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Steckbriefliche Zusammenfassung von
Projektergebnissen im Rahmen des
Projektes Vita-Min
Geophysikalische Untersuchungen
zur Erkundung der
Störungssituation im Gebiet der
Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug
auf deren Verlauf und möglichen
Einfluss auf die
Grundwasserdynamik zur
Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten
(Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
2020

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
möglichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik zur Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Einführung, Hintergrund und Zielstellung
Im Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge findet eine Überwachung der Flutung
stillgelegter Grubengebäude des Steinkohlereviers Lugau/Oelsnitz statt. Ungleiche
Wasserstände in zwei vorhandenen Tiefbohrungen im Revier geben ein
unterschiedliches Flutungsverhalten wieder. Daher ist eine Prognose des
Austretens des aufsteigenden Gruben- und Grundwassers schwierig. Es wird
jedoch angenommen, dass dies an topographisch tiefer gelegenen Bereichen sowie
an
so
genannten
Schwächezonen
des
ehemaligen
Steinkohlenreviers
Lugau/Oelsnitz erfolgen wird. Schwächezonen sind neben einer Vielzahl von alten
Schächten vor allem die zahlreich im Untersuchungsgebiet vorhandenen
tektonischen Störungszonen. Die Lage der Störungszonen ist aus den
Dokumentationen der Untertagesituation bekannt, jedoch ist ihr Ausstreichen an
der Geländeoberfläche oft nur entsprechend der bekannten Daten projiziert (siehe
Abbildung 1).
Abbildung 1: Tektonische Übersichtskarte (aus TU Bergakademie Freiberg, Institut für
Markscheidewesen und Geodäsie, 2007)
Um den Verlauf geologischer Strukturen und Störungen im Bereich der Ortslagen
Oelsnitz und Gersdorf festzustellen, wurden geophysikalische (seismische und
geoelektrische) Untersuchungen durchgeführt. Ziel war die Lage, den Verlauf und
das Einfallen wesentlicher Störungszonen detaillierter zu erkunden, sowie ferner
Hinweise zur Wasserführung und Wasserwegsamkeiten zu erlangen und
Vorschläge für Bohrlochansatzpunkte zu erarbeiten.

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
möglichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik zur Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Insgesamt wurden daher vier seismische Profile mit einer Gesamtlänge von ca. 11
km Länge und acht geoelektrische Profile mit ca. 7,4 km Länge durchgeführt
(Abbildung 2). Vier der geoelektrischen Profile liegen über den seismischen.
Abbildung 2: Lageplan der ausgeführten geophysikalischen Profile im Bereich Oelsnitz,
Lugau und Gersdorf.
Methodik
Zur Untersuchung des Untergrunds wurden zwei geophysikalische Methoden,
Seismik und Geoelektrik, angewandt.
Bei der
seismischen Methode
werden durch Kleinsprengungen oder
pneumatische Impulsquelle an der Erdoberfläche elastische Wellen erzeugt. Diese
breiten sich im Untergrund nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten aus und
werden an der Oberfläche mittels Schwingungsaufnehmern (Geophone), welche
entlang linearer Profile (2-D Seismik) angeordnet sind, registriert. Der wesentliche
physikalische Parameter ist dabei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der
seismischen Wellen, deren Werte Rückschlüsse auf die Geologie und Festigkeit der

