Description
Die Hydrogeologie der nichtverkarstungsfahigen, d. h. vor all em der nichtkarbonatischen oder gering karbonatischen Festgesteine hat bisher nicht geniigend Beachtung gefunden. Sie hat noch keine zusammenfassende Dar stellung ihrer besonderen Probleme und deren Bedeutung in cler Grundwasser erkundung und -gewinnung, in Grundwasserhaushaltsfragen, in vie1en inter disziplinaren Wissenschaftsgebieten – z. B. in der Umweltforschung – sowie in unterschiedlichen, besonders bautechnischen Anwendungsbereichen erfahren. Vielfaltig sind dagegen die Bemiihungen der Geologen und Hydrologen bisher gewesen, die Wasserfiihrung der Lockergesteine zu erkunden, in der Literatur zu beschreiben oder in Vortragen bei speziellen Symposien oder Tagungen darzustellen. Auch verkarstungsfahige Festgesteine sind in den letzten Jahren zunehmend Gegenstand von Forschungen und Vortragsveranstaltungen sowie zusammenfassender Darstellungen gewesen. Der Hydrogeologie nichtkarbonatischer Festgesteine wird erst in den letzten Jahren mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Ihr sind speziell auch einige internationale wissenschaftliche Tagungen gewidmet worden, so: 1965 ein Symposium (organisiert von UNESCO, zusammen mit AIHS, FAO und AIH 1) in Dubrovnik (Jugoslawien) unter dem Thema: “Hydrologie des roches fissurees”, 1972 ein Symposium (der IAEG 2) in Stuttgart unter dem Thema: “Percolation through fissured rocks”, 1974 ein Symposium (von Servo geo!. Esp. und UNESCO) in Lanzarote (Kanarische Inseln) iiber: “Hidrologia de terrenos volcanicos”. 1. Zur Einfhrung.- 1.1 Problemstellung.- 1.2 Anwendungsbereiche und Bedeutung fr die Praxis.- 2. Hohlrume im nichtkarbonatischen Festgestein und im Gebirge.- 2.1 Allgemeines.- 2.2 Poren im Gestein.- 2.2.1 Definitionen.- 2.2.2 Porenraum von mittel- und grobklastisdien Festgesteinen.- 2.2.3 Porenraum von tonigen Festgesteinen.- 2.2.4 Porenraum von Tuffgesteinen, pyroklastischen und Lavagesteinen.- 2.2.5 Porenraum in plutonischen, vulkanischen und metamorphen Gesteinen.- 2.3 Fugen (Trennfugen) im Gebirge.- 2.3.1 Schichtfugen.- 2.3.2 Klfte.- 2.3.3 Schieferungsfugen.- 2.3.4 Scherfugen.- 2.3.5 Strungen.- 2.4 Hohlungen in festen und halbfesten Gesteinen.- Literatur.- 3. Grundlagen zur hydrogeologisdien Beurteilung nichtkarbonatischer Festgesteine.- 3.1 Der Aquifer im festen Gebirge.- 3.2 Allgemeines zur Gesteins- und Gebirgsdurchlssigkeit.- 3.3 Porendurchlssigkeit bei Festgesteinen (Permeabilitat).- 3.4 Fugendurdilssigkeit des aus nicht verkarstungsfahigen Festgesteinen aufgebauten Gebirges.- 3.4.1 Strmung in Klften und Strungen.- 3.4.2 Geologische und hydrogeologische Erkundung zur groben Abschtzung der Wegsamkeit des Gebirges.- 3.4.3 Pumpversuche zur Bestimmung der Gebirgsdurchlssigkeit.- Pumpversuche mit stationren Bedingungen.- Pumpversuche mit nichtstationren Bedingungen.- 3.4.4 Vergleiche der Gesteinsdurdilssigkeiten mit Pumpergebnissen.- 3.4.5 Weitere Methoden zur Abschtzung der Gebirgsdurchlssigkeit.