Zur Inkohlung des Ennstaltertiärs

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Zur Inkohlung des Ennstaltertiärs
V on R e i n h a r d F. S a c h s e n h o f e r *
M it 5 A bbildungen und 2 Tabellen
(Vorgelegt in der Sitzung der m athem .-naturw . K lasse am 13. O k tob er 1988 durch das w. M .
W a l t h e r E. P e t r a s c h e c k )
Z u sam m en fassu n g
D er Inkohlungsgrad des Ennstaltertiärs nimmt von Westen gegen
Osten vom Flamm kohlen- (Wagrain) zum W eichbraunkohlenstadium
(Hieflau) ab. D er Inkohlungsprozeß war zum indest in der hochgelegenen
Kohlenserie der Stoderalm vor dem Aquitanien abgeschlossen. Die hohe
Inkohlung des Wagrainer Tertiärs (Inkohlungstem peratur ca. 120 °C )
wird als Hinweis auf erhöhten Wärmefluß während des Abklingens der
tertiären, jungalpidischen M etam orphose im Penninikum des Tauernfen­
sters gewertet.
A b stract
C oal rank in the tertiary sediments of the Enns valley decreases from
high volatile bituminous C stage in the west (Wagrain) to lignite stage in
the east (Hieflau). The coalification process, at least in the coal basin near
Stoderalm which is situated at an altitude of 1700 m, ended in preAquitanien times. The high rank of the Wagrain basin (coalification
temperature approxim ately 120 °C ) is seen as indication of increased heat
flow during final phases of the late Alpine metamorphism in the Penninic
realm of the Tauern-window.
1. E in leitung
Entlang der ausgeprägten Längstalung der oberen Enns blieben Reste
einer einstmals wohl ausgedehnten kohlenführenden Tertiärüberdeckung
teils talgebunden, teils in H öhen bis 1700 m erhalten. Es sind dies von
Westen nach O sten das Wagrainer Tertiär, jenes von Lobenau bei
R adstadt, die am Rücken der N ördlichen Kalkalpen hochgehobene
Kohlenserie der Stoderalm , das Tertiär zwischen G röbm ing, Stainach und
W örschach und das Tertiär von Hieflau (Abb. 1). D er Inkohlungsgrad
dieser Vorkom m en wurde anhand des Reflexionsverm ögens von Kohlen
bzw. kohligen Partikeln bestimmt. Die Erfassung der H um init/
Vitrinitreflexion (R m) erfolgte mit dem M ikroskop M PV -2 der Fa. Leitz
unter Verwendung eines 32fach vergrößernden Olim m ersionsobjektives
bei einer Wellenlänge von 546 nm.
Zusätzlich wurde an einigen Kohlen der Wassergehalt des bei einer
Luftfeuchtigkeit von 60 % getrockneten Vitrinites bestimmt. Die
A nschrift des V erfassers: Institut für Geow issenschaften (G eologie), M ontanuniversität
Leoben , A-8700 Leoben.
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a c h s eunter
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fer,
A bb. 1: D as Ennstaltertiär, nach A. W lN K L E R - H E R M A D E N (1950) und A . T O L L M A N N
(1985).
hygroskopische Feuchtigkeit wurde auf aschenfreie Kohlensubstanz
umgerechnet. Eine Liste der untersuchten Proben bietet Tab. 1 . Einige
W assergehalte publizierter Analysen wurden in die Betrachtungen
m iteinbezogen. Ziel der Arbeit ist es, im Bereich des Ennstales die
Diagenese der tertiären Schichten über den Inkohlungsgrad zu erfassen
und hinsichtlich paläogeothermischer Fragen zu diskutieren.
2. G eologie
D er heutige Kenntnisstand über die G eologie des Ennstaltertiärs fußt
im wesentlichen auf den Arbeiten von F. TRAUTH (1918, 1925),
O . AMPFERER (1927), A. WlNKLER-HERMADEN (1928, 1950) und
A. T o l l m a n n & E. KRISTAN-TOLLMANN (1963). Zusammenfassende
Darstellungen finden sich bei A. W lNKLER-HERMADEN (1951),
W . FUCHS (1980) und A . TOLLMANN (1985). Demnach werden die
Vorkom m en von fein- bis mittelkörnigen Konglom eraten, Sandsteinen
und untergeordnet Schiefertonen und Mergeln aufgebaut. In die
feinklastischen Gesteine eingeschaltet, findet man wiederholt beschürfte
Kohlenflöze und -nester (W. PETRASCHEK, 1924/29; W. GÜNTHER &
G . T i c h y , 1979; L. W e b e r & A. W e i s s , 1983).
