB Spitzeichen 1. Ein glimmerführender toniger Violetthorizont bildet in GWM 4 wie in Spitzeichen 1 den Abschluss der Hardegsen-Folge (hier als HDM-Marker bezeichnet).

Das Profil GWM 4 Benker Gruppe endet etwa in der Mitte der Detfurth-Folge (smD) am Beginn von deren mächtigem grobklastischem Abschnitt.

Die drei Tiefbrunnen Benker Gruppe und Bindlach können mangels Gamma-Log und brauchbarer Schichtbeschreibungen nicht detailliert verglichen und korreliert werden. Basierend auf der stratigraphischen Zuordnung der jeweils nächstgelegenen (gekernten) Meßstellen sowie der Brunnenteufen samt einiger weniger Bohrmeister-Angaben ist allerdings eine ungefähre Ab- schätzung der vermutlich erbohrten Abfolge möglich (vgl. auch Abb. 4):

TB Benker I (E.T. 190,6 m): Das Profil setzt im so1 an, dürfte bei etwa 60 m den Mittle- ren Buntsandstein (smS) erreichen und steht vermutlich bei Endteufe im Dach-Ton der Volprie hausen-Folge (smV).

TB Benker II (E.T 192,2 m): Das Profil beginnt wahrscheinlich in der Hardegsen-Folge (smH), durchteuft den Dach-Ton der Volpriehausen-Folge (smV) bei 91-95 m, und endet nahe der Basis der Bernburg-Folge (suB) des Unteren Buntsandsteins.

TB Bindlach (E.T. 182 m): Das Profil setzt im so1 an, dürfte bei etwa 40 m den Mittleren Buntsandstein (smS) und bei Endteufe etwa die Basis der Detfurth-Folge (smD) erreichen. 84 Klaus Helmkampf

3.5. Forschungsbohrung Bindlach

Im Jahre 1980 wurde nordwestlich von Bindlach im Auftrag des Bayerischen Geologischen Landesamtes die Forschungsbohrung Bindlach abgeteuft. Sie war von Emmert angeregt worden, nachdem eine erfolglose Wasserbohrung der Gemeinde Bindlach fraglichen Zechstein erbohrt hatte, und wurde von ihm bearbeitet:

BohrprofilForschungsbohrung Bindlach: Jahr: 1980 TK 25 Nr. 6035 Bayreuth R 44 71 27 H 55 39 06 Ansatzhöhe: ca. 360 m ü NN Endteufe: 221,0 m Probentyp: 0-86,3 Spülproben; 86,3- 221 m Kernproben Vorliegend: Profilbeschreibung Emmert (1982)

Korrelierung und stratigraphische Zuordnung:

Tabelle 6 zeigt die Gliederung des Profils durch Emmert (1982) sowie die aufgrund des Pro- filvergleichs mit FB Lindau 1 erfolgte Einfügung in die Standardgliederung des Buntsandsteins (vgl. auch Abb. 4).

Tabelle 4: Stratigraphische Gliederung des Profils der Forschungsbohrung Bindlach nach Emmert und nach Korrelation mit dem Profil der Forschungsbohrung Lindau 1 (Basis in m unter GOK).

Gliederung nach Emmert (1982) Standardgliederung nach Korrelierung mit FB Lindau 1 Mittl. Buntsandst. 1 (sm1) 37 Volpriehausen-Folge (smV) 37 Bernburg-Folge (suB) 90 Unterer Buntsandst. (su) 162 Calvörde-Folge (suC) 162 Zechstein (Z) > 221 Zechstein > 221

Wie zu sehen ist, ergibt sich keine Notwendigkeit, auf Basis des Vergleichs mit FB Lindau 1 die Grenzen und Zuordnungen Emmert (1982) zu korrigieren. Es war aber zusätzlich möglich, die beiden Folgen innerhalb des Unteren Buntsandsteins abzugrenzen.

Der Zechstein der Forschungsbohrungen Bindlach und Lindau 1 ist lithofaziell weitgehend vergleichbar. Überwiegend karbonathaltige hellgrüne und rote Fein-Arenite, allgegenwärtige Do- lomit-Knollen (Caliche/Dolocrete), einzelne Dolomit-/Dolomitsandstein-Bänke sowie zwischen- geschaltete gröbere Sandsteinlagen bestimmen hier wie dort die Lithologie. Die Korngrößen scheinen in Bindlach etwas stärker differenziert zu sein als in Lindau.

Die Calvörde-Folge (suC) des Unteren Buntsandsteins beginnt in beiden Fällen mit grobklastischen Ablagerungen (Eck‘sches Konglomerat), die in Lindau 1 fast bis zum Dach der Folge reichen, in FB Bindlach aber nach ca. 20 m in feinkörnigere Sedimente übergehen. Der untere Teil enthält hier wie dort noch einzelne karbonatische Lagen, die z.T. direkt korrelierbar sind (hier als CCM-Marker-Gruppe bezeichnet). Auch vereinzelte Chalcedon/Carneol-Knauern kommen in beiden Profilen vor. Insgesamt ist die Folge in FB Bindlach etwas geringmächtiger.

Die Bernburg-Folge (suB) beginnt in FB Bindlach mit einem sehr heterogenen Paket („Ton- stein mit groben Quarzkörnern“, aufgearbeitete Tonsteinbrocken etc.), in dem unschwer die fan- Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 85 glomeratische Basis (mit Aufarbeitung) des suB in der FB Lindau 1 (dort 86-92 m) zu erkennen ist. Die übrige Bernburg-Folge kann im Detail nicht verglichen werden, da für diesen oberen Teil der FB Bindlach nur Spülproben vorlagen (in denen die hier vorherrschenden Bändersandsteine kaum identifizierbar sind). Auch die Bernburg-Folge ist in der FB Bindlach geringmächtiger als in Lindau.

Die Volpriehausen-Folge (smV) des Mittleren Buntsandsteins beginnt in FB Bindlach an scharfer Grenze mit Grobsedimenten über dem tonigeren Dach des suB. Dieser Wechsel scheint hier schärfer ausgeprägt zu sein (Kulmbacher Konglomerat) als in Spitzeichen/Lindau.

3.6. Thermalbohrung Friedrichstherme

Im Jahr 1990 wurde im Bayreuther Stadtteil Laineck, auf der schmalen Creußener Graben- scholle, die Thermalbohrung Friedrichstherme mit einer Gesamtteufe von 1122 m niedergebracht. Das unveröffentlichte, von der Fa. WATEC aufgenommene und gegliederte Schichtenverzeichnis (Sch.V.; Bohrklein-Ansprache) sowie ein allerdings nur bis 850 m reichendes Gamma-Ray-Log (GRL; Messung: GLA) liegen dem Verfasser vor. Aus Platz- und Copyright-Gründen muss auf die Darstellung hier verzichtet werden.

Als Ergebnis der Korrelierung mit dem Profil Spitzeichen/Lindau sei aber in Tabelle 7 eine revidierte Gliederung des Profils Friedrichstherme ab Unterkante Muschelkalk mitgeteilt, so wie sie vom Verfasser für den Betreiber (BEW-Bayreuther Energie-und Wasserversorgungs-GmbH) erarbeitet wurde.

Tabelle 7: Stratigraphische Gliederung des Profils der Thermalbohrung Friedrichstherme ab Unterkante Muschelkalk nach Korrelation mit dem Profil der Forschungsbohrungen Spitz eichen 1 und Lindau 1 (GRL = Gamma Ray Log; Sch.V. = Schichtenverzeichnis WATEC).

Thermal-Bohrung Friedrichs- Zuordnung beruhend auf therme (Basis in m unter GOK). Unterer Muschelkalk (mu) 583 GRL Ob. Buntsandstein 2 (so2) ca. 632 Sch.V. Ob. Buntsanstein 1 (so1) 684 GRL Solling-Folge (smS) 697 GRL Hardegsen-Folge (smH) 774 GRL Detfurth-Folge (smD) 825 GRL Volpriehausen-Folge (smV) 873 GRL Unt. Buntsandst. (su) 982 Sch.V. Zechstein (z) 1079 Sch.V. Rotliegendes (r) >1122 Sch.V.

Diese Korrelierung ist als vorläufig zu betrachten, da die (nicht gewaschenen) Spülproben noch vorliegen und auf detaillierte Bearbeitung warten. Auf Grund des vorhandenen Schichten verzeichnisses sind aber z. B. Zechstein und Rotliegendes nach Vergleich mit FB Lindau 1 zweifelsfrei zu identifizieren und abzugrenzen. 86 Klaus Helmkampf

4. Vergleich mit der Forschungsbohrung Obernsees

Die im Jahre 1983 etwa 13 km westlich von Bayreuth niedergebrachte, 1390 m tiefe For- schungsbohrung Obernsees des Bayerischen Geologischen Landesamtes (R 44 55 53; H 55 31 03; NN +380,85 m) erfasst ab ca. 835 m Teufe die auch in den Forschungsbohrungen Spitzeichen/ Lindau durchteuften Schichten. Die Ergebnisse wurden 1985 in Band 88 der Geologica Bavarica durch H. Gudden, H. Schmid und andere dokumentiert.

In Abb. 5 wurden die Gamma-Ray-Logs der Forschungsbohrungen Obernsees und Spitzei- chen 1/Lindau 1 nebeneinander gestellt und korreliert. Im Detail und bei Unklarheiten wurden die Kernbeschreibungen (für Obernsees siehe Emmert et al. 1985) mit herangezogen. Die Kerne der FB Obernsees selbst wurden vom Verfasser bisher nicht eingesehen. Für Gliederung und Benen- nung waren die FB Spitzeichen 1 und Lindau 1 maßgebend, da diese der aktuellen Nomenklatur und Einordnung entsprechen und hier die Abgrenzungen mit den relevanten Arbeitsgruppen der Perm/Trias-Subkommission abgestimmt sind (siehe auch Freudenberger & Helmkampf 2006).

Nach obigen Kriterien ergibt sich die in Tabelle 8 gegenübergestellte Korrelation zwischen Obernsees und Spitzeichen/Lindau.

Tabelle 8: Stratigraphische Korrelation zwischen den Forschungsbohrungen Obernsees und Spitzeichen 1 / Lindau 1.

FB Obernsees Stratigraphische Gliederung Entsprechungs-Teufe Basis-Teufe bei in FB Spitzeichen 1 (S) Bohrmeter und Lindau 1 (L) 837,9 Ob. Buntsandstein 2 (so2) 887,4 Ob. Buntsandstein 1 (so1) 45,8 (S) 918,0 Solling-Folge (smS) 59,5 (S) 960 Hardegsen-Folge (smH) 116,3 (S) 1017,0 Detfurth-Folge (smD) 175,1 (S) 1087,8 Volpriehausen-Folge (smV) 31,1 (L) 218,3(S) 1133,5 Bernburg-Folge (suB) 92,4 (L) 1218,5 Calvörde-Folge (suC) 182,3 (L) 1323,4 Zechstein (z) 280,4 (L) 1341,7 Rotliegendes (r) > 530,6 (L)

Die in der Tabelle hervorgehobenen Teufen im Profil der FB Obernsees bezeichnen Korrelie- rungen, die im Gamma-Log u n d Kern eindeutig sind. Sie stellen daher Fixpunkte dar, die auf jeden Fall so zu revidieren bzw. zu bestätigen sind, sofern man die Gliederung in Spitzeichen / Lindau als gültig akzeptiert.

Die wesentlichen Korrelationen seien im Folgenden von Liegend nach Hangend kurz erläu- tert:

Die Ausgliederung eines geringmächtigen Rotliegend-Pakets in Obernsees (1323,4 – 1341,7 m) unter dem Zechstein ergibt sich zwangsläufig durch die sichere und grenzgenaue Korrelierbarkeit der in beiden Profilen fast mächtigkeitsgleichen Zechstein-Abfolge. Das 18 m mächtige rote Brekzien- /Fanglomerat-Paket wurde auch von Schuh (1985) schon als typische Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 87

Rotliegendfazies angesprochen. Es wurde dann aber stratigraphisch doch dem Zechstein zuge- schlagen, was nun nicht mehr haltbar ist. Der Gehalt an (pedogenen) Dolomitkonkretionen ist Teil dieser Fazies und hat in Spitzeichen/Lindau seine Entsprechungen. Die Paläomagnetik stützt die Rotliegend-Zuordnung noch zusätzlich (Soffel & Wipper 1998).

Die Korrelierung der Obergrenze des Zechsteins (Obernsees: 1218,5 m) erfolgt im Gamma- Log wie im Kern zweifelsfrei. Der in Obernsees bisher ausgeschiedene „Bröckelschiefer“ sowie die Wechsellagerung (tlw. karbonatisch) bei 1218–1236 m sind in den Zechstein einzubeziehen.

Der Buntsandstein beginnt auch in Obernsees mit ca. 4 m Äquivalent des Heigenrücken-Sand steins, ehe über einer Erosionsfläche die eigentliche Calvörde-Grobschüttung (Eck’sches Konglo- merat) bei 1214,2 m einsetzt. Das Gamma-Log der Calvörde-Folge (früher Gelnhausen-Folge) zeigt parallel in beiden Profilen einen gleichmäßig gering-amplitudigen fining-upwards-Zyklus, der jeweils mit einer hohen Gamma-Spitze endet. Bei fast übereinstimmender Mächtigkeit dürfte letztere auch in Obernsees die Grenze suC/suB markieren, obwohl dies im Kern wenig auffällt.

Auch die in ihrer Gamma-Signatur ähnliche, gering-amplitudige Bernburg-Folge (früher Salmünster-Folge) zeigt am Beginn gute Übereinstimmung zwischen FB Lindau 1 und FB Obern sees. Diese Signatur wird jedoch in der FB Obernsees schon nach 30 m (bei 1087,8 m Teufe), statt erst nach 60 m wie in der FB Lindau 1, von einer großbankig/großamplitudigen Signatur abgeschnitten, die in Lindau für die Volpriehausen-Folge typisch ist. In beiden Profilen wird dieser Schnitt aber als Grenze suB/smV angesehen. In der Kernbeschreibung der FB Obernsees erscheint unterhalb dieser Grenze ein grobklastisches Paket, das als „Kulmbacher Konglomerat“ eingestuft wird. Dieser nach unten wenig scharf begrenzte Schichtstoß muss hier der – auch in FB Spitzeichen 1 / Lindau 1 überwiegend grobklastischen – Bernburg-Folge zugerechnet werden, wobei der immer unschärfer werdende Begriff „Kulmbacher Konglomerat“ an dieser Stelle nicht weiter diskutiert werden soll.

Der zur Korrelierung zwischen Spitzeichen 1 und Lindau 1 (s. Kap. 2.1) verwendete VMM- Marker innerhalb der Volpriehausen-Folge kann auch im Gamma-Log der FB Obernsees bei 1060–1070 m wiedererkannt werden. Die (unveränderte) Obergrenze der durch reine, mürbe, dickbankige Sandsteine gekennzeichneten Volpriehausen-Folge (Grenze smV/smD) ist in beiden Gamma-Logs messerscharf und durch eine hohe Gamma-Spitze akzentuiert. Diesem deutlichen Fixpunkt im Log beider Bohrungen entspricht im Kern von Spitzeichen 1 / Lindau 1 das markante Ton-Siltsteinpaket des Volpriehausen-Dach-Markers VDM. In der Kernbeschreibung von Obern- sees wurde dieses nicht registriert (Kernverlust ?).

Wie bisher wird die Obergrenze der Detfurth-Folge (smD/smH) in der FB Obernsees bei 960 m angenommen. Sie ist dort im Log markanter ausgeprägt als in der FB Spitzeichen 1. Eben- falls eindeutig und unverändert ist die Korrelierung der smH/smS-Grenze, sowohl im Gamma- Log als im Kern.

Die smS/so1-Grenze ist etwas problematischer. In der FB Spitzeichen 1 bildet die lithofaziell sehr typische, stark pedogen geprägte Solling-Folge einen einzigen Sohlbank-Zyklus von 14 m Mächtigkeit. Dieser ist fast unverändert zu den Profilen im Raum Bindlach zu verfolgen (s. o.). Auch im Profil Obernsees erscheint dieser Zyklus (902–918 m), wird aber von einem nach Mäch- tigkeit und Aufbau fast identischen zweiten Zyklus überlagert, für den in der Kernbeschreibung die gleiche typisch „bunte“ Solling-Fazies registriert wurde. Es erscheint am plausibelsten, die smS/so1-Grenze im Profil Obernsees an dessen Oberkante zu suchen (887,4 m ). Die Solling- Folge umfasst dann den faziell typischen Abschnitt in zwei fast gleichen Sohlbankzyklen von 88 Klaus Helmkampf zusammen etwa 30 m Mächtigkeit. Die früher gezogene Grenze bei 875,7 m schließt Bereiche in „normaler“ so1-Ausbildung ein und bläht die Solling-Folge zu regional untypischer Mächtigkeit auf.

Die markante so1/so2-Grenze bei 837,9 m im Gamma-Log von Obernsees hat in Spitzeichen 1 kein Äquivalent mehr, da das Profil offenbar erst im so1 ansetzt.

Abb. 5: Korrelierung der Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 mit dem entsprechenden Ab- schnitt der Forschungsbohrung Obernsees im Gamma-Ray-Log. Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 89

5. Mächtigkeits- und Faziesvergleich

Mächtigkeiten: Auf der Basis obiger Korrelierungen wurden in Tabelle 9 die Mächtigkeiten (ganze Meter) der stratigraphischen Einheiten im Untersuchungsgebiet zusammengestellt (unsichere Zuordnungen blieben unberücksichtigt).

Tabelle 9: Mächtigkeit der stratigraphischen Einheiten in den Bohr-Arealen.

Einheit Spitzei- TB Lindau GWM Benker Gr. FB FB chen 1/ und GWM Waldau C (GWM) Bindlach Obernsees Lindau 1 Tauschtal B so 2 44 m 35 m so 1 > 45 m 55 m 48 m 50 m smS 14 m 14 m 13 m 31 m smH 57 m 61 m 55 m 42 m smD 59 m 55 m >28 m 57 m smV 43 m 42 m >37 m 71 m suB 61 m ca. 65 m 52 m 46 m suC 90 m >33 m 72 m 85 m Z 98 m >78 m >59 m 105 m r >250 m 18 m

Fasst man regional und stratigraphisch zusammen, so ergeben sich die in Tabelle 10 aufge listeten Werte (hier einschl. Friedrichstherme).

Tabelle 10: Regionaler Vergleich der Mächtigkeiten im Untersuchungsgebiet.

Raum Lindau Raum Bindlach- Raum Obernsees Bayreuth Buntsandstein gesamt 429 m ca. 395 m 417 m Oberer Buntsandstein ca. 100 m 92 – 101 m 85 m Mittlerer Buntsandstein 173 m 190 m 201 m Unterer Buntsandstein 151 m 109 – 124 m 131 m Zechstein 98 m 97 m 105 m Rotliegendes >250 m > 43 m 18 m

Wesentliche Aussagen, die sich daraus für den Untersuchungsraum ableiten lassen, sind: . die bei Lindau im Minimum 250 m mächtige Rotliegend-Füllung dünnt nach Südwesten rapide aus und hat bei Obernsees noch 18 m Gesamtmächtigkeit . die Zechstein-Mächtigkeit schwankt um etwa 100 m, wobei sie in Obernsees geringfügig größer ist als in Lindau . für den Gesamt-Buntsandstein ergibt sich eine mäßige Mächtigkeits-Zunahme von Südost nach Nordwest, was der Beckenkonfiguration entspricht; deutlichere Differenzen auch mit umgekehrter Tendenz sind innerhalb einzelner Folgen zu beobachten, wobei Defizite in der einen Folge meist in der nächsten kompensiert oder überkompensiert werden . die veröffentlichten Isopachenkarten z.B. von Klare (1989) erfordern im Falle des Unteren 90 Klaus Helmkampf

und Oberen Buntsandsteins kaum eine Revision, im Falle des Mittleren Buntsandsteins wird eine Verschiebung der 200 m -Isopache um ca. 15 km nach NW notwendig.

Fazies: Die Korrelierung der Profile im Untersuchungsraum erlaubt einige Aussagen über die laterale und vertikale Fazies-Entwicklung (siehe hierzu auch nochmals Tabelle 1).

Rotliegendes: Die in der FB Lindau 1 erschlossene Teilmächtigkeit des Rotliegenden von >250 m belegt die Fortsetzung des parallel zur Fränkischen Linie nachgewiesenen tiefen Permokarbon-Trogs (Helmkampf et al. 1982; Schröder 1987, 1988; Müller 1994), bzw. einer entsprechenden Aufrei- hung von Pull-Apart-Becken (s. Röckel 2006), deren Schulter 20 km weiter westlich (Obernsees noch 18 m) erreicht ist.

Die hellrote, schwach karbonatische Sandsteinfolge im liegenden Teil des Rotliegenden von Lindau (hier als ro-S bezeichnet) hat vermutlich fazielle Entsprechungen in ähnlichen, bis zu 270 m mächtigen Einschaltungen im Oberrotliegenden der Bohrung Röthenbach II (Ammon & Reis 1927). Die Foreset-Winkel sprechen teilweise für äolische Bedingungen bei nordwestlicher Transportrichtung (Röckel 2006). Die übrigen Fazieselemente gehen am ehesten mit äolisch/fluviatil/lakustrinen Bildungsbedingungen konform, möglicherweise einer Inland-Sebkha. Ein zeit- weises Trockenfallen mit pedogener Überprägung ist wahrscheinlich (Proto-Caliche, Calcrete Stufe 1-2 nach Machette 1985 bzw. Wright & Tucker 1991; äolischer Karbonat-Eintrag ?).

Die roten Fanglomerate und Tonsandsteine im hangenden Teil des Ober-Rotliegenden von Lindau (hier als ro-F bezeichnet) unterscheiden sich nicht grundsätzlich von den typischen ariden Debris-flow-/Mud-flow-Sedimenten im übrigen ostbayerischen Rotliegenden. An den Schultern des schmalen Troges (Obernsees) gehen sie in geringmächtige reine Schutt-Brekzien (Scree) über. Massive Caliche-Bildungen in der FB Lindau 1 indizieren Phasen intensiver Austrocknung/ Bodenbildung, während gelegentliche Gipsfüllung von Klüften auf hypersaline Wässer hinweist. Die Grenze zum Zechstein bildet ein 5 cm mächtiger feinsandig-kieseliger Tuff it (im Dünn- schliff: scharfkantige Quarztrümmer, gradiert, in feinkörniger Matrix).

Zechstein: Karbonatische, hellgrüne, tonige Feinsandsteine sind die vorherrschende Lithologie der 98 m mächtigen Zechstein-Folge in der FB Lindau 1. Entschichtung, Bioturbation, Convolute Bed- ding, Aufarbeitung, Sandinjektionen und verbreitete Caliche-Bildungen sind Kennzeichen eines Wechsels zwischen Wasserbedeckung und Trockenfallen mit Bodenbildung. Das Milieu dieses Zechstein-Litorals kann als Sebkha/lagunär/palustrin (möglicherweise mit äolischem Eintrag) vermutet werden. Nahe der Basis findet sich ein 4,5 m mächtiger Dolomit-Sandstein, der als zeitliches Äquivalent des Werra-Salinars anzusehen ist (Käding, mündl. Mitteilg.).

Der in der FB Bindlach aufgeschlossene Teil der Abfolge scheint sich nicht grundsätzlich davon zu unterscheiden.

In der FB Obernsees ist das an der Basis liegende Dolomit(sand)stein-Paket mit 13 m deutlich mächtiger als in Lindau. Ausbildung und Mächtigkeit der übrigen Abfolge ist sonst ähnlich. Allerdings treten in FB Obernsees sporadisch auch kohlige Pflanzenreste, Pyrit und dunkelgraue Tonsteinlagen auf, die in Lindau fehlen. Sie indizieren hier ein episodisch reduzierendes, wohl stärker wasserbedeckt/palustrines Milieu. Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 91

Buntsandstein: Die Buntsandstein-Abfolge setzt sich in allen Profilen aus Sohlbank-Mesozyklen (fining-upwards-Z. von meist 5-10 m) zusammen, die auf laterales Pendeln fluviatiler Systeme zurück- gehen dürften (Autozyklen). Diese ordnen sich zu Sohlbank-Großzyklen an (die „Folgen“ der stratigraphischen Gliederung bzw. „Sequenzen“ von Leitz 1976), die wohl ihrerseits die Vor- und Rückverlagerung alluvialer Fächer/Faziesbereiche (proximal bis distal) abbilden. Sie dürften auf Hebungs- und Abtragungsphasen im Herkunftsgebiet zurückgehen (Allozyklen).

Dabei nimmt die durchschnittliche und maximale Korngröße der Buntsandstein-Ablagerun- gen im Untersuchungsgebiet von Folge zu Folge, d. h. von der Calvörde-Folge („Eck‘sches Kon- glomerat“) im Liegenden bis zum Röt im Hangenden, stufenweise ab, während der Feinanteil zunimmt.

Schließt man aus dem Inventar der Lithofazies-Typen innerhalb der einzelnen Buntsandstein- Folgen (vgl. Tabelle 1, letzte Spalte, Fazies-Codes nach Miall 1978, 1996) auf die jeweils pas- sendsten fluviatilen Modelle („fluvial style/facies model“,M iall 1985, 1996), so ergeben sich die in Tabelle 1 aufgeführten Zuordnungen. Diese bewegen sich vom liegenden zum hangenden Bunt- sandstein vom proximalen zum medianen und zunehmend distalen alluvialen Fächerbereich.

Calvörde-und Bernburg-Folge beginnen im Raum Lindau (FB Spitzeichen 1 / Lindau 1, Erkundungsbohrungen A, B und C) mit geringmächtigen, teilweise die Basis erodierenden, matrix-gestützten fanglomeratischen Schichtflut-Ablagerungen. Darüber folgen jeweils schlecht sortierte konglomeratische Sandsteine. Von Lindau bis FB Bindlach treten noch bis in den untersten Teil der Calvörde-Folge einzelne karbonatische Horizonte auf, die möglicherweise auf äolischen Eintrag vom sich zurückziehenden Zechstein-Meer zurückgehen. Auch in Rohstoffbohrungen im Raum Waldau-Pechgraben wurden diese Karbonathorizonte im suC mittlerweile nachgewiesen, sie haben offensichtlichen Marker-Charakter (Verf., unveröffentlicht).

Die gesamte Calvörde- sowie der untere Teil der Bernburg-Folge dürften „braided stream“- Systemen angehören, deren schlechte Sortierung für ephemere Ablagerungsbedingungen spricht. Der obere Teil der Bernburg-Folge („Wechselschichten“) besteht aus Überflutungs-Sedimenten mit „crevasse splay“-Einlagerungen. Während die Bernburg-Folge von Spitzeichen/Lindau bis FB Bindlach voll entwickelt ist, wird ihr oberster Teil in Obernsees gekappt („Volpriehausen- Diskordanz“).

Die Volpriehausen-Folge nimmt sedimentologisch eine gewisse Sonderstellung ein. Mäch- tige mürbe Sandsteine mit Geröllen, aber kaum Feinanteilen, werden durch reine Tonsteinlagen mit hohen Gamma-Spitzen unterbrochen. Typische fining-upwards-Sequenzen sind kaum zu beobachten. Schon auf kurze Distanz (z. B. Lindau bis Spitzeichen) herrscht starke Variabilität der Korngrößen und Bankmächtigkeiten. In Obernsees erreicht die Volpriehausen-Folge, verglichen mit Spitzeichen 1 / Lindau 1, eine um mehr als 50 % höhere Mächtigkeit auf Kosten der unterla- gernden, wohl erosiv gekappten Bernburg-Folge. Zweifellos handelt es sich um hochenergetische Strombett-Ablagerungen mobiler Channelsysteme im Wechsel mit „overbank“-Ablagerungen („gravel-sand meandering“-Typ). Die Auswaschung der Feinanteile spricht vor allem für eine Zu- nahme der Wassermenge, nicht des Gefälles. Die Besonderheit der Volpriehausen-Folge besteht demnach vermutlich in ihrer perennierenderen Schüttung als Folge eines Klima-Ereignisses.

Gleichzeitig findet innerhalb der Volpriehausen-Folge ein markanter Wechsel in der Ge- röll-Zusammensetzung statt: Die seit dem suC stets häufigen Kristallingerölle nehmen in Spitz 92 Klaus Helmkampf eichen /Lindau bis etwa zur Mitte des smV stark ab und fehlen darüber ganz. Auch in Obernsees sind oberhalb des smV keine Kristallin-Gerölle mehr registriert.

Die Volpriehausen-Folge endet mit einem sehr markant-mächtigen Paket toniger Überflu- tungs-(overbank-) Ablagerungen (VDM-Marker).

Die Lithofazies der Detfurth- und Hardegsen-Abfolgen lässt sich am besten dem fluviatilen „ephemeral sand-bed meandering“- Typ Miall’s zuordnen, gelegentlich von einzelnen gröberen Strombett-(channel-) Füllungen unterbrochen. Carneol-Gerölle indizieren aride Bedin- gungen und die nach oben stark zunehmende interne Aufarbeitung spricht für ephemere Schüt- tungsverhältnisse. Die Hardegsen-Folge beginnt nochmals mit einem Matrix-gestützten Schicht- flut-Sediment („Hardegsen Diskordanz“?). Anzeichen pedogener Entwicklungen nehmen zu und werden im unteren Drittel der Hardegsen-Folge von Spitzeichen/Lindau bis Ramsenthal/Bind- lach deutlich. Den Abschluss der Hardegsen-Folge bildet ein ca. 0,5 m mächtiger, von Spitzeichen bis Bindlach und Obernsees aushaltender dunkel-rotvioletter Glimmerton, der Marker-Qualität hat (HDM-Marker).

Auch in der Solling-Folge herrschen vermutlich noch die Ablagerungsverhältnisse des ephemeren sandigen „meander-belts“. Charakteristisch ist aber die fast durchgehende pedogene Überprägung der Sedimente: Bunt- und Violetthorizonte, Entschichtung, Kiesel-Knollen/-Linsen und vor allem Caliche-Bildungen (vorwiegend Dolocrete-Linsen/-Lagen/-Bänke) einschließlich deren Lösungsresten (Mangan-Flecken/-Mulm, Löcher, etc.). Die Solling-Folge bildet von Spitz eichen bis Bindlach einen einzigen mächtigkeits- und fazies-beständigen Sohlbankzyklus von ca. 14 m Mächtigkeit (Grenz-Carneolhorizont bzw. Carneol-Dolomit-Horizont), dem in Obernsees ein faziell gleicher Doppelzyklus entspricht (so auch weiter nördlich, s. Leitz 1976.)

Mit der so1-Stufe des Oberen Buntsandsteins geht die Sedimentation in den feinkörnigen disthalen Abschnitt eines fluviatilen Fächers über. Während im Raum Bindlach noch von „sand- bed meandering“ gesprochen werden kann, gehört Spitzeichen schon eher in den „fine grained meandering“- Bereich (Obernsees scheint dazwischen zu liegen). Paläo-Böden mit Caliche-Bil- dung sind durchgehend verbreitet (hierzu siehe auch Weber 1994). Die pedogenen Bildungen konzentrieren sich lokal in verschiedensten Niveaus, so dass ihre Detail-Korrelierung unsicher bleibt (z.B. „Weidenberger Horizont“ s.w.o.).

Die in Spitzeichen nicht mehr angetroffene so2-Stufe (Oberer Heller Sandstein) des Oberen Buntsandsteins ist sowohl im Raum Bindlach wie in Obernsees wieder recht grobkörnig, sowie offenbar besser sortiert. Das Gamma-Ray-Log der Erkundungsbohrung B (Tauschtal) zeigt, dass dies wohl auch für den nördlichen Teil des Untersuchungsgebiets gilt (vgl. Abb. 3). Die in Auf- schlüssen angetroffenen Pflanzen, Muschelreste und Wurmbauten sprechen für einen deutlichen Milieu-Wechsel, vermutlich zu deltaischen Verhältnissen (entspr. Voltziensandstein ?).

Die überwiegend feinsandigen Myophorien-Schichten (so3-Stufe) sind im Raum Bindlach (Benker Gr.) mergelig und werden von einer Erosionsfläche mit Wühlbauten gegen den Grenz- gelbkalk abgeschlossen (vgl. GWM 2 Benker Gr.).

Marker-Horizonte: Zuletzt seien in Tabelle 11 nochmals die Horizonte zusammengefasst, die im Untersuchungs- gebiet offensichtliche Marker-Qualität besitzen und auf die im Text jeweils schon hingewiesen wurde: Profilvergleich und sedimentologische Entwicklung im Umkreis der Forschungsbohrungen 93

Tabelle 11: Auflistung verwendeter und im Text erwähnter Marker-Horizonte.

Abk. Bezeichnung Typ Position smS „Grenzkarneol-Horizont“ mächtiges pedogen geprägtes Solling-Zyklus Paket (Calcrete, Silicrete etc.) HDM Hardegsen-Dach-Marker violetter Glimmerton Grenze smH/smS VDM Volpriehausen-Dach- mächtiges Tonpaket Grenze smV/smD Marker VMM Volpriehausen-Mittel- Glimmerton/Sandstein-Abfolge; ca. Mitte smV Marker charakteristische Gamma-Signatur CCB Calvörde-Carbonat- mehrere harte karbonatische ca. unteres Drittel suC Bänder Bänder

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Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 95–104, München 2006 95

Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

Von Sebastian Wagner

Mit 5 Abbildungen

Schlüsselwor te: Bayern – Geochemie – Sedimente – Buntsandstein – Trias – Zechstein – Rotliegend – Perm Ku rzfassu ng: Die Kerne der Forschungsbohrung Lindau 1 wurden mit 37 und die der Bohrung Spitz eichen 1 mit 33 Proben repräsentativ beprobt. Dadurch sollte nicht nur der generelle Gesteinschemismus dokumentiert, sondern auch Hinweise auf potentielle Ursachen für Auffälligkeiten in der Hydrochemie geliefert werden. Hierbei konnte festgestellt werden, dass der Chemismus des Grundwassers nicht primär durch den der erbohrten wasserführenden Gesteine bestimmt wird.

Geochemical investigation of the research drillings Lindau 1 and Spitzeichen 1

Key words: Bavaria – geochemistry – sediments – Buntsandstein – Triassic – Zechstein – Rotliegend – Permian Abst ract: Representative rock samples were taken from the Lindau 1 (33) and Spitzeichen 1 (37) drilling cores. The target was the determination of rock chemistry and the relation to groundwater. It could be noticed that groundwater chemistry is not clearly correlating with the chemistry of the drilled host aquifer rock.

Inhalt 1. Einleitung ...... 96 2. Probennahme, Aufbereitung und Analytik ...... 96 3. Ergebnisse ...... 97 4. Zusammenfassung ...... 104 5. Literatur ...... 104

Anschrift des Verfassers: Dr. Sebastian Wagner, Regierung von Oberbayern, SG 24.2 (Landes- und Regionalplanung in den Regionen Ingolstadt und München), Maximilianstraße 39, 80538 München, E-mail: [email protected] 96 Sebastian Wagner

1. Einleitung

Die Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 erschließen ein durchgehendes Profil vom Oberen Buntsandstein bis weit in das Rotliegende.

Ziel der geochemischen Bearbeitung war insbesondere eine Dokumentation der generellen Entwicklung des Gesteinschemismus über das erbohrte Profil. Dies soll unter anderem ermögli- chen, Bereiche zu erkennen, die für Auffälligkeiten im Grundwasserchemismus verantwortlich sein könnten.

2. Probennahme, Aufbereitung und Analytik

Aus Zeit- und Kostengründen war es nicht möglich, jede einzelne abgrenzbare Schicht bzw. Bank gesondert zu beproben und diese dann zu analysieren. Deshalb mussten charakteristische Bereiche definiert und diese als Ganzes beprobt werden. Bei der Bohrung Lindau 1 wurden auf diese Weise insgesamt 37 und bei der Bohrung Spitzeichen 1 insgesamt 33 Schlitzproben aus den Kernen gezogen. Diese Proben stellen für den jeweiligen Bereich einen repräsentativen Quer- schnitt dar.

Die Beprobung erfolgte, nachdem die Bohrung detailliert lithologisch aufgenommen sowie die stratigraphische Zuordnung durch die Perm/Trias-Subkommission getroffen worden war. Auf diese Weise konnte sichergestellt werden, dass lithologische Einheiten unter Berücksichtigung der stratigraphischen Zuordnung besser abgegrenzt werden konnten.

Diese Beprobungsmethodik beinhaltet, dass einzelne geringmächtige Horizonte mit abwei- chenden Mineralisationen bzw. Chemismus nicht exakt zu lokalisieren sind. Starke Anomalien sollten sich jedoch auch in der Analyse einer Querschnittsprobe abzeichnen, worauf in einem zweiten Schritt die betreffende Kernstrecke detailliert beprobt hätte werden können.

Das gebrochene Probenmaterial wurde heruntergeteilt und in einer Achatkugelmühle analy- senfein gemahlen.

An allen Proben wurden Analysen mittels wellenlängendispersiver Röntgenfluoreszenzspek- trometrie (WD-RFA) am Bayerischen Geologischen Landesamt (GLA) durchgeführt. Die Proben der Bohrung Lindau 1 wurden zusätzlich mittels Massenspektrometrie (ICP-MS) analysiert, um ein weiteres Spektrum an Spurenelementgehalten (insbesondere As) zu bekommen. Eine dem- entsprechende, zeit- und kostenaufwändige Untersuchung der Bohrung Spitzeichen 1 konnte aufgrund der Erkenntnisse der hydrochemischen Untersuchungen unterbleiben. Diese ergaben nur für die Bohrung Lindau 1 auffällige Gehalte bei hohen Modellaltern.

Ergänzend wurde an allen Gesteinsproben der Mineralbestand röntgendiffraktometrisch bestimmt. Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 97

3. Ergebnisse

Von besonderem Interesse bei der Betrachtung des Gesteinschemismus waren diejenigen Elemente, in deren Verteilung bei den hydrochemischen Untersuchungen Auffälligkeiten (vgl. Büttner et al., 2006) festzustellen waren.

In Abb. 1 sind die Analysen einiger ausgesuchter Elemente in chemischen Profilen dargestellt. Diese Darstellung ermöglicht es, den Verlauf der chemischen Zusammensetzung in Verbindung mit der erbohrten Lithologie sowie Stratigraphie zu betrachten.

Im Chemismus der wesentlichen Haupt- und Nebenelemente schlägt sich die Charakteristik der dominierenden Sandsteine nieder. Die naturgemäß hohen SiO2-Gehalte zeigen nur geringe Variabilität. Einzig in den Tongallen führenden Bereichen oder den vereinzelt beprobten Ton- lagen nimmt der SiO2-Gehalt logischerweise merklich ab. Der gleichzeitige Anstieg der Al2O3-, Fe2O3- sowie K2O-Werte zeigt deutlich den Ersatz des Quarzsandes durch Tonminerale. Im Be- reich der permischen Sedimente zeigt sich die karbonatische Bindung der Sedimente in den er- höhten CaO- und MgO-Gehalten, im höheren Rotliegend erweist sich diese als etwas dolomitischer geprägt (vgl. auch Abb. 2). Die Zuordnung des MgO zu den Karbonaten gilt jedoch nur für die permischen Serien, wie die dort deutlich positive Korrelation im CaO-MgO-Diagramm zeigt (vgl. Abb. 2). Im Buntsandstein ist offensichtlich das MgO aufgrund der positiven Korrelation mit Al2O3 überwiegend in Tonmineralen eingebaut (vgl. Abb. 3).

Auffällig ist insbesondere der deutliche Anstieg der Na2O-Werte des tieferen Rotliegenden (vgl. Abb. 1). In diesem basalen Bereich der Bohrung wurden zudem röntgendiffraktometrisch mixed-layer Tonminerale festgestellt. Diese können als Zwischenstadium der mit der Überla- gerung und Diagenese zunehmenden Illitisierung von Smectiten angesehen werden. Für diesen Vorgang wird eine erhöhte Absorption von Na+ beschrieben (Mannan, 2002).

Im Mittel liegen die K2O-Gehalte der Proben des Buntsandsteins etwas über denen der permischen Gesteine. Dies ergibt sich aus den primär höheren Feldspatanteilen der triasischen Sand- steine.

Der Wasserchemismus der Bohrung Lindau 1 zeigt für die bislang genannten Elemente nur bei Al erhöhte Werte, die nach dem Frac-Versuch zudem weiter anstiegen sowie eine hohe elektrische Leitfähigkeit. In der Bohrung Spitzeichen 1 wurde dagegen eine relativ geringe Leitfähigkeit festgestellt. Der Hauptzufluss erfolgt in der Bohrung Lindau 1 über den Unteren Buntsandstein, bei dem Frac wurde der Bereich des Rotliegenden zusätzlich mobilisiert. Die Ursache für die Al- Gehalte ist somit im Wesentlichen dort zu suchen. Generell überraschen die Al-Gehalte bei den gleichzeitig alkalischen pH-Werten des Wassers, wäre doch eine Mobilisierung dieses eigentlich eher stabilen Elementes mehr im sauren Milieu zu erwarten. Der Hauptzuflussbereich wird durch die Calvörde-Formation gebildet. Diese zeigt im Vergleich zu den übrigen Buntsandsteinsedi- menten niedrigere CIA-Werte (vgl. Abb. 4) und damit, relativ zu Al2O3, erhöhte Alkaliengehalte an. Dies zeigt, dass die chemische Verwitterung insbesondere der Feldspäte erst in geringerem Maße fortgeschritten ist. Es wäre denkbar, dass in diesem Milieu der angewitterten Alumo silikate ein größeres Potential zur grundwasserwirksamen Mobilisation von Al besteht als in den kaolinitischen bzw. smectitischen Endprodukten. Das Rotliegend weist ähnliche CIA-Werte wie die Calvörde-Formation auf. Der starke Anstieg des Al im Grundwasser nach dem Frac-Versuch, bei dem insbesondere die Rotliegendwässer mobilisiert wurden, ist ähnlich zu bewerten. 98 Sebastian Wagner

Abb. 1: Analysen ausgesuchter chemischer Elemente in Profildarstellung. Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 99 100 Sebastian Wagner

Abb. 2: Korrelation von CaO- und MgO-Gehalten.

Abb. 3: Korrelation von Al2O3- und MgO-Gehalten. Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 101

Abb. 4: Korrelation von ClA-Werten und SiO2-Gehalten. Die im Vergleich zur Bohrung Lindau 1 etwa doppelt so hohen Ba-Gehalte der Wasserproben der Bohrung Spitzeichen 1 lassen sich nur bedingt aus dem Gesteinschemismus ableiten. Die etwas höheren Ba-Werte, gerade des Oberen (z.T. auch Mittleren) Buntsandsteins, liegen in dessen Kalifeldspatführung begründet. Da jedoch der Hauptzufluss in der Bohrung Lindau 1 wie in der Bohrung Spitzeichen 1 im Unteren Buntsandstein zu lokalisieren ist, dürfte sich ein so deutlicher Unterschied nicht darstellen. Es muss deshalb angenommen werden, dass das Ba vom Grund- wasser beim Durchsickern der Deckschichten aufgenommen wird. Ein ähnlicher Mechanismus könnte für die erhöhten Zn-Gehalte des Grundwassers der Bohrung Spitzeichen 1 gelten, da hier ebenfalls nur in Gesteinen des Mittleren und Oberen Buntsandstein erhöhte Gehalte festzustellen sind. Die Elemente Rb und Sr zeigen ebenfalls im Oberen, vor allem jedoch Mittleren Buntsand- stein höhere Werte. Die positive Korrelation dieser Elemente sowie Ba mit K2O zeigt, dass die Gehalte im Wesentlichen durch die modalen Anteile von Kaliummineralen (v.a. Kalifeldspat) bestimmt werden und nicht durch zunehmenden diadochen Ersatz (vgl. Abb. 5). Die zusätzliche Affinität dieser Elemente (insbesondere Sr) zu Karbonaten zeigt sich in den Gesteinen des Zech- steins, die trotz fehlender Feldspatführung deutliche Gehalte aufweisen.

Erhöhte Zn-Werte konnten im Oberen Buntsandstein sowie vor allem im Zechstein und den oberen Bereichen des Rotliegenden festgestellt werden. Stark erhöhte Werte wurden in den vereinzelt auftretenden stark glimmerführenden Bereichen (z.T. cm-dicke Glimmerseifen) gemessen. Man kann davon ausgehen, dass diese Gehalte auf fein disseminierte, sulfidische Vererzun- gen in den ton- bzw. glimmerreichen Partien sowie das karbonatische Bindemittel der permischen Abfolgen zurückzuführen sind. In den Wasserproben wurden ebenfalls erhöhte Zn-Werte festgestellt. Die Gesteine im Bereich der Hauptwasserzuflüsse zeigen aber gerade die geringsten Zn-Gehalte. Somit würde sich der Zn-Gehalt des Wassers, soweit er nicht auf die Bohrverrohrung zurückzuführen ist, von Lösungsvorgängen des (sauren) Oberflächenwassers bei Durchsickern der sulfidführenden Bereiche herleiten. Der Frac hingegen mobilisierte die vom karbonatischen 102 Sebastian Wagner

Abb. 5: Korrelation von Ba-, K2O-, Rb- und Sr-Gehalten.

