Zur seismischen und petrographischen - ETH E

Research Collection
Doctoral Thesis
Zur seismischen und petrographischen Charakterisierung
einiger Molassegesteine, einschliesslich der Beschreibung von
Methoden der Korngrössenbestimmung in Festmaterial
Author(s):
Röthlisberger, Hans
Publication Date:
1957
Permanent Link:
https://doi.org/10.3929/ethz-a-000099632
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PROM. NR.
2581
Zur seismischen und
petrographischen Charakterisierung
einiger Molassegesteine,
einschließlich der
Beschreibung
von
Methoden der
in Festmaterial
Korngrößenbestimmung
VON DER
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
ZUR
DER WÜRDE
EINES
IN
ZÜRICH
ERLANGUNG
DOKTORS
DER
NATURWISSENSCHAFTEN
GENEHMIGTE
PROMOTIONSARBEIT
VORGELEGT VON
HANS
RÖTHLISBERGER
VON LANGNAU
REFERENT:
KORREFERENT:
HERR
HERR
I./E.
PROF. DR. F. GASSMANN
PROF. DR. F. DE
QUERVAIN
ZÜRICH 1957
ASCHMANN & SCHELLER AG. BUCHDRUCKEREI ZUR FROSCHAU
Gleichzeitig erschienen als: Beiträge
zur
Geologie der Schweiz
—
Geophysik
Nr. 1
Meiner lieben Mutter
gewidmet
Inhaltverzeichnis
Vorwort
I.
Übersicht
zur
Untersuchung der Gesteinselastizitat
A
Einleitung
B
Statische Labormethoden
C
D
II.
der Methoden
1
Allseitiger Druck
2
Achsialer Druck
3
Biegebeanspruchung
4
Torsionsbeanspruchung
Dynamische Labormethoden
1
Longitudinalschwmgungen
2
Biegeschwingungen
von
von
Stäben
Stäben
3
Torsionsschwingungen
4
Messung der Wellenlange
5
Laufzeitmethoden
6
Stoßuntersuchungen
von
Stäben
Feldmethoden
1
Direkte Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen
2
3
Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen mit Refraktionsprofil
Bestimmung der Longitudinalgeschwindigkeit m der Reflexionsseismik
4
Dehnungsmessungen
in
Druckstollen, Belastungsversuche
E
Theoretische Folgerungen
F
Verwendbarkeit der Methoden
aus
Zusammensetzung und Aufbau
Problemstellung
III. Verwendete Methoden
A
Bestimmung
zur
seismischen Gesteinscharakterisierung
seismischer Geschwindigkeiten
1
Apparatur
2
Beschreibung
am
der Methode
a) Anordnung
b)
3
B
Meßdistanz und
Genauigkeit
Passende Aufschlüsse
Dynamische Elastizitatsmessungen
an
Stäben
Anstehenden
IV. Verwendete Methoden
A
petrographischen Gesteinscharakterisierung
22
Stofflicher Auf bau
22
2
Korngrößenverteilung
3
Struktur
23
4
Dichte und Porosität
24
5
Technische Eigenschaften
24
6
Verhalten bei Sprengungen
24
23
.
Konglomerate (Nagelfluh)
25
1
Klassifikation, Gerolle und Bindemittel
25
2
Zusammensetzung
25
3
Korngrößenverteilung
26
a) Mechanische Zerteilung und Kristallisierversuch
26
b) Korngrößenanalyse ohne Auf losung des Gesteinsverbandes
28
4
Korngestalt und Kornberuhrung
29
5
Dichte und Porosität
31
6
Festigkeit, Verwitterung
32
V. Zusammenstellung der
geologisch-petrographischen
und
geophysikalischen Beschreibungen
untersuchter «homogener» Molassetypen
A
2
33
33
a) Ostermundigen
33
b) Bach
36
Konglomerate
39
39
i
43
E
44
c) Goldau
d) Bergholz bei Ebmatingen
47
Zusammenstellung petrographischer und physikalischer
Daten
Sandsteine
48
2
Konglomerate
51
53
53
Homogenitat
53
1
Kriterien der
2
Statistische Homogenitat und beschrankte Inhomogenität
Beispiele beschrankter Inhomogenität
3
C
48
1
VI. Diskussion der Resultate
B
einiger gut
Sandsteine
a) Sorbach bei Eggiwil
b) Ob Fnttenbach bei Langnau
A
und Daten
33
Beschreibung der einzelnen Gesteinskomplexe
1
B
22
Sandsteine
1
B
zur
Homogenitat
54
56
57
Die Geschwindigkeitswerte der Sandsteine
57
1
Die einzelnen Werte
2
Räumliche Verteilung der v-Werte
in
57
Ostermundigen
a) Anisotropie
58
b) Entlastung
58
c) Grundwasser
58
59
Die Geschwindigkeitswerte der Konglomerate
59
1
Die einzelnen Werte
2
Diskussion der großen Geschwindigkeitsvariation
Konglomeraten
60
60
a) Porosität und Verkittung
b) Deutung der hohen Werte
in
in
Konglomeraten
61
5
D. Diskussion der Methoden
63
Feld- und Labormethoden
1. Zur
Vergleichung
2. Zur
Homogenitätsprüfung
von
63
64
3. Günstige Meßstellen
4.
64
Ergänzende Messungen
VII. Theoretische
Grundlagen
zur
65
Korngrößenbestimmung
Anschliff, DUnnschliif und Bohrkern
aus
66
A. Einleitung
B.
66
Kreisradienverteilung
1.
Berechnung
der
2. Vergleichung
von
3. Berechnung der
C.
in einer Schnittebene
Kreisradienverteilung
berechneten
aus
Vergleichung
von
berechneten
einer gegebenen
70
Kreisradienverteilung
einer
gegebenen Kugelgrößenverteilung
aus
einer
72
mit gegebenen
72
gegebenen SchnittlängenVerteilung
73
a) Stetig verteilte Kugelradien
73
b) Diskrete Werte der Kugelradien
73
Längenverteilung
von
Schnittstrecken,
die auf Rasterpunkte fallen
—
Die
passende Methode
bei
großem
Variationsbereich der Korngrößen
76
1. Diskrete Werte der
76
Kugelradien
2. Stetig verteilte Kugelradien
3.
79
Beispiel
Zusammenfassung
82
und Summary
84
Literaturverzeichnis
87
A.
Mathematische, physikalische
B.
Petrographische, geologische
C. Literatur über
6
71
71
aus
Schnittlängenverteilungen
3. Berechnung der Kugelgrößen Verteilung
D.
67
auf einer Geraden
1. Berechnung der Schnittlängenverteilung
2.
einer gegebenen Kugelgrößenverteilung
Kreisradienverteilungen mit gegebenen
Kugelgrößenverteilung
Schnittlängenverteilung
67
aus
und
geophysikalische
Werke und Schriften
geographische Werke und Schriften, geologische
die Korngrößenbestimmung an einem Schnitt
und
87
Karten
90
91
Vorwort
Auf Ende Mai 1950
war an
der X.
Abteilung der
folgende Preisfrage ausgeschrieben:
ETH
«Über die Elastizität fester Gesteine: Die bisher für feste Gesteine verwendeten Methoden
theoretischen Begründung unter Mitberücksichtigung
barkeit und Genauigkeit
zu
prüfen und
zu
von
Bearbeitung
Durch
geleistet werden,
dieser
Preisfrage
konnte für die
ausnahmsweise mit
Überzeugung gewonnen,
nur
durch seismische
den Geologen
von
neueren
Zitaten
Teilnahme
an
im Sommer 1949 und 1952. Die
einer ersten
publizierten
Arbeiten wurde die
Geophysik vorhandenen apparativen Einrichtungen
derartigen Messungen
Expedition
Unterbrechung
nach Baffin-Land
von
im
1952/53 und
Winterhalbjahr 1952/53.
1952
so
bis
bedingt,
aufgenommen.
im Frühsommer 1951
Die theoretische
Bearbeitung
Im Sommer 1953 nahm ich
an
und für
S. 33—48 beschriebenen
zwei Jahren
1951 durch
war
1950 durch meine
anderweitige finanzielle
Inanspruchnahme des Institutes. Die geophysikalische Laborarbeit wurde vorwiegend in
Halbjahren 1948/49
neu
im Frühsommer 1948 in Staffelbach be¬
war
Kampagne folgten die auf
gonnen worden. Nach dieser ersten orientierenden
Untersuchungen
in die Dissertation übernommen
Anstehenden Resultate erwartet werden konnten, die
am
Wert sind. Mit
wertvolle Vorarbeit
systematische Übersicht der Elastizitäts-
die
ergänzt. Aus den bis 1950
daß mit den im Institut für
Messungen
Brauch¬
bringen.»
zu
vorliegende Dissertation
vorwiegend die Literaturkenntnis und
die
samt ihrer
ergänzen. Die bekannten numerischen Ergebnisse sind mit der Dichte und mit
bestimmungsmethoden betrifft. Die Literaturzusammenstellung wurde
nur
Bestimmung der stati¬
Anisotropie systematisch zusammenzustellen, auf ihre
den in der Petrographie verwendeten Klassifikationen der festen Gesteine in Zusammenhang
und
zur
dynamischen Elastizitätskonstanten und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit elastischer Wellen sind
schen und
den Winter-
ausgeführt, die petrographische Laborarbeit
der
Korngrößenbestimmung wurde im
einer zweiten
Expedition
daß die Zusammenstellung der Resultate und die Niederschrift des
Herbst
nach Baffin-Land
Manuskripts
teil,
erst im Winter
1953/54 erfolgte.
Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. F. Gaßmann, möchte ich
aussprechen.
sten Dank
er
Dieser Dank
als Leiter des Instituts für
Apparatur,
gilt
Hilfspersonal
erster Stelle meinen herzlich¬
vielseitigen Anregungen
dem für seismische Feldarbeit
Geophysik
technischen Hilfsmitteln und
sowohl für seine
an
im Rahmen des
als auch
unbedingt nötigen
dafür, daß
Aufwand
Gesamtarbeitsprogramms
an
Rech¬
nung getragen hat.
Mein besonderer Dank
der auch
Quervain
an
meinem
neuen
gilt ferner
meinem Lehrer bei der
Arbeitsgebiet
Diplomarbeit,
Herrn Prof. Dr. P.
Niggli,
reges Interesse bekundete. Den Herren Professoren Dr. F. de
und Dr. C. Burri danke ich für ihre Hilfe bei den
Herrn Prof. Dr. R. Rutsch für die Durchsicht der
petrographischen Untersuchungen und
geologischen Beschreibung
der Aufschlüsse. Auch
7
Herrn P.-D. Dr. Max
Bei meinen
Weber,
Studienkollegen
allem aber bei meinem
mich
an
Zum
unter dessen
am
Leitung
Institut für
stetigen Begleiter
die
Apparatur gebaut wurde, bin ich
Geophysik,
Dank
schuldig.
die mich in Feld und Labor unterstützten,
bei der seismischen
vor
Feldarbeit, Herrn R. Berger, möchte ich
dieser Stelle ebenfalls herzlich bedanken.
Schluß
Erlaubnis
zu
gilt
den
mein Dank all den Instanzen und den Besitzern
Sprengungen
zu
Besitzer des Steinhauerbetriebs in
im Steinbruch und bei der
geben hatten.
Ostermundigen,
Beschaffung
von
von
Grundstücken, die die
Vor allem möchte ich Herrn K.
wegen seines
Schürmann, den
Entgegenkommens bei den Arbeiten
Sandsteinstäben erwähnen.
I.
Übersicht der Methoden
zur
Untersuchung der
Gesteinselastizität
A.
Abgesehen
von
untersuchungen
experimentellen Details
an
Gesteinen
stellen. Eine übersichtliche
theorie) und Art der
lassen sich die Methoden, nach denen bis
ausgeführt
Einordnung
Einleitung
sind,
worden
nach
nach einfachen
Elastizitäts¬
Gesichtspunkten
zusammen¬
grundsätzlichem Vorgehen (Labor, Feld, Berechnungs¬
folgenden angewendet worden.
vorgenommenen Deformation ist im
erwähnten Methode finden sich
jetzt
einige knappe Erläuterungen und Literaturhinweise,
gefunden
Literaturzitate in den erwähnten Arbeiten
jeder
Zu
wobei weitere
werden können. Arbeiten nach 1950 sind
nur
selten
zitiert.
Statische Labormethoden
B.
Sie finden
an
größeren und kleineren Gesteinsproben Anwendung,
die
dem Verband
aus
gelöst
werden müssen und ins Labor gebracht werden.
Allseitiger
1.
In der Hochdruckkammer wird die
zusammengedrückt,
Gas
Probe oder offenes
senes
System).
modul
k.1)
den,
T. kombiniert mit hoher
Das Verfahren ist
zum
handen.
(1925),
ZISMAN
(1923),
(1933b),
eine
zur
D.
und
ADAMS
von
hatte also die
C, und
BlRCH und LAW
GiBSON
(1935),
Änderung
Untersuchung
sich
oder einem
Probe oder
linearer
waren
geschlos¬
Abmessungen
werden, der Kompressions-
k bei sehr hohem Druck
der Harvard
Resultate finden
und
Flüssigkeit
durchdrungen werden kann (freie
erhalten
Druckkammern
an
einer
geschützt wird (umhüllte
Elastizitätsgröße
Entsprechende
von
der Probe oder die
Bestimmung
Temperatur,
Ziel.
Apparaturbeschreibungen
WILLIAMSON
nur
speziell
physical Laboratory, Washington
und
diesem Medium
Volumänderung
bestimmt. In beiden Fällen kann
z.
von
oder durch eine Membran
Entweder wird die
typen in großer Erdtiefe
Gesteinsprobe hydrostatisch
wobei die Probe
System)
Druck
angewendet
bis
vor
kurzem
nur am
University, Cambridge, Mass.,
bei ADAMS
(1926a, b, 1929),
BlRCH und DOW
wor¬
des Verhaltens der Gesteins¬
u.
ADAMS
(1936),
a.
(1918),
(1931),
BlRCH
Geovor¬
ADAMS
BRIDGMAN
(1943).
') Bezeichnungen der Elastizitätskonstanten nach Gassmann (1951a).
9
2. Achsialer Druck
Die
Zusammendrückung
Materialprüfung,
lischen Problemen sind
(1906),
haben sich STÖCKE
zwischen zwei Backen ist die klassische Methode der
Schrifttum behandelt ist. Im
allem drei Arbeiten
vor
wird: ADAMS und COKER
suchungen
Gesteinsproben
von
entsprechenden
die im
speziell
(1930)
Breyer
(1934, 1936)
u. a.
zu
Zusammenhang mit geophysika¬
erwähnen, auf die immer wieder verwiesen
und ZlSMAN
(1933a).
bergbauliche
Für
Unter¬
der Methode bedient. Die Methode liefert den E-
Modul und die Poisson-Konstante.
Biegebeanspruchung
3.
Wie der achsiale Druck findet die
wendung, weshalb
vor
allem auf die
Biegung
Proben
an
einem Stab oder einer Platte
ist aber
zu
speziellen
erzeugen. PlCHOT
von
IlDA
behandelt,
(1940)
hat
IlDA
(1939 a, b) hat die
Vergleiche mit
C.
1.
andern Methoden
Schwingungen
gefunden.
Gesteinen bestimmt worden, die in der
umfänglichen
BORN und OWEN
(1935),
und RÜLKE
(1935),
(1939),
BOYLE und
(1935, 1936a,
WEATHERBY
2.
Wie die
(1940)
spannen ihre
große Zahl
STÖCKE
von
u. a.
BORN
u.
ver¬
(1934,
OWEN
es
(1903) haben
KUSAKABE
ein
spezielle Untersuchung
umfäng¬
verwendet
angestellt.
Labormethoden
werden
geophysikalischen
BANCROFT
SPROULE(1931),
1937),
u. a.
IlDA
von
Stäben
Eigenfrequenzen ermittelt, und
aus
diesen
von
Literatur zitiert werden. Als Auswahl der
(1941), BlRCH und BANCROFT (1938a),
EWING
(1939a, b),
v.
u. a.
(1934), GASSMANN
THYSSEN
(1938, 1940),
u. a.
v.
(1951a),
Thyssen
(1934).
ßiegeschwingungen
Longitudinalschwingungen
großen Amplituden gelang
10
(1904),
eine meßbare
Nach dieser Methode sind weitaus die meisten E-Werte
Literatur seien erwähnt:
IDE
(1900) und
Methode für eine
Dynamische
Aus den freien oder erzwungenen
GRIME
um
den Enden. Eine
speziellen Untersuchungen
Longitudinalschwingungen
und der Dichte der E-Modul
sehr
an
vorwiegend
und REGULA
In¬
nach der
Torsionsbeanspruchung
Die Torsion liefert den Schubmodul [i. NAGAOKA
und REGULA
geophysikalischen
nötig sind,
KUSAKABE
Ver¬
(1939a, b) Verwendung.
4.
liches Material
(1927)
(1900),
NAGAOKA
bearbeitet worden, ferner fand die Methode in
(1935) und
Druckmaschinen
beidseitige Auflagerung
schiedener Gesteine ist auf diese Weise
1936)
In
sind statische Gesteinselastizitäten sogar
bestimmt worden, da keine
einseitig ein, häufiger
Materialprüfung verbreitete
in der
entsprechende Literatur verwiesen sei.
Bergbaus
stituten und in Kreisen des
Biegemethode
Biegebeanspruchung
liefern auch die
von
Stäben
Biegeschwingungen
schon früh, KUSAKABE (1905) und PlCHOT
den E-Modul. Dank den
(1927),
diese Methode
an-
zuwenden; seit aber Longitudinalschwingungen verwendet werden konnten, kam die Biegeschwin-
gungsmethode
nur
noch selten
REGULA
(1940). Einzig
Arbeiten
war
ein Ende
einen achsialen Druck
achsialen
gen
an
EWING
u.
(1939a),
PARSHAD
Schwingun¬
Dispersion
über die
Anhaltspunkte
der
seismi¬
REGULA
von
Grundlagen
(1934),
a.
werden
Stäben
von
Eigenfrequenzen ermittelt, und
geophysikalische Forschung
Stäben. Für die
(1936b),
IDE
BlRCH
(1937),
hydrostatischem
(1938). Einige
hierfür diskutiert BlRCH
BFRCH
diesen
und
ist
von
Druck
be¬
ver¬
weitere Literatur¬
BANCROFT
(1938a, b,
(1940).
Messung der Wellenlänge
(1945. 1946) teilt summarisch mit, wie sich die Wellenlänge
Körpern
aus
gefunden. Die Methode ist ungefähr gleich häufig angewandt worden
4.
der sich in festen
Abhängigkeit
den E-Modul in
in der Hochdruck-Kammer bei hohem
Bedeutung, daß sie sich
wenden läßt. Die theoretischen
1940),
Schwingungen
Longitudinalschwingungen
IIDA
Dämpfung,
um
beide Enden ein und übt zusätzlich
er
untersuchen mit erzwungenen
(1952)
Torsionsschwingungen
und der Dichte der Schubmodul [x
angaben:
ermittelt
übrigen zitierten
erhalten.