D as Alter der Schichten ist trotz Pflanzenfunden und Sporenanalyse
umstritten. H öheres O ligozän bis unteres M iozän ist wahrscheinlich,
wenn man Altersgleichheit des Ennstaltertiärs mit der Augensteinland­
schaft annimmt (A. TOLLMANN, 1966).
D as flächenmäßig größte Tertiärbecken des Ennstales ist jenes von
W agrain. Es erstreckt sich W SW -EN E-streichend vom namengebenden
O rt über eine Entfernung von ca. 10 km bis nahe Altenmarkt. Seine
Erhaltung ist der Einklem mung an der Tauernnordrand-Ennstalstörung
zu verdanken. Erosionsbedingt sind drei Teilmulden zu unterscheiden.
Sein in der mittleren Teilmulde mindestens 400 m mächtiger, mit 30-70°
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T ab . 1: U ntersuchte Proben aus dem Ennstaltertiär.
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r Inkohlung
des
Ennstaltertiärs
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gegen Süden einfallender Sedimentstapel setzt sich aus groben K onglom e­
raten im Liegenden, darüber einer Konglom erat-Sandstein-W echselfolge
und feinkörnigen Sandsteinen mit bis zu 8 Kohlenflözen im Hangenden
zusammen. Die Kom ponenten der Konglom erate verraten eine Sediment­
schüttung aus der Grauw ackenzone und dem südlich gelegenen
Kristallin. Kom ponenten, die mit Sicherheit dem Penninikum oder dem
nahegelegenen Unterostalpin entstammen, fehlen (A. W lNKLER-HERMADEN, 1928).
3. In k oh lu n g
Eine m egaskopische Bem usterung von Kohlen bzw. inkohlten
Treibhölzern aus dem Ennstaltertiär offenbart deren unterschiedlichen
Reifegrad. Während die Kohlen des ehemaligen Bergbaugebietes
oberhalb des Gehöftes „Steinbacher“ im Wagrainer Tertiär und die
Kohlen der Stoderalm schwarz gefärbt sind und den typischen Glanz der
Glanzbraunkohlen aufweisen, sind Xylite aus dem Hieflauer Tertiärbekken braun und stum pf und werden an der L uft rasch rissig. Zudem sind sie
mit dem M esser schneidbar. Sie weisen daher alle megaskopischen
M erkmale von W eichbraunkohlen auf.
Diese Inkohlungsunterschiede werden durch die Hum init/Vitrinitreflexion und die hygroskopische Feuchtigkeit der untersuchten Proben
bestätigt. Die ermittelten Inkohlungsdaten sind in Tab. 2 zusam m enge­
faßt.
D as Reflexionsvermögen des Hum inites gering inkohlter Kohlen
variiert je nach Maceraltype beträchtlich. Für fossile H ölzer aus dem
H ieflauer Tertiär werden daher die Reflexionswerte des Phlobaphinites
und des Eu- bzw. Texto-Ulm inites angeführt. D as geringe Reflexions ver­
mögen der letzteren weist diese als Ulminitvarietät „ A “ aus. Vertreter der
hellen Ulminitvarietät „ B “ wurden nicht angetroffen.
Besonderes Interesse verdienen die Inkohlungsverhältnisse im
W agrainer Tertiär. Die Inkohlungskarten (Abb. 2 und 3) offenbaren
einen deutlichen W est-O st-Trend. W ährend im Westen des Tertiärbekkens das Steinkohlenstadium erreicht wird (R m > 0,6 3 % ), nimmt die
Vitrinitreflexion und damit der Diagenesegrad gegen Osten rasch ab.
Gleichzeitig nimmt die hygroskopische Feuchtigkeit der Kohlen in dieser
Richtung zu.
Im O stteil des mittleren Teilbeckens ist, abgesehen vom W est-OstTrend, eine Abnahme des Inkohlungsgrades gegen Süden zu beobachten.
O b dies darauf zurückzuführen ist, daß im Süden die hängenderen
Schichten angetroffen werden, oder darauf, daß die Höhenlage der
Proben gegen Süden zunimmt, bleibt unbekannt. Gegen Westen ist dieser
N ord-Süd-T rend nicht mehr nachzuweisen.
D er dominante W est-O st-Trend setzt sich - abgeschwächt - über das
W agrainer Tertiärbecken hinaus bis Hieflau fort. Dies wird sowohl in der
abnehmenden Huminit/Vitrinitreflexion als auch in der zunehmenden
hygroskopischen Feuchtigkeit sichtbar (Abb. 4).
