Henning 1998 Mineral Best And Genese TON

5/10/2018 Henning 1998 Mineral Best And Genese TON - slidepdf.com

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JAHRESTAGUNG DER DTTG

1998 3. - 5. September 1998, Greifswald

Berichte derDTTG e.V. - Band 6

Mineralbestand und Genese feinkörniger quartärer und präquartärerSedimente in Nordostdeutschland unter besonderer Berücksichtigung des„Friedländer Tones“

K.-H. Henning & J. Kasbohm Institut für Geologische Wissenschaften der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, Jahnstr. 17a, 17489 Greifswald

GLIEDERUNG

Zusammenfassung5. Mineralbestand feinkörniger SedimenteNordostdeutschlands im Überblick

1. Einleitung 6. Einige nutzungsrelevante Parameter

2. Eozäne Tone "Typ Friedland" 7. Genese der feinkörnigen Sedimente

3. Paläogeographie des Alttertiärs inNorddeutschland

Literatur

4. Vulkanoklastite des Untereozän 1

TABELLEN

Tab. 1

Tab. 2

Tab. 3

Zusammenfassung

In der Arbeit wird ein zusammenfassender Überblick über die Ergebnisse bezüglich desMineralbestandes unter nutzungsrelevanten Aspekten und seiner genetischen Interpretationvon feinkörnigen quartären und präquartären Sedimenten Nordostdeutschlands gegeben. Zuden bearbeiteten Lagerstätten und Vorkommen zählen der Lias-Ton (Unter-Toarc) von



Grimmen, Eozän-Tone (Unter- bis Ober-Eozän) und Vulkanoklastite (Unter-Eozän 1) ausBohrungen und der Eozän-Ton (Unter-Eozän 2) der Lagerstätte Friedland, Oligozän-Tone(Mittel-Oligozän) von Jatznick und Malliß, Bändertone (Weichsel-Glazial) von Ückermündeund Möllenhagen und Geschiebemergel (Weichsel-Glazial) von Schönberg.

Folgende Minerale wurden in wechselnden Mengenverhältnissen festgestellt:

Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Mineral (irregulär), Muskovit, Illit,Kaolinit, Chlorit und Glaukonit als Tonminerale i.e.S., weiterhin Quarz,Feldspat, Calcit, Dolomit, Siderit und Pyrit sowie als Sekundärminerale Halitund Sulfatminerale (wasserfrei: wie Alunit, Jarosit; wasserhaltig: wie Gips,Rozenit, Roemerit und Szomolnokit).

Das Vorkommen von Montmorillonit ist auf geringmächtige bentonitisierte Vulkanoklastitedes Turon, des Coniac sowie des Unter-Eozän 1 beschränkt. Das genetisch undrohstofftechnologisch wesentliche Tonmineral ist die unregelmäßige Wechsellagerung

Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer (innerkristallin quellfähig) mit 40 % bis 60 %montmorillonitähnlichem Schichtanteil. Der Rest hat muskovitischen Charakter.

Zu den ermittelten und diskutierten nutzungsrelevanten Parametern zählen diegranulometrische Zusammensetzung, das Kationenaustauschvermögen, derDurchlässigkeitsbeiwert, Wassergehalt, Trocken-, Feucht- und Proctordichte und einigerheologische Parameter wie Fließ- und Ausrollgrenze und die Plastizitätszahl. Die Meßwerteder unterschiedliche Sedimenttypen werden in Korrelation zum Mineralbestand und zurGranulometrie betrachtet. Es bestätigt sich der bekannte Einfluß der granulometrischenZusammensetzung und der Anteil der Tonfraktion auf einen Teil dieser Parameter. Weiterhinhat einen großen Einfluß die absolute Menge des irregulären Montmorillonit-Muskovit-

Mixed-Layer-Minerals innerhalb der Tonfraktion. Darüberhinaus ist zu erwarten, daß derAnteil der quellfähigen Montmorillonit-Schichtbereiche im Mixed-Layer-Mineral Bedeutunghat. Hierzu sollten noch systematische Untersuchungen erfolgen.

Für die tertiären feinkörnigen Sedimente kann aus den Untersuchungen folgender genetischerAblauf abgeleitet werden. In ein paläogeographisch begründetes marines bis flachmarinesMeeresbecken im Alttertiär gelangen zwei Haupttypen von Detritus, der an derZusammensetzung der alttertiären Sedimente beteiligt ist. Einerseits handelt es sichhauptsächlich um fluviatil und subaerisch herantransportierte Verwitterungsprodukte deroberkretazisch-tertiären Verwitterungskruste und andererseits zumindestens im Unter-Eozän 1um subaerisch herantransportierte vulkanische Aschen. Folgende Prozesse finden statt:

SEDIMENTATION von Verwitterungs-Detritus: Die detritischen Minerale sind Muskovit-Montmorillonit-Mixed-Layer (irregulär), Kaolinit, Chlorit, Muskovit, Quarz und Feldspäte.