Aus den freien oder erzwungenen
sonderer
beide Stabenden frei, bei den
(1952) spannt
Biegeschwingungen
Stäben die
(1934), BlRCH und BANCROFT (1938a),
u. a.
waren
BRUCKSHAW und MAHANTA
3.
wie die der
EwiNG
SHIMOGURU
Aus den
einseitig eingespannten
zu
Anwendung:
eingespannt.
aus.
Vorspannung.
scher Wellen
zur
bei BlRCH und BANCROFT
von
Ultraschall
messen
läßt,
ausbreitet.
5. Laufzeitmethoden
Es werden die Laufzeiten elastischer
Impulse ermittelt, die
auf bekanntem
Weg eine Probe durch¬
laufen. Aus verschiedenen Wellentypen lassen sich verschiedene elastische Konstanten finden. Heute
Materialprüfung Eingang gefunden
hat das Verfahren in der
lischen
Untersuchungen
und KELLY
(1952)
und
von
von
HUGHES und JONES
BAULE
(1953)
und hat sich auch bei den
(1950,1951),
HUGHES und CROSS
sehr bewährt. Erstere erhalten mit sehr hohen
den Raumdruckmodul M, letzterer mit
niedrigeren Frequenzen
bei hohem
hydrostatischem Druck
konnten
von
HUGHES
werden. MC MlLLEN
den
Bugwellen
an
u. a.
(1946)
hat auf indirektem
einem ins Wasser
getauchten
(1929)
und ROESS
HUGHES
Frequenzen
den Stabdruckmodul E. M und y.
und erhöhter
die Laufzeit der
Temperatur bestimmt
Impulse bestimmt, nämlich
aus
Stab.
Stoßuntersuchungen
6.
CASTAN
Wege
geophysika¬
(1951),
(1935) weisen darauf hin,
schliffene Gesteinsfläche bei bekannten
Eigenschaften
daß
der
aus
dem
Aufprall
Kugel Aussagen
einer
Kugel auf eine
ge¬
über die Elastizität des
Gesteins gemacht werden können.
D. Feldmethoden
Die
großen
Elastizitätsgrößen
werden
am
anstehenden Gestein, seltener
an
losgelösten Felsmassen oder
Blöcken bestimmt.
11
1. Direkte
Messung
Ausbreitungsgeschwindigkeit
der
Aus Distanz und Laufzeit läßt sich die
Ausbreitungsgeschwindigkeit
elastischer Wellen
elastischer Wellen
finden,
bei bekannter Dichte der Raumdruckmodul M oder der Schubmodul y. berechnet werden
nachdem die
Longitudinal-
oder Transversalwelle
die in den letzten Jahren auf dem Gebiet der Seismik
Geschwindigkeitsmessungen mitgeteilt
direkten
von
(1925),
u.
(1933),
LEET
(1934),
a.
(1927, 1929),
MOTHES
(1931, 1932),
EWING
RÖTHLISBERGER
und
(1949),
White und Sengbush
SORGE
EwiNG
u.
(1953),
(1934),
(1935),
CRARY
REICH
(1951),
zu
worden. Sie finden sich
z.
(1930),
(1936), LEET (1938),
(1951), RÖTHLISBERGER
Mikrophon sukzessive ins
teilen mit, daß
etwa
1,50
m
die direkte
neuerdings
möglich
in Bohrlöchern
versalwelle erkannt werden können.
geändert
und
a.
(1948),
VÖGTLI
(1952),
typen und die
Geschwindigkeit
gewissen Fällen
u.
In der Erdölseismik
Bohrloch
an
der selben
abgesenkt
(1952)
wird
und VOGEL
auf der sehr kurzen Distanz
sogar
Longitudinal-
und Trans¬
(1951) verwendet einen Vibrator, dessen Frequenz
EviSON
werden kann. Vor allem durch die
pflanzungsgeschwindigkeit
2.
ist und in
der
WEATHERBY
FLORIN
SUMMERS und BRODING
Messung
u. a.
LEET und EwiNG
(1934),
(1953), Röthlisberger (1955).
(seltener Mikrophon und Sprengpunkt vertauscht).
Resultate
B. bei MAURAIN
HEINRICH
Kisslinger
sporadisch
nur
NÖRLUND und BROCKAMP
BAULE
Stelle der Oberfläche gesprengt wird und ein
von
verzeichnen war, sind
kann, je
großen Aktivität,
Geschwindigkeitsprofile längs Bohrlöchern aufgenommen, indem mehrmals
werden
(1952)
Trotz der
BROCKAMP und MOTHES
(1930),
a.
Beobachtung gelangt.
zur
woraus
Aussendung
weitere charakteristische
von
Wellenpaketen
erhält
er
außer der Fort¬
Angaben über die Energie verschiedener Wellen¬
Dämpfung.
Bestimmung
der
Ausbreitungsgeschwindigkeit
elastischer Wellen mit
Refraktionsprofilen
In der
angewandten Seismik
Longitudinalgeschwindigkeiten)
im
vorigen
(1931),
Geschwindigkeiten (meist
werden bei der Refraktionsmethode
indirekt und direkt bestimmt, aber
Abschnitt zitierten Arbeiten enthalten
NÖRLUND und BROCKAMP
(1934),
z.
T.
OLIPHANT
nur
selten
publiziert.
Refraktionsresultate,
(1950).
z.
nur
Eine Reihe der
B. LEET und EWING
Durchschnittswerte
aus
Messungen in
der Schweiz finden sich bei SÜSSTRUNK (1953).
3.
Bestimmung
der
Nach Methoden, die in
schwindigkeitsprofil
haltspunkte
über die
4.
In
einigen
Longitudinalgeschwindigkeit
neueren
Lehrbüchern
dargestellt sind,
in der Reflexionsseismik
wird
aus
den Reflexionen das Ge¬
zwischen der Erdoberfläche und den Reflexionshorizonten ermittelt.
Genauigkeit
finden sich bei SWAN und BECKER
Dehnungsmessungen
in
Einige
An¬
(1952).
Druckstollen, Belastungsversuche
Fällen ist die Elastizität auch schon statisch im Feld bestimmt
worden, indem einzelne
Abschnitte eines Stollens unter Druck gesetzt wurden und die Ausweitung im Innern gemessen wurde,
FREY-BÄR
(1944, 1947).
peln ausgeführt.
12
Für bautechnische
Untersuchungen werden
statische
Belastungen mit
Stem¬
E. Theoretische
Folgerungen
leitet auf theoretischem
(1930, 1937)
BRUGGEMAN
Zusammensetzung und Aufbau
aus
Wege Formeln her, nach denen
Elastizitätszahlen des Einkristalls die Elastizitätskonstanten
können, ferner solche, die
aus
isotropen Mischkörpern
von
den Elastizitätskonstanten
bestimmten Aufbaus
zu
isotropen Komponenten
von
SON
(1923),
Berechnungen
(1929),
über das
Angaben
und
(1943),
BIRCH
Vorgehen.
DALY
spezielle
Für
(1951a, b) einige Berechnungsmethoden gegeben,
MANN
Flüssigkeit gesättigten Systemen
trockenen und mit
bekannten
werden
die Konstanten
berechnen gestatten. BIRCH und BANCROFT
(1938 b) bedienen sich einer von VOIGT (1928) gegebenen Näherungstheorie. Bei ADAMS
ADAMS und GlBSON
aus
Kristallaggregaten gerechnet
von
die
(1946)
Fälle
Beispiele von
porösen Körpern hat GASS-
von
allem auch die
vor
und WlLLlAM-
finden sich weitere
Beziehung
zwischen
herstellen.
F. Verwendbarkeit der Methoden
Die Meßfehler
betragen bei fast allen Methoden ein bis wenige Prozente, meistens
Prozente, eventuelle systematische
mit
eingerechnet.
(z.
B.
aus
Trotzdem sind in den Resultaten
in einzelnen Fällen noch viel
worden ist.
Fehler
größere,
Zusammenstellungen
und
ungenauer
Apparatur resultierend)
der
Eichung
häufig Abweichungen bis
ein bis zwei
um
20% festgestellt worden,
zu
dasselbe Gestein nach verschiedenen Methoden untersucht
wenn
Erörterungen des Problems finden
sich
z.
B. bei DALY
(1930),
(1931, 1932), ZlSMAN (1933c, d), IDE (1936a). Vor allem ergab sich eine starke
Diskrepanz zwischen statischen und dynamischen Methoden, aber auch zwischen statischen Methoden
LEET und EWING
untereinander. In diesem zweiten Fall wurden
statisch bestimmt und
gehorchen.
statischen
ZlSMAN
festgestellt, daß
(z.
Bestimmungen einiger Elastizitätsgrößen
(1936a)
Elastizitätsgrößen unabhängig voneinander
B. drei
B. 1933 d) hat in mehreren Tabellen die
Problem diskutiert. Auf Grund
stellt IDE
z.
von
geforderten Beziehungen nicht
sie den nach der Elastizitätstheorie
Diskrepanz
und seismischen
dynamischen Messungen
zwischen verschiedenen
Messungen dargestellt und das
im Labor
ebenfalls große Unstimmigkeiten fest. Er schreibt dazu
am
gleichen Gesteinsmaterial
(S. 87):
explanation in some lack of homogeneity,
perfect elasticity of the rocks, since dynamic and static determination of Young's modulus for bars of homo-
«The large discrepancies recorded... for most of the rock samples must find
isotropy
geneous
Eine
or
isotropic materials,
common
metals,
are
found to agree within
Erklärung des verschiedenen Verhaltens der meisten
Beanspruchung
gilt
Deformationen,
nur
über kleinste
elastische
Spannungsbereiche
Nachwirkung,
und für
nicht-lineare
Sprüngen
selbständige
und
wichtigste Ursache,
Beziehung
ohne
zu
wenn
dynamischen
Resultate
(an
derselben
zwischen
genügend
mit in die
Untersuchung einbezogen wird.
Biegebeanspruchung
weniger
PiCHOT
statisch in sehr kurzer Zeit sehr kleine
Prozente relativ gute
Übereinstimmung
Untersuchung der Gesetzmäßigkeiten, die
mit
Spannung
Inhomogenitäten
zeigen,
Das
blei¬
und De¬
in Form
von
wie sich diese anders
aus¬
Probe) widerspruchslos
in den statischen Versuchen der Einfluß verschiedener
geben.
kurzzeitige Deformationen;
wirken sollten, als eben in der nicht-idealen und nicht-linearen Elastizität. Die
wie weit sich die
dynamischer
Eigenschaften der Gesteine
formation müssen mit in Betracht gezogen werden. IDE behandelt die
und Poren als
two per cent.»
one or
Gesteinsarten bei statischer und
läßt sich auf Grund der nicht ideal-elastischen
Hookesche Gesetz
bende
like the
Frage steht noch offen,
den statischen
einfügen,
Belastungszeiten und variabler Spannung
(1927)
hat ein Verfahren
Auslenkungen
zu messen
dynamischen Messungen
bei veränderlicher
Spannung
entwickelt, durch
und hat innerhalb
erhalten können. Durch
und Deformationsdauer auf-
13
treten, könnte das Resultat eventuell weiter verbessert
der Elastizität
Gassmann
zum
Teilgebiet
Untersuchung
über
Materialeigenschaften. (Vgl.
1951b).
u. a.,
Neben der scheinbaren
zwar
werden, doch wird dabei die einfache Frage nach
einer viel umfassenderen
schwächere,
zu
dynamischen Ergebnissen wurde eine
zwischen statischen und
Diskrepanz
aber ab und
Unstimmigkeit
feststellbare
Elastizitätskonstanten im Labor und im Feld
zwischen den
WEATHERBY
gefunden.
«If, therefore, the samples used in making the laboratory determinations
material in which the
velocity
are
being due
as
to an
bestimmten
(1934, S. 117) schreiben:
u. a.
truly representative of the bulk of the
is determined in the field, the results obtained in each
and the lack of agreement must, therefore, be interpreted
dynamisch
case
should be directly
comparable
actual difference in the elastic constants of
the samples used and the average value of those of the rock in situ.»
Berücksichtigt
steht,
die verschiedenen
man
Bedingungen,
unter
denen ein Gestein im Feld und im Labor
kann die Differenz gar nicht verwundern. BRUCKSHAW und MAHANTA
so
(1952, S. 9) schrei¬
ben dazu:
«Such
as
the
a
step naturally involves the assumption that
specimen
in the
in the natural State may
modify appreciably
specimen
loosening
may lead to
a
no means
ground will possess the same properties
completely justified, since the existence of Stresses
the constants of the rock in bulk. The absence of pressure in the
of the rock structure and
small elastic moduli will be found under weak Stresses.
to a
element of rock in the
an
laboratory. As is well known, this is by
an
opening of minor cracks and fissures,
Again, the different temperature and moisture
laboratory
that
relatively
content will contribute
change in the elasticity.»
Ähnliche Ideen haben auch BlRCH und BANCROFT (1938b,
«For these
reasons
the usual methods of
61) geäußert und geschlossen:
S.
testing have generally failed
to
give results of much value for geophysics.»
Sie interessieren sich für das seismische Verhalten der Gesteine in
Zweck die Methode
von
kann aber nicht einfach
L. H. ADAMS
bejaht
passend
Im ersten Fall soll die Elastizität
zur
einfachen
geht
bestimmte Werte
Elastizitäts-Konstanten
—
verwendet werden, bei deren
eigene.
großer Erdtiefe und
zahlenmäßigen Charakterisierung
soweit, als einer bestimmten Gesteinsart
Anwendung
—
zugeordnet
erste
Bedingung
Materialeigenschaften
sich in
seitig
Temperatur lassen sich
als solche.
zu
Daß die Gesteine nicht ideal
untersuchenden
Erscheinungen.
Methoden, die das Gestein verändern, auch ohne weiteres verwendbar. Nur werden dabei
Veränderungen ebenso beobachtet
nügender
Druck
in tieferen Erdschichten erreichen.
elastisch sind, wirkt nicht störend, sondern bildet einen Teil der
Damit sind
Feldmethoden,
erfüllen die
großem hydrostatischem
anwenden lassen wie bei BlRCH und BANCROFT. Kombiniert mit erhöhter
Im zweiten Fall interessieren die
ver¬
Bedingungen
werden können. Es müssen Methoden
während die zweite bei den Labor-Methoden erfüllt ist, die sich bei
Bedingungen
eines Gesteins
unter bestimmten
das Gestein unverändert untersucht oder künstlich unter die
gewünschten Bedingungen gebracht werden kann. Die
durch den hohen Druck die
finden für diesen
Die Verwendbarkeit der Methoden
abgrenzen:
wendet werden. Das
nur
sowie ihre
oder verneint werden. Es kommt darauf an, wofür sie verwendet werden
sollen. Es lassen sich dabei zwei Problemkreise
die
so
Kenntnis der
gewissen
wie die Absolutwerte der
Messung.
Materialeigenschaften Gesetzmäßigkeiten gefunden
Fällen einzelne
die heute noch
Methoden,
ersetzen können. Damit würden sich die
Möglichkeiten
Es ist
widersprechende
zur
denkbar, daß bei ge¬
werden
können, nach denen
Resultate
Charakterisierung
von
liefern, gegen¬
Gesteinen durch
Elastizitätskonstanten (erster Fall) erweitern;
Umfange
zu
klären. REGULA
Formeln statisch und
eigenschaften
aufzustellen:
14
zu
vorläufig gilt es aber, die Materialeigenschaften in vollem
(1940) hat versucht, nach bestimmten, nicht ohne weiteres verständlichen
dynamisch bestimmte
kombinieren, während sich
Elastizitätskonstanten ohne
z.
B. ZlSMAN
(1933c,
S.
Bestimmung
682) damit
weiterer Material¬
begnügt, einige Regeln
«These
uncovered rock is
(a
es
=
v)
Die
smaller than the respective seismological
are
essentially the
same as
nearly do the statical and dynamical
and uncovered
laboratory work suggest the following generalizations:
of field and
comparisons
two
elastic constants E and
the
or
seismically effective compressibility; the
together
constants agree, and the nearer
are
the
statically determined
The
dynamical values;
the
compressibility of
compact the rock the
more
respective compressibilities
more
of covered
speeimens.»
Unterscheidung
prinzipielle,
der beiden Fälle ist nicht eine
sondern eher eine methodische. Die
Lösung der Fragen beider Problemkreise würde bedeuten, daß das elastische Verhalten sämtlicher
Gesteinsarten unter allen
denkbaren natürlichen oder künstlich
nur
geschaffenen Bedingungen
bekannt
ist, womit sich eine Unterscheidung der zwei Problemkreise erübrigen würde.
II.
Die
vorliegende Arbeit befaßt
Problemkreise,
sich
nämlich mit der
schwindigkeiten)
Problemstellung
ausgesprochen
Bestimmung
Charakterisierung
zur
von
von
mit dem ersten der im
vorigen
Elastizitätskonstanten
(bzw.
Gesteinen im Verband und
Zuständen derselben. Als verläßliche Methode wird die unter I.D. 1.
der
Ausbreitungsgeschwindigkeit
Messungen
der
Untersuchung kleiner Proben
Elastizitätskonstanten
geführt
Die erste
wenig
oder
gerechnet
Gesteinen
zu
Eigenschaften
erlauben,
keine
überhaupt
Beachtung geschenkt worden,
Eruptivgesteinen Streuungen
Deutungsversuche
vorliegenden
von
Arbeit sind
kleineren
Erst
wenn
über die
an
«Es wäre
erwünscht,
zu
von
von
um
die
zu
den
Messungen
womit viele
geringen
von
im Felde
von
aus¬
Molassegesteinen,
über
der verschiedenen
10%
Aussagen,
ohne weiteres
zu
Einzelmessungen
gemessen
die über den
Wert haben. IDE
worden,
Frage
Vergleich
(1936a)
hat nämlich
erwarten
sind, womit
sinnlos werden. In der
Aussagen über die
um
können. Dazu ist die seismische
Geschwindigkeit
die scheinbar
Streu¬
auf
mög¬
homogen
sind.
Werte, die ein Gestein charakterisieren helfen, Klar¬
werden, Beziehungen zwischen verschiedenen Gesteinen aufzustellen.
(RÖTHLISBERGER 1949)
besitzen, und
angenäherte Bestimmung
einige wenige Typen
zwischen
einigen Gesteinskomplexen
Streuung
einer früheren Publikation
verwendet)1. Vergleichende
bei denen keine
größere Serienmessungen ausgeführt worden,
heit herrscht, kann versucht
Geschwindigkeit
nur
Abweichungen
ungen der Elastizitätskonstanten machen
lichst kurzer Distanz
und
mit welchen zusätzlichen Effekten bei
In weitaus den meisten zitierten Arbeiten ist dieser
Methoden oder Anisotropie gemacht werden,
sogar bei
muß,
wohl definierten stationären
(S. 12) erwähnte direkte Messung
angesehen
ergeben,
werden
seismischen Ge¬
in der Nähe der Erdoberfläche bestimmt werden sollen.
Frage gilt dabei der Homogenität.
gezeigt, daß
die
einigen
an
(S. 10—11)
etwa
sollen
werden konnten. Die Arbeit beschränkt sich auf
deren elastische
von
elastischer Wellen im Feld
im Labor nach 1. C. 1.—3.
von
Abschnitt erwähnten
von
war
das Ziel noch sehr weit
wichtigsten schweizerischen Gesteinen möglichst
zwar
unter
Berücksichtigung
genaue
In
gesteckt:
Angaben über die seismische
der geologischen Faktoren im weitesten Sinn, wie Mineral¬
bestand, Struktur, Textur, Druck, Temperatur, mechanischer Zustand, Verwitterungsgrad und Feuchtigkeit.»