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
möglichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik zur Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Gesteine zulässt. Ein weiteres Ergebnis ist das Wellenfeldabbild des Untergrunds,
das durch Reflexionen an Schichtgrenzen erzeugt wird.
In Abhängigkeit von registriertem bzw. ausgewertetem Strahlentyp wird daher in
drei Teildisziplinen der Seismik unterschieden:
- die Refraktionsseismik
- die Tomografie
- die Reflexionsseismik.
Unter Hybridseismik wird die kombinierte Anwendung von allen drei Verfahren
verstanden.
Bei der
geoelektrischen Methode
wird der spezifische Bodenwiderstand und
somit die Leitfähigkeit des Untergrunds ermittelt. Diese Parameter hängen in
komplexer Form vom Porenvolumen, dem Wassergehalt, der Menge der im
Bodenwasser gelösten Ionen und von weiteren Faktoren ab. Unterschiedliche
Materialien zeigen verschiedene spezifische Widerstände. Lehme oder Tone weisen
niedrigere Widerstände als Humus, Sande, Schotter oder gar Fels auf.
Messtechnisch wird dem Boden dabei über zwei Metallsonden Strom zugeführt.
Der Stromkreis wird durch den mehr oder weniger gut leitenden Untergrund
geschlossen. In diesem bildet sich ein Potentialfeld aus, das im Wesentlichen von
der
Verteilung
des
spezifischen
elektrischen
Widerstandes
im
Untersuchungsbereich bestimmt wird. Aus Messungen des Potentialunterschiedes
zweier weiterer Sonden an der Erdoberfläche können daher Aufschlüsse über die
Verteilung leitfähiger Strukturen im Untergrund und des spezifischen elektrischen
Widerstandes gewonnen werden.
Seismik:
Seismik ist die Lehre von den Bodenerschütterungen,
unabhängig davon, ob sie auf künstlichen Wegen, durch seismische
Wellen oder durch Erdbeben hervorgebracht werden.
Geoelektrik:
Geoelektrik umfasst Verfahren zur Erforschung der
Erdkruste durch Messung von elektrischer Spannung und
Stromstärke an der Erdoberfläche.

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
möglichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik zur Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Ergebnisse und Diskussion
Die seismischen Ergebnisse zeigen bei allen Profilen refraktionsseismisch drei
Schichten. Die oberste davon weist eine P-Wellen-Geschwindigkeit von 700 m/s
auf und besitzt Schichtmächtigkeiten von bis zu 20 m. Hier handelt es sich um
trockene und stark aufgelockerte Lockersedimente, die laut den geoelektrischen
Widerständen meist von sandiger bis toniger Natur sind. Östlich der Lugauer-
Verwerfung sind auch kiesige Sedimente möglich. Die zweite Schicht zeigt
refraktionsseismische Geschwindigkeiten zwischen 1600 – 2450 m/s und
Schichtmächtigkeiten zwischen 10 und 50 m. Die größten Mächtigkeiten und die
niedrigsten Geschwindigkeiten treten überwiegend im Bereich von Anhöhen auf.
Die niedrigen Geschwindigkeiten weisen auf teilweise gesättigte, quartäre
Sedimente hin, die höheren Werte auf aufgelockertes Gestein des Rotliegenden.
In einer Tiefe zwischen 20 – 70 m konnte der Übergang zur dritten Schicht
refraktions- aber auch reflexionsseismisch nachgewiesen werden. Dort treten
Geschwindigkeiten zwischen 2680 – 3200 m/s auf, die auf kompaktere Schichten
des Rotliegenden schließen lassen. Die größten Tiefen sind östlich der Lugauer-
Verwerfung und im Bereich der Anhöhen vorhanden, die geringsten im Bereich des
Hegebachtales. Der Verlauf dieser Grenze weist auch auf bis zur Oberfläche
reichende Störungen hin. Die refraktionstomografische Auswertung gibt im
Wesentlichen die refraktionsseismische Analyse wieder, reicht aber aufgrund der
Methodik viel tiefer.
Die geoelektrischen Ergebnisse zeigen entlang der Profile sowohl kiesige, sandige
und als auch tonige Zonen an. Kiesige Sedimente werden hauptsächlich östlich der
Lugauer-Verwerfung angetroffen, tonige im Bereich des Hegebachtales und
westlich davon. Aufgrund der lateralen Widerstandsverteilung kann stellenweise
die Lage von Störungen, die bis zur Oberfläche reichen, eingegrenzt werden. Auch
die Polarisierbarkeit zeigt an den Profilen laterale und vertikale Unterschiede. Bei
der Polarisierbarkeit sollten feinkörnigere bzw. mit Wasser angereicherte
Sedimente höhere Werte besitzen. Teilweise sind laterale Unterschiede, die auf
Störungen hindeuten, sogar besser in der Polarisierbarkeit, wie z.B.: bei den
Profilen im Bereich des Hegebachtals, zu erkennen.
Mit der reflexionsseismischen Auswertetechnik konnte eine Vielzahl von Strukturen
bestimmt und grafisch dargestellt werden. Die Interpretation des Top von der
Planitz-Formation, von der Härtensdorfer-Formation und des Oberkarbons, sowie
die unterste Grenze zum Phyllit (bis in ca. 900 m Tiefe) wurde farblich
gekennzeichnet. Diese Grenzen entstanden durch das Zusammenspiel aller
vorhandenen
Informationen, der
reflexionsseismischen
Ergebnisse, der
geologischen Informationen der Schächte und der Bohrungen. Alle geologischen
Formationsgrenzen befinden sich im Nordwesten und Westen des Messgebiets in
tieferen Lagen, liegen im Nordosten etwas höher und bilden im südwestlichen
Bereich eine leichte Erhebung. Nördlich und südlich von dieser sind hingegen West-