- 3.4.5.1 Auffllversuche bei Bohrlchern.- 3.4.5.2 Geophysikalische Transmissivittsmessungen mit Hilfe des “Einschwingverfahrens”fr den Grundwasserspiegel in Brunnen bei Festgesteinen.- 3.4.5.3 Flumesser (flowmeter)-Messungen in Bohrlchern.- 3.4.5.4 Frbe-, Salzungs- und Isotopenimpfversuche sowie Temperaturmessungen.- 3.4.5.5 Auswertung von Grundwasserhhengleichen-Plnen.- 3.4.5.6 Auswertung von Korngrenuntersuchungen.- 3.5 Grundwasserabflu und -erneuerung und ihr Bezug zum geologischen und lithologischen Aufbau des Gebirges.- 3.5.1 Grundwasserhaushalt – Abtrennung des Grundwasserabflusses.- 3.5.2 Trockenwetterabflukurve und ihre Beziehung zu den geologischen Verhltnissen.- 3.5.3 Ermittlung von Gebieten erhhter Grundwasserspende aus Niedrigwasserabflssen in lithologisch einfrmigen Gebieten.- 3.6 Zur Chemie des Grundwassers in Festgesteinen.- 3.6.1 Grundwasserbesdiaffenheit in magmatischen Gesteinen und Metamorphiten.- 3.6.2 Grundwasserbesdiaffenheit in konsolidierten, niditkarbonatischen Sedimentgesteinen.- 3.6.3 Widitige gelste Bestandteile im Grundwasser von Festgesteinen.- Schwermetalle.- Barium und Strontium.- Lithium.- Brom und Jod.- Fluor und Bor.- Chlor.- Literatur.- 4. Berechnungsgrundlagen und Rechenverfahren fr Wasserstrmung in Trennfugen.- 4.1 Problemstellung.- 4.2 Berechnungsgrundlagen.- 4.3 Berechnungsverfahren.- Literatur.- 5. Grundwasservorkommen und Wassergewinnung in verschiedenartigen Gesteinsbereichen und ausgewhlten Grundwasserlandschaften.- Vorbemerkung.- 5.1 Magmatite des kristallinen Grundgebirges.- 5.1.1 Fennoskandia.- 5.1.2 Bhmisdie Masse (mit einem Beitrag von R. Hohl).- 5.1.3 Sonstige Kristallingebiete im westeuropisdien Raum (mit einem Beitrag von R. Hohl).- 5.1.4 Kristallingebiete in Afrika, Nord- und Sdamerika.- 5 1.5 Zusammenfassung der Erfahrungen fr den Bereich der Magmatite.- a) Gewinnbare Wassermengen.- b) Wasserqualitt.- c) Wasserbedarfsdeckung.- d) Manahmen zur Erkundung und Gewinnung.- Literatur.- 5.2 Metamorphite (Gneise, Glimmerschiefer, Phyllite (mit Beitrgen von R. Hohl).- Gneise.- Glimmerschiefer und Phyllite.- Literatur.- 5.3 Niditkarbonatische Gesteine des gefalteten Palaozoikums in Europa (Quarzite, Sandsteine, Konglomerate, Grauwacken, Siltsteine, Tonsteine, Diabase, Schalsteine, Keratophyre und Tuffe).- 5.3.1 Rheinisches Sdiiefergebirge.- Quarzite.- Sandsteine, Grauwacken und Misdigesteine.- Siltsteine, Tonsteine und Misdigesteine in gebnderter oder flasriger Art.- Diabase, Schalstein und Roteisenstein.- Zusammenfassender berblick.- 5.3.2 Harz (R. Hohl).- 5.3.3 Vogtlndisch-Thringisdies Schiefergebirge.- 5.3.4 Zusammenfassung von Erfahrungen bei gefalteten Gesteinen des Variszisdien Gebirges (Kap. 5.3.1-5.3.3).- Literatur.- 5.3.5 Klastische Gesteine des gefalteten Teils der Subvariszischen Saumsenke, am Beispiel des Steinkohlenreviers der Ruhr (Wechselfolgen von Sandsteinen, Siltsteinen und Tonsteinen).- 5.3.5.1 Hydrogeologischer berblick ber das Ruhrkarbon und sein Deckgebirge.- 5.3.5.2 Hydrogeologische Verhaltnisse im Oberkarbon des Ruhrgebietes.