SEDIMENTATION von vulkanischen Aschen (kurzzeitig und intensiv, mehrphasig): DieBestandteile des vulkanischen Detritus sind Sideromelan mit beginnender Palagonitisierung,Gesteinsbruchstücke (basaltisch) und Feldspäte.

KOMPAKTION : Sie bewirkt mit aufsteigendem Porenwasserstrom eine Verringerung derPorosität und Permeabilität und geringfügige Veränderung in der Ionenbelegung derdetritischen Minerale. Es kommt überwiegend in den Klastiten zu authigenen Neubildungenin der Altersfolge Phosphorit, Pyrit, Glaukonit, wenig Zeolithe. In den Vulkanoklastiten gehtdie Palagonitisierung weiter.



FRÜHDIAGENESE im Klastit : Es erfolgt die Neubildung von Phosphorit, Pyrit, Glaukonit(Übergangsbereich: Kompaktion/ Frühdiagenese) und von Siderit und Calcit (dispers undKonkretionen bildend).

FRÜHDIAGENESE in den Vulkanoklastiten: Sie bewirkt einerseits eine Zementation der

Aschenbestandteile durch die sich neubildenden Karbonate (insbesondere Calcit und Siderit)mit Konservierung von Sideromelan, Palagonit und Gesteinsbruchstücken. Sie bewirktandererseits im Falle einer nicht stattfindenden Zementation durch Karbonate eine Alterationder vulkanoklastischen Bestandteile zu Montmorillonit.

Für den Lias-Ton von Grimmen kann ein ähnlicher Verlauf angenommen werden, ohne daßhier Vulkanoklastite auftreten. Aus den Tonmineralparagenesen der pleistozänen Sedimentekann geschlossen werden, daß ein Teil ihres Mineralbestandes infolge der glazigenen Erosionvon in Hochlage befindlichen älteren Sedimenten in diese Schichtenfolge gelangte.

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1. Einleitung

Seit Jahren werden im Fachgebiet Angewandte Geologie-Lagerstättenlehre der UniversitätGreifswald feinkörnige quartäre und präquartäre Sedimente Nordostdeutschlands unterrohstofftechnologischen und genetischen Aspekten mineralogisch untersucht. Zu denmehrfach bearbeiteten Lagerstätten und Vorkommen zählen u.a. der Lias-Ton (Unter-Toarc)von Grimmen, Sedimente der Oberkreide, Eozän-Tone (Unter- bis Ober-Eozän) undVulkanoklastite (Unter-Eozän 1) aus Bohrungen und der Eozän-Ton (Unter-Eozän 2) derLagerstätte Friedland, Oligozän-Tone (Mittel-Oligozän) von Jatznick und Malliß,Bändertone (Weichsel-Glazial) von Ückermünde und Möllenhagen und Geschiebemergel (Weichsel-Glazial) von Schönberg. Es entstand eine Vielzahl von Forschungsberichten,Dissertationen, Diplomarbeiten und Publikationen (eine umfangreiche Liste stehtInteressenten zur Verfügung), von denen aus Platzgründen stellvertretend angeführt werdensollen: Al-Rawi et al. 1975; Beier et al. 1995; Feldhaus & Störr 1978; Henning 1971, 1976,1977; Henning & Landgraf 1974; Henning & Lehmann 1995; Lehmann 1971, 1979; Störr 1967; Störr et al. 1978. Im folgenden wird ein kurzer zusammenfassender Überblick über dieErgebnisse bezüglich des Mineralbestandes, einiger technologischer Parameter und dergenetischen Interpretation der Tone gegeben. Dabei wird von der Beschreibung desuntereozänen "Friedländer Tons" ausgegangen, eine paläogeographische Entwicklung desAlttertiärs dargestellt und das Auftreten der genetisch und stratigraphisch bedeutsamen

Vulkanoklastite des Unter-Eozän 1 behandelt. In zwei weiteren Abschnitten werden dievorher genannten feinkörnigen Sedimente und Rohstoffe bezüglich ihres Mineralbestandesund ihrer nutzungsrelevanten Parameter beschrieben. Den Abschluß bildet eine thesenhafteDarstellung der Genese insbesondere der alttertiären Sedimente.

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2. Eozäne Tone"Typ Friedland"

Aus Bohrungen in Nordostdeutschland und aus oberflächennahen Aufschlüssen infolgehalokinetischer Hochlagen und Verschuppung durch glazidynamische Einflüsse ist seit

längerer Zeit die marine Schichtenfolge des Eozäns bekannt. Zur Typuslokalität zählen dieTonlagerstätten und -vorkommen bei Friedland. Die hier nachgewiesenen Tonvorkommensind in Form von Schuppen/Schollen Bestandteil einer überfahrenen Stauchmoräne, die als



ein Teilabschnitt der Rosenthaler Staffel zu betrachten ist ( Bauss 1967). Der eozäne Ton istzusammen mit einem liegenden zur Grundmoräne des Pommerschen Stadiums gehörendenGeschiebemergel gestaucht worden. Der hangende Geschiebemergel liegt diskordant überdem Stauchmoränenkomplex und schneidet die Schuppen/Schollen im Dachbereich ab. Damitgehören die Friedläner Vorkommen zu den im Quartär weit verbreiteten, als "exotische

Schollen" im norddeutschen Flachland bezeichneten, stratigraphisch älteren Bildungen.