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Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
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Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Ost streichende Mulden vorhanden, die hauptsächlich in den beiden unteren
Horizonten zu erkennen sind. In der Mitte des Messgebiets ist im Bereich der
Plutoschacht-Verwerfung die prägendste stufenförmige Anhebung der Horizonte
zu sehen (siehe Abbildung 3). Ähnliche, nicht so ausgeprägte Sprünge in höhere
Lagen sind im Bereich der Lugauer-Verwerfung und im Bereich der Härtensdorfer-
Störung vorhanden. Aufgrund aller geophysikalischen, geologischen und
bergmännischen Daten wurde eine Störungsinterpretation hinzugefügt. Diese zeigt
eine große Anzahl von Störungen, die in Richtung Nordwest-Südost streichen,
wobei bei diesen die Plutoschacht-Verwerfung, die aus zwei Einzelstörungen
besteht, die größte Sprunghöhe aufweist. Hingegen scheint die Lugauer-
Verwerfung bzw. die Härtensdorfer-Störung, die Südwest-Nordost streicht, eine
geringere Ausprägung zu besitzen. Die zwischen den Hauptstörungen
interpretierten, weniger signifikanten Störungen, die einen Fallwinkel zwischen 60
– 85° beschreiben, zeigen teilweise unterschiedliche Fallrichtungen an.
Abbildung 3: Exemplarischer seismischer Ergebnisschnitt mit Formation – und
Störungsinterpretation

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
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Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Zusammenfassung und Ausblick
Mit allen aus den Profilen interpretierten Störungen wurde eine tektonische
Störungskarte an der Oberfläche generiert (Abbildung 4). Die Verbindungen von
den Störungen an der Oberfläche wurde einerseits durch die Ähnlichkeit der
Reflexionsbilder paralleler Profile und andererseits durch die Form der Grenze zum
Phyllit festgelegt.
Generell gibt es drei Hauptrichtungen:
die Nordwest-Südost streichenden Störungen wie die Helene-Hedwig-
Schacht-Verwerfung, die zweiteilige Plutoschacht-Verwerfung und die
dreiteilige Lugauer-Verwerfung.
Senkrecht dazu gibt es die Südwest-Nordost streichenden Störungen, wie
die Härtensdorfer-Störung,
und die mit 45° dazu streichende Störungen in Richtung West-Ost, die
vorwiegend im südlichen und nördlichen Teil des Messgebiets auftreten
Die Nord-Süd streichenden Störungen des Nordteils der Lugauer-Verwerfung ist
noch ein Spezialfall. Der Vergleich mit der schon vorhandenen Störungskarte zeigt
für die Hauptstörungen einen ähnlichen Verlauf. Die Helene-Hedwig-Schacht-
Verwerfung, die Härtensdorfer-Störung und der westliche Teil der Lugauer-
Verwerfung sind fast an derselben Stelle, die Plutoschacht-Verwerfung hingegen
zeigt sich in der Neuinterpretation an der Oberfläche etwas breiter. Die nicht so
ausgeprägten Störungen sind teilweise deckungsgleich, es kamen aber auch noch
weitere Störungen dazu.