Bindemittel der permischen Sedimente beeinflussten Grundwässer mit erhöhten Zn- und Li-Ge- halten.

Die Gesteine der Volpriehausen- bis hinunter zur Calvörde-Folge zeichnen sich generell durch geringe As-Gehalte aus. Erst im Zechstein und vor allem im Rotliegend – Gesteinen mit deutlich höheren tonig-schluffig bis feinsandigen Anteilen – konnte ein Anstieg bis hin zu 20 ppm festgestellt werden. Dies liegt über dem von Wedepohl (1978) für Sandsteine (1 ppm) und auch für Tonsteine angegebenen Mittelwert (13 ppm). Eine ähnliche Beobachtung der Zunahme von Arsenkonzentrationen in feinkörnig, tonig-schluffigen Bereichen wurde in Keuperbohrungen beschrieben (Heinrichs, 1998). In den permischen Gesteinen der Bohrung Lindau 1 lässt sich jedoch keine merkliche Sulfidmineralisation nachweisen. Somit muss sich das As, wie bereits von Goldschmidt & Peters (1934) für Süsswasserablagerungen beschrieben, vornehmlich in terrestrisch gebildeten bauxitischen Fe- bzw. Al-Hydroxiden finden lassen. Diese würden sich auch durch eine bessere Wasserlöslichkeit als die sulfidischen Arsenverbindungen auszeichnen (vgl. Wedeohl, 1978). Die permischen Gesteine stellen jedoch nicht den Hauptzuflussbereich dar. Würde jedoch der As-Gehalt des Wassers durch die Nebenzuflüsse aus dem Zechstein bzw. Rot- liegend bestimmt, hätte sich nach dem Frac ein Anstieg des Arsens in den Wasserproben ergeben müssen. Da dies nicht der Fall war, kann man davon ausgehen, dass der Grundwasserchemismus hinsichtlich des Arsens nicht durch diese vor Ort anstehenden Gesteine bestimmt wird.

Aufgrund der Variabilität der (überwiegend) terrestrischen Sedimentationsgeschichte der erbohrten Gesteine erscheinen Diskriminationsdiagramme (zur Eingrenzung des Liefergebietes) über den Gesamtgesteinschemismus nicht sinnvoll.

Die Liefergebiete der Sedimente können als bekannt angesehen werden und müssen aufgrund der Sedimentationsgeschichte im Nahbereich des Ablagerungsbereiches gelegen haben.

Einige Hinweise auf die Sedimentationsgeschichte ergeben sich jedoch über die Ermittlung des Chemischen Alterationsindex (CIA : Chemical Index of Alteration, Nesbitt & Young, 1982. CIA = (100*A)/(A+CN+K). A = Al2O3/101,96. CN = (CaO/56,08) – (P2O5/141,948)*3,333) + (Na2O/61,9796). K = K2O/94,08.). Der CIA spiegelt insbesondere Veränderungen im Gesamt- Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 103 gesteinschemismus siliziklastischer Sedimente durch Verwitterungsvorgänge bei der Erosion im Liefergebiet oder während des Sedimenttransportes wider. Die chemische Verwitterung siliziklastischer Sedimente schlägt sich vor allem in deren Mineralogie und der Zusammensetzung der Hauptelemente nieder. Unverwitterte magmatische Gesteine besitzen meist einen CIA um 50. Gesteine, die ausschließlich aus sekundären aluminiumreichen Mineralen wie Kaolinit oder Gibbsit gebildet werden, liefern CIA-Werte gegen 100. Niedrige CIA-Werte weisen somit auf geringe bis fehlende chemische Alteration hin. Ansteigende Werte zeigen eine zunehmende Abfuhr mobiler Kationen (repräsentativ Ca2+, Na+, K+) im Verhältnis zu den weniger mobilen Residual- bestandteilen (Al3+, Ti4+) an.

Die Verwitterung von Gesteinen wird wesentlich durch die vorherrschenden klimatischen Bedingungen gesteuert. Der Sedimentationszeitraum der erbohrten Gesteine wurde durch arides Klima geprägt. Für den mitteleuropäischen Bereich herrschten zunächst im (Unteren) Rotliegend humid-semiaride, später, im Oberen Rotliegend, dann aride bis halbwüstenartige Bedingungen. Es entstanden ausschließlich terrestrische Ablagerungen, die fallweise aquatisch überprägt wurden (Geyer & Gwinner, 1991). Diese warm ariden Bedingungen dauerten dann den Zechstein hindurch an, nur selten unterbrochen von einzelnen sintflutartigen Regengüssen. Das flache Epi- kontinentalmeer mit vielfältigen Evaporiten ging randlich in den terrestrischen Zechstein über. Dieses aride bis semiaride Klima hält über den gesamten Buntsandstein hinweg an. Das zunächst überwiegend kontinentale Sedimentationsgeschehen über weitverzweigte Flusssysteme wurde erst mit der Transgression des Rötmeeres im Obersten Buntsandstein abgeschlossen (Paul, J. & Puff, P., im Druck).

Im SiO2-CIA-Diagramm, das sich für die vorliegenden siliziklastischen Gesteine anbietet, lassen sich einige deutliche Trends erkennen (Abb. 4).

Die Proben des tieferen Anteils des erbohrten Rotliegenden zeigen generell einen höheren CIA als die des hangenden Bereichs. Dies würde eine abnehmende chemische Alteration zum Ende der Rotliegendsedimentation bedeuten. Diese steigt mit Beginn des Buntsandsteins über die Calvörde-Folge hinweg erst allmählich wieder an und bleibt dann, über den gesamten Buntsand- stein, in vergleichbaren Größen. Der CIA-Anstieg in der Calvörde-Folge korreliert negativ zu SiO2.Dies weist auf chemische Verwitterung in einem etwas entfernteren Liefergebiet hin. Durch den Transport kann hier eine zunehmende Fraktionierung der alterierten von den residualen (hier z.B. Quarz) Komponenten stattfinden. Eine positive Korrelation würde eine zunehmende chemische Alteration im Sedimentationsraum mit kurzen Transportwegen anzeigen. In einem sol- chen Fall ist eine gleichzeitige Zunahme des Alterationsgrades der verwitterungsanfälligen sowie des Anteils der resistenten Komponenten, d.h. ein Anstieg des relativen Quarz(sand)gehaltes, möglich. Variationen in der Sedimentationsrate, d.h. Veränderungen im Sandgehalt, schlagen sich zunächst nicht im CIA nieder, diese bewirken Veränderungen im SiO2-Gehalt (vgl. Abb. 4: Volpriehausen-Folge, Oberrotliegend).

Eine Ausnahme stellt das deutliche Hoch des CIA im Bereich der Volpriehausen-Folge dar. Die sonstigen vereinzelten Ausreißer sind in K-dominierten Ton- bzw. Glimmerlagen begründet. Die Gesteine des Zechsteins lassen sich, obwohl es sich ebenfalls im Wesentlichen um Sandsteine handelt, aufgrund ihrer Genese in einem marinen Milieu nicht mit den anderen Gesteinen vergleichen, die unter terrestrischen Sedimentationsbedingungen abgelagert wurden. Die hohen CaO- bzw. MgO-Werte des Zechsteins, deren Ursache in der dominanteren kalkig-dolomitischen Zementation zu suchen ist und nicht in der eigentlich für vergleichende Betrachtungen relevanten Zusammensetzung der Komponenten, erzeugen hier deutlich niedrigere CIA-Werte. 104 Sebastian Wagner

Eine mögliche Erklärung für diese unterschiedlichen CIA-Werte im Rotliegend und Bunt- sandstein könnte in der Klimageschichte liegen. Es wäre denkbar, dass zunehmend humide Be- dingungen während des Sedimentationsgeschehens sich in einem ebenfalls erhöhten CIA-Wert niederschlagen, da dieser insbesondere durch die wassersensitiven Alkalien bestimmt wird. Zu- mindest für das Oberrotliegend würde dies für die von Geyer & Gwinner (1991) beschriebene klimatische Entwicklung zutreffen. In der Folge wäre dann eine zeitlich auf die Volpriehausen- Folge begrenzte, deutlich humid dominierte Phase unter nach wie vor generell ariden Bedingun- gen zu vermuten.

4. Zusammenfassung

Im Gesamtgesteinschemismus spiegelt sich die mineralogische Zusammensetzung der untersuchten Proben deutlich wieder. Auffälligkeiten in den Elementkonzentrationen der Wasserpro- ben lassen sich jedoch nur in Einzelfällen mit dem Gesteinschemismus der direkten Zuflussbe- reiche in den Bohrungen korrelieren. Somit kann man davon ausgehen, dass der Grundwasser chemismus von Gesteinen anderer Zusammensetzung beeinflusst wird. Aufgrund der Verteilung der Hauptelemente lässt sich für den Zeitraum der Volpriehausen-Folge eine deutlich humidere Phase unter generell ariden Bedingungen vermuten.

Danksagung

Den Herren Dr. Richard Klinger und Dr. Ulrich Rast sowie ihrem Team in Aufbereitung und Labor ist für die zuverlässige Durchführung der Analytik zu danken.

5. Literatur

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Wedepohl, K. H. (ed.) (1978): Handbook of Geochemistry, II/3, Berlin.

Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 105–124, München 2006 105

Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 (Fränkisches Bruchschollenland)

Von Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Mit 6 Abbildungen und 11 Tabellen

Schlüsselwor te: Hydrochemie – Grundwasseralter – Tiefengrundwasser – Buntsandstein – Perm – Bayern – Franken Ku rzfassu ng: In den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 wurden Grundwässer aus dem Buntsandstein und dem Perm angetroffen. Während die Wässer aus dem Buntsandstein nur gering mineralisiert sind und einen schwach sauren pH-Wert aufweisen, zeichnen sich die Mischwässer aus Perm und Buntsandstein durch einen alkalischen pH-Wert, eine deutlich höhere Mineralisation (Na-HCO3-Cl- betontes Austauschwasser) und gleichzeitig einen markant erhöhten (geogenen) Arsengehalt aus. Die mit Hilfe der 14C-Analytik bestimmten Modellalter bewegen sich im Buntsandstein/Perm Mischwasser der Bohrung Lindau 1 zwischen 6000 und 8500 Jahren vor heute. Vom Buntsandsteinwasser aus der Bohrung Spitzeichen 1 liegt keine 14C-Analytik vor. Die Ergebnisse der 3H-Analytik weisen darauf hin, dass der überwiegende Teil dieses Wassers älter als 40 Jahre ist.

Investigating Groundwater properties in the drill holes Lindau 1 and Spitzeichen 1 (Franconian Bruchschollenland)

Key words: Hydrochemistry – groundwater age – deep ground water – Buntsandstein – Permian – Bavaria – Franconia Abst ract: In the research drillings Lindau 1 and Spitzeichen 1 (Franconia/Bavaria) groundwater tables from Buntsandstein and Permian were hit. While water from the Buntsandstein is less mineralized and has a less acid pH-value, the mixture of both can be distinguished by an obviously higher amount of mineralization and striking amount of arsenic concentration (geological background). It belongs to the Na-HCO3-Cl type, which has been affected by kation exchange reactions. By means of 14C analysis for the Buntsandstein, Per- mian mixture, model ages range from 6000 to 8500 years. From the drilling site Spitzeichen 1 no 14C analyses are available. Results from 3H point out, that the prevailing part of this water is older than 40 years.

Anschrift der Verfasser: Dr. Georg Büttner, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Dienststelle Hof, Hans-Högn-Straße 12, 95030 Hof, E-mail: [email protected]; Willibald Stichler, Institut für Grundwasserökologie (IGÖ) des Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit GmbH, Ingolstädter Landstraße 1, 85764 Neuherberg, E-mail: [email protected]; Martin Scholz, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Dienststelle Hof, Hans-Högn-Straße 12, 95030 Hof, E-mail: [email protected] 106 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Inhalt 1. Einführung ...... 106 2. Forschungsbohrung Lindau 1 ...... 107 2.1. Hydrogeochemische Probennahme ...... 107 2.2. Analytische Erkenntnisse ...... 108 2.2.1. Hauptinhaltsstoffe ...... 108 2.2.2. Undissoziierte Stoffe, Nebeninhaltsstoffe und Spurenstoffe ...... 109 2.3. Grundwasseralter ...... 111 2.4. Markierung der Bohrspülung ...... 112 3. Forschungsbohrung Spitzeichen 1 ...... 114 3.1. Hydrogeochemische Probennahme ...... 114 3.2. Analytische Erkenntnisse ...... 115 3.2.1. Hauptinhaltsstoffe ...... 115 3.2.2. Undissoziierte Stoffe, Nebeninhaltsstoffe und Spurenstoffe ...... 116 3.3. Grundwasseralter ...... 116 4. Vergleich mit Wässern aus dem Buntsandstein des näheren Umfeldes ...... 117 4.1. Hydrogeochemie ...... 117 4.2. Grundwasseralter ...... 120 5. Schlussfolgerungen ...... 122 6. Dank ...... 123 7. Literatur ...... 124

1. Einführung

Zur hydrogeochemischen Charakterisierung der in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 angetroffenen Grundwässer aus dem Buntsandstein bzw. Perm wurden während der jeweiligen Pumpversuche Wasserproben entnommen und im Labor des Bayerischen Geologi- schen Landesamtes (Dr. R. Klinger) auf Hauptinhaltsstoffe und Spurenstoffe untersucht. Neben der allgemeinen Klassifizierung der Grundwässer standen dabei die Konzentrationen der Spuren- stoffe, insbesondere die Arsengehalte im Vordergrund. Da geogen erhöhte Arsenkonzentrationen in Wässern aus dem Buntsandstein im Fränkischen Bruchschollenland (Wasserwirtschaftsamt Bayreuth 2003) bzw. im Tiefengrundwasser aus dem Buntsandstein (Udluft, Heinrichs & Frisch 1993) sowie aus dem Zechstein (Landkreis Aschaffenburg o. J.) immer wieder auftreten, erhoff- te man sich aus der Spurenstoffanalytik dieser Forschungsbohrungen weitere Erkenntnisse über ihre mögliche Herkunft.

Um die Anteile jungen und älteren Wassers besser abschätzen zu können, wurden parallel zu den hydrogeochemischen Untersuchungen vom Institut für Grundwasserökologie (IGÖ) des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit (W. Stichler) Untersuchungen zur Be- stimmung des Grundwasseralters durchgeführt. Eine Markierung der Bohrlochspülung mit dem Fluoreszenzfarbstoff Uranin unterstützte diese Untersuchung in der Bohrung Lindau 1. Die Aus- wertung der Uraninproben erfolgte im Fluoreszenzlabor des Bayerischen Geologischen Landes- amtes (G. Büttner, M. Scholz). Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 107

2. Forschungsbohrung Lindau 1

2.1. Hydrogeochemische Probennahme

In der Forschungsbohrung Lindau 1 wurde im Februar 2002 nach Erreichen der Endteufe von 530 m ein Pumpversuch durchgeführt. Zum Zeitpunkt dieses Pumpversuchs war der Teufenab- schnitt bis 100 m verrohrt, der Ruhewasserspiegel lag bei 28 m unter Gelände, die Pumpe befand sich in 100 m Tiefe. Nach den Ergebnissen der Bohrlochgeophysik (Flow-Meter-Messungen, Sa- linität-Temperatur-Messungen und Tracer-Fluid-Logging) erfolgten die Hauptzuflüsse, zwischen 100 und 178 m, aus dem Unteren Buntsandstein (suC) sowie Nebenzuflüsse, in den Teufenab- schnitten 190 bis 245 m, aus dem Zechstein sowie, zwischen 350 und 390 m sowie zwischen 450 und 530 m, aus dem Rotliegend (Piewak & Partner 2002).

Das geförderte Wasser zeichnete sich durch für die Gesteinsabfolge unerwartet hohe elektrische Leitfähigkeiten um 530 µS/cm und einen alkalischen pH-Wert zwischen 7,8 und 8,2 aus. Da zunächst nicht ausgeschlossen werden konnte, dass diese Werte durch die Bohrung beeinflusst waren (z.B. durch Spülungszusätze oder durch das Tracer-Fluid-Logging), entschied man am Freitag, den 22.02.02, eine erste Wasserprobe (LIN 3) nach etwa 63 Stunden Pumpzeit bzw. einer Entnahmemenge von ca. 190 m³ zu nehmen und dann mit leicht erhöhter Förderrate (ca. 1,5 l/s) über das Wochenende weiterzupumpen. Innerhalb dieses Zeitraums wurden in regelmäßigen Ab- ständen der pH-Wert und die elektrische Leitfähigkeit gemessen. Während die elektrische Leitfä- higkeit sich +/- kontinuierlich auf etwa 500 µS/cm verringerte, schwankten die pH-Werte weiterhin zwischen 7,8 und 8,2. Am Montag, den 25.02.02 (LIN 11), sowie am Dienstag, den 26.02.02 (LIN 12), wurde dann, nach einer Entnahmemenge von ca. 600 bzw. knapp 700 m³, jeweils eine weitere Wasserprobe entnommen (Tab. 1). Zu diesen Zeitpunkten war innerhalb des Pumpver-

Tabelle 1: Forschungsbohrung Lindau 1 – Probennahmebedingungen und Übersichtsparameter.

Probennahmedatum 22.02.2002 25.02.2002 26.02.2002 08.07.2002 Uhrzeit 08:20 15:20 09:00 10:30 Stunden nach Beginn des PV 62,8 141,8 159,5 ~100 Bezeichnung der Probe LIN 3 LIN 11 LIN 12 LIN 21 Entnahmemenge [l/s] 1,3 1,4 1,5 3,4 Summe der Entnahmemenge PV ~190 ~595 ~690 ~1.000 [m³] Absenkung [m unter ROK] 49,49 53,4 53,61 70,26 Leitfähigkeit [µS/cm] 528 495 481 560 Temperatur [°C] 11,2 11,7 11,7 12,1 pH 8,18 7,9 8,11 8,2 Sauerstoff [mg/l] 0,6 0,6 3,7 0,1 Sauerstoffsättigung [%] 6 6 36 1 Titration, 0 0,1 0,1 0 NaOH-Verbrauch [ml/100 ml]

freies CO2 [mg/l] nicht nach- 0,9 0,9 nicht nach- weisbar weisbar Gasentwicklung kräftig mäßig wenig wenig Rn-Konz [Bq/l] n.b. 7,6 7,2 11 108 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz suchs und der vorausgegangenen bohrlochgeophysikalischen Untersuchungen das etwa 34- bzw. 40-fache des gesamten Bohrlochinhaltes ausgetauscht worden. Nun konnte davon ausgegangen werden, dass die weiterhin alkalischen pH-Werte von pH 7,9 bis pH 8,1 und die relativ hohen elektrischen Leitfähigkeiten (bei der letzten Probe ~480 µS/cm) nicht durch die Bohrung verursacht waren. Das Wasser war fast sauerstofffrei bis teilreduziert. Am Ende des Pumpversuchs konnte ein leichter Anstieg des Sauerstoffgehaltes festgestellt werden; möglicherweise trat nun oberflä- chennäheres Wasser zu. Direkt nach der Förderung war das Wasser milchig, was auf austretendes Gas zurückzuführen war. Sobald dieses Gas ausgetreten war, verschwand diese Färbung.

Im Juli 2002 wurden nach einem Frac-Versuch ein weiterer Pumpversuch sowie bohrlochgeo physikalische Untersuchungen durchgeführt, wobei man diesmal auf das Tracer-Fluid-Logging verzichtete. Kurz vor Ende dieses Pumpversuchs wurde, nach einer Entnahmezeit von ca. 100 Stunden und einer Entnahmemenge von ca. 1.000 m³, die Probe LIN 21 am 08.07.02 genommen. Das fast sauerstofffreie Wasser wies, wie die im Februar 2002 genommenen Proben, einen alkalischen pH-Wert (pH 8,2) und eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit (~560 µS/cm) auf. Im Gegensatz zum ersten Pumpversuch war diesmal eine deutlich geringere Gasentwicklung zu beobachten.

Die Radon-Konzentration von 7-11 Bq/l bewegt sich im Normalbereich bayerischer Grund- wässer. Wie Untersuchungen des Bayerischen Landesamtes für Umweltschutz (2003) zeigen, liegen die Radon-Medianwerte von Grundwässern (Rohwasseruntersuchungen in Trinkwasser- versorgungen) außerhalb der Kristallingebiete zwischen 3 und 12 Bq/l.

2.2. Analytische Erkenntnisse

Im Zuge der hydrogeochemischen Analytik wurden ca. 50 Parameter (Ionen und Elemente) im Labor des Bayerischen Geologischen Landesamtes bestimmt. Im Folgenden werden die wichtigsten Ergebnisse vorgestellt:

2.2.1. Hauptinhaltsstoffe

Die Wässer sind mit elektrischen Leitfähigkeiten zwischen 480 und 560 µS/cm bzw. einer Gesamtmineralisation zwischen ca. 310 und knapp 400 mg/l für Wässer aus dem Buntsandstein bzw. Perm relativ stark mineralisiert. Während des ersten Pumpversuchs war eine kontinuierliche Abnahme der Gesamtmineralisation (um ca. 20% der Ausgangskonzentration) bei +/– stabilen Ionenverhältnissen festzustellen. Das nach dem Frac-Versuch geförderte Wasser zeigt nach einer Entnahmemenge, die mit dem Probezeitpunkt von LIN 12 vergleichbar ist, wiederum deutlich höhere Gesamtmineralisationen bzw. elektrische Leitfähigkeiten, was wahrscheinlich auf die Aktivierung von Kluftsystemen im Bereich höher mineralisierter Wässer zurückzuführen sein dürfte. Die während des Pumpversuchs im Februar 2002 geförderten Na-HCO3-betonten Süßwässer können nach Furtak & Langguth (1967) als „Alkalische Wässer, überwiegend hydro genkarbonatisch“ bezeichnet werden. Das nach dem Frac-Versuch im Juli 2002 geförderte Wasser weist demgegenüber eine stärkere Betonung des chloridischen Anteils auf. Es handelt sich somit um ein Na-HCO3-Cl-betontes Süßwasser vom Typ „Alkalisches Wasser, überwiegend sulfatisch- chloridisch“, was mit der Aktivierung von chloridreicherem Wasser durch den Frac-Versuch er- klärt wird. Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 109

Tabelle 2: Forschungsbohrung Lindau 1 – Charakteristik der Hauptinhaltsstoffe – Ionenbilanz (die für die Beurteilung des Wassertyps bestimmenden Ionen sind fett hervorgehoben).

LIN 3 LIN 11 LIN 12 LIN 21 mg/l mmol(eq)/l mg/l mmol(eq)/l mg/l mmol(eq)/l mg/l mmol(eq)/l Wert % Wert % Wert % Wert % Ca2+ 23,2 1,158 21 19,4 0,968 21 17,6 0,878 21 26,6 1,327 24 Mg2+ 7 0,575 11 6,2 0,51 11 5,7 0,469 11 7,9 0,649 12 Na+ 83,1 3,615 66 70,4 3,062 66 62,5 2,719 66 79 3,437 62 K+ 4,2 0,108 2 3,7 0,095 2 3,4 0,087 2 4,4 0,113 2 Summe 117,5 5,456 99,7 4,635 89,2 4,153 117,9 5,526 - HCO3 186,6 3,06 58,6 164,6 2,7 56,7 146,3 2,4 56,4 161,6 2,65 46,5 Cl- 49,3 1,39 26,6 47,6 1,342 28,1 41,3 1,164 27,3 86 2,425 42,5 2- SO4 37 0,77 14,8 34,8 0,724 15,2 33,3 0,693 16,3 30,2 0,628 11,0 Summe 272,9 5,22 247,0 4,766 220,9 4,257 277,8 5,703 Fehler 0,236 0,131 0,104 0,177 Fehler 4,4 2,8 2,5 3,2 % Summe 390,4 346,7 310,1 395,7 [mg/l]

2.2.2. Undissoziierte Stoffe, Nebeninhaltsstoffe und Spurenstoffe

Der Siliziumgehalt betrug in allen Proben konstant etwa 5 mg/l. Die Summe des gesamten organisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC) bewegte sich stets im Bereich zwischen der Bestim- mungsgrenze (<4 mg/l) und der Nachweisgrenze (1,35 mg/l). Die Bromidkonzentration lag ebenfalls nur knapp über der Nachweisgrenze von 0,3 mg/l. Der niedrige Nitratgehalt von <1 mg/l (unter der Nachweisgrenze) war aufgrund des geringen Sauerstoffgehalts und des relativ hohen Wasseralters zu erwarten (siehe Kap. 2.3.). Die Ammonium- und Nitritgehalte lagen bei allen Proben unter der Nachweisgrenze.

Bei den Spuren dominieren Strontium (ca. 0,5 mg/l) und Lithium (ca. 0,1 mg/l). In der Rei- henfolge abfallender Konzentration mit Mittelwerten über 10 µg/l folgen die Elemente Alu- minium, Barium, Bor, Arsen, Mangan und Zink. Die Spurenstoffe zeigen bis auf Arsen keine Grenzwertüberschreitungen der Trinkwasserverordnung (Bundesgesetzblatt 2001). Die Arsen- werte überschreiten mit ca. 30 µg/l den vorgegebenen Grenzwert um das 3-fache. Derart erhöhte Arsengehalte sind von Wässern aus Buntsandstein und Perm des Bayreuther Raums bekannt (Wasserwirtschaftsamt Bayreuth 2003; Udluft, Heinrichs & Frisch 1993); ihre Erkundung stellte ein Ziel dieser Forschungsbohrung dar (s.o.). Im Gestein der Forschungsbohrung Lindau 1 konnten allerdings keine besonderen Lagen oder Abschnitte ausfindig gemacht werden, in denen Arsen konzentriert angereichert ist. Generell war eine Zunahme des Arsengehalts über den Zech- stein zu den unteren Partien des erbohrten Rotliegenden festzustellen (Wagner 2006). Auffällig sind darüber hinaus, mit Werten zwischen 3,0 und 4,6 µg/l, geogen erhöhte Gehalte von Uran. Daneben war auch der Aluminiumgehalt des nach dem Frac-Versuch geförderten Wassers mit 180 µg/l erhöht. Dieser Wert unterschreitet nur knapp den Grenzwert der Trinkwasserverordnung von 200 µg/l (Bundesgesetzblatt 2001). 110 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Prozentuale Veränderung der Spurenstoffgehalte vor und nach dem Frac-Versuch Im Gegensatz zu den Hauptinhaltsstoffen sind bei einigen Spurenstoffgehalten deutliche Konzentrationsveränderungen zwischen den vor und den nach dem Frac-Versuch genommenen Proben zu beobachten. Dies wird auf die Aktivierung weiterer Kluftsysteme im Buntsandstein und Perm zurückgeführt, die eine Zumischung höher mineralisierter Tiefenwässer bewirkte.

Tabelle 3: Konzentrationsveränderungen der Spurenstoffgehalte infolge der Frac-Versuche.

ohne markante Konzentrations-Veränderung Konzentrationsbereich in µg/l Element Prozent der Veränderung (Zunahme) ≥10 – <100 Arsen 1 ≥1 – <10 Rubidium 2 ≥0,1 – <1 Cäsium 3,5 Konzentrationsabnahme nach dem Frac-Versuch Konzentrationsbereich in µg/l Element Prozent der Abnahme ≥10 – <100 Mangan 14 ≥1 – <10 Molybdän 50 ≥1 – <10 Uran 6 ≥1 – <10 Titan 44 ≥0,1 – <1 Quecksilber 27 ≥0,1 – <1 Vanadium 77 ≥0,1 – <1 Gold 58 ≥0,01 – <0,1 Antimon 52 Konzentrationszunahme nach dem Frac-Versuch Konzentrationsbereich in µg/l Element Prozent der Zunahme ≥100 – <1000 Strontium 12 ≥100 – <1000 Lithium 69 ≥10 – <100 Aluminium 157 ≥10 – <100 Barium 12 ≥10 – <100 Bor 143 ≥10 – <100 Zink 360 ≥0,1 – <1 Kupfer 46 ≥0,1 – <1 Blei 88 ≥0,01 – <0,1 Cer 148 ≥0,01 – <0,1 Kobalt 11 ≥0,01 – <0,1 Lanthan 44 ≥0,01 – <0,1 Yttrium 14 Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 111

Um vergleichbare Entnahmebedingungen zu erhalten, wurden Mittelwerte aus den meist sehr ähnlichen Ergebnissen der Proben LIN 11 und LIN 12 (vor dem Frac, nach einer Entnahmemenge von 600 bzw. 700 m³) gebildet und diese der Probe LIN 21 (nach dem Frac, nach einer Entnah- memenge von ~1.000 m³) gegenübergestellt. Nach derart hohen Entnahmemengen kann davon ausgegangen werden, dass sowohl die Bohrspülung, als auch die während des Frac-Versuchs eingepresste Wassermenge um ein Vielfaches ausgetauscht worden ist. Bei den Spurenstoffen wurden nur Elemente berücksichtigt, bei denen alle Nachweise über der Bestimmungsgrenze (siehe Wagner et al. 2003) lagen. Zur besseren Vergleichbarkeit wird die jeweilige Konzentra tionsveränderung in Prozent angegeben, wobei der Mittelwert aus den Proben LIN 11 und LIN 12 jeweils 100 % darstellt.

In der folgenden tabellarischen Übersicht finden sich drei Blöcke: 1) Elemente ohne markante Konzentrationsveränderung (<5%) 2) Elemente, die eine Konzentrationsabnahme nach dem Frac-Versuch zeigen 3) Elemente, die eine Konzentrationszunahme nach dem Frac-Versuch zeigen

Innerhalb dieser Blöcke sind die Elemente nach Konzentrationsbereichen absteigend geordnet. Diese Reihenfolge orientiert sich am Mittelwert aus den Proben LIN 11 und LIN 12.

Auffällig sind v. a. die markante Konzentrationsabnahme von Vanadium und die deutlichen Konzentrationszunahmen von Aluminium, Bor und Cer sowie die gleichzeitigen Konzentrations zunahmen der Elemente Zink, Blei und Kupfer. Im Gesteinsverband der Forschungsbohrung Lindau 1 war, mit Ausnahme erhöhter Zinkgehalte in einzelnen Glimmer führenden Lagen des Unteren Buntsandsteins, keine punktuelle Anreicherung dieser Elemente zu erkennen. Generell ist der Zink-, der Cer- und der Aluminiumgehalt in den Zechstein- und oberen Rotliegendsedi- menten höher als in den Buntsandsteinsedimenten (Wagner 2006). Die deutlichen Erhöhungen dieser Elemente nach dem Frac-Versuch werden daher mit der Anbindung von Tiefenwässern aus dem Rotliegend erklärt, die lange Verweil- und Reaktionszeiten im Untergrund aufweisen.

2.3. Grundwasseralter

Von den Proben LIN 2, LIN 11, LIN 12 und LIN 21 wurden im Institut für Grundwasser ökologie (IGÖ) des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit Deuterium-, Tritium- und 18O-Analysen sowie von den Proben LIN 12 und LIN 21 zusätzlich 14C-Untersuchungen durchgeführt. Für die Berechnung des 14C-Modellalters wurden, wegen des hohen pH-Wertes der Wässer (pH 8,1 bzw. 8,2), die aus dem freien CO2 berechneten Anfangsgehalte nicht berücksich- tigt. Der Anfangsgehalt von 60% modern steht im Einklang mit den entsprechenden Gehalten (>60%), die in den Bohrungen VB B und VB C der Grundwasser-Erkundung „5.12 Trebgast- tal“ ermittelt wurden (Bayerisches Landesamt für Wasserwirtschaft 2002; Hydroisotop 2002). Während die Probe LIN 2, nur 47 Stunden nach Beginn des Pumpversuchs mit einem 3H-Wert von 1,0 +/-0,7 noch geringe Anteile jungen Wassers (<40 a) aufweist, die wahrscheinlich aus der Spülung stammen, ergibt sich für das Wasser der Proben LIN 12 und LIN 21 ein Modell-Alter von 6000

Tabelle 4: Forschungsbohrung Lindau 1 – Isotopenbestimmungen des Grundwassers.

Probennahmedatum 21.02.2002 25.02.2002 26.02.2002 08.07.2002 Uhrzeit 16:15 15:20 09:00 10:30 Stunden nach Beginn des PV 47 141,8 159,5 ~100 Probe LIN 2 LIN 11 LIN 12 LIN 21 Entnahmemenge l/s 1,3 1,4 1,5 3,4 Summe der Entnahmemenge PV [m³] ~123 ~595 ~690 ~1.000 δ18O [‰] -9,95 -10,05 -10,03 -10,03 δ2H [‰] -69,5 -70,1 -69,9 -70,2 Excess [‰] 10,1 10,4 10,4 10,0 3H [TU] 1,0 <0,8 <1,1 <0,9 2σ +/-0,7 – – – 14C [%-mod] – – 24,6 24,9 2σ – – 1,8 3,3 δ13C [‰] – – -14,77 -14,81

Tabelle 5: Berechnung des 14C-Modellalters der Wasserproben LIN 12 und LIN 21.

Probe LIN 12 LIN 21 3H TU <0,9 <0,9 14C-Gehalt % modern 24,6 ± 1,8 24,9 ± 3,3 13C-Gehalt ‰ -14,77 -14,81

CO2 mg/l 0,9 0 - HCO3 mg/l 146 162 Anfangs-Gehalt (Ao) ermittelt aus 13C-Gehalt % modern 59 59

Anfangs-Gehalt (Ao) ermittelt aus CO2 % modern 50 50 für Berechnung berücksichtigter Anfangs-Gehalt % modern 60 60 (Ao) C-14 Alter berechnet Jahre 7372 7272 C-14 Alter: Modellalter Jahre 7400 ± 600 7300 ± 1150

2.4. Markierung der Bohrspülung Um die Ergebnisse der geplanten Spurenstoffanalytik und der Altersbestimmung besser inter pretieren zu können, war es wichtig, Informationen über den Anteil der Bohrspülung an dem geförderten Wasser zu erhalten. Daher wurde am 18.12.01 die Bohrspülung mit wenigen Gramm Uranin markiert. Anschließend wurden von der Bohrspülung stichpunktartig Proben genommen; während des Pumpversuchs fand eine engmaschigere Probennahme statt.

Wie die Abbildungen 1 und 2 zeigen, verringerte sich die Uranin-Konzentration in der Bohr- spülung relativ schnell durch Vermischung der Spülung mit Grundwasser, so dass sie in den Pro- ben vor dem Pumpversuch, im Zeitraum zwischen dem 16.01. und 07.02.02, zwischen 1/10.000 und 1/1.000 der Eingabekonzentration schwankte. Durch den Pumpversuch wurde zunächst wieder ein Teil der Bohrspülung reaktiviert. Daher stieg die maximale Uranin-Konzentration innerhalb des ersten Tages nach dem Beginn des Pumpversuchs wieder auf das 50- bis 100-fache an. Diese Konzentration betrug allerdings immer noch weniger als 1/100 der Eingabekonzentration. Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 113

Ab dem 2. Tag bis zum 5. Tag des Pumpversuchs nahm die Uranin-Konzentration wieder kontinuierlich ab und erreichte zum Zeitpunkt der Probennahmen von LIN 11 und LIN 12 (nach 6 Tagen Pumpzeit) ein Plateau von weniger als der Hälfte der Maximalkonzentration bzw. ca. 1/500 der Eingabekonzentration. Somit konnte davon ausgegangen werden, dass der Spülungsanteil in den entnommenen Wasserproben LIN 11 und LIN 12 deutlich weniger als 1% betrug und dass dieser Zeitpunkt, im Hinblick auf die Dauer des gesamten Pumpversuchs, für die „Ursprünglich- keit“ des Wassers optimal gewählt war.

Abb. 1: Zeitlicher Verlauf der Uranin-Konzentration in der Forschungsbohrung Lindau 1 während des gesamten Beprobungszeitraums.

Abb. 2: Zeitlicher Verlauf der Uranin-Konzentration in der Forschungsbohrung Lindau 1 während des Pumpversuchs im Februar 2002 mit Eintrag der Probennahmen für die hydrochemischen Untersuchungen. 114 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

3. Forschungsbohrung Spitzeichen 1

3.1. Hydrogeochemische Probennahme

Nach Erreichen der Endteufe von 242 m wurde in der Forschungsbohrung Spitzeichen 1 im März 2003 ein Pumpversuch durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt war der Teufenabschnitt bis fast 230 m mit einer Stahl-Hilfsverrohrung ausgebaut, der Ruhewasserspiegel lag bei ~179 m unter Gelände, die Pumpe befand sich in 225 m Tiefe. Nach den Ergebnissen der Bohrlochgeophysik (Flow-Meter- und Salinität-Temperatur-Messung) erfolgten die Hauptzuflüsse zwischen 195 und 238 m Tiefe im Mittleren Buntsandstein (smV, smB) (Piewak & Partner 2002). Bei einer För- derrate von ~0,9 l/s betrug die Absenkung unter Ruhewasserspiegel ca. 19 m. Um die Ursprüng- lichkeit des Wassers nicht zu beeinflussen, verzichtete man bei den bohrlochgeophysikalischen Messungen, die vor dem Pumpversuch durchgeführt wurden, bewusst auf das Fluid-Tracer-Log- ging-Verfahren.

Im Zuge des Pumpversuchs wurden am 19. und 20.03.02 zwei Proben (SPI 1 und SPI 2) im Abstand von 16 Stunden genommen. Zu diesen Zeitpunkten war die 65- bzw. 105-fache Menge des Grundwasser erfüllten Bohrlochs (in unbeanspruchtem Zustand) bzw. das 5- bzw. 9-fache des gesamten Bohrlochinhaltes ausgetauscht, so dass man trotz der hier aufgetretenen hohen Spülungsverluste davon ausgehen konnte, dass man tatsächlich das unbeeinflusste Grundwasser förderte, was letztendlich auch die Bestimmung des Grundwasseralters belegt (s. u.). Weitere Informationen zur Probennahme und den im Gelände bestimmten Parametern sind der Tabelle 6 zu entnehmen. Mit Ausnahme einer leichten Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den beiden Proben ließen sich bei den Übersichtsparametern keine markanten Unterschiede erkennen. Es handelt sich um relativ gering mineralisiertes, schwach saures Buntsandsteinwasser, das ein bedingtes Sauerstoffdefizit aufweist.

Tabelle 6: Forschungsbohrung Spitzeichen 1 – Probennahmebedingungen und Übersichtsparameter.

Probennahmedatum 19.03.02 20.03.02 Uhrzeit 17:00-17:30 09:00-09:30 Bezeichnung der Probe SPI 1 SPI 2 Entnahmemenge [l/s] 0,9 0,9 Summe der Entnahmemenge PV [m³] ~85 ~137 Absenkung [m unter ROK] 198,5 198,6 Leitfähigkeit [µS/cm] 103 95 Temperatur [°C] 12,2 12,2 pH 6,15 6,2 Sauerstoff [mg/l] 6,9 7,0 Sauerstoffsättigung [%] 70 70 Titration, 4,2 4,2 NaOH-Verbrauch [ml/100 ml]

freies CO2 [mg/l] 37 37 Gasentwicklung keine keine Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 115

3.2. Analytische Erkenntnisse

Die anorganischen Inhaltsstoffe (jeweils ca. 50 Parameter) der Proben SPI 1 und SPI 2 wurden im Labor des Bayerischen Geologischen Landesamtes (GLA) analysiert. Im Folgenden werden die wichtigsten Ergebnisse vorgestellt:

3.2.1. Hauptinhaltsstoffe

Nach Furtak & Langguth (1967) liegt ein „Erdalkalisches Süßwasser mit höherem Alkali gehalt, überwiegend hydrogenkarbonatisch“ vor. Auffällig ist seine geringe Gesamtmineralisa tion von nur 66 bzw. 56 mg/l bzw. seine Gesamthärte von 1,8 bzw. 1,5 °dH. Es kann daher nach Klut-Olszewski als „sehr weich“ bezeichnet werden. Ähnlich wie beim Pumpversuch an der Forschungsbohrung Lindau 1 wurde auch bei dieser Bohrung, bereits innerhalb von nur knapp 16 Stunden, eine deutliche Abnahme der Gesamtmineralisation um 15% bei +/– stabilen Ionenver- hältnissen festgestellt (vgl. Tab. 6). Die Nitratgehalte sind mit ca. 3 mg/l gering, jedoch deutlich höher als im Wasser der FB Lindau 1.

Tabelle 7: Forschungsbohrung Spitzeichen 1 – Charakteristik der Hauptinhaltsstoffe – Ionen bilanz (die für die Beurteilung des Wassertyps bestimmenden Ionen sind fett hervorgehoben).

SPI 1 SPI 2 mg/l mmol(eq)/l mg/l mmol(eq)/l % % Ca2+ 7,8 0,389 46 6,7 0,334 47 Mg2+ 3,0 0,247 29 2,6 0,214 30 Na+ 2,1 0,091 11 1,7 0,074 10 K+ 4,5 0,115 14 3,7 0,095 13 Summe 17,4 0,842 14,7 0,717 - HCO3 36,6 0,6 69 31,0 0,5 68 Cl- 4,9 0,138 16 4,2 0,118 16 2- SO4 4,2 0,087 10 3,8 0,079 11

NO3 3,0 0,048 5 2,7 0,0435 6 Summe 48,7 0,873 41,7 0,74 Fehler 0,031 0,023 Fehler % 3,7 3,3 Summe [mg/l] 66,1 56,4

Eine wesentliche Beeinflussung durch die Bohrspülung bzw. das zur Spülung verwendete Trinkwasser kann weitgehend ausgeschlossen werden, da dieses Wasser einen deutlich höheren pH-Wert, eine merklich höhere Gesamtmineralisation und eine andere Ionenkonzentration (Nor- mal erdalkalisches Wasser, überwiegend hydrogenkarbonatisch) aufweist (vgl. Tab. 8) als das in der FB Spitzeichen 1 geförderte Wasser. Darüber hinaus ließen die geringen Konzentrationsver- änderungen während des Pumpversuchs in Spitzeichen 1 keinen eindeutigen Trend, im Hinblick auf das zur Spülung verwendete Trinkwasser, erkennen. 116 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Tabelle 8: Gegenüberstellung des Wassers aus der Forschungsbohrung Spitzeichen 1 mit dem zur Spülung verwendeten Trinkwasser (freundl. Mitteilung der Verwaltungsgemeinschaft Trebgasttal).

FB Spitzeichen 1 zur Spülung verwendetes Trinkwasser Probennahmedatum 19/20.03.02 07.03.02 pH-Wert 6,2 7,7 elektrische Leitfähigkeit 95 – 103 µS/cm 300 µS/cm Gesamtmineralisation 56 – 66 mg/l 250 mg/l Karbonathärte 1,4 – 1,7 °dH 7,8 °dH Gesamthärte 1,5 – 1,8 °dH 8,2 °dH

3.2.2. Undissoziierte Stoffe, Nebeninhaltsstoffe und Spurenstoffe

Ammonium und Nitrit konnten nicht nachgewiesen werden. Die Summe des gesamten orga nisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC) lag in beiden Proben deutlich unter der Bestimmungs- grenze (<4 mg/l). Der Siliziumgehalt betrug konstant 6,2 mg/l.

Im Konzentrationsbereich zwischen 0,1 und 1 mg/l liegen Zink (0,4 bzw. 0,3 mg/l), Barium und Fluor (mit jeweils etwa 0,1 mg/l). Die Bariumkonzentration ist fast doppelt so hoch wie im Wasser der FB Lindau 1. Der für Buntsandsteinwässer ungewöhnlich hohe Zinkgehalt (vgl. Wagner. et al. 2003) ist möglicherweise auf die Stahl-Hilfsverrohrung, bei gleichzeitig schwach saurem pH-Wert und nur relativ geringer Entnahmerate, zurückzuführen.

Viele der Spurenstoffe liegen im Bereich der jeweiligen Nachweisgrenze oder darunter. Grenzwertüberschreitungen im Sinne der Trinkwasserverordnung (Bundesgesetzblatt 2001) wurden nicht festgestellt. Der Arsengehalt erreicht mit ca. 4 µg/l nur 1/10 der Konzentration des Wassers der Forschungsbohrung Lindau 1. Die Urangehalte schwanken zwischen 0,5 und 0,7 µg/l und sind somit ebenfalls deutlich geringer als im Wasser der FB Lindau 1.

3.3. Grundwasseralter

Von den Proben SPI 1 und SPI 2 wurden vom Institut für Grundwasserökologie (IGÖ) des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit Deuterium-, Tritium- und 18O-Analysen durchgeführt. Auf die Probennahme für eine 14C-Analytik wurde verzichtet, da man davon aus- ging, dass es sich hier um ein jüngeres, oberflächennäheres Wasser handeln würde.