Der schluffige, kalkfreie bis schwach kalkhaltige Ton von blaugrauer Farbe undhochplastischen Eigenschaften ist nach seiner Mikrofauna überwiegend in das Unter-Eozän 2(marine Fazies) einzuordnen. Er enthält wenig Makrofauna (z.B. Haifischzähne u.a.),weiterhin Konkretionen aus Phosphorit (teilweise mit Pyrit in den Rissen und Ichnospuren anden Oberflächen), aus Pyrit sowie aus Karbonaten (Siderit, Calcit). Beim Austrocknen könnensich Sekundärminerale wie Gips, Roemerit, Copiapit, Mirabilit, Thenardit, Rozenit,Szomolnokit, Jarosit (wasserfreie und wasserhaltige Sulfate mit Kationen der Elemente Ca,Fe, Na und Al) bilden (Ullrich & Störr 1985). Dieser Prozeß wird durch den mikrobiellenAbbau von Pyrit gefördert.

Nach der komplexen mineralogischen Phasenanalyse ( Henning et al. 1971) ist der FriedländerTon ein Dreischichtsilikat - Ton mit dem Hauptbestandteil ein dioktaedrisches irreguläresMontmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Mineral (innerkristallin quellfähig) synonym auchSmectit-Illit-Mixed-Layer (irregulär). Daneben enthält der Ton noch Muskovit, Kaolinit,Chlorit und Glaukonit als Tonminerale i.e.S. Als Nichttonminerale sind Quarz, Feldspat,Calcit, Dolomit und Pyrit enthalten.

Zu den diagnostischen Kriterien für die Identifizierung des Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Minerals zählen:

• das Mineral weist röntgenographisch eine ausgeprägte innerkristalline Quellfähigkeitauf, aber bei im Vergleich zu Montmorillonit geringerer Intensität des Glykol-Basisreflexes;

• der (060)-Reflex ergibt einen dioktaedrischen Charakter;• Röntgentexturdiagramme nach unterschiedlicher Kationenbelegung und stufenweiser

Temperung zeigen eine irreguläre Schichtabfolge;• der Masse-Verlust bei thermischer Entwässerung beträgt 13 - 15 %;• das Temperaturmaxim der Dehydroxylation liegt bei 570 °C;• die Berechnung der Strukturbesetzung aus der chemischen Analyse ergibt einen

tetraedischen Ersatz von Si durch Al in der Größenord-nung von 10 bis 20 %, in der

Oktederschicht sind ca. 20 % Mg und ca. 30 % Fe anstelle von Al substituiert, dieZwischenschichtbereiche sind in abnehmender Konzentration mit K, Na und Cabesetzt;

• die Morphologie der Teilchen ist blättchenförmig mit leistenförmigen Absonderungen( Henning & Störr 1986) senkrecht zur Basisschicht, ohne wesentliche Quelleffekte;

• die Fouriertransformation der Basisserie des Glykolkomplexes ( Landgraf 1979) zeigtdas Vorhandensein von 10-D-(Muskovit) und 17-D-(Glykol-Montmorillonit)Schichten bei einer ungeordneten Schichtabfolge an, der Schichtanteil vom TypMontmorillonit liegt bei 60 %.

Der weiterhin festgestellte Muskovit ist leicht destruiert in Richtung Illit. Der Kaolinit tritt in

kleinen pseudohexagonalen Kristallen auf. Als Chlorit ist ein trioktaedrischer Fe-Mg-Chloritvorhanden. Der Hauptanteil des Quarzes liegt als kantig-splittrige Körner in den Korngrößen< 63 µm vor. Aus den mikroskopischen Untersuchungen folgt, daß die Minerale Quarz,



Feldspat, Muskovit, Chlorit, Glaukonit, Pyrit und die Karbonate auch in Korngrößen < 2 µmvorkommen. Bezüglich der Gefügeeigenschaften ergibt sich, daß die eozänen tonigenGesteine als inhomogene und anisotrope Tone vorliegen. Der Korngrößenanteil derTonfraktion beträgt im Durchschnitt 68 Masse-% und variiert zwischen 50 und 70 Masse-%.Der quantitative Mineralbestand des Tones von Friedland ist in seiner Einzelproben-Variation

und dem daraus ermittelten Durchschnittswert in Tab. 1 zusammengestellt. Von denmineralogischen Eigenschaften des Tones "Typ Friedland" sind insbesondere die folgendenvon Einfluß auf das technologische Verhalten:

• Das Vorhandensein von wesentlichen Mengen (35 - 53 Masse-%) des irregulärenMontmorillonit-Mixed-Layer-Minerals (Mo60Mu40) mit montmorillonitähnlichenEigenschaften. Die Unterschiede zum Montmorillonit sind eine geringereinnerkristalline Quellfähigkeit, geringere Kationenumtauschkapazität (KUK),geringere spezifische Oberfläche, geringere thermische Stabilität und blättchen- bisleistenförmige Morphologie. Bezüglich dieser Eigenschaften kann festgestellt werden,daß sich der Friedländer Ton wie ein Dreischichtsilikatton mit ca. 25 Masse-% des

innerkristallin vollständig quellfähigen Tonminerals Montmorillonit verhält und damitbentonitähnliche Eigenschaften aufweist. Er erreicht jedoch nicht die Qualität vonBentonit, der in der Regel weit mehr als 50 Masse-% Montmorillonit enthält.

• Der hohe Gesamtanteil von Dreischichtsilikaten (Mixed-Layer-Mineral, Muskowit,Illit und Glaukonit).

• Der hohe Kornanteil < 2 µm und die Kornverteilung in dieser Kornklasse.

Tab. 1: Mineralzusammensetzung(in Masse-%) des Tones

von Friedland ( Henning 1971)

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3. Paläogeographie des Alttertiärs in Norddeutschland

Die paläogeographische Entwicklung des Alttertiärs wurde schon von Krutzsch & Lotsch (1958) zusammenhängend dargestellt. Danach ist das Höhere Paläozän (Landenien) in

Norddeutschland durch eine erhebliche Transgression über Ober- und Unterkreidecharakterisiert, so daß eine marine Erosionsdiskordanz entsteht. Im östlichen Küstenbereichbefinden sich Ablagerungen der Ober- und Unterkreide sowie des Juras im Bereich der



Tempelburger Achse. Im Süden wird das Meer von Gesteinen der Unter- und Oberkreide, desJuras, der Trias und etwas küstenferner von Gesteinen des Paläozoikums einschließlich desZechsteins begrenzt. Im Norden befinden sich die kristallinen Gesteine des FennoskandischenSchildes, die in Küstennähe von altpaläozoischen und mesozoischen Ablagerungen umgebensind.

Im Untereozän (Ypresien) schreitet die genannte Transgression nach Süden und Osten fort.Im Nordosten bilden sich die marinen Ablagerungen in toniger Stillwasserfazies ("TypusFriedland") des Unter-Eozän 2. Schon im Untereozän 1 kommt es zur Ablagerung von rotenTonen und besonders von lutitischen Aschen (Bezeichnung nach Konta 1973) aussubaerischen Vulkanausbrüchen im Gebiet von Dänemark. Durch die weitergehendeTransgression rückt die Südküste näher an das Paläozoikum und die Nordküste näher an daskristalline Grundgebirge des Fennoskandischen Schildes heran.

Im Mitteleozän (Lutetien) kommt es zu einem gewissen Stillstand der Meeresbewegungen,wenn sich auch verschiedenenorts regressive und transgressive Tendenzen bemerkbar

machen. Das Obereozän (Bastonien, Ludien, Latdorfien usw.) ist durch eine weitereFortsetzung der Transgression gekennzeichnet. Sie erreicht damit ihren Höhepunkt im Tertiär.Auf den Festlandsgebieten herrschen während der gesamten Zeit die oberkretazisch-tertiärenVerwitterungsbedingungen, die zu einer Formation der Verwitterungskruste führen.

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4. Vulkanoklastite des Untereozän 1

Schon Meinhold (1953) erwähnt aus Bohrungen in Nordostdeutschland Lagen und Bändervon Vulkanoklastiten (Tuffite), die als Äquivalent zu den seit längerer Zeit bekanntenvulkanischen Aschenlagen im Paläozän und Unter-Eozän 1 Nordwestdeutschlands undDänemarks betrachtet werden können. Für die Herkunft der Tuffitschichten macht Illies (1955) subaerische Eruptionen besonders im Gebiet des heutigen Ostseeausgangs (Kattegatund Skagerrak), Windverfrachtung und Sedimentation im untereozänen Meersesbeckenverantwortlich. Im folgenden werden die Ergebnisse der mineralogischen Untersuchungen anVulkanoklastiten aus Bohrungen in Nordostdeutschland im Hinblick auf ihre diagenetischenVeränderungen ( Henning 1977) zusammengefaßt. Die Sedimentation, Kompaktion und

Frühdiagenese der Vulkanoklastite verlief im Alttertiär annähernd zeitgleich und unter dengleichen Milieubedingungen wie die Bildung der Tonsedimente. Daraus ergeben sichRückschlüsse auf den Ablauf der genetischen Prozesse beider Sedimenttypen.

