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Tiefengeologie

Die Aufgaben der Tiefengeologie im Land Brandenburg sind weitgehend auf die Datenvorhaltung und deren Visualisierung sowie auf Arbeiten zur Nutzbarmachung der Geopotenziale des tiefen Brandenburger Untergrundes gerichtet. Zu den Aufgaben und Dienstleistungen gehören u. a.:

Kontakt:

Herr Dr. Thomas Höding
Tel.: 0355 48640-168
E-Mail: thomas.hoeding@lbgr.brandenburg.de

Herr Michael Göthel
Tel.: 033702 74-100
E-Mail: michael.goethel@lbgr.brandenburg.de

Tiefengeologische Situation (Göthel 2013): Brandenburg ist Bestandteil des variszisch konsolidierten Teil Europas (Abb. 1), das im Karbon als Folge der Kontinent-Kontinent-Kollision Gondwana – Laurussia (Laurentia – Baltica – Avalonia) vor etwa 340 bis 320 Millionen Jahren unter Subduktion des Rheischen Ozeans und Entstehung der variszischen Gebirgskette gebildet wurde. Die Krustennaht bzw. Suturzone wird u.a. durch die Mitteldeutsche Kristallinzone repräsentiert (Zeh & Will 2010). Daran ist der Kupfergürtel Europas gebunden, wozu auch die polymetallische Erzlagerstätte Spremberg gehört. Postvariszische hydrothermale und tektonische Prozesse führten in der Umgebung kohlenstoffreicher Schwarzschiefer zur zonalen Anreicherung von Kupfer, Silber und anderen Edelmetallen in Abhängigkeit ihres Standardelektronenpotentials.

Position Brandenburgs im variszisch konsolidierten Europa
Abb. 1: Position Brandenburgs im variszisch konsolidierten Europa (Göthel 2012)

Die ältesten Gesteine Brandenburgs befinden sich im Südosten und gehören zum Lausitzer Block des Saxothuringikums, einem Krustenteil des Randes von Gondwana (Perigondwana). Es sind turbiditische Grauwacken, die als Lausitz-Gruppe zusammengefasst und östlich Senftenberg im Hartgesteinstagebau Koschenberg zur Schotter- und Splitverwertung abgebaut werden. Altersdatierungen von 555 und 543 Millionen Jahren (Linnemann et al. 2010) belegen ihre Einordnung ins Ediacarium des jüngsten Ober-Proterozoikums. Da hinein intrudierten im ältesten Unter-Kambrium, vor 539 Millionen Jahren (Linnemann et al. 2010), die Lausitzer Granodiorite, die in der sächsischen Oberlausitz abgebaut werden und vor allem als Pflastersteine, Gehwegplatten und Fassaden auch in Brandenburg Verwendung finden. Dieses magmatische Ereignis führte zur cadomischen Vorkonsolidierung des Lausitzer Blocks, bevor er im Karbon in das variszische Gebirge mit einbezogen wurde. Im Bereich der fiederartig zergliederten Südwest-Nordost verlaufenden Doberluger und Plieskendorfer Störungszone (Göthel & Grunert 1996), die das nördlich an den Lausitzer Block anschließende Torgau-Doberluger Synklinorium queren, sind diese Grauwacken mit der Rothstein-Formation, die ebenfalls im Ediacarium gebildet wurden, durch Seitenverschiebung segmentartig verschuppt. Sie wird von schwarzen Kieselgesteinen charakterisiert, aus denen der Rothsteiner Felsen nördlich Bad Liebenwerda besteht. Zusammen mit Mafiten, Grauwacken-Turbiditen und Schwarzschiefern bilden sie als Melange das cadomische Fundament des Torgau-Doberluger Synklinoriums. Die Schwarzschiefer der Rothstein-Formation waren wegen der Kohlenstoffaffinität des Urans Anlass einer umfangreichen Erkundung durch die SDAG WISMUT. Darüber folgt im Torgau-Doberluger Synklinorium das u.a. Kalkstein führende Unter-Kambrium, gefolgt von dem, durch Quarzit-Schichten gekennzeichnete, Mittel-Kambrium. Im Zentrum des Synklinoriums lagert darüber Unter-Karbon, welches die Steinkohlen-Lagerstätte Doberlug-Kirchhain beinhaltet. Unter dem flözführenden Gebirge treten Kalkgrauwacken auf, die nach Osten in die so genannten Kohlenkalke übergehen. Südöstlich der Plieskendorfer Störungszone kennzeichnen diese schwarzen Kalksteine das Unter-Karbon im östlichsten Teil des Synklinoriums. Die Begrenzung des Torgau-Doberluger Synklinoriums im Norden durch die Südliche Phyllitzone, als Teil der Mitteldeutschen Kristallinzone wird durch SW-NE verlaufende und fiederartig angeordnete Störungszonen (Göthel & Grunert 1995) segmentiert. Ein Segment wird durch den Gabbro von Züllsdorf eingenommen, dessen Altersdatierung von 495 Millionen Jahren (Hammerschmidt et al. 2003) einen Zusammenhang mit dem Riftereignis, welches zur Abspaltung Avalonias von Gondwana und zur Öffnung des Rheischen Ozeans im Ordovizium führte (Kroner & Romer 2010), nahegelegt. Weitere Segmente der Südlichen Phyllitzone werden durch die Drehna-Gruppe repräsentiert, in der Hillmersdorfer Phyllite, Drehnaer Quarzphyllite und intermediäre bis saure Magmatite zusammengefasst werden. Ihre Altersdatierung von 486 Millionen Jahren (Bankwitz et al. 2001) trägt dazu bei, ebenfalls ihre Zugehörigkeit zum Riftereignis am Rand Gondwanas nahezulegen. Die Andockung Avalonias an Baltica unter Schließung und Subduktion des Tornquist-Meeres erfolgte im späten Ordovizium, vor ca. 450 Millionen Jahren (Kroner & Romer 2010). Daran schloss sich im Silur die Subduktion des Rheischen Ozeans unter Avalonia und Baltica an. Mit Entstehung des Rhenoherzynischen Meeres, unter Ausdünnung der Kruste Ost-Avalonias im Devon, erfolgte die Bildung eines Magmatischen Bogens am Rand Saxothuringikums, aus dem auch der brandenburgische Anteil der Mitteldeutschen Kristallinzone im Unter-Karbon hervorging. Davon zeugt die Intrusion der Orthogneise von Luckau vor 350 Millionen Jahren (Kopp & Bankwitz 2001). Die Intrusion des Plutonit-Komplexes von Pretzsch-Prettin vor ca. 330 Millionen Jahren, zum dem in Brandenburg die intermediären bis saure Plutonite des Schönewalder Aufbruchs gehören, erfolgte nach der Metamorphose der Orthogneise von Luckau und wird auf die Krustenzerscherung infolge der Transformbewegung zwischen Mitteldeutscher Kristallinzone und Saxothuringikum (Kroner & Romer 2010) zurückgeführt.