Aufgrund der geringen 3H-Werte (unter der Nachweisgrenze) muss jedoch angenommen werden, dass der überwiegende Teil des Wassers älter als 40 Jahre ist. Eine weitere Einengung ist jedoch aufgrund der fehlenden 14C-Analytik nicht möglich. Die Sauerstoffsättigung von ca. 70% ist somit wahrscheinlich nicht auf oberflächennahe Einflüsse, sondern auf Sauerstoffzutritt beim Pumpen zurückzuführen. Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 117

Tabelle 9: Forschungsbohrung Spitzeichen 1 – Isotopenbestimmungen des Grundwassers.

SPI 1 SPI 2 Probennahmedatum 19.03.02 20.03.02 Uhrzeit 17:30 09:30 Entnahmemenge [l/s] 0,9 0,9 Summe der Entnahmemenge PV[m³] ~85 ~137 δ18O [‰] -9,66 -9,65 δ2H [‰] -67,6 -67,5 Excess [‰] 9,7 9,6 3H [TU] <0,8 <1,0

4. Vergleich mit Wässern aus dem Buntsandstein des näheren Umfeldes

4.1. Hydrogeochemie

Um die hydrogeochemischen Ergebnisse besser in den regionalen Zusammenhang einordnen zu können, wurden Rohwasseranalysen von Trinkwasserversorgungen aus dem näheren Umfeld sowie von der Grundwassererkundung „5.12 Trebgasttal“ herangezogen. Die Daten der Wasser- analytik wurden freundlicherweise von den Wasserversorgungs-Unternehmen sowie vom Bayeri- schen Landesamt für Wasserwirtschaft zur Verfügung gestellt bzw. aus der zentralen Datenbank des GLA übernommen. Die Bohrungen bzw. Brunnen befinden sich alle im Oberfränkischen Buntsandsteinhorst zwischen Bayreuth und Kulmbach (Abb. 3). Es wurden nur Bohrungen be- rücksichtigt, die mindestens 100 m tief waren und sich nach der geologischen Ansprache eindeutig dem Buntsandstein zuordnen ließen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 zusammengestellt, das Piperdiagramm (Abb. 4) informiert über die Klassifizierung der Wässer. Die wichtigsten Ergebnisse werden im Folgenden kurz diskutiert.

Die Übersichtsparameter zeigen, dass die Wässer aus dem näheren Umfeld der Forschungs- bohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 relativ große Spannweiten hinsichtlich der Gesamtminerali sation und des Sauerstoffgehaltes aufweisen. Dennoch lassen sich diese Wässer mit wenigen Aus- nahmen nach Furtak & Langguth (1967) relativ einheitlich als „Normal erdalkalische Wässer, überwiegend hydrogenkarbonatisch“ klassifizieren. Nur drei Proben liegen nicht in diesem Feld: Hier wurden erhöhte Nitratgehalte bei gleichzeitig relativ niedrigen Hydrogenkarbonatkonzent- rationen festgestellt. Insgesamt sind die Wässer aus dem näheren Umfeld der Forschungsbohrun- gen höher mineralisiert als die Wässer aus den übrigen Buntsandsteingebieten Bayerns. So be- trägt der Median der elektrischen Leitfähigkeit 380 µS/cm, der Median des gesamten GLA-Daten kollektivs von Wässern aus dem Buntsandstein Bayerns (370 Analysen) lediglich ~150 µS/cm (B. Wagner et al. 2003). Der vergleichsweise niedrige Nitratgehalt der meisten berücksichtigten Wässer weist darauf hin, dass die erhöhte Mineralisation vorwiegend geogene Ursachen hat und wahrscheinlich mit höher mineralisierten Wässern, die an Störungen des Bruchschollenlandes auf- und absteigen, erklärt werden kann. Weiterhin wird das ubiquitäre Vorkommen geogen erhöhter Arsengehalte im Umfeld der beiden Forschungsbohrungen deutlich. 118 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Tabelle 10: Vergleich der in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 geförderten Wässer mit Wässern aus dem Buntsandstein ihres näheren Umfelds.

LIN 11/LIN 12 LIN 21 SPI 1/SPI 2 Buntsandsteinwässer aus Brunnen des näheren Umfelds Mittelwert Mittelwert Spannweite Median Bohr- bzw. Aus- 530 530 242 101-190 125 bautiefe Anzahl der 1 1 1 10 10 Messstellen Anzahl der 2 1 2 11 11 Proben Übersichtsparameter pH 8,0 8,2 6,2 6,2-7,7 7,2 Lf [µS/cm] ~490 560 99 230-830 380

O2 [mg/l] 2,2 (0,6-3,7) 0,1 7 0,7-9,1 6,5 Summe Anionen ~330 397 62 120-630 310 + Kationen Hauptinhaltsstoffe (Angaben gerundet, in mg/l) Kationen Ca2+ 18,5 27 7 18-116 50 Mg2+ 6 8 3 5-29 13 Na+ 67 79 2 2-13 4 K+ 3,5 4,5 4 1-6 2,5 Anionen - HCO3 156 162 34 27-374 200 2- SO4 34 30 4 8-66 25 Cl- 44 87 4,5 6-20 9 - NO3 <1 <1 3 2-52 16 Spurenstoffe (Angaben in mg/l) As (Anzahl der 0,032 (2) 0,032 0,0005-0,025 0,0025 (8) Proben) (1) (8)

Gegenüber diesen Wässern ist das Wasser aus der FB Spitzeichen 1 deutlich geringer mineralisiert. Seine Gesamtmineralisation liegt aber im Bereich zwischen dem 25-Perzentilwert und dem Medianwert des gesamten Datenkollektivs von Wässern aus dem Buntsandstein Bayerns. Sie ist also für Buntsandsteinwässer nicht ungewöhnlich niedrig. Das Wasser zählt nach Furtak & Langguth (1967) zum Typ der „Erdalkalischen Wässer mit höherem Alkaligehalt, überwiegend hydrogenkarbonatisch“. Eine Ähnlichkeit zu den meisten Wässern aus dem Umfeld wird erkennbar.

Das Wasser aus der FB Lindau 1 weist zwar eine vergleichbar hohe Gesamtmineralisation wie die Wässer aus dem Buntsandstein seines Umfelds auf, es ist aber stärker natrium- und chlorid- betont, so dass es zu den „Alkalischen Wässern“ zählt. Es lässt auch im Piper-Diagramm keine Ähnlichkeit mit den Wässern aus seinem Umfeld erkennen. Lediglich im Anionendreieck liegt Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 119

Abb. 3: Lage der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1, der Bohrungen der Grundwasserer- kundung Trebgasttal sowie weiterer, für den hydrogeochemischen Vergleich berücksichtigter, Brunnen. die Analyse einer Rohwasserprobe der Trinkwasserversorgung Ramsenthal zwischen den Punk- ten von LIN 11, LIN 12 und LIN 21. Diese vermeintliche Ähnlichkeit wird aber durch den leicht erhöhten Nitratwert in dieser Probe bewirkt. Besonders im Anionendreieck lässt sich eine Art „Mischungsreihe“, von den im Regelfall Chlorid- (und Nitrat-)ärmeren Wässern des Umfeldes über die stärker chloridbetonten Wässern aus der FB Spitzeichen 1 bis hin zu dem deutlich chlo- ridbeeinflussten Wasser der FB Lindau 1 nach dem Frac-Versuch (LIN 21), erkennen. 120 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Abb. 4: Gegenüberstellung der in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 geförderten Wässer mit Wässern aus dem Buntsandstein ihres näheren Umfelds im Piper-Diagramm.

4.2. Grundwasseralter

Das Bayerische Landesamt für Wasserwirtschaft führte im Zuge der Grundwassererkundung „5.12 Trebgasttal“ Untersuchungen zur Ermittlung des Grundwasseralters bzw. zur Abgrenzung jüngerer von älteren Komponenten im näheren Umfeld der Forschungsbohrungen durch (Bayeri sches Landesamt für Wasserwirtschaft [im Folgenden: LfW] 2002). Hierfür wurden von der Fa. Hydroisotop vor allem Deuterium-, Tritium- und 18O-Messungen sowie jeweils eine 14C-Un- tersuchung durchgeführt (Hydroisotop 2002).

Die stabilen Isotope Sauerstoff 18 und Deuterium können Hinweise auf unterschiedliche Bil- dungsbedingungen liefern. Wie Abbildung 5 zeigt, streuen die Proben der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 um die sogenannte meteorische Wasserlinie. Dies ist ein Hinweis darauf, dass sie nicht durch Verdunstungs- oder Austauschprozesse mit dem Gestein beeinflusst wurden und dass es sich um subrezent gebildete meteorische Grundwässer handelt.

Die Wässer aus der FB Lindau 1 sind deutlich „leichter“ als die aus der FB Spitzeichen 1, was auf unterschiedliche Einzugsgebiete hinweist. Falls beide Wässer unter gleichwarmen klimatischen Bedingungen gebildet wurden, würde das (kältere) Einzugsgebiet des Wassers aus Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 121

Abb. 5: Korrelation von δ 2H ‰ und δ 18O ‰. der FB Lindau 1 etwa 100 bis 200 m höher liegen, als das in der FB Spitzeichen 1 geförderte Wasser. Viele der während der Erkundungsmaßnahme „5.12 Trebgasttal“ geförderten Wässer weisen große Ähnlichkeiten zum Sauerstoff 18-Deuterium-Isotopenverhältnis der Proben aus der FB Spitzeichen 1 auf, was zumindest in Teilen auf ein gleiches Einzugsgebiet hinweisen könn- te. In Tabelle 11 sind die Ergebnisse der Altersbestimmungen der Grundwassererkundung „5.12 Trebgasttal“ den Werten der Proben aus den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 gegenübergestellt.

Wie die Tritium- und 14C-Gehalte zeigen (Tab. 11, Abb. 6), werden die Wässer aus den Er- kundungsbohrungen Trebgasttal stärker von jüngeren Komponenten beeinflusst, als die Wässer aus den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1, wobei das Wasser der Bohrung LfW VB C den geringsten Jungwasseranteil aufweist. Für die alte (tritiumfreie) Komponente aus den LfW-Bohrungen VB B und VB C wird ein Modellalter von x<3.000 Jahren angenommen (Hydro isotop 2002). Sie sind somit deutlich jünger als das in der FB Lindau 1 angetroffene Wasser.

Tabelle 11: Gegenüberstellung der Deuterium-, Tritium-, 18O- und 14C-Werte der Forschungsboh- rungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 sowie denen der Grundwassererkundung „5.12 Trebgasttal“.

LIN 11, LIN 12, SPI 1, LfW VB A (7) LfW VB B (5) LfW VB C (3) LIN 21 SPI 2 In Klammern: Anzahl der Werte Mittelwert Wertespanne δ18O [‰] -10,04 -9,66 -9,64 bis -9,51 -9,68 bis -9,46 -9,27 bis -9,13 δ2H [‰] -70,1 -67,6 -69,0 bis -66,2 -69,4 bis -67,2 -66,3 bis -64,0

Excess [‰] 10,3 9,7 8,0 bis 10,1 7,7 bis 9,7 6,8 bis 9,1 3 H [TU] <0,9 <0,9 12,2 bis 18,6 10,1 bis 12,9 1,6 bis 3,4 Wertespanne Einzelwerte 14C [%-mod] 24,6; 24,9 n.b. 127 61 64 2σ 1,8; 3,3 n.b. 5 2 2 δ13C [‰] -14,8 n.b. -21,4 -14,9 -16,4 122 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Abb. 6: Korrelation der 14C- und 3H-Gehalte.

5. Schlussfolgerungen

Die Untersuchungen im Oberfränkischen Buntsandsteinhorst haben gezeigt, dass es hier, im anthropogen kaum beeinflussten Grundwasserleiter, verschiedene hydrogeochemisch charakteri- sierbare Komponenten gibt:

• Zum einen relativ gering mineralisierte „Normal erdalkalische Wässer, überwiegend hydro genkarbonatisch“ bzw. „Erdalkalische Wässer mit höherem Alkaligehalt, überwiegend hydrogenkarbonatisch“ mit relativ deutlicher Calcium-Magnesium-Betonung (z.B. Typ FB Spitzeichen 1) • Im tieferen Untergrund (hier Zechstein und Rotliegend) zirkulieren erheblich höher mineralisierte, alkalische Austauschwässer. Diese zeichnen sich gegenüber den eigentli- chen Buntsandsteinwässern durch eine stärkere Betonung von Natrium und Chlorid aus. Darüber hinaus wird angenommen, dass diese Wässer ein, von den Buntsandsteinwässern abweichendes, in einigen Elementen deutlich erhöhtes Spurenstoffspektrum aufzeigen. • Ob und ggf. wie höher mineralisierte Wässer aus dem Muschelkalk und Keuper an den Rändern des Buntsandsteinhorstes in diesen infiltrieren können, wurde mit dieser Unter suchung nicht geklärt.

In den FB Lindau 1 und Spitzeichen 1 wurden die beiden oben beschriebenen Wässertypen getrennt erschlossen, da dort relativ gering durchlässige Partien des Buntsandsteins und seines Liegenden durchfahren wurden bzw. während der Pumpversuche die oberflächennahen, besser durchlässigen Partien abgesperrt waren.

Die Trinkwasserversorgungen bzw. die Erkundungsmaßnahme Trebgasttal erfassen dem- gegenüber deutlich besser durchlässige und meist auch oberflächennähere Bereiche. Letzteres zeigt sich z.B. an den Nitratgehalten, im Trebgasttal auch an den Altersbestimmungen. In den besser durchlässigen Bereichen gibt es gute horizontale und vertikale Wegsamkeiten, durch die sich unterschiedliche Wassertypen vermischen können. Die oberflächennäheren Wässer sind zu- Hydrogeochemische Untersuchungen in den Forschungsbohrungen 123 sätzlich durch Düngung und Kalkung höher mineralisiert. Dies erklärt die deutlich höhere Ge- samtmineralisation in den Umfeldproben gegenüber dem in der FB Spitzeichen 1 angetroffenen Wasser.

Wie die Ergebnisse der Bohrlochgeophysik gezeigt haben, erhält die Bohrung Lindau 1 ihre Hauptzuflüsse aus dem Buntsandstein und nur die Nebenzuflüsse aus seinem Liegenden. Daher wird davon ausgegangen, dass das eigentliche Buntsandsteinwasser auch hier nur relativ gering mineralisiert ist, während die Zuläufe aus dem Zechstein und Rotliegenden eine deutlich höhere Mineralisation aufweisen. Das geförderte Wasser stellt somit eine Mischung aus relativ geringen Anteilen eines hoch mineralisierten Wassers und großen Anteilen eines nur gering minerali sierten Wassers dar.

Bei längerer Förderung trat beim Pumpversuch vor dem Frac immer mehr gering minerali siertes Wasser aus dem besser durchlässigen Unteren Buntsandstein zu. Dies erklärt die kon- stante Abnahme der Gesamtmineralisation bei gleichbleibendem Ionenverhältnis. Nach dem Frac wurden dann weitere Abschnitte mit hochmineralisiertem, stärker chloridbetonten Wässern ge- öffnet.

Die geochemische Untersuchung des Gesteinsverbandes hat gezeigt, dass sich in den Gesteins proben keine lagigen Arsenanreicherungen befinden (Wagner 2006). Möglicherweise ist die Ar- senführung in den Wässern des Fränkischen Bruchschollenlandes, wie bereits von Piewak & Partner (1997) angenommen, an höher mineralisierte Wässer gebunden, die an Bruchzonen aus dem Rotliegenden aufsteigen. Diese Problematik konnte allerdings nicht hinreichend geklärt werden.

6. Dank

Unser Dank gilt folgenden Institutionen und Personen, die zum Gelingen dieser Arbeit maß- geblich beigetragen haben:

Für schnelle fachliche Auskünfte und für die Überlassung von Unterlagen: Herrn Förster von der Verwaltungsgemeinschaft Trebgast, Herrn Schröder vom Zweckverband zur Wasserversorgung der Lindauer Gruppe, den Herren Piewak und Dr. Helmkampf von der Fa. Piewak & Partner GmbH, den Herren Löwel und Hauke vom Wasserwirtschaftsamt Bayreuth und Herrn Harbers vom Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft.

Für die Wasseranalysen, die Mithilfe bei der Wasserprobennahme sowie sonstige technische Hilfe: den Mitarbeitern im Labor des Bayerischen Geologischen Landesamtes, insbesondere Herrn Dr. Klinger, Frau Irsiegler, Herrn Krieg und Herrn Dittrich, der Praktikantin Frau Reichenbach für ihre Mithilfe bei Geländearbeiten und Herrn Stephan Wamsler für die Erstellung des Piper-Diagramms.

Für Isotopenbestimmungen, den Mitarbeitern im Isotopenlabor des Instituts für Grundwasser ökologie (IGÖ): Frau A. Schmitt und Herrn H. Lowag.

Für die Übersetzung der Kurzfassung ins Englische: Herrn Christian Veress. 124 Georg Büttner, Willibald Stichler & Martin Scholz

Für fachliche Anregungen, Diskussionen und redaktionelle Arbeiten: Herrn Dr. Christian Mikulla, BayStMUGV, Herrn Dr. Thomas Röckel, Piewak & Partner, Herrn Dr. Josef Schwarzmeier, LFU, Herrn Dr. Christoph Töpfner, LFU, Frau Dr. Christine Vornehm, LFU, Herrn Dr. Bernhard Wagner, LFU , Herrn Dr. Sebastian Wagner, vormals LFU, jetzt Regierung von Oberbayern und Herrn Stephan Wamsler, LFU.

7. Literatur

Bayerisches Landesamt für Umweltschutz (2003): Radon – Strahlenschutz in bayerischen Wasserwerken. – 3 S., Augsburg.

Bayerisches landesamt für Wasserwirtschaft (2002): Mittelfristiges Arbeitsprogramm Grundwasser erkundung in Bayern (MAG) 1997, Erkundungsgebiet Trebgasttal, Kennzahl 5.12, Landkreis Kulmbach. Erläuterungen zum Schlussbericht. – 13 S., 5 Anl., München (unveröffentlicht).

Bundesgesetzblatt (2001): Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trink- wasserverordnung 2001), 21.05.2001. – Bundesgesetzblatt Teil I, G5702, 2001, Nr. 24: 959-980, Bonn.

Furtak, H. & Langguth, H. R. (1967): Zur Hydrochemischen Kennzeichnung von Grundwässern und Grund- wassertypen mittels Kennzahlen. – Mem. Jah.-Congress, VII (1965): 89–96, Hannover.

Hydroisotop (2002): Ergebnisse der isotopenhydrologischen Untersuchungen an Grundwässern der Boh- rungen Trebgasttal, Lkr. Lichtenfels – Grundwassererkundungen in Bayern. – 12 S., Schweitenkirchen (unveröffentlicht).

Klut, H. & Olszewski, W. (1945): Untersuchung des Wassers an Ort und Stelle - seine Beurteilung und Auf- bereitung. – 9. Auflage: 281 S., Berlin (Springer) 1945.

Landkreis aschaffenburg (o. J.): Landkreis Aschaffenburg, Wasserqualität. – Internetseite: http://www. landkreis-aschaffenburg.de/Wer_macht_Was16031/Umwelt16297/Wasserrecht16139/Wasserversor- gung16262 /Wasserqualitaet16152/.

Piewak & Partner (1997): Pumpversuch WV Lindauer Gruppe Dez. 1996 bis April 1997 – Endbericht. – Erstattet an E+M Bohr GmbH, Hof, Sachbearbeiter: D. Plaß: 11 S., Bayreuth (unveröffentlicht).

Piewak & Partner (2002): Forschungsbohrungen „Lindau“ und „Spitzeichen“ Oberfränkischer Buntsand- steinhorst (Dokumentation und Abschlussbericht). – Erstattet an: Bayerisches Geologisches Landesamt, München, Sachbearbeiter: Dr. K. Helmkampf: 18 S., Bayreuth (unveröffentlicht).

Udluft, P., Heinrichs, G. & Frisch, H. (1993): Naturbedingte Arsengehalte in Grundwässern Bayerns. Ent- wicklung einer Vermeidungsstrategie für die Grundwassererschließung. – Internetseite: http://www. zv.uni-wuerzburg.de/forschungsbericht/FOBE-1993/e09/e090200/p013.htm.

Wagner, B., Töpfner, C., Lischeid, G., Scholz, M., Klinger, R. & Klaas, P. (2003): Hydrogeochemische Hintergrundwerte der Grundwässer Bayerns. – GLA-Fachbericht Nr. 21: 250 S., München (GLA).

Wagner, S. (2006): Geochemische Bearbeitung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1. – Geol. Bav., 109: 95–104, München (LfU).

Wasserwirtschaftsamt Bayreuth (2003): Kann man das Wasser trinken? – Internetseite: www.bayern.de/ wwa-bt/trinkwasser/seiten/trinken.htm – 65k – 2. Sep 2000.

Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 125–138, München 2006 125

Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1

Von Karl–Norbert Lux und Manfred Piewak

Mit 6 Tabellen

Schlüsselwor te: Geophysikalische Messungen – Hydrodynamik – Rotliegendes – Zechstein – Bunt- sandstein Ku rzfassu ng: Durch geeignete Messverfahren konnten die aufgeschlossenen stratigraphischen Einheiten durch charakteristische Änderung des spezifischen elektrischen Gebirgswiderstandes mit guter Schichtauflösung voneinander abgrenzt werden. Eine Korrespondenz von Stratigraphie, Wasserchemismus und Temperaturverlauf trat nur in der Bohrung Lindau 1 auf. In der Bohrung Spitzeichen 1 waren die Kenn- größen ausschließlich von der in der Bohrung herrschenden Hydrodynamik beeinflusst, welche dort nur für den Ruhezustand des Bohrlochs untersucht werden konnten. Zwischen den effektiven Schichten des su und des sm besteht ein durch die Bohrung hervorgerufener hydraulischer Kurzschluss, der sich im Auftreten einer vom Liegenden zum Hangenden gerichteten vertikalen Ausgleichsströmung äußert. In der Bohrung Lindau 1 konnte eine vom Rotliegenden bis in den Unteren Buntsandstein reichende Ausgleichsströmung in Form horizontierbarer Zu- und Abflüsse quantitativ ermittelt werden. Diese Zuflüsse aus dem Rotliegenden und dem Zechstein werden durch Verluste im Unteren Buntsandstein kompensiert. Bei hydrodynamischer Anregung des Bohrprofils durch Förderung aus der Bohrung reagieren die Verlusthori- zonte jedoch als Zuflüsse. Sie sind dann von weitaus größerer hydrodynamischer Effizienz als die Zuflüsse aus Rotliegendem und Zechstein und erbringen einen Gesamtzuflussanteil des geförderten Wassers von fast 90 %.

Borehole geophysics in the applied research drilling Lindau 1 and Spitzeichen 1

Key words: Borehole geophysics – Hydrodynamic – Rotliegendes – Zechstein – Buntsandstein Abst ract: Borehole geophysics and log analysis made it possible to determine the delineation of hydro logic and stratigraphical units “Rotliegendes”, “Zechstein” and “Buntsandstein” of Northeast-Bavaria. In the borehole Lindau 1 it was possible to analyse the groundwater system by correlating the strata, the water chemistry and the temperature log records. The data of borehole Spitzeichen 1 provided the dominance of the vertical flow between zones of different hydraulic heads. Borehole flow between water-bearing zones and the identification of water-producing zones showed that the “Unterer Buntsandstein” (Lower Bunter) has a higher hydraulic head than the “Mittlerer Buntsandstein” (Middle Bunter). The direction of vertical flow was upwards. It was possible to quantify the vertical flow from the “Rotliegend” up to the “Unterer Buntsandstein”. The inflow of the “Rotliegend” and the “Zechstein” leads to outflow in the “Unterer Buntsandstein”. Under pumping conditions the outflow sections converted to inflow sections. The data obtained that those sections were more efficient in the Buntsandstein and provided more than 90 % of the pumped water.

Anschrift der Verfasser: Dr. Karl-Norbert Lux, Geophysikalische Fachberatung GbR, Kleine Tabarzer Straße 6, 99894 Friedrichroda, E-mail: [email protected]; Manfred Piewak, Piewak & Partner GmbH, Jean-Paul-Straße 30, 95444 Bayreuth, E-mail: [email protected] 126 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

Inhalt 1. Einführung ...... 126 2. Material und Methoden ...... 126 2.1. Bohrung und Ausbau von Lindau 1 ...... 126 2.2. Bohrung und Ausbau von Spitzeichen 1 ...... 127 2.3. Messprogramme und –abläufe ...... 127 2.3.1. Angewandte Messverfahren in der Bohrung Lindau 1 ...... 128 2.3.2. Angewandte Messverfahren in der Bohrung Spitzeichen 1 ...... 128 3. Ergebnisse ...... 129 3.1. Bohrung Lindau 1 ...... 129 3.1.1. Gebirgsbeschaffenheit, Leitfähigkeits- und Temperaturverhältnisse ...... 129 3.1.2. Gesteinsstrukturen ...... 131 3.1.3. Wasserführung ...... 132 3.2. Bohrung Spitzeichen 1 ...... 135 3.2.1. Gebirgsbeschaffenheit, Leitfähigkeits- und Temperaturverhältnisse ...... 135 3.2.2. Gesteinsstrukturen ...... 136 3.2.3. Wasserführung ...... 137 4. Literatur ...... 138

1. Einführung

Die bohrlochgeophysikalische Vermessung der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitz eichen 1 sowie die Dokumentation der geologischen Abfolgen, im Hinblick auf dafür geeignete Bohrlochmessverfahren, war das Ziel dieser Untersuchung. Darüber hinaus sollte das von den Bohrungen aufgeschlossene Trennflächeninventar durch Messungen qualitativ erfasst und quantitativ ausgewertet werden. Weiterhin waren die hydrodynamisch effektiven Abschnitte des Ge- birges zu erfassen und die dort auftretenden Wasserbewegungen sowohl im Ruhezustand als auch bei Förderung zu quantifizieren. Aus den jeweils realisierten Messprogrammen folgerten Unter- schiede im Aussageumfang zwischen beiden Bohrungen, auf die hier vertieft eingegangen wird.

In diesem Beitrag werden die Schlussfolgerungen aus den geophysikalischen Messungen zusammenfassend erläutert. Auf messtechnische Details und methodische Grundlagen wurde dabei nur insoweit eingegangen, wie dies für das Verständnis und die Bewertung der Resultate nötig ist.

2. Material und Methoden

Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurden zwei Kernbohrungen (Lindau 1 und Spitzeichen 1) abgeteuft, deren physikalische Eigenschaften mit vielfältigen geophysikalischen Methoden vermessen und interpretiert wurden.

2.1. Bohrung und Ausbau von Lindau 1

Die Bohrung Lindau 1 wurde zunächst bis 100 m Teufe niedergebracht, mit Bohrdurchmes- sern von 508 mm, 381 mm und 178 mm mehrfach teleskopiert und im gesamten Abschnitt verrohrt (siehe Tabelle 1). Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen 127

Bis zur Endteufe von 530 m wurde das Bohrloch Tabelle 1: Teufen und Verrohrungen dann als Seilkernbohrung mit einem Bohrdurchmesser der Bohrung Lindau 1. von 146 mm abgeteuft. In diesem Bereich (100–530 m) Teufe [m] Verrohrung [mm] ist die Bohrung unverrohrt. 0 – 5,5 508 Infolge guter Standfestigkeit des Gebirges stand 0 – 33,6 406 der 430 m lange unverrohrte Bohrlochabschnitt als 0 – 93,0 244 Messstrecke zur Verfügung. Die Messungen konn- 0 – 100,0 178 ten in einem komplexen Messeinsatz, vom 11.02. bis 14.02.2002, durchgeführt werden.

Das Bohrloch war zum Messtermin zwischen ca. 30 m und der Messendteufe mit Wasser gefüllt.

2.2. Bohrung und Ausbau von Spitzeichen 1

Die Bohrung Spitzeichen 1 wurde ebenfalls mehrfach teleskopiert und mit Bohrdurchmes- sern von 375 mm, 311 mm, 216 mm und 146 mm bis 242,5 m Teufe niedergebracht. Innerhalb des Abschnittes 0–191,4 m wurde die Bohrung verrohrt (siehe Tabelle 2).

Tabelle 2: Teufen, Bohrlochdurchmesser und Verrohrungen der Bohrung Spitzeichen 1.

Teufe [m] Bohrlochdurchmesser [Zoll, mm] Verrohrung [mm] 0 – 90 14 ¾, 375 324 90 – 135,5 12 ¼, 311 0 – 135,5 270 135,5 – 191,4 8 ½, 216 0 – 191,4 178 191,4 – ET 5 ¾, 146 offen

Von 191,4 m bis zur Endteufe ist das Bohrloch unverrohrt, so dass dieser Abschnitt für alle Messungen frei zugänglich war. Der verrohrte Bereich wurde nur mit einer GR‑Messung (s.u.) befahren, da dort die Anwendung aller weiteren Messmethoden weder sinnvoll noch zielführend gewesen wäre.

Die Messungen konnten am 11.03.2002 in einem komplexen Messeinsatz durchgeführt werden. Das Bohrloch war zum Messtermin zwischen ca. 180 m und der Messendteufe mit Wasser gefüllt und bis zur Teufe von 238,5 m frei befahrbar.

2.3. Messprogramme und –abläufe

Von Beteiligten des GLA und dem für die Durchführung und Auswertung der Messungen beauftragten Büro Gfl – Dr. Lux Geophysikalische Fachberatung GbR sowie dem als Fach- gutachter tätigem Büro Piewak & Partner GmbH wurde ein geophysikalisches Messprogramm konzipiert und durchgeführt. Während der Messdurchführung traten keine Probleme in den Boh- rungen Lindau 1 oder Spitzeichen 1 auf. 128 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

2.3.1. Angewandte Messverfahren in der Bohrung Lindau 1

In der Forschungsbohrung Lindau 1 sollte die Anwendung folgender Messverfahren zum Einsatz kommen (siehe Tabelle 3):

Tabelle 3: Angewandte Messverfahren in der Forschungsbohrung Lindau 1.

CAL Kaliber-Log GR Gamma-Ray-Log FEL Widerstandsmessung (Fokussiertes-Elektrik-Log) ABF Akustischer Bohrlochscanner SAL0 Leitfähigkeits-Log (Nullmessung) TMP0 Temperatur-Log (Nullmessung) FLW0 Flowmeter (Nullmessung) FLW1 Flowmeter (Messung bei Förderung) TR Tracereingabe (NaCl-Tracer) TFL Tracer-Fluid-Logging (Ermittlung von Strömungsprofilen für den Ruhezustand der Bohrung und für die Verhältnisse bei Förderung → zeitabhängige Beobachtung des eingegebenen Salztracers bei diesen beiden hydrodynamischen Regimes; SAL1...SAL3: Messungen im Ruhezustand, SAL4...SAL7: Messungen bei Förderung) TMPE Temperatur-Endmessung (nach Ende der Förderung)

Alle Messungen, für deren Anwendung keine in die Bohrung eingebaute Pumpe vonnöten war, wurden zu Beginn des Messeinsatzes am 11. und 12.02.02 durchgeführt (SAL0, TMP0, GR, FEL, ABF, FLW0 als Ab- u. Auffahrt). Aus den langen Messstrecken und aus verfahrensmetho- dischen Gründen, wie z.T. sehr langsamen Messgeschwindigkeiten (insbesondere bei der ABF- Messung), resultierte ein großer Zeitaufwand. Ebenfalls recht zeitaufwendige TFL-Messungen nahmen einen weiteren Messtag (13.02.02) ein. Während der bei Förderung durchzuführenden Messungen erfolgte ein erster Pumpeneinbau auf 80 m Teufe durch die Bohrfirma. Nach einem zweiten Pumpeneinbau wurden die Flowmetermessungen bei Förderung (FLW1 bei Ab- u. Auf- fahrt) am letzten Messtag durchgeführt. Am Ende der Förderung und nach Ausbau der Pumpe erfolgte dann noch die abschließende TMPE.

Der mehrfache Pumpeneinbau und -ausbau wurde nötig, da infolge des relativ geringen Bohr- durchmessers mit den Messsonden nicht an der Pumpe vorbei gefahren werden konnte. Zwischen den TFL- und den Flowmetermessungen war jedoch ein Wechsel der Messsonde erforderlich.

Als Fördermengen wurden anlässlich der TFL-Messungen Q1 = 3,6 m³/h und für die Flow metermessungen Q2 = 6 m³/h realisiert. Hierbei wurde der Wasserspiegel in der Lindau 1 auf 61,3 m bzw. 68,9 m abgesenkt. In beiden Fällen konnte von quasistationären Verhältnissen ausgegangen werden, was durch Wasserspiegellotungen bestätigt wurde.

2.3.2. Angewandte Messverfahren in der Bohrung Spitzeichen 1

In Spitzeichen 1 kam weitgehend das gleiche Messprogramm wie in Lindau 1 zur Anwen- dung. Hier kamen allerdings noch weitere Messungen des Gebirgswiderstandes zur Beweissiche- rung (die sog. kleine u. große Normale EL.KN, EL.GN) zum Einsatz. Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen 129

Von diesen Messungen wurde lediglich die GR‑Messung über die gesamte frei befahrbare Teufe der Bohrung ausgeführt. Weitere Messungen erfolgten ausschließlich im offenen, unverrohrten Abschnitt des Bohrlochs bzw. zwischen Wasserspiegel und der Messendteufe.

Weiterhin abweichend von Lindau 1 wurden hier keine quantitativen Untersuchungen zur Wasserführung des Profils angestellt.

Zur Beurteilung der Hydrodynamik konnten die Messungen im Ruhezustand der Bohrung durchgeführt werden (SAL0, TMP0, FLW0).

Grundlegende Arbeiten zur Loginterpretation finden sich beispielsweise bei Lee (1982), Serra (1984), Draxler & Hänel (1987), Tsang (1987), DVGW W110 (1990) und Rider (1996). Spezielle Angaben zu den hier durchgeführten Arbeiten finden sich beiL ux (1996, 1997) und bei Lux & Scheffel (2005).

3. Ergebnisse

Im Folgenden werden die Messergebnisse der Forschungsbohrungen Lindau 1 und Spitz eichen 1 getrennt voneinander betrachtet und diskutiert.

3.1. Bohrung Lindau 1

Die physikalischen Eigenschaften des Gebirges bei Lindau 1 sowie seine innere Struktur und die damit verbundene Wasserführung werden nachstehend beschrieben.

3.1.1. Gebirgsbeschaffenheit, Leitfähigkeits- und Temperaturverhältnisse

Die Messung des Bohrloches zeigte über die gesamte Messstrecke ein durchweg gutes Ka- liber in sehr festem Gebirge an. Ausbruchsbereiche der Bohrlochwand, als erkennbare Abwei- chung von Bohrloch- und Bohrwerkzeugdurchmesser, traten nur im Teufenabschnitt zwischen dem Rohrschuh und ca. 175 m Teufe auf. Sie schienen dort eher bohrtechnisch bedingt zu sein. Im weiteren Verlauf der Bohrung ließen sich eine Vielzahl geringmächtiger Kaliberausbrüche von zumeist nur kleinen Ausmaßen erkennen. Diese traten in den Teufenintervallen von ca. 240– 280 m und 355–417 m mit einer gewissen Häufung, sonst aber lediglich vereinzelt auf. Hierbei handelte es sich um leicht ausgebrochene Schichtfugen und/oder Einzelklüfte und z.T. auch um bohrtechnisch hervorgerufene Ausbrüche (vgl. Röckel et al. 2006). Weitere Abweichungen vom Nominaldurchmesser waren ebenfalls erkennbar, jedoch in der Messkurve des Kalibers nicht mehr auflösbar.

Die von der Bohrung aufgeschlossene Schichtenfolge wurde über die gesamte Teufe durch die GR‑Messung in guter Auflösung widergespiegelt, im Bereich des offenen, unverrohrten Bohr- lochs auch durch den spezifischen elektrischen Widerstand des Gebirges (FEL).

In den obersten 100 m des Profils (verrohrter Bereich der Bohrung) wurde das Ergebnis der GR‑Messung durch die Verrohrungen beeinflusst. Die entsprechenden Rohrschuhteufen wurden im Messergebnis abgebildet. Mit zunehmender Mehrfachverrohrung sank die GR‑Amplitude und die damit verbundene Auflösung der Messkurve. 130 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

Im offenen Abschnitt des Bohrprofils galten diese Einschränkungen nicht. Die GR‑Messung wurde nur vom anstehenden Gebirge beeinflusst. Die Widerstandsmessung korrelierte in umgekehrter Proportionalität mit der GR‑Kurve und zeigte nur die Einflüsse der aufgeschlossenen Formation.

Aus der Korrelation beider Messungen lässt sich über die gesamte Messstrecke eine (lt. ABF‑Messung teilweise recht engständige) Wechselfolge aus den im Kurzprofil angegebenen Lithotypen (Sandsteine, Tonsteine, Konglomerate usw.) erkennen (vergleiche Helmkampf 2006).

Für eine Bewertung der Ergebnisse sei auf die indirekte Proportionalität zwischen dem spezi fischen elektrischen Gebirgswiderstand und dem Ton- bzw. Feinkornanteil des Gebirges und auf die diesbezügliche direkte Proportionalität der natürlichen γ-Strahlung verwiesen. Darüber hin aus führen karbonatische Einschaltungen und Bindemittel sowie auch die konglomeratischen Ausbildungen zu erhöhten Gebirgswiderständen bzw. zu herabgesetzter γ‑Strahlung.

Die stratigraphischen Hauptgrenzen sind in den Messungen gut nachvollziehbar, dies gilt vor allem für den unverrohrten Teil der Bohrung.

Der bis 178 m Teufe reichende Untere Buntsandstein und die dortigen konglomeratischen Ausbildungen wiesen, mit GR‑Amplituden zwischen ca. 80 API und 120 API, ein insgesamt deutlich geringeres Niveau der natürlichen γ-Strahlung auf, als der im Liegenden folgende Zech- stein. Die mittleren Widerstände von 100 Ωm sind deutlich höher als die des Zechsteins.

Der Abschnitt des Zechsteins besteht überwiegend aus tonig und/oder dolomitisch ausge- bildeten Feinsandsteinen. Er weist Widerstände von etwa 40 Ωm in den tonigen Ausbildungen und bis zu ≥ 200 Ωm in den ausgeprägt karbonatischen Schichten auf (z.B. 200–205,5 m und 274–278 m). Die Messwerte der GR‑Kurve bewegten sich, je nach Tongehalt, in ebenso weiten Grenzen (60–280 API). Der Übergang zu einer deutlich monotoneren Messwertfolge des Wider standes und zu niedrigeren mittleren GR‑Niveaus in 281 m Teufe markiert die Grenze zum Ober- rotliegenden.

Dies wird durch Gebirgswiderstände von zumeist 40–70 Ωm und natürliche γ‑Strahlungen zwischen ca. 80 API und 160–180 API (Mittelwerte um 120 API) charakterisiert. Abweichun- gen von diesen mittleren Messwerten treten lediglich um 368 m und 406 m Teufe auf (GR auf < 60 API herabgesetzt bei Widerständen bis zu > 300 Ωm).

Der untere Teil des Profils (Rotliegendes) zeigt ab 418 m Teufe ein nochmals herabgesetztes Niveau der natürlichen γ‑Strahlung (im Mittel um 110 API). Dies ließe sich durch die petrographische Zusammensetzung aus teilweise karbonatischen Mittelsandsteinen erklären (vgl. Profil bei Helmkampf 2006), steht aber im Widerspruch zu den sich dort gleichfalls erniedrigenden spezifischen elektrischen Gebirgswiderständen (Rückgang der Messwerte auf 20–30 Ωm). Hier wirkt ganz offensichtlich die in diesem Teufenbereich einsetzende Zunahme der höheren Schicht- wassermineralisation (vgl. Messung SAL0) auf die Widerstandsmesswerte ein.

Eine derartige Korrelation der Leitfähigkeitsänderungen mit den stratigraphischen Grenzen lässt sich für den gesamten Messabschnitt des offenen Bohrlochs feststellen. Insgesamt ist die Leitfähigkeitsdifferenzierung in der Wassersäule eher marginal ausgeprägt (vom Rohrschuh in 100 m Teufe steigt der Messwert bis zur Basis des Oberrotliegenden in 418 m Teufe lediglich von 0,350 mS/cm auf 0,501 mS/cm an). Nur von 418 m bis zur Endteufe ist ein steilerer Gradient mit einem Leitfähigkeitsanstieg auf 1,080 mS/cm zu erkennen. Innerhalb des Messkurvenverlaufs Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen 131 tritt aber die Korrespondenz von Leitfähigkeitsgradientenänderungen mit den stratigraphischen Grenzen deutlich hervor.

Weitaus weniger deutlich trifft dieser Sachverhalt auf den Temperaturverlauf zu, obwohl erwartungsgemäß an stratigraphischen Grenzen zumeist Änderungen des geothermischen Gra- dienten auftreten. Das lässt sich hier jedoch nur für die Grenze zwischen Zechstein und Rotlie- gendem in 281 m Teufe feststellen. Oberhalb dieser Teufe kann aus den vorliegenden Temperatur messungen ein Gradient von 2,77°C/100 m ermittelt werden, unterhalb davon lediglich noch von 1,74°C/100 m. Als mittlerer geothermischer Gradient über die gesamte wassererfüllte Teufe der Bohrung ergibt sich ein Wert von 2,50°C/100 m. Inwieweit diese Angaben, die in kurzer Zeit nach Beendigung des Bohrprozesses ermittelt wurden, bereits den „wahren“ Temperaturverhält- nissen entsprechen, kann nicht hinreichend sicher angegeben werden. Voraussichtlich werden noch geringe Veränderungen beim Angleich der Temperaturen an die des Gebirges eintreten.

3.1.2. Gesteinsstrukturen

Die Messungen des Gebirgswiderstandes und der natürlichen γ‑Strahlung zeigten ein weitgehend festes und überwiegend dichtes („gesundes“) Gebirge an. Dies wurde auch durch die Kalibermessung belegt. Zusätzlich wurden Strukturen durch die Messung mit dem Akustischen Scanner (ABF) direkt in ihrem in situ Zustand im Detail ausgewiesen.

Im Messergebnis werden neben den sichtbaren Schichtflächen weitere Strukturen (nicht mit erkennbaren Kaliberausbrüchen einhergehende Klüftung und offene sowie teilweise auch geschlossenen Einzelklüfte, offene und geschlossene Schichtfugen, auf eine innerhalb der Forma- tion ggf. vorhandene Porosität verweisende Strukturen) und z.T. lithologische Spezifika (eng- ständiger Schichtwechsel, Einfluss des Tongehaltes auf die Schallhärte des Gesteins) in hoher Auflösung sichtbar.

Insgesamt wurden im vermessenen Abschnitt des Bohrlochs 1644 Trennflächen ermittelt, bei denen es sich in der weitaus überwiegenden Zahl um Schichtflächen handelt. Angesichts der unsicheren Unterscheidung zur Klüftung sollte im Bedarfsfall der Vergleich mit dem Kern erfolgen. Dies trifft auch auf die Klüfte zu, da diese zumeist geschlossen zu sein scheinen und sich demzufolge entsprechend unscharf vor dem schallharten Hintergrund abheben.

Im Unteren Buntsandstein wurde die erbohrte Wechselfolge und deren engständige Schich- tung, anhand der damit verbundenen und zueinander gut kontrastierenden Schallhärtedifferen- zierungen, deutlich. Hierbei besteht eine gute Korrelation mit den Messungen der natürlichen γ‑Strahlung und denen des Gebirgswiderstandes, da sich die tonigen Schichten schallweich (dunkle Färbung) und die Sandsteine zumeist schallhart (helle Färbung) abbilden. Dies führt gleichzeitig zu einer relativ guten Erkennbarkeit des Schichtflächeninventars, was sich in der Darstellung der Trennflächenhäufigkeit, die Werte von bis zu ≥ 10 Strukturen/Meter aufweist, bemerkbar macht.

Der im Teufenabschnitt 178–281 m aufgeschlossene Zechstein bildet sich im ABF‑Mess ergebnis in recht scharfem Kontrast zum Buntsandstein aber auch zum Rotliegenden als eine ausgesprochen schallharte Formation hoher Reflektivität ab. Dabei zeigen sich vergleichsweise wenig erkennbare Schichtflächen ohne eindeutige Korrelation zu den lithologieanzeigenden Messungen (GR, FEL). 132 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

Auffällig sind darüber hinaus Kaliberausbrüche in dem sonst festen und dichten Gebirge, die wie „Fehlstellen“ innerhalb des Gesteinsverbandes aussehen und ggf. auf lokale Entfestigungen hindeuten (z.B. 253–272 m).