- 5.3.5.3 Zur bergbaulichen Wasserwirtschaft im Ruhrgebiet.- 5.3.5.4 Gewinnung von nutzbarem Grundwasser auerhalb der Grubenbereiche und Beseitigung von Abwssern.- Literatur.- 5.3.6 Vergleiche mit anderen gefalteten Teilen der Subvariszischen Saumsenke.- 5.3.6.1 Aachen-Erkelenzer Steinkohlenrevier.- 5.3.6.2 Steinkohlenrevier von Ibbenbren.- Literatur.- 5.3.7 Zusammenfassung von Erfahrungen in gefalteten Schichtfolgen der Subvariszischen Saumsenke (Kap. 5.3.5-5.3.6).- 5.4 Klastische Gesteine des ungefalteten Palozoikums in den europischen Tafelgebieten (ohne Rotliegendes).- 5.4.1 Ungefaltete Vorland-Sedimente des variszischen Gebirges zwischen Ruhrgebiet und Nordsee (ohne Rotliegendes).- 5.4.2 Baltischer Schild in der Umgebung der Baltischen Syneklise.- 5.4.3 Baltischer Schild in der nordlichen Umrahmung des Moskauer Beckens.- 5.4.4 Bhmen.- 5.4.5 Hinweise auf ungefaltetes Palaozoikum in anderen Teilen der Erde.- 5.4.6 Zusammenfassung fr den Bereich des ungefalteten Palazoikums.- Literatur.- 5.5 Das Molassestockwerk des palazoischen Gebirges (Oberkarbon und Rotliegendes).- 5.5.1 Allgemeines (R. Hohl und H. Karrenberg).- 5.5.2 Hydrogeologische Verhltnisse der permosilesischen Sedimente im schsischthringischen Raum (R. Hohl).- 5.5.3 Hydrogeologische Verhltnisse der Vulkanitkomplexe des Molasse-Stockwerkes in Thringen und Sachsen (R. Hohl).- 5.5.4 Zur Hydrogeologie der Sedimente und Vulkanite des Saar-Wetterau-Werra-Troges.- 5.5.5 Zur Hydrogeologie der Ablagerungen im Rotliegendbecken des nrdlichen Mitteleuropa.- 5.5.6 Zusammenfassung einiger Erfahrungen fiir den Bereich der Rotliegend- Sedimente und -Vulkanite.- Literatur.- 5.6 Sandsteine des Mesozoikums.- 5.6.1 Sandsteine der Trias.- 5.6.1.1 Buntsandstein in Deutschland.- Geologischer berblick.- Hydrogeologischer berblick.- Grundwasserneubildung.- Grundwasserbeschaffenheit.- Grundwassergewinnung und -nutzung.- 5.6.1.2 Vergleich mit dem Buntsandstein in England und Frankreich.- 5.6.1.3 Sandsteine des Unteren und Mittleren Keupers, vorwiegend in Sddeutschland.- 5.6.1.4 Sandsteine des Oberen Keupers (Rht) in der Bundesrepublik Deutschland.- 5.6.2 Sandsteine des Juras.- 5.6.3 Sandsteine der Unterkreide.- 5.6.3.1 Osning-Sandstein.- 5.6.3.2 Hilssandstein.- 5.6.4 Sandsteine der Oberkreide im schsisch-bhmischen Bereich.- 5.6.5 Bedeutende Sandsteinbildungen des Mesozoikums auerhalb Europas.- 5.6.6 Zusammenfassung einiger Erfahrungen bei mesozoischen Sandsteinen des ungefalteten Deckgebirges.- Literatur.- 5.7 Mergelgesteine des Mesozoikums und des Tertirs.- 5.7.1 “Steinmergel”des Mittleren Keupers im nordlichen Teil der Bundesrepublik Deutsehland.- 5.7.2 “Flammenmergel”des Albien im nrdlichen Teil der Bundesrepublik Deutsehland.- 5.7.3 Oberkretazische Mergelgesteine (Cenoman bis Ober-Santon) im Deckgebirge des Steinkohlenreviers der Ruhr.- 5.7.4 Mergel der hheren Oberkreide (Vorhelmer Schichten des Campans) im zentralen Teil des Mnsterschen Beckens.- Literatur.