Der überwiegende Anteil Brandenburgs befindet sich im Bereich der Norddeutsch-Polnischen Senke, einem Sedimentbecken, das sich aus dem Vortiefenbecken vor dem Falten- und Überschiebungsgürtel des variszischen Gebirges im Perm herausbildete. Seine Füllung besteht dementsprechend immer wieder aus dem aufgenommenen und wiederholt umgelagerten Abtragungsschutt des südlich angrenzenden variszischen Gebirges. Seitenverschiebungen parallel zu Baltica führten an der Wende vom Karbon zum Perm zur Bildung einer Vielzahl kleinräumiger Becken und Vulkane. Während diese Becken zunächst und an den Rändern von Vulkanauswürfen aufgefüllt wurden, entwickelten sich in den Beckenzentren auch Seen, deren Ablagerungen sich außerdem in Calderen bilden konnten. Die mehrere Kilometer mächtig werdenden kontinentalen Vulkanite prägen das Unterrotliegend und bilden praktisch das Fundament des sich darüber entwickelnden Norddeutsch-Polnischen Beckens. Aus Tiefen von über 4 km können sie wie bei Groß Schönebeck nördlich Berlins mit dem Hot-Dry-Rock-Verfahren zur Gewinnung von Erdwärme genutzt werden. Ab dem Mittel-Perm setzte der Ausgleich des durch Vulkane geprägten Reliefs ein. Mit Beginn der Sedimentation der Elbe-Subgruppe im Oberrotliegend II war das Relief weitestgehend ausgeglichen und im Zentrum der Norddeutsch-Polnischen Senke konnte sich ein weiträumiger See bilden, der durch Ingressionen aus dem Arktischen Riftsystem (Abb. 2) immer wieder nach Eindampfungsphasen, Sabkha- und Dünen-Bildungen geflutet wurde. Insbesondere an die Dünensande des Oberrotliegenden II (Büste-Sandstein, Elbe-Basissandstein) sind die Erdgas-Lagerstätten und Vorkommen der Altmark und Brandenburgs gebunden.

Gesetzmäßig ist die Bildung mächtiger Salze und anderer Evaporite an initial von Vulkanismus geprägten, weiträumigen Sedimentbecken vor Gebirgsketten gebunden. Die erste, länger andauernde Prägung der Norddeutsch-Polnischen Senke infolge Meeresüberflutungen und Eindampfungen führte zur Bildung des Zechsteinsalinars im Ober-Perm (Göthel 2012, Abb. 2). Es bildet das ebenfalls mehrere Kilometer mächtig werdende Salinarstockwerk.