Der Bereich des Rotliegenden ist im akustischen Abbild weitaus deutlicher gegliedert als der Zechstein. Hier treten zwischen Einzelschichten und Schichtkomplexen messbare, in aller Regel durch die petrographische Zusammensetzung hervorgerufene Schallhärtedifferenzierungen auf. Auffällig ist in diesem Zusammenhang der Teufenabschnitt von 281 m bis ca. 351 m mit einem intensiven und engständigen Wechsel der hier ganz offenbar vom Tongehalt in der Formation bestimmten Schallhärte. Die Häufigkeit der Schichtflächen ist größer als im Zechstein. Alle anderen Bereiche des Rotliegenden zeigen, trotz abschnittsweise höherer Tongehalte aber offenbar gleichzeitig höherer diagenetischer Verfestigung, diese gute Differenzierung nicht. Die Schallhärte der Formation ist oft fast gleichbleibend hoch. Dadurch entstehen relativ monotone ABF‑Bilder, in denen die durch Schichtflächen oder Klüfte hervorgerufene Kontraste kaum hervortreten.

Die Orientierung der Schicht- und Kluftflächen sowie ihre Interpretation findet sich bei Röckel et al. (2006).

3.1.3. Wasserführung

Zum Messtermin hatte sich in der Bohrung ein Wasserspiegel in 29,5 m Teufe eingestellt.

Unterhalb dieses Wasserspiegels konnten bis zum Rohrschuh keinerlei Wasserbewegungen festgestellt werden. Das Wasser in diesem Bereich der Bohrung stagnierte und nahm nicht am Austausch teil, der sonst in der Bohrung im Ruhezustand vonstatten ging. Als technische Neben- aussage ergibt sich daraus, dass im verrohrten Teil des Loches keine Leckagen vorhanden sind.

Für den unverrohrten Abschnitt des Bohrlochs lässt sich dagegen über nahezu die gesamte Messstrecke eine zwar ausgesprochen geringe, aber mit Hilfe des Tracer-Fluid-Loggings dennoch nachweisbare, vertikale Ausgleichströmung innerhalb der Bohrung zwischen Horizonten unterschiedlichen hydraulischen Potentials nachweisen.

Aus den Messungen SAL1–SAL3 des TFL‑Komplexes ergibt sich für den Ruhezustand, bei großmaßstäblicher Teufenauflösung der Messkurven, eine in der Bohrung aufwärts weisende Vertikalströmung. Ihre Ursache hat diese Strömung in Zuflüssen aus den folgenden, im Vergleich zum Unteren Buntsandstein druckstärkeren Teufenabschnitten des Rotliegenden und Zechsteins (siehe Tabelle 4).

Der Volumenstrom von insgesamt 0,30 l/min gelangt bis in den Unteren Buntsandstein. Dort wird er, von effektiven aber ganz offensichtlich druckschwächeren Horizonten in den Abschnit-

Tabelle 4: Zuströme der druckstärkeren Teufenabschnitte des Rotliegenden und Zechsteins.

Stratigraphische Einheit Teufenabschnitt [m] Zufluss [l/min] 525,3 – 517,2 0,1 Rotliegendes (einschließlich 510,9 – 492,4 0,02 Oberrotliegendes) 476,8 – 452,5 0,06 388,8 – 354,4 0,06 Zechstein 243,5 – 193,1 0,06 Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen 133 ten 176,5–156,0 m (0,16 l/min) und 134,0–103,0 m (0,14 l/min), wieder vom Profil aufgenommen. Daraus resultiert eine ausgeglichene Strömungsbilanz mit dem o.a. konstanten Wasserspiegel.

Mit diesen Zu- und Abflüssen sind Leitfähigkeitsänderungen verknüpft. In den Zuflusshori- zonten mit geringer werdender Teufe erfolgt eine „Verdünnung“ der Konzentration der Wasser inhaltsstoffe infolge abnehmender Mineralisation der in die Bohrung eintretenden Zuflüsse. Des- sen ungeachtet wird die höhere Mineralisation der Wässer aus den tieferen Schichten nach oben verschleppt. Im Messergebnis wird daher in der Nullmessung der Leitfähigkeit eine Mischwas- sersalinität ausgewiesen.

Bei Anregung der Bohrung (Förderung mit Q1 = 3,6 m³/h) reagieren nunmehr alle für den Ru- hezustand nachgewiesenen effektiven Horizonte als Zuflüsse. Die im Rotliegenden und im Zech- stein nachgewiesenen Wasserzutritte verdoppeln sich auf einen Wert von 0,60 l/min. Dies entspricht lediglich 1 % der Gesamtfördermenge, die diese beiden stratigraphischen Einheiten unter den gegebenen Anregungsbedingungen (Fördermenge und Pumpeneinbauteufe) zu liefern in der Lage sind. Etwa 99 % der geförderten Menge treten über die effektiven und im Ruhezustand als Verlusthorizonte ausgewiesenen Abschnitte des Unteren Buntsandsteins in die Bohrung ein.

Das spiegelt sich auch in den Messungen des Flowmeters wider, das trotz nochmaliger Er- höhung der Fördermenge (Q2 = 6 m³/h) lediglich bis zu einer Teufe von ca. 176,5 m, und damit auch nur im Teufenabschnitt des Unteren Buntsandsteins, auflösbare Ergebnisse anzeigt. Durch die Steigerung der Fördermenge wurden die Zuflüsse aus Zechstein und Rotliegendem nochmals erhöht und betrugen in Summe ca. 3 l/min (3 % der Fördermenge).

Letzteres spricht dafür, dass trotz nur relativ flach eingebauter Pumpe und vergleichsweise geringer Förderung das gesamte Profil angeregt wurde, aber im Zechstein und im Rotliegenden nur eine sehr geringe hydrodynamische Effektivität besitzt. Dies belegt auch die anteilige Er- giebigkeit dieses Profilabschnittes von lediglich 0,08 l/(m*min) bei einer aus Fördermenge und Absenkung abschätzbaren Gesamtergiebigkeit von ca. 2,5 l/(m*min).

Dieser Sachverhalt korrespondiert darüber hinaus mit den Ergebnissen der Strukturauswer- tung. Außer in den Bereichen des Unteren Buntsandsteins, wo die Zuflüsse vor allem offenen Schichtfugen zugeordnet werden können, ließen sich kaum weitere, für Festgesteine typische Wasserwegsamkeiten (Klüfte, Entfestigungszonen, deutlich geöffnete und ggf. zusätzlich ausgebrochene Schichtfugen) erkennen. Das lässt vermuten, dass insbesondere in den unteren Pro- filabschnitten die Wasserzutritte über sehr wenige nur partiell offene Schichtfugen oder Klüfte und teilweise ggf. auch aus vereinzelten porösen Formationsabschnitten erfolgen (vgl. ABF- Messung).

Eine Zusammenstellung aller aus den Tracer-Fluid-Loggings und den Flowmetermessungen erkennbaren Zuflüsse gibt Tabelle 5 wieder. Darin sind für alle effektiven Horizonte die Teufen und Teufenbegrenzungen aufgeführt. Hinsichtlich der Angabe der relativen Zuflussanteile muss allerdings, infolge der Geringfügigkeit der einzelnen Zuflüsse, eine Zusammenfassung quanti- fizierbarer Bereiche erfolgen. Dies gilt vor allem für die Profilabschnitte im Zechstein und im Rotliegenden. Im Unteren Buntsandstein ergeben sich die Zuflussanteile aus der Auflösung der Flowmetermesskurven. Das gilt auch für deren Abgrenzung im Profil. Dort, wo durch die Flow- metermessungen keine bzw. eine nur noch sehr unsichere diesbezügliche Auflösung auftritt, werden die Zuflusshorizonte aus den Messungen der Leitfähigkeit und Temperatur in Korrelation zur Kalibermessung und zum ABF-Messergebnis ermittelt. Ihr angegebener summarer Zuflussanteil ermittelt sich aus dem Tracer-Fluid-Logging bei Förderung. 134 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

Tabelle 5: Hydrodynamisch effektive Profilabschnitte und Zuflussanteile in Lindau 1.

Teufe, m relativer Zuflussanteil, % Bemerkungen 103,0 – 106,5 16 107,5 – 109,0 10 Hauptzuflusszone 1 109,5 – 110,5 6 112,0 – 114,0 8 115,0 – 115,5 5 stärkere Einzelzuflüsse 117,0 – 118,5 5 121,5 – 123,5 24 Hauptzuflusszone 2 125,0 – 134,0 14 mehrere stärkere Einzelzuflüsse 156,0 – 157,5 2 172,5 – 176,5 7 stärkere Einzelzuflüsse 193,1 – 193,4 202,7 – 202,8 209,6 – 210,0 214,4 – 215,6 220,1 – 220,2 236,0 – 236,1 240,0 – 241,0 243,2 – 243,5 354,4 – 357,4 360,1 – 361,6 373,6 – 373,7 sehr geringe und zumeist einzeln 376,0 – 376,2 nicht mehr quantifizierbare Zu- 378,1 – 378,8 flüsse aus den ausgesprochen 3 379,8 – 380,5 gering wasserwegsamen Profil- abschnitten des Zechsteins und 384,2 – 388,8 des Rotliegenden 452,2 – 454,1 460,6 – 460,9 475,4 – 476,8 492,4 – 493,6 498,1 – 498,5 506,4 – 507,8 510,7 – 510,9 517,2 – 517,4 518,9 – 519,2 522,0 – 523,4 524,2 – 525,3

Diese Zusammenstellung verdeutlicht nochmals die Dominanz der, aus dem Unteren Bunt- sandstein in die Bohrung eingespeisten, Zuflüsse gegenüber denen aus dem Zechstein und dem Rotliegenden. Dabei ist zu erkennen, dass selbst im Unteren Buntsandstein nur der Abschnitt zwischen 103 m und 134 m Teufe von höherer Effektivität ist. Hier fließen allein 88 % des ge- förderten Wassers zu, wogegen die Zuflüsse im Teufenintervall 156–176,5 m kaum noch von Re- levanz sind. Mit Ausnahme des Intervalls 103–134 m und des letztgenannten Teufenabschnittes können alle weiteren durch die Bohrung aufgeschlossenen stratigraphischen Einheiten als im Wesentlichen dicht und unbedeutend wasserwegsam charakterisiert werden. Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen 135

3.2. Bohrung Spitzeichen 1

Im Folgenden werden die physikalischen Eigenschaften des Gebirges bei der Bohrung Spitz eichen 1 beschrieben und die innere Struktur und die damit verbundene Wasserführung erläu- tert.

3.2.1. Gebirgsbeschaffenheit, Leitfähigkeits- und Temperaturverhältnisse

Die Messung des Kalibers wies über die gesamte Messstrecke eine so gut wie nicht ausgebrochene Bohrlochwand in offenbar relativ festem Gebirge aus. Ausbruchsbereiche der Bohrloch- wand, als signifikanter Unterschied des Durchmessers von Bohrloch und Bohrwerkzeug, traten nur im Teufenabschnitt zwischen dem in 191,4 m Teufe nachweisbaren Rohrschuh und ca. 195 m Teufe auf.

Im weiteren Verlauf der Bohrung ließen sich eine Vielzahl ausgesprochen geringmächtiger Kaliberausbrüche von zumeist nur kleinen Ausmaßen erkennen. Dabei handelte es sich um leicht ausgebrochene Schichtfugen und/oder Einzelklüfte und z.T. auch um bohrtechnisch hervorgerufene Ausbrüche. Die dadurch hervorgerufenen Abweichungen vom Nominaldurchmesser sind zwar erkennbar aber kaum noch in der Messkurve des Kalibers aufgelöst.

Insgesamt entsteht der Eindruck, dass oberhalb von ca. 209 m Teufe eine größere Ausbruchs- neigung der Bohrlochwand vorhanden ist, als in den Teufenabschnitten unterhalb von 210 m.

Die von der Bohrung aufgeschlossene Schichtenfolge wurde über die gesamte Teufe durch die GR‑Messung und im Bereich des offenen, unverrohrten Bohrlochs auch durch die Messungen des spezifischen elektrischen Widerstandes des Gebirges in guter Auflösung widergespiegelt.

In den obersten 191 m des Profils wird das Ergebnis der GR‑Messung durch die Verrohrungen beeinflusst. Die entsprechenden Rohrschuhteufen bilden sich im Messergebnis mehr oder weniger deutlich ab. Mit zunehmender Mehrfachverrohrung tritt eine Abnahme der GR‑Amplituden auf, ohne dass hier eine durch den absorptiven Einfluss dieser Mehrfachverrohrung geringer werdende Auflösung der Messkurve erkennbar wäre. Dies ist in diesem speziellen Fall auf das insgesamt lithologisch stark differenzierte Profil zurückzuführen (siehe Helmkampf 2006).

Im offenen Abschnitt des Bohrprofils gelten diese Einschränkungen nicht. Die GR‑Messung ist nur vom anstehenden Gebirge beeinflusst, die Widerstandsmessungen korrelieren in umgekehrter Proportionalität mit der GR‑Kurve und zeigen ebenfalls nur die Einflüsse der aufgeschlossenen Formation.

Die im Schichtenverzeichnis für eine Teufe von 218,2 m angegebene stratigraphische Grenze zwischen Mittlerem und Unterem Buntsandstein lässt sich in den Messungen in 218,4 m Teufe insofern gut erkennen. Dort wird im GR eine Schichtgrenze markiert und die Widerstände sinken auf ein fast gleichbleibendes niedriges Niveau, die den insgesamt tonigeren Charakter des su gegenüber dem sm anzeigen.

Im Gegensatz zur Bohrung Lindau 1 korrelierten weder Temperatur noch Leitfähigkeit mit dieser stratigraphischen Grenze. Beide Messungen waren ganz offenbar ausschließlich von der Hydrodynamik und den damit zusammenhängenden Änderungen der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Wassers in der Bohrung überprägt. 136 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

Die Leitfähigkeit zeigte im verrohrten Abschnitt einen Wert von 0,21 mS/cm, der beginnend ab 192,5 m Teufe mehrfach abgestuft bis auf 0,16 mS/cm abfiel. Dann stieg er, verbunden mit deutlichen sprunghaften Änderungen, bis ca. 211 m Teufe wieder auf einen Wert von 0,21 mS/cm an. Bis zur Messendteufe erfolgte ein weiterer, weitgehend kontinuierlicher Leitfähigkeitsanstieg bis auf einen Wert von 0,249 mS/cm.

Der Verlauf der Temperaturmesskurve war weniger deutlich differenziert. Insgesamt stieg die Temperatur von 10,4°C in 190 m Teufe auf 11,76°C in der Messendteufe. Daraus bestimmt sich ein mittlerer geothermischer Gradient von 2,78°C/100 m im vermessenen wassererfüllten Bohrungsabschnitt.

Inwieweit diese Angaben, die bereits kurz nach Beendigung des Bohrprozesses ermittelt wurden, bereits den wahren Leitfähigkeits- und Temperaturverhältnissen entsprechen, kann nicht hinreichend sicher eingeschätzt werden. Voraussichtlich werden noch Veränderungen beim weiterem Angleich der Temperaturen an die des Gebirges eintreten.

3.2.2. Gesteinsstrukturen

Die Messungen des Gebirgswiderstandes und der natürlichen γ‑Strahlung zeigten ein weitgehend festes und überwiegend dichtes, „gesundes“ Gebirge. Dies wird auch für den größten Teil der untersuchten Strecke durch die Kalibermessung belegt. Zustand und Strukturen wurden im Detail, zwischen dem Rohrschuh in 191,4 m Teufe und einer mit der Messsonde erreichbaren Teufe von 238,2 m, durch die Messung mit dem Akustischen Scanner (ABF), in ihrem in situ Zustand aufgezeichnet.

Insgesamt wurden im vermessenen Abschnitt des Bohrlochs 299 Trennflächen bestimmt, bei denen es sich, in der weitaus überwiegenden Zahl, um Schichtflächen handelt.

Sowohl im Mittleren als auch im Unteren Buntsandstein wurde die erbohrte Abfolge und deren teilweise recht engständige Schichtung anhand der damit verbundenen und zueinander gut kontrastierenden Schallhärtedifferenzierungen deutlich. Hierbei besteht einerseits eine gute Kor- relation mit den Messungen der natürlichen γ‑Strahlung und denen des Gebirgswiderstandes. Vor allem in den oberen Abschnitten der Messstrecke werden die tonigen Schichten schallweich (dunkle Färbung) und die Sandsteine zumeist schallhart (helle Färbung) abgebildet. Mit wach- sender Teufe tritt diese Abhängigkeit der akustischen Reflektivität vom Tongehalt zugunsten der genannten diagenetischen Einflüsse auf die akustische Impedanz zurück. Auch tonigere Schich- ten werden auf Grund erhöhter Schallhärte in hellen Falschfarben abgebildet, während Schicht- komplexe geringeren Tongehaltes durchaus dunklere Falschfarben aufweisen können.

Diese Sachverhalte führen zu einer relativ guten Erkennbarkeit des Schichtflächeninventars, was sich in der Darstellung der Trennflächenhäufigkeit mit Werten von bis zu ≥ 10 Strukturen/ Meter bemerkbar macht. Häufigkeiten in dieser Größenordnung treten allerdings erst unterhalb von 200 m Teufe auf. Zwischen dem Rohrschuh und 200 m Teufe ist der Durchtrennungsgrad, in dem dort überwiegend anstehenden kompakten Konglomerat, mit Trennflächenhäufigkeiten < 5/ Meter weitaus geringer. Im Mittel lassen sich für alle übrigen Teufenabschnitte des vermessenen Bereichs Häufigkeiten von 5–8 Strukturen/Meter erkennen.

Die Schichten fallen im Abschnitt zwischen dem Rohrschuh und ca. 210 m Teufe (Mittlerer Buntsandstein) vorzugsweise nach NE ein, zwischen 210 m und 220 m überwiegen nordwestliche Geophysikalische Messungen in den Forschungsbohrungen 137

Richtungen. Im weiteren Bohrlochverlauf drehen diese wiederum in einen Sektor NW bis NE ein, und von 230 m bis zur Messendteufe streuen die Fallrichtungen in einem breiten Band zwischen W und E. Dies scheint, soweit es sich angesichts der relativ kurzen Messstrecke beurteilen lässt, für den dort aufgeschlossenen Unteren Buntsandstein typisch zu sein.

Die Einfallwinkel der Schichtung schwanken insgesamt zwischen nahezu söhliger Lagerung und ≤ 30°, wobei diese relativ starke Streuung im su deutlich geringer ist. Hier überwiegen flachere Lagerungen als im sm, wo auch die Schichtung angesichts häufig auftretender konglomeratischer Strukturen weniger deutlich sichtbar wird.

Die Einfallswinkel der sicher als Klüftung erkannten Strukturen überstreichen einen Bereich von ≤ 30° und ≥ 80°.

Die Mehrzahl der Klüfte korreliert mit den qualitativ erkennbaren, hydrodynamisch effektiven Abschnitten des Profils. Denkbar ist aber auch das Vorhandensein von Porosität und/oder Klüftigkeit, an die hier weitere partielle Wasserwegsamkeiten geknüpft zu sein scheinen.

3.2.3. Wasserführung

Zum Messtermin hatte sich in der Bohrung ein Wasserspiegel in 180,1 m Teufe eingestellt.

Unterhalb dieses Wasserspiegels konnten bis zum Rohrschuh keinerlei Wasserbewegungen festgestellt werden. Das Wasser in diesem Bereich der Bohrung stagnierte ganz offenbar und nahm nicht am Austausch teil, der ansonsten in der Bohrung im Ruhezustand vonstatten ging.

Für den unverrohrten Abschnitt des Bohrlochs ließ sich mit Hilfe der Flowmetermessungen für die gesamte Messstrecke zwischen 193,2 m und 237,6 m Teufe eine nachweisbare vertikale Ausgleichströmung zwischen Horizonten unterschiedlichen hydraulischen Potentials feststellen. Dabei ergibt sich aus der Bewertung beider, mit unterschiedlicher Fahrtrichtung aufgenommenen Flowmetermesskurven, dass diese Ausgleichsströmung im Bohrloch aufwärts gerichtet ist. Es treten also Zuflüsse aus liegenden Profilabschnitten in die Bohrung ein, die im Hangenden von der Formation wieder aufgenommen werden, sodass eine ausgeglichene Strömungsbilanz mit konstantem Wasserspiegel resultiert.

Der verfahrensmethodisch notwendige Mindestvolumenstrom des eingesetzten Gerätes wurde im Ruhezustand, bei einer in der Bohrung von unten nach oben gerichteten Strömung, mit ≥ 30 l/min ermittelt. Eine differenzierte Aufschlüsselung teufenbezogener Zu- und Abflussan teile ist angesichts der geringen Auflösung der Messkurven nicht möglich.

Feststellbar ist allerdings, aus welchen Horizonten Zuflüsse kommen und in welchen Teufen- abschnitten Verluste auftreten. Die nachstehende Tabelle 6 gibt dazu einen Überblick:

Mit diesen Zu- und Abflüssen verknüpft sind Leitfähigkeitsänderungen und entsprechende Indikationen der Temperaturmessungen. Durch deren Korrelation mit entsprechenden Indika- tionen in den Kaliber- und ABF-Messergebnissen erfolgte die Teufenfestlegung der effektiven Abschnitte.

Dabei wurde, insbesondere im Vergleich mit den Ergebnissen der Strukturauswertung deutlich, dass die Zuflüsse und Verluste offenen Schichtfugen und Klüften im Profil zugeordnet werden konnten, teilweise aber auch an vereinzelten porösen Formationsabschnitten erfolgten. 138 Karl-Norbert Lux & Manfred Piewak

Tabelle 6: Hydrodynamisch effektive Profilabschnitte und Zuflussanteile in Spitzeichen 1.

Teufe, m relativer Zufluss(+)- bzw. Verlustanteil(-), % Bemerkungen 193,2 – 193,4 194,7 – 194,9 195,5 – 195,7 Verluste des von unten 196,6 – 196,8 zutretenden Wassers auf - 100 198,3 – 198,5 effektiven Horizonten im Mittleren Buntsandstein 201,2 – 201,6 205,4 – 206,2 208,2 – 210,4 224,7 – 225,0 226,8 – 227,0 Zuflüsse von ≥ 30 l/min 231,8 – 232,0 aus hydrodynamisch + 100 233,3 – 233,6 effektiven Horizonten des Unteren Buntsandsteins 235,9 – 236,4 237,2 – 237,6

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Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 139–150, München 2006 139

Stimulationsexperimente im Rotliegenden und im Unteren Buntsandstein der Forschungsbohrung Lindau 1

Von Torsten Tischner und Thomas Röckel

Mit 11 Abbildungen

Schlüsselwor te: Stimulationsexperimente – hydraulische Risserzeugung – Produktivitätsstei gerung – Grundwasserbohrung Ku rzfassu ng: Es wurden Fracoperationen in 2 unterschiedlichen Sandsteinformationen der For- schungsbohrung Lindau 1 ausgeführt. Im Intervall 441 – 530 m im Rotliegenden wurden Experimente in einem sehr dichten und kompakten Sandstein durchgeführt. Durch mehrfache Stimulation konnte hier ein Riss mit vermutlich deutlich mehr als 100 m Länge geschaffen werden. Überraschenderweise wurde mit diesem Riss jedoch kein Anschluss an wasserführende Klüfte erzielt. Durch Auslauftests im Anschluss an die Stimulation konnte die hydraulische Leitfähigkeit des Ris- ses bestimmt werden. Unmittelbar nach den Stimulationstests, d.h. bei einem relativ hohen Druck, war die hydraulische Rissleitfähigkeit sehr groß und lag in der Größenordnung von ca. 100 Dm. Dies korrespondiert mit einer Rissweite von ca. 1 mm. Es zeigt sich jedoch, dass die hydraulische Rissleitfähigkeit bei Druckent- lastung sukzessive abnimmt, so dass im Ruhezustand vermutlich keine signifikante Restöffnung des Risses verbleibt. Die mechanischen Verhältnisse (geringe Spannungsanisotropie) und das sehr kompakte Gebirge in diesem Bereich sind als ungünstig einzuschätzen für die nachhaltige Schaffung von hydraulisch gut leit- fähigen Rissen. Im Intervall 162 – 170,5 m im Unteren Buntsandstein wurden ebenfalls mehrere Stimulationsexperi- mente mit ansteigender Injektionsrate durchgeführt. Hier wurde ein natürlich vorhandener Riss aufgeweitet bzw. ausgedehnt. Die Injektivität in diesem Intervall konnte dadurch sukzessive bis auf das 8fache gesteigert werden. Zudem wurde eine direkte Proportionalität zwischen der Injektionsrate während der Stimulation und der Injektivität nach Druckentlastung beobachtet. Der stimulierte Riss schließt sich nach Druckentlas- tung nicht vollständig, sondern behält eine hohe Transmissibilität bei. Die durch die Stimulation im Unteren Buntsandstein bewirkte Produktivitätssteigerung wurde in einem abschließenden Fördertest nachgewiesen. Die Stimulationsexperimente im Unteren Buntsandstein wurden in einem bereits natürlich geklüfteten Abschnitt durchgeführt. Der Vergleich der Ergebnisse aus den beiden Abschnitten (Rotliegendes und Unte- rer Buntsandstein) legt nahe, dass durch „Wasserfracs“ in Reservoiren mit bereits vorhandener natürlicher Klüftung hydraulisch gut leitfähige Risse erzeugt werden können. Hingegen sind „Wasserfracs“ im kompakten und nicht geklüfteten Gestein als wenig Erfolg versprechend anzusehen. Die durchgeführten Experimente zeigen zudem, dass durch Fracoperationen eine signifikante Steige- rung der Produktivität möglich ist. Bereits durch die, in einem relativ kleinen Intervall von ca. 8 m und mit relativ geringer Fließrate durchgeführten, Fracoperationen im Unteren Buntsandstein konnte eine Produk- tivitätssteigerung der gesamten Bohrung um ca. 15 % erzielt werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Produktivität noch weiter gesteigert werden kann, wenn mehr Pumpleistung für die Stimulation eingesetzt wird. Dehnt man zudem die Fracoperationen auf mehrere Intervalle innerhalb von geklüfteten Schichten aus, so besteht ein weiteres enormes Steigerungspotenzial hinsichtlich der Produktivität.

Anschrift der Verfasser: Dr. Thomas röckel, Piewak & Partner GmbH, Jean-Paul-Str. 30, 95444 Bayreuth, E-mail: [email protected]; Torsten Tischner, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Alfred-Bentz-Haus, Stilleweg 2, 30655 Hannover, E-mail: [email protected] 140 Torsten Tischner & Thomas Röckel

Frac operations in the Rotliegend and Lower Bunter of the research Borehole Lindau 1

Key words: frac operation – hydraulic fracturing – increase of productivity – groundwater – borehole Abstract: Stimulation operations were performed in sandstone formations of the research well “Lindau 1”. It should be tested whether the “waterfrac concept” can be applied successfully in sandstone formations. These tests are important with respect to productivity enhancement of groundwater wells but also for the development of stimulation concepts for deep geothermal wells. Experiments were conducted in two different formations: In the Rotliegend (441–530 m depth) and in the Lower Bunter (162.0–170.5 m depth). The frac intervals were separated by deploying retrievable packer assemblies. A high pressure pump was used to inject fresh water (maximum injection rate: 6 l/s). The Rotliegend formation in the frac interval (441–530 m) is an intact and very tight sandstone with an averaged permeability of 10 µD. By injecting fresh water up to a rate of 4,5 l/s, a large new fracture was created. But the pressure response clearly showed that no permeable structure (natural fractures) could be connected to this fracture. The very slow pressure decline after the stimulation experiments was favourable to perform bleed off tests. Based on these bleed off tests hydraulic properties of the created fracture and the fracture dimensions could be estimated. A minimal fracture radius of 100 m was derived for an assumed radial fracture geometry. The fracture transmissibility is strongly pressure dependant and no significant fracture conductivity remains at reservoir pressure. Here the geomechanical properties (almost no deviatoric stress) are not favourable to the creation of shear fractures. No productivity enhancement could be achieved in the Rotliegend interval. Another series of stimulations tests was performed in the Lower Bunter. Here, the formation is naturally fractured and the initial permeability is in the range of 10 mD (160.0–170.5 m depth). A high conductive fracture could be created or stimulated by applying the waterfrac concept in that interval. With increasing injection rate (up to 6 l/s) the productivity was increased successively. The productivity of the interval could be increased by a factor of 8 resulting in a productivity increase of the well of 15 %. It is justified to assume that a much higher productivity could be achieved if higher injection rate would be applied or if more intervals would be stimulated within the Lower Bunter. The comparison of the results in the two different formations indicates that high conductive fractures can be created in naturally fractured sandstones applying “waterfracs”. Here a significant enhancement of the well productivity can be expected. However, this technique is less promising in intact sandstone formations.

Inhalt 1. Einleitung ...... 141 2. Ausgangssituation der Bohrung ...... 141 3. Versuchsablauf/Bohrung ...... 142 4. Experimente im Intervall 441 – 530 m (Rotliegendes) ...... 143 5. Experimente im Intervall 162 – 170,5 m (Unterer Buntsandstein) ...... 146 6. Schlussfolgerungen ...... 150 7. Danksagung ...... 150 8. Literatur ...... 150 Auswertung von ausgewählten Bohrlochmessungen 141

1. Einleitung

Die Steigerung der Produktivität von Bohrungen durch Stimulation (hydraulische Risserzeu- gung, Säuerung) ist eine Standardoption für Erdöl- und Erdgasbohrungen. Die Stimulation ist aber auch im Hinblick auf die Erdwärmenutzung tiefer Gesteinsformationen bedeutsam. Derzeit laufen mehrere große Forschungsprojekte in Deutschland, die die Nutzung der tiefen Erdwärme zum Ziel haben (Orzol et al. 2004; Huenges & Winter 2004). Daneben werden kommerzielle Geothermieprojekte insbesondere im Oberrheingraben und im süddeutschen Molassebecken vor- an getrieben (z.B. Harthill et al. 2004) Das Hauptproblem bei der geothermischen Nutzung tiefer Gesteinsformationen ist die im Allgemeinen unzureichende hydraulische Durchlässigkeit des Gesteins. Die wichtigste Methode zur Produktivitätssteigerung (Stimulation) der Bohrungen ist die hydraulische Risserzeugung. Mit hohen Raten wird ein Fluid verpresst und Druck aufgebaut, so dass Risse im Gestein entstehen. Durch diese Risse wird der hydraulische Anschluss der Bohrung an das umgebende Gestein verbessert, die Produktivität erhöht, bzw. sogar ein unter irdisches Zirkulationssystem geschaffen. Diese Methode wurde z.B. im Granit der Bohrungen in Soultz (Jung et al., 1998) erfolgreich angewendet. Als Injektionsfluid wurde Wasser eingesetzt („Wasserfrac“). Die Wasserfractechnik erweist sich hier im Granit als ein einfaches und effizi- entes Verfahren zur Stimulation. In anderen Gesteinsformationen, insbesondere in Sandsteinen, bestehen hingegen kaum Erfahrungen über die Wirksamkeit von Wasserfracs. Bevor in tiefen Bohrungen kostenaufwendige Stimulationsexperimente durchgeführt werden, ist es sinnvoll, ähnliche Tests an flachen Bohrungen mit geringerem Aufwand durchzuführen.

Aufgrund des Bohrungsausbaus, des geologischen Profils sowie der guten Datenlage, bot die Forschungsbohrung Lindau 1 günstige Voraussetzungen für diese Stimulationstests. Insbe- sondere konnten hier an einer Bohrung Experimente in unterschiedlichen Sandsteinformationen durchgeführt werden.

Durch die Stimulationsexperimente an der Forschungsbohrung Lindau 1 sollten grundsätz- liche Erkenntnisse hinsichtlich der Wirksamkeit von „Wasserfracs“ in Sandsteinformationen gesammelt sowie Aussagen über die Eigenschaften von künstlich geschaffenen Rissen in Sand steinen gewonnen werden.

2. Ausgangssituation der Bohrung

Details sind in den vorherigen Beiträgen dargestellt. Hier wird nur kurz auf Fakten eingegangen, die für die Stimulationsmaßnahmen wichtig sind.

Die Bohrung wurde bis 100 m verrohrt und erreichte eine Endteufe von 530 m (Abb. 1). Der Bohrungsdurchmesser beträgt 146 mm im unverrohrten Abschnitt (100 – 530 m).

Nach Abteufen der Bohrung wurde ein ausgedehnter Pumptest durchgeführt. Die Produkti- vität der Bohrung wurde hierbei mit 0,5 l/(s*bar) bestimmt. Durch Fluidlogging und Flowmeter- befahrung konnten die Zuflusszonen ermittelt werden. Fast der gesamte Zufluss stammt aus dem Unteren Buntsandstein (97 %). Hier können eine Vielzahl von einzelnen diskreten Zuflusszonen unterschieden werden, die auf wasserführende Klüfte hinweisen. Im Zechstein und im Rotliegen- den werden vereinzelte, sehr schwache Zuflusszonen vermutet. 142 Torsten Tischner & Thomas Röckel

Neben weiteren Bohrlochmessungen wurde eine akustische Televiewer-Befahrung durchgeführt. Insbe- sondere wurde hiermit der Ist-Zustand der Bohrloch- wand vor den Stimulationsmaßnahmen dokumentiert.

Der Ruhewasserspiegel befindet sich 29 m unter GOK.

3. Versuchsablauf/Bohrung

Im Zeitraum April 2002 bis Juni 2002 wurden die Stimulationsexperimente ausgeführt. In die Bohrung wurde ein 2 3/8“ Strang mit Packeranordnung eingebaut. Durch die hydraulisch setzbaren Packer wurden die gewünschten Intervalle separiert und in diese In- tervalle injiziert. Zur Injektion wurde eine Hochdruck- pumpe verwendet, mit der Fließraten bis zu 3 l/s (6 l/s) bei maximal 150 bar (75 bar) realisiert werden konnten. Die Fließrate wurde über ein der Pumpe nach geschal- tetes Stromregelventil eingestellt. Es wurde Leitungs- wasser injiziert, welches in einem 50 m3 Wasserkissen Abb. 1: Geologisches Profil der Forschungs- zwischengespeichert wurde. Am Bohrlochkopf wur- bohrung Lindau 1. Eingezeichnet sind den der Druck und die Fließrate kontinuierlich aufge- zusätzlich die Fracintervalle. zeichnet (Abb. 2).

Zunächst wurde ein Einzelpacker in 441 m im Rotliegenden gesetzt und die gesamte Bohrloch- strecke bis zur Endteufe unter Druck gesetzt. Anschließend wurden im Intervall 162 – 170,5 m im Unteren Buntsandstein Stimulationsexperimente durchgeführt (Abb. 1).

Grundsätzlich wurden in mehreren Stimulationsphasen Risse erzeugt und ausgeweitet, wobei zwischenzeitliche Testphasen eingeschoben wurden, um die jeweilige Veränderung der Injekti vität/Produktivität zu bestimmen.

Abb. 2: Bohrplatz während der Stimulationsexperimente. Im Vordergrund sind die Bohrung mit Hochdruckleitung und Sensoren und im Hintergrund die Hochdruckpumpe und das Wasserkissen zu sehen. Auswertung von ausgewählten Bohrlochmessungen 143

4. Experimente im Intervall 441 – 530 m (Rotliegendes)

Zunächst wurde ein initialer Injektionstest durchgeführt, um die hydraulische Durchlässig- keit in diesem Abschnitt zu bestimmen. Die Formation erwies sich mit einer mittleren Permeabi- lität von ca. 10 µD deutlich dichter als erwartet.

In Abbildung 3 sind der Druckverlauf und die Fließrate für die ersten beiden Stimulations- phasen dargestellt. Es wurde hierbei mit einer mittleren Rate von lediglich 60 ml/s jeweils über wenige Minuten injiziert.

Abb. 3: Druck und Fließrate für die ersten beiden Stimulationsphasen im 1. Intervall (Rotliegend).

Der beobachtete Druckverlauf ist typisch für das Erzeugen und anschließende Wiederöffnen eines neuen Risses (Economides & Nolte, 1989). Die Druckspitze zu Beginn kennzeichnet das Aufreißen des Gebirges. Anschließend weitet sich der Riss aus und der Druck fällt deutlich ab. In einer nachfolgenden Stimulationsphase wird der Riss wieder geöffnet und weiter ausgeweitet. Charakteristisch für das Wiederöffnen eines vorhandenen Risses ist die weniger ausgeprägte Druckspitze in der 2. Phase.

Infolge der sehr geringen Permeabilität der Formation kann das im Riss gespeicherte Wasser nur langsam abfließen und der Riss bleibt auch lange Zeit nach Beendigung der Injektion geöff- net. Dieses Verhalten spiegelt sich in dem extrem langsamen Druckabfall in den Einschlusspha- sen z.B. in Abb. 3/Abb. 5 wider.

Somit bestand die Möglichkeit, die Eigenschaften des geschaffenen Risses (insbesondere Rissweite) durch Auslauftests in den Einschlussphasen näher zu untersuchen.

Die Druckeinbrüche in der Einschlussphase in Abb. 4 wurden durch kurzzeitige Auslauftests verursacht. Durch Messung des Volumenstroms und des Druckabfalls während der Auslauftests können die Reibungsverluste im Riss und die Rissweite bestimmt werden. In Anlehnung an Witherspoon et al. (1980) gilt für die Rissweite (w) näherungsweise folgendes kubisches Gesetz:

q: Auslaufrate µ: Viskosität (1*10-3 Pa*s) ∆pRiss: Druckabfall im Riss 144 Torsten Tischner & Thomas Röckel

Abb. 4: Druck und Fließrate für eine weitere Stimulationsphase im 1. Intervall (Rotliegend). Mit a und b sind 2 kurzzeitige Auslauftests während der Einschlussphase benannt auf die im Text Bezug genommen wird.

Hierbei wird die plausible Annahme getroffen, dass der während der Auslauftests bestimmte Druckabfall ausschließlich aus Reibungsverlusten im Riss resultiert. Für die in Abb. 4 gekennzeichneten Auslauftests a und b erhält man Rissweiten von 1,4 und 0,9 mm bzw. Transmissibi- litäten von 60 – 200 Dm. Dies sind sehr hohe Rissleitfähigkeiten, die jedoch für die Phase der Rissausbreitung, d.h. bei einem hohen Druck oberhalb des Rissschließdrucks gelten. Anderer- seits zeigen diese Angaben auch, welches Potenzial in der Schaffung von künstlichen Rissen zur Produktivitätssteigerung besteht, vorausgesetzt, die Risse bleiben nach Druckentlastung durch Selbstabstützung („selfpropping“) hinreichend geöffnet und es wird Anschluss an ein produk tives Reservoir gefunden.

Abb. 5: Bestimmung des Rissschließdruckes in einer weiteren Stimulationsphase. Der Riss- schliessdruck wird durch den Schnittpunkt der eingezeichneten gestrichelten Geraden ermittelt. Eingetragen ist das injizierte Volumen (V=595 l). Auswertung von ausgewählten Bohrlochmessungen 145

In einem folgenden Stimulationstest wurde über weitere ca. 2 h mit der kleinen Rate von ca. 70 ml/s injiziert und der Riss ausgeweitet. Der im Anschluss komplett und ungestört aufgezeichnete Druckabfall liefert wesentliche Hinweise auf den Rissschließdruck (Abb. 5).

In der Einschlussphase fällt der Druck zunächst sehr langsam nahezu linear ab. Etwa 8 h nach Beginn der Aufzeichnung beginnt der Druck stärker zu fallen. Rein hydraulisch ist nur der 2. Teil der Kurve, ein steiler und sich allmählich abflachender Druckabfall erklärbar. Der 1. Teil des Druckabfalls muss hingegen als Schließung des Risses interpretiert werden. Der Wechsel im Anstieg nach ca. 8 h bei ca. 53 bar markiert den Rissschließdruck, bei dem die Rissflächen auf- setzen und ihre endgültige Rissweite einnehmen.

Abb. 6: Druck und Fließrate während der größten und abschließenden Stimulationsphase im Rotliegenden. Die folgende Einschlussphase ist nicht dargestellt.

Der Rissschließdruck entspricht der mittleren minimalen Hauptspannung, welche demnach 97 – 106 bar beträgt. Der Schwankungsbereich resultiert aus der Unkenntnis der genauen Riss initiierungstiefe im Intervall.

Legt man aufgrund des Überlagerungsdruckes für die vertikale Hauptspannung einen Be- reich von 110 – 130 bar zugrunde und nimmt weiterhin an, dass die vertikale Hauptspannung die maximale Hauptspannung ist, so ergeben sich relativ isotrope Spannungsverhältnisse im Rotlie- genden. Für die wünschenswerte Rissausbreitung durch Scherung liegen folglich keine günstigen Bedingungen vor.

Zum Abschluss der Untersuchungen in diesem Intervall wurden 92 m3 Wasser bei einer mittleren Rate von ca. 4 l/s verpresst und der Riss maximal ausgedehnt (Abb. 6). Anschließend wurden der Druckabfall über 2 Tage aufgezeichnet und vielfache Auslauftests durchgeführt. In diesen Auslauftests wurden ca. 65 m3, d.h. ca. 70 % des verpressten Fluids zurückbefördert, ohne dass hierbei der statische Druck unter den Rissschließdruck sank. Der Riss war folglich auch 2 Tage nach Ende der Injektion noch nicht geschlossen und die zurückbeförderten 65 m3 müssen dem geschaffenen Riss entnommen worden sein. Das maximale Rissvolumen war somit größer als 65 m3. 146 Torsten Tischner & Thomas Röckel

Diese Angabe gestattet eine Abschätzung der Risslänge. Legt man einen kreisförmigen Riss mit einer mittleren Rissweite von 1 mm zugrunde, so erhält man eine radiale Rissausdehnung (Risshalblänge) von 140 m. Bei Annahme eines rechteckförmigen, vertikalen Risses mit 100 m Risshöhe, würde man bereits eine Risshalblänge von ca. 300 m erhalten. Beide sind eher als untere Abschätzungen anzusehen, da die mittlere Rissweite über den gesamten Riss vermutlich kleiner als 1 mm sein wird. Es verbleibt der überraschende Befund, dass über eine Länge von mehr als 100 m ein Riss erzeugt wurde, hierbei jedoch kein Anschluss an natürlich vorhandene Klüfte oder ein anderes Reservoir erzielt wurde.

Weiterhin zeigten die Auslauftests nach der Stimulation, dass die hydraulische Leitfähig- keit des künstlich erzeugten Risses bei Druckabsenkung deutlich abnimmt. Vermutlich behält der Riss nur eine minimale Rissleitfähigkeit nach Druckentlastung bei. Die relativ ungünstigen mechanischen Verhältnisse (geringe Spannungsanisotropie) erlauben keine signifikante Scher- bewegung der Rissflächen gegeneinander, so dass der für Wasserfracs als essentiell angesehene Mechanismus des „self-propping“ kaum wirksam werden kann.

5. Experimente im Intervall 162 – 170,5 m (Unterer Buntsandstein)

Die mittlere Permeabilität in diesem Intervall beträgt ca. 10 mD und ist damit etwa 3 Größen ordnungen höher als im ersten Intervall. Zur Druckerzeugung und Rissausbreitung sind hier folglich deutlich höhere Injektionsraten notwendig.

Die Druckkurven bei der Risserzeugung/Rissausweitung zeigen hier keine charakteristische Druckspitze, wie in Abb. 3. Folglich wurde kein neuer Riss geschaffen, sondern ein vorhandener aufgeweitet. In Abb. 7 und 8 sind der Druck und die Injektionsrate für die beiden in diesem Inter- vall durchgeführten massiven Stimulationen mit Raten von 3 bzw. 6 l/s dargestellt. In Abb. 7 fällt insbesondere der plötzliche Druckabfall nach ca. 2,5 h Injektionsdauer bei konstanter Rate auf. Hier wurde offensichtlich ein massiver hydraulischer Widerstand durchbrochen. In Abb. 8 sinkt der Druck kontinuierlich um mehr als 10 bar während der Injektion und die Rate nimmt kontinuierlich zu. Das heißt, hier wird, nahezu während der gesamten Zeit, der hydraulische Widerstand durch Rissausbreitung/Rissverbreiterung reduziert.

Abb. 7: Druckverlauf und Injektionsrate während der 1. (massiven) Stimulation im Intervall 162 – 170,5 m. Auswertung von ausgewählten Bohrlochmessungen 147

Aufgrund der relativ hohen Permeabilität der Formation in diesem Abschnitt fällt nach den Stimulationsphasen der Druck sehr schnell ab und der Riss schließt sich bis auf seine Restöff- nungsweite. Auslauftests zur direkten Bestimmung von Rissparametern, wie sie im 1. Intervall durchgeführt wurden, sind deshalb hier nicht möglich.

