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Antje Bohn

• Konvergenz- und lösungsbedingte Senkungsvorgänge an der Südwestflanke des Staßfurt-Egelner-Salzsattels beeinträchtigen nach Beendigung des aktiven Salzbergbaus die Stadtentwicklung und Flächennutzung im Stadtgebiet Staßfurt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit war die Analyse der hydrochemischen Beschaffenheit von Wässern und Lösungen und der potentiellen Wechselwirkungen der im Gebirge zusitzenden Lösungen mit den verschiedenen Mineralphasen des Gebirges, insbesondere des lösungssensiblen Zechsteinsalinars, anhand von hydrochemischen Interpretationen zur Herkunft und Genese der Wässer und Lösungen sowie mit Hilfe von hydrogeochemischen Modellrechnungen. Das Untersuchungsgebiet Staßfurt gehört zum Salzlandkreis und liegt ca. 35 km südlich von Magdeburg. An dem Staßfurter Sattel, der das Stadtgebiet quert, entwickelt sich vor ca. 160 Jahren ein intensiver Salzbergbau, in dessem Zuge sich eine vielfältige Industrie ansiedelte. Die hydrogeologischen Verhältnisse im Untersuchungsgebiet sind durch einen Stockwerksaufbau charakterisiert, derKonvergenz- und lösungsbedingte Senkungsvorgänge an der Südwestflanke des Staßfurt-Egelner-Salzsattels beeinträchtigen nach Beendigung des aktiven Salzbergbaus die Stadtentwicklung und Flächennutzung im Stadtgebiet Staßfurt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit war die Analyse der hydrochemischen Beschaffenheit von Wässern und Lösungen und der potentiellen Wechselwirkungen der im Gebirge zusitzenden Lösungen mit den verschiedenen Mineralphasen des Gebirges, insbesondere des lösungssensiblen Zechsteinsalinars, anhand von hydrochemischen Interpretationen zur Herkunft und Genese der Wässer und Lösungen sowie mit Hilfe von hydrogeochemischen Modellrechnungen. Das Untersuchungsgebiet Staßfurt gehört zum Salzlandkreis und liegt ca. 35 km südlich von Magdeburg. An dem Staßfurter Sattel, der das Stadtgebiet quert, entwickelt sich vor ca. 160 Jahren ein intensiver Salzbergbau, in dessem Zuge sich eine vielfältige Industrie ansiedelte. Die hydrogeologischen Verhältnisse im Untersuchungsgebiet sind durch einen Stockwerksaufbau charakterisiert, der drei wesentliche Grundwasserkomplexe (GWK) umfasst: GWK 1 (Porengrundwasserleiter des quartären und tertiären Lockergesteinsstockwerkes), GWK 2 (Kluft-Poren-, Kluft- und Karst-Grundwasserleiter des Deckgebirgsstockwerkes), und GWK 3 (Kluft-Karst-Grundwasserleiter des Salinargebirges). Der GWK 3 ist vom GWK 2 durch den Roten Salzton (sofern er nicht subrosiv oder bergmännisch gestört ist) und das Leinesteinsalz hydraulisch getrennt. Es existieren jedoch in Störungszonen und den Bergschadensgebieten Bereiche mit hydraulischen Verbindungen zwischen beiden Aquiferen. Einige hydrochemische Anomalien im Deckgebirge (erhöhte Magnesium-, Kalium und Bromidkonzentrationen) sind möglicherweise auf eine Migration von Lösungen aus dem GWK 3 in den Buntsandstein zurückzuführen. Über den Kainit- und Gipshut besteht eine unmittelbare Verbindung des GWK 3 zum Lockergestein und den Gewässern. Vermutlich handelt es sich beim GWK 3, einschließlich der ehemaligen Grubenbaue, um ein teilweise offenes und durchströmtes System, in dem in Tiefen unter ca. −25 bis −50 mNN hochkonzentrierte und schwere Lösungen aus dem GWK 3 ins Nebengebirge abfließen und über den Gipshut geringer konzentrierte Wässer nachströmen, die sich aufsättigen. Die Wässer im Deckgebirge sind hydrochemisch durch gelöstes NaCl und CaSO4 dominiert. Die Konzentrationen nehmen generell mit der Teufe zu. Im GWK 2 wird die Halit-Sättigung im Gipshut am Kontakt zum Salzspiegel erreicht, der sich im zentralen Sattelbereich (Kontakt zum Staßfurt-Steinsalz) in ca. 100 m Teufe befindet. Im bisher aufgeschlossenen Buntsandstein konnten keine NaCl-gesättigten Lösungen nachgewiesen werden. Im Gipshut treten erhöhte Anteile an Magnesium und Kalium in den Deckgebirgslösungen auf, die auf Kontakte