Das Fließen der Salze ab 600 m Gebirgsdruck und einer Schräglage größer 2° – meist initiiert durch Bruchtektonik bzw. Erdbeben – führte einerseits zur Bildung von Intrasalinarstrukturen und andererseits zur Bildung von Salzkissen, Salzstöcken und Salzdiapiren. An diese Strukturen können Fallenbildungen für

Norddeutsch-Polnisches Becken
Abb. 2: Ausdehnung des Norddeutsch-Polnischen Beckens als Süd-Teil des Zechstein-Beckens während des Ober-Perms (Göthel 2012)

Kohlenwasserstoffe geknüpft sein. Während in Brandenburg die wirtschaftlichen Erdöl-Vorkommen ausschließlich an die Intrasalinarstrukturen des Staßfurtkarbonats geknüpft sind, sind sie beispielsweise im benachbarten Niedersachsen auch an Salinarstrukturen im Suprasalinarstockwerk zu finden. Salzstrukturen können wie am Beispiel des Salzkissens Rüdersdorf auch zur Kavernenspeicherung von Erdgas genutzt werden.

Das Suprasalinarstockwerk wird von den Sedimenten aufgebaut, die über dem Zechsteinsalinar abgelagert wurden. Sie umfassen Sedimente des jüngsten Ober-Perms (Bröckelschiefer), des Mesozoikums (Buntsandstein, Muschelkalk, Keuper, Lias, Dogger, Malm und Kreide) und des Känozoikums (Tertiär bzw. Paläogen und Neogen sowie Quartär, Abb. 3). Ihre Lagerung wird im Zentrum der Norddeutsch-Polnischen Senke mehr durch die Bildung der Salinarstrukturen, an ihren Rändern jedoch durch Bruchtektonik geprägt. Am Südrand sind das die Mitteldeutschen Abbrüche, wozu in Brandenburg der Lausitzer Hauptabbruch, Wünsdorfer Schwereflanke, Groß Köris-Dissen-Merzdorfer Störungszone und Guben-Fürstenwalder Störungszone zu zählen sind (Göthel & Grunert 1995). Im Mesozoikum prägen Salinarbildungen den Oberen Buntsandstein, den

Aufbau des Rotliegenden und Tafeldeckgebirges

Abb. 3: Aufbau des Rotliegenden und Tafeldeckgebirges am Beispiel einer Bohrung in einer
Salzdiapirrandsenke West-Brandenburgs.

Mittleren Muschelkalk und als Unterer und Oberer Gipskeuper den Mittleren Keuper. Zusammen mit mächtigen tonigen Ablagerungen können sie als Barriere Grundwasserleiter bzw. Aquifere begrenzen. In Brandenburg werden Sandstein-Aquifere (GÖTHEL 2006) als Erdgasspeicher und bei Tiefen über 1 km zur Erdwärmegewinnung mit dem hydrothermalen Verfahren genutzt. Während die Sandsteine des Buntsandsteins und Unteren Keupers in Brandenburg noch vom Abtragungsschutt des variszischen Gebirges stammen, ist ihre Herkunft im Mittleren Keuper (Schilfsandstein) und Oberen Keuper (Rhätsandsteine) aus Baltica erwiesen. Im Lias und Dogger können sie eisenhaltige Ooide führen. Die Zunahme dieser Ooide in z.T. kalkigen Sand- und Schluffsteinen des Doggers war Anlass zur Eisenerz-Erkundung in der Prignitz. Karbonate prägen vor allem den Muschelkalk, der über dem Salzkissen Rüdersdorf zu Tage tritt und dort im Kalksteintagebau Rüdersdorf abgebaut wird. Jüngere Karbonate treten zusammen mit Siderit-Ooiden im Dogger, vor allem aber im Malm auf. Der Kalkanteil zeigt die Differenziertheit der Ablagerungen der Ober-Kreide, die durch Bruchtektonik, insbesondere Überschiebungstektonik der Mitteldeutschen Hauptabbrüche in Brandenburg, gesteuert wird. Die Ober-Kreide wird in Nord-Brandenburg durch Schreibkreidebildung geprägt. Vor allem in Salzdiapirrandsenken blieb Wealden als basale Unter-Kreide erhalten. Die jüngste Ober-Kreide West-Brandenburgs wird durch Kalksandsteine gekennzeichnet, die ebenfalls nur in Diapirrandsenken erhalten blieben. Ähnliche Kalksandsteine fallen im Unter-Paläozän und Mittel-Eozän Brandenburgs auf.