Vor und nach den beiden wesentlichen Stimulationsphasen wurden Injektionstests mit geringer Rate durchgeführt (Abb. 9), um die Änderung der Injektivität zu bestimmen. Infolge der 1. Stimulation wurde die Injektivität um etwa das Vierfache erhöht und durch die 2. Stimulation erfolgte eine nochmalige Steigerung der Injektivität auf das Doppelte. Insgesamt wurde damit die Injektivität um den Faktor 8 auf ca. 0,06 l/(s*bar) erhöht. Dieses Ergebnis zeigt, dass der während der Stimulation erzeugte bzw. ausgeweitete Riss nach Druckentlastung seine hydraulischen Eigen schaften im Wesentlichen beibehält.

Abb. 8: Druckverlauf und Injektionsrate während der 2. (massiven) Stimulation im Intervall 162 – 170,5 m.

Abb. 9: Injektionstests vor und nach der 1. und 2. (massiven) Stimulation. I: Injektivität. 148 Torsten Tischner & Thomas Röckel

Der Riss behält eine hohe hydraulische Leitfähigkeit auch nach Druckentlastung. Zudem kann, aufgrund der vorliegenden Daten, auf eine direkte Proportionalität zwischen der Injek- tionsrate während der Stimulation und der verbleibenden Injektivität nach der Stimulation geschlossen werden.

Nach den Experimenten wurde nochmals ein Fördertest über die gesamte Bohrung und eine Flowmeterbefahrung durchgeführt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Produktivität der gesamten Bohrung um etwa 10-15 % angestiegen ist. Dieser Anstieg korrespondiert mit der zuvor gemessenen Erhöhung der Injektivität im 2. Stimulationsintervall. Die direkte Bestätigung, dass die Produktivitätssteigerung tatsächlich durch die Stimulation in diesem Intervall bewirkt wurde, erfolgte durch eine Flowmeterbefahrung im Anschluss an die Stimulationsexperimente (Abb. 10). Hier wird eine neue Zuflusszone, die mit 10-15 % zum Gesamtzufluss beiträgt, sichtbar.

Die neu geschaffene Zuflusszone korrespondiert mit Rissstrukturen, die in Televiewer-Befah- rungen (BHTV) nachgewiesen werden konnten (siehe auch Röckel & Wonik, in diesem Band). Die Abbildung 11 zeigt den Vergleich der BHTV-Messungen vor und nach der Stimulation. Im Bereich 163-166 m sind nach der Stimulation vertikale Strukturen zu sehen, die auf einen vertikalen Riss hindeuten. Zudem sind deutliche Veränderungen im Bereich bei 166 – 167 m sichtbar. Hier wurden eventuell Bohrlochwandausbrüche durch die Stimulation verursacht, die als zusätz- liche schwarze Bereiche in Abb. 11 erscheinen.

Abb. 10: Ergebnis der Flowmeterbefahrung im Anschluss an die Stimulationsexperimente bei einem Fördertest mit 1,5 l/s. Die Fahrtge- schwindigkeit betrug 3 m/min abwärts. Das Log wurde nur im relevanten Bereich zwischen 100 m (Casing shoe) und etwa 250 m gefahren. Auswertung von ausgewählten Bohrlochmessungen 149

Abb. 11: Vergleich der Televiewer-Befahrung vor (links) und nach der Stimulation (rechts) im Abschnitt 162 – 170,5m. Deutlich erkennbar sind Bohrlochwandausbrüche bei ca. 166 – 167 m und zusätzliche vertikale Rissstrukturen, insbesondere zwischen 164 und 166 m. 150 Torsten Tischner & Thomas Röckel

6. Schlussfolgerungen

Die vorliegenden Untersuchungen im Buntsandstein der Bohrung Lindau 1 haben gezeigt, dass die Stimulation von Grundwasserbohrungen durch künstliche Risserzeugung eine Methode sein kann, um nicht ausreichend ergiebige Bohrungen produktiver zu gestalten.

Wendet man die hier eingesetzte Methode auf mehrere Intervalle einer Bohrung bei gleichzeitig deutlich höherer Pumpleistung an, so ist das Potenzial der Produktivitätssteigerung noch wesentlich höher als im vorliegenden Fall.

Als Ausblick erscheint es sinnvoll, die Fracoperationen unmittelbar nach dem Abteufen der Bohrungen durchzuführen, in diesem Fall kann die ohnehin noch am Platz vorhandene Technik (insbesondere Bohranlage) unmittelbar weiter genutzt werden und die Fracoperationen könnten auch ökonomisch sehr effektiv ausgeführt werden.

Ähnliche Experimente an weiteren Bohrungen sollten dazu dienen, die in Lindau 1 gefunde- nen Ergebnisse weiter zu bestätigen und zu verallgemeinern.

7. Danksagung

Für die Bereitstellung der Bohrung Lindau 1 für diese Stimulationsexperimente möchten wir uns ganz herzlich beim Bayerischen Geologischen Landesamt bedanken. Zu Dank verpflichtet sind wir zudem den Mitarbeitern der Sektion 2 des Instituts für Geologische Gemeinschafts- aufgaben in Hannover, unter Leitung von Dr. T. Wonik, für die Durchführung von zusätzlichen Bohrochmessungen im Zusammenhang mit den Stimulationsexperimenten (insbesondere Tele- viewer-Befahrungen).

8. Literatur

Economides, m. J. & nolte, k. G. (1989): Reservoir Stimulation. Schlumberger Educational Services, Houston, S. 2–17.

Harthill, N., Hecht, C. & Kreuter, H. (2004): Das Geothermieprojekt in Offenbach a. d. Queich - Von der Seismik zur Bohrung. – Tagungsband 8. Geothermische Fachtagung, Landau 10.-12. November 2004: 223–227.

Huenges, E. & Winter, H. (2004): Experimente zur Produktivitätssteigerung in der Geothermie-Forschungs- bohrung Groß Schönebeck 3/90, – Scientific technical report 04/16 ; Geothermie Report 04-2, GeoFor- schungsZentrum Potsdam, 145 S.

Jung, R., Baumgärtner, J., Rummel, F., Tenzer, H. & Tran-Viet, T. (1998): Erfolgreicher Langzeit-Zirkula- tionstest im europäischen HDR-Versuchsfeld Soultz-sous-Forets. Geothermische Energie, Mitteilungs- blatt der geothermischen Vereinigung, Nr. 22/23, 6.Jg., Heft 2/3: 1–6.

Orzol, J., Jatho, R., Jung, R., Kehrer, P. & Tischner, T. (2004): The GeneSys Project - Development of concepts for the extraction of heat from tight sedimentary rocks. – Z. Angew. Geol. 2/04: 17–23, Hannover.

Witherspoon, P. A., Wang, J. S. Y., Iwai, K. & Gale, J. E. (1980): Validity of cubic law for fluid flow in a deformable rock fracture. – Water Resour. Res., 16(6): 1016–1024.

Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 151–183, München 2006 151

Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen der Forschungsbohrung Lindau 1 (Bayreuth)

Von Thomas Röckel und Thomas Wonik

Mit 26 Abbildungen und 3 Tabellen

Schlüsselwor te: Bohrlochmessungen – Bayern – Spannungsrichtungen – Spannungsbeträge – Bohr kerne – Strukturauswertung – Tektonik – Paläogeographie Ku rzfassu ng: In den letzten Jahren hat es bei der Entwicklung von Bohrlochmesssonden große Fort- schritte gegeben. Strukturelle Daten, die für die Interpretation einer Bohrung wichtig sind, können aus nicht orientierten Bohrkernen nicht abgeleitet werden. Mit entsprechenden Messsonden können auch in Bohrun- gen, in denen eine Tonspülung eingesetzt wird, Abbilder der Bohrlochwand gewonnen werden. In der Boh- rung Lindau 1 konnten durch die Auswertung von Bohrlochmessungen wichtige Informationen zum Span- nungszustand in der Erdkruste und zur Paläogeographie abgeleitet werden. Die Richtung der maximalen Horizontalspannung, abgeleitet aus Bohrlochrandausbrüchen und Hydrau- lic-Fracturing-Daten, ergibt sich im Mittel zu etwa 135° bzw. 138°. Eine Stockwerkstrennung von Buntsand- stein und Rotliegend durch die Zechsteinabfolgen ist hier nicht vorhanden. Die Richtung der maximalen Horizontalspannung ist parallel zur Fränkischen Linie angeordnet. In der Bohrung wurden zeitabhängi- ge Veränderungen der Bohrlochwand festgestellt. Die Bohrlochrandausbrüche waren nach Stimulationsar beiten erweitert. Die Grenze Rotliegend zu Zechstein ist im Log auf Grund der Änderung von physikalischen Parametern im Teufenintervall von 279,8 m bis 278,7 m zu vermuten. Die steilen Schichtflächen im unteren Buntsandstein, dem Zechstein und im Oberrotliegenden fallen bevorzugt nach NE ein. Unterhalb eines Fazieswechsels wurden die Sande bevorzugt nach NW transportiert. Das steile Schichteinfallen von z.T. über 30° deutet auf äolische Bildungen im tiefsten Abschnitt der Bohrung hin. Die bevorzugte Transportrichtung nach NE ist kompatibel mit der Vorstellung, dass es sich beim Naabtrog um ein Pull-Apart-Becken zwischen der Fränkischen Linie und der Kulmbacher Störung handelt, bei dem die klastischen Sedimente quer über die Grabenschultern in das absinkende Becken nach NE geschüttet wurden. Die Transportrichtung äolischer Sedimente im tiefsten Abschnitt der Bohrung nach NW weicht von den postulierten Transportrichtungen während der Rotliegendzeit ab. Diese Abweichung könnte eventuell durch die Orientierung eines tiefen NW-SE verlaufenden Canyons verursacht worden sein.

Structural interpretation of geophysical logging in the research borehole Lindau 1 (Bayreuth)

Key words: borehole logging – Bavaria – stress orientation – stress magnitudes – cores – structures – tectonic – paleogeography Abst ract: During the last years there was great progress in the development of logging-tools. Structural data, which are important for the interpretation of wells, cannot be gained from unoriented drill cores. Even in boreholes filled with drill mud images can be obtained by the use of special logging tools. The interpretation of borehole logs from the research borehole Lindau 1 gives important information about the state of stress in the earth’s crust and about the paleogeography.

Anschrift der Verfasser: Dr. Thomas röckel, Piewak & Partner GmbH, Jean-Paul-Straße 30, 95444 Bayreuth, E-mail: [email protected]; Dr. Thomas Wonik, Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA), Stilleweg 2, 30655 Hannover 152 Thomas Röckel & Thomas Wonik

The mean direction of the maximum horizontal stress, derived from borehole breakouts and from hydraulic-fracturing data, is 135° and 138°, respectively. In contrast to the situation in northern Germany a detachment of the Bunter and Rotliegend by Zechstein layers is not observed in the research borehole Lindau 1. The direction of the maximum horizontal stress is parallel to the Franconian line. Time dependent vari ations of breakouts were observed in the borehole wall. The width of the breakouts was increased after stimulation of the borehole. The boundary of Rotliegend and Zechstein from logging is expected in the depth interval between 279.8 m and 278.7 m. The steep bedding planes of Lower Bunter, Zechstein and Upper Rotliegend dip mainly to NE. Below a change in facies the sands were transported mainly in NW direction. The steep dipping bedding planes of the sandstones, with dip angles of more than 30°, hints to eolian genesis in some of the deepest parts of the borehole. The Naab basin between the master-faults of the Franconian line and the Kulmbach fault is a pull- apart structure. The preferred sediment transport in NE direction corresponds with the assumption, that the source of the sediments is the shoulder of the Graben SW of the Kulmbach fault. The transport direction of the eolian sediments in the deepest part of the borehole in NW-direction differs from other observations during the Permian. This discrepancy could be the effect of a deep NW-SE oriented canyon which was filled up during the Rotliegend.

Inhalt 1. Einleitung ...... 153 2. Auswertung der Bohrlochmessungen ...... 153 3. Spannungsrichtungen ...... 156 4. Spannungsbeträge ...... 159 5. Veränderungen der Bohrlochwand durch hydraulische Tests ...... 161 5.1. Breakouts ...... 161 5.2. Hydraulische Risse ...... 162 5.2.1. Buntsandstein ...... 163 5.2.2. Zechstein ...... 163 5.2.3. Rotliegend ...... 164 6. Korrelation Bohrlochmesssungen/Bohrkerne ...... 166 6.1. Struktur-Auswertungen ...... 171 6.1.1. Kluftflächen im Oberflächenbereich ...... 171 6.1.2. Kluft- und Schichtflächen im Bohrloch ...... 172 6.2. Interpretation der Strukturdaten ...... 175 6.2.1. Rotliegend ...... 175 6.2.2. Oberrotliegend ...... 178 6.2.3. Zechstein ...... 179 6.2.4. Unterer Buntsandstein ...... 179 7. Paläogeographie ...... 179 8. Danksagung ...... 182 9. Literatur ...... 182 Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 153

1. Einleitung

In Tiefbohrungen werden aus wirtschaftlichen Gründen häufig keine oder nur sehr wenige Bohrkerne gewonnen. Die lithologischen Informationen werden dann aus dem Bohrklein erho- ben. Strukturelle Daten, die für die Interpretation einer Bohrung wichtig sind, können aus dem Bohrklein nicht abgeleitet werden. In den letzten Jahren hat es bei der Entwicklung von Bohrloch- messsonden große Fortschritte gegeben.

Geräte, mit denen der Formationswiderstand gemessen wird, sowie Sonden zur Messung des Kalibers und der γ-Strahlung sind seit vielen Jahren bei Tiefbohrungen im Einsatz. Geräte, mit denen strukturelle Informationen gesammelt werden können, sind seit etwa 30 Jahren im Einsatz. Standardmäßig werden sie aber erst seit einigen Jahren in der Ölindustrie verwendet. Zuerst wurden akustische Messsonden entwickelt. In Westeuropa und den USA werden diese Geräte als ‚Borehole- Televiewer’ (BHTV) bezeichnet, während sie in der ehemaligen DDR als ‚Akustisches Bohrloch- fernsehen’ (ABF) bezeichnet wurden. Mit diesen Geräten kann auch in Bohrungen, in denen eine Tonspülung zum Einsatz kommt, ein Abbild der Bohrlochwand gewonnen werden. In den 80er Jahren wurden elektrische Verfahren entwickelt, mit denen die Bohrlochwand „gescannt“ werden konnte. Die ersten Geräte, die zum Einsatz kamen, wurden von Fa. Schlumberger entwickelt und sind unter den Bezeichnungen ‚Formation MicroScanner’ und ‚Formation MicroImager’ im Einsatz.

2. Auswertung der Bohrlochmessungen

In diesem Beitrag wird in erster Linie auf die Bohrlochmessungen eingegangen, die Strukturinfor- mationen liefern. Aus diesen Daten können wichtige Informationen zum Spannungszustand in der Erd- kruste sowie paläogeographische Informationen gewonnen werden.

In Tiefbohrungen werden Bohrlochrandausbrü- che oder Breakouts als Indikatoren für die Orientie- rung der Horizontalspannung benutzt (Röckel 1996, Röckel & lempp 2003). Cox (1970) und Babcock (1978) stellten fest, dass die Ausbrüche eine Vorzugs- orientierung haben. Seit Jahren sind die Ausbrüche als Indikator für die Richtung der minimalen Horizontal- spannungen bekannt (Bell & Gough 1979; Blümling et al. 1983). In tieferen Bohrungen bricht die Bohr- lochwand häufig in zwei einander gegenüberliegen- den Bereichen aus. Bei isotropem Gesteinsverhalten treten die Ausbrüche in Richtung der minimalen Horizontalspannung (sh) bzw. senkrecht zur Orien- tierung der maximalen Horizontalspannung (sH) auf (Abb. 1). Die Erweiterung des Kalibers kann entweder mit einer 4-Arm Kalibersonde oder mit einem BHTV erfasst werden. Die Methode der Breakouts wird in Abb. 1: Spannungsumlagerungen an der zahlreichen Öl- und Gasbohrungen häufig angewen- Bohrlochwand. det und liefert gute Ergebnisse für die Orientierung der minimalen Horizontalspannung. 154 Thomas Röckel & Thomas Wonik

In Tiefbohrungen ergeben sich Hinweise auf Spannungsrichtungen aus der Vermessung der Bohrung mit Kalibersonden, mit akustischen Verfahren und auch mit elektrischen Verfahren. In der Regel wird bei diesen Verfahren ausgenutzt, dass es durch die Bohrung zu einer Span- nungsumlagerung an der Bohrlochwand kommt. Überschreiten die auftretenden Spannungen die Festigkeit des Gebirges, kommt es zu Bruchbildung in der Bohrlochwand. Hierbei wird allgemein davon ausgegangen, dass es zur Bildung von Scherbrüchen an der Bohrlochwand kommt. Bruch- stücke, die aus der Bohrlochwand stammen, deuten jedoch auch darauf hin, dass Trennbrüche am Ausbruchmechanismus beteiligt sein können. Das Auftreten von Scher- und Trennbrüchen ist beispielsweise bei Lempp & Röckel (1999) dargestellt.

Aufgrund der Bruchbildung kann die Richtung der minimalen und maximalen Horizontal- spannung abgeschätzt werden. In der Bohrung Lindau 1 wurden sowohl Kalibermessungen wie auch akustische Bohrlochmessungen durchgeführt. Besonders konnten spannungsinduzierte Bohrlochrandausbrüche sowie bohrtechnisch induzierte Risse ausgewertet werden. In Richtung der minimalen horizontalen Hauptspannung treten an der Bohrlochwand die maximalen Tan- gentialspannungen auf. Wird die Festigkeit des Gebirges überschritten, dann bricht ein Teil des Gebirges aus der Bohrlochwand aus. Da die Tangentialspannung an zwei gegenüberliegenden Punkten ihren Maximalwert erreicht, führt dies dazu, dass die Bohrlochwand an diesen Seiten erweitert wird.

Bis zu einer Tiefe von 100 m ist die Bohrung Lindau 1 verrohrt. Die Kalibermessungen zeigen unterhalb von 100 m in bestimmten Bereichen eine Veränderung des nominalen Bohrlochdurchmes- sers von 146 mm. Der maximale Bohrlochdurchmesser beträgt 160 mm. Im Teufenbereich von 200–300 m treten nur gelegentlich einzelne Bereiche mit Kali- bererweiterungen auf (Abb. 2).

Abb. 2: Kaliberlog der Bohrung Lindau 1. Der Rohrschuh steht bei 100 m. Kalibererweiterungen darunter in kurzen Teilstücken bis ca. 20 mm. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 155

Die spannungsinduzierten Bohrlochrandausbrüche sind im BHTV-Log als ein gegenüberlie- gendes Paar schwarzer Flecken zu erkennen (Abb. 3), weil hier das akustische Signal gestreut und nicht mehr zur Mess-Sonde reflektiert wird. Die Bohrlochrandausbrüche besitzen unterschied liche Breiten. Schmale Ausbrüche sind etwa 30° breit (ca. 40 mm), während größere Ausbrüche bis etwa 75° breit (ca. 100 mm) werden können. Bei einem maximalen Kaliberdurchmesser von 160 mm ergibt sich, dass die Ausbrüche auf beiden Seiten des Bohrloches kaum tiefer als jeweils 10 mm sind. Es wurden drei verschiedene BHTV-Messungen ausgewertet. Die erste Vermes- sung der Bohrung Lindau 1 erfolgte durch die Fa. GFL direkt nach Beendigung der Bohrarbeiten (Februar 2002). Die zweite Vermessung erfolgte im April 2002 durch die GGA (Hannover) vor Beginn der Testarbeiten (Stimulationsversuche BGR, Hannover und Fa. Mesy, Bochum). Die dritte Vermessung wurde vom GGA im Juni 2002 nach Beendigung der Testarbeiten durchgeführt. Die BHTV-Daten sind insgesamt von sehr guter Qualität. Sie sind sehr gut reproduzierbar und auch kleine Strukturen lassen sich in der Regel auf allen drei Logs feststellen. Insgesamt wurden über 600 Breakout-Paare vermessen. Neben den Breakout-Daten konnte für die Orientierung der Spannungsrichtungen auch die Orientierung der vertikalen Fracs verwendet werden, die bei den Stimulationsmaßnahmen erzeugt wurden. Hier wurden insgesamt 64 Frac-Paare ausgewertet.

Abb. 3: Akustische Abwicklung der Bohrlochwand aus dem Teufenbereich von 434 m bis 439 m. Die Bohrlochrandaus- brüche sind hier als ein Paar schwarzer Flecken zu erkennen, die sich im Bohrloch diametral gegenüberliegen. Zwischen der ersten und der zweiten Messung haben sich die Ausbrüche bei 435 m vergrößert: Die (sub-) horizontalen Schichtflächen haben sich während der Stimu- lationsmaßnahmen erweitert. 156 Thomas Röckel & Thomas Wonik

3. Spannungsrichtungen

Die Spannungsrichtungen können aus den BHTV-Logs ermittelt werden. Hierbei zeigt sich, dass die Richtung der maximalen Horizontalspannung im gesamten Messbereich sehr einheitlich ist und nur geringe Änderungen mit der Tiefe auftreten. Die Bohrlochwandausbrüche treten insbesondere im NE und SW des Bohrloches auf. Die Richtung der Breakouts ergibt sich aus den GFL-Logs zu 46°+7° bzw. zu 224°+6°. Bei den GGA-Messungen ergibt sich für die Logs vor den Stimulationsmaßnahmen die Richtung der Breakouts zu 46°+10° bzw. zu 226°+11° sowie zu 44°+10° bzw. 225°+10° nach der Stimulation (Abb. 5). Die Richtung der maximalen Horizontal- spannung, abgeleitet aus den Bohrlochrandausbrüchen, liegt bei der ersten und zweiten Messung im Mittel bei 136° und bei der dritten Messung bei 135°. Die Richtung der maximalen Horizon- talspannung ergibt sich im Mittel zu 136° (Abb. 6).

In Abb. 4 sind rechts die vertikalen Risse zu erkennen, die bei den hydraulischen Injektions- versuchen erzeugt wurden. Bei den in der Bohrung Lindau 1 durchgeführten Hydraulic-Fractu-

Abb. 4: Borehole-Televiewer Log der Boh- rung Lindau. Links: Log der Bohrlochwand vor den Frac-Versuchen. Rechts: nach Frac- Versuchen. Rechts sind die vertikalen Risse in der Bohrlochwand zu erkennen, die durch die Frac-Versuche erzeugt wurden. Diese liegen sich diametral gegenüber und streichen in Richtung der maximalen horizontalen Haupt- spannung (sHmax). Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 157 ring Versuchen wurden eine Reihe von vertikalen Rissen erzeugt, wobei im Allgemeinen davon ausgegangen wird, dass sich ein vertikaler Riss normal zur minimalen horizontalen Hauptspan- nung ausbreitet. Im Teufenbereich von 163 m bis 167 m sind im BHTV-Log eine Reihe von vertikalen Rissen in der Bohrlochwand erkennbar. Diese waren in den Messungen, die vor den Frac- Versuchen durchgeführt wurden, nicht erkennbar. Die Risse gehen nicht durch, sondern setzen immer wieder ab. Die Risse im Südosten der Bohrlochwand streichen im Mittel 139°+6° und die gegenüberliegenden streichen 318°+8° (Abb. 5 und Abb. 6). Die Richtung der maximalen horizontalen Hauptspannung, abgeleitet aus den hydraulischen Fracs in der Bohrlochwand, liegt im Mittel bei 138° und stimmt mit der aus den Breakouts abgeleiteten Richtung gut überein. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Breakouts einen größeren Teufenbereich als die hydraulischen Fracs überdecken.

Abb. 5: Richtung der minimalen Horizontalspannung abgeleitet aus den Bohr- lochrandausbrüchen dreier verschiedener BHTV-Logs. Die Fracs sind in Rich- tung der maximalen Horizontalspannung orientiert. 158 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Die Änderung der Spannungsrichtung mit der Teufe ist nur sehr gering, dies zeigen die Aus- gleichsgeraden in den Abbildungen 5 und 6.

Im Norddeutschen Becken wird der Spannungszustand des Suprasalinars vom Subsalinar durch das Zechsteinsalz voneinander getrennt (Röckel & Lempp 2003). Die Spannungsrichtun- gen im Subsalinar weichen dort sehr stark von denen im Suprasalinar ab. In Süddeutschland ist eine Stockwerkstrennung durch das Zechsteinsalinar nicht vorhanden. Dementsprechend sollten im Buntsandstein ähnliche Spannungsrichtungen wie im Rotliegenden vorhanden sein. In der Bohrung Lindau 1 beträgt die Richtung der maximalen Horizontalspannung im Buntsandstein im Mittel 133°±7° (153 Messwerte). Im Zechstein liegt die Richtung im Mittel bei 134°±6° und im Rotliegenden bei 136°±9° (420 Messwerte). Eine Spannungskopplung zwischen Buntsandstein und Rotliegend über den nicht salinaren Zechstein ist hier nachgewiesen (Abb. 6).

Abb. 6: Richtung der maximalen Horizontal- spannung, abgeleitet von drei verschiedenen BHTV- Messungen. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 159

Die größte Spannung wirkt nahezu parallel zur Buntsandsteinscholle. Sie weicht somit um etwa 30° von der maximalen horizontalen Hauptspannung in den KTB-Bohrungen ab; dort ist unterhalb von 3000 m die maximale Horizontalspannung etwa 165° orientiert (Röckel 1996).

4. Spannungsbeträge

Im Intervall von 441–530 m wurden im Rotliegenden hydraulische Tests durch die BGR durch- geführt. Zunächst wurde ein initialer Injektionstest durchgeführt, um die hydraulische Durchlässig- keit in diesem Abschnitt zu bestimmen. Die Formation erwies sich mit einer mittleren Permeabilität von ca. 10 µD deutlich dichter als erwartet. Es wurde hierbei mit einer mittleren Rate von ca. 60 ml/s jeweils über wenige Minuten injiziert. Der beobachtete Druckverlauf ist typisch für das Erzeugen und anschließende Wiederöffnen eines neuen Risses. In einem folgenden Stimulationstest wurde über weitere ca. 2 h mit der kleinen Rate von ca. 70 ml/s injiziert und der Riss ausgeweitet. Der im Anschluss komplett und ungestört aufgezeichnete Druckabfall lieferte wesentliche Hinweise auf den Rissschließdruck (Abb. 7). Der Rissschließdruck entspricht der mittleren minimalen Haupt- spannung, welche im Teufenbereich von 441–530 m demnach 9,7–10,6 MPa beträgt. Der Schwan- kungsbereich resultiert aus der Unkenntnis der genauen Rissinitiierungstiefe im Intervall.

Abb. 7: Minimale Horizontal- spannung und Vertikalspannung in Abhängigkeit von der Teufe. 160 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Im BHTV-Log, das nach der Injektion gefahren wurde, sind neu entstandene Klüfte im Teu- fenbereich von 441–443 m zu erkennen. Die Rissausbreitung erfolgte vermutlich direkt unterhalb des Packers. Die minimale Hauptspannung liegt direkt unterhalb des Packers demnach bei ca. 9,7 MPa. Im Teufenbereich von 431+7 m führten Rummel et al. (2002) eine Reihe von Frac- Versuchen durch. Die minimale horizontale Hauptspannung ergab sich zu 12,9+1,6 MPa. Legt man aufgrund des Überlagerungsdruckes für die vertikale Hauptspannung diesen Bereich von etwa 10-11 MPa zugrunde und nimmt weiterhin an, dass die Vertikalspannung eine Hauptspan- nung ist, so ergeben sich relativ isotrope Spannungsverhältnisse im Rotliegenden.

Die einheitliche Richtung der Bohrlochrandausbrüche deutet darauf hin, dass aber eine gewisse Spannungsanisotropie vorhanden ist. Im Zechstein geben Rummel et al. (2002) für einen Teufenbereich von 190±10 m die minimale Horizontalspannung mit 5,9±0,4 MPa an. Die Verti- kalspannung liegt bei etwa 4,7 MPa, während im Buntsandstein bei 163±1 m die minimale Hori- zontalspannung bei 6,0 MPa und die Vertikalspannung bei 4,0 MPa liegt.

In Abb. 7 ist die minimale Horizontalspannung und die Vertikalspannung gegen die Teufe aufgetragen. Der Gradient der Vertikalspannung wird auf Grund der überlagernden Gesteins- säule mit 25 MPa/km angenommen. Die Gleichung für die minimale Horizontalspannung (shmin) beträgt shmin = 28,19 MPa/km + 0,65 MPa.

Die Differenz zwischen der minimalen Horizontalspannung und der Vertikalspannung (sv) ist relativ gering, wobei sich die Horizontalspannungen auf einem hohen Niveau befinden. Für die Bohrung Lindau 1 ergibt sich für das Niveau bis ca. 500 m eine rezente Auf- oder Überschie- bungstektonik. In den nur einige 10er km entfernten Bohrungen von Falkenberg wurden in einer Tiefe von 434 m ein minimaler Horizontalspannungsbetrag von nur 7,7 MPa festgestellt und in den KTB-Bohrungen lag in einer Tiefe von 3000 m der Gradient der minimalen Horizontalspan- nung deutlich niedriger (Röckel 1996).

In tektonisch wenig aktiven Gebieten treten hohe Horizontalspannungen in Bereichen mit starker Abtragung auf. Dies ist z.B. aus Gebieten in Skandinavien und Kanada bekannt, in denen es nach dem Abschmelzen der Gletscher zu starken isostatischen Hebungen gekommen ist.

Im Bereich der Buntsandsteinscholle, in der sich die Bohrung Lindau 1 befindet, ist die junge Abtragung im Vergleich zum westlichen Vorland recht bedeutend. Auf wenige Kilometer Ent- fernung sind, entlang der Kulmbacher Störung, der gesamte Muschelkalk und Keuper sowie die Ablagerungen des Juras entfernt. Eventuell sind hier Residualspannungen die Ursache für die hohen Horizontalspannungen. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 161

5. Veränderungen der Bohrlochwand durch hydraulische Tests

Durch hydraulische Tests verändert sich der Porendruck der Formation. Dies führt zur Än- derung der Spannungen an der Bohrlochwand. Diese Spannungsänderungen können zu Brucher- scheinungen im Bohrloch führen.

5.1. Breakouts

Zwischen den ersten beiden BHTV-Messungen, die vor den hydraulischen Testarbeiten gefahren wurden, und der Vermessung der Bohrung nach den Testarbeiten kam es zur Erweiterung der Bohrlochrandausbrüche. Sowohl die Ausbruchstiefe wie auch die Ausbruchsweite (Abb. 8) haben sich verändert. Die Weite der Breakouts ergibt sich aus dem GGA-Log vor der Stimula tion zu 30°±14° für die Breakouts im NE-Quadranten bzw. zu 31°±13° für den SW-Quadranten. Beim Log nach den Stimulationsmaßnahmen ergibt sich die Weite der Breakouts zu 37°±14° bzw. zu 36°±13°. Im Mittel hat sich die Breakout-Weite von durchschnittlich 30° vor den Stimulationsmaß- nahmen auf 37° nach den Stimulationsmaßnahmen vergrößert (Abb. 8).

Abb. 8: Breakout-Weiten in der Bohrung Lindau 1 vor und nach den Stimula- tionsmaßnahmen (Kreuze: Breakout-Weiten vor den Stimulationsmaßnahmen, diagonale Kreuze: nach den Stimulationsmaßnahmen). 162 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Eine signifikante Vergrößerung der Weite der Breakouts zwischen den Messungen durch GFL und GGA vor den Stimulationsmaßnahmen konnte nicht festgestellt werden. Dies deutet darauf hin, dass die Vergrößerung der Breakouts in erster Linie nicht durch den zeitlichen Verlauf gesteuert wird, sondern durch die Stimulationsmaßnahmen. Die Stimulationsmaßnahmen führten zu einer Erhöhung des Porendrucks in den Testintervallen. Dadurch kommt es zu einer starken Veränderung der Effektivspannungen. In der Boden- und Felsmechanik ist ein Versagen durch Erhöhung des Porendrucks und die damit verbundene Veränderung der Effektivspannungen seit langem bekannt.

Zu Bohrlochrandausbrüchen kommt es, wenn die Spannungen im Gestein die Gesteins festigkeit überschreiten. Dies ist eine triviale Feststellung. Dennoch gibt es bislang keine plausible Erklärung, die das Entstehen der Bohrlochrandausbrüche quantitativ beschreiben kann. Im Allgemeinen werden Bohrlochrandausbrüche damit erklärt, dass sie durch Scherversagen an der Bohrlochwand entstehen. Aus Beobachtungen von Ausbruchsmaterial der Kontinentalen Tiefbohrungen in Windischeschenbach gibt es deutliche Hinweise darauf, dass auch Extensions brüche eine wichtige Rolle spielen. Diese scheinen insbesondere in sehr spröden Gesteinen die Bildung von Bohrlochrandausbrüchen zu unterstützen.

Die Entstehung der Bohrlochrandausbrüche wurde im Labor untersucht. Hierbei wurden verschiedentlich Versuche unternommen, Gebirgsspannungen und Gesteinsfestigkeiten in Ver- bindung zu bringen. Spannungsmessungen werden in tiefen Erdgas- und Erdölbohrungen relativ häufig ausgeführt. Allerdings stehen aus diesen Bohrungen meist kaum Bohrkerne zur Verfü- gung, um festigkeitsmechanische Untersuchungen durchzuführen. Daher können die üblichen Modelle zur Bildung von Bohrlochrandausbrüchen nicht überprüft werden.

Die Bohrung Lindau 1 wurde durchgängig gekernt. Zusätzlich wurde eine relativ große An- zahl von Spannungsmessungen durchgeführt. Da in der Bohrung immer wieder Bohrlochrandaus- brüche auftreten, besteht in dieser Bohrung grundsätzlich die Möglichkeit, die Gebirgsspannun- gen mit den Gesteinsfestigkeiten in Verbindung zu bringen.

Im Rahmen einer BSc-Qualifikationsarbeit (Roth 2005) konnten erste festigkeitsmechanische Untersuchungen an dem Bohrkernmaterial an der Universität Halle ausgewertet werden (Tabelle 1).

Die Auswertung der möglichen Ausbruchsmechanismen in Tiefbohrungen erscheint aber erst sinnvoll, wenn neben den Gebirgsspannungen und den bislang vorliegenden einaxialen Druckfes- tigkeiten weitere festigkeitsmechanische Untersuchungen vorliegen. Zur Interpretation der Bohr- lochrandausbruchsmechanismen sind insbesondere Triaxialversuche und Versuche zur Wirkung des Porendrucks auf die Festigkeit von Gesteinsproben von Bedeutung.

Zur Vervollständigung der bislang vorliegenden Messungen sollen die wichtigsten Gesteins- eigenschaften (Roth 2005) aufgeführt werden.

5.2. Hydraulische Risse

Durch die Stimulationsmaßnahmen der BGR wie auch der Fa. Mesy wurden im Buntsand- stein (Kap. 5.2.1.) Bereiche der Bohrung Lindau 1 gefract. Im Zechstein (Kap. 5.2.2.) fanden Stimulationsmaßnahmen allein durch die Fa. Mesy statt, im Rotliegenden (Kap. 5.2.3.) durch die BGR und Fa. Mesy. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 163

Tabelle 1: Zusammenstellung der einaxialen Druckfestigkeit und der Elastizitätsmoduli der Bohrkerne aus der Bohrung Lindau 1 (aus Roth 2005). Einaxiale Druck- Kernteufe [m] Stratigrafie E-Modul [MPa] festigkeit [MPa] 122,4 – 122,6 Unterer Buntsandstein 25,2 7257 122,6 – 124,0 Unterer Buntsandstein 31,4 7770 122,6 – 124,0 Unterer Buntsandstein 23,4 6170 152,0 – 154,0 Unterer Buntsandstein 19,1 5765 163,0 – 164,0 Unterer Buntsandstein 11,6 4957 249,0 – 249,6 Zechstein 61,3 14691 249,6 – 251,0 Zechstein 29,6 5656 321,0 – 324,0 Oberrotliegend 18,0 5483 341,0 – 342,0 Oberrotliegend 31,1 9894 361,0 – 362,0 Oberrotliegend 23,4 8110 364,0 – 365,0 Oberrotliegend 24,8 8450 373,0 – 374,0 Oberrotliegend 31,4 8353 390,0 – 392,0 Oberrotliegend 36,6 9844 409,0 – 411,0 Oberrotliegend 36,3 12593 421,0 – 508,0 Rotliegend 56,1 10519 421,0 – 508,0 Rotliegend 25,8 5468

5.2.1. Buntsandstein

Im Buntsandstein wurde durch die BGR das Intervall von 134–161,5 m und von 161,5–169 m getestet. Die Fa. Mesy führte im Buntsandstein acht Fracs zwischen 162 m und 178 m (Basis Buntsandstein) durch. Die Frac-Intervalle waren 3 m lang und überlappten sich jeweils. Ver- tikale Risse im Buntsandstein, die auf die Stimulationsmaßnahmen zurückzuführen sind, treten zwischen 146,4 m und 171,7 m auf. Bei 149,5 m tritt eine zusätzliche Struktur auf. Diese Struktur überdeckt aber nur einen Teil der Bohrlochwand. Zwischen 166 m und 167 m treten zusätzlich Instabilitäten in der Bohrlochwand auf (Abb. 4). Der obere Umbiegepunkt befindet sich im Bereich der Breakouts im SW-Quadrant des Bohrloches. Der untere Umbiegepunkt ist nicht deutlich ausgeprägt, liegt aber auf der gegenüberliegenden Seite der Bohrung. Aus dem oberen Umbiegepunkt ergibt sich, dass die Struktur NW–SE streicht (parallel zur maximalen Horizon- talspannung). Die Struktur hält nicht durch, sondern wird durch zwei vertikale Risse miteinander verbunden. Eventuell handelt es sich um einen asymmetrischen nichtvertikalen Frac, bei dem die Ränder stark ausgebrochen sind.

5.2.2. Zechstein

Im Zechstein wurden insgesamt 14 Stimulationstests im Teufenbereich zwischen 180 m und 200 m durchgeführt. Deutliche vertikale Risse konnten im Zechstein nicht identifiziert werden. Hier wurden eine Reihe von steilen Strukturen gefunden. Diese unterscheiden sich von natürli- chen Klüften aber dadurch, dass sie nicht als durchgehende Sinuskurve entwickelt sind (gestri- chelte Kurve in Abb. 9). Der Riss hat ein Einfallen von etwa 82°, wobei die Einfallrichtung 47° beträgt. Die Streichrichtung beträgt demnach 137° und ist somit parallel zur maximalen horizontalen Hauptspannung. Im Zechstein finden sich noch einige ähnliche Strukturen, wobei die 164 Thomas Röckel & Thomas Wonik

übrigen weniger steil sind. Insgesamt sind sie aber relativ unregelmäßig. Stellenweise treten sehr irreguläre Strukturen auf (z.B. zwischen 185,5 m und 186,5 m). Hierbei handelt es sich um Bohr- lochinstabilitäten (beginnende Breakouts), die erst im Log nach den Stimulationsmaßnahmen zu erkennen sind.

Abb. 9: Nichtvertikaler Frac und beginnende Breakouts nach Stimulationsmaßnahmen im Zechstein (rechts). Vor der Stimulation waren weder der steile Riss noch die beginnenden Breakouts vorhanden (links).

5.2.3. Rotliegend

Im Rotliegend wurde durch die BGR das Intervall von 441–530 m getestet. Von Fa. Mesy wurden 14 Tests zwischen 421,5 m und 443 m durchgeführt.

Im Teufenbereich von 441–443 m sind beim Injektionstest zwei Strukturen erzeugt worden, die vor der Stimulation nicht vorhanden waren. Die obere Struktur fällt mit 71° in Richtung 75° ein. Die zweite Struktur fällt mit 67° in Richtung 70° ein. Beide Strukturen verlaufen etwa parallel zueinander und streichen mit 160°–165°. Auffällig ist, dass im Intervall keine vertikalen Risse zu entdecken sind. Es muss angenommen werden, dass die beiden Strukturen bei der Stimulation erzeugt wurden. Die Richtung der maximalen horizontalen Hauptspannung im Injektionsinter- vall ergibt sich aus der Orientierung von Breakouts zu 135°. Vertikale und nichtvertikale Fracs (Zugrisse) sollten in Richtung der maximalen horizontalen Hauptspannung streichen. Bei diesen beiden Strukturen weicht die Streichrichtung der Risse deutlich von der Richtung der maximalen horizontalen Hauptspannung ab.

Der Betrag der minimalen Horizontalspannung liegt vermutlich etwas unterhalb des Betra- ges der Vertikalspannung. Ein Scherriss mit einer abschiebenden Tendenz sollte unter diesen Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 165

Umständen bevorzugt in Richtung der maximalen Horizontalspannung verlaufen und mit etwa 60°-67° einfallen.

Ein Scherriss mit blattverschiebender Tendenz sollte unter diesen Umständen bevorzugt in Richtung der maximalen Scherspannung verlaufen und etwa saiger stehen. Die Richtung von 165° ist nahezu ideal bezüglich der maximalen Scherspannung orientiert. Allerdings ist die Riss- neigung zu flach. Eventuell führt eine Anisotropie der Gesteinsfestigkeit zur Veränderung der Rissorientierung. Hierfür gibt es aus dem Kernbefund aber keinen klaren Hinweis.

Für die bei hydraulischen Stimulationen wünschenswerte Rissausbreitung durch Scherung liegen auf Grund der niedrigen Scherspannungen keine besonders günstigen Bedingungen vor.

Bei der Stimulation durch die BGR im Teufenintervall zwischen 441 m und 530 m traten die deutlichsten Veränderungen, darunter die beiden neu entstandenen Strukturen, direkt unterhalb des Singlepackers auf. Eine deutliche Vergrößerung von subhorizontalen Strukturen ist in den BHTV-Logs nur in einer Tiefe von 458,6 m erkennbar.

Die Testintervalle bei den Fracs durch die Fa. Mesy betrugen 3 m. Die Bezugstiefe entspricht der Mitte des jeweiligen Testintervalls. Bei den Tests in 421,5 m (420–423 m) und 422 m (420,5– 423,5 m) konnte trotz Frac-Drücken bis etwa 19 MPa kein Frac erzeugt werden. Der erste Frac konnte in einer Teufe von 422,5 m erzeugt werden. Das getestete Intervall liegt zwischen 421 m und 424 m. In diesem Bohrlochabschnitt finden sich die Veränderungen bei 423,5 m, wobei eine horizontale Struktur nur teilweise durchhält.

Eine deutliche Vergrößerung einer subhorizontalen Struktur befindet sich in einer Teufe von 424,3 m. Diese Struktur könnte durch den Frac bei einer mittleren Teufe von 423 m (421,5– 424,5 m) erzeugt worden sein.

Vom Frac bei 427 m (425,5–428,5 m) finden sich Veränderungen nur bei 428,3 m. Es ist anzu- nehmen, dass diese subhorizontale Struktur bei diesem Frac aktiviert wurde.

Im Teufenintervall von 431,2 m bis 432,4 m sind zwei vertikale Strukturen zu erkennen. Die beiden Strukturen überlappen sich aber nur bei etwa 431,7 m. Die minimale Horizontalspannung liegt hier mit 11,5 MPa deutlich niedriger als im Testbereich darüber (15,6 MPa). Darunter konnte kein Frac erzeugt werden. Die Vertikalspannung liegt in diesem Testintervall nur geringfügig unter dem Betrag der minimalen Horizontalspannung. Unter Berücksichtigung einer Horizontal- spannungsanisotropie ist hier ein vertikaler Frac möglich.

Bei den Tests in 432,5 m und 433 m konnten keine Fracs erzeugt werden (maximaler Frac- Druck nahezu 19 MPa). Dementsprechend sollten im Intervall zwischen 431 m und 434,5 m keine Frac-Spuren vorhanden sein. Eventuell sind die Spuren auf technische Probleme während der Frac-Operation am 14.06.02 in diesem Teufenbereich zurückzuführen.

Horizontale Fracs mit Kalibererweiterungen sind bei 433,0 m, 433,5 m, 435,1 m, 436,3 m und 438,1 m zu erkennen. Darunter sind die beiden oben beschriebenen steilen Bruchstrukturen bei 441 m und 443 m vorhanden. Diese sind aber wahrscheinlich schon während der Stimulationen durch die BGR, also zuvor, erzeugt worden.

Ob die unterschiedlichen Riss-Orientierungen auf die Stimulationstechnik zurückzuführen sind oder ob andere Ursachen vorliegen, kann hier nicht geklärt werden. 166 Thomas Röckel & Thomas Wonik

6. Korrelation Bohrlochmesssungen/Bohrkerne

Die Bohrung Lindau 1 wurde vollständig gekernt. Neben den Bohrkernen liegt eine Rei- he von Bohrlochmessungen vor. Damit die Bohrkerne mit den Bohrlochmessungen verglichen werden können, ist erst eine Teufenkorrektur notwendig. Da an den Bohrkernen keine durchgehenden petrophysikalischen Parameter vermessen wurden, kann eine Teufenkorrektur weder mit Vp- noch mit Gamma-Ray- oder Widerstandsmessungen durchgeführt werden.