Zur
Erreichung
können, indem im
keiten
dieses weit
folgenden
gesteckten
ein
Beitrag
Zieles hat
zur
nur
ein unbedeutender
Methodik, einige wenige
Anfang gemacht
Daten und ganz
werden
grobe Abhängig¬
mitgeteilt werden. Die Schwierigkeit, solche Abhängigkeiten aufzufinden, liegt
in der
großen
*) Die «Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen im Feld» soll im folgenden kurz als «seismische Geschwindig¬
keit» bezeichnet werden oder als v-Wert im Fall der
Longitudinalwellen und vt-Wert
im Fall der Transversalwellen.
15
Anzahl
von
Parametern,
denen die seismische
von
variieren. Eine gute Idee über den Stand der
vermittelt KRUMBEIN
(1951)
Paläontologen, Mineralogen
in einer
und
Geschwindigkeit abhängt, und
Erforschung
Ansprache
an
solcher
Abhängigkeiten
amerikanische
die kaum
in
je
größeren
Fachgesellschaften
von
einzeln
Erdtiefen
Geologen,
Geophysikern.
III. Verwendete
Methoden
A.
seismischen
zur
Bestimmung seismischer Geschwindigkeiten
1.
Am Institut für
Geophysik
seismik und für technische
Sie stand für die
Schwingungsmessungen
Institut ein
vom
speziell angefertigten
Geophone
fügung.
Verfügung.
tragbarer
1949 mußte die
von
räderigen Anhänger montiert
Als
Mehrzweckapparatur
zur
Die
standen
(GASSMANN
es
möglich
war, wurde mit
von
220 Volt
Netzspeisung
Wechselspannung
in Zelten
aufgestellt werden,
Seignettesalzbieger,
wurde,
wobei die
Registrierung
zugleich als Dunkelkammer diente.
Tauchspulmikrophone
und
Eigenfrequenz
Piezokristall-Beschleunigungsmesser
konnten
nur
in vertikaler
von
10 Hz bei
frequenz betrug
pro
von
3500 Hz. Sie
waren
praktisch ungedämpft
aperiodischer Dämpfung.
in einem Gehäuse
beliebiger Lage fixiert werden.
und die
y
ver¬
=
aus
von
Ihre
Empfindlichkeit betrug
0,1
Die
einem
8,5
cm
Eigen¬
10"4 Volt
mm/sec2.
Zur
Apparatur gehörten
versehen
verstärkung betrug
106. Zur
5 Kanäle
Das
zur
Verfügung,
Verstärker. Es
4
Gegentaktendstufen
waren.
1952
Registriergerät bestand
mit 2300 Hz
Übersetzung
geschwindigkeit
3
von
gegengekoppelte RC-Verstärker, die mit
diente ein stabilisiertes
einem
aus
einer
wurde in Stücken
Oszillographenpapier
stark
waren
sie linear und ihre
Netzanschlußgerät.
—
Spannungs¬
1949 standen
die 4 im Wagen eingebauten.
nur
Eigenfrequenz und
waren
Zwischen 1 und 4000 Hz
Speisung
die bei der größten
16
Speisungsbatterien
Höhe montiert war, konnten in
Ver¬
zur
Stellung
12,6 Hz und eine Dämpfung
von
1949), 1952 eine Eigenfrequenz
der mit einem Vorverstärker und
cm
ge¬
und
während 1952 alles fix in einem vier-
Empfindlichkeit betrug 0,2 bzw. 0,5 Volt pro cm/sec. Die Beschleunigungsmesser, bestehend
Durchmesser und 3,5
ist.
in Gebieten ohne Netzanschluß erlaubte. Bei den
Tauchspulmikrophone (Geschwindigkeitsmesser)
und WEBER
großen Frequenzbereich verwendbar
Homelite-Generator
Apparatur
wendet werden. Sie hatten 1949 eine
Anstehenden
entwickelt worden, die für die Refraktions¬
über einen
Soweit
Dunkelzelt vorgenommen
war, der
am
Apparatur
Leistung angeschafft, der das Arbeiten
Untersuchungen
in einem
ist eine
Untersuchungen
arbeitet, doch wurde
2200 Watt
Gesteinscharakterisierung
drei
m/sec ergab.
Als
Kristallzeigerblock
Empfindlichkeit
von
1
m
Länge
Umdrehungen
von
mit 6
1
Kristallzeigern
mm/Volt
auf 2
m
aus
Seignettesalz
Zeigerlänge.
Das
als endloses Band auf eine Trommel gespannt,
pro Sekunde
Zeitmarkierung
ausführte, d. h. eine Registrier¬
wurde ein vertikaler Zeitraster mit Hilfe eines
durch einen
Tmpulsgenerator gespiesenen Geißlerrohrs photographisch mitregistriert.
Beobachtung
wurde außerdem
mit
Registrierungen
Kathodenstrahloszillograph aufgestellt. Fig.
1
Zur direkten
a
und b
zeigen
größter Papiergeschwindigkeit.
Sprengstrom (später
einen
ein
Sprengung wurde mit einem Batterie-Sprenggerät
Die
der
jeweils
dessen
Änderung)
im Dunkelzelt bzw.
Wagen ausgelöst, wobei
über einen Transformator und einen Verstärker
zugleich
Kristallzeiger des Registriergerätes auslenkte.
Detailliertere
(1949),
Weber
Angaben
über die
wichtigsten
Gassmann und Weber
Bestandteile der
und Weber
(1949)
(1951)
bei
finden.
zu
der Methode
Beschreibung
2.
Apparatur sowie Abbildungen sind
a) Anordnung
Es
durch
gelangte die Laufzeit
Sprengung
von
der Oberfläche des Gesteins
an
elastischen Wellen
erzeugt, wobei kleine
Ladungen
angebracht
zur
Beobachtung.
in der
von
Regel
Erschütterungen
Die
wurden
Sprenggelatine (Aldorfit)
Messungen wiederholt durchführen zu
wurden. Um die
20—50 g
können, durften die Explosionen keine stärkeren Zerstörungen hervorrufen. Auch die Geophone wurden
in direktem Kontakt mit dem Gestein
gekrümmte)
höchstens ganz leicht
sich
gesucht, längs
Abstand
von
von
Endpunkt
5 bis 10
solchen
m
angebracht
Gegenprofilen
des einen Profils
der Form ähnlich einer
mit der Zunahme der
Inhomogenitäten
Schußpunkt
zwar
20 bis 30
von
Geophon
Felssporns.
geradlinige (oder
überall im Innern des
ebene frische Gesteinsober¬
Länge legen ließ, gleichgültig,
m
Geophone
ob
es
wurden dann im
beiden Profilenden wurde gesprengt. Wenn die Laufzeit¬
gegeneinander gedreht aufgetragen werden,
des andern ist
(Fig.
16 und
17),
so
macht sich
so
daß der
B. eine Auf¬
z.
durch Auseinanderklaffen der Kurven
Hysteresisschleife)
bemerkbar. Diese
Erscheinung
an
in
Richtung
des
der Oberfläche für den ganzen
verfügbarer
erklärt sich ohne weiteres
Gesteinsinnern, könnte aber auch durch andere
verursacht sein. Fallen die beiden Kurven
hingegen
Gesteinskomplex
zusammen,
können die Ge¬
so
als verbindlich betrachtet
Zeit wurden weitere Daten durch
Verschiebung
oder
wer¬
Verlänge¬
Fächeranordnung gefunden.
Oberfiächenmessungen wurden
möglichst
liegen (z.
an
so, daß
Geophone liegen,
rung des Profils oder durch
zu
und
und
der die
den. Je nach Bedürfnis und
Strahl
Profil
180°
um
Geschwindigkeit
schwindigkeitswerte an
Außer den
und
Anfangspunkt
lockerung der Gesteinsoberfläche,
(in
aufgestellt,
einen horizontalen Boden oder eine Wand handelte. Die einzelnen
um
kurven
gerades
der sich ein
oder
Anfang wurde immer eine möglichst
einheitlichen Gesteins verliefen. Am
fläche
befestigt
Strahlen zwischen
tief im Gestein verlief.
B. in benachbarten
wenn
möglich Anordnungen getroffen,
Schußpunkt und Geophon kamen dabei
Steinbrüchen), oder befanden sich
In einem Fall standen sogar
längere
Stollen
zur
zu
wo
der
gerade
in Nischen oder Höhlen
beiden Seiten eines
vorspringenden
Verfügung.
Wegen der großen Genauigkeit, die angestrebt wurde, genügte die übliche Registrierung des Spreng¬
momentes nicht. In der
strom
unterbrochen wird
Explosion
sungen auf die
der
wird der
(time-lag).
Zündstromregistrierung
Anordnung
Dieser
einem Ausnahmefall 3
Bezugsmikrophon möglichst
waren es
Beginn der
(Zündstromregistrierung).
wirklich auswirkt
Schwankungen auf (in
als
Regel
hätten
elastischen Welle dann angesetzt,
Es dauert aber noch eine
Explosionsverzug
nur
unseren
millisec,
sonst meist
bezogen
werden können. Das erste
nahe bei der
Sprengung (etwa
war, daß sich 1949 mit 5 Kanälen nur
mit 4 Kanälen
wies bei
4
um
1
0 bis 1
der Zünd¬
Zündern
große
zu
millisec), als daß die
Geophon
m) aufgestellt.
Messungen
wenn
gewisse Zeit, bis sich die
pro Schuß
Der
Mes¬
wurde daher
große Nachteil
ergaben,
und 1952
deren 3.
17
Bei der
der
Befestigung
Zentimetern
Länge.
Mikrophone wurden anfangs Gesteinsschrauben einzementiert
langen
Bei einem besonders
Verwendung. Später wurden allgemein
zur
gemeißelt
kleine Löcher
WEATHERBY
eine
u.a.
(Fig. 5)
kleinere Gesteinsschrauben
kam dann eine
von
einigen
Bolzenpistole
verwendet, für die
nur
werden mußten und die keinen Zement oder Mörtel erforderten. Die
beim Aufkitten auf den Fels
(1934) getroffene besondere Sorgfalt
größere Menge flüssigen Schwefels,
Erhärten die feste
vertikalen Profil
Verbindung
mit der
erwies sich als
Unterlage ergab)
von
(sieverwendeten
wurden und der nach dem
Geophone eingegossen
in den die
ganz
überflüssig.
b) Meßdistanz und Genauigkeit
Im Hinblick auf die
Grenze
war
maximalen
Fig.
1
a.
von
m
von
=
5
m
von
0,1
mm
der
auf dem Film
0
=
und B
=
1
m
15
marke
vom
m von
-
(Fig.
S,
P 4.
von
A
0 entfernt. Zeit¬
=
1
a
Registrierung, bedingt.
gibt
eine
Registrierung
von
Bei einer
der erfor-
Mikrophone A—D auf
(Fig. 15) liegend, Schußpunkt S am linken Ende
Ostermundiger Sandsteinbruch;
Vertikalprofil
Sprengmoment,
Schußpunkt
im
men
d. h. der
Seismogramm mit Transversale?)-Einsatzen, aufgenom¬
Fig. Ib.
v-Messungen auf
=
konnten die Meßstrecken nicht kurz genug sein. Die
Apparatur,
Distanz in den Sandsteinbrüchen
Ostermundigen. Sm
Mikrophon
A
Genauigkeit
Ablesegenauigkeit
Seismogramm
5 und 15
Homogenitätsprüfungen
aber durch die
21,4
P 6
Sm
m, B
=
=
Sprengmoment,
23,8
m, C
=
26,8
Zeitmarke
800 Hz.
=
Mikrophon
m, D
=
0
30,4
=
1
m von
m
von
S,
0 entfernt.
800 Hz.
0
A
Sm
4.
1 c. Seismogramm von v-Messungen in einem harten Konglomerat (Sorbach bei Eggiwil, Emmental). Sm
Sprengmoment,
300 Hz.
15 m vom Schußpunkt S, A
187,0 m von 0 entfernt. Zeitmarke
214,5 m, C
239,5 m, B
Mikrophon 0
Fig.
=
=
18
=
=
=
=
derlichen
Qualität wieder) ergibt
sich bei der
Registriergeschwindigkeit
von
3
m/sec
die
Zeitmessung
auf
0,03 millisec genau. In dieser Zeitspanne durchläuft der Schall bei der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
von
km/sec
2
Meßgenauigkeit
nach die
von
etwa 1
^ 2
von v
10
m
lich,
eine Strecke
% gewahrt
stärkung
1
von
werden
km/sec wurde mit
erhöhten. Die
wenn
die
und
6
von
cm
%
im Gestein. Auf einer lOOmal
erwartet
soll,
Ablesung
der Einsätze auf 0,1
mit der
von
Störungen
trockenem und windstillem Wetter
m
5
waren
Eine
erreichen. Aus 6
zu
und
millisec erhalten. Die Mittelwerte der beiden
hatte.
(Oft
kann dem¬
Meßgenauigkeit
v
km/sec
^ 4
überhaupt
konnte
mit
mög¬
wenn
von
nur
Ver¬
elektri¬
bei ganz
Genauigkeit
von
Distanz wurden
von
die
möglich,
der Laufzeit bei 5
nur
auf
der Resultate konnte
gewisse Verbesserung
war es nur so
Auswertungen wichen
m
dem Ausschalten
man
geschenkt
Registrierungen
6
worden waren, d. h.
m
Streuungen (mittlere quadratische Abweichungen)
zwei verschiedenen Personen
die
die sich bei
nicht immer leicht und
volle Aufmerksamkeit
gearbeitet werden.)
wenn
von
Fortpflanzungsgeschwindigkeiten
gearbeitet,
m
mm war
durch wiederholtes Messen erzielt werden. In Wirklichkeit
0,03 millisec überhaupt
sein. Bei
nötigen Geduld aufgenommen
Ladung richtig gegeneinander abgewogen
schen und mechanischen
Strecke
werden, d. h. die Meßstrecke darf,
nicht viel kürzer als 6
kürzesten Meßstrecken
Registrierungen
größeren
von
0,029 und 0,056
2,072 und 2,095 millisec
um
1,1% voneinander ab.
millisec
07
-
06
-
x
o
0
o
0
o
05
X
ot
$
-
o
X
X
X
X
X
03
X
-
o
o
0
02
-
01
-
o
0
H
0
1
—I
20
10
Fig. 2. Abhängigkeit der
von
der
Entfernung
vom
lassenen Steinbrüchen
Einsatz und 1.
Die
von uns
erreichte
40
Entfernung
von
weniger
vom
m
Schusspunkt
Schwingungsdauer^erster Auslenkungen
Schußpunkt, bei Messungen in den
von
Staffelbach.
°
ver¬
Zeitintervall zwischen
Spitze, x Zeitintervall zwischen 1. und 2. Spitze
(1. Wellenberg und 1. Wellental).
Genauigkeit entspricht ungefähr derjenigen,
Registriergeschwindigkeit
ten. Die Grenze ist
1
30
—*
die WEATHERBY
2,5 m/sec und BAULE(1951) mit einer solchen
Registriergeschwindigkeit
durch die
von
5
u. a.
(1934) mit der
m/sec verwirklich¬
als durch die Schärfe der Einsätze
bestimmt, d. h. durch die Frequenz der durch Sprengung erzeugten Erschütterung. Es hat sich denn im
vorher erwähnten
Beispiel
gezeigt,
prozentuale Genauigkeit
quenz die
Streuungen,
die
von
den
trugen nämlich bei 10
millisec
auch
um
0,9%
reduziert werden
m
gleichen
Distanz
daß bei
nicht
Verdoppelung
der Distanz wegen Abnahme der Fre¬
entsprechend wuchs,
zwei Personen diesmal
aus
8
sondern
ungefähr gleich blieb.
Registrierungen
ermittelt
Die
wurden, be¬
0,062 bzw. 0,066 millisec, die Mittelwerte wichen mit 4,176 und 4,214
voneinander ab. Bei
größeren
Distanzen konnten die
Registriergeschwindigkeiten
(Fig. lc).
19
Bei den
Voruntersuchungen
1948 in Staffelbach ist
von
Auslenkung der Registrierlinie
ersten
Streuung
von
BROCKAMP
von
der Distanz
abhängig,
auf Gletschereis konstante
(1931)
3.
Die
aber daran
es
Schwierigkeiten, über
keit bestand
darin,
aus, wie in der
ging, passende
Verwitterung
wie
Fig.
geschaut, frische Aufschlüsse
dem
aus
an
Aufschlüsse
Wege
größere
zu
suchen, zeigten sich die mannigfaltigsten
(KlSSLINGER 1953). Die größte Schwierig¬
gehen.
zu
Natürlich
gehört diese auch
konkave
zu
finden,
ist. Bevor aber die
was
oft schon für
größere Anforderungen
Aushöhlung
gefahrlos Sprengungen ausgeführt
Beziehungen
an
zwischen Elastizität
geologische Untersuchungsmethoden
die Aufschlüsse als der
Verbindung
durch den Fels
aus
entfernt
diesen beiden Gründen
Bahnen und
von
ungeeignet.
Als ebenso
Frage kamen, die nicht weiter als 200
lagen; übrigens
waren
Geologe. Eine
gekrümmt
verläuft. Wir
Dazu mußten
können, während keine unerwünschten Bodenerschütterun¬
werden
wichtigen Straßen,
Häusern, Steinbrüche mit regem Betrieb und Felswände in der Nähe
Stellen in
den geo¬
wertlos, da dort die gerade Verbindung zwischen zwei
war
gen vorhanden sein durften. Die Einschnitte
alle
zu
sie sich sogar außerordentlich stark
verlangten ausgedehnte Wände, konvexe Felspartien oder benachbarte Aushöhlungen.
nur
Distanzen hat
anstehendem Gestein auszuführen, scheint
beeinflussen; elastisch wirkt
Punkten durch die Luft führt, bzw. die kürzeste
von
Stelle der
werden können, muß das frische Gestein untersucht werden. Daher wurde
schwer fällt. Wir stellten aber viel
Nähe
an
Frequenzen der Longitudinalwelle gefunden.
angewandten Seismik wohl bekannt
durchweg
2 beweist. Für viel
berichten wissen
zu
die ein Gestein
Verwitterung geklärt
einzelne
ob eventuell
Passende Aufschlüsse
die auch andere
der
logischen Bedingungen,
darauf
geprüft worden,
verwendet werden könnte. Es hat sich aber eine
Zielsetzung, nämlich Geschwindigkeitsmessungen
sehr einfach. Als
und
Spitze
0,05 bis 0,1 millisec bei wiederholten Messungen gezeigt. Außerdem ist die Frequenz der
Auslenkung
ersten
die erste
auch schon 1949
wichtige
m von
zu
einem
weitere
von
Aufschlüsse in der
Wasserfällen
Bedingung kam dazu, daß
geeigneten Parkplatz
abgelegene
waren
Stellen wegen des
für den
1952
Anhänger
Transports nicht
günstig.
Im ganzen Mittelland fanden sich
unter
Kap.
allerdings einige
sehr
nur
wenige Stellen,
Die
günstige.