Die Basis des känozoischen Lockergesteingebirges lagert in Brandenburg diachron, hauptsächlich in Abhängigkeit der unterschiedlich verbreiteten Meerestransgressionen, auf der Oberfläche des Präkänozoikums. Dabei führte die Rupelhaupttransgression im Unter-Oligozän zu der maximalsten, aus dem Bereich der Nordsee vordringenden, Überflutung. Die Verbreitung des daran gebundenen Rupeltons bildet in Brandenburg hauptsächlich die Grenze zwischen Süß- und Salzwasserstockwerk. Die Lausitz überdeckte er nicht gänzlich und wurde dort während des Meeresrückzugs an der Basis des Ober-Oligozäns gleich wieder abgetragen, so dass dort entweder Tonmergelsteine der Ober-Kreide oder des Keupers die Rolle der Süßwasser-/Salzwassergrenze übernehmen. Das wichtigste, Süßwasser führende Grundwasserreservoir wird in Brandenburg von küstennahen Sanden des Ober-Oligozäns und Unter-Miozäns gebildet. Bei Spremberg können sie direkt auf den Salzwasser führenden Aquiferen des Mittleren Buntsandsteins lagern. Diese Gegebenheit ist bei bergbaulichen und wasserwirtschaftlichen Eingriffen zu beachten, um eine Versalzung des Süßwasserreservoirs ausschließen zu können. Die fleckenartige Verbreitung des Rupeltons ist weitestgehend auf eiszeitliche Erosionen zurückzuführen, wobei tief einschneidende Quartärrinnen Störstellen der Süßwasser/Salzwassergrenze bilden können und bei Eingriffen, wie der Süßwasser-Gewinnung zu beachten sind. In Salzkissenzwischensenken und Randsenken von Salzdiapiren ist der Rupelton wie auch die der darüber verbreiteten Braunkohlenflöze des Unter-Miozäns einer Erosion an der Quartärbasis oft entgangen (Abb. 4).

Mit den Meerestransgressionen setzten oft Küstenvermoorungen ein, an denen die Braunkohlenflöze Brandenburgs im Unter-Miozän geknüpft sind (Göthel 2004). Dazu gehört vor allem das vor ca. 16,5 Millionen Jahre gebildete Lausitzer Flöz 2, welches in den Tagebauen der sächsischen und brandenburgischen Lausitz gewonnen wird (Abb. 5). Während die Verbreitung der Flöze des Mittel- und Ober-Paläozäns auf Scheiteleinbrüche von Salzdiapiren und Salzkissenzwischensenken und die nächst folgenden Flözbildungen im Mittel-Eozän und Unter-Oligozän auf Subrosionssenken über dem Zechstein- und Rötsalinar und bruchtektonisch bedingten Grabenbildungen lokal beschränkt bleiben, stellt das Lausitzer Flöz 4 (Flöz Bitterfeld, einschließlich Flöz Lübbenau) das erste weit über Brandenburg hinaus verbreitete Flöz dar. Sind die fleckenförmigen Verbreitungsareale des Lausitzer Flözes 3 noch über ganz Brandenburg verteilt, bleiben die Verbreitungsareale des Lausitzer Flözes 2 hauptsächlich auf die Lausitz, auf Salzkissenzwischensenken Ost-Brandenburgs sowie auf Randsenken von Salzdiapiren südlich und nördlich Berlins sowie der nördlichen Prignitz beschränkt. Das Lausitzer Flöz 1 gehört ins Mitte-Miozän. Seine Verbreitung 1 ist auf die Tertiärhochflächen der Lausitz beschränkt. Wegen seiner Nähe zur Erdoberfläche war es zuerst Gegenstand der Braunkohlen-Gewinnung und ist demzufolge überwiegend abgebaut.

Derartig große Sedimentbecken wie die Norddeutsch-Polnische Senke stellen weltweit – wie oben dargelegt auch in Brandenburg – die größten Rohstoff und Nutzpotentiale dar. An Potentialen sind nicht nur Rohstoffe wie Erdöl, Erdgas, Salze, Erze und Braunkohle gewinnbar, sondern sie bieten auch Möglichkeiten zur Anlage von Kavernen für die Speicherung von Erdgas und weiteren Stoffen. Darüber hinaus ist aus derartigen Becken Erdwärme mit unterschiedlichen Verfahren und Technologien gewinnbar.

Verbreitung Braunkohlenflöze und Verteilung der Salzkissenzwischensenken
Abb. 4: Verbreitung der Braunkohlenflöze und Verteilung der Salzkissenzwischensenken sowie Salzdiapirrandsenken im Tertiär Brandenburgs

Verteilung der Flöze
Abb. 5: Beispiel der Verteilung der Flöze, Grundwasserleiter (Sande) und Grundwasserstauer (Schluffe, Tone) über das Tertiär-Profil des Tagebaues Welzow-Süd im zukünftigen Abbaufeld Proschim