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Z u r Inkohlung
Ennstaltertiärs
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0,53
0,53
0 , 56
0,53
0,61
0,45
0,45
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0,42
0,46
0,47
50
21
50
50
50
50
50
50
40
50
50
50
34
51
50
0,03
0,04
0,02
0,02
0,03
0,02
0,05
0,02
0,05
0,04
0,03
0,04
0,04
0,02
0,04
0,45
50
0,39
0,42
50
50
6,2
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5,8
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6 ,1
6,0
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6,3
6,4
8,7
2,0
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6,3
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—
11,1
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11,8
—
—
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9,3
0,03
7,2
4,8
7,6
0,04
0,05
11,4
4,2
11 , 9
Lobenau
231
Stoderalm
235
235a
Gröbming
Stainach
W-01
W-02
W-03
—
—
___
___
—
Wörschach
0,35
0,38
0,39
60
28
36
0,02
0,04
0,04
Hieflau
232
233
0 , 1 4 * /0 , 29+
0 , 1 8 / 0 ,33
50/20
50/20
0,02/0,04
0,01/0,03
16,3
__
7,9
17,7
+H um otelinit
Phlobaphinit
Literaturdaten
1983).
(nach
versch.
Autoren;
Wagrain
Al t e n m a r k t
S t o d e r a l m ( M i t t e l von 4 A n a l y s e n )
Tipschern
Wörschach
aus
L.
WEBER
4,5
10,8
11,3
14,2
5,3
8,0
4,2
13,4
&
A.
WEI SS
4,8
11,7
11,8
16,4
T ab . 2: Inkohlungsdaten aus dem Ennstaltertiär.
4. D iskussion
A l t e r d e r I n k o h 1 u n g: A uskunft über das zeitliche Verhältnis
von Inkohlung und Tektonik darf man aus der räumlichen Beziehung
zwischen den Flächen gleicher Inkohlung und der Lagerung der Schichten
erwarten. Wegen der Kleinräum igkeit der Vorkom m en und dem Fehlen
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von Untertageaufschlüssen ist die Erarbeitung eines dreidimensionalen
Inkohlungsbildes jedoch unmöglich. Einige Anhaltspunkte bietet jedoch
die hochgelegene Kohlenserie der Stoderalm . Ihr im Vergleich zu den
tiefliegenden Tertiärresten von R adstadt und Gröbm ing-W örschach ähn­
licher Inkohlungsgrad legt den Schluß nahe, daß die Inkohlung vor der
bedeutenden H ebung der Kalkalpen abgeschlossen war. (Das Tertiär der
Stoderalm liegt heute um ca. 800 m über den benachbarten Becken; die
Basis des W agrainer Tertiärs in der N achbarschaft des aufsteigenden
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A bb. 4: Inkohlungsprofil durch die Liegendschichten des Ennstaltertiärs.
Penninikums wurde dagegen um nicht einmal 400 m gehoben!) D er
Beginn der Heraushebung der N ördlichen Kalkalpen wird durch die
Zerstörung der Augensteinlandschaft im Zuge der Altsavischen Phase
(Chattien/Aquitanien) markiert (A. TOLLMANN, 1966). Unter der
Annahme der Altersgleichheit von Ennstaltertiär und Augensteinland­
schaft stand für die Inkohlung daher ein maximaler Zeitraum von knapp
mehr als 10 M io. Jahren zur Verfügung.
I n k o h l u n g s t e m p e r a t u r : D er Inkohlungsgrad wird durch
die Faktoren Zeit und Tem peratur gesteuert. Zahlreiche Autoren haben
empirische und/oder hypothetische Beziehungen zwischen Tem peratur,
Zeit und Vitrinitreflexion aufgestellt. Abb. 5 zeigt ein bekanntes
Diagram m nach N . H . BOSTICK et al. (1979). Die effektive Zeit ist dabei
jene Zeit, während der sich die Kohle innerhalb 15 °C der maximalen
Versenkungstemperatur befunden hat.
Die effektive Inkohlungszeit läßt sich für das Ennstaltertiär kaum
ermitteln, wird aber nach den oben ausgeführten Überlegungen 10 Mio.
Jahre nicht überschritten haben. Unter Annahme einer effektiven Zeit von
10 M io. Jahren ergibt sich die Inkohlungstem peratur für das westliche
W agrainer Becken mit ca. 120 ° C und für die Tertiärvorkom m en
zwischen R adstadt und W örschach mit 80-50 °C . Für die Bildung der
W eichbraunkohlen aus Hieflau war keine nennenswerte Tem peratur-
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A bb. 5: Beziehung zw ischen Vitrinitreflexion (R m, RmJX)> m axim aler Inkohlungstem peratur
und effektiver Inkohlungszeit. N ach N . H . BOSTICK et al. (1979).
erhöhung nötig. Bei kürzerer Zeitdauer müssen die Temperaturen
entsprechend höher angenommen werden (siehe Abb. 5).