Einzelne Logs zeigen am Rohrschuh bereits unterschiedliche Teufen. Die Logs weichen von den Bohrkernteufen ab. Dies ist aufgrund der unterschiedlichen Längung von Gestänge und Messkabeln normal. Unterschiedliche Längungen werden durch unterschiedliche Gewichte der Messsonden, unterschiedliche Messkabel sowie durch Temperatur und Dichteunterschiede der Spülung bedingt.

Ein Vergleich der Bohrkerne mit den Bohrlochmessungen zeigt, dass die Teufenkorrelation mit strukturellen Vergleichen durchgeführt werden kann. Im BHTV-Log zeichnen sich besonders schallharte Bereiche in hellen Farben mit hohen Amplituden und hohen elektrischen Wider ständen ab (Abb. 10). In den Bohrkernen sind dies oft harte, dolomitische Partien mit weißen bis hellgrünen Farben. Vereinzelt sind in Bohrkernen Kluftstrukturen vorhanden, die ebenfalls im BHTV-Log erkannt werden können. Die Teufenkorrekturen wurden auf die BHTV-Logs der GGA bezogen, die vor und nach den hydraulischen Tests gefahren wurden.

Hierbei ergeben sich folgende Teufenversätze (Tab. 2):

Tabelle 2: Teufenkorrekturen Bohrkern/Bohrloch.

Kernteufe [m] GGA-BHTV [m] Teufenversatz [m] 140,60 140,40 - 0,20 148,90 140,75 - 0,15 167,15 167,00 - 0,15 183,40 183,10 - 0,30 196,50 196,10 - 0,40 225,80 225,40 - 0,40 249,65 249,25 - 0,40 254,60 254,15 - 0,45 371,60 371,10 - 0,50 Materialwechsel 372,70 372,10 - 0,60 374,50 374,10 - 0,40 Kluft 438,55 438,10 - 0,45 Sandinjektion, Kluft

Negative Teufendifferenzen treten auf, wenn der Bohrkern im Vergleich zur Bohrlochmes- sung tiefer liegt. Fehler in der Teufenzuordnung ergeben sich hierbei z.B. aus dem Problem, dass die Kernfotos nicht exakt maßstäblich sind, aus der Tatsache, dass z.T. Kernverluste auftreten und deshalb in einem Kernmarsch die Teufe geringfügig verschoben sein kann, und eventuell geringen Teufenfehlern bei den Bohrlochmessungen. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 167

Schallharte Bereiche

Im Schichtenverzeichnis (Helmkampf 2006) sind im Teufenbereich von 225,8 m bis 227,7 m harte dolomitische Mittelsandsteine verzeichnet. Im nicht orientierten GGA-BHTV-Log sind in einer Teufe von 225,4–227,4 m sehr hohe Widerstände zu verzeichnen. Das Bohrloch ist hier sehr maßhaltig. In den rotbraunen Schluffsteinen, die unter den hellen, harten dolomitischen Mittel- sandsteinen folgen, sind leichte Kalibererweiterungen vorhanden. Die Teufendifferenz zwischen Bohrmeisterteufe und Bohrlochmessung beträgt etwa 0,4 m.

Abb. 10: Vergleich von Bohrkernstruktur mit BHTV-Log und Widerstandsmessung im Teufenbereich von ca. 235–238 m. Der elektrische Widerstand ist als durchgezogene Linie rechts zu erkennen. 168 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Im Schichtenverzeichnis sind im Teufenbereich von 229,4–233,0 m harte dolomitische Fein- sandsteine verzeichnet. Im Log sind entsprechend hohe Widerstände zwischen 229,4 m und 233,6 m vorhanden. Sehr harte, grünlich-weiße Dolomitsandsteine in den Bohrkernen sind im Schichtenverzeichnis zwischen 236,5 m und 237,05 m ausgewiesen. Dem entspricht ein schallharter Bereich mit sehr hohen Widerständen zwischen 236,2 m und 236,7 m im Log. Der schlechten Kernqualität bei 237,05 m entspricht die Struktur bei 236,75 m im Log. Im Schichtenverzeich- nis ist zwischen 237,05 m und 237,15 m ein Aufarbeitungshorizont (intraformat. Konglomerat) vermerkt. Im Log (236,7 m) zeichnet sich diese Struktur durch schwache Ausbrüche und sehr niedrige Widerstände aus.

Bei 241,9–242,0 m ist ein weiterer Aufarbeitungshorizont im Schichtenverzeichnis vorhanden. Im Kernfoto ist zwischen 241,7 m und 241,85 eine sehr helle Schicht zu erkennen. Dieser Schicht entspricht im BHTV-Log ein schallharter (heller) Bereich zwischen 241,3 m und 241,5 m (Teufendifferenz 0,4 m). Im Widerstands-Log ist in diesem Intervall eine ausgesprochene Spitze zwischen 241,3 m und 241,4 m vorhanden. Der Aufarbeitungshorizont macht sich durch sehr un- regelmäßige Bohrlochwandausbrüche und ein Widerstandsminimum bemerkbar.

In einer Kernteufe von 248,9–249,6 m sind im Schichtenverzeichnis hellgrüne, horizontal laminierte Dolomit-Sandsteine beschrieben. Auf den Kernfotografien hebt sich diese Schicht deutlich von der überwiegend roten Schichtenfolge ab. Im BHTV-Log (GGA) ist im Teufenbe- reich zwischen 248,5 m und 249,25 m ein schallharter Bereich vorhanden. Im gleichen Teufen- abschnitt sind die Widerstände wieder deutlich erhöht. In die stärker dolomitischen Abfolgen ist zwischen 250,7 m und 250,8 m ein blaugrüner toniger Feinsandstein eingeschaltet. Im BHTV-Log sind hier unregelmäßige Ausbrüche im Teufenbereich 250,35–250,45 m entwickelt (Abb. 11). Die Teufendifferenz beträgt etwa 0,35–0,4 m.

Im Schichtenverzeichnis ist ein Aufarbeitungshorizont bei 254,8 m dokumentiert. In den Kernfotos ist dieser Horizont zwischen 254,6 m und 254,8 m deutlich zu erkennen. Im BHTV- Log sind in diesem Aufarbeitungshorizont irreguläre Ausbrüche zwischen 254,1 m und 254,3 m vorhanden. Im Kern folgen darunter dunkelrotbraune, stark tonige Feinsandsteine mit Übergän- gen zu Schluffsteinen. Die Dolomitsandsteine zeichnen sich durch hellgrüne und weiße Farben aus. Im Kern ist ein solcher heller Dolomitsandstein bei 255,4–255,6 m ausgebildet. Die Dolomi- tisierung geht hier quer durch die Feinschichtung. Im Log ist dieser Bereich durch helle Farben (schallharter Bereich) und durch hohe Widerstände gekennzeichnet.

In einer Teufe von 278,7 m (GGA-BHTV-Log bzw. 277,7 m GFL-Log, Kernteufe etwa 279,25 m) steigen die elektrischen Widerstände deutlich an. Über ca. 4 m (278,7–274,7 m; GGA- Log) sind die elektrischen Widerstände sehr hoch und liegen in der Regel deutlich über 100 Ωm. Die Basis des Zechsteins ist hier stark dolomitisiert und im Log als sehr schallharter Bereich ausgeprägt. In der Bohrkernbeschreibung entspricht diese schallharte Lage mit hohen elektrischen Widerständen der harten, hellgrünen Dolomit-Sandsteinfolge mit roten tonigen Lagen. Im GFL-BHTV-Log endet der deutlich schichtige Aufbau bei 280,3 m. Darüber ist das Log wesentlich homogener. Im GGA-BHTV-Log entspricht dies einer Teufe von 281,0 m. Die zugehörige Kernteufe liegt bei etwa 281,55 m.

Zwischen der Logteufe von 281,0 m und 278,7 (Kernteufe 281,45–279,15 m) ändern sich deutlich die physikalischen Eigenschaften der Formation. Nach dem geologischen Befund ist etwa in diesem Teufenbereich der Übergang vom Rotliegenden zum Zechstein zu suchen. In den Bohr- lochmessungen ändern sich die physikalischen Parameter, eine Zeitmarke bildet sich hierbei nicht ab. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 169

Abb. 11: Vergleich der Bohrkerne im Bereich um 250 m mit dem dazugehörigen Bohrloch-Log.

Nach der Kernaufnahme liegt die Grenze Zechstein/Rotliegend bei etwa 281 m. Darunter finden sich häufig Fanglomerate, während darüber dolomitische Partien an Einfluss gewinnen. Im GGA-BHTV-Log ist bei 279,8 m eine Zone von 5–10 cm Mächtigkeit vorhanden, in der die Bohrlochwand sehr schlecht reflektiert. Normalerweise ist dies bei einer ausgebrochenen Bohr- lochwand der Fall. Hiermit verbunden ist normalerweise eine Kalibererweiterung. In diesem Teufenbereich ist im Kaliberlog jedoch eine Kaliberverengung zu erkennen. Im Bohrkern ist in 170 Thomas Röckel & Thomas Wonik einer Teufe von 280,35–280,40 m eine deutliche Entfestigung des Bohrkerns zu erkennen. Der Bohrkern scheint hier regelrecht aufzuquellen. Dies spricht für einen hohen Anteil an besonders quellfähigen Tonmineralen. Hierfür kann insbesondere ein Smectit in Frage kommen. Dieser ist für seine Neigung zu Bohrlochinstabilitäten bekannt. In der Kernbeschreibung ist für den Teu- fenbereich von 280,35–280,40 m ein roter, weicher bis brüchiger, knolliger Tonstein beschrieben. Zuunterst lagert ein 1 cm harter, grün-weiß laminierter Feinsandstein, kieselig mit Glimmerlagen und eckigen Trümmern. Diese Lage ist als fraglicher Tuff beschrieben. Auf Grund des Verhaltens

Abb. 12: Übergangsbereich vom Rotliegend zum Zechstein im Kern und BHTV-Log. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 171 des Tonsteins in der Bohrung ist eine vulkanische Lage mit hohem Smectitanteil sehr gut vor- stellbar. Da die Vulkanitlagen in der Regel noch ins Rotliegende gestellt werden, ist die Grenze zum Zechstein eventuell geringfügig höher als 279,8 m (Log) zu suchen. Die Grenze Rotliegend zu Zechstein ist im Log im Teufenintervall von 279,8 m bis 278,7 m zu vermuten. Dies entspricht einer Kernteufe von etwa 280,4 m bis 279,3 m (Abb. 12).

Im Teufenbereich um 438 m sind überwiegend Mittelsandsteine vorhanden. In einer Kern teufe von 438,3–438,7 m sind im Schichtenverzeichnis rote Tonsteine beschrieben, die oben stark sandflaserig sind sowie Trümmer und Sandinjektionen enthalten. Unten enthalten diese kompak- teren Tonsteine Injektionen.

Im GGA-BHTV-Log sind bei 428 m Bohrlochwandausbrüche in den Tonsteinen zu erkennen. Diese Ausbrüche sind hier aber nicht spiegelsymmetrisch. Die Sandinjektionen führen dazu, dass in der Bohrlochwand in der Horizontalebene keine isotropen Festigkeitseigenschaften vorhanden sind. Die Struktur der Sandinjektionen, die im Kern vorhanden sind, lassen sich im Log nicht mehr auflösen.

Der fast horizontalen Kluft im BHTV-Log bei 438,1 m entspricht vermutlich der offene Bruch im Kern bei 438,55 m. Der Teufenversatz beträgt etwa 0,45 m.

6.1. Struktur-Auswertungen

6.1.1. Kluftflächen im Oberflächenbereich

Die Buntsandsteinscholle (Oberfränkischer Buntsandsteinhorst) zeigt nach der geologischen Karte ein Schichtstreichen von etwa 120°. Die Schichten fallen im Bohrgebiet mit etwa 3° nach NE ein. Diese sehr flache Lagerung wird durch die quasi-söhlige Lagerung der meisten tonigen Lagen und Schichtwechsel im Kern bestätigt.

Zwischen den Bohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1 (Freudenberger & Wagner 2006) wurden in Oberflächenaufschlüssen insgesamt 69 Kluftflächen eingemessen. Die Richtungsrose der Klüfte (Abb. 13) zeigt, dass die Oberflächenklüfte ganz überwiegend NE streichen. Zwei Maxima

Abb. 13: Streichrichtung der Klüfte im Bunt- Abb. 14: Einfallrichtung der Kluftflächen im sandstein an der Oberfläche zwischen den Buntsandstein der Bohrung Lindau 1 (Ober- Bohrungen Lindau 1 und Spitzeichen 1. flächenaufschlüsse, 117 Strukturen). 172 Thomas Röckel & Thomas Wonik ergeben sich für die Richtungen NNE-SSW und ENE-WSW, ein weiteres kleineres Maximum für die NE-SW Richtung. Die herzynische Richtung der schollenbegrenzenden Störungszonen (Kulmbacher-, Eichholzer-, Trebgaster-Störung) findet sich auffälligerweise in den Richtungs- rosen nicht wieder. Die bevorzugte NE-SW Richtung entspricht etwa dem Verlauf des Trebgast- Durchbruchs. Eventuell spielt die Hangentlastung bei der Kluftbildung eine größere Rolle.

6.1.2. Kluft- und Schichtflächen im Bohrloch

Die Kriterien zur Unterscheidung von Klüften und Schichtung bei Auswertung des GFL- BHTV-Logs wurden von Lux & Piewak (2002) beschrieben. Sie sind nicht immer eindeutig, Un- sicherheiten dürften sich aber statistisch ausgleichen. Vereinfacht sind fast alle flach einfallenden konkordanten Trennflächen als Schichtung, alle steil (>30°) einfallenden diskordanten Trennflä- chen als Klüftung zu interpretieren. Im Rotliegend sind einige Schichtflächen mit einer Neigung von etwa 30° bis 35° vorhanden. Diese sind eventuell als äolische Bildungen zu interpretieren.

Der Vergleich von BHTV und Kern - zur Erkennung von Strukturen - erbrachte eine größere Klüftigkeit im BHTV. Eventuell sind die Klüfte teilweise sehr dünn und können im Kern nicht erkannt werden.

Buntsandstein (Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1):

In der Bohrung Spitzeichen 1 traten häufig Kern- und Spülungsverluste auf (Freudener ger & Wagner 2006). Diese sprechen für einen stark gestörten Verband mit offenen Wegsam- keiten. Aus diesem Grund musste der Buntsandstein in Spitzeichen 1 bis zu einer Tiefe von etwa 200 m verrohrt werden. In den Bohrkernen wurde eine Reihe von steilstehenden Klüften und stark entfestigten Zonen beobachtet.

Die Bohrung Lindau 1 war bis 100 m verrohrt. In diesem Teil treten in den Bohrkernen einzelne steilstehende Klüfte auf. Darunter wurden im Unteren Buntsandstein nur noch wenige Klüfte registriert. Im BHTV konnten nur einzelne Klüfte bis 70° Neigung ausgehalten werden. Eine Vorzugsrichtung der Klüftung wurde nicht festgestellt.

Bei der insgesamt hohen Häufigkeit und Erkennbarkeit (im BHTV-Log) von Trennflächen im Unteren Buntsandstein (teilweise über 10 Strukturen pro Meter) handelt es sich fast ausschließ-

Abb. 15: Einfallrichtungen der Schichtungen Abb. 16: Einfallrichtung der Schichtflächen im im BHTV-Log im Buntsandstein der unteren Buntsandstein der Bohrung Lindau 1 Bohrung Lindau 1 (211 Strukturen). (BHTV-Log, 88 Strukturen, Einfallwinkel > 10°). Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 173 lich um flach geneigte Schichtflächen. In Abb. 15 ist die Einfallsrichtung von 211 Schichtflächen (>10°) dargestellt. Zwei etwa gleich große Maxima sind nach NW und NE gerichtet.Von diesen 211 Strukturen sind 85 steiler als 20° geneigt (in diesem Fall kann der Einfluss von Bohrlochnei- gung und Lagerung vernachlässigt werden). Die steilen Schichtflächen im Unteren Buntsandstein fallen bevorzugt nach NE ein (Abb. 16).

Zechstein (Forschungsbohrung Lindau 1): Lediglich zwischen 194,3 und 194,5 m sowie bei ca. 265 m wurden in Tonstein fünf Klüfte festgestellt. Die Einfallswinkel lagen zwischen 30° und 60°. Nach den Bohrlochmessungen ergibt sich für die Klüftung keine bevorzugte Ori- entierung.

Im Zechstein wurden im GFL-BHTV-Log 48 Schichtflächen mit einem Einfallwinkel von über 10° gemessen. Die Schichten des Zechsteins sind flacher geneigt als die im Buntsandstein. Im Mit- tel treten Neigungen bis max. 20° auf. Die Nei- Abb. 17: Einfallrichtungen der Schichtungen im gung der Schichten ist hier bevorzugt nach NE Zechstein der Bohrung Lindau 1 gerichtet (Abb. 17). (Neigung > 10°, 48 Strukturen).

Rotliegendes (Forschungsbohrung Lindau 1): Im Rotliegend wurden in den Bohrkernen bei 372,7 m (Teufenversatz ca. 0,6 m), 373,7 m, 374,5 m und 375,7 m Klüfte von 1 mm bis 10 mm Breite beobachtet. Die Einfallswinkel lagen zwischen 20° und 40°. Bei 410,6 m wurde die tiefste Kluft angetroffen, deren Einfallen hier etwa 60° beträgt. Unterhalb dieser Teufe bis zur Endteufe wurden keine Klüfte in den Bohrkernen festgestellt. Die Klüfte im Rotliegenden waren mit Gips mineralisiert.

Die Struktur bei Kernmeter 374,5 m ist nur schwach entwickelt. Im Log (GGA) ist sie in einer Teufe von 374,1 m deutlich zu erkennen (Teufendifferenz ca. 0,4 m). Im GLF-Log ist diese Struk- tur bei 373,63 m ebenfalls deutlich entwickelt. Die Orientierungsdaten zeigen, dass die Kluft mit 36° in Richtung NE einfällt.

Im Kern ist bei 375,7 m eine mit Gips gefüllte Kluft, die etwa 1 cm mächtig ist und flach ein fällt, vorhanden. Diese verheilte Struktur kann im BHTV-Log nicht erkannt werden.

Zwischen 371 m und 374,1 m sind im GFL-BHTV-Log drei deutliche Strukturen zu erkennen. Diese fallen alle flach nach NE ein. Unter der Bedingung, dass dieser Teufenabschnitt durch eine Überschiebungstektonik charakterisiert wird (SH>Sh>SV), sollten aktive Auf- oder Über- schiebungen etwa NE-SW streichen und mit etwa 30° entweder nach SE oder NW einfallen. Die Orientierung der flachen Strukturen entspricht flachen Überschiebungen an der Autobahn A 9 bei Himmelkron, wie sie von Helmkampf (1998) beschrieben wurden. Hier ist der Randamphibolit auf Lehrbergschichten überschoben. Der Einfallwinkel der Überschiebung liegt bei 30°. Weitere Kompressionsstrukturen (Sattel- und Muldenstrukturen) beschreibt er vom Autobahndreieck Bayreuth/Kulmbach. Die Schichten streichen hier 120° und fallen mit etwa 10°-15° nach NE ein.

Diese Strukturen stimmen mit weiteren eigenen Beobachtungen von Überschiebungen an der Fränkischen Linie bei Goldkronach, an der A9 bei Bayreuth und bei Altenparkstein über- 174 Thomas Röckel & Thomas Wonik ein. Auch aus dem Amberger-Erzrevier sind zahlreiche flache Überschiebungen bekannt. Die- se Strukturen und die Gipsmineralisation sind sehr wahrscheinlich der oberkretazischen Inver sionstektonik zuzuordnen.

Im Teufenbereich von 200 m bis 420 m liegen aus der Bohrung Lindau 1 keine Messungen vor, aus denen Spannungsbeträge abgeleitet werden könnten. Die Werte, die ca. 50 m tiefer im Rotliegend gemessen wurden, zeigen aber, dass die Vertikalspannung niedriger als die minimale Hori zontalspannung liegt. Dies belegt, dass die flach nach NE einfallenden Klüfte zu ungünstig orientiert sind, um diese rezent tektonisch zu aktivieren.

Die Einfallswinkel der Schichtflächen im Rotlie- genden sind im Allgemeinen sehr gering und liegen in der Regel unter 10°. Dies ist ein wichtiger Hinweis darauf, dass der Gesamtverband nach Ablagerung des Rotliegenden nicht mehr stark verkippt wurde. Im Oberrotliegenden wurden 51 Schichtflächen im BHTV festgestellt die steiler als 10° sind.

Im Oberrotliegenden fallen die Schichtflächen Abb.18: Einfallrichtungen der Schichtung bevorzugt nach NE ein, wobei ein Maximum auf 25° im Oberrotliegend der Bohrung Lindau und ein weiteres in Richtung 50° fällt (Abb. 18). (Neigung > 10°, 51 Strukturen).

Zur Kontrolle wurden aus dem gleichen Teufenabschnitt die Schichtflächen von 88 Strukturen mit einem Einfallwinkel von 0°–5° dargestellt. Wegen der geringeren Neigung ist die Richtungs rose etwas breiter gefächert, jedoch ergibt sich nahezu die gleiche Verteilung der Einfallsrich tungen (Abb. 19).

Im Rotliegenden unterhalb von 418 m (Sandsteinfolge) wurden 74 Schichtflächen mit einem Einfallwinkel von über 10° gemessen. Die bevorzugte Einfallsrichtung der Schichtflächen ist dagegen nach NW geneigt. Ein kleines Nebenmaximum fällt nach ESE ein (Abb. 20).

Abb.19: Einfallrichtungen der Schichtung im Abb.20: Einfallrichtungen der Schichtung im Oberrotliegenden der Bohrung Lindau 1 Rotliegenden der Bohrung Lindau 1 unterhalb (Neigung < 10°, 88 Strukturen). 418 m (Neigung > 10°, 74 Strukturen). Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 175

Die Variation der Schichtneigungen in Abhängigkeit von den stratigraphischen Einheiten ist in Tabelle 3 zusammenfasst. Tabelle 3: Schichteinfallen, abgeleitet aus BHTV-Messungen

Stratigraphie 1. Neigungsmaximum 2. Neigungsmaximum Unterer Buntsandstein NE NW Zechstein NE Oberrotliegendes (280 – 418 m) NE NW Sandsteinfolge des Rotliegenden NW ENE (418 – 530 m)

Die Lagerungsverhältnisse können paläogeographisch ausgewertet werden. Der abrupte Wechsel in der Rotliegend-Fazies bei 418 m korreliert mit einem Wechsel in der Transportrich- tung.

6.2. Interpretation der Strukturdaten

Die Strukturdaten für die durchteuften Einheiten sollen für die einzelnen Einheiten inter pretiert werden. 6.2.1. Rotliegend

In Abb. 21 sind für den Teufenbereich von 280 bis 530 m die Einfallwinkel der Schichtflächen, die steiler als 10° einfallen, gegen die Einfallrichtungen im Rotliegenden dargestellt. Bei den flachen Strukturen (bis ca. 15° Einfallen) dominiert keine bestimmte Einfallrichtung. Bei den steileren Strukturen ist eine bimodale Verteilung vorhanden. Ein Teil fällt bevorzugt nach NE bis E ein, das zweite und ausgeprägtere Maximum fällt nach NW ein.

Abb. 21: Darstellung der Einfallrichtungen gegen den Einfallwinkel der Schichtflächen im Rotliegenden der Bohrung Lindau 1 (Intervall 280 m und 530 m). 176 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Dies zeigt sich auch deutlich im Histogramm der Einfallrichtungen für das gesamte vermes- sene Rotliegendprofil (Abb. 22).

Abb. 22: Histogramm der Ein- fallrichtungen der Schichtung im Rotliegenden der Bohrung Lindau 1 (Intervall 280 –530 m).

Abb. 23: Darstellung der Einfallrichtung gegen die Teufe der Schichtflächen im Rotliegenden der Bohrung Lindau 1. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 177

Aus den Abbildungen 18, 20 und 23 ergibt sich, dass in den Sandsteinfolgen des Rotliegenden zwischen 418 m und 530 m die Einfallrichtung der Schichten bevorzugt nach NW gerichtet ist. Strukturen mit NE-Einfallen sind über das gesamte Rotliegendprofil relativ weit verbreitet.

Besonders hohe Schichtneigungen sind in den Rotliegendfolgen unterhalb von 418 m entwickelt. Hier kommen Schichtneigungen (nach GFL-BHTV-Log) von über 30° vor. Einfallwinkel von über 25° sind relativ häufig (Abb. 24). Im Oberrotliegend (280–418 m) sind Einfallwinkel von über 25° so gut wie nicht vorhanden. Sehr steile Schichten in gleichkörnigen Sandsteinen können als äolische Bildungen gedeutet werden. Die steilen Lee-Blätter von Dünen fallen bevorzugt nach Nordwesten ein. Im Bereich der Bohrung Lindau 1 ergibt sich aus der Auswertung eine bevorzugte SE-NW Transportrichtung des Windes zur Zeit der Sedimentation. Die Bereiche mit hohen Schichtneigungen befinden sich insbesondere bei etwa 440‑470 m und um 525 m. Hier dürfte der äolische Anteil der Gesteine besonders hoch sein.

Abb. 24: Einfallwinkel der Schicht flächen im gesamten Rotliegend abschnitt der Bohrung Lindau 1. 178 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Paläowindrichtung im Nordostdeutschen Becken Die Genese der Grabenstrukturen im Nordostdeutschen Becken wird mit beckenweiten Blattverschiebungen (Wrenchtektonik) an NW-SE streichenden Störungen ab dem Oberkarbon in Verbindung gebracht. Der genaue Zeitpunkt der tektonischen Ereignisse im Nordostdeutschen Becken ist nicht bekannt. Tholeiitische bis alkalische Basalte deuten auf tektonische Aktivitäten an der Basis der Parchim Formation (ca. 266 Ma) hin (Rieke 2001).

Die Akkumulation von äolischen Ablagerungen am Südrand des Nordostdeutschen Beckens erfolgte während der Parchim Zeit durch konstant vorherrschende Paläowindrichtungen aus NE. Während der Mirow-Zeit (ca. 264-262 Ma) ist die äolische Sedimentation auf kleine Areale an der Ostflanke des Altmark-Hochs im Süden des Nordostdeutschen Beckens beschränkt. Während der Dethlingen-Zeit sind im Nordostdeutschen Becken dünnbankige äolische Sedimente und nur selten Dünenformationen anzutreffen.

Während der Hannover-Formation (256-258 Ma) wurden entlang des Beckensüdrandes äo- lische Abfolgen vom weiterhin aus NE kommenden Paläowind abgelagert (Rieke 2001). Dünen größeren Ausmaßes konnten sich nicht mehr bilden. Insgesamt ergibt sich für das Oberrotlie gende im Norddeutschen Becken, dass verbreitet Dünen durch NE-SW gerichtete Winde akkumuliert wurden.

Paläowindrichtung im Saar-Nahe-Becken In der Meisenheim-Formation der Glan Gruppe des Saar-Nahe-Beckens ergibt sich für den Pappelsberg-Tuff ein Alter von 297,0+3,2 Ma, er ist somit an die Grenze Karbon/Perm zu stellen. Die Eruptionszentren lagen nach Königer (2000) sehr wahrscheinlich südlich des Saar-Nahe- Beckens im Schwarzwald oder den Vogesen. Bei Berücksichtigung des Saar-Nahe-Beckens, bei etwa 10° nördlicher Breite, korreliert nach Königer (2000) eine Windvertriftung der Aschewolken nach Norden gut mit den globalen atmosphärischen Zirkulationsmustern. Nach Parrish (1982) ergibt sich für das Oberkarbon eine überwiegende Paläowindrichtung aus Süden.

Die Paläowindrichtungen, die aus den BHTV-Strukturen abgeleitet wurden, weichen sowohl von der S-N-Richtung des Saar-Nahebeckens an der Grenze Karbon/Perm ab, wie auch von der angenommenen NE-SW-Richtung im Oberrotliegenden des Nordostdeutschen Beckens. Ob dies an der speziellen paläogeographischen Situation der Bohrung Lindau 1 liegt, an der nicht exakt fassbaren Zeit der Rotliegendabfolge oder an anderen Gründen, kann hier nicht entschieden werden.

6.2.2. Oberrotliegend

Im Oberrotliegenden (280 – 418 m) fallen die Schichtflächen flacher ein und die Einfallrich- tung ist nun bevorzugt nach NE gerichtet (Abb. 19 und 24). Ein Nebenmaximum ergibt sich noch für das Schichteinfallen nach NNW.

Die Transportrichtung war hier bevorzugt von SW nach NE. Auf Grund der deutlich niedrigeren Einfallwinkel ergibt sich aus den BHTV-Daten kein sicherer Hinweis auf äolische Bildungen. Der Transport dürfte hier bevorzugt fluviatil erfolgt sein (Schuttfächer, Wechsel von Debris-flow und Mud-flow, Bodenbildung (Helmkampf 2006)). Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 179

6.2.3. Zechstein

Im Zechstein ist die Einfallrichtung sehr einheitlich nach NE gerichtet (Abb. 17). Die Rich- tung streut hier deutlich weniger als im Oberrotliegend.

Die Transportrichtung der steileren Strukturen (>10°) erfolgte auch hier, wie im Oberrotlie- gend. bevorzugt von SW nach NE. Ein großer Teil der Schichten wurde unter sebkha/lakustrin/ palustrinen Bedingungen abgelagert (Helmkampf 2006). Hier sind kaum steilere Schichtflächen zu erwarten. Die steilen Strukturen deuten auf äolische Anteile oder ein noch deutlich vorhan- denes Relief hin.

6.2.4. Unterer Buntsandstein

Im unteren Buntsandstein fallen die steilen Strukturen mit über 10° Neigung bevorzugt nach NE ein. Bei Berücksichtigung der flacheren Strukturen ergeben sich zwei ähnlich stark ausgebil- dete Maxima. Der fluviatile Transport erfolgte bevorzugt nach NE bzw. nach NW.

Insgesamt ergibt sich, dass in den tieferen Anteilen des Rotliegenden (418–530 m) der (äoli- sche) Transport bevorzugt von SW nach NE erfolgte. Ab dem Rotliegenden (418–280 m) erfolgte der Transport bevorzugt nach NE. Im Unteren Buntsandstein nimmt der Einfluss eines nach NW gerichteten Transports wieder zu.

7. Paläogeographie

Am Ende der variskischen Orogenese kam es in Mitteleuropa zu starken Blattverschiebun- gen. Hierbei entwickelten sich besonders herzynisch streichende Blattverschiebungssysteme. Eine der herausragenden Strukturen ist die Fränkische Linie.

Entlang der Fränkischen Linie entwickelten sich in Bayern eine ganze Reihe von Rotliegend- becken (Abb. 25). Hierzu gehören die Rotliegendbecken von Donaustauf, Schmidgaden und der Naabtrog (mit Weidener Becken, Erbendorf, Weidenberg, Lindau). Das Stockheimer Becken befindet sich sowohl auf bayerischem wie auch thüringischem Gebiet, hier schließt der Thüringer Wald an. Dieser stellt ein großes Rotliegendvorkommen dar, das an der Fränkischen Linie heraus- gehoben wurde. Nach Norden folgen noch das Illfelder Becken und der Kyffhäuser. Zur Becken- entwicklung im Thüringer Wald haben Lützner (1974) und Andreas (1988) Stellung bezogen und übereinstimmend die Einordnung in ein rechtslaterales Schersystem hervorgehoben.

Lützner (1974) sieht im Modell der Pull-Apart-Becken eine Möglichkeit zur Erklärung der Entwicklung der Rotliegendbecken im Thüringer Wald. Hierbei spielen die Gotha-Eichsfelder- Störungszone und die Fränkische Linie die Rolle von rechtslateralen „Master Faults“.

An der Fränkischen Linie liegen die Verhältnisse ähnlich. Die Entwicklung von Pull-Apart- Strukturen wurde von Schröder (1988) diskutiert. Die Rotliegendbecken von Donaustauf, Schmidgaden, Weiden, Erbendorf, Weidenberg und des Stockheimer Beckens sind auffällig an die großen Scherzonen des Donaurandbruchs, des Bayerischen Pfahls und der Fränkischen Linie gebunden (Abb. 25). Die Vorkommen von Weiden bis Lindau bilden zusammen den Naabtrog, den Helmkampf et al. (1982) zum ersten Mal postulierten und der später von Schröder (1988) übernommen wurde. 180 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Abb. 25: Rotliegendbecken entlang der Fränkischen Linie, des Bayerischen Pfahls und der Donaustörung. FSS=Frankenberg-Stegenthumbacher Störungszone, FS=Freihungen Störungszone.

Für den Naab-Trog stellen die Fränkische Linie und das System der Kulmbacher-Störung, der Creussen-Kirchenthumbacher bzw. Frankenberg-Stegenthumbacher Störungszone (FSS) die „Master Faults“ dar. Zwischen diesen beiden Störungssystemen sind die Rotliegend-Vorkommen vorhanden. Westlich des Kulmbacher Störungssystems und östlich der Fränkischen Linie enden die Rotliegend-Vorkommen (Freudenberger 1996: Abb. 3.1.1).

Die tektonische Situation zur Zeit des Rotliegenden lässt sich aus den Gangstrukturen östlich von Lindau im Kristallin ableiten. Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen 181

Die Porphyrgänge streichen direkt östlich der Fränkischen Linie etwa 170°. Die Gänge durchschla- gen die jüngsten Granite des Fichtelgebirges und sind somit genetisch jünger als die Granite, die etwa an der Grenze Karbon/Perm aufgedrungen sind. Diese Gän- ge wurden weder in Schichten des Zechsteins noch des Buntsandsteins oder jüngeren Schichten gefunden. Im Thüringer Wald sind zahlreiche vulkanische Gänge vorhanden. Hier sind sie radiometrisch datiert und bevorzugt ins Unterrotliegend zu stellen.

Im Kristallin des Fichtelgebirges und der Ober Abb. 26: Quarz- und Porphyrgänge im pfalz sind zahlreiche Quarzgänge vorhanden. Die Grundgebirge des Fichtelgebirges und der bedeutendste Struktur ist die des Bayerischen Pfahls. Oberpfalz. Die Porphyrgänge sind dunkel Hierbei handelt es sich um eine rechtslaterale Scher- grau und die Quarzgänge sind hellgrau zone, die mehrfach reaktiviert wurde. Radiometrische dargestellt. Altersbestimmungen ergaben für die Scherzonen ein Alter von 247 Ma (Horn et al. 1983).

Aus der Orientierung der Quarzporphyre (Orientierung normal zur minimalen Horizontal- spannung) und der Quarzgänge (parallel zur maximalen Scherspannung) ergibt sich ein relativ einheitlicher Beanspruchungsplan während der Bildung der Rotliegend-Becken.

Im Weidener- und im Stockheimer Becken wurden bereits graue Sedimente (Kohlen und Brandschiefer) und Vulkanite abgelagert. Eine Ablagerung der Sedimente ab dem Oberkarbon ist wahrscheinlich bzw. stellenweise belegt (Weidener Becken). Die Mächtigkeit des Rotliegenden im Weidener-Becken beträgt ca. 2000 m und auch im Bereich Erbendorf sind sehr große Mäch- tigkeiten vorhanden.

Der Naab-Trog bildete sich vermutlich seit dem Ende des Oberkarbons. Dementsprechend kann auch im Bereich Lindau unter der Schichtenfolge des Oberrotliegenden noch eine mächtige Abfolge mit Unterrotliegend-Sedimenten vorhanden sein.

Der Naab-Trog streicht im Bereich Lindau parallel zur Fränkischen Linie sowie parallel zur Kulmbacher Störung. Die Bohrung Lindau 1 steht hier nahe des westlichen Astes der „Master Faults“ östlich der Kulmbacher Störung.

Während des Rotliegenden wurden im Norddeutschen Becken große Mengen an Gesteinen abgelagert. Während des Unterrotliegenden kam es zu starkem Magmatismus mit etwa 2000 m mächtigen vulkanischen Abfolgen. Nach dem Unterrotliegend erfolgte im Zentrum des Nord- ostdeutschen Beckens die Ablagerung von 2500 m mächtigen, klastischen und evaporitischen Sedimenten (Kossow 2001). Unabhängig von einzelnen Schwellen ergibt sich eine zunehmende Absenkung des Rotliegenden nach Norden.

Da der Naab-Trog im Süden bei Weiden endet, aber nach Norden noch weit reichen kann, ist eine Transportrichtung parallel zum Naabtrog nach NW, wie es sich beispielsweise aus den BHTV-Messungen für das Rotliegende (418-530 m) und Teile des Unteren Buntsandsteins ergibt, verständlich. Ob die Windrichtung im Rotliegenden durch einen NW-SE orientierten Canyon beeinflusst wurde, kann hier nicht beurteilt werden. 182 Thomas Röckel & Thomas Wonik

Die meisten Strukturen fallen im Oberrotliegenden, im Zechstein und im unteren Buntsand- stein nach NE ein. Geht man davon aus, dass es sich beim Naabtrog um ein Pull-Apart-Becken zwischen der Fränkischen Linie und der Kulmbacher Störung handelt, dann ist eine Einschüttung von klastischen Sedimenten, quer über die Grabenschultern, in das absinkende Becken nach NE leicht zu erklären. In den zentralen Teilen des Beckens ist eine Transportrichtung nach NW mög- lich.

„Über das gesamte Buntsandstein-Profil ist von Liegend nach Hangend eine Abnahme der Durchschnitts-Korngröße bzw. des Energie-Regimes deutlich“ (Helmkampf 2006).

Im Buntsandstein hat sich das während des Rotliegenden gebildete starke Relief im Bereich der Bohrung Lindau 1 vermutlich weitgehend ausgeglichen.

8. Danksagung

Herrn Prof. Lempp danken wir für die Überlassung der Daten der mechanischen Eigenschaf- ten der Gesteine in der Bohrung Lindau 1. Dem GLA und Herrn Piewak danken wir dafür, dass zusätzliche geophysikalische Bohrlochmessungen in der Bohrung Lindau 1 durchgeführt werden konnten. Unseren Kollegen und Freunden Dr. Helmkampf, Dr. Gade und Herrn von Brandis danken wir für interessante Diskussionen und ihre Hilfe bei der Fertigstellung dieser Publikation.

9. Literatur

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Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 185–195, München 2006 185

Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten in der Forschungsbohrung Lindau 1 (Oberfranken)

Von Ulrich Polom und Thomas Wonik

Mit 7 Abbildungen und 3 Farbtafeln

Schlüsselwor te: VSP – seismische Geschwindigkeiten – Scherwellenanregung – elastische Module – Risserzeugung – Gebirgsspannungen Ku rzfassu ng: Bei einem Tiefenreichweitentest für eine seismische Hammerschlag-Scherwellenquelle in der Forschungsbohrung Lindau 1 (Oberfranken) wurde ein ungewöhnlich hoher Störgeräuschpegel beobachtet. Im Vorfeld der VSP-Messungen waren hydraulische Stimulationsexperimente zur Risserzeugung in verschiedenen Niveaus durchgeführt worden. Aus den Geschwindigkeitsanalysen für die aktiv angeregten P- und S-Wellensignale wurden elastische Parameter (dynamische Scher- und Elastizitätsmodule) abgeleitet. Diese liefern Hinweise auf den Konso- lidierungsgrad und die elastischen Eigenschaften des durchörterten Gebirges. Sie bilden einen Schwäche- bereich ab, der mit dem Bereich der oberen Stimulationszone in 134-200 m korreliert. Am Übergang vom Bundsandstein zum Zechstein konnte ein ausgeprägtes Minimum detektiert werden. Untersuchungen zur Charakteristik der Störsignaleinsätze zeigen Auffälligkeiten hinsichtlich der Tiefenintervalle dieser Ereignisse sowie der bevorzugten Raumrichtung ihres Einfallens. Die Ereignisse treten meist außerhalb der stimulierten Tiefenbereiche auf, was gegen einen direkten Zusammenhang mit der Risserzeugung spricht. Die Einfallsrichtung dieser Ereignisse entspricht überwiegend der Richtung der minimalen Hauptspannung. Die Orientierung von stimulierten Rissen ist aber in der Regel parallel zur maxi malen Hauptspannung der Formation orientiert, was einem direkten Zusammenhang mit den Ereignissen widerspricht.

Stress relief after hydraulic stimulation experiments in the research borehole Lindau 1 (Upper Franconia)

Key words: VSP – seismic velocity – elastic modulus – crack generation – stress

Abst ract: During a depth range test of a seismic shear wave generator in the research borehole Lindau 1 (Upper Franconia) an abnormal high noise level was observed. Before the VSP-experiment hydraulic stimulation tests were performed in several depth intervals to generate cracks. Elastic parameters (dynamic shear modulus and Young modulus) were derived from velocity analysis of the activated P- and S-waves. They provide evidences on the grade of consolidation and the elastic properties of the intersected ground. A weak zone is mapped which correlates with the upper stimulation interval in a depth of 134 m to 200 m. A pronounced minimum in the elastic properties can be detected at the change from the Bunter to the Zechstein Subdivision. Analyses of the characteristics of the noise show an unusual behaviour concerning the depth interval of these events and the preferred dip direction: The events occur mostly outside the depth intervals where hydraulic stimulations had been performed. This contradicts a direct link to the crack generation. The dip direction of the events fits the axe of the minimal principal stress. Normally, the orientation of stimulated cracks is parallel to the maximum axe of principal stress, which is contrary to the observations.

Anschrift der Verfasser: Dr. Ulrich Polom, Dr. Thomas Wonik, Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA-Institut), Stilleweg 2, 30655 Hannover, E-mail: [email protected] 186 Ulrich Polom & Thomas Wonik

Inhalt 1. Die Forschungsbohrung Lindau 1 ...... 186 2. Messungen ...... 187 3. Ergebnisse ...... 187 4. Spezielle Untersuchungen zu den Störsignalen ...... 191 5. Interpretation der Störsignal-Ergebnisse ...... 194 6. Literatur ...... 195

1. Die Forschungsbohrung Lindau 1

Die Forschungsbohrung Lindau 1 wurde Ende 2001 im Auftrag des Bayerischen Geologi schen Landesamtes (GLA) und mit Sondermitteln der Bayerischen Regierung auf eine Endteufe von 530 m, bei vollständiger Kernung, niedergebracht. Das Ziel war die Erkundung des nur unzu reichend bekannten Deckschichtaufbaus (Buntsandstein sowie die oberen Abfolgen des Perm). Im Anschluss an die Bohrarbeiten wurde die Bohrung von der Bundesanstalt für Geowissen- schaften und Rohstoffe (BGR), Hannover, und der Fa. Mesy GmbH, Bochum, für Förderteste, umfangreiche geophysikalische Messungen und im Zeitraum vom 17.04.2002 bis 19.06.2002 für Stimulationsexperimente (hydraulische Fracs) in den Teufenintervallen von 441-530 m und 134- 171 m benutzt (Rummel et al. 2002).

Am 26.06.2002 wurde die Bohrung aufgrund ihrer großen Tiefe und des ab 100 m Tiefe offenen Bohrlochs vom GGA- Institut, Hannover, für einen seismischen Quellentest mittels einer VSP-Anordnung in downhole-Konfiguration (Quelle an der Oberfläche, Empfänger im Bohrloch) verwendet. Ziel dieses Tests war die Ab- schätzung der Tiefenreichweite einer ein fachen Hammerschlag-Scherwellenquelle mit Kompressionswellenanteil (Abb. 1) sowie eines Verfahrens zur Trennung dieser seismischen Raumwellentypen.

Im Zentrum der Quelle ist ein zwei- seitig (+Y, -Y) sensitiver Triggersensor für den Start der seismischen Registrierappa- ratur integriert. Für die VSP-Messungen in der Bohrung Lindau 1 wurde die Quel- le in SH-Konfiguration (horizontal polarisierte Scherwellen) eingesetzt, wobei die in Abbildung 1 dargestellte X-Achse in Richtung der Bohrung zeigte. Die An regung erfolgte durch eine alternierende Schlagfolge in +Y und –Y-Richtung, wobei die um ca. 15° geneigten Schlagflä- chen zusätzlich zur Horizontalbewegung Abb. 1: Hammerschlag-Scherwellenquelle bei jedem Schlag einen kompressiven („Scherwellenspaten“) des GGA-Instituts. Vertikalanteil (P-Anregung) bewirken. Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten 187

2. Messungen

Zum Zeitpunkt der Messungen waren zunächst keine Informationen über die vorangegange nen Förderteste und Stimulationsexperimente bekannt, lediglich ein Kaliber- und Soniclog lagen vor. Daher wurde der für den Test zu untersuchende Tiefenbereich, aus Gründen möglichst einheitlicher Ankopplungsbedingungen für die Empfängersonde, anhand des Kaliberlogs auf einen Bereich mit geringen Ausbrüchen oberhalb von 350 m Tiefe festgelegt. Das oberste Messniveau wurde durch die bis 100 m Tiefe reichende Stahlverrohrung bestimmt, da in derartigen Verroh- rungen erfahrungsgemäß kein qualitativ zufrieden stellender Empfang von S-Wellen möglich ist. Um diese Erfahrung zu überprüfen, wurde in weiteren Niveaus bis 50 m Tiefe innerhalb der Stahlverrohrung registriert. Zur Vermeidung von Rohrwellen und oberflächlichen Verdichtungs- einflüssen am Bohrplatz wurde die seismische Quelle mit einer Distanz von 16 m zum Bohrloch platziert.