In allen drei beprobten Bohrungen Nordostdeutschlands (Dolgen, Möckow und Wusterhusen)wurden Vulkanoklastite mit Mächtigkeiten im Zenti- und Dezimeterbereich angetroffen. Eswurden zwei petrographisch unterschiedliche Typen festgestellt. Einerseits sind dieVulkanoklastite stark verfestigt und von braungrauer Farbe mit scharfer Grenze zu denliegenden und etwas weniger scharfer Begrenzung zu den hangenden Tonsedimenten.Andererseits sind sie plastisch und tonig, von heller graugelber Farbe mit ebenfalls deutlicherGrenze zu den Tonsedimenten.

Die verfestigten vulkanoklastischen Lagen zeigen im Dünnschliff als HauptkomponentenGesteinsglas (Sideromelan bis Palagonit) und Gesteinsbruchstücke mit basaltischem



Chemismus neben Feldspat. Diese Bestandteile sind mit Karbonat (Calcit und/oder Siderit)zementiert. Diese zementierenden Minerale sind meist feinkörnig und bilden seltenerradialstrahlige Aggregate. Offensichtlich hat eine submarine Alteration von Sideromelan zuPalagonit (Füchtbauer 1988) stattgefunden, die durch die beschriebene Zementierung infolgefrühdiagenetischer Karbonatbildung unterbrochen wurde. Der Modalbestand der verfestigten

Vulkanoklastite variiert für Gesteinsglas und Gesteinsbruchstücke zwischen 50 bis 80 %, fürKarbonat (Calcit und Siderit) zwischen 45 und 15 % bei einem Anteil von Feldspatkörnernum 5 %.

In den plastischen vulkanoklastischen Lagen ist als Hauptbestandteil ein für normaleBentonite typischer Montmorillonit enthalten, der sich mit seinen mineralogischenEigenschaften deutlich von dem irregulären Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Mineralder liegenden und hangenden Tonsedimente unterscheidet. Die Fouriertransformation derBasisserie des Glykolkomplexes des Mg-belegten Montmorillonits einer solchen Lage ergabeinen eindeutigen integralen 17-D-Schichtabstand ohne Vorhandensein eines 10-D-Schichtanteils ( Landgraf 1979). Es ist offensichtlich, daß der Alterationsprozeß des

vulkanischen Glases bei Sedimentation, Kompaktion und Frühdiagenese hier im Sinne von Hay & Iljima (1968) vom Sideromelan über Palagonit zu Montmorillonit geführt hat.

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5. Mineralbestand feinkörniger Sedimente Nordostdeutschlands im Überblick

Im Zusammenhang mit Untersuchungen feinkörniger Sedimente zur Einschätzung ihrerEignung als Deponieabdichtung analysierte Beier (1994) Proben der Tone von Grimmen,Friedland und Malliß, des Geschiebemergels von Schönberg und des Bändertones vonMöllenhagen. Der Mineralbestand aller Proben wurde nach der gleichen Methodiksemiquantitativ bestimmt, so daß ein guter Vergleich der Proben untereinander gewährleistetist. Weiterhin kann festgestellt werden, daß die ermittelten Werte sich sehr gut in ältere und

jüngere Angaben anderer Autoren zum Mineralbestand einordnen lassen. Die Ergebnissedieser Analysen sind in der Tab. 2 zusammengefaßt. Danach besitzt der Lias-Ton vonGrimmen mit 80 Gew.-% den größten Tonmineralanteil, wobei die Glimmerminerale(Muskovit/Illit) überwiegen. Der Eozän-Ton von Friedland weist etwa 75 - 80 Gew.-%Tonminerale und dabei mehr als 50 Gew.-% des quellfähigen Dreischichtsilikates

Montmorillonit-Mus-kovit-Mixed-Layer (vgl. Henning 1971) auf. Der Oligozän-Ton vonMalliß enthält 65 Gew.-% (dabei 40 Gew.-% Mo-Mu- Mixed-Layer) Tonminerale (vgl. Landgraf 1971). Der Bänderton von Möllenhagen enthält rund 50 Gew.-% Tonminerale beieinem Überwiegen der Glimmerminerale (vgl. Al-Rawi 1976). In der Probe einesGeschiebemergels von Schönberg (etwa 35 Gew.-% Tonmineralanteil) besitzt dieQuarzkomponente, die auch Ausdruck der wesentlich gröberen Korngrößenverteilung (s. a.Tab. 3) ist, einen großen Anteil an der Zusammensetzung der Probe. Eine systematischeUntersuchung zum Ordnungsgrad und zum Montmorillonitschichtanteil des unregelmäßigenMontmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Minerals (quellfähig) der feinkörnigen SedimenteNordostdeutschlands ist noch nicht durchgeführt worden. Immerhin kann mit Landgraf et al.(1980) festgestellt werden, daß dieses Mixed-Layer-Mineral einen hohen

Montmorillonitschichtanteil > 40 % enthält, bei dem Friedländer Ton liegt dieser Anteil bei60 %.