zu den Lösungen des GWK 3 zurückzuführen sind. Im Unteren Buntsandstein wurden nur vereinzelt erhöhte Magnesium-, Kalium- und Bromid-Gehalte nachgewiesen, die z.T. auf Lösungsmigrationen zwischen Caprock und Buntsandstein, z.T. aber auf Migrationen aus dem tiefem Salinargebirge (Hauptanhydrit/Grubenbaue) in den Buntsandstein hinweisen und ein weiteres Indiz für ein zumindest teilweise offenes System im GWK 3 sind. Die Lösungen im GWK 3 sind bei NaCl-Sättigung durch hohe Magnesium-, Kalium- und Chloridgehalte geprägt, wobei mit der Teufe eine Zunahme der Mg-K-Cl-Komponente auf Kosten der Na-Cl-Komponente erfolgt. Hydrochemische Modellierungen zeigen, dass die Lösungen ab ca. −100 mNN Teufe die Sättigung an Sylvin und ab etwa −150 mNN Teufe die Sättigung bezüglich der primären Kali-Salze Carnallit und Kainit erreichen. Bis ca. −200 mNN treten im GWK 3 jedoch auch Mischungen mit Deckgebirgswässern auf, die noch nicht vollständig gesättigt sind. Die gegenüber den Kali-Salzen gesättigten Lösungen befinden sich hydrochemisch nahe der Paragenese Q mit annähernder Sättigung an Carnallit, Sylvin, Halit, Kainit bzw. vermutlich leichter Übersättigung an Kainit. Dieses stellt einen chemisch metastabilen Zustand gegenüber den unverritzten Bereichen des Kaliflözes Staßfurt dar. Die theoretisch mögliche Entwicklung der Lösungen zur Paragenese R (gesättigt an Halit, Carnallit, Kainit, Sylvin, Kieserit und Anhydrit) ist trotz des im Salinar vorhandenen Kieserites derzeit nicht zu beobachten. In Teufen oberhalb −200 mNN liegt das geschilderte, zumindest teilweise offene System vor und es besteht z.T. weiterhin Lösungspotential gegenüber dem Kaliflöz Staßfurt. Die Lösungsprozesse sind hier vor allem hydrodynamisch kontrolliert und vom Ausmaß der Migration von Deckgebirgslösungen in den GWK 3 (speziell das Kaliflöz Staßfurt) abhängig. Ein Teil der aktuellen Maxima der Oberflächensenkungen sind möglicherweise auf fortgesetzte Subrosion im Kaliflöz Staßfurt in diesem offenen System zurückzuführen.…
• In the area of Stassfurt, Sachsen-Anhalt, Germany, active subsidence due to the convergence of mining cavities and leaching processes on the southeastern flank of the Stassfurt salinar anticline impairs the urban development and land use after the end of active salt mining. The focus of the present study was an analysis of the hydrochemical characteristics of water samples and solutions, and potential interactions of solutions with the different mineral phases of the various formations, especially the Zechstein formation which is sensitive to water inflow. Hydrochemical interpretations of the origin and genesis of the waters and solutions as well as hydrogeochemical modelling were employed. The study area belongs to the Salzlandkreis and is located about 35 km south of Magdeburg. About 160 years ago intensive salt mining at the Stassfurt salinar anticline, which runs below the city, has led to a development of a varied industry. The current land use and urban development is affected by a number of risks and environmental damage leftIn the area of Stassfurt, Sachsen-Anhalt, Germany, active subsidence due to the convergence of mining cavities and leaching processes on the southeastern flank of the Stassfurt salinar anticline impairs the urban development and land use after the end of active salt mining. The focus of the present study was an analysis of the hydrochemical characteristics of water samples and solutions, and potential interactions of solutions with the different mineral phases of the various formations, especially the Zechstein formation which is sensitive to water inflow. Hydrochemical interpretations of the origin and genesis of the waters and solutions as well as hydrogeochemical modelling were employed. The study area belongs to the Salzlandkreis and is located about 35 km south of Magdeburg. About 160 years ago intensive salt mining at the Stassfurt salinar anticline, which runs below the