Stellen,
Zuerst wurden
Messungen ausgeführt
Dynamische Elastizitätsmessungen
Biegeschwingungen
an
einseitig eingespannten
(fast quadratischem) Querschnitt durchgeführt.
eingespannt,
Anschlagen
Diese
Bedingungen erfüllten,
dar¬
wurden, sind in
V einzeln beschrieben.
B.
fest
die alle genannten
denen
an
am
am
andern Ende
a
als
des
steht
zum
die
f.
Durch
parallel
=
Stäben
Sandsteinstäben mit
in horizontaler
Lage
rechteckigem
am
einen Ende
ein
Kristallbieger angeklebt. Durch
Eigenfrequenz angeregt und elektrisch-optisch registriert.
Elastizitätsmodul E,
Stabquerschnitts,
waren
Beschleunigungsmesser
freien Ende wurde die tiefste
Eigenfrequenz f0
Rechteckseite
war
Die Stäbe
an
zur
zur
Bruttodichte p,
zur
Stablänge
Schwingungsrichtung verläuft,
in
/ und
zur
folgender
Be-
<U«.5i|/f
Einspannen
Länge und Vergleichung der Resultate wurde be¬
wiesen, daß die Einspannung nicht störend wirkte (ausführliche Erörterung des Einspanneffektes bei
20
des Stabes in verschiedener
1935).
THUM und WUNDERLICH
Es hat sich
jedoch später gezeigt, daß
leicht zerdrückt werden kann, und daß bei der genannten
das
Eigengewicht
eine Rolle
Die Mehrzahl der
weichen Luftkissen
förmig erregt,
gelagerte)
ist
VÖGTLI (s. GASSMANN
von
Die
Bestimmung des
sinus¬
Tauchspulensystem
Resonanzfrequenz f0 ließ
sich mit guter
p in
-./e
Stabmasse sehr kleinen Endmassen der
Stablänge eine Korrektur im Verhältnis
Longitudinal-
E-Modul, der Stablänge / und der Bruttodichte
l
zur
durch
auf zwei kleinen
Tauchspulensystem
Stabendes über ein zweites
beobachtet wurden. Die
feststellen. Sie steht mit dem
Vergleich
aufgehängte (oder später
einen Ende über ein
am
Schwingungen des andern
folgender Beziehung:
Für die im
Anordnung eventuell die Vorspannung
zwei Fäden
an
Gesteinsstab wurde
aufdemKathodenstrahloszillographen
Genauigkeit (0,5%)
Einspannstelle der Stein
des E-Moduls im Labor wurde mit erzwungenen
Der horizontal
während die
der
spielt.
Bestimmungen
schwingungen ausgeführt.
an
angebracht
der Massen
Spulen
ist in der
Rechnung
worden. Die verwendete
an
der
Apparatur
1951a) beschrieben worden.
u. a.
Schubmoduls [i
erfolgte
analoge
auf
Weise mit
Spulensystemen
an
den Stab¬
enden, die Torsionsschwingungen erzeugten, bzw. auf solche ansprachen, wobei der Stab vertikal auf¬
gehängt
war.
für den
Die
Eigenfrequenz f0
steht beim
folgender Beziehung:
Dichte fj in
rechteckigen Stab lautet
fo
kreiszylindrischen Stab
l
=
die Formel bei
mit u., der
Stablänge
1 und der
-./jj,
~2i]/J''
angenähert quadratischem Querschnitt:
f»=7|/a21rb2s-|/f'
wobei
von
a
die
längere
und b die kürzere Rechteckseite ist. Die Größe 8 wird für verschiedene Verhältnisse
a:b zwischen 1 und 1,1
in der
von
REGULA
(1940) mitgeteilt. Wie bei den Longitudinalschwingungen ist
Rechnung an der Länge eine Korrektur
im Verhältnis der
Spulenmassen zur
Stabmasse
angebracht
worden.
Die meisten Labormessungen wurden
an
Ostermundigersandstein ausgeführt.
Es
galt
vorerst fest¬
zustellen, ob sich das Gestein durch die Bearbeitung und das Austrocknen verändert. Daß die Bearbei¬
tung nicht wirkungslos ist, ließ sich leicht zeigen. Vier Stäbe
von
Die
y
4x6 cm2 wurden der
Länge
nach
zersägt,
so
von
100
senkte sich in den vier Fällen
4x6 cm2
Querschnitt mehrere
um
1,3%, 4,0% und 2x4,2%.
Prozent unter dem
von
senkte sich beim Durchfeuchten des Stabes die Größe
Daraus darf nicht auf das Verhalten im Feld
im Stab
von
4x4 cm2 entstand.
(«Stabgeschwindigkeit»)
Daß sie schon in den Stäben
von
Ursprungswert des anstehenden Gesteins lag, ist
daher kaum anzuzweifeln. Auch das Austrocknen ist
40%.
Länge und dem Querschnitt
quadratischer Querschnitt
daß
Fortpflanzungsgeschwindigkeit elastischer Longitudinalwellen
—
cm
Bedeutung; wie bei BORN und OWEN (1935)
1/—
\ P
schon bei
geringem Wassergehalt
geschlossen werden,
was
noch
zu
um
etwa
zeigen sein wird
(S. 58—59).
Wichtiger
als die
Bestimmung der
Homogenitätsprüfung, wobei
interessierte.
Gestein
Allerdings
repräsentativ
gestürzt,
was
allem die
zu
war
im Labor beim
Vergleichung der Streuungen
ist auch die
Ostermundigersandstein
die
mit den im Feld bestimmten
die im Labor bestimmt
wurde, nicht unbedingt als fürs
Gesteinsquader werden
im Steinbruch viele Meter tief
Streuung,
betrachten, da nicht überprüft werden konnte, wieweit die Behandlung der
einzelnen Gesteinsstäbe die
hinunter
vor
Absolutwerte
gleiche
war.
Die
einzelne Partien verschieden stark auflockern mag.
21
Die Labormessungen
und
Labormessungen
Weise nicht
aus
zu
an
andern Gesteinen
oder der
erhalten
größerer
Beschaffung
weiterer
was
aus
Deponie
von
Mit einer Diamantkrone wurden Kerne
Quarzitgeschieben gebohrt,
Block in der
der
ungefähren (und unsicheren) Ermittlung
waren.
lichte. Der Sandstein rührte
galten
dynamische Longitudinal-
einer Sandsteinlinse im
des
Stollenaushubes,
war
und
aus
der
einem Sandsteinblock und
also durch die
von
Sorbach her. Er
gefunden
konnten,
theoretische
hatten
Betrachtungen über
eigene Messungen
die seismische
und
aufgelockert.
Quarzitgerölle
wurden dem
Sprengung
wichtigsten
worin sie eine der
Berechnungen
massivem
von
die Lücke
zu
Kom¬
Quarzit
füllen, damit
Geschwindigkeit in Nagelfluh angestellt werden
IV. Verwendete Methoden
lag als
etwas
ponenten bilden. Da nirgends in der Literatur Angaben über die Elastizität
werden
Feld-
von
die auf andere
Torsionsuntersuchungen ermög¬
Konglomerat
Nagelfluh,
Elastizitäten,
aus
Er sollte Informationen über die Elastizität des Bindemittels liefern. Die
Bachbett der Emme entnommen; sie stammten
Vergleichswerte
konnten.
petrographischen
zur
Gesteinscharakterisierung
Im Hinblick auf weitere
Untersuchungen
möglichst
erweitertem Material wurden
über seismische
viele Daten
Geschwindigkeiten
gesammelt, die
und Elastizität
an
stark
ein Gestein charakterisieren helfen
unabhängig davon, ob eine direkte Beziehung zur Elastizität besteht oder nicht. Die minimalste
Forderung ist, daß sich der Petrograph an Hand der Beschreibung eindeutige Vorstellungen über das
—
Gestein machen kann und daß
Gestein
daher
zu
es
jedermann möglich ist, die physikalischen
wiederholen. Eine genaue
jeweils
an
Konglomerate
den
z.
T.
Anfang gestellt
Beschreibung der
Lokalität und des
werden. Da sich die
Versuche
geologischen
Untersuchungsmethoden
am
gleichen
Vorkommens soll
für Sandsteine und
unterscheiden, sollen die beiden Gesteinsarten getrennt behandelt werden.
A. Sandsteine
1. Stofflicher Aufbau
Die
an
Untersuchung
Dünnschliffen
der Sandsteine in
unter dem
bezug auf stofflichen Aufbau und Struktur geschah vorwiegend
Mikroskop.
Besonders gute Dienste leistete dabei die Methode des Aus-
zählens
von
genaue
Analyse der mineralischen Zusammensetzung, sondern
nach ihrer
Rasterpunkten
nach CHAYES
(1949).
Mit dieser Methode erhält
Erscheinungsweise gründlich kennen, da
dem Fadenkreuz erscheinen.
Eigenarten
offenbar. Von CHAYES ist die
die
nicht
wichtigsten
wichtigsten Bestandteile
in der Form oder im
Auszählung
lernt die
man
Zersetzungsgrad
der Mineralarten mit Hilfe eines
nur
eine
genügend
Bestandteile auch
am
häufigsten
werden
so
unter
allmählich
fünftastigen Zählapparates
vorgenommen
worden, wie
Zählapparates
wurde hier die Schreibmaschine gebraucht, die den Vorteil vermehrter Tasten bot. Mit
er
der rechten Hand wurde das
getippt, die
am
Schluß
Gesteinsbestandteile
22
in der Medizin
zur
Mikroskop bedient,
ausgezählt werden
Blutanalyse gebraucht wird.
links wurden
mußten. So
gesondert auszuzählen,
was
war es
entsprechend
möglich,
im einzelnen
An Stelle eines
speziellen
der Mineralart Buchstaben
sämtliche leicht unterscheidbaren
folgende Gruppen ergab;
q
Quarz;
=
Feldspäte,
viele
die sich nicht leicht
von
Quarz unterscheiden ließen, wurden hier regi¬
striert.
f
Feldspäte,
=
soweit ohne Achsenbild als solche
späte wurden
der
zu
g
=
Glimmer.
s
=
Schweremineralien.
x
=
Glaukonit.
d
=
Dichter und
Sandes
zu
erkennen
Entmischung, Lichtbrechung (Orthoklas),
thitischer
grobkörniger
erkennen
zu
Gruppe
der zersetzten Mineralien
Kalk und
Spaltbarkeit, Verzwillingung,
per-
gezählt.
Dolomit, der sich deutlich als Bestandteil des ursprünglichen
gibt (Form, Färbung, Fossilgehalt).
c
=
Karbonat als auskristallisiertes Bindemittel.
t
=
Pelitische Zwischenmasse
Korngrenzen
an
leichter Zersetzung; stark zersetzte Feld¬
«tonig-mergeliges» Bindemittel
=
und in den Zwickeln, das sich
mikroskopisch
feinkörniges
=
schlecht
Gewebe
diagnostizieren
längs
läßt.
der
Häufig
stark karbonatisch.
a
=
Zersetzte
r
=
Poren.
Mineralien,
Schwierigkeit
Die
der
weitgehender
wegen
z.
B.
ursprünglich Feldspat, Biotit, Hornblende, Erze,
Schliffanalyse
pelitische
zersetzten
Komponenten
überhaupt
willkürlich. Trotzdem
Die
den
Aufsplitterung
Gesichtspunkt
dem
wichtigsten
in
bestimmter
erkennen. Kleine Ecken
von
möglich,
den
Zugehörigkeit
sich die
Karbonat oder zersetzten Körnern
und der
Gruppe der wirklich
Schliffanalyse
zu
zersetzten Körner
groben Vergleichen sehr gut.
möglichst viele Gesteinsbestandteile bietet den Vorteil, daß
in verschiedener Weise in
der chemischen
(ergänzt
Gruppen
durch
Untersuchung
g+s), c+d
zu
ursprünglich
konnte aber
d. h. nicht beim Schleifen
so nur
deutet, daß ein
die Hälfte der
großer
Eventuell wurden
gering
stellt den
ausfallen
gebildete Löcher
Teil der Poren sicher
zu
nach
q+f+d
Karbonatgehalt dar, der aller¬
wird, wegen des in
t
enthaltenen
waren.
Beim
Ostermundiger
klein ist,
um
im Schliff erkannt werden
kleine Hohlräume als
vermut¬
Sandstein
18—20% betragenden absoluten Porosität erkannt werden.
gelegentlich mit Schleifmehl gefüllte
je
sich diese
zusammenfassen lassen. Z. B. bilden
Karbonats, t+a sind weiche Bestandteile. In einigen Fällen zeigten sich im Schliff Poren, die
lich
Es ist
ursprünglich
gedeutet werden, und schließlich ist die Grenze zwischen leicht
eignet
Anteil des Sandes
dings gegenüber
zu
Zwischenmasse
häufig Chlorit.
Abgrenzung einiger Gruppen voneinander.
Umkristallisation bei weitem nicht in allen Fällen
klastischen Kalk noch als solchen
können als
besteht in der
usw.,
zu
Das be¬
können.
toniges Bindemittel
ge¬
deutet.
Der totale
Karbonatgehalt wurde zusätzlich mit dem Passon-Apparat (s.
Moos und DE
Quer¬
1948, S. 19) bestimmt.
vain
Korngrößenverteilung
2.
Es kamen zwei Methoden
zur
Anwendung,
Größere Sandsteinvorkommen wurden
mittelanteil
von
Konglomeraten
Schlämmen in Fraktionen
geteilt
nur
Die
Unterlagen
1. Stofflicher
zur
die bei den
im Schliff
Konglomeraten beschrieben
untersucht,
während in
einigen
werden sollen.
Fällen der Binde¬
dem Kristallisierversuch unterworfen wurde und durch Sieben und
wurde.
3.
(vgl.
VON
Beschreibung
Aufbau). Wegen
Struktur
der Struktur wurden
des
großen
Gehaltes
an
aus
Dünnschliffuntersuchungen
Karbonaten, die,
gewonnen
ohne daß sich das gut
er-
23
kennen läßt,
z.
angehören,
T. alten Festbestandteilen
auskristallisiert sind,
war
es
schwierig,
die
Bindungsart der ursprünglichen
bezeichnen. Meistens mußte der gesamte
zu
obschon
sich
er
z.
T.
den die strukturellen
aus
Karbonatgehalt
mit einer
Zeichnungen
in
im Zement
klastischen Körner klar
zusammengefaßt werden,
weitschweifige Beschreibungen
Sandkörnern aufbaut. Um
Eigenarten
T. aber umkristallisiert oder in Hohlräumen
z.
vermeiden,
zu
wur¬
knappen Erklärung festgehalten.
4. Dichte und Porosität
An kleinen Proben wurde der
mit
worden
gesättigt
Wasser
Wassergehalt
w von
ins Wasser und daraus das Volumen V der
w
n
=
—
100%,
die wegen Abwesenheit
absoluten Porosität
entspricht.
gewichtsmäßig bestimmt,
Proben
Anschließend wurde
waren.
Proben
bestimmt.
gleich
Die Bruttodichte p ist
folgt
die im Vakuum
Gewichtsverlust beim
Daraus
ergibt
Eintauchen
sich die Porosität
Poren in den Molassesandsteinen nahezu der
geschlossener
Volumeneinheit. Die Dichte p des Festmaterials
der
aus
der Masse des trockenen Gesteins pro
p und
n:
-'-,100
In der
petrographischen
Literatur wird
an
Stelle
Raumgewicht ye
p das
von
und für p das spez. Ge¬
Zahlenmäßig sind es dieselben Größen, doch müßten richtigerweise für physikalische
Raumgewicht und das spez. Gewicht mit Krafteinheiten, d. h. gr*/cm3 oder dyn/cm3
wicht ys gesetzt.
Zwecke das
angegeben werden.
Die Bruttodichte p wurde auch
den
aus
Abmessungen
zugeschnittenen
der
Stäbe und deren Masse
bestimmt, ferner wurden einige Stäbe der langsamen Wasseraufnahme unterworfen,
Porosität n* lieferte. Zur Kontrolle der
mundiger
Volumenbestimmung
Sandstein außerdem mit Konsistenzfett
überzogen und
Gewichtsverlust und damit das Volumen bestimmt. Es
ausgehenden
Eintauchversuch der
Dichtebestimmungen
betrug
nicht mehr als 0,01
5. Technische
Es wurden keine
eigenen Messungen ausgeführt.
Druckfestigkeit
und
die scheinbare
von
Oster-
dann durch Eintauchen in Wasser der
sich gute
Übereinstimmung
gleichen wassergesättigten Probe, d.
voneinander
schaften der Gesteine, wie
ergab
was
wurde eine trockene Probe
h. die
mit dem
Abweichung
vor¬
der beiden
gr/cm3.
Eigenschaften
Doch
sind, soweit erhältlich, alle technischen Eigen¬
Verwitterungstypus,
den
Gesteinsbeschreibungen bei¬
gegeben.
6. Verhalten bei
An
günstigen
Stellen im Feld wurden einfache
Sprengungen
Sprengungen
zur
Prüfung
der
Festigkeit
des Gesteins
vorgenommen. Mit Hilfe eines elektrischen Bohrhammers wurde ein Bohrloch
von
getrieben
Detonation
Nach
und nacheinander dosierte
jeder Explosion
Aufwandes
scheinen
24
zu
zum
Ergebnis
lassen.
Ladungen
von
20, 40, 60 g Aldorfit
wurden Größe und Form des
war
aber
zu
ungünstig,
um
Sprengtrichters
eine
zur
22
cm
Tiefe
vor¬
gebracht.
beobachtet. Das Verhältnis des
Verfeinerung
der Methode
angebracht
er¬
Konglomerate (Nagelfluh)
B.
Klassifikation; Gerolle und Bindemittel
1.
Für
feldgeologische Zwecke
Molassekonglomerate
Typen gegliedert
das hier bei der
angegeben,
gelegentlich
60%
Für
und
eruptiven
zwischen
als
Zusammensetzung
mit der
zusammengefaßt
nötig.
(1937,
hat ein Schema
einzigen Vereinfachung angewendet wird,
Beschreibung
von
bedient sich diese
95—98)
S.
daß nicht
unterschieden wird und Kalk und Dolomit
sind. Aus dem Namen läßt sich die Gesteinsart
von
mehr
bleibt.
gänzlich unberücksichtigt
viel umfassender sein und viel mehr Merkmale
hier aber
entsprechende Nomenklatur wird
fassendes Material verarbeitet wurde. Eine genaue
nicht
Verwendung
der
von
Appenzellergranit,
Renz
während die Art des Bindemittels
Zwecke muß eine
Auf eine
Abgesehen
wie
Geröllkomponenten.
Namengebung
der Gerolle herauslesen,
physikalische
der
metamorphen Kristallingeröllen
als Karbonate
berücksichtigen.
werden.
spezielle Vorkommen,
Lokalnamen für ganz charakteristische
Klassifikation der
Gebrauch, nach denen die schweizerischen
im
einige Begriffe
sind
in verschiedene
des
Abgrenzung
Bei allen untersuchten Vorkommen handelte
zu
wenig
um¬
Begriffs «Konglomerat» ist ebenfalls
sich
es
verzichtet, da viel
verfestigte ursprüngliche
um
Flu߬
schotter, bei denen zwanglos zwei Gefügeelemente erkannt werden können, die Gerolle und das Binde¬
mittel. Aus
praktischen
Das ist nicht
Gerollen
Gründen wurde im Feld die Grenze beim Korndurchmesser 2
Raum ein und außerdem ist nicht
Kornform wesentlich
vom
mm
anzunehmen, daß sich der Feinkies
und
es
Korndurchmesser eine starke Abnahme der
Zunahme im Bereich zwischen 0,5 und
0,05
Gerolle den
mm
Häufigkeit auftritt, gefolgt
(Fig. 18).