V e r g l e i c h m i t d e m I n k o h 1u n g s b i 1d d e r N o r i ­
s c h e n S e n k e (nach R. F. S A C H S E N H O F E R , in Vorbereitung): Südlich
des Ennstaltertiärs bildete sich im Karpatien die N orische Senke aus. Als
Zeugen dieser Senkungszone blieben im Bereich des M ur-M ürztales
zahlreiche isolierte Tertiärbecken erhalten. O bgleich die Inkohlungsbil­
der der einzelnen Becken je nach den örtlichen geologischen Gegebenhei­
ten recht unterschiedlich sind, zeigt die Inkohlung der Norischen Senke
im Großen auffallende Ähnlichkeit mit der des Ennstaltertiärs. So werden
auch in der N orischen Senke von Westen gegen Osten Steinkohlen
(Tam sw eg), Glanzbraunkohlen (z. B .: Fohnsdorf, Leoben), Matt- und
W eichbraunkohlen (oberes M ürztal) angetroffen.
Von besonderem Interesse für die D eutung der Inkohlungsverhält­
nisse im Ennstaltertiär ist, daß es im Tam sw eger Tertiär möglich war, den
Inkohlungsgradienten mit ca. 0,6 % R m/km abzuschätzen. D er Inkoh­
lungsgradient ist damit im westlichsten Becken dreimal so hoch als im
östlicheren Fohnsdorfer Tertiärbecken (ca. 0,2 % R m/km).
M ö g l i c h e U r s a c h e n für die hohe I n k o h l u n g des
W a g r a i n e r T e r t i ä r s : Zur Erklärung der hohen Inkohlungstem pe­
ratur im W agrainer Tertiärbecken bieten sich zwei Möglichkeiten an: ( 1 .)
Eine Uberlagerungsm ächtigkeit von ca. 3000 m oder (2 .) ein erhöhter
paläogeotherm ischer Gradient. N ach M einung des Verfassers ist eine
3000 m mächtige tertiäre Beckenfüllung im W agrainer Becken unreali­
stisch. Zudem deutet der hohe Inkohlungsgradient im Tam sweger Tertiär
auf einen im Jungtertiär stark erhöhten geothermischen Gradienten am
O strand des Tauernfensters hin. D er Verfasser wertet daher die
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Inkohlung
Ennstaltertiärs
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fortgeschrittene Inkohlung des Ennstaltertiärs und der N orischen Senke
in N achbarschaft des Tauernfensters als Hinweis auf einen deutlich
erhöhten Wärmefluß über dem sich nach dem H öhepunkt der
jungalpidischen M etam orphose (Tauernkristallisation) hebenden Penninikum. Die H ebung erfolgte so rasch, daß der W ärm etransport durch die
aufsteigenden, warmen Gesteinsm assen zu einem erhöhten geotherm i­
schen Gradienten führen mußte (E. R. O X B U R G H & P H . C . E N G L A N D ,
1980). D as bis ins Jungtertiär andauernde Abklingen der jungalpidischen
Regionalm etam orphose wird ja durch R b/Sr-A lter von Biotiten
(W. F R A N K et al., 1987 cum lit.) und A patit Spaltspurenalter (H . S T A U ­
F E N B E R G , 1987) belegt.
D er gegen O sten abnehmende Inkohlungsgrad wird - mit zuneh­
mender Entfernung vom Tauernfenster - vor allem auf kleiner werdende
paläogeothermische Gradienten zurückgeführt. Dies hängt vielleicht mit
der zunehmenden Tiefenlage des Penninikums zusammen. Inwieweit
zudem unterschiedliche Schichtmächtigkeiten eine Rolle gespielt haben,
kann heute nicht mehr beurteilt werden.
D a n k sa g u n g
D er Verfasser dankt Prof. H O L Z E R und Prof. E B N E R für die kritische
D urchsicht des M anuskriptes. Vorliegende Arbeit wurde im Rahmen
eines Projektes der Österreichischen Akademie der W issenschaften
gefördert. Mein D ank gilt hier insbesondere Herrn Prof. W. E .
P E T R A S C H E C K . Schließlich möchte ich mich auch bei Herrn R. L A H O D Y N S K Y für zur Verfügung gestelltes Probenmaterial bedanken.
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OXBURGH, E .