Der Tiefenbereich von 100-350 m wurde in Intervallen von 10 m mit je sechs Anregungen (+3Y, -3Y) pro Niveau bei alternierender Anregungsrichtung vermessen. Diese Anregungs technik wurde gewählt, da bei einer Umkehrung der horizontalen Anregungsrichtung von –Y auf +Y auch eine Umkehrung der S-Wellen-Polarisation erfolgt, die von der Quelle senkrecht dazu in Z-Richtung parasitär abgestrahlte P-Welle aber ihre Polarisation (initiale Kompression in Z-Rich- tung) beibehält. Unter der Voraussetzung weitgehend reproduzierbarer Einzelanregungen lassen sich die beiden Wellentypen anschließend durch Addition und Subtraktion der am Empfänger registrierten Zeitfunktionen trennen.

Als Empfänger wurde eine digitale VSP-Sonde des GGA-Instituts (Hersteller: Antares, Bremen) mit drei kartesisch angeordneten Empfängerkomponenten und integriertem Orientie- rungsmodul verwendet. Mittels der gemessenen Azimutwinkel kann die Orientierung der Hori- zontalkomponenten auf den Azimut der seismischen Quelle eingeregelt werden. Am Bohrloch- mund wurde ein für den Zeitraum der Messungen fest installiertes 3-Komponentengeophon für die Aufzeichnung der Oberflächensignale verwendet. Die Aufzeichnungsdauer wurde nach Tests auf 2 s begrenzt, als zeitliches Abtastintervall wurde 1 ms entsprechend einer theoretischen Maxi malfrequenz von 500 Hz verwendet. Die Vermessung wurde vom untersten zum obersten Niveau durchgeführt; für jedes Niveau wurden ca. 5 Minuten inkl. der Zeit für das Umsetzen und An- koppeln der Sonde benötigt.

Schon während der Messungen wurden ungewöhnliche Störsignalanteile im Noise-Moni toring und in den Datenaufzeichnungen beobachtet, die durch ihre ausgeprägt hochfrequenten Anteile auf eine starke, offensichtlich nichtperiodische Störquelle in naher Umgebung hindeu teten. Allerdings waren in der nahen und weiteren Umgebung der Bohrung bis zu mehreren Kilo- meter Umkreis keine auffälligen Störsignalquellen wie Fabriken oder Baustellen feststellbar.

3. Ergebnisse

Abb. 2 zeigt die aufgezeichneten seismischen Spuren nach einer ersten Aufbereitung zur Wel lenfeldtrennung durch subtraktive und additive Stapelprozesse und anschließender Rotation der Horizontalkomponenten in die Azimutrichtung der seismischen Quelle.

Bei Betrachtung der Wellensignale im verrohrten Abschnitt in 50-100 m Tiefe wird deutlich, dass in diesem Bereich zwar ein seismisches Signal registriert wurde, dies aber nicht für die Auswertung von Geschwindigkeitsfunktionen geeignet ist. Die Einsätze sind hochgradig inkon- 188 Ulrich Polom & Thomas Wonik

Abb. 2: Aufbereitete Rohdaten nach Anwendung der Wellenfeldtrennung und Rotation der Horizontal komponenten bezüglich des Quellenazimuts. R: Radialkomponente, senkrecht zur angeregten Partikelbewegung; T: Transversalkomponente parallel zur angeregten Partikelbewegung. Auffällig ist der ungewöhnlich hohe Anteil an hochfrequentem Störsignal im unverrohrten Bohrungsabschnitt von 100-350 m auf allen Komponenten.

Abb. 3: Aufbereitete Rohdaten aus Abbildung 2 nach Anwendung einer Tiefpassfilterung, mit den Eckfrequenzen 10, 15, 80, 95 Hz, zur Unterdrückung des hochfrequenten Störsignals. Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten 189 sistent zu den Verläufen der Einsätze im unverrohrten Abschnitt, da nicht die Formation, sondern das Stahlrohr als dominierender Wellenleiter fungiert. Dabei werden offensichtlich vorwiegend P-Wellenanteile über das Stahlrohr übertragen, was sich aus den deutlich früheren Einsatzzeiten auf den Horizontalkomponenten ableiten lässt.

Die aus den Laufzeiten der Primäreinsätze von P- und S-Wellen nach Abbildung 3 abgeleiteten Geschwindigkeitsfunktionen sowie das Vp/Vs- und Poisson-Verhältnis sind in Abbildung 4 dargestellt. Zusätzlich zu den Ergebnissen der VSP-Messung wurde das Ergebnis eines am 24.06.2002 vermessenen P-Wellen Sonic-Logs dargestellt.

Abb. 4: Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen für P- und S-Wellen sowie die daraus abgeleiteten Parameter Vp/Vs- und Poisson-Verhältnis. Die ermittelten P-Geschwindigkeiten korrelieren in weiten Bereichen gut mit den Ergebnissen des Sonic-Logs vom 24.06.2002. Links ist die vereinfachte Lithologie nach Bohrungs beschreibung (Helmkampf 2006) dargestellt. Der für verschiedene Stimulationsteste verwendete Bohrungs abschnitt von 134-200 m (Frac-Zone) ist durch geringfügig verringerte seismische Geschwindigkeiten, insbesondere am Übergang vom Bundsandstein (su) zum Zechstein (Z) in 178 m Tiefe, gekennzeichnet.

Im Buntsandstein (su) und im Zechstein (Z) deuten die für diese Tiefe vergleichsweise niedrigen Vp/Vs-Werte um 2 sowie das Poisson-Verhältnis mit Werten von 0,2-0,3 auf einen hohen Konsolidierungsgrad der Formation hin. Lediglich im Bereich des Zechsteins bei ca. 220 m Tiefe steigen die Werte leicht an, was weitgehend auf eine Erhöhung der P-Wellengeschwindigkeit in diesem Tiefenabschnitt zurückzuführen ist und durch die Ergebnisse des Sonic-Logs unterstützt wird. Eine ähnliche Tendenz ist auch für den Bereich des Rotliegenden (ro) festzustellen.

Der für Stimulationsteste verwendete Bohrungsabschnitt von 134-200 m (Frac-Zone) ist durch geringfügig verringerte seismische Geschwindigkeiten, insbesondere am Übergang vom Bund- sandstein (su) zum Zechstein (Z) in 178 m Tiefe, gekennzeichnet. Durch das gewählte Tiefen- intervall von 10 m ist die Tiefenabtastung der VSP-Messung allerdings zu grob, um detaillierte Aussagen zur Änderung der elastischen Parameter aufgrund der Stimulationsteste zu ermög 190 Ulrich Polom & Thomas Wonik lichen. Die besonders stark dolomitisierten Bereiche innerhalb des Zechsteins (Helmkampf 2006) korrelieren mit erhöhten Geschwindigkeitswerten.

Das Sonic-Log zeigt im Stimulationsbereich durchgängig um ca. 300 m/s erhöhte P-Wel- lengeschwindigkeiten im Vergleich zur VSP-Messung, während im übrigen Bereich eine gute Übereinstimmung festzustellen ist. Dabei ist der relative Verlauf der Geschwindigkeitsfunktio- nen in diesem Bereich ähnlich und die Streuung der Werte vergleichsweise gering, so dass Aus- wertefehler bzw. Artefakte als Ursache der Geschwindigkeitsdifferenz nahezu auszuschließen sind. Die laterale Eindringtiefe des Sonic-Log ist allerdings mit ca. 0,25 m deutlich geringer als die des VSP, dessen Signal mehrere Meter in die Formation eindringt. Da die Verringerung der P-Wellengeschwindigkeit auf einen erhöhten Fluidanteil im Porenraum der Formation hindeu- tet, könnte die Ursache für die Geschwindigkeitsdifferenz im Einpressen von Fluiden in tiefere Formationsbereiche durch die Stimulationen liegen. Diese These wird durch die ebenfalls in diesem Bereich zu beobachtende Verringerung der S-Geschwindigkeiten gestützt, die durch eine Dehnung des Matrixgefüges durch erhöhten Porendruck verursacht werden kann. Bedingt durch die während des Bohrvorgangs entstehende Zerrüttungszone im nahen Bohrlochumfeld können die eingepressten Fluide dort vergleichsweise schnell wieder aus dem Porenraum entweichen, wogegen die Migration der Fluide aus tieferen Formationsbereichen in Abhängigkeit von der Permeabilität erheblich länger andauern kann.

Abb. 5: Ableitung des dynamischen Schermoduls (G-Modul) und des dynamischen Elastizitäts- moduls (E-Modul) aus den seismischen Geschwindigkeiten unter Annahme einer konstanten Dichte von 2200 kg/m3 für den gesamten Tiefenbereich. Der für die Stimulationsteste verwendete Tiefenbereich (Frac-Zone) zeichnet sich in den dynamischen elastischen Modulen deutlich ab, wobei ein lokales Minimum am Übergang vom Buntsandstein zum Zechstein auftritt. Die stark dolomitisierten Bereiche innerhalb des Zechsteins treten als lokale Maxima in den Modulen hervor. Die mit Rauten gekennzeichnete zweite E-Modul-Funktion wurde aus festigkeitsmechanischen Untersuchungen an Bohrkernmaterial bestimmt (Roth 2005). Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten 191

Mittels der seismischen Geschwindigkeits-Tiefenfunktionen aus Abbildung 4 kann eine Ab schätzung der dynamischen Scher- und Elastizitätsmodule (G- und E-Modul) unter der Annahme einer konstanten Dichte erfolgen. Der dabei zu erwartende Fehler ist aufgrund der hohen seismischen Geschwindigkeiten, die quadratisch in die Bestimmung der Module eingehen, vernachläs- sigbar klein. In Abbildung 5 sind die seismischen Geschwindigkeiten, das Poisson-Verhältnis und die daraus abgeleiteten elastischen Module (dynamisch, in situ) unter Annahme einer konstanten Dichte von 2200 kg/m3 dargestellt.

Der für die Stimulationsteste verwendete Tiefenbereich (Frac-Zone) zeichnet sich in den dynamischen elastischen Modulen deutlich ab, wobei ein lokales Minimum am Übergang vom Buntsandstein zum Zechstein auftritt. Die als stark dolomitisierte Bereiche innerhalb des Zech steins beschriebenen Zonen treten als lokale Maxima in den Modulen hervor. Die mit Rauten gekennzeichnete zweite E-Modul-Funktion wurde aus festigkeitsmechanischen Untersuchungen an Bohrkernmaterial bestimmt (Roth 2005).

4. Spezielle Untersuchungen zu den Störsignalen

Nachdem bekannt wurde, dass der hohe Noise-Anteil in den Registrierungen möglicherweise in Zusammenhang mit den vorab durchgeführte Stimulationstests stehen könnte, wurde das Datenmaterial noch einmal gezielt unter diesem Aspekt bearbeitet.

Abb. 6: Separierte Noise-Anteile der Rohdaten im Zeitbereich von 0-400 ms zwecks Vergleichbarkeit mit Abbildung 2. Die Pfeile markieren ein Störsignal-Ereignis, das besonders auf den R- und T-Komponenten markant ausgeprägt ist. Auch insgesamt ist der Signalpegel auf diesen Komponenten ausgeprägter als auf der Z-Komponente (Normierung auf das Maximum aller Spuren). Der dargestellte Frequenzbereich umfasst das gesamte Spektrum von 0-500 Hz, die Horizontalkomponenten wurden einheitlich auf 0 Grad Azimut (R-Komponente in Nordrichtung) rotiert. 192 Ulrich Polom & Thomas Wonik

Das verwendete Verfahren der Wellenfeldtrennung wurde durch geeignete Vorzeicheninver sionen bei der Datenaufbereitung derart abgewandelt, dass die vorab separierten Wellenfeldanteile nun weitgehend aus dem Datenmaterial eliminiert wurden, so dass die vorher zur Nutzsignalauf- bereitung eliminierten Noise-Anteile extrahiert werden konnten. Die Effizienz dieser Vorgehens- weise verdeutlicht Abbildung 6, in der die Noise-Anteile der Registrierniveaus von 100-350 m für die einzelnen Komponenten amplitudengetreu dargestellt sind (vergleiche mit Abb. 2).

Allerdings stellen diese Noise-Anteile nur einen Mittelwert über alle vorhandenen Noise- Ereignisse während der sechs Anregungen auf einem Niveau dar, einzelne Events sowie die Raumrichtungen ihres Einfallens auf das Empfängerelement sind auf diese Weise aufgrund der Mittelung nur noch eingeschränkt lokalisierbar. Gezielte Noise-Registrierungen, die eventuell eine räumliche Einordnung der Ereignisse ermöglicht hätten, wurden im Verlauf der Messungen nicht durchgeführt.

Aufgrund der vollständigen Spektralbandbreite wird die Darstellung in Abbildung 6 noch erheblich durch niederfrequente Noise-Anteile unterhalb von 10 Hz sowie Reste seismischen Nutzsignals beeinträchtigt. Zur Hervorhebung der hochfrequenten Störsignalgeräusche, die mit einem Knacken bzw. Knistern der Formation in Verbindung gebracht werden können, wurde auf die Daten ein Filter von 60-500 Hz angewendet (Abb. 7).

Abb. 7: Separierte Noise-Anteile der Rohdaten für den Zeitbereich von 0-400 ms im Frequenzbereich von 60-500 Hz. Die Pfeile markieren nun sichtbare weitere Störsignal-Ereignisse, die wiederum besonders auf den R- und T-Komponenten markant ausgeprägt sind. Auch insgesamt ist der Signalpegel auf diesen Komponenten weiterhin ausgeprägter als auf der Z-Komponente. Zu dem auf der Z-Komponente markierten Ereignis findet sich kein Äquivalent auf der -R und T-Komponente. Die Normierung wurde auf das Maximum aller Spuren bezogen, die Horizontalkomponenten wurden einheitlich auf 0 Grad Azimut (R-Komponente in Nordrichtung) rotiert. Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten 193

Diese Datenaufbereitung zeigt weitere Störsignaleinsätze, wobei diese auf der R- und T-Kom- ponente annähernd zeitgleich auftreten und somit einem Ereignis zugeordnet werden können. Auf der Z-Komponente dagegen lassen sich diese Ereignisse praktisch nicht lokalisieren. Auch umgekehrt lässt sich für das auf der Z-Komponente markierte Ereignis kein Äquivalent auf den Horizontalkomponenten finden. Dieses Verhalten konnte an nahezu allen Störsignaleinsätzen im registrierten Zeitbereich bis 2 s beobachtet werden. Daraus kann geschlossen werden, dass die Er- eignisse auf den H-Komponenten vorwiegend aus horizontaler Richtung auf die Empfängersonde eintreffen, wohingegen die Einsätze auf der Z-Komponente die Sonde vorwiegend aus vertikaler Richtung treffen.

Prinzipiell lässt sich für jeden identifizierbaren Einsatz auf den H-Komponenten, mittels energiemaximierenden Rotationsanalysen oder Hodogramm-Analysen, der Azimut des Einfal- lens im Winkelbereich von -90° bis 90° Grad und somit die Richtung des Ereignisses bezüglich der Nordrichtung bestimmen. Die für die Aufbereitung durchgeführte Mittelung führt dabei aller dings zu größeren Ungenauigkeiten, so dass auf eine derartige Vorgehensweise verzichtet wurde. Nach einigen Tests konnte für die Mehrzahl der Ereignisse ein Azimutbereich von 300°-335° (bzw. 120°-155°) ermittelt werden, der mit dem bei Röckel & Wonik (2006) bestimmten Azimut der maximalen Hauptspannung von 136° bzw. 316° korreliert. Die Rotation der Horizontalkom- ponenten in diesen Azimut sollte daher zu einer vorwiegenden Akkumulation der Ereignisse in der R-Komponente führen, die damit parallel zur Richtung der maximalen Hauptspannung orientiert ist.

Die Farbtafeln 7 bis 9 zeigen die separierten und bezüglich des Azimuts der maximalen Hauptspannung von 136 Grad rotierten Noise-Anteile für den gesamten Registrierzeitraum von 2 s und die zugehörigen Analysen der spektralen Energie (Quadrate des Amplitudenspektrums) für die einzelnen Raumkomponenten.

Die Zeitsektion der auf 136 Grad rotierten R-Komponente in Farbtafel 7 zeigt eine deutliche Akkumulation der Störsignal-Ereignisse im Vergleich zu den T- und Z-Komponenten in den Farbtafeln 8 und 9. Insbesondere innerhalb des Zechsteins (Z) treten eine Reihe energetisch auffallend ausgeprägter Ereignisse mit Vorzugsfrequenzen von 80-90 Hz auf, die nur in dieser Komponente erkennbar sind. Der in allen Komponenten auffallende Streifen beim Niveau 200 m sollte dabei nicht überbewertet werden, da er auf das in Abbildung 6 markierte, vergleichsweise kräftige Ereignis zurückzuführen ist.

Weitere Ereignisse mit Vorzugsfrequenzen zwischen 80 Hz und 100 Hz treten im Bunt sandstein und Rotliegenden auf, wobei diese vorwiegend im Buntsandstein auch auf der T-Kom ponente ausgeprägt auftreten. Ein besonders aktiver Bereich ist beim Niveau 110 m unterhalb der Verrohrung zu beobachten, der Störsignale in allen drei Komponenten mit unterschiedlichen Vorzugsfrequenzen produziert. Der Vergleich der Zeitsektionen der R- und T-Komponente zeigt, dass es sich dabei offensichtlich um unterschiedliche, zu verschiedenen Zeitpunkten einsetzende Ereignisse handelt, die aus unterschiedlichen Raumrichtungen auf den Empfänger eintreffen.

Insgesamt ist auffällig, dass das tiefenabhängige Auftreten der Ereignisse, abgesehen von einem Tiefenbereich bei ca. 150 m, und das starke Ereignis bei 200 m nicht mit der Stimulierungs- zone von 134-200 m korreliert, sondern vorwiegend außerhalb dieses Bereichs auftritt. 194 Ulrich Polom & Thomas Wonik

5. Interpretation der Störsignal-Ereignisse

Da die Störsignal-Ereignisse vorwiegend in den nicht stimulierten Bohrungsbereichen auftreten, ist ein direkter Zusammenhang mit der Risserzeugung durch die hydraulische Stimulation, z. B. durch ein nachhaltiges Schließen oder Verändern der Risse, unwahrscheinlich. Insbeson- dere die Häufung der Ereignisse im Zechsteinintervall unterhalb von 200 m deutet darauf hin, dass das Spannungsregime der gesamten Formation durch die Stimulation nachhaltig verändert wurde. Das in den Abbildungen 4 und 5 dargestellte Sonic-Log der P-Welle, das die Formation in einem Tiefenintervall von 10 cm abgetastet hat, zeigt im Bereich von 200-250 m erhebliche Un- dulationen im Verlauf, die mit Wechsellagerungen von dolomitisierten und nicht dolomitisierten Sandsteinen innerhalb des Zechstein in Verbindung gebracht werden können. Dieser vergleichsweise inhomogene Formationsbereich könnte damit als Puffer für den Spannungsausgleich in der gesamten Formation fungieren.

Die seismologische Interpretation der Ereignisse ist nach derzeitigem Kenntnisstand noch nicht schlüssig. Die Häufung der Ereignisse auf der R-Komponente (Farbtafel 7) kann als Ein- sätze von P-Wellen aus der Azimutrichtung der maximalen Hauptspannung und somit aus der Ausbreitungsrichtung der stimulierten Rissbildung interpretiert werden. Dagegen spricht allerdings, dass innerhalb der Formation entstehende mikroseismische Ereignisse aufgrund ihres Ent- stehungsprozesses erfahrungsgemäß P- und S-Wellen abstrahlen müssen, wobei letztere auch einen deutlich höheren Energieanteil aufweisen sollten. Derartige Einsätze von S-Wellen konnten hier aber auf den anderen Komponenten nicht beobachtet werden. Darüber hinaus ist speziell im Zechsteinintervall von 200-250 m keine explizite Stimulation zur Rissbildung vorgenommen worden.

Ein wahrscheinlicherer Ansatz ist die Deutung dieser Einsätze als weitgehend horizontal polarisierte S-Wellen, die dann allerdings aus der Richtung der minimalen Hauptspannung der Formation auf den Empfänger treffen. Der bei der Entstehung dieser Wellen erzeugte P-Anteil, der dann von der in dieser Richtung orientierten T-Komponente registriert werden müsste, kann so gering sein, dass er im Amplitudenbereich des allgemeinen Rauschpegels liegt und daher nur schwer identifizierbar ist. Die besonders im Zechstein auffallende strenge Polarisation auf die R- Komponente könnte auf eine Kanalisierung dieser Wellen in diesem Formationsbereich hindeuten, die z. B. durch eine Wechselfolge von dolomitisierten und nicht dolomitisierten Sandsteinen bedingt sein kann.

Der ursächliche Zusammenhang für die Entstehung von Störsignalen aus Richtungen der minimalen Hauptspannung der Formation ist allerdings noch offen und bedarf weiterer, detail- lierter Untersuchungen der individuellen Ereignisse zur konkreten Identifizierung der beteiligten Wellentypen.

Für die generelle messtechnische Vorgehensweise bei der Durchführung derartiger VSP- Messungen ergeben sich durch die vorliegenden Resultate neue Aspekte: Das angewendete Stapel verfahren ermöglicht neben der ursprünglichen Intention zur Signalverstärkung des aktiv angeregten seismischen Nutzsignals bei entsprechender Abwandlung der Vorgehenswiese auch eine explizite Extrahierung von mitregistrierten passiven Störgeräuschen. Ein derartiges Verfahren ist nach derzeitigem Kenntnisstand bislang nicht publiziert worden. Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten 195

Die Mikroseismizität kann für weitere Aussagen zum allgemeinen Spannungsregime und für die Lokalisierung von Anomaliebereichen in einer Bohrung herangezogen werden. Ein Nachteil entsteht durch den Stapelprozess der zu unterschiedlichen Zeiten aufgezeichneter Registrierun- gen, der zu einer zeitlichen Vermischung der Ereignisse führt. Dieser Nachteil kann durch ein zusätzliches Aufzeichnen von Noise-Registrierungen ohne aktive seismische Anregung im Ver- lauf einer VSP-Messung teilweise ausgeglichen werden.

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Röckel, t. & Wonik, t. (2006): Strukturauswertungen von Bohrlochmessungen der Forschungsbohrung Lindau 1 (Bayreuth). – Geologica Bavarica, 109: 151–183, München.

Roth, J. (2005): Zusammenfassung und Auswertung von Messdaten der Forschungsbohrung Lindau/Ober franken -Schwerpunkt einaxiale Druckversuche. – BSc-Projektarbeit 07/05, 57 S. Martin-Luther- Universität Halle-Wittenberg.

Rummel, F., Klee, G. & Weber, U. (2002): Stimulationsversuche in der Forschungsbohrung Lindau/Ober franken. – Bericht Nr. 08.02 vom 13.08.00, 30 S. unveröffentlicht.

Manuskript bei der Redaktion eingegangen am 11. 11. 2005 Geologica Bavarica, 109: 197–202, München 2006 197

Nachruf auf Peter Cramer (* 25.11.1910, † 15.9.2003)

Abb. 1: Peter Cramer am Anfang seiner Laufbahn im Bayerischen Geologischen Landesamt, ca. 1950.

Peter Adolf Cramer wurde am 25. November 1910 in Berlin-Friedenau geboren. Er war der Sohn von Rudolf Cramer, Regierungsgeologe und Professor an der Geologischen Landesanstalt Berlin, und dessen Ehefrau Charlotte, geb. Schulze. Die Taufe von Peter Cramer fand am 29. Januar 1911 in der evangelischen Kirche „Zum guten Hirten“ in Berlin-Friedenau statt. Dort besuchte Peter Cramer auch die Volksschule und das Humanistische Gymnasium, wo er im Februar 1930 die Reifeprüfung ablegte.

Es war sehr wahrscheinlich das Beispiel seines Vaters, das Peter Cramer bewog, sich den Naturwissenschaften zuzuwenden und ab 1930 in Berlin Geologie zu studieren. 1932 wechselte Peter Cramer an die Universität Innsbruck, wo damals der hervorragende Tektoniker Professor Bruno Sander (* 23.2.1884, † 5.9.1979) lehrte. Darauf kehrte er wieder nach Berlin zurück, wo insbesondere der berühmte Geologe Hans Stille (* 8.10.1876, † 26.12.1966) großen Einfluss auf Peter Cramer hatte und bleibende Eindrücke bei ihm hinterließ. Sein Studium vermittelte ihm insbesondere einen guten Überblick über die Geologie Deutschlands, Einblicke in den Aufbau der Alpen und in den Vulkanismus Italiens.

Seine Doktorarbeit, die Prof. Stille und Prof. Lotze betreuten, befasste sich mit der Klärung der stratigraphisch-tektonischen Verhältnisse in der Rhön, besonders der südlichen Rhön und von dort nach Osten bis in das Grabfeld, wobei die Geländearbeiten 1935 und 1936 stattfanden. Die Promotion erfolgte im Juni 1937.

Bereits 1936 begann die berufliche Tätigkeit von Peter Cramer bei der Preußischen Geolo- gischen Landesanstalt mit einer Kartierung im Diluvium der Lüneburger Heide. Im Jahr darauf setzte er seine Arbeit im Diluvium Ostpreußens fort. Diese Kartierungen waren mit vielseitigen gutachtlichen Tätigkeiten verbunden. Im Winter 1937 wurde Dr. Cramer Assistent bei Prof. Alfred Bentz am Institut für Erdölforschung, an der Technischen Hochschule Hannover, wo er sich in die 198 Reinhard Streit

Erdölgeologie einarbeitete. Dadurch konnte er während des Krieges als Erdölgeologe in Rumä nien, in der Slowakei und am nördlichen Alpenrand eingesetzt werden.

Im Frühjahr 1938 legte Dr. Cramer die 1. Staatsprüfung an der Preußischen Geologischen Landesanstalt ab, um anschließend in Hannover eine Stelle als Erdölgeologe bei der Preußischen Bergwerks- und Hütten AG anzutreten, die dort eine Zweigstelle für Erdöl- und Bohrverwal- tung unterhielt. Im Jahre 1939 wurde Dr. Cramer als Wissenschaftlicher Angestellter durch Prof. Bentz an das Reichsamt für Bodenforschung gerufen, wo er die Belange dieses Amtes, bei der umfangreichen Bohrtätigkeit auf Erdöl in Nordwestdeutschland, zu vertreten hatte.

Am 15. April 1939 heiratete Dr. Cramer in Hannover Eva Maria Franziska Finger, die ihm 1944 einen Sohn, Till, schenkte und mit der er bis zu seinem Lebensende eine erfüllte Ehe führen konnte.

Zum Herbst 1939 hatte sich Dr. Cramer auf eine erdölgeologische Forschungsreise nach Haiti (Santo Domingo) vorbereitet, bei der ihn seine Ehefrau begleiten sollte. – Der Dampfer stand bereits im Hamburger Hafen zum Auslaufen bereit – doch der plötzliche Kriegsausbruch machte diesen hoffnungsvollen Plan zunichte – die Reise fiel buchstäblich ins Wasser.

Im März 1941 konnte Dr. Cramer noch die 2. Prüfung für den geologischen Staatsdienst ablegen. Im selben Jahr wurde er auch in das Beamtenverhältnis übernommen. Seine Spezial- ausbildung und berufliche Erfahrung ließen ihn für das „Dritte Reich“ als einen unentbehrlichen Wissenschaftler erscheinen, der mit der Suche und Erschließung neuer Erdöllagerstätten betraut wurde. In Rumänien arbeitete Dr. Cramer mit dem Erdölexperten Prof. Krejci-Graf zusammen, der ihn mit den Feinheiten seiner Arbeitsweise vertraut machte.

Vor Ende des Krieges war die Familie von Dr. Cramer total ausgebombt worden, konnte aber zum Glück in Bad Wiessee Unterschlupf finden. In einem viel zu kleinen Zimmer musste sich die Familie zusammendrängen, in das auch noch die Mutter von Frau Cramer, Emilia Finger, geb. Sternecker, aufgenommen worden war. Nach dem Kriegsende bedurfte es größter Anstren- gungen, die Einschränkungen durchzustehen und die Familie mit dem Nötigsten zu versorgen. Für Dr. Cramer und für seine Familie war es ein Glücksfall, dass er bereits am 1. Dezember 1945 wieder beim Amt für Bodenforschung in Hannover eingestellt wurde, wo er bis zum 15. Januar 1947 arbeitete.

Nach dem Kriege musste die Mammutbehörde des in Berlin zentralisierten Geologischen Dienstes, das Reichsamt für Bodenforschung, wieder aufgegeben werden. Die einzelnen Länder unternahmen Anstrengungen, ihre ehemalige Selbständigkeit auf dem geologischen Sektor zu- rück zu gewinnen. In Bayern wurde zunächst die Geologische Landesuntersuchung, unter der Schirmherrschaft des Bayerischen Oberbergamts, wieder eingerichtet. Ihr Leiter, Dr. Heinrich- Paul Arndt (* 26.10.1887, † 2.12.1969), verfolgte schon bald das Ziel, ein selbständiges Geologi- sches Landesamt aufzubauen.

Da Dr. Cramer bestrebt war, seinen Wohnsitz in Bad Wiessee beizubehalten und in Bayern zu arbeiten, nahm er schon bald Kontakt mit Dr. Arndt auf. Es kam zu vielen persönlichen Ge- sprächen zwischen den Beiden und einer beträchtlichen Anzahl von Briefen, in denen Dr. Cramer immer wieder seinen Wunsch mitteilte, bei der Geologischen Landesuntersuchung eine Anstel- lung als Geologe zu erhalten. Erst nach vielen Bemühungen gelang es ihm, am 16. Januar 1947, eingestellt zu werden, doch diese Anstellung war nur von kurzer Dauer. Nachruf auf Peter Cramer 199

Es folgte für Dr. Cramer eine schwere Zeit, in der er Mühe hatte, seine Familie zu ernähren. Mit gelegentlichen geologischen Gutachten versuchte er, die Not zu überbrücken. Dabei hatte Dr. Cramer durchaus bewiesen, dass er durch seine berufliche Erfahrung und seine Leistungen befähigt sei, ein tüchtiger Mitarbeiter des Bayerischen Geologischen Landesamtes zu werden.

Als das Bayerische Geologische Landesamt endlich am 1. Dezember 1948 als selbständige Behörde gegründet wurde, die damals dem Bayerischen Wirtschaftsministerium unterstand, verbesserten sich die Aussichten für Dr. Cramer. Schon zwei Wochen später hatte er es durch seine unermüdlichen Vorsprachen und Anträge erreicht, dass er wieder eingestellt werden konnte. Diesmal sollte es jedoch eine Anstellung auf Dauer werden. Eine große Hilfe war ihm dabei Dr. Arndt, der dem Bewerber sein Vertrauen schenkte, ebenso der Personalrat des Amtes, der sich einstimmig für seine Aufnahme aussprach. Dabei spielte mit Sicherheit eine Beurteilung von Prof. Alfred Bentz eine entscheidende Rolle. Darin hob dieser die gute wissenschaftliche Ausbildung von Dr. Peter Cramer auf breiter Basis hervor, die es ihm ermöglichen würde, seine wissenschaftlichen Kenntnisse den Erfordernissen der Praxis nutzbar zu machen. Außerdem sei Dr. Cramer ein sympathischer Mensch mit gewandtem und liebenswürdigem Auftreten. Bei Ver- handlungen habe er sich sehr geschickt und zielbewusst erwiesen. – In dieser Beurteilung war nichts übertrieben und Dr. Cramer hat die Erwartungen, die in ihn gesetzt wurden, bis zu seinem Ausscheiden voll und ganz erfüllt.

Mit seiner Anstellung im neu geschaffenen Bayerischen Geologischen Landesamt ging für Dr. Cramer (Abb. 1) ein sehnlicher Wunsch in Erfüllung. Mit großem Eifer erledigte er nun die ihm übertragenen Arbeiten und er gehörte bald zu den Mitarbeitern des Amtes, denen die geologische Landesaufnahme Bayerns und die Herausgabe vorbildlich gedruckter geologischer Karten eine Herzensangelegenheit war. Damit gehört Dr. Cramer zum Geologenstab, der das Bayerische Geologische Landesamt mit aufgebaut hat und eine bedeutende Landesbehörde schuf, die bald über die Grenzen von Bayern hinaus als wegweisende geologische Forschungsstätte angesehen wurde.

Zu den vielfältigen Aufgaben, die Dr. Cramer gestellt wurden, gehörte die geologische Kar- tierung Nordwestbayerns, wo er bereits anlässlich seiner Doktorarbeit, östlich der Rhön, wichtige Erkenntnisse gesammelt hatte. – Später arbeitete er in der Regensburger Gegend. Seine geologischen Karten sind für viele Zwecke eine wichtige Grundlage von bleibendem Wert.

Ein weiteres Arbeitsfeld von Dr. Cramer war die Organisation und Redaktion der wissenschaftlichen Veröffentlichungen des Bayerischen Geologischen Landesamtes. Die Vielzahl von Publikationen, die er redaktionell mit großem Einsatz bearbeitet hat, lassen die Erinnerung an ihn und seinen Namen fortleben. Auch als Personalratsvorsitzender hat sich Dr. Cramer den Belangen seiner Kollegen und Mitarbeiter gewidmet und deren Vertrauen besessen.

Schließlich konnte Dr. Cramer bis zum Leiter einer Abteilung des Amtes aufsteigen, in der es besonders um die wissenschaftlichen Grundlagen ging, die als Werkzeuge für die praktische An- wendung zu entwickeln und einzusetzen waren. Sein umfangreiches Fachwissen erlaubte es ihm, Forschungsergebnisse anderen verfügbar zu machen. Am 1. September 1970 wurde Dr. Cramer unter Präsident Dr. Vidal zum Regierungsdirektor ernannt.

Am Ende des Jahres 1972 hatte Dr. Cramer, als Leiter der Abteilung „Geowissenschaftliche Grundlagen, Publikationen“, sechs Referate mit 28 unterstellten Dienstkräften zu beaufsichtigen und leitete damit die personell stärkste Abteilung des Amtes. Auch im privaten Bereich eroberte 200 Reinhard Streit

Abb. 2: Dr. Peter Cramer mit Ehefreau, Eva Maria Cramer (geb. Finger), beim Waldfest im Schmetterlingsgarten vor dem Bräustüberl in Tegernsee, Sommer 2002. sich Dr. Cramer das Vertrauen seiner Mitmenschen, indem er soziale Verantwortung in Vereini- gungen übernahm.

Im fortgeschrittenen Alter drängte es Dr. Cramer, den Bewohnern des Tegernseer Tales und seinen Besuchern das Glücksgefühl zu vermitteln, das er selbst empfand, wenn er es durchwan- derte und sich in die Geschichte der Ortschaften vertiefte. Unterstützt von seiner Frau (Abb. 2), die ihm im Leben stets eine treue Begleiterin war, schrieb er beispielsweise ein Buch über sein Tal, das er im Titel als „Ein glückhaftes Tal“ bezeichnete.

Ende November des Jahres 1975 konnte Dr. Cramer in den Ruhestand treten, der es ihm er- möglichte, verstärkt seinen geistigen und kulturellen Interessen nachzugehen.

Als Dr. Cramer, am 15. September 2003, die Augen für immer schloss, ging für ihn ein langes und erfülltes Leben zu Ende. Seine Angehörigen und seine vielen Freunde und Bekannten nahmen am 26. September, in Trauer aber auch in Dankbarkeit, Abschied von einem liebenswerten Menschen, zunächst bei einem Trauergottesdienst in der evangelischen Kirche und anschließend auf dem Friedhof von Bad Wiessee. Bei der Trauerfeier ging der Pfarrer auf das bewegte und erfüllte Leben des Verstorbenen ein. Die musikalische Umrahmung der Feier mit alpenländischer Musik schuf eine feierliche und gelöste Stimmung. Ein Höhepunkt war die Erstaufführung eines „Ave Maria“, komponiert von Prof. Karl Gertis aus Stuttgart, vorgetragen von einer begnadeten Sängerin.

An der Aussegnungshalle würdigte der Präsident des Bayerischen Geologischen Landesam- tes, Prof. Dr. Hubert Schmid, die Verdienste des Verstorbenen, die er sich beim Aufbau der Fach- behörde erworben hat. Darauf legte der Präsident einen Kranz am Grabe von Peter Cramer nieder. Von dort hat man einen Blick auf den lieblichen Tegernsee und die Berge im Hintergrund, die für Peter Cramer ein Teil seiner geliebten zweiten Heimat waren.

Reinhard Streit (†) Nachruf auf Peter Cramer 201

Veröffentlichungen von Peter Cramer

1938 Cramer, P.: Die Störungszonen im Osten der Rhön. – Jahrbuch der Preußischen Geologischen Landes anstalt zu Berlin für das Jahr 1937, Band 58: 746-777, Taf. 59-60, Berlin (Preußische Geologische Landesanstalt). 1954 Cramer, P.: Das Perm in Nordwestbayern. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000: 24-29, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: Der Buntsandstein. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000: 36-42, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: Der Muschelkalk. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000: 42-48, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: Tertiärvorkommen in Nordwestbayern außerhalb der Rhön. – In: Erläuterungen zur Geo- logischen Karte von Bayern 1 : 500 000: 105-107, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: Tektonik. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000: 121-126, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1959 Cramer, P.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, 6838 Regenstauf, München (Bayerisches Geo logisches Landesamt). 1961 Bauberger, W. & Cramer, P.: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6838 Regenstauf. – 220 S., 2 Taf., München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1963 Cramer, P.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, 6227 Iphofen; München (Bayerisches Geologi- sches Landesamt). 1964 Cramer, P.: I. Perm. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000, 2. Auflage: 55-69, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: a. Buntsandstein. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000, 2. Auflage: 69-81, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: V. Tektonik. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000, 2. Auf- lage: 162-177, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: 1. Tertiäre Sedimente östlich von Rhön und Spessart. – In: Erläuterungen zur Geolo- gischen Karte von Bayern 1 : 500 000, 2. Auflage: 214-215, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: 2. Tertiäre Sedimente in der Rhön. – In: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 500 000, 2. Auflage: 215-220, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: 2. Tertiärer Vulkanismus östlich von Rhön und Spessart. – In: Erläuterungen zur Geo- logischen Karte von Bayern 1 : 500 000, 2. Auflage: 223-224, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P.: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6227 Iphofen. – 132 S., München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1965 Cramer, P.: Zur Geologie der Gegend von Bad Windsheim/Mfr. unter besonderer Berücksichtigung neuer Tiefenaufschlüsse. – Geologica Bavarica, 55: 105-129, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1966 Bauberger, W., Cramer, P. & Tillmann, H.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, 6938 Regens- burg, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 202 Reinhard Streit

1969 Bauberger, W., Cramer, P. & Tillmann, H.: Erläuterungen zur Geologischen Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6938 Regensburg. – 414 S., München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1974 Cramer, P. A.: Ein glückhaftes Tal. – Aus der Geschichte des Tegernseer Tales. – 128 S., Bad Wiessee (Selbstverlag). 1975 Cramer, P. A.: Ein glückhaftes Tal. – Aus der Geschichte des Tegernseer Tales. – 2. Auflage: 169 S., Bad Wiessee (Selbstverlag). 1978 Cramer, P & Weinelt, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, 5922 Frammersbach, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Cramer, P. & Weinelt, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 5922 Frammersbach. – 137 S., München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1982 Schwarzmeier, J.; Cramer, P.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, 5927 Schweinfurt, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1991 Cramer, P. A.: Geschichte des Tegernseer Tales. – 245 S., Bad Wiessee (Selbstverlag). Cramer, P. A.: Das westliche Tegernseer Tal – Erinnerungen. – 93 S., Bad Wiessee (Selbstverlag). Geologica Bavarica, 109: 203–216, München 2006 203

Nachruf auf Reinhard Streit (* 13.08.1935, † 30.09.2005)

Abb. 1: Dr. Reinhard Streit etwa zur Zeit seiner Ernennung zum Regierungsrat (1973).

Reinhard Heribert Streit erblickte am 13. August 1935 im Ortsteil Niederdorf (Haus Nr. 156) von Röwersdorf (heute Třemešná), Kreis Jägerndorf (heute Krnov), Ostsudetenland (heute Tsche- chische Republik), das Licht der Welt. Er war der zweite Sohn aus der 1933 geschlossenen katho- lischen Ehe des Schlossers Johann Streit (* 14. Mai 1908 in Wien, † 29. April 1983 in München) mit Emilie Neiber (* 1. Januar 1903 in Komeise, † 26. April 1977 in Erlangen) [3].

In der malerischen Mittelgebirgsgegend in Mähren verbrachte er, zusammen mit seinem äl- teren Bruder Friedemann (* 1. März 1934 in Jägerndorf), die ersten 11 Jahre seiner Kindheit. Zwischen 1941 und Oktober 1944 besuchte Reinhard die Volksschule seines Geburtsorts [1].

Die letzten Kriegstage erlebte der Neunjährige in Röwersdorf, das vom 20. März bis 6. Mai 1945 nur wenige Kilometer hinter der zusammenbrechenden Front lag. Der am 7. Mai 1945 folgende Einmarsch der russischen Truppen, die Enteignung des Besitzes seiner Familie durch die Tschechen und schließlich die Vertreibung aus Röwersdorf am 23. August 1946 hinterließen tiefe Narben in seiner Seele. Nach einwöchiger Internierung im Burgberg-Lager in Jägerndorf wurde die Familie, zusammen mit anderen Sudetendeutschen am 1. September 1946 in Viehwaggons verladen und abtransportiert. Am 3. September 1946 erreichte dieser Eisenbahntransport Furth im Wald und am folgenden Tag Bamberg. Von dort wurden die Zwangsdeportierten in den Raum Fürth, Zirndorf und Neustadt an der Aisch weitergeleitet (Schneider 1990: 275).

Am 9. September 1946 kam Reinhard mit seinen Eltern, seinem Bruder „Friedl“ und seiner Großmutter, Anna Streit, nach Fürth in Bayern und lebte zunächst in einem Bunker an der Ronwaldstraße. Anfang März 1947 erhielt die Familie eine andere Notunterkunft, das ehemalige Dynamitlager bzw. Reichsarbeitsdienstlager an der Kronacher Straße. Erst im Frühjahr 1954 be- zog man eine angemessene Wohnung in der Schulze-Delitz-Straße [3]. 204 Thomas Sperling

In Fürth besuchte Reinhard 1947 und 1948 die Volksschule und ab dem 1. September 1948 die Oberrealschule (heute Hardenberg-Gymnasium Fürth), die er nach neun Jahren, am 18. Juli 1957, mit der Reifeprüfung absolvierte [1].

Am 1. November 1957 begann Reinhard Streit an der Universität Erlangen das Studium der Geologie und legte dort am 25. Februar 1960 sein Vordiplom ab [1]. Darauf studierte er ab dem 13. Mai 1960 zwei Semester in Zürich, wo er an der Universität und der Eidgenössischen-Techni- schen-Hochschule Vorlesungen und Praktika belegte [1].

Am 1. April 1961 setzte Reinhard Streit an der Universität Erlangen-Nürnberg seine Ausbil- dung fort und schloss am 10. Juli 1963 sein Geologiestudium mit der Diplom-Prüfung und dem Gesamturteil „gut“ ab. Am 5. Dezember 1963 wurde Reinhard Streit, auf Grund seiner guten Ab- handlung „Faziesverhältnisse und Lagerung des Weißen Jura auf Blatt Burgheim Nord (Südliche Frankenalb)“, von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, nach sehr gut bestandener mündlicher Prüfung, zum Doktor der Naturwis- senschaften (Dr. rer. nat.) promoviert. Seine akademischen Lehrer waren in Erlangen die Profes- soren Bruno von Freyberg, Florian Heller, Friedrich Birzer, Walter Alexander Schnitzer, Theodor Ernst, Willi Lindemann, Kurt von Gehlen, Stammer, Meuwsen und Fleischmann – in Zürich die Professoren Gausser, Dal Vesco, de Quervain, Burri, Kuhn-Schnyder, Gassmann, Jäckli, Leupold und Trümpy [1].

Am 23. Dezember 1963 heiratete Dr. Reinhard Streit in Nürnberg die Chemotechnikerin Marianne Karoline Langfritz (* 12. November 1938 in Nürnberg). Aus der Ehe gingen zwei Kin- der, Jutta Maria Sabine (* 28. September 1966 in Köln) und Helmut Ferdinand Streit (* 9. Dezem- ber 1969 in München), hervor [1; 3].