- 5.8 Vulkanische Gesteine des Mesozoikums und Knozoikums.- 5.8.1 Allgemeines.- 5.8.2 Island (Iceland).- a) Geologischer berblick.- b) Hydrogeologie.- c) Wasserbilanz, Wasserversorgung und sonstige Wassernutzung.- 5.8.3 Kanarische Inseln.- a) Geologischer berblick.- b) Hydrogeologie.- c) Zur Wasserbilanz und Wasserversorgung.- 5.8.4 Oahu (Hawaii-Inseln).- a) Geologischer berblick.- b) Hydrogeologie.- c) Wassergewinnung und Wasserbedarf.- 5.8.5 Vogelsberg.- a) Geologischer berblick.- b) Zur Hydrogeologie.- c) Nutzung und wasserwirtschaftliche Bedeutung.- 5.8.6 Deccan-Trap in Indien.- a) Geologischer berblick.- b) Hydrogeologie.- c) Wassergewinnung und Wasserhaushalt.- 5.8.7 Vergleiche und Zusammenfassung.- Literatur.- 6. Umweltfragen bei Grundwasser in nichtverkarstungsfhigen Festgesteinen.- 6.1 Verunreinigungen des oberflachennahen Grundwassers in klftigen, niditkarbonatisdien Festgesteinen und Grundwasserschutz.- 6.1.1 Allgemeines.- 6.1.2 Art der Belastungen.- 6.1.2.1 Natrliche Belastungen des Grundwassers.- 6.1.2.2 Anthropogene chemische Verunreinigungen des Grundwassers.- 6.1.2.3 Spezielle Beeintrachtigungen durch Bergbauhalden, Kippen, Dmme und Planierungen mit Bergematerial des Bergbaus.- 6.1.2.4 Verunreinigungen in geklfteten Festgesteinen durch Minerall und Minerallprodukte.- 6.1.2.5 Auswirkungen organischer Abfallstoffe und Abwsser.- 6.1.3 Gebirgsspezifische Ausbreitung von Verunreinigungen des Grundwassers und von Abwssern.- 6.1.4 Prventiver Grundwasserschutz bei geklfteten nichtkarbonatischen Festgesteinen.- 6.1.4.1 “Richtlinien fr Schutzgebiete”, bisher mit begrenzter Anwendungsmglichkeit fr Festgesteine.- 6.1.4.2 Notwendige Beriicksiditigung von Sonderverhltnissen bei geklfteten nichtkarbonatischen Festgesteinen in den Richtlinien zur Festlegung von Schutzgebieten.- 6.1.4.3 Ausweisung von Vorrang- bzw. Schongebieten.- Literatur.- 6.2 Versenkung von Abwassern in Festgesteinskomplexe des tieferen Untergrundes.- 6.2.1 Allgemeines.- 6.2.2 Hydrogeologische Voraussetzungen fiir die mogliche Nutzung von nichtkarbonatischen Festgesteinen zur Speicherung (Endlagerung) von flssigen Abfllen.- 6.2.2.1 Auswahl “gnstiger”Gebiete aufgrund der allgemeinen geologischen Situation.- 6.2.2.2 Spezielle Erkundung der geologischen und hydrogeologischen Verhltnisse.- 6.2.2.3 Darstellung der hydrogeologischen Verhltnisse.- 6.2.3 Eigenschaften des natrlidien Flssigkeitsinhalts des Injektionskrpers (Aquifers) und der injizierten Flssigkeiten.- 6.2.4 Chemische Reaktionen zwischen Abwasser, Gestein und Lagerstttenwasser.- 6.2.5 Kontrollen des Versenk- und Ausbreitungsvorgangs.- 6.2.6 Nichtkarbonatische Festgesteine als Speicher fr tiefversenkte Abwsser (Beispiele).- 6.2.6.1 Sandsteine.- 6.2.6.2 Schiefer.- 6.2.6.3 Basalt.- 6.2.6.4 Gneis.- 6.2.7 Auslsen von Erdbeben durch Fracken in Festgestein.- Literatur.- 7. Ingenieurgeologisch-geotedinische Aspekte.- 7.1 System Fels/Wasser.- 7.2 Wasser im Felsbau unter Tage.- 7.3 Bergwasser in Boschungen, Baugruben und bei Talsperren.- Literatur.