Die
Trennung
in ein
von
einer
nicht sehr
Sandstein
wo vom
entsprechen.
zu
Die
Bezeichnung
glücklich, obschon sie sich
zusammengehalten
an
die
«Bindemittel» ist
übrigens
richtige Vorstellung knüpft,
Bedeutung
werden. Mit anderer
von
Korn¬
10 bis
abermaligen
feinkörniges Bindemittel
Gruppierung
und die Gerolle erscheint daher nicht mehr willkürlich, sondern einer tatsächlichen
Bestandteile
den
größeren
durchgehende
sich, daß überraschenderweise im Bereich
zeigte
gewählt.
mm zu
Zusammensetzung und
B. in
z.
Grobkies unterscheidet. Meistens wurde im Labor eine
größenbestimmung ausgeführt,
0,5
gröberen
werden. In allen untersuchten Fällen nahmen aber die
gezählt
cm
willkürlich, sondern falsch, müßte doch sicher der Feinkiesanteil bis 2
nur
der
Zusammenhang
in diesem
daß die Gerolle durch den
wird aber das
gleiche
Wort
verwendet,
Aufbau des Sandsteins selbst die Rede ist. Im Sandstein werden klastische Bestandteile durch
ein Bindemittel
wobei die
(Zement) zusammengehalten,
denen Körnern nach strukturellen und stofflichen
Unterscheidung
Gesichtspunkten,
Bei den untersuchten
jedenfalls gegeben.
Bindemittel und
nicht nach der
gebun¬
Korngröße
klar sein, ob
ge¬
es jedoch
jeweils
(vom Zement) oder vom Sandstein als Bindemittel in der Nagelfluh die Rede ist.
im einzelnen
schieht. Dank der Anschaulichkeit der Materie wird
Bindemittel im Sandstein
von
Molassekonglomeraten
erscheint die
Der bindende Sandstein wird nach den
Aufteilung
gleichen
vom
in Gerolle und Bindemittel
Methoden charakterisiert wie die
reinen Sandsteinvorkommen.
2.
Während
der
Untersuchung
Charakterisierung
des
der Gerolle eine
Bindemittels
Untersuchungsmaterial
größere Beachtung geschenkt wurde, erschien
grobe Zuteilung
schlußreich. Diese Arbeit konnte im Feld
Zentner
Zusammensetzung
zu
einigen wenigen
ausgeführt werden,
ins Labor
zu
bringen.
Bei
von
anhaftendem Bindemittel
gereinigt
es
nötig
genügend
zur
auf¬
gewesen wäre, mehrere
Konglomeraten, die sich leicht zerteilen
ließen, wurden die Komponenten, die ein quadratisches Loch
mit dem Hammer
ansonst
Gesteinsarten
von
2
cm
und meistens
Kantenlänge nicht passierten,
zerschlagen, damit
zur
Diagnose
25
vorlag.
eine frische Bruchfläche
teilung entschieden.
teilt in
sauer
und
Mit Hilfe
folgende
Es wurden
basisch), Quarzite
von
Lupe, Messer und Salzsäure wurde dann über die Zu¬
Gesteinsarten unterschieden: Kristallin
(gelegentlich
unter¬
und Adern
(gelegentlich
unter¬
und
Quarzgerölle
Gängen
aus
teilt), Karbonate (gelegentlich unterteilt in Kalke und Dolomite) und Sandsteine. Von jeder
steinsart wurden auf Grund des mechanischen Zustandes zwei
Gruppen gebildet:
intakte Gerolle und zersetzte, zerrüttete, zerbröckelnde Gerolle. Die
Grenzziehung
der
in wechselnden
Mengen
Gewichtsprozente entsprechend
lumprozente
ist für
so
Häufig auftretende Quarzgerölle
Angesichts
physikalische
Fels bestimmt werden.
von
Konglomeraten,
HALDEMANN
einer Geraden
Aufbau
am
gleich derjenigen
In der Fachliteratur und den
im Raum
«In festen
von
von
Lehrbüchern
wird,
wenn
die
festen
Binde¬
Korngrößenanalyse
Lockermaterial ausgegangen und angenommen, für
sei damit das Problem ebenfalls
gelöst.
Das stimmt in
werden
von
verfestigte
bezug auf die Darstellung; aber
kann, fehlen oder sind wertlos wie die
(1935, S. 43):
Konglomeraten (Nagelfluh) können
sicht in die einzelnen Komponenten
Bei den
am
Korngrößenverteilung
Angaben, wie die Analyse der Korngrößen vorgenommen
ZINGG
Gesteinsklassen
(Volumprozente).
petrographischen
behandelt wird, allgemein
Trümmergesteine
von
beteiligten
verschiedenen Gesteinsarten ausgemessen. Die prozentuale Zusammensetzung ist längs
3.
Psephiten
1948).
die in einer Ebene durch Bindemittel und Gerolle hindurch
einer Geraden wurde mit dem Millimetermaßstab der Anteil
Längs
die
Gewichten der Gesteinsarten auf Vo¬
immer noch besser bestimmt als durch die
Zusammensetzung
waren, konnte der Anteil der verschiedenen
mittel und
die Zwischen¬
Gewichtsprozente einfach den Volumprozenten gleichgesetzt,
Geröllauszählung (vgl.
In besonders harten
gespalten
Zwecke die
spezifischen
in
enthielten
Adergesteinen
waren ausgerechnet
Ungenauigkeiten wurde davon abgesehen,
dieser
den verschiedenen
umzurechnen. Werden die
meistens verwendete
aus
gewissen Konglomeraten
Karbonat. In
besonders reich vertreten.
größte Schwierigkeit bestand
und Kieselkalken und zwischen
Quarziten (einschließlich Kieselknollen)
Karbonaten und Sandsteinen.
sandigen
glieder
zwischen
Ge¬
frische, mechanisch
zerlegt
ganze Blöcke gewonnen
werden, die nachträglich mit der nötigen Vor¬
werden.»
vorliegenden Untersuchungen
wurden verschiedene
Wege beschritten, die alle ihre Tücken
aufwiesen.
a) Mechanische Zerteilung und Kristallisierversuch
Die direkteste Methode
merats
dort
einer guten
zu
in die einzelnen Gerolle und
angewendet werden,
die
wo
Korngrößenanalyse führt,
Bindemittelkörner,
Kornbindungen
zur
Aussiebung
mittels,
so
schonen,
Ungenauigkeit
wird
so
außerdem eine
man
bleiben
behaftet ist. Schaut
größere
größere
und
des
Zerlegung
man
so
auf eine
Anzahl Gerolle
daß die Methode mit einer
durchgreifende Zerteilung
zerstückeln; versucht
man
sonderte
gröberen
Behandlung
Fraktionen kann durch
von
26
frühzeitige Ausscheidung
Bindemittelbrocken das Resultat verbessert
tionen kann höchstens durch
geschätzt werden.
nur
sandigen
größeren
des Binde¬
aber diese
zu
und kleinere Brocken des Bindemittels ebenfalls intakt zurück. In der
Regel wird beides vorkommen: Gerolle werden zerstört, Bindemittelbrocken behalten den
halt. In den
Konglo¬
Schlämmung. Sie kann
innerhalb der Gerolle besser sind als im
Bindemittel. Praktisch wird das nie für alle Gerolle zutreffen,
oder kleineren
über die
nachträgliche Betrachtung
mit
Lupe
von
Zusammen¬
weichen Gerollen und ge¬
werden, in den feineren Frak¬
und
Mikroskop
der Fehler ab¬
Die Gerolle bis hinunter
dem Verband
den.
Häufig
Mit Hilfe
gelöst, sei
es
zu
2
Durchmesser wurden mechanisch mit Meißel oder
cm
durch Zertrümmern
von
Nagelfluhblöcken
mußten sie recht mühsam mit dem Hammer
drei
von
Grobkiesfraktion
quadratischen
von
und nach der
aus
anhaftendem Bindemittel befreit werden.
Schablonen mit 10, 5 und 2
(2—20 cm) ausgeschieden
Spitzhacke
oder durch Abbau des Anstehen¬
Seitenlänge wurden
cm
Atterberg-Einteilung
die Gerolle der
in die Unterfraktionen
getrennt.
Wegen der beträchtlichen Größe
arbeitet
werden,
wurden in
Weise
z.
T. bis
Stichproben
kg untersucht. Repräsentative Stichproben
Behälter oder
aus
was
Bindemittelproben
einem
nicht
Haufen,
so
abgrenzt.
hat sich
grobes
repräsentative Stichproben
Entnimmt
Verwitterung analoge Erscheinungen
digen
Gesteinsproben
1951).
Indem das
Sulfat,
das in Form
auskristallisiert ist, durch die Aufnahme
VON MOOS und DE
getrieben,
was
QUERVAIN
Zerteilung
von
erzielt
206),
1948, S.
wird das
werden, die
wesentlich erleichtern
Thenardit
in
einem
Durch
und Trocknen können in relativ kurzer
(Na2S04)
Gefüge
von
zum
selbstän¬
(de QUERVAIN und
beim Trocknen in den Poren
Kristallwasser in Glaubersalz
von
weniger Zerstörung
viel
Na2S04
von
Zerfall führen oder doch die mechanische
Jenni
(s.
Lösung
zu
Brard weiter zerteilt.
von
in eine
der
großes" Papier
Stichproben
liefert.
wurden durch den Kristallisierversuch
Zeit
den
die
und feines Material schon bis
abwechslungsweises Eintauchen
an
auf einfache
lassen sich
man
ver¬
(Bindemittel)
Korndurchmesser
cm
das gesamte Bindemittelmaterial in vielen Schichten auf ein
man
gewissen Grad entmischt,
Die
gröbsten Gerolle mußten große Mengen Probematerial
Die Fraktionen unterhalb 2
flächenhaft den gewünschten Bruchteil
ausstreut und
irgendeinem
der
kg.
1 bis 5
von
gewinnen, indem
100
zu
(Na2S04
innen
10
•
H20) übergeht
gleichmäßig
der Körner bewirkt als die mechanische
auseinander¬
Zerstückelung
von
außen.
Verschiedene Tücken des zerfallenden Gesteins machten immer wieder leichte
fahren
nötig,
jede
daß
so
Probe etwas verschieden
Abfolge der Einzelprozesse,
1. Da das Gewicht der
wie sie sich
am
Schluß
größten Komponenten
gangsmaterial abgewogen
2. Als sehr ratsam erwies
es
von
zeitraubende
sich,
vor
Angelegenheit,
rollen und Bruchstücken
3. Aus rostfreiem
zu
10 g
cm
vor
allem
was
bei
aus
als 1
kg
Aus¬
im0,23-mm-
den feinen Fraktionen ist eine
paßten,
wurde mit dem 2-mm-Sieb
mit 0,45
mm
groben
Ge¬
geformt,
die
vorgesiebt.
Maschenweite wurden Behälter
und in denen die Proben während 24 Stunden in
wurden. Dann wurden die Siebbehälter mit den Proben
und im Ofen während 24 Stunden bei 110°
Gang,
weniger
sollte nicht
daß sich das lohnt. Um das feine Sieb nicht mit den
beschädigen,
Natriumsulfatlösung getaucht
Versuche im
beträgt,
:
dem ersten Eintauchen in Sulfat das Feinmaterial
Drahtgeflecht (Messing)
in Glaswannen 14x24x 14
Lösung gehoben
sei detailliert beschrieben
werden.
Sieb abzusieben. Das spätere Auswaschen des Sulfats
so
im Ver¬
der andern behandelt wurde. Die einfachste
ergeben hat,
um
Änderungen
abwechslungsweisem Eintauchen
getrocknet. Es
waren
10%ige
aus
der
jeweils zwei
und Trocknen volle
Ausnützung
des
abgekühlt.
Sulfatgehalt
der
Ofens bedeutete.
4. Vor dem Wiedereintauchen wurden die Proben
Lösung
auf
10%
zu
wurde
mehrmaligem
gesiebt
der Luft
Um den
halten, wurde mit dem Aräometer eine Flüssigkeitsprobe geprüft und die
Dichte mit Wasser oder konzentrierter Lösung
5. Wenn nach
an
korrigiert.
Eintauchen die Sandsteinbrocken des Bindemittels
und erlesen. In
passenden Quantitäten wurde das Material
bracht und in eine
große
oder später durch
abwechslungsweises
Glasschale
durchgespült, entweder
durch
zu
zerfallen
begannen,
auf das 2-mm-Sieb ge¬
Zugießen
von
frischem Wasser
Eintauchen und Herausheben der Siebfläche in der Glas-
27
schale. Aus dem Rückstand wurden die Gerolle zwischen 2
und 2
mm
4.
Arbeitsprozeß)
Sulfatverwitterung (3. und
unterworfen.
6. Die Fraktionen unter 2
ersparnis
wurde
nur
Es
verloren
abgesaugt,
wenn
doch kann
sie noch leicht trüb war,
sich dabei
es
nur um
Aus Gründen der Zeit¬
jeweils gesetzt
Stunde gewartet, bis sich das Material
gingen;
weshalb mit dem
spülen.
ausgewaschen.
wurden mindestens 4 mal heiß
hatte. Die
geringe Mengen gehandelt
ganz
Lösung
daß also die feinsten Schlämm¬
so
haben.
bald, daß Grobsand und feinere Fraktionen getrennt behandelt werden mußten,
sich
zeigte
mm
%
wurde mit einem Heber
partikel
möglichst herausgelesen,
cm
denen kein Bindemittel mehr anhaftete. Der Rest wurde wieder der
0,23-mm-Sieb eine weitere Trennung vorgenommen wurde, wieder mit Durch¬
Beim Trocknen verhärtete das feine Material
werden mußte. Damit die
stark, daß
so
es
in der Achatschale zerrieben
Sandkörner dabei nicht zerdrückt
gröberen
würden, wurden sie vorher
ausgesiebt.
7. Der im 5.
Arbeitsgang
weiterverarbeitet,
in den 3. und 4. zurückversetzte Rest wurde nach 5. und 6.
sobald der Zerfall das gesamte Bindemittel mit Ausnahme vereinzelter Sandsteinbrocken
(Größere Gerolle,
hatte.
gelesen,
um
sie
vor
die sich laufend
Zerfall
Der Rückstand im 2-mm-Sieb mußte
bewahren.)
zu
Hand in Geröllkörner und unzerfallene Bindemittelstücklein
in der Achatschale zerdrückt und wieder
8. Das gesamte
einigt
mit
quadratischen
waren.
mationskurven mit
durchsetzen, die
Meistens
z.
B.
zeigen
nur
an
der
von
gut
durchsichtige
oberfläche
fläche
zu
zu
von
logarithmisch gestuft
berechnet und Sum-
aus
es
ausgebildete derartige
Gut
Bruchflächen
von
nur
Bild,
Bruchflächen
von
indem die Gerolle
Sorbach.
ganz
aus¬
es
wo
ihr
auf, die zwischen den Vorderfronten
Höhlungen,
eine Schnittebene
sehen,
von
Schwierigkeiten
ausgeführt
bieten dürfte. Es können
dem Bindemittel hervor oder sind unzerbrochen heraus¬
möglich,
zeichnen. Dort,
ebenen Anschliff
großen
ein ganz anderes
verwendet, die
zu
des Gesteinsverbandes
Goldau, weniger ideale im Stollenaushub
unregelmäßige
mittlere Schnittfläche hervorragte oder
28
Es wurden Siebe
Bruchflächen die Gerolle und das Bindemittel in Flächen
Nagelfluh
genügend weit in die Tiefe
und
wo
und den Rückwänden
Plastik-Haut
projizieren
Verfügung.
100% Konglomerat
einem
der Ebene abweichen.
Das Bindemittel selbst weist
sind, verlaufen. In diesem Fall ist
an
eines solchen etwelche
Bergsturzblöcken
die Oberflächen der
herausragenden Gerolle
Auflösung
nötigen Messungen
nahmsweise zerbrochen sind. Sie ragen
gefallen.
zur
wurden kleine Proben entnommen und Schlämm¬
mm
ohne
gefunden werden,
schwach
den
ver¬
logarithmischem Korngrößenmaßstab gezeichnet (Fig. 18).
werden, wobei aber die Herstellung
Stellen
in freundlicher Weise
Sämtliche Fraktionen wurden auf
Am idealsten könnten die dazu
gelegentlich
0,2
von
Für diese Arbeit stellte die Versuchsanstalt
deren Maschen in üblicher Weise
verwendet,
b) Korngrößenanalyse
finden sich
ausgesiebt.
Siebanlage
Von den Fraktionen unter
analysen ausgeführt.
aber
wieder zerriebene Material wurde
gewaschene, getrocknete und (falls verbacken)
Löchern
geschieden
komplett
nun
werden. Letztere wurden
ausgesiebt.
und maschinell während 5 Minuten
für Wasserbau und Erdbau ihre
ergriffen
Bindemittel lösten, wurden schon vorher heraus¬
vom
zu
aus
denen Gerolle
herausgefallen
konstruieren. Es wurde dabei eine
erlaubte, auf der dahinter liegenden Konglomerat¬
um
die Geröllumrisse
zu
das Bindemittel über eine
zurücktrat,
war es
erkennen, auf die Plastik¬
fiktive,
leicht, die
nur
wenig verbogene
Konturen anstoßender
Gerolle etwas
zu
korrigieren.
ausgezeichnete Dienste.
Zeichnen auf Plastik
Kieskomponenten
als
Bindemittel
Wie bei der mechanischen
die Gerolle bis hinunter
nur
In der Schnittebene können nicht die wirklichen
größten Durchmesser
lichen Schotters
von
zu
aus
gründung
Zerteilung
zum
wurden auch hier
Durchmesser gewertet, der Rest als
cm
Korngrößen
gemessen
werden, da die Gerolle mei¬
werden. Um die wirklichen Verhältnisse des
geschnitten
ursprüng¬
ermitteln, wurden zwei Methoden ausprobiert: Erstens wurden zufällige Schnitt¬
Kugelgemischen bestimmter berechneter Größenverteilungen
lichen Schnittbildern
weise
1 bis 2
zu
leisteten
zusammengefaßt.
stens nicht im
ebenen
speziellem Füllstift
Momentan trocknende Tusche mit
zweitens wurde ein einfaches Verfahren
gezeichnet,
dem Schnitt auf eine
zum
entsprechende Kugelverteilung
beider Methoden findet sich in
Kapitel
VII. Die
Vergleich mit
entwickelt,
um
den natür¬
näherungs¬
schließen. Die mathematische Be¬
zu
praktischen Ergebnisse
sollen hier kurz
kommentiert sein:
einige
Versuchsweise wurden
Berechnung wurden
Der
Schnitte durch eine fiktive
zwei einfache Annahmen der
beiden wurde vorausgesetzt, daß
maximalen R
gleich viel,
men
vorkommen, und
Fläche
(1 m2)
natürlichen
zu
größten
Kreisen
von
r:R wurde die Größen Verteilung
wurden sämtliche
gleichsmethode springen unmittelbar
den
Vergleichsverteilungen
sehr
in die
Augen:
Die stark
generell möglich,
die Kreise
zu
sich das direkte
länglichen
regelmäßig gezeichnet
Verbesserung gegenüber
eignete
Viel besser
vorgenom¬
und 5
cm
cm von
R
Kreisen in der Ebene be¬
von
Kreise, die statistisch auf bestimmter
vergleichen.