Vom 1. August bis zum Jahresende 1963 war Reinhard Streit am Geologischen Institut der Uni- versität Erlangen-Nürnberg als „Verwalter der Dienstgeschäfte eines wissenschaftlichen Assisten- ten“ beschäftigt. Am 1. Januar 1964 wechselte er, in gleicher Funktion, ans Geologische Institut der Universität Köln, wo Dr. Streit vom 1. April 1964 bis zum 31. August 1967 als wissenschaftlicher Assistent bei Professor Dr. Karl Brunnacker (* 3. November 1921, † 7. März 2000) tätig war. Hier baute er – im Rahmen der Neueinrichtung des Lehrstuhls – das Labor für Sedimentanalysen und das chemische Laboratorium auf und war unter anderem mit der Verwaltung des Abteilungsetats, der Durchführung des Laborpraktikums, der Geologischen Luftbildauswertung und Geländeübun- gen zur Eiszeitforschung betraut [1]. Während seiner Jahre bei Professor Brunnacker arbeitete sich Dr. Streit intensiv in die speziellen Fragen der Quartärgeologie ein, die damals in der Bundes republik allein an diesem Institut schwerpunktmäßig gelehrt wurde. Sein damaliger Forschungs- schwerpunkt waren petrographische Untersuchungen an quartären Sedimenten und besonders an Höhlensedimenten.

Am 1. September 1967 trat Dr. Reinhard Streit als wissenschaftlicher Angestellter in die Dienste des Bayerischen Geologischen Landesamtes in München. Der damalige Präsident, Dr. Helmut Vidal (* 21. Januar 1919 in München-Neuhausen, † 30. November 2002), hat ihn als Geologen für den Innen- und Außendienst, insbesondere für die wissenschaftliche Bearbeitung des Quartärs in Nordbayern sowie die damit zusammenhängenden ingenieur- und hydrogeologi- schen Fragen, eingestellt [1].

Im Bayerischen Geologischen Landesamt war er zunächst mehrere Jahre als kartieren- der Geologe in der Landesaufnahme tätig und hat einige geologische Karten bearbeitet sowie Nachruf auf Reinhard Streit 205

Erläuterungen und Beiträge zu Erläuterungen verfasst (siehe die chronologische Liste seiner naturwissenschaftlichen Veröffentlichungen).

Mangels freier Planstellen konnte Dr. Streit erst zum 1. Oktober 1973, unter Berufung in das Beamtenverhältnis auf Probe, zum Regierungsrat ernannt werden (Abb. 1). In das Beamtenver- hältnis auf Lebenszeit wurde er mit Wirkung vom 1. April 1975 berufen. Seine Beförderung zum Oberregierungsrat erfolgte zum 1. Januar 1977 [1].

Im Anschluss daran leitete Dr. Streit das Referat „Geowissenschaftliche Karten und Luftbild analyse“. Diesem Referat der Abteilung „Angewandte Geologie“ oblag auch die Betreuung des umfangreichen Luftbildarchivs. Die Auswertung und Interpretation von Luftbildern für geowissenschaftliche Fragestellungen war ein Fachgebiet, mit dem er sich häufig und gern beschäftigt hat. So konnte Dr. Streit unter anderem zur Ermittlung der tektonischen Verhältnisse im unter- fränkischen Raum, der tektonischen Beanspruchung in Mittelfranken, in der Oberpfalz und in der Fränkischen Alb beitragen. Auch für die Entschlüsselung der Abfolge von Flussterrassen des Inns südlich von Passau und im unteren Talabschnitt der Rott war seine Luftbildauswertung hilfreich. In den Allgäuer Alpen unterstützte er die geologische Kartierung durch die Luftbild analyse, ebenso wie im Gebiet von Garmisch-Partenkirchen, wo die tektonische Beanspruchung in zahlreichen Luftbildlineamenten zum Ausdruck kommt. Auch bei der Erstellung einer Lager- stättenkarte der oberflächennahen mineralischen Rohstoffe von Bayern lieferte die Luftbildaus- wertung wertvolle Beiträge und Hinweise (Streit 1980).

Abb. 2: Dr. Reinhard Streit in seinem Büro im Bayerischen Geologischen Landesamt, 18.10.1996. Im Hintergrund ein „Zoom Transfer Scope“ der Firma Bausch & Lomb, das zur Übertragung von Luftbildern in topographische Karten dient. 206 Thomas Sperling

Darauf war Dr. Streit Leiter der Fachbereiche „Zentrale Dienste“ und „Aero Geologie“ sowie stellvertretender Leiter des Fachgebietes „Information-Dokumentation“. In dieser Funktion war er, nach der Pensionierung des früheren Bibliotheksleiters Dr. Kurt Berger (* 28. September 1919 in Troppau), ab dem Januar 1983 für die Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes zuständig. Nach dem Umzug der Amtsbibliothek, von der Prinzregentenstraße 28 in München in den Bibliothekstrakt des neu errichteten Amtsgebäudes in der Heßstraße 128, im Mai 1984, verwaltete Dr. Streit weiterhin die Bibliothek. Mit großem persönlichem Einsatz wurde von ihm ab dem Januar 1991 - zusammen mit zwei Mitarbeiterinnen - eine Bibliotheks- Datenbank aufgebaut, in der die in der Amtsbibliothek vorhandene Literatur durch eine vorbild- liche Beschlagwortung erschlossen war. Zudem stellte er das jährlich erscheinende „Geowissen- schaftliche Schrifttum von Bayern“ zusammen (siehe seine naturwissenschaftlichen Veröffent- lichungen). Darüber hinaus verwaltete Dr. Streit das geowissenschaftliche Dia- und Foto-Archiv des Amtes, das er durch die Akquisition des umfangreichen Fotoarchivs Bruno von Freybergs (* 22. März 1894 in Cottbus, † 3. Juni 1981 in Erlangen) um rund 10.000 Objekte erweitern konnte (Streit 1985: 52). Zum 1. Februar 1989 wurde Dr. Reinhard Streit zum Regierungsdirektor ernannt [1].

Während seiner letzten Dienstjahre beschäftigte sich Dr. Streit (Abb. 2) verstärkt mit der Geschichte der Geologie; speziell die Geschichte des staatlichen geologischen Dienstes in Bay- ern lag ihm am Herzen. So bearbeitete und transkribierte er diverse Akten der Königlichen Ge- neral-Bergwerks- und Salinen-Administration aus dem 19. Jahrhundert. Die Quintessenz dieser Recherchen veröffentlichte Streit (2001) unter dem Titel: „Der Beginn der geologischen Landesaufnahme in Bayern und die Veröffentlichung ihrer Ergebnisse“. Nach Vollendung des 65. Lebensjahres wurde Dr. Reinhard Streit Ende August 2000 in den Ruhestand versetzt [1].

Seine „alte Heimat“ in Mähren hat der Verstorbene sehr geliebt und seit 1964 mehrfach be- sucht (Streit, F. 1978a: 2). In seiner Freizeit engagierte sich Dr. Streit sehr stark für die Belange der Sudetendeutschen Volksgruppe. Regelmäßig besuchte er Heimattreffen der Landsmannschaft und veröffentlichte zahlreiche Berichte und Aufsätze in den Heimatblättern der Vertriebenen (siehe unten). Ein besonderes Anliegen waren ihm die seit 1976 jährlich in Bad Windsheim statt- findenden Röwersdorfer Heimattreffen, die Dr. Streit des Öfteren durch Diavorträge bereicher- te. Seit 1984 gehörte er dem Ausschuss an, der für die Erstellung einer Heimatortskartei von Röwersdorf berufen worden war. Diese Ortskartei fand nach ihrer Fertigstellung Eingang in die Röwersdorfer Chronik. An der Herausgabe der „Chronik der Gemeinde Röwersdorf“ (Schneider 1990) beteiligte sich Dr. Streit darüber hinaus mit Beiträgen zum Ortsplan und einer geologischen Karte. 1994 übernahm er für ein Jahr das Ehrenamt des Heimatsortsbetreuers von Rö- wersdorf. Nach seiner Pensionierung schloss sich Dr. Streit dem Mundartkreis der Sudetendeut- schen Landsmannschaft an [2] und war bei der jährlichen Mundarttagung im Heiligenhof bei Bad Kissingen fast immer zugegen, wo er gern Gedichte aus der „alten Heimat“ vortrug. Seit dem

September 2004 war Dr. Streit Schriftführer des Heimatkreises Jägerndorf e. V. und 1. Kreisrat des Gerichtsbezirkes Hennersdorf.

Besonders eingesetzt hat sich der Verstorbene auch für den „Verein Gesellschaft der Freunde der Geologie in München e. V.“, der seit seiner Gründung im Jahre 1950 am Bayerischen Geo- logischen Landesamt institutionalisiert war. Für die regelmäßig im Wintersemester stattfinden- den Vorträge organisierte meist er den Sitzungssaal des Amtes und betreute liebevoll auswärtige Referenten und Gäste. Zwischen 1971 und 1972 war Dr. Streit 1. Vorsitzender der „Freunde der Geologie e. V.“ und anschließend viele Jahre lang der Kassier des Vereins. Nachruf auf Reinhard Streit 207

Ein weiteres, sehr zeitaufwendiges und intensiv betriebenes Hobby des Verstorbenen war die Bienenzucht. Vielen Kollegen sind die köstlichen Honigsemmeln und der selbstgemachte Met (Honigwein), mit denen er alljährlich zur Barbarafeier im Bayerischen Geologischen Landesamt beitrug, noch in guter Erinnerung.

Das Wissen und die Erfahrung, die sich Dr. Streit im Laufe der Jahre im Umgang mit seinen Bienenvölkern angeeignet hat, gab er bei Imkerkursen, die Dr. Streit wiederholt an der Volks- hochschule in Haar hielt, an Interessierte weiter. Als langjähriges Mitglied hielt er auch im Imkerverein Ottobrunn Vorträge über die Zucht von Bienenköniginnen. Zudem hat Dr. Streit mehrfach Aufsätze zum Thema „Varroamilbenbefall von Bienen“ aus französischen und ameri- kanischen Fachzeitschriften ins Deutsche übertragen und seine Übersetzungen im Bayerischen Bienen-Blatt (1984, 2: 23-24; 1987, 2: 29-30; 1990, 1: 5-8) veröffentlicht.

Ein weiteres Steckenpferd von ihm war das Sammeln von Briefmarken und Ersttagsbriefen. Zudem photographierte er mit Begeisterung Personen, Landschaften und geologische Objekte.

Dr. Streit war von zierlicher, fast zarter Statur. Der ruhige, bescheidene und anspruchslose Mann war bei Freunden und Kollegen sehr angesehen und als zuvorkommender, uneigennütziger und gewissenhafter Mensch bekannt. Nicht selten wurde seine Gutmütigkeit und Hilfsbereit- schaft jedoch ausgenutzt. Dr. Streit war – wie ein Großteil der Kriegsgeneration – sehr sparsam und warf nie etwas unüberlegt weg: „Das kann man vielleicht irgendwann noch einmal für irgend etwas gebrauchen“ – war seine Bemerkung, wenn Mitarbeiter oder Kollegen etwas achtlos in den Müll schmeißen wollten.

Als fünf Jahre nach seiner Pensionierung, zum 1. August 2005, das Bayerische Geologische Landesamt aufgelöst wurde, das ihm in 33 Jahren quasi „zur zweiten Heimat“ geworden war, grämte ihn das sehr.

Anfang August 2005 verschlechterte sich der Gesundheitszustand von Herrn Dr. Streit rapide und Mitte August musste er ins Krankenhaus München-Harlaching eingeliefert werden, wo er nach sechs Wochen, am 30. September 2005 – für viele seiner Kollegen und Freunde völlig unerwartet – verstarb. Beim Requiem in Nürnberg und bei der Seelenmesse in München wurden Lieder des Komponisten Franz Schubert (* 1797, † 1828) gespielt, den der Verstorbene besonders schätzte. Die Beerdigung von Herrn Dr. Reinhard Streit fand am 7. Oktober 2005 auf dem Wöhrder Friedhof in Nürnberg statt [3].

Thomas Sperling

Naturwissenschaftliche Veröffentlichungen von Reinhard Streit

1959 Streit, R.: Die Bohrung der Tekade, Nürnberg-Langwasser, Lübenerstraße. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 9, Heft 4: 208-209, Erlangen. 1963 Streit, R.: Faziesverhältnisse und Lagerung des Weißen Jura auf Blatt Burgheim Nord (Südliche Frankenalb). – Erlanger geologische Abhandlungen, 51: 30 S., 1 Taf., 1 geologische Karte, Erlangen. 1965 Streit, R.: Buchbesprechung: J. Chavaillon: Les formations quaternaires du Sahara Nord-Occidental. – Centre National de la Recherche Scientifique; série Géologie, N° 5, Paris 1964. – Quartär, 15/16: 229-231, Saarbrücken (Saarbrücker Druckerei und Verlag). 208 Thomas Sperling

1967 Brunnacker, K. & Streit, R.: Neuere Gesichtspunkte zur Untersuchung von Höhlensedimenten (mit Beispielen insbesondere aus der Frankenalb). – Jahreshefte für Karst- und Höhlenkunde, Heft 7: 29- 44, München (Verband der Deutschen Höhlen- und Karstforscher e. V.). Okrusch, M., Streit, R. & Weinelt, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 5920 Alzenau i. Ufr. – München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Okrusch, M., Streit, R. & Weinelt, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 5920 Alzenau i. Ufr.. – 336 S., 5 Beilagen, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Schirmer, W. & Streit, R.: Die Deckschichten der niederrheinischen Hauptterrasse bei Erkelenz. – Sonderveröffentlichungen, Geologisches Institut der Universität zu Köln, Nummer 13 (Schwarzbach- Heft): 81-94, Köln (Geologisches Institut der Universität zu Köln). Streit, R.: Das Pliozän in der Tongrube Mainflingen. – Veröffentlichungen des Geschichts- und Kunst vereins Aschaffenburg e. V., 10: 175-181, Aschaffenburg. 1968 Streit, R.: Untersuchungsmethoden an Höhlensedimenten. – Proceedings of the 4th International Con- gress of Speleology in Yugoslavia (Postojna-Ljubljana-Dubrovnik, 12.-26.9.1965), Volume 3: 219-225, 1 Taf., Ljubljana (Speleological Society of Yugoslavia). 1969 Brunnacker, K., Streit, R. & Schirmer, W.: Der Aufbau des Quartär-Profils von Kärlich/Neuwie- der Becken (Mittelrhein). – Mainzer Naturwissenschaftliches Archiv, Jahrgang 8: 102-133, 1 Anlage (Tafel), Mainz (Naturhistorisches Museum Mainz). 1970 Streit, R.: Quartär (Ergänzungen). – In: Hoffmann, D.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 5831 Seßlach: 39-48, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Quartär (Ergänzungen). – In: Janetzko, P. & Roloff, A.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 5931 Ebensfeld: 28-39, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Quartär (Überarbeitung und Ergänzungen). – In: Koschel, R.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 6031 Bamberg Nord: 57-80, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Quartär (Überarbeitung und Ergänzungen). – In: Lang, M.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 6131 Bamberg Süd: 42-64, München (Bayerisches Geologi- sches Landesamt). 1971 Streit, R.: Karstwasservorräte in der Fränkischen Alb. – Geologica Bavarica, 64: 254-267, München (Bayeri- sches Geologisches Landesamt). Streit, R. & Weinelt, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6020 Aschaffenburg. – Mün- chen (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R. & Weinelt, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 6020 Aschaffenburg. – 398 S., 5 Beilagen, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1973 Streit, R.: Ein Pleistozänprofil in der Kiesgrube von Wipfeld südlich Schweinfurt. – Geologica Bava- rica, 67: 278-287, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1974 Manze, U., Vogel, J. C., Streit, R. & Brunnacker, K.: Isotopenuntersuchungen zum Kalkumsatz im Löß. – Geologische Rundschau, Band 63: 885-897, Stuttgart (Ferdinand Enke Verlag). Streit, R.: Das Bruchschollenmosaik zwischen dem Fichtelgebirge und der Fränkischen Alb nach einer Luftbildauswertung. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 24, Heft 3: 211-219, Taf. 9, Erlangen. Nachruf auf Reinhard Streit 209

1975 Jerz, H., Stephan, W., Streit, R. & Weinig, H.: Erläuterungen zur Geologischen Übersichtskarte des Iller-Mindel-Gebietes 1 : 100 000: 37 S., 1 Beilage (Profiltaf.), München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Jerz, H., Stephan, W., Streit, R. & Weinig, H.: Zur Geologie des Iller-Mindel-Gebietes. – Geologica Bavarica, 74: 99-130, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R., Weinig, H., Jerz, H. & Stephan, W.: Geologische Übersichtskarte des Iller – Mindel - Ge- bietes 1 : 100 000 mit Gewinnungsstellen für Lockergesteine. – München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1977 Boenigk, W., Brelie, G. von der, Brunnacker, K., Kempf, E. K., Koci, A., Schirmer, W., Stadler, G., Streit, R. & Tobien, H.: Jungtertiär und Quartär im Horloff-Graben/Vogelsberg. – Geologische Abhandlungen Hessen, Band 75: 80 S., 8 Taf., Wiesbaden (Hessisches Landesamt für Boden forschung). Hegenberger, W., Krisl, P., Streit, R. & Weiß, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6035 Bayreuth. – München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Das Bruchschollenland der Nördlichen Frankenalb und ihrer Umgebung und des Gebie- tes zwischen den Haßbergen und der Rhön (Ergebnisse einer Luftbildauswertung). – Geologisches Jahrbuch, Reihe A, Heft 37: 3-32, 2 Taf., Hannover (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe). Streit, R.: Quartär. – In: Emmert, U.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 6035 Bayreuth: 94-106, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1978 Streit, R.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 7232 Burgheim Nord. – München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 7232 Burgheim Nord. – 222 S., 8 Beilagen, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1980 Streit, R.: Stand der Fernerkundung am Bayerischen Geologischen Landesamt und Erfahrungen mit der Luftbildauswertung. – Internationales Archiv für Photogrammetrie, Band 23, Teil B 10, Nachtrag: 655-661, Hamburg (Internationale Gesellschaft für Photogrammetrie). 1981 Bauberger, W. & Streit, R.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6538 Schmidgaden. – München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Das Luftbildlineamentnetz auf Blatt Pommelsbrunn. – Geologische Blätter für Nordost- Bayern und angrenzende Gebiete, Band 31, Heft 1-4: 385-390, Erlangen. Streit, R.: Die Entdeckung einer alten Befestigungsanlage in der Burgflur östlich von Bayreuth. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 31, Heft 1-4: 531-537, Erlangen. Streit, R. & Weinelt, W.: Geologische Verhältnisse im Untergrund der Trinkwassertalsperre Frauenau im Bayerischen Wald. – Sonderveröffentlichungen, Geologisches Institut der Universität zu Köln, Nummer 41 (Festschrift Karl Brunnacker): 249-267, Köln (Geologisches Institut der Universität zu Köln). 1982 Bauberger, W. & Streit, R.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 6538 Schmidgaden. – 186 S., 11 Beilagen, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1983 Streit, R.: Elektrische Widerstandsmessungen zur Verfolgung der Höhlenverfüllung bei Hunas. – Quartär-Bibliothek, Band 4: 91-94, Saarbrücken (Saarbrücker Druckerei und Verlag). 1984 Streit, R. (1984): Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1982. – GLA-Literaturdokumen- tation, Nr. 11: 28 S., München (Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). 210 Thomas Sperling

1984 Weinig, H., Dobner, A., Lagally, U., Stephan, W., Streit, R. & Weinelt, W.: Oberflächennahe mi- neralische Rohstoffe von Bayern. Lagerstätten und Hauptverbreitungsgebiete der Steine und Erden. – Geologica Bavarica, 86: 550 S., 1 Karte, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). 1985 Streit, R.: Das Fotoarchiv Bruno von Freybergs im Bayerischen Geologischen Landesamt München. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 34/35, Teil 1: 51-54, Erlangen. Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1983. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 12: 36 S., München (Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Streit, R.: Luftbildlineamente. – In: Grottenthaler, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Erläuterungen zum Blatt Nr. 8036 Otterfing und zum Blatt Nr. 8136 Holzkirchen: 123-124, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R. & Meyer, R.: Malmprofile aus Bohrungen von Neuburg a. d. Donau und Eichstätt im Ver- gleich mit anderen Juraprofilen. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 34/35, Teil 1: 347-362, 366, Taf. 26-27, Erlangen. 1986 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1984. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 13: 2 + 29 S., München (Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). 1987 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1985. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 14: 2 + 56 S., München (Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Streit, R.: Neuburger Kieselerde (Kieselkreide). – Geologica Bavarica, 91: 153-158, München (Baye- risches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Farberden. – Geologica Bavarica, 91: 199-202, München (Bayerisches Geologisches Landesamt). Streit, R.: Zur Herkunft der Bausteine für die Mauer. – In: Krämer, W. [Herausgeber]: Die Ausgrabun- gen in Manching, Band 10: 115-118, Stuttgart (Franz Steiner Verlag Wiesbaden GmbH). 1988 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1986. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 15: 2 + 60 S., München (Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). 1989 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1987. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 16: 2 + 70 S., München (Fachbibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Streit, R.: Die Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes. – Bibliotheksforum Bayern, Jahrgang 17 (1989) 2: 220-227, München, New York, London, Paris (K. G. Saur). 1990 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1988. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 17: 2 + 60 S., München (Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). 1991 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1989. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 18: 2 + 84 S., München (Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Streit, R.: Eiszeitliche und postglaziale Rutschmassen bei Püttlach, Nördliche Frankenalb. – Sonderveröffentlichungen, Geologisches Institut der Universität zu Köln, Nummer 82 (Festschrift Karl Brunnacker): 293-299, Köln (Geologisches Institut der Universität zu Köln). 1994 Streit, R.: Welchen Bodenschätzen galt der frühe Bergbau auf dem Hainberg bei Neuburg an der Donau? – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, 44, Heft 3-4: 249-260, Erlangen. 1995 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1990. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 19: 2 + 81 S., München (Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1991. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 20: 2 + 48 S., München (Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Nachruf auf Reinhard Streitr 211

1996 Streit, R.: Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes. – In: Dünninger, E. [Herausgeber]: Handbuch der historischen Buchbestände in Deutschland, Band 10: 172-177, Hildesheim, Zürich, New York (Olms-Weidmann). 1998 Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1992. – GLA-Literaturdokumentation, Nr. 22 [richtig: Nr. 21]: 2 + 83 S., München (Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesamtes). Streit, R.: Das Geowissenschaftliche Schrifttum von Bayern 1993. – GLA-Literaturdokumention, Nr. 23 [richtig: Nr. 22]: 2 + 77 S., München (Bibliothek des Bayerischen Geologischen Landesam- tes). Streit, R.: Eine geognostische Wanderung des Heinrich Spörl im Jahre 1810 von Bayreuth nach Muggendorf. – In: Ikinger, A. [Herausgeber]: Festschrift Wolfgang Schirmer: Geschichte aus der Erde (GeoArchaeoRhein, 2.): 267-276, Münster (LIT Verlag). 1999 Streit, R. & Weinelt, W.: Zur Geologie des Altvatergebirges in den östlichen Sudeten. – Der Jägern- dorfer: Mitteilungsblatt des Freundeskreises zur Förderung der Patenschaft Ansbach-Jägerndorf e. V., 13. Jahrgang, Folge 25 (Dezember 1999): 7-10, Aschheim bei München. 2001 Streit, R.: Der Beginn der geologischen Landesaufnahme in Bayern und die Veröffentlichung ihrer Ergebnisse. – In: Sperling, T. [Herausgeber]: Carl Wilhelm von Gümbel (1823-1898). Leben und Werk des bedeutendsten Geologen Bayerns: 91-118, München (Verlag Dr. Friedrich Pfeil). Streit, R.: Der Beginn einer chemischen Analytik für die geologische Landesaufnahme in Bayern. – In: Sperling, T. [Herausgeber]: Carl Wilhelm von Gümbel (1823-1898). Leben und Werk des bedeutendsten Geologen Bayerns: 175-182, München (Verlag Dr. Friedrich Pfeil). 2006 Streit, R. †: Nachruf auf Peter Cramer. – Geologica Bavarica, 109: 197-202, München (Bayerisches Landesamt für Umwelt).

Heimatkundliche Veröffentlichungen von Reinhard Streit

Neben den hier aufgeführten heimat- und landeskundlichen Aufsätzen, Berichten und Ge- dichten hat Dr. Reinhard Streit wiederholt Artikel in der „Sudetendeutschen Zeitung“ veröffent- licht, über die leider – mit einer Ausnahme – keine bibliographischen Angaben vorliegen.

1993 Parsch, J.; Streit, R.: „Maria Hilf“ braucht unsere Hilfe. Das neue „Maria Hilf“ bei Zuckmantel ist im Aufbau. – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 708 (Oktober 1993): 334-335, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Bruno Sklenovsky, ein Freund hat uns verlassen. – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 702 (April 1993): 115-116, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Heimatliche Eindrücke und Erinnerungen. – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 704 (Juni 1993): 188-190, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Heimatliche Eindrücke und Erinnerungen (Fortsetzung und Schluß). – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 705 (Juli 1993): 223-225, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Heimattreffen in Bad Windsheim. – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 710 (Dezember 1993): 417-418, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.; Parsch, J.: „Heimfahrt“. Maria Himmelfahrt und Wallfahrt bestimmten das Datum. – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 708 (Oktober 1993): 333-334, Grettstadt (Burgberg- Verlag). 212 Thomas Sperling

1994 Streit, R.: Wir danken Euch! – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 711 (Januar 1994): 16-17, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Ganz im Vertrauen! – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 711 (Januar 1994): S. 17, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Friedenswallfahrt 1993 zur Burgbergkirche bei Jägerndorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 713 (März 1994): 77-78, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Nachruf: Herr Heinrich Reichel [und] Röwersdorfer Ausschußsitzung in Weißenburg. – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 717 (Juli 1994): 238-239, Grettstadt (Burgberg- Verlag). Streit, R.: Kleine Begebenheit [und Gedicht] Mitnichten. – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 718 (August 1994): S. 279, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Liebe Röwersdorfer Heimatfreunde! – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 720 (Oktober 1994): 344-345, Grettstadt (Burgberg-Verlag). [Streit, R.?]: Geschichtla aus Raberschdorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 721 (November 1994): 382-383, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Nachrichten. – Jägerndorfer Heimatbrief, 46. Jahrgang, Folge 722 (Dezember 1994): S. 422, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 1995 Streit, R.: Röwersdorfer Altersjubilare im Februar. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 723 (Januar 1995): S. 14, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Olbersdorfer Eindrücke. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 723 (Januar 1995): 15-16, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Altersjubilare im März. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 724 (Februar 1995): S. 52, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Der Arme und der Reiche. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 724 (Februar 1995): S. 52, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Olbersdorfer Eindrücke (Schluß). – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 724 (Februar 1995): 52-54, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im April. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 725 (März 1995): S. 88, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: [Nachruf auf] Josef Neiber. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 725 (März 1995): 88-89, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im Mai. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 726 (April 1995): 127-128, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Ein merkwürdiger Pferdekauf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 726 (April 1995): S. 128, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im Juni [und Nachruf auf] Anna Pietsch. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 727 (Mai 1995): 164-165, Grettstadt (Burg- berg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im Juli. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 728 (Juni 1995): S. 195, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Zwei seltene Geburtstagsjubiläen. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 728 (Juni 1995): 195-196, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Nachruf auf Reinhard Streit 213

1995 Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im August [und] Trauerfall. – Jägern dorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 729 (Juli 1995): 237-238, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im September [und] Nachruf ! [auf] Frau Josefa Pilzer. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 730 (August 1995): S. 271, Grett- stadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Vom Kirschenpflücken. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 730 (August 1995): S. 272, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im Oktober [und Nachruf auf] Erna Wolf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 731 (September 1995): S. 304, Grettstadt (Burg- berg-Verlag). Streit, R.: Maria Hilf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 731 (September 1995): S. 305, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine im November. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 732 (Oktober 1995): 344-345, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Einladung zum Heimattreffen der Röwersdorfer in Bad Windsheim am 4. November 1995. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 732 (Oktober 1995): S. 345, Grettstadt (Burgberg- Verlag). Streit, R.: Röwersdorfer Geburtstagstermine und Altersjubilare im Dezember. – Jägerndorfer Heimat- brief, 47. Jahrgang, Folge 733 (November 1995): 378-379, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Wer hilft bei der Suche nach Adolf Stöber? – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 733 (November 1995): S. 391, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Bericht über das Röwersdorfer-Treffen in Bad Windsheim. – Jägerndorfer Heimatbrief, 47. Jahrgang, Folge 734 (Dezember 1995): 416-417, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 1996 Streit, R.: Ein Stein an der Straße. – Jägerndorfer Heimatbrief, 48. Jahrgang, Folge 739 (Mai 1996): 150-151, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Wer kannte den Künstler Josef Müller-Weidler oder kann über sein Werk Angaben machen? – Jägerndorfer Heimatbrief, 48. Jahrgang, Folge 740 (Juni 1996): S. 197, Grettstadt (Burgberg- Verlag). 1997 Streit, R.: Wie woar doas mit dan Spella giehn? – Jägerndorfer Heimatbrief, 49. Jahrgang, Folge 747 (Januar 1997): S. 15, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 1998 Schmidt, K., Hanke, S., Biedermann, H., Streit, R., Teufert, W.: Heimatkreis Jägerndorf e.V. – Jägern dorfer Heimatbrief, 50. Jahrgang, Folge 770 (Dezember 1998): 399-400, Grettstadt (Burgberg- Verlag). Streit, R.: Der letzte Bauer von Röwersdorf, Karl Knappe, hat seine Ernte eingefahren. – Jägerndorfer Heimatbrief, 50. Jahrgang, Folge 762 (April 1998): 118-119, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: „Wer plündert wird erschossen“. – Jägerndorfer Heimatbrief, 50. Jahrgang, Folge 764 (Juni 1998): 183-184, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Nachrichten aus Röwersdorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 50. Jahrgang, Folge 766 (August 1998): 254-255, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 1999 Streit, R.: Ein großes Konzert in der Kirche von Röwersdorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 51. Jahr- gang, Folge 780 (Oktober 1999): S. 330, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Die Glocken von Heinzendorf sind verstummt – für wie lange noch? – Jägerndorfer Heimat- brief, 51. Jahrgang, Folge 782 (Dezember 1999): 398-400, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 214 Thomas Sperlingt

2000 Streit, R.: Zwei bemerkenswerte Briefmarken zum Gedenken an berühmte Männer aus Ostsudenten- land. – Jägerndorfer Heimatbrief, 52. Jahrgang, Folge 785 (März 2000): 80-81, Grettstadt (Burgberg- Verlag). Streit, R.: Das Altvatergebirge in der „Encyclopaedia Britannica“. – Jägerndorfer Heimatbrief, 52. Jahrgang, Folge 793 (November 2000): S. 369, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 2001 Streit, R.: 25. Jahrestreffen der Röwersdorfer in Bad Windsheim. – Jägerndorfer Heimatbrief, 53. Jahrgang, Folge 795 (Januar 2001): S. 29, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Karl Knappe berichtet in Röwersdorfer Mundart über das Schusterhandwerk in Röwers- dorf. – Der Jägerndorfer: Mitteilungsblatt des Freundeskreises zur Förderung der Patenschaft Ans- bach-Jägerndorf e. V., 15. Jahrgang, Folge 28 (Mai 2001): 11-12, Aschheim bei München. 2002 Streit, R.: Eine Feier in Röwersdorf vor 70 Jahren aus Anlass des 100. Todestages des überragenden Dichters und Denkers, Johann Wolfgang v. Goethe. – Jägerndorfer Heimatbrief, 54. Jahrgang, Folge 812 (Juni 2002): 188-190, Grettstadt (Burgberg –Verlag). Streit, R.: Rätsel um einen Gedenkstein bei Bad Karlsbrunn gelöst. - Der Jägerndorfer: Mitteilungs- blatt des Freundeskreises zur Förderung der Patenschaft Ansbach-Jägerndorf e.V., 16. Jahrgang, Folge 30 (Juli 2002): 10-11, Aschheim bei München. 2003 Streit, R.: Die deutsche Vergangenheit verdrängt. „Ein neues Verkehrskonzept und ein neuer Grenz übergang bei Bartelsdorf“. – Sudetendeutsche Zeitung: Die Zeitung der Sudetendeutschen Lands- mannschaft, Folge 4 (vom 24.1.2003): S. 9, München (Sudetendeutscher Verlag). Streit, R.: Ein neues Verkehrskonzept und ein neuer Grenzübergang bei Bartelsdorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 55. Jahrgang, Folge 819 (Januar 2003): 2-4, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Nachtrag zum Beitrag: JHB – Folge 819 – Seite 2 ff. Ein neues Verkehrskonzept und ein neuer Grenzübergang bei Bartelsdorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 55. Jahrgang, Folge 820 (Februar): S. 42, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Wer kannte oder kennt Steinmetzmeister Walter Böhm und seine Ehefrau Alexia oder deren Nachkommen aus Jägerndorf? – Jägerndorfer Heimatbrief, 55. Jahrgang, Folge 821 (März 2003): 82- 83, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Über das „Bustekloppen“ in Röwersdorf. – Jägerndorfer Heimatbrief, 55. Jahrgang, Folge 823 (Mai 2003): 152-153, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Sauerschlempe – eine fast vergessene Suppe. – Jägerndorfer Heimatbrief, 55. Jahrgang, Folge 826 (August 2003): 264-265, Grettstadt (Burgberg-Verlag). 2004 Streit, R.: Nachruf für Dr. Winfried Weinelt. – Riesengebirgsheimat (Heimatblatt für die Kreise Hohenelbe und Trautenau): 58. Jahrgang, Nr. 4: S. 5., Nürnberg (Helmut Preußler Verlag). Streit, R.: Woas oarme Leite ei Räberschdorf gassa huan. – Jägerndorfer Heimatbrief und Der Jägern dorfer, 56. Jahrgang, Folge 831 (Januar 2004): 19-20, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit R.: Eine Chance zur Rettung unserer letzten kleinen Kulturdenkmäler. – Jägerndorfer Heimatbrief und Der Jägerndorfer, 56. Jahrgang, Folge 833 (März 2004): 91-92, Grettstadt (Burgberg- Verlag). Streit R.: Grenze zwischen Zeit und Ewigkeit. Eine Foto-Ausstellung in München über deutsche Friedhöfe in Böhmen, Mähren und Schlesien. – Jägerndorfer Heimatbrief und Der Jägerndorfer, 56. Jahrgang, Folge 841 (November 2004): 403-405, Grettstadt (Burgberg-Verlag). Streit, R.: Eine Chance zur Rettung unserer letzten kleinen Kulturdenkmäler in der Heimat. – Neue Jägerndorfer Nachrichten, Nr. 2: 22-23, ohne Ort [Wilhelmshaven] (Heimatkreis Jägerndorf e.V.; Schlesisch-Deutscher Verband Jägerndorf/CR; Heimatkreis Jägerndorf in der SL). Nachruf auf Reinhard Streit 215

2004 Streit, R.: Gudes Assa: Woas oarme Leite ei Räberschdorf gassa huan – Neue Jägerndorfer Nach- richten, Nr. 2: 29-30, ohne Ort [Wilhelmshaven] (Heimatkreis Jägerndorf e.V.; Schlesisch-Deutscher Verband Jägerndorf/CR; Heimatkreis Jägerndorf in der SL). Streit, R.: Olbersdorf kümmert sich um den Erhalt des Schlosses in Geppersdorf. – Neue Jägerndorfer Nachrichten, Nr. 3: 20-21, ohne Ort [Wilhelmshaven] (Heimatkreis Jägerndorf e.V.; Schlesisch-Deut- scher Verband Jägerndorf/CR; Heimatkreis Jägerndorf in der SL). Streit, R.: Sauerschlempe, äne foast vergassene Soppe. – Neue Jägerndorfer Nachrichten, Nr. 3: 25-26, ohne Ort [Wilhelmshaven] (Heimatkreis Jägerndorf e.V.; Schlesisch-Deutscher Verband Jägerndorf/ CR; Heimatkreis Jägerndorf in der SL). 2005 Streit, R.: Grenze zwischen Zeit und Ewigkeit. Eine Foto-Ausstellung in München über deutsche Friedhöfe in Böhmen, Mähren und Schlesien. – Neue Jägerndorfer Nachrichten, Nr. 4 (Januar 2005): 20-22, ohne Ort [Wilhelmshaven] (Heimatkreis Jägerndorf e.V.; Schlesisch-Deutscher Verband Jägerndorf/CR; Heimatkreis Jägerndorf in der SL).

Danksagung

Bei allen, die zum vorliegenden Aufsatz beigetragen haben, bedanke ich mich nochmals herzlich. Besonderen Dank schulde ich den folgenden Damen und Herren: Elsa Bläbst (München), Diether Ertel (Waldkraiburg), Dr. Ulrich Haas (München), Kurt Schmidt (Wilhelmshaven), Dr. Lothar Schütz (Riemerling), Barbara Sperling (München), Friedemann Streit (Fürth-Vach), Helmut Streit (München), Marianne Streit (München), Jutta Wendel (Nürnberg) und Eduard Wimmer (Mühldorf am Inn).

Verwendete Quellen

Literatur

Freyberg, B. v. (1974): Das geologische Schrifttum über Nordost-Bayern (1476 – 1965). Teil I: Bibliographie. – Geologica Bavarica, 70: 467 S., München (Bayerisches Geologisches Landesamt).

Freyberg, B. v. (1974): Das geologische Schrifttum über Nordost-Bayern (1476 – 1965). Teil II: Biogra- phisches Autoren-Register. – Geologica Bavarica, 71: 177 S., München (Bayerisches Geologisches Landesamt).

Schmid, H. (2003): Nachruf auf Helmut Vidal. – Geologica Bavarica, 108: 225-237, München (Bayerisches Geologisches Landesamt).

Schmidt, K. (2005): Nachruf [auf Dr. Reinhard Streit]. – Jägerndorfer Heimatbrief und Der Jägerndorfer, 57. Jahrgang, Folge 853 (November 2005): 402-404, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Schmidt, k. (2006): In ehrendem Gedenken [an Dr. Reinhard Streit]. – Neue Jägerndorfer Nachrichten, Nr. 6 (Januar 2006): S. 39, ohne Ort [Wilhelmshaven] (Heimatkreis Jägerndorf e.V.; Schlesisch-Deut- scher Verband Jägerndorf/CR; Heimatkreis Jägerndorf in der SL).

Schneider, K. † (1990): Chronik der Gemeinde Röwersdorf (Ostsudetenland). Für den Druck bearbeitet und erweitert von Maximilian Böbel und Herbert Müller. – 351 S., Weißenburg (Heimatortsgemeinschaft Röwersdorf).

Schwan, W. (1985): Zum Lebensweg Bruno von Freybergs. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 34/35, Teil 1: 3-10 u. 12, Taf. 1, Erlangen. 216 Thomas Sperling

Streit, F. (1977a): Unsere Toten: Emilie Streit, geb. Neiber. – Jägerndorfer Heimatbrief, 29. Jahrgang, Folge 512 (Juni 1977): S. 182, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

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Streit, F. (1978a): Eine Fahrt nach Röwersdorf (Fortsetzung). – Jägerndorfer Heimatbrief, 30. Jahrgang, Folge 519 (Januar 1978): 2-4, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Streit, F. (1978b): Eine Fahrt nach Röwersdorf (Schluß). – Jägerndorfer Heimatbrief, 30. Jahrgang, Folge 520 (Februar 1978): 58-60, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Streit, F. (1983): Unsere Toten: Johann Streit. – Jägerndorfer Heimatbrief, 35. Jahrgang, Folge 584 (Juni 1983): 170-171, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Streit, F. (2005): Grabrede für Dr. Reinhard Streit. – Jägerndorfer Heimatbrief, 57. Jahrgang, Folge 853 (November 2005): S. 402, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Streit, r. (1980): Stand der Fernerkundung am Bayerischen Geologischen Landesamt und Erfahrun- gen mit der Luftbildauswertung. – Internationales Archiv für Photogrammetrie, Band 23, Teil B 10, Nachtrag: 655-661, Hamburg (Internationale Gesellschaft für Photogrammetrie).

Streit, r. (1985): Das Fotoarchiv Bruno von Freybergs im Bayerischen Geologischen Landesamt Mün- chen. – Geologische Blätter für Nordost-Bayern und angrenzende Gebiete, Band 34/35, Teil 1: 51-54, Erlangen.

Streit, r. (1993a): Heimatliche Eindrücke und Erinnerungen. – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 704 (Juni 1993): 188-190, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Streit, r. (1993b): Heimatliche Eindrücke und Erinnerungen (Fortsetzung und Schluß). – Jägerndorfer Heimatbrief, 45. Jahrgang, Folge 705 (Juli 1993): 223-225, Grettstadt (Burgberg-Verlag).

Streit, R. (2001): Der Beginn der geologischen Landesaufnahme in Bayern und die Veröffentlichung ihrer Ergebnisse. – In: Sperling, T. [Herausgeber]: Carl Wilhelm von Gümbel (1823-1898). Leben und Werk des bedeutendsten Geologen Bayerns: 91-118, München (Verlag Dr. Friedrich Pfeil).

Archivalien

[1]: Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU), Hans-Högn-Straße 12, 95030 Hof: Personalakt Dr. Streit Reinhard, Diplom Geologe, * 13.8.1935, † 30.9.2005.

[2]: Schmidt, Kurt, Heimatkreisbetreuer, Schleiermacherweg 16, 26384 Wilhelmshaven: Ansprache anlässlich der Beisetzung von Dr. Reinhard Streit am 7. Oktober [2005] in Nürnberg.

[3]: Streit, Marianne, Freilassinger Straße 30, 81825 München: Schriftliche Mitteilungen (vom 1. und 5. Juni 2006): Lebensweg von Dr. Reinhard (Heribert) Streit sowie genealogische Angaben über seine Familie. zu S. 26: Freudenberger, Herold & Wagner: Bohrkernbeschreibung und Stratigraphie

Farbtafel 1: Gamma-Ray-/Electric-Log-Korrelation der Forschungsbohrungen Spitzeichen 1 und Lindau 1 im Überblick (B. Herold).

In der „Variables Density Log“ (VDL)-Darstellung werden die Werte der gemessenen Gammastrahlung auf einer kontinuierlichen Farbskala angezeigt. Die Farbskala reicht von blau, über rot nach grün für zunehmende Zählraten. Der spezifische Gesteinswiderstand wird in einer logarithmischen Skala dargestellt. zu S. 42: Paul: Rotliegend und unterer Zechstein

Farbtafel 2: Folge heller Sandsteine an der Basis des Zechsteins. Bohrung Lindau 1, 273-279 m Teufe. zu S.54 und S.55: Freudenberger & Helmkampf: Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen

Farbtafel 3: FB Spitzeichen 1: Teufe 54,0—60,0 m. Bei Teufe 59,5 m liegt oberhalb des Tonsteins die Grenze Solling-/Hardegsen-Folge (Mittlerer Buntsandstein). Foto: Michael Höck 2002.

Farbtafel 4: FB Spitzeichen 1: Teufe 210,0—216,0 m. Basale Volpriehausen-Folge (Mittlerer Buntsandstein) in grobkörnig-feinkiesiger, konglomeratischer Ausbildung. Foto: Michael Höck 2002. zu S.57 und S. 58: Freudenberger & Helmkampf: Der Buntsandstein in den Forschungsbohrungen

Farbtafel 5: FB Lindau 1: Teufe 174,0—180,0 m. Basale Calvörde-Folge (Unterer Bunt- sandstein) in grobkörnig-feinkiesiger, konglomeratischer Ausbildung, ab Teufe 178,6 m unterlagert von mittelkörnigem karbonatischem Sandstein, der dem Heigenbrücker Sandstein entsprechen könnte. Foto: Michael Höck 2002.

Farbtafel 6: FB Lindau 1: Teufe 180,0—186,0 m. Bei Teufe 182,3 m liegt die Grenze Calvörde-/Fulda-Folge, also Buntsandstein / Zechstein. Foto: Michael Höck 2002. zu S. 193: Polom & Wonik: Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten

Farbtafel 7: Separierte Noise-Anteile für die R-Komponente nach Rotation auf 136 Grad Azimut und zugehörige spektrale Analyse der Frequenzverteilung in den Messniveaus.

Farbtafel 8: Separierte Noise-Anteile für die T-Komponente nach Rotation auf 136 Grad Azimut und zugehörige spektrale Analyse der Frequenzverteilung in den Messniveaus. zu S. 193: Polom & Wonik: Gebirgsentspannungen nach hydraulischen Stimulationsexperimenten

Farbtafel 9: Separierte Noise-Anteile für die Z-Komponente und zugehörige spektrale Analyse der Frequenzverteilung in den Messniveaus.