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
möglichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik zur Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Abbildung 4: Tektonische Karte nach Interpretation der geophysikalischen Profile
Hinweise zur Wasserführung und Wasserwegsamkeiten im oberflächennahen
Bereich sind am besten durch die Polarisierbarkeit gegeben. Eine erhöhte
Polarisierbarkeit könnte auf Wasser zurückzuführen sein. Es ist aber auch möglich,
dass das Material einen stärkeren Tongehalt aufweist und damit stärker zerrieben
ist, was wiederum durch einen höheren Porenraum Platz für Wasser bietet. Solche
vertikalen Strukturen sind im Bereich des Hegebachtales und damit entlang der
Lugauer-Verwerfung, aber auch im Bereich der Plutoschacht-Verwerfung und
anderen nicht so signifikanten Störungen zu erkennen. In diesen Bereichen treten
auch
in
der
zweiten
refraktionseismischen
Schicht
meist
niedrige
Geschwindigkeiten auf, die auf stärker aufgelockertes Gestein hinweisen. Die
Geschwindigkeiten des zweiten Refraktors und die refraktionstomografischen
Ergebnisse zeigen, dass ab 50 m Tiefe das Rotliegende als kompakt angesehen
werden kann. Daher ist eine tiefer greifende Wasserwegigkeit eher nur entlang der
Störungsbahnen zu erwarten, wenn diese nicht verkittet wurden.

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Geophysikalische Untersuchungen zur Erkundung der Störungssituation im
Gebiet der Stadt Oelsnitz/Erzgebirge in Bezug auf deren Verlauf und
möglichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik zur Eruierung von
Bohrlochansatzpunkten (Teilprojekt 2.3.1.5 Teil I)
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Das unterschiedliche Flutungsverhalten in den zwei Tiefbohrungen, das einen
geringeren Wasserspiegel in der südlich gelegenen Bohrung zeigt, könnte an der
Mulde und der Erhebung der Schichten zwischen diesen Bohrungen liegen, wobei
zweiteres als Barriere wirken könnte.
Die in diesem Projekt vorgeschlagenen Bohrlochansatzpunkte und deren
Neigungen richten sich nach folgenden Kriterien: Einerseits sollte geklärt werden,
ob die Lage der interpretierten Störungen richtig ist und ob die Störbahnen offen
und wasserführend oder verkittet sind. Dazu sollten die Bohrungen möglichst
senkrecht auf die Störungen treffen und daher bevorzugt eher geneigt ausgeführt
werden. Andererseits ist zu klären, warum ein unterschiedliches Flutungsverhalten
in den beiden vorhandenen Tiefbohrungen besteht. Möglicherweise ist die Mulde
und die Erhebung im Süden für dieses Verhalten oder die Plutoschacht-Verwerfung
ausschlaggebend. Deshalb wurden zwei Bohransatzpunkte ausgewählt, deren
Ansatzpunkte und die Richtungen in der Abbildung 4 zu sehen sind. Die Abteufung
dieser Bohrungen sollte die Lage der Störungszonen und deren Wasserwegigkeit
klären.

Impressum
Herausgabe:
Dieser Steckbrief wurde im Rahmen des Projekts Vita-Min erstellt.
Das Projekt Vita-Min wurde aus Mitteln des europäischen Fonds für
regionale Entwicklung im Kooperationsprogramms SN-CZ 2014-2020
finanziert. Die Projektpartner sind das sächsische Landesamt für
Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (Leadpartner), die
Stadtverwaltung Oelsnitz/Erzgeb. und die Verwaltungsbehörde des
Bezirks Ústecký kraj.
Für Fragen und weitere Informationen zu diesem Teilprojekt
kontaktieren Sie:
Ansprechpartner
Pöyry Austria GmbH
Ansprechpartner: Dr. Werner Chwatal
Telefon: ++43 676 83878 603
E-Mail:
werner.chwatal@afry.com
Ansprechpartner: Mag. Dieter Kostial
Telefon: ++43 676 83878 609
E-Mail:
dieter.kostial@afry.com
Bearbeitung:
Die Ergebnisse dieses Projekts wurden im Rahmen einer Vergabe
durch die Firma
Pöyry Austria GmbH
erarbeitet.
Titelfoto:
Bericht Pöyry Austria GmbH (2020): Hybridseismische Darstellung
Redaktionsschluss:
15.04.2020
Weitere Informationen finden Sie unter
www.vitamin-projekt.eu