B. daß sich C besser als A mit B
bzw. den Schnittstrecken
logarithmisch
und zweier ähnlich konstruierter Schnitte. Die Nachteile der Ver¬
lassen sich schlecht mit den Kreisen der Konstruktion
keine wesentliche
Intervallen
sind, möglichst regelmäßig verteilt aufgezeichnet. Fig. 3 zeigt das Bild eines
erwarten
Nagelfluhvorkommens
z.
im andern
r
Bei
und dem
liegenden
Für die Werte 10
50% festgesetzt.
beginnend
Gerollen konstruiert.
Kugelgrößenverteilung zugrunde gelegt.
Intervalleinteilung linear,
wurde. Der Bindemittelanteil wurde auf
und die Verhältnisse 1:2 und 1:10
kugeligen
dem Volumen nach in allen dazwischen
wobei aber im einen Fall die
rechnet. Mit den
aus
mit Radien zwischen dem minimalen Wert
Kugeln
nur
zwar
Nagelfluh
Vorgehen
worden sind.
vergleichen
Schätzung
der bloßen
Formen der
Außerdem
der
zeigt
es
sich, daß bei
Vergleiche sind daher
nur
läßt. Auf diese Weise konnte also
Korngrößen erzielt werden.
Korngrößenberechnung
zur
Nagelfluhgerölle
aus
den Schnittkreisen,
längs einer Geraden. Grundsätzlich wurde nach der unter VII. C. 3. b. be¬
schriebenen Methode vorgegangen, doch
war am
Anfang die Einteilung
nach linearen statt
logarithmi¬
schen Intervallen vorgenommen worden.
4.
Diagramme
ist
(Fig. 19).
nach
Zingg
Bei der
Korngestalt und Kornberührung
orientieren über die Kornform, die in allen untersuchten Fällen
Ausmessung der Gerolle
wurde eine
erwähnenswert sein mag. Statt mit der Schublehre den
sten und einen senkrecht
Gerolle im Innern eines
tennetz am Boden und
an
den zwei Seitenwänden die
einen senkrecht dazu stehenden klein¬
in eine Ecke
Längen
Glasscheibe, die der Reihe nach als parallele Gegenseite
gehalten wurde, leistete bei
experimentelle Vereinfachung benützt, die
größten,
diesen beiden stehenden mittleren Durchmesser
zu
rechtwinkligen Parallelepipeds
der
gleicher Art
zu
der
zu
geschoben,
Hauptachsen
den bereits
bestimmen, wurden die
wo an
einem Koordina¬
gemessen wurden. Eine
tangierenden
3 Ebenen hin¬
Ablesung gute Dienste.
29
Fig
3
Vergleichung
von
2 Schmttbildern (A und C), die auf
Grund theoretischer Annahmen über
dieKugelgroßenverteilung
idealisierten Kugel-Konglomerat gezeichnet wurden,
mit einem Schnittbild (B), das an einem Nagelfluhfelsen ab¬
in
einem
gezeichnet wurde (Maßstab 1
30
10 )
Für das elastische Verhalten ist die
Nagelfluh-Probe
eine
die
Berührungsstellen
sich kleine
ken,
z.
T. mit
Durch
Schätzung
Kleinere
meist nicht mehr feststellen
waren
größerer Wichtigkeit. Versuchsweise ist
An
jedem herausgelösten
gefärbt.
jedoch
die
Berührungsstellen
Geröll wurden
An
einigen Kalkgeröllen fanden
Berührungsstellen als rote Flekan
der Oberfläche der
festgestellt werden, welcher
Bruchteil der
werden mußte. Außerdem wurden
von
aus
der Probe
jedem
herausragenden
Geröll in einer Tabelle
als
%
cm2 wurden dabei als bloße
Berührungspunkte gewertet.
eines Gerölls mit anderen Gerollen als Bruchteil seiner Gesamtoberfläche
wurde letztere
ursprüng¬
ließen, wurden die Außenseiten vorher grün gefärbt.
Hauptachsen und die Anzahl der Berührungsstellen und deren Fläche festgehalten.
Berührungsflächen
Berührung
erkennbar. Da sich die
konnte dann
drei
Länge der
den meisten Gerollen
an
berücksichtigt
Gerölloberfläche
weit
mit anderen Gerollen mit rotem Fettstift
Rutschspiegel,
Versuchsprobe
von
vorsichtig zerteilt worden.
Sorbach
Eindruckstellen,
lichen
die
von
Kornberührung
näherungsweise
als
Kugeloberfläche gerechnet.
Hauptachsen
metische Mittel der drei
Als
Kugeldurchmesser
Um die
auszudrücken,
wurde das arith¬
genommen.
5. Dichte und Porosität
Die exakte Dichte- und
Schwierigkeiten nicht
Porositätsmessung
leicht
zu
an
Konglomeraten
überschätzen sind. Zur
wäre ein Problemkreis für
ungefähren Ermittlung
sich, dessen
wurden im Falle
von
kohärenten Gesteinen ein indirekter und ein direkter Weg beschritten:
Abschätzung
Zur indirekten
wurden Dichte und Porosität
an
Bindemittelproben
nach den Methoden
bestimmt, die für den Sandstein beschrieben worden sind. Mit Kombination der nach Literaturangaben
für die
Geröllkomponenten abgeschätzten
berechnen, wobei
es
schwierig ist, Angaben
Nicht viel besser steht
und
es
wenige Zentimeter) und
Wanne oder
aus
aus
der
Bestimmung
ins Wasser
die Gewichtszunahme w* bei
dem Gewichtsverlust bereits
Menge des überfließenden
der
Vergleich
der
Volumenmessung
Genauigkeit
allem der Porosität. Es wurden kleinere
Wassersättigung
Tag ein bis
Wassers pro
bestimmt. Das Volumen V der
Proben beim Eintauchen in eine
wassergesättigter
mehrmalige Wiederholung
abzuschätzen erlaubte. Die scheinbare
Konglomeraten
machen.
getaucht (Steighöhe des
erhalten, wobei
des Versuchs den Fehler in
Porosität, die durch n*
w*
=
-
da sich bei der Wasseraufnahme nicht alle Poren füllen, bekanntlich kleiner
absolute Porosität. Trotzdem dürfte in vielen Fällen die
größer
vor
zu
Wassers beim Eintauchen in einen Kessel
dieser beiden Methoden und die
gegeben ist, fällt,
die Verhältnisse in den
man
über die erreichte
mit der direkten
größere Konglomeratbrocken langsam
Proben wurde
Werte kann
experimentell
—
•
aus
100%
als die
bestimmte scheinbare Porosität
sein als die im anstehenden Gestein vorhandene absolute Porosität, da sich beim Gewinnen der
Proben in
gewissen Konglomeraten unbedingt
Risse bilden, die bei
allgemein geringer
Porosität stark
ins Gewicht fallen. Dies wirkt sich auch auf die Bruttodichte aus, da das Volumen durch die Risse
etwas
vergrößert wird; allerdings wird die
Bruttodichte
prozentual
in weit
geringerem Maß
verfälscht
als die Porosität.
Besondere
zelne
Schwierigkeiten
zusammenhängende
Dichtebestimmung
bereitete die
Brocken konnten
schriebenen Methoden
angewandt wurden.
striche mit
zuerst
des
Wasserglas
verfestigt
(RÖTHLTSBERGER
ins Labor
schlecht verkitteter
gebracht werden,
wo
Nagelfluh.
Ein¬
die vorstehend be¬
Zu diesem Zweck mußten die Proben durch mehrere An¬
werden. Einen Sonderfall stellte dabei die
Stadlerberges (älterer Deckenschotter)
keiten
zwar
von
löcherige Nagelfluh
dar. Es sind in diesem Gestein auch seismische
Geschwindig¬
und VÖGTLT 1952) gemessen worden, doch wurde die Lokalität nicht in die
31
vorliegende Untersuchung einbezogen. Die Besonderheiten bei
trotzdem
von
Interesse sein: Es
größeren
daß sich die
räume wurden mit
glasschicht
je
nötig
Nagelfluh
machte
gefüllt
war
(Bergholz).
serienmäßig ausgeführt,
möglich,
die Proben
gestopft,
dieser mit
Dichtebestimmung dürften
der
dem Wasser
aus
wieder entleerten. Alle
über die ganze Probe
Volumenbestimmung
Für ganz lockere
im Feld
war
augenblicklich
einem Wattebausch
gleichmäßig
nun
Arbeiten die
Löcher
nicht
Wasserglas getränkt
die
ungestörte Probeentnahme unmöglich,
An künstlichen Erddämmen werden
ausgehoben
indem Probelöcher
werden. Vom Aushub wird die Masse
was
derartige Dichtebestimmungen
aus
der
Das
nicht
zu
Ort und Stelle vorgenommen,
der Grube
aus
Nagelfluh
ausgehobene
nötig,
war es
Mitteilung
an
der Art des Einstreuens
von
ungefähr gleiche
zugleich
um
auf die Erbsen auszuschließen. Die Erbsen wurden
(Luftfeuchtigkeit)
Zustand der
an
benötigten Menge
Form¬
Stelle
Material wurde
Pickel und Meißel
eventuelle
herausgeschnitten
ursprünglichen
im Niveau der
Es
war.
Witterungseinflüsse
Trotz dem lockeren
weggeschleuderte
verwenden. Um
galt
Felsoberfläche nicht
auch darauf zu
achten, vorher bezeichnete
Teile
von
Fixpunkte
entfernen. Zum Zwecke der Kontrolle wurde die
zu
Etappen ausgehoben und in beiden Etappen das Volumen
Grube in zwei
Die
gleicher Höhe gleich rasch
aus
sorgfältig gesammelt.
zu
abhängt.
Form und Größe
verlieren, wurde die Stelle mit einem großen Packpapier bedeckt, in dessen Mitte ein Loch
der Größe der Grube
von
auch bei diesen die Dichte einer Ein¬
wurde in einem Kessel, der
Erbsenfüllung
aufwies,
wie die Grube
eingestreut.
gezeigt, daß
der Form und Größe des Hohlraums und
Dichtebestimmung
Dichtebestimmung
Wegen der Kugelgestalt und glatteren Oberfläche verwendete
Formsand Getreidekörner verwendet.
der
die
und nach bestimmtem Schema mit Formsand
bestimmt, während sich
ich Erbsen. In Vorversuchen im Labor hatte sich
von
Hohl¬
auch in diesem Fall.
sand das Volumen des Loches ergibt. F. GASSMANN hat laut mündlicher
streuung
liegenden
und eine feste Wasser¬
glückte schließlich bei schnellem
So
gestrichen.
herauszuheben, ohne
der Oberfläche
an
hier
aus
dem Gewicht der ein¬
gestreuten Erbsen ermittelt.
6.
Man ist leicht
Festigkeit, Verwitterung
versucht, die Festigkeit als besonders bedeutungsvolles Merkmal für das elastische
Verhalten anzusehen und ihr daher mehr
Konglomeraten
war es
Bedeutung beizumessen,
einfach, nicht in diesen Fehler
terialbeschaffung. Experimentelle Prüfungen
einfachen
Sprengversuchen
zeit kaum
von
ten. Die
der
ohne aber eine
des
konnten keine vorgenommen
Konglomerates abhängt, sondern
konnten
zwar
als ihr schließlich zukommt. Bei den
verfallen wegen der
wie bei den Sandsteinen. Beim Bohren
Festigkeit
Sprengwirkungen
zu
leicht der
zeigte
von
Unmöglichkeit
der Ma¬
werden, außer den gleichen
sich
dabei, daß
der Härte der
z.
B. die Bohr¬
Geröllkomponen¬
jeweiligen Verbandsfestigkeit zugeordnet werden,
gegenüber dem feldgeologischen Befund
verfeinerte Skala
geben. Feststellungen wie
zu
die, daß sich eine Nagelfluh als Mauerstein behauen läßt, oder daß sie mit dem Pickel als Kies abgebaut
werden kann, bilden daher immer noch das
ist
es
leicht, festzustellen, wie diese Festigkeit
mittels und
In enge
von
von
der
Haftung
Beziehung
zur
der Verwitterung
eigentlich
auf der
hängen. Außer
zwischen den
derjenigen
Festigkeit
der
Geröllkomponenten
den
kann die
Verfügung.
charakterisieren. Dabei
und des Binde¬
Aussage gebracht werden, wie leicht ein Gestein
wird. Viele indirekte Merkmale
Feldbeobachtungen
zur
zu
Gefügebestandteilen abhängt.
Verbandsfestigkeit
angegriffen
von
die
Beobachtung der Verwitterungsanfälligkeit,
Kristallisierversuche
32
geeignetste Mittel,
stehen für diesen
zur
z.
Beurteilung der Festigkeit beruhen
B. der
Neigungswinkel
Fragenkomplex
die
von
Tobel¬
Laborergebnisse
der
V Zusammenstellung der geologisch petrographischen
-
geophysikalischen Beschreibungen und Daten
und
einiger gut untersuchter „homogener" Molassetypen
A.
der einzelnen
Beschreibung
Gesteinskomplexe
1. Sandsteine
a) Ostermundigen
Ort und
größere
Zeitpunkt
stein» bekannt ist. Nach
und
homogenen Bausandstein, der
gründlicher Prüfung wurde für
Ostermundigen gewählt,
im Süden des Dorfes
(Koord. 604250/199900).
zeichnet
Untersuchungen. Zwischen Burgdorf und
der seismischen
Anzahl Steinbrüche in einem
die seismischen
auf Blatt
Worb,
Bolligen ausgeführt. Beide
Die seismischen Arbeiten wurden
Parzellen sind
Stratigraphische Stellung
vorkommen ins
A., als Gr. Steinbr. be¬
30. Mai bis 30. Juni 1949
vom
Grundbuchplanes
der Gemeinde
homogenen ungebankten
Bausandstein¬
des Staates Bern.
Eigentum
und Genese. Bei Bern werden die
1933 und
Burdigalien gestellt (RUTSCH
Untersuchungen der Steinbruch
Nr. 322 des T.
13. bis 17. Juni 1952 auf den Parzellen 12871 und 1519 des
vom
Bern findet sich eine
unter dem Namen «Berner Sand¬
andernorts),
und
zwar
bilden sie die unteren
Über die Genese äußerst RUTSCH (1947, S. 28) folgende Vermutung:
Horizonte desselben.
Kreuzschichtung, Deltaschichtung
«Die monotonen Sandsteine des Burdigalien mit ihrer
ten, oft relativ großen Gerollen sind offenbar ebenfalls
Teil das Produkt
zum
von
und den im Sandstein isolier¬
Umlagerungsvorgängen
in einem sehr
flachen, brackischen Meeresraum.»
Diese
Umlagerung
Material, das früher
von
von
Flüssen sedimentiert
wurde, wäre dabei durch
Meeresströmungen erfolgt.
Maximale
galien
Überlagerung.
mit einer
RUTSCH
Mächtigkeit von
(1933) gibt
440
m an
im Gebiet
und schätzt
Oberbalm 10 km südwestlich das Burdi¬
von
(RUTSCH 1947)
im
Giebelegg-Gebiet
südlich das Helvetien und die untern Partien des Tortons auf mindestens 600
etwa 10 km östlich
darf daher in der
nur
wenig geringere Mächtigkeiten.
Größenordnung
Tektonik. Gemäß der
Verstellung
nach SW
von
1000
m
Die maximale
GERBER
m.
15—20 km
(1950) findet
Überlagerung bei Ostermundigen
angenommen werden.
Lage in der schwach gefalteten, mittelländischen Molasse ist die tektoniscne
der Schichten
aus
der Horizontalen
gering. Die Vorkommen bei
nur
(RUTSCH 1933). Irgendwelche Spuren
von
tektonischer
Bern fallen mit 5 bis 6°
Beanspruchung
lassen sich nicht fest¬
GERBER
Tafel
stellen.
Quartärgeschichte.
Nach der
zwischen Grauholz und
Erklärung
Frienisberg
der Plateauschotter
in der
Spätriß-Eiszeit
von
werden, daß die heute abgebaute Molasse bei Ostermundigen
nahe der Oberfläche
lag und
stand des rißeiszeitlichen
mag die
Eisbedeckung
so
etwa 300
von
m
von
betragen
haben. Es ist
würmeiszeitlichen
Verwitterung
aus
an
II) ist die Senke
zu
m
Zeit der
Dicke
Rißvergletscherung
schon
überlagert wurde. (Maximal¬
m.) Während der Würmvergletscherung
vermuten, daß durch den Würmgletscher
der Zwischeneiszeit Riß-Würm entfernt worden
der Sandsteinoberfläche bloß in der Zeit seit dem
Aaregletschers erfolgte, wobei
Grundmoräne oder verschwemmter Moräne
zur
etwa 700
S Bern etwa 1300
Verwitterungsschicht
daß die heute feststellbare
Rückzug des
einer Eismasse
Rhonegletschers
und seine Schmelzwässer die
ist,
von
(1950,
bereits vorhanden. Es kann angenommen
geschützt
der Sandstein durch eine dünne Schicht
war.
33
Aufschlüsse.
Der südlich
von
Ostermundigen abgebaute Sandstein tritt morphologisch
hervor, die schwache Moränenbedeckung aufweist. Am Terrassenrand sind
Hälfte des letzten Jahrhunderts
(SCHMALZ 1951) meist in
Höhlen rund 1 Million Kubikmeter Gestein
Bruchwände
von
rechtem Winkel
20 bis 40
m
Diagonalen
zontalen
als Terrasse
allem in der zweiten
Abbau, untergeordnet auch in großen
herausgebrochen worden,
wodurch bis gegen 100
m
lange
Höhe entstanden sind. Die einzelnen Bruchwände stehen in annähernd
zueinander, im Grundriß auf größere Strecken einen zickzackförmigen Verlauf
Heute ist im Kleinbetrieb
gebend.
offenem
vor
(meist
zwei
der Abbau auf Parzelle 12871 im
Arbeiter)
auf zwei Rechtecken mit 15 bis 20
Gang. Dadurch
Böden, auf denen das Gestein eben
erst
bot sich die
Möglichkeit,
entlastet worden und
m
er¬
langen
auch auf hori¬
vollständig
frisch war,
Messungen vorzunehmen.
Fig. 4.
Die bis
zu
50
m
hohen Sandsteinwände bei Ostermundigen.
Während sich vermutlich wegen der
mehreren Dezimetern Risse
bilden, die
Entlastung
zur
vermutlich ebenso alte Gesteinsfronten keine
dann
nur
an
an
einigen
Absonderung
Spur
den obersten paar Metern beobachtet
von
von
Zerfall.
werden,
wo
rundet ist und zurücktritt. Auch horizontale
Absonderung
und
parallel
Erscheinung.
