Natürliche Analoga
Untersuchungen von Basaltvorkommen
Reviers. Schwarz: kartierte Basaltvor-
kommen. Die Richtungsrose der Gänge
ist für den Bereich des Werra-Reviers
denen von Buggingen sehr ähnlich.
Dies deutet auf ein großräumig vergleich-
bares Spannungsfeld im Miozän hin.
Untersuchungen von Basaltvorkommen im Bereich des Werra-Reviers, Buggingen (Kaiserstuhl) und der Kaligrube Hattorf zeigen eine großräumige N 175° E Richtungsstabilität der Basaltgänge im Salz, die vor 16 bis 18 Ma im Jungtertiär entstanden sind. Bis zu 300 m mächtige Salzfolgen des Werra-Fulda-Gebietes wurden ebenso durch orientierte Basaltschlote durchschlagen.
Daraus kann abgeleitet werden, dass sich auch im Salz, das normalerweise durch ein isotropes Spannungsfeld charakterisiert wird, spannungsbedingte Vorzugsorientierungen großräumig abgebildet haben.
Aus den Basaltgängen konnten Strainraten zwischen 10-16-10-17s-1 abgeleitet werden. Damit verdichten sich die Hinweise, dass das Salz bereits bei sehr geringen Deformationsraten spröd reagieren kann und damit auch sprödes Deformationsverhalten (also Rissbildung) bei höheren Strainraten (tektonische Events wie Erdbeben) zu erwarten ist.
die Basaltvorkommen eingetragen die Masse der Gänge wurde
in Untertageaufschlüssen kartiert. Copyright: Piewak & Partner GmbH
Auswirkungen von Spannungsänderungen auf die Stabilität untertätiger Hohlräume im Salz
Im Salz wird allgemein von einem lithostatischen Spannungszustand ausgegangen. Ändern sich die Spannungsrandbedingungen, dann ändern sich auch die Druckverhältnisse in Fluideinschlüssen im Salz. Falls der Porendruck eines Fluideinschlusses im Salz größer wird als die minimale Normalspannung, dann kann es zum Bruch des Gesteins führen Das Kriterium das diesen Bruch beschreibt wird auch als Minimalspannungs- bzw. Fluiddruckkriterium (hydraulisches Kriterium) bezeichnet.
Physikalischer Hintergrund des Minimalspannungskriteriums ist, dass wenn der Fluiddruckes die Größe der minimalen Hauptspannung des Gebirges erreicht oder überschreitet es zu einer Öffnung an den Korngrenzen und damit zu einer druckgetriebenen Vernetzung von Fließwegen kommt.
Aus publizierten Daten wurde eine Übersicht der Gasausbrüche in den Kaligruben des Werra-Reviers unter Berücksichtigung von Auswurfmengen zusammengestellt.
Aus Gebirgsschlägen und CO2-Ausbrüchen konnten signifikante Differenzen zwischen der Horizontalspannung unterhalb des Salzes und den Spannungen im Salz abgeleitet werden. Im Salz in ca. 800 m Teufe ist die Spannung um ca. 8 MPa höher im Vergleich zu den Bereichen unterhalb des Salzes.
Die minimalen Spannungen im Salz sind entscheidend für die Freisetzung evtl. darin enthaltener Gase. Werden die Spannungen durch Sprengungen herabgesetzt, kann es zu Fracs im Salz und damit zu Gasausbrüchen kommen. Verändern sich die Spannungen nur langsam (z.B. wie es aufgrund der Konvergenz von Kavernen erwartet werden kann), so sollten keine Fracs erzeugt werden. Kenntnis der Spannungsanisotropie im Salz kann für die Auslegung von Bohrpfaden genutzt werden bzw. zur Entgasung des Salzes in Bergwerken.