Tab. 2: Mineralbestand (in

Masse-%) nachsemiquantitativerAnalyse der Tonevon Grimmen,Friedland, Malliß,desGeschiebemergelsvon Schönbergund desBändertones vonMöllenhagen (aus Beier 1994; Beier et al. 1995)

MoMu-ML )unregelmäßigesMontmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Mineral(quellfähig);Mu/Illit )Muskovit und Illit(zusammengefaßt);Kao/Chl ) Kaolinitund Chlorit(zusammengefaßt)

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Tab. 3: NutzungsrelevanteParameter der

Tone vonGrimmen,Friedland, Malliß,desGeschiebemergelsvon Schönbergund desBändertones vonMöllenhagen (aus Beier 1994 und Beier

et al 1995)

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6. Einige nutzungsrelevante Parameter

In den im Abschnitt 5 genannten Arbeiten von Beier (1994) und Beier et al. (1995) wurdenauch einige nutzungsrelevante Parameter an Proben der Tone von Grimmen, Friedland undMalliß, des Geschiebemergels von Schönberg und des Bändertones von Möllenhagenangegeben. Diese im folgenden diskutierten bodenphysikalischen Parameter dientenvorrangig der Einschätzung der Sedimente als Deponieabdichtung. Sie sind aber auch fürweitere Nutzungsmöglichkeiten relevant. Bei der Einschätzung der Angaben sollte bedachtwerden, daß es sich um mehr oder weniger typische Einzelproben aus den entsprechendenLagerstätten und Vorkommen handelt. Allerdings sind die Lagerstättenkörper insbesondereder Tone von Friedland und Grimmen relativ homogen. Alle Proben wurden nach dergleichen Präparation und Methodik untersucht. Die Ergebnisse sind in Tab. 3zusammengefaßt.

Nach der granulometrischen Zusammensetzung handelt es sich bei der Grimmener Probe (65Gew.-% Tonanteil) und der Friedländer Probe (50 Gew.-%) um Tone bzw. schluffige Tone,während man die Gesteine von Malliß (45 Gew.-% Ton-anteil) und Möllenhagen (40 Gew.-%Tonanteil) streng genommen den Schluffen oder tonigen Schluffen zurechnen müßte.Aufgrund der schon früher an diesen Gesteinen durchgeführten Untersuchungen und dendabei gewonnenen Erkenntnissen über die Korngrößenverteilung ( Landgraf 1971) sowie demhohen Tonmineralanteil wird zumindest das Mallißer Gestein ebenfalls als Ton bezeichnet.Der Schönberger Geschiebemergel weist mit 22 Gew.-% Tonanteil und 31 Gew.-% Sand-(bzw. Kies-) anteil erwartungsgemäß eine gröbere Kornverteilung auf.

Der Einfluß der Tonmineralanteile und vor allem der Tonmineralzusam-mensetzung auf dieKationenaustauschkapazität wird durch einen Vergleich der Tone von Grimmen (44 mval/100g), Friedland (54 mval/100 g) und Malliß (46 mval/100 g) anschaulich. Die Tone vonGrimmen und Friedland weisen einen Tonmineralgehalt von 80 bzw. 75 - 80 Gew.-% auf (s.a. Tab. 2). Der Ton von Malliß hat 65 Gew.-% Tonmineralgehalt. Infolge des hohen Anteilsdes Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Minerals (50 - 55 Gew.-%) und dessenZusammensetzung mit Mo60Mu40 im Ton von Friedland ist dessenKationenaustauschkapazität am höchsten. Der Grimmener Lias-Ton hat trotz seines höherenTonmineralgehaltes eine kleinere Kationenaustauschkapazität als der Mallißer Oligozänton.Entscheidend dafür der höhere Anteil an quellfähigen Dreischichtsilikaten im Mallißer Ton.

Der Möllenhagener Bänderton (33 mval/100 g) sowie der Geschiebemergel von Schönberg(22 mval/100 g) besitzen entsprechend ihres geringeren Tonmineralanteils und ihresgeringeren Gehaltes an quellfähigem Dreischichtsilikat kleinereKationenaustauschkapazitäten.

Der Durchlässigkeitsbeiwert wurde an proctorverdichteten Probekörpern mit aqua dest. alsDurchströmungsmedium in Triaxialzellen ermittelt. Der Ton von Grimmen mit seinem hohenFeinkornanteil (65 Gew.-% 2 µm) weist den geringsten Durchlässigkeitbeiwert auf. DerGeschiebemergel mit höheren Grobanteilen besitzt den höchsten Wert. Die anderen dreiProben ordnen sich, ihrer Kornsummenkurve entsprechend, dazwischen ein. Die Differenzenzwischen den Durchlässigkeitsbeiwerten der feinkörnigen Tone und des gemischtkörnigen

Geschiebemergels (zwei- bis dreimal so groß) waren relativ gering. Dies hängt damitzusammen, daß neben der Korngrößenverteilung auch die Dichte des durchströmten MaterialsAuswirkungen auf den Durchlässigkeitsbeiwert hat. Die wesentlich bessere Verdichtbarkeit



(Proctordichte) der Gesteine von Möllenhagen und Schönberg gegenüber den Tonen vonGrimmen, Friedland und Malliß ist die Ursache für deren nicht auffällig höherenDurchlässigkeitsbeiwerte.

Die Parameter natürlicher Wassergehalt, Feuchtdichte und Trockendichte, die in Tab. 2

aufgeführt sind, wurden an ungestört entnommenen Proben bestimmt. Danach weisen vorallem die tertiären Tone von Friedland (32,2 %) und Malliß (34,1 %) aufgrund ihres großenAnteils an quellfähigen Dreischichtsilikaten einen sehr hohen natürlichen Wassergehalt auf,während der Geschiebemergel von Schönberg (14,2 %) den geringsten Wassergehaltaufweist. Die Werte für den Lias-Ton (25,6 %) und den Bänderton (24,4 %) liegendazwischen. Die Dichten lassen erkennen, daß der Geschiebemergel, der Bänderton und derLiaston schon eine stärkere Belastung, entweder durch Eis- oder durch Sedimentauflast,erfahren haben. Der Eozän- und der Oligozän-Ton weisen dagegen nur sehr geringe Dichtenauf, was zum einen mit ihrer Genese, zum anderen mit ihrem Phasenbestand zusammenhängt.

Die Proctordichten geben Aufschluß über die Verdichtbarkeit der untersuchten Gesteine.

Nach erdbautechnischen Kriterien sind die Tone von Grimmen (dPr = 1,42 g/cm³), Friedland(dPr = 1,33 g/cm³) und Malliß (dPr = 1,48 g/cm³) als sehr schlecht verdichtbar einzuschätzen.Der Möllenhagener Bänderton (dPr = 1,72 g/cm³) zählt zu den schlecht verdichtbaren und derSchönberger Geschiebemergel (dPr = 1,87 g/cm³) zu den mittelmäßig verdichtbarenGesteinen. Ein Vergleich der Proctordichten mit den natürlichen Trockendichten zeigt, daßbei den im Laufe ihrer Genese schon stärker belasteten Gesteinen die natürliche Dichte mitder Proctorverdichtung nicht erreicht wird. Bei den weniger stark belasteten Tonen vonMalliß und Friedland wird die natürliche Trockendichte durch die Proctorverdichtungüberschritten.

Der Lias-, der Eozän-, der Oligozän-Ton sowie der Bänderton stehen im Plastizitätsdiagrammvon Casagrande im Feld der ausgeprägt plastischen Tone. Erstere drei Gesteine weisen mitFließgrenzen > 70 % und Plastizitätszahlen > 50 % Werte auf, die sogar für dieses Feldextrem hoch sind. Der Geschiebemergel befindet sich im Feld der leicht plastischen Tone.

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7. Genese der feinkörnigen Sedimente

Für die tertiären feinkörnigen Sedimente kann aus den Untersuchungen folgender genetischerAblauf abgeleitet werden. Sie gehören zur oberkretazisch-tertiären Formation derVerwitterungskruste, die durch Verwitterungsprozesse auf dem Baltischen Schild und auf derBöhmischen Masse und Sedimentation in den tertiären Meeresbecken gekennzeichnet ist. EinTeil der Verwitterungsprodukte gelangt als Detritus fluviatil und subaerisch in die tertiärenmarinen und flachmarinen Becken. Wie in den vorhergehenden Abschnitten zurPaläogeographie und zu den Vulkanoklastiten schon ausgeführt wurde, kommt es im Unter-Eozän 1 zu subaerischen Ausbrüchen vulkanischer Asche mit basaltischem Chemismus inDänemark (heutiges Gebiet von Skagerrak und Kattegat). Dieser Vulkanismus hat nach Illies (1955) auch in Norddeutschland zu vulkanoklastischen Aschenlagen in der alttertiären

Schichtenfolge geführt. Damit ergeben sich zwei Haupttypen von Detritus, die an derZusammensetzung der alttertiären Sedimente beteiligt sind. Einerseits handelt es sich umfluviatil und subaerisch herantransportierte Verwitterungsprodukte der oberkretazisch-



tertiären Verwitterungskruste und andererseits zumindestens im Unter-Eozän 1 um subaerischherantransportierte vulkanische Aschen.

Folgende Prozesse finden statt:

SEDIMENTATION VON DETRITUS: Zu den detritischen Mineralen zählen dasunregelmäßige Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Mineral, Kaolinit, Chlorit, Muskovit,Quarz, und Feldspäte. Während der Sedimentation ist eine geringfügige Alteration derdetritischen Tonminerale durch eine Kationenumbelegung denkbar.

SEDIMENTATION VON VULKANISCHEN ASCHEN: Mehrphasige, kurzzeitige undintensive Sedimentation von Sideromelan, Gesteinsbruchstücken und Feldspat. Während derSedimentation beginnt die Palagonitisierung des Sideromelan als Alterationsprozeß im Sinnevon Hay & Iljima (1968). Diese Sedimentation im Unter-Eozän 1 führt nach der Kompaktionzu zentimeter- bis dezimeter-mächtigen Vulkanoklastiten.

KOMPAKTION mit aufsteigendem Porenwasserstrom bewirkt eine Verringerung derPorosität und Permeabilität der entstehenden klastischen und vulkanoklastischen Sedimente.Die Kationen und Anionen im aufsteigenden Porenwasserstrom bewirken eine weitereAlteration im Sinne einer Ionenumbelegung in den Klastiten, z.B. durch K-Einbau eineKontraktion von Dreischichtsilikaten ( Landgraf 1972). Weiterhin kommt es zu authigenenNeubildungen in den Klastiten von in der Altersfolge Phosphorit, Pyrit, Glaukonit und wenigZeolithen. In den Vulkanoklastiten findet eine weitere Palagonitisierung von Sideromelanstatt.

FRÜHDIAGENESE IM KLASTIT: Es entstehen frühdiagenetische Neubildungen mitPhosphorit, Pyrit, Glaukonit (Übergangsbereich: Kompaktion/ Frühdiagenese) und mit Sideritund Calcit. Diese Minerale können sowohl dispers im Sediment vorliegen, als auch in Formvon Konkretionen und Lagen (Karbonatbänke). Als Ergebnis des Gesamtprozesses liegen inden untersuchten klastischen Sedimenten folgende Minerale in wechselndenMengenverhältnissen vor: Montmorillonit-Muskovit-Mixed-Layer-Mineral (irregulär),Muskovit, Illit, Kaolinit, Chlorit und Glaukonit als Tonminerale i.e.S., weiterhin Quarz,Feldspat, Calcit, Dolomit, Siderit und Pyrit.

FRÜHDIAGENESE IN DEN VULKANOKLASTITEN: Sie bewirkt einerseits eineZementation der Aschenbestandteile durch die sich neubildenden Karbonate (insbesondereCalcit und Siderit) und dadurch Konservierung der Aschenbestand-teile Sideromelan,

Palagonit und der Gesteinsbruchstücke. Die konservierende Wirkung vonKarbonatausscheidungen sind z.B. von Füchtbauer & Goldschmidt (1963) an karbonatischzementierten Tonsteinen des oberen Malms und von Knoke (1966) an Kalkkonkretionen indevonischen Tonschiefern beschrieben worden.

FRÜHDIAGENESE IN DEN VULKANOKLASTITEN: Sie bewirkt andererseits im Falleeiner nicht stattfindenden Zementation durch Karbonate eine Alteration dervulkanoklastischen Bestandteile zu Montmorillonit und damit kommt es zu einerBentonitisierung. Diese Alteration findet nach der Karbonatzementation statt. Da dieBeziehungen zwischen Edukt und Produkt bei Alterationsprozessen eine entscheidende Rollespielen, ist hiermit festzustellen, daß in den untersuchten feinkörnigen Sedimenten die

Minerale der Smectit-Gruppe wie z.B. strukturell reine Montmorillonite nur in den nichtzementierten Vulkanoklastiten und nicht in den klastischen Sedimenten zu erwarten sind.



Mit der Frühdiagenese enden die Alterationsprozesse in den untersuchten Sedimenten, wennman von rezenten Mineralumbildungen unter Atmosphärilien und biogener sowieanthropogener Einwirkung, wie der Bildung von Halit und von Sulfatmineralen, absieht.

Für den Lias-Ton von Grimmen kann ein ähnlicher Verlauf angenommen werden, ohne daß

hier Vulkanoklastite auftreten. Aus den Tonmineralparagenesen der pleistozänen Sedimentekann geschlossen werden, daß ein Teil ihres Mineralbestandes infolge der glazigenen Erosionvon in Hochlage befindlichen älteren Sedimenten in diese Schichtenfolge gelangte.

Die oberflächennahe Lage der Sedimente, insbesondere der plastischen Tonschichten, wirdverursacht durch:

• die glaziale Einwirkung und teilweise diapirartigem Aufstieg durch Deformationinfolge unterschiedlicher petrophysikalischer Eigenschaften der in denSchichtenfolgen enthaltenen Gesteine, wie im Falle des Eozän-Tones von Friedlandoder durch

• Halokinese, d.h. das Aufschleppen an den Flanken von Salzstöcken, wie im Falle desOligozän-Tones von Malliß am Salzstock von Conow, oder durch

• endogene Strukturen, wie im Falle des Lias-Tones im Top der Struktur von Grimmen.

Überall wo in Nordostdeutschland infolge der genannten Prozesse oberflächennahe Tone derstratigraphischen Einheit Unter-Eozän 2 auftreten, ist ein mit dem Friedländer Ton in seinenEigenschaften vergleichbarer Ton zu erwarten.

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Henning 1998 Mineral Best And Genese TON