city, has led to a development of a varied industry. The current land use and urban development is affected by a number of risks and environmental damage left by mining and industry. The hydrogeological conditions in the research area are characterized by three major aquifer complexes (AFC): AFC 1 (porous aquifer of the quaternary and tertiary loose rocks), AFC 2 (fractured porous aquifer, joint aquifer, and karst aquifer of the layers covering the salt structure), and AFC 3 (fractured karstified aquifer of the salt formation). AFC 3 is hydraulically separated from the AFC 2 by the Red Salt Clay (if it is not disturbed by mining or salt subrosion) and the Leine rock salt. However, in fault zones and mining damage areas, hydraulic contacts between the two aquifers exist. Some hydrochemical anomalies in the covering layers (increased magnesium, potassium and bromide concentrations) may be caused by migration of solutions from the AFC 3 in the Bunter Sandstone. A direct connection of the AFC 3 to the AFC 1 and surface waters via the kainite cap and the caprock is evident. Presumably AFC 3, including the mining cavities, is a partially open, flow-through system: between −25 and −50 m m.s.l., highly concentrated solutions with high density from the AFC 3 flow into the surrounding rocks. Less concentrated waters from the caprock enter the system and become saturated. The groundwater in the covering layers is hydrochemically dominated by dissolved NaCl and CaSO4. The concentrations generally increase with depth. In AFC 2 in the caprock at the top of the undissolved salt, which is located in about 100 m depth in the central saddle area (contact for Stassfurt rock salt), saturation of halite is reached. In the Bunter Sandstone saturated NaCl solutions could not be found so far. Levels of magnesium and potassium in the covering layers solutions are increased in the caprock which is a result of the contact with solutions of the AFC 3. In the Lower Bunter Sandstone elevated Mg, K and Br contents were only sporadically detected. These indicate solution migration between caprock and Bunter Sandstone, and migration from the deep salt structure (Main Anhydrite and former mining structures) into the Bunter Sandstone. This further supports the theory of an at least partially open system in the AFC 3. The solutions in the Zechstein formation/mining cavaties are characterized by high magnesium, potassium, and chloride contents when they are NaCl-saturated. With depth, the Mg-K-Cl component increases at the expense of the Na-Cl component. Hydrochemical modelling shows that the solutions in approx. −100 m m.s.l. reach saturation with respect to Sylvite, and in approx. −150 m m.s.l. to the primary potash salts Carnallite and Kainite. Additionally, down to approx. −200 m m.s.l. mixes with solutions from the covering layers, that are still not completely saturated, occur in the AFC 3. The oversaturated solutions of the potassium salts are hydrochemically close to the paragenesis Q with approximate saturation of carnallite, sylvite, halite, kainite and probably a slight supersaturation of kainite. This represents a chemically metastable state with respect to the undisturbed areas of potash seam K2. The theoretically possible development of solutions to paragenesis R (saturated with Halite, Carnallite, Kainite, Sylvite, Kieserite and anhydrite) is currently not observed, despite Kieserite being present in the salt rock. Above −200 m m.s.l., the previously described, at least partially open system exists and there is some further potential for dissolution of the potash seam Stassfurt. The solution processes here are mainly controlled by hydrodynamics and depend on the extent of migration of covering layer solutions into the AFC 3 (especially the potash seam Stassfurt). A part of the current maxima of the subsidence may be the result of continued salt subrosion processes in the potash seam Stassfurt in this open system.…