Die
längs
zu
demselben treten in dieser Zone in
der Kante ziemlich konstant
Mächtigkeitsschwankungen auf,
Durch den Abbau ist der
geschlossen worden,
durch die
34
(3 m),
wie sich
Platten
von
ein bis
führen, zeigen andere
Verwitterungserscheinungen können
die Oberkante durch Absanden ge¬
am
Abhang
viel stärkere
Moränenbedeckung
Absonderung
ist in Parzelle 12871
weist aber offenbar weiter im Innern der Terrasse beträchtliche
aus
Ostermundiger
und auch die
Bruchwänden in der Tiefe
mächtigen
refraktions-seismischen Profilen
Sandstein über und unter dem
heutigen zwei Abbauböden liegen je
Färbung deutlich unterscheiden. Über dem Grundwasser ist
gezeigt
hat.
Grundwasserspiegel
auf¬
in einer dieser Zonen, die sich
das Gestein
gelb (Oxydations-
4*M
zone),
unter
dem
Grundwasserspiegel
grauen Sandstein. Die seismischen
deutlich blau
Messungen lagen
in einem sehr beschränkten Gebiet
aufgeschlossen
(Reduktionszone).
allem im
vor
ist.
Fig.
4
Die
Übergangszone
gelben Stein, da
gibt
eine
liefert
der blaue heute
nur
photographische Ansicht
des
Steinbruchs, Fig. 5 zeigt den obern Teil des Vertikalprofils.
Photo
Fig.
5. Bei der
ontage
von
Beschleunigungsmessern
für das
Berger
Vertikalprofil
P 6
(Fig. 15) in Ostermundigen.
Petrographie. Makroskopisch
tropie
auf. Es ist höchstens
Quader
geneigte Linsen
Mergeleinlagerungen,
Lager
weißlich
ab,
Liegenden
Gesteinskomplex
so
daß die
eine
sehr
gleichmäßigem
rührungsstellen
Färbung
Punkten
Homogenität
der Glimmerblättchen
einigen
möglich,
Korn ist.
zusammen
einem
Lagerung sehr undeutlich erkannt werden kann.
etwas hervor. Wirkliche
Unstetigkeiten, wie
nicht vor;
praktisch
dagegen zeigt sich bei einer der
Konglomeratbank, die beweist, daß sich nach unten der einheit¬
Lupe
zeigt sich,
betrachtet
Das Bindemittel tritt stark
ohne
daß der
Ostermundiger
Sandstein
Quarz ist vorwiegend vertreten, auffallend sind ferner vereinzelte
zurück, klebt
größere Hohlräume auszufüllen und
nur
die Körner
(Fig. 6 a und b, quantitative Angaben
in Tab.
an
den Be¬
ist deutlich weicher als die Körner.
von grünen Glaukonitkörnern her, beim gelben
(zersetztem Glaukonit) und der gelblichen Tönung des Bindemittels.
des Korns. Vor allem
an
alten Steinbruchwänden zeichnen
rührt beim «blauen» Stein
Im Dünnschliff
und Iso¬
nicht viel über die Dimensionen des Steinbruchs hinaus fortsetzt.
größere Muskowitschuppen.
Die
erkennen. An
zu
kommen im ganzen Bruch
Auf einer frischen Bruchfläche mit der
von
Sandstein durch seine
härtere, unscharf begrenzte Partien heben sich selten
Zufahrtsstraßen im
liche
Ostermundiger
ungefähr paralleler Lagerung
oder bearbeiteten Stück das
sich schwach
Auch
an
fällt der
I) bestätigt
sich die
von
verrosteten
Gleichmäßigkeit
Quarz und Feldspat, die hauptsächlichen Vertreter des Sandbestandteils, zeigen
tt
Körner
von
ungefähr gleicher Größe
in total zersetztem Zustand
eingestreut ist.
nern von
vor
Der Kalzit ist
mit Ausnahme des Glaukonits, der in
Zement
Gemengteile
kommen
lediglich
frischen, fast kugeligen Körnern
vorhanden, ferner in gerundeten
Kör¬
Kalkbruchstücken, letztere feinkörnig bis dicht und häufig dunkel gefärbt. Das Gefüge
Zement
nur
eckigen
Sandkörner
über kleine Bereiche
0.2
Fig.
Form. Dunkle
eckiger
vorwiegend als grobkörniger
scheint locker, indem sich die
mergelige
und stark
6a. Ausschnitt
Dünnschliff
aus
Sandstein; schematisiert
von
nur
lose berühren und der
karbonatische,
er¬
z.
T.
zusammenhängt.
0.2
mm
Ostermundiger
Fig. 6b. Ausschnitt
nach mineralischer Zusammen-
aus
Dünnschliff
Sandstein; grob schematisiert
setzung. Weiß: Quarz, Feldspat, Glaukonit, Glimmer,
standteile. Weiß: Mineralien
Schweremineralien; richtungslos gestrichelt: Kalkbruch-
von
Ostermundiger
Festigkeit
nach
relativ
mm
der Be¬
Festigkeit;
hoher
übrige Signaturen: wie in Fig. 6a.
stücke; schraffiert: Kalzit als sauber kristallisierte Zwi¬
schenmasse; punktiert:
strichelt:
pelitische
zersetzte
Mineralien; parallel
ge¬
Zwischenmasse und undeutlich be¬
grenzte Zersetzungsprodukte; schwarz: Poren.
Technische
Eigenschaften.
vorteilhaft auswirkt.
beschränkten
Der Bernersandstein ist
weich, was sich bei Gewinnung und Bearbeitung
Geringe Druckfestigkeit und schlechte Wetterbeständigkeit bedingen aber die sehr
Verwendungsmöglichkeiten.
Die natürliche
Verwitterung äußert
sich
vor
allem in starkem
Absanden, gelegentlich in Schalenbildung. Auch im Sulfatversuch (DE QUERVAIN und JENNY 1951)
steht starkes Absanden im
Vordergrund, wenigstens
im
Normalversuch, gepaart mit durchgehender
Erweichung. Bei geänderten Versuchsbedingungen kamen auch Rißbildungen
vor.
b)Bäch
Ort und
Zeitpunkt
der seismischen
zwischen Freienbach und Bach
vor
Von Bahn und Straße
linken Ufer des oberen Zürichsees
Koord.
abgebaut, wobei das Material auf dem
699200/229100).
Geschwindigkeit
Platz verarbeitet wird
Am 23. und 24. Juli 1952 führten wir
aus, wobei die
Sprengungen
nur
in
aus
gut sichtbar liegen
einige Steinbrüche,
allem zwei durch ihre Größe auffallen. Der östliche der beiden ist
intensiv
36
am
Untersuchungen.
von
denen
verlassen, der westliche wird
(T. A.
Blatt
Lachen, Nr. 243,
einige wenige Messungen der seismischen
Arbeitspausen
vorgenommen werden konnten.
und Genese. Der Bächer Sandstein
Stratigraphische Stellung
die in ähnlicher
Ausbildung
vom
gehört
auffällig gebankter mariner Sandstein des Burdigaliens, nach
anzusprechen.
mächtig.
am
Überlagerung.
Mergelhäute,
tektonische
Beanspruchung
beträgt
SPECK
derjenigen
m
Mergellagen
mag die
der Plattensandsteine
von
Distanzen
gleich
voneinander getrennt.
Überlagerung
bei Bern gewesen sein
des
Burdigaliens
(s. Zusammenstellung
Bach bedeutender ist als in
Die Verhältnisse sind noch etwas unklarer als bei
werden,
daß der
exponierte Felshügel
einer eventuellen früheren
Hoherone. Für den
m
Wattenmeerbildung
große
betragen.
durch den
zu
erkennen, daß die
Ostermundigen.
Ostermundigen,
Würmgletscher
Verwitterungsrinde gesäubert
trug nach HEIM (1919) in der Rißeiszeit mindestens 670
600
als
(1945)
worden
ein wesentlicher Anteil der Erosion im Zürichseetal in diese Zeit fällt. Die
nach
Plattensandsteine,
Das
31° NNW.
dort angenommen
von
der
gelegentlichen Klüftung und der steilen Lage der Schichten ist
Quartärgeschichte.
wässer
von
Verstellung
II, SCHUPPLI 1952), hat also mehr als 1000
Tektonik. An der
Fallen
selten durch ganze
Vor der tektonischen
Zürichsee nicht wesentlich verschieden
auf Tafel
Typus
Die verschieden dicken einzelnen Sandsteinbänke bleiben über
Sie sind öfters durch
Maximale
zum
östlichen St. Gallen bis in den Kanton Luzern vorkommen. Es ist ein
Würmgletscher
ist nach
HEIM) wahrscheinlich (nach
neuerer
m
entsprechend
Ansicht die
ist, falls nicht überhaupt
Überlagerung
durch Eis be¬
den höchsten Moränen
Mächtigkeit
Gletscherständen im unteren
doch kann wie
und dessen Schmelz¬
von
etwa 500 m
an
der
(gegenüber
Zürichseebecken).
37
Aufschlüsse.
abgebaut wird,
daß auf den Seiten des Bruchs und
so
wobei auf großer Fläche Schicht
geschieht vorwiegend im Tagbau,
Der Abbau
obern Ende senkrechte
am
um
Schicht
Begrenzungswände
entstehen, die die Schichtköpfe zeigen. Für die Kurzprofile konnte eine genügend große Schichtfläche,
die keine
eine
aufgestellt
größere Sprengung
unserer
befriedigenden
Die
konnten die
werden. Es
liegenden
der linken
Mächtigkeiten
Begrenzungswand
von
einigen Dezi¬
an
der Wand gegen den benachbarten verlas¬
möglich, ohne wesentliche Kabelverlegung
(in
Meßmöglichkeiten
*\\V
an
auf diese Weise
80
Arbeitsstelle
hauptsächlichen
seismischen
die
Bänke hatten
Mikrophone
war
im alten Steinbruch
<N 7^
~\v*
großen Höhle gefunden werden,
(Fig. 7).
gleichen Höhle
Steinbruch
treffen bei
ist
vorgetrieben
metern. In der
senen
in einer
Klüftung aufwies,
des Bruches
m
zu
wegen
und die Zeit bis
Distanz) vorzunehmen
Ein¬
zum
bestimmen. Die senkrechten Wände boten keine
zu
starker
Klüftung.
•
s$
Jm
^
iL
In
Ǥ3
""/Hrf
"*">Or"'""^^
w
M
0.2
02mm
Fig.
8 a. Ausschnitt
aus
Dünnschliff
Bächer Sand¬
von
Fig.
Legende
Petrographie.
s.
Fig.
8 b. Ausschnitt
Legende
6 a.
Die millimeterdünnen
mächtig sein können, meistens scheinbar homogen.
-nester vor. Ferner ist eine
aus
einem Wechsel der
Mit der
von
besonders
Die
38
aus
der
Bächer Sand¬
der
Bestandteile,
Fig. 6a und b.
den Sandsteinbänken sind
einige Zentimeter
bis über einen
Vereinzelt kommen Tonschmitzen und
Lage der Glimmerblättchen und gelegentlich
Färbung und der Korngröße erkennbar.
das Gestein
in Tabelle
feinkörnig
und ziemlich
kompakt.
Neben
Quarz sind
auflagerhaftes
Druckfestigkeit
in die Zwickel wachsendem Karbonatzement
hängt durchgehender
Eigenschaften.
a
und
b,
I) zeigt sich, daß die gleichmäßig gekörnten Quarz- und Feldspat¬
ungefähr gleichkörnigem,
werden. Der Kalzit
Technische
meistens
von
Festigkeit
Muskowit und relativ viele dunkle Mineralkörner vertreten. Im Dünnschliff (Fig. 8
quantitative Angaben
körner
Feinschichtung
Lupe betrachtet erscheint
durchgehend
s.
Mergel- oder Tonhäute zwischen
nicht untersucht worden. Der Sandstein ist innerhalb der Bänke, die
Meter
Dünnschliff
aus
stein ; grob schematisiert nach
stein ; schematisiert nach mineralischer Zusammensetzung,
mm
zusammen
Für den Abbau ist die
Versetzen
als beim
Aufteilung
geachtet werden. Eine
ist etwa viermal
so
groß
wie beim
Ostermundiger
in Bänke
zusammengehalten
Sandstein.
günstig. Dafür muß beim
Bau
wäre denkbar.
geringe
Anisotropie
Ostermundiger Sandstein (s. Tab. I).
elastische
Die natür-
liehe
wirkt ziemlich stark und äußert sich im Absanden und Abblättern, während bei der
Verwitterung
künstlichen Verwitterung im Normalversuch nach
Bei der
Bohrlochsprengung
einem
an
mäßigem Absanden typische Abschalungen erfolgen.
Schichtkopf zeigte
Schalen wurden erst nach der zweiten und dritten
trichter
war
elliptisch
Zeitpunkt
Emme eine enge
Tal etwas
der seismischen
zwischen
zu
Geschwindigkeitsmessungen
grobem Flußgeschiebe auf
nicht genau
HALDEMANN
(1948) das westliche.
Liechtis in seinem Gebiet als
Selinagelfluh
«Die
als
Röthenbach,
durchfließt die
beginnt
Während im
einem Delta
vorliegenden
(1928) hat
Übergangshorizont
zusammen.
vom
Eggiwil
längs
führt
des Bach¬
und
18. Juni bis 11. Juli
ergänzt durch ein
Refraktionsprofil
Fall über die Genese
das östlich der Emme
Letzterer faßt den
Selinagelfluh
383,
kein Zweifel herrschen
—
und
sich das
(Koord. 628250/190200)
Nr.
Anstehenden
beantworten. LiECHTI
zu
Eggiwil
Längs des Sträßchens
«Heidbühlweid»
des T. A., Blatt
Stratigraphische Stellung und Genese.
relativ
und
etwa 3 km oberhalb letzterer Ortschaft
durchgeführt,
einige elektrische Widerstandsmessungen.
über die Talsohle, und
von
Eggiwil
diesem kurzen Talabschnitt.
am
Spreng¬
Bankung.
zur
Untersuchungen. Zwischen Schangnau
Ortsbezeichnungen
den
«Sorbachgraben« (627800/189100)
1952
großem Umkreis, doch
Der resultierende
daß auf der Talsohle vereinzelte Heimwesen Platz finden. Von
so
über Heidbühl ein Sträßchen
bettes wurden
Sorbach bei
Schlucht, das Rebloch. Erst
auszuweiten,
in
Konglomerate
2.
Ort und
Rißbildung
Sprengung ausgebrochen.
mit der kürzeren Achse senkrecht
a)
sich
—
Aufschüttung
dürfte, ist die Altersfrage
liegende
bearbeitet,
Gebiet
ungegliederten Burdigalien-Helvetien-Komplex
Er schreibt in der
Zusammenfassung:
umfaßt im E Burdigalien und tiefstes Helvetien, die sich
nur
fiktiv trennen
lassen.»
Auf seiner Karte läßt
die Emme erreichen,
rechnen,
105)
kann,
hat mit fast
Tektonik. Die
den
Fallbetrag
von
Grenze zwischen Helvetien und
(1952,
Tafel
Größenordnung
da Sorbach mindestens 400
doppelt
so
II)
der
ist
7°
an.
Napf
am
von
Sorbach
Alter zukäme.
mit mindestens 600
einstigen Überlagerung mit gut
liegt.
Torton
m
1000
RENZ
m an¬
(1937,
großen Mächtigkeiten gerechnet.
Sorbach
liegt nahe der
HALDEMANN
Achse einer N—S
geringer ist,
obschon
wenig östlich
die
(1948) gibt
bei
Eggiwil
verlaufenden, sich gegen Süden
akzentuierenden Quersynklinale, die schon LiECHTI erkannt hat. Es ist
bei Sorbach noch etwas
nördlich
m unter der Basis des Tortons
Nagelfluhbänke lassen flache Lagerung erkennen.
von
Burdigalien
Nagelfluh burdigales
mir seismisch untersuchten
Nach SCHUPPLI
daß bei Sorbach die
so
genommen werden
S.
(fiktive)
daß der
so
Überlagerung.
Maximale
zu
die
er
möglich,
Fallbeträge
von
daß daher das Fallen
NW nach SE rasch
zu¬
nehmen.
Spuren
Kluft
von
tektonischer
Beanspruchung
sind selten; quer
(Verwerfung) festgestellt werden, längs
Quartärgeschichte.
suchungsgebietes.
HALDEMANN
Die
Rinne, deren Sohle 85
heutige
m
(1948)
der einzelne
äußert sich
zu
Nagelfluhgerölle durchschert
eingehend
heutigen
Talsohle
zur
waren.
Diluvialgeschichte
seines Unter¬
danach seitlich der nachrißeiszeitlichen
Schlucht des Rebloches
über der
einem seismischen Profil konnte eine
liegt
lag. Die Bildung des Reblochs und damit des Tal¬
abschnitts, in dem meine Untersuchungen lagen, fällt damit in die Zeit während und nach der WürmEiszeit. Die
Eintiefung
Kiesauffüllung
sungen
längs
von
reichte dabei beträchtlich weiter als bis
mindestens 20
der Emme
gen, dürfte mindestens
m
Mächtigkeit gebildet ist,
ergab. Die Freilegung
einige
hundert Jahre
zum
was
heutigen Talboden, der durch eine
sich
der meisten Wände,
an
aus
refraktionsseismischen Mes¬
denen die seismischen Profile la¬
zurückliegen.
39
Aufschlüsse. Steile,
gewundenes
Tal
z.
T. senkrechte und sogar
(Canon)
münden. Von der Straße,
mit ebener
von
überhängende Wände
Talsohle, in das die Seitenbäche
ebenem Feld oder
vom
keitsprofile beliebiger Länge gelegt werden, die der
Gesteinspartien weiter im Bergesinnern möglichst
Zum
gleichen
Zweck wurden die
einen Eindruck
vom
bis
in
Kiesbett der Emme
Oberfläche
60
m
Höhe flankieren ein
V-förmigen Einschnitten
aus
konnten
entlang führten
tief durch einen
Mikrophone überdies
zu
oder
aufgestellt. Fig. 9 gibt
Charakter der Felswände.
Photo
Petrographie. Auszählungen
von
Rothhsberger
am
Endpunkt
von
RENZ
21.
LlECHTI und HALDEMANN haben in der näheren
Sorbach in großen Zügen übereinstimmende
Quarzitnagelfluh
Zusammensetzung
(1937) handelt
und bei HALDEMANN
meines nördlichsten
es
der
sich bei LlECHTI
Umgebung
Nagelfluh ergeben.
(Schopfgraben)
um
von
Nach dem
bunte Kalk-
(Beinbrechen südlich Eggiwil, nach den Koordinatenangaben
Profils)
um
bunte
m-e-(Quarz-)Flyschsandkalk-Quarzitnagelfluh.
Meine
eigenen Bestimmungen ergaben (volumenmäßig) bunte Kalk-Quarzit-(Quarz-)Nagelfluh.
Gangquarze, Quarzite und Karbonatgestein ungefähr gleich stark vertreten sind (um 20%), ändert
Bezeichnung
von
Ort
der
hindurch liefen.
Fig. 9. Nagelfluhwande bei Sorbach; über der Straße liegen die Profile der Fig
Nomenklaturschema
Erfassung
zur
Nagelfluhsporn
im Innern eines Stollens
ein¬
Geschwindig¬
so
zu
Ort und mit der Methode der
auf jeden Fall der Reichtum
an
Zusammensetzungsbestimmung.
Kristallin, Quarzit und Gangquarz.
graphische Charakterisierung der typischen Komponenten
Für die
Da
die
Auffallend ist
petrographische
und strati-
kann auf LlECHTI und HALDEMANN
ver¬
wiesen werden.
Die prozentuale
Zusammensetzung
der Komponenten ist über große Bereiche recht konstant. Dem¬
gegenüber wechseln die Korngröße stark und der Bindemittelgehalt mäßig. Homogenität kommt daher
nur
die
in Linsen vor, die sich über
Nagelfluh
Ähnlichkeit
wenige
als Ganzes wegen der
der
verschiedenartigen
Meter erstrecken und undeutlich
stetigen Wiederholung
Linsen den Eindruck
großem Bezugsvolumen wahrscheinlich auch zukommt.
40
von
begrenzt sind; doch erweckt
gleichartigen
Linsen und der
großer Homogenität, die
ihr bei
großen
genügend
An den meisten Stellen
ziegeliger Lagerung
zeigt das Konglomerat
der Gerolle. In
einander verlaufenden
Strukturanisotropie
aus
einem
wegen undeutlicher dach¬
Korngrößenanalysen
Richtungen miteinander verglichen, vgl. auch Fig.
Das Bindemittel besteht
viel
Fig.
leichte
10 sind lineare
von
zwei senkrecht
3B.
grobkörnigen kompakten Sandstein, in dem mit der Lupe relativ
Quarz, daneben Feldspat und verschiedene
bunte Gesteinsbruchstücke mit guter
werden können. Die Sandkörner sind mit schneeweißem Kalzit gut verkittet. Recht
sehr kalzitreiche
grobkörnigen
wolkige Partien,
Rundung erkannt
häufig
findet
man
die sich über mehrere Zentimeter erstrecken und das Aussehen eines
Marmors annehmen können. Sie finden sich immer in der Nachbarschaft
bröckelnden rötlichen oder
zu¬
gelblichen Mergelkalkknollen (dolomitisch?),
von
leicht
zer¬
die vermutlich zerdrückte und
teilweise umkristallisierte Gerolle darstellen.
100-
100
IM!
i—r
80
80
£60
60
N
O
c_
£
W
>
-20
20
MM
0
20
10
50
200
100
mm
Korndurchmesser
Fig.
Gegenüberstellung von zwei Summationskurven des¬
Konglomerats (Sorbach), die aus Streckenstatistiken
10.
selben
von
zueinander
senkrecht
Schnittbild
B
der
Kurve: horizontale
Fig.
3
stehenden
ermittelt
Schnittgeraden
wurden.
auf
Ausgezogene
Schnittstrecken; gestrichelte Kurve:
ver¬
tikale Schnittstrecken.
Der Dünnschliff
(Fig. 11 a, b) zeigt, daß sich der Sandbestandteil vorwiegend aus gerundeten und stark
eckigen Quarzkörnern, vereinzelten Quarzitkörnern und mehr oder weniger stark zersetzten Feldspäten
zusammensetzt. Die
Korngröße
gestreut. Außerdem ist
Kalzit bildet im
in der Größe
enthalten,
zeigen.
ist variierend. Auch zersetzte dunkle
Gemengteile sind vereinzelt ein¬
einem beträchtlichen Teil Kalk als klastischer Bestandteil erkennbar. Der
einen Basalzement als Mosaik
von
isometrischen Körnern, die starke Variation
Im Bereich des Schliffs wechseln fast rein karbonatische
Partien, die Kalkfragmente
mit sandreicheren.
Festigkeit.
stark
übrigen
zu
Es ist
auffallend, daß die Nagelfluh ungeheure vertikale Wände aufbaut, die
überhängen, dagegen
erklärt sich
aus
keine
der schlechten
die Gerolle heraus, und
oberflächen leicht
wenn man
Sprünge,
Verwendung
Haftung
als Mauerstein findet. Dieser scheinbare
der Gerolle
am
z.
T. sogar
Widerspruch
bindenden Sandstein. An der Oberfläche fallen
versucht, das Gestein
zu
bearbeiten,
so
bilden sich
die bald auch das Bindemittel durchsetzen. Die
längs
Zugfestigkeit
der Geröll¬
ist wegen der
41
schlechten
Haftung zwischen Gerollen und Bindemittel sicher sehr gering,
ganz erhebliche Werte aufweisen kann. Der
keit
und,
Im
was
Frostsprüngen. Die
ist,
Schalenbildung parallel
sich
erste
auffallend, daß harte Gerolle
davon entfernt verliefen die
Sprengung
groben Komponenten zeigt
Teil der
für das Verhalten im Verband
Sprengversuch zeigte
handenen
war
wichtiger
größte
Scherfestigkeit
sehr hohe
der
Oberfläche, vermutlich wegen bereits
Ladung gespalten
waren; mehr als
Sprünge höchstens durch verwitterte Kristallingerölle hindurch,
cm
an
den Grenzen zwischen Bindemittel und Gerollen und durchs Bindemittel. Ein ähnliches Bild
die Blöcke im Stollenaushub. Nur vereinzelt konnten Flächen
0.2
a.
Ausschnitt
Sandstein in
aus
Nagelfluh
Dünnschliff
Prozentsatz der Gerolle
Legende
geschnitten
s.
war.
Fig.
Die
aus
Sandstein in Nagelfluh
Festigkeit
nach
6a.
Dünnschliff'
zeigte
sich
von
zeigten
größerer
dabei,
daß die
Bindemittel-
Sorbach; grob schematisiert
von
der Bestandteile, Legende
Untersuchungszwecken gewählten
zu
sehr leicht mit Hammer und Meißel zerkleinern. Es
s.
Fig.
6a und b.
Blöcke ließen sich
Haftung
des Bindemittels
den Gerollen sehr unterschiedlich sein kann. Während meistens die Oberfläche der Gerolle fast
an
rundum sauber
Vorschein
zum
haftenden Bindemittelresten
kam, gab
schwer
nur
es
zu
immer wieder
entfernen
Stellen,
waren.
wo
Vor allem
sandsteine und -sandkalke fast immer auf der einen Seite sehr gute
andern besonders gute
scheinung
Haftung;
wurde
vor
leider konnte wegen unbekannter
nicht der Unter- und Oberseite
Mit der stark variierenden
allem
aus
Haftung
fallen
war.
zugeordnet
dem Kristallisierversuch
viele Gerolle
gelöst, während
gefunden werden,
Gestein im gesamten
nur
selten
zeigten
Ablösung
bestimmte flache
Verkittung
ersichtlich,
die sich leicht
nur
die
widerstandsfähig
bewegen oder
Abschalung zeigt.
Flysch-
Bindemittels, auf der
Orientierung
der Proben diese Er¬
des bindenden Sandsteins stark. Das
sich einzelne harte Knollennach
wo
Verwitterung
letzteres relativ
an¬
des
ließen, während der Rest des Bindemittels längst
Am Anstehenden wird durch die
dem Bindemittel
selbst mit dem Hammer die
werden.
ändert auch die
Eintauchen noch fast nicht zerdrücken
42
sonst
0.2 mm
11 b. Ausschnitt
Fig.
Sorbach; schematisiert nach
von
der mineralischen Zusammensetzung,
gefunden werden,
in denen ein
mm
Bindemittel-
von
vor¬
vermochte nicht den vollen Trichter auszuräumen. Es
20
Fig. 11
Festig¬
auch das Bindemittel ist recht fest.
in unmittelbarer Nähe der
nur
während die
Bindung
15-maligem
von
selbst
zer¬
zwischen den Gerollen und
ist. An der Oberfläche können immer
sogar herausziehen lassen, während das
b) Oberer Frittenbach
Ort und
Zeitpunkt der seismischen Untersuchungen.
des Gehöftes «Im Bach»
bereitungsplatz
(T.
A. Blatt
neben dem schmalen Sträßchen in
Lauperswil,
großer Nähe
bachs und auf der Felssohle des
von
gefunden werden,
konnte 100
m
einige
der
wo
südlich
Instrumentenwagen
und Sandsteinaufschlüssen
Nagelfluh-
seismische Profile
links mündenden kleinen
Widerstandsmessungen
Stratigraphische Stellung
Frittenbachgraben
368, Koord. 627200/202300) auf dem Kies¬
Nr.
von
werden konnte. Am 17. und 18. Juli 1952 wurden
Langnau iE.
Im Obern
Gemeinde Langnau eine Stelle
der
den elektrische
bei
parkiert
Prallhang des
am
Fritten-
Seitengrabens aufgenommen, ferner
wur¬
Seitengraben ausgeführt.
in diesem
(1903) liegt die
und Genese. Nach KlSSLING
Stelle sehr nahe bei dem sich
im Emmental weit ausdehnenden Molassekohlenhorizont des Tortons. Dieser konnte denn auch im
Bett des
spricht
von
Hauptbaches
diese
Lage
in einem 30—50
dem untersten Torton. Die Fazies der
derjenigen bei Sorbach,
die auf eine
periphere Lage
Sandsteinbänke und -linsen schalten sich
Maximale
von
Überlagerung.
häufiger
Nach SCHUPPLI
eine
geringe
II)
hat das Torton
kleiner,
ein.
Nagelfluhkomplexe
Tafel
ent¬
Verschiedenheit
im Delta schließen läßt: die Gerolle sind
in die
(1952,
Nagelfluh zeigt
(1928)
Napf eine Mächtigkeit
am
was nur eine untere Grenze für die maximale Überlagerung gibt. R.ENZ (1937, S. 105) und
(1953, S. 133) nehmen für Napf und Hörnlifächer das Doppelte oder mehr an.
600 m,
SPECK
Tektonik.
Schichtlage
Quartärgeschichte.
und Verband sind
Auf Grund der
Aufschlüsse.
folgt
Gegen
teilweise
Knapp
Nagelfluhbank1). Oberhalb
brüchen auf dem
folgt
größtenteils
werden ebenfalls
Analogie
zum
Gebiet
von
Der
Hang
von
Darüber
ein Wasserfall
aus
von
1 bis 2
mit
Die
ein
Höhe über eine harte
m
gleichmäßiger Neigung
Nagelfluh besteht.
Nagelfluh
aus
die
dem unten Sandstein
an
Nagelfluh aufgeschlossen sind.
m
Eggiwil
werden.
und
desselben fließt der Bach in
Anstehenden,
Neigung
kaum beeinflußt worden.
typische Erosionsspuren (Regenrinnen).
Prallhanges mündet von links in V-förmigem Einschnitt
über dem Sandstein
das
aus
Länge einen Prallhang,
m
gegen 20
Bewachsung
das untere Ende des
kleiner Seitenbach.
40 bis 45°
alpinen Orogenese
jünger angesehen
Mächtigkeit, darüber
m
Neigung zeigt
Wald.
der
Der Frittenbach bildet auf etwa 50
mindestens 2
50 bis 60°
von
der Terrassen muß
Lage
tiefste Talrinne als würmeiszeitlich oder
von
tieferen Niveau erkannt werden. Nach LlECHTI
m
mit
nur
kurzen Unter¬
beiderseitigen Hänge
gelegentlicher geringer
von
Schutt- und Humus¬
bedeckung aufgebaut.
Profile sind
lung
der
am
Prallhang gelegt
Mikrophone
Nagelfluhsporn
am
worden und auf der Sohle des
Prallhang im Seitental geschossen,
so
Seitenbachs; ferner wurde bei Aufstel¬
daß der Schall den
Petrographie. Die volumenmäßige Zusammensetzung der Gerolle ergibt
nagelfluh,
geringer
dazwischenliegenden
durchlaufen mußte.
d. h. ein der
Selinagelfluh
und der Aufbau
von
einzelnen Linsen ist besser
aus
eine bunte
Kalk-Quarzit-
Sorbach ähnliches Gestein. Im Mittel ist aber die
zu
Korngröße
erkennen, da sie sich stärker unterscheiden.
Gelegentlich sind Sandsteinlinsen eingeschaltet.
Das Bindemittel besteht
aus
einem grauen
Sandstein, der sehr kompakt aussieht, aber sich im Wasser
auffallend stark erweicht. Dieses Verhalten läßt sich
erklären,
da wegen Anwesenheit eines
Der Sandbestandteil setzt sich
Feldspat
eigentlichen
vorwiegend
aus
Ein zweiter Schliff
in einzelnen Gesteinskörnern
1) Wurde im Sommer 1953
von
vorhanden,
dem Schliff (Fig. 12 a,
Basalzements gute
stark
und verschiedenen andern Mineralarten und
Korngrößen aufweisen.
aus
Verkittung
eckigen Quarzkörnern
b)
erwartet werden sollte.
zusammen, seltener
T. in
aus
Gesteinsbruchstücken, die sehr stark variierende
zeigt mehrheitlich schwach gerundete
z.
nicht ohne weiteres
eckigen
Körner. Karbonat ist
Trümmern eines dichten
Kalks, bildet aber
einem Erdrutsch verschüttet.
43
der fast ebenso starke Variation in der
vorwiegend den Basalzement,
wie die
eingestreuten Sandkörner.
Festigkeit. Die Nagelfluh
von
Frittenbach zeigt sehr ähnliches Verhalten wie
verwitterungsanfälliger.
doch ist offensichtlich das Bindemittel weicher und
Wirkung
und die
vom
Regenwasser
15-maligem
(
herausgewaschen
Rinnen
dem neunten Eintauchen
nach
wesentlich sanfter und
Hangneigungen sind
zur
besseren
diejenige
eine viel stärkere
zeigen
werden können. Die
etwas stärkere
Auflockerung,
Sulfatverwitterung führte
des Bindemittels als beim Material
Auflockerung
Sorbach,
von
Ziemlich leicht konnten
werden, die Bohrlochsprengung zeigte
mit Hammer und Meißel Proben entnommen
daß
Korngröße und Ausbildung zeigt
so
nach
Sorbach
von
Eintauchen erwirkt wurde.
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|
1
02mm
Fig.
12a. Ausschnitt
Sandstein in
Dünnschliff
aus
Nagelfluh
nach der mineralischen
von
0.2
Bindemittel
-
Frittenbach; schematisiert
von
Zusammensetzung, Legende
Fig. 6a.
s.
Fig.
12 b.
Ausschnitt
Sandstein in
siert nach
aus
Nagelfluh
Dünnschliff
von
mm
Bindemittel-
Frittenbach; grob schemati¬
von
Festigkeit der Bestandteile, Legende
s.
Fig.
6a
und b.
c) Goldau
Ort und
von
Zeitpunkt der seismischen Untersuchungen.
vielen Kubikmetern Inhalt
bestehen. Es wurden zwei
eines
an
Bergsturzgebiet
Im
der Oberfläche, die
mächtige Blöcke
zum
Messen
wenig benützten Weges lagen. Dieser Weg zweigt
gewählt, die
von
von
Goldau
liegen große
einem ausnehmend harten
aus
Blöcke
Konglomerat
in unmittelbarer Nähe beiderseits
der Straße Goldau—Steinen bei Pt. 504 des
Blattes Lauerz, Nr. 209 des T. A., nach rechts ab, unmittelbar nachdem die Straße die Gotthardbahn-
linie mittels
Unterführung gekreuzt
685800/211600)
Block
und sind in der Landeskarte 1:25000
trägt eine kleine
Baumgruppe.
Stratigraphische Stellung
Grund
zu
von
hat. Die Blöcke
Die
Messungen
500
m
(Blatt Rigi,
wurden
am
und Genese. Nach BAUMBERGER
nach der
Nr.
Unterführung (Koord.
1151) eingetragen.
21. und 22. Juli 1952
(1929)
ist die «bunte»
Fossilfunden in der Abrißnische des Goldauer Bergsturzes ins obere
stellen, doch fragt sich SPECK (1953), ob zwischen Chattien und
entschieden werden kann. Durch viel ausgeprägtere
in der Genese etwas
44
liegen
von
der
Selinagelfluh
bei
Eggiwil.
Bankung
unterem
Der
größere
ausgeführt.
Riginagelfluh
auf
Stampien (Chattien)
Aquitan
schon
unterscheidet sich die
endgültig
Riginagelfluh
I1*^
Überlagerung.
Maximale
Nach SPECK
stirnen überfahren worden.
Für die
Tafel
(1953,
5) ist der Rigifächer
Mächtigkeit
den
von
alpinen
Überlagerung
dieser tektonischen
Decken¬
bestehen keine
Anhaltspunkte.
Nagelfluhkomplex
Tektonik. Nachdem der
mationen überschoben worden war, wurde
keit
von
3 bis 4 km auf das
jüngere
horizontalen Bänke heute eine
an
den Blöcken erkennen, indem
Letztere sind
Vom
Ebenen, die schief
Bergsturz
er am
Vorland
Neigung
des
Rigifächers
Ende der
aufgeschoben.
von
Ende des
Stampiens von
alpinen Orogenese
Am
stellenweise
älteren For¬
seinerseits in der
Roßberggipfel
30° auf. Die tektonische
deren Oberflächen
zum
am
weisen seine
Beanspruchung
ursprünglich
kann
durch Scherflächen
Mächtig¬
man
sogar
gebildet
sind.
Lager verlaufen und in denen die Gerolle durchschnitten sind.
herrührende Bruchflächen können
zwar
auch Gerolle durchbrechen, verlaufen aber nicht
dermaßen eben.
Photo Rothhsberger
13. Der kleinere der beiden untersuchten
Bergsturzblocke bei Goldau.
Fig.
Ebene, die Gerolle durchschneidende (tektonische) Bruchfläche schief
zur
Schichtung; links oben unregelmäßige, beim Bergsturz und durch Verwitte¬
rung entstandene Oberfläche.
Quartärgeschichte.
Stelle
Ereignis
Neben dem
Bergsturzes, der die Blöcke im Jahre 1806
gebracht hat, verlieren die früheren quartären Geschehnisse,
Bedeutung.
Beim
Bergsturz haben sich nach
hundert Meter über der Talsohle
neuerer
Schätzung
von
KOPP
Nagelfluhschichten glitten
Neigung bloß 20° betrug.
große
des
einheitliche Blöcke
gelöst
(1936)
in einer
HEIM
sind
es
Mächtigkeit
es
von
fast 5 km2
60 bis 100
m
auf ihrer
so
Fortpflanzung
einige
Fläche.)
Die
ab, wobei die
Zusammenhalt, die als
vorliegen.
herausragten. (Fig. 13).
daß die
ihre
ausgebreitet. (Nach
Mergelunterlage
die Partien mit besonders gutem
Aufschlüsse. Beide untersuchten Blöcke lagen in flachem Wies- und Ackerland,
Teil
Ort und
Eisbedeckung,
bloß 10 Millionen Kubikmeter auf 7 km2
von
an
35 bis 40 Millionen Kubikmeter Gestein
und sich über eine Fläche
Natürlich sind
—
(1919)
wie eine eventuelle
Die
der
längsten
linearen
Erschütterungen
Abmessungen
auf Strecken
von
über der Erde
3,55
m
aus
dem sie
nur zum
betrugen einige Meter,
bis 17,30
m
untersucht werden
45
Verbindungslinien
konnte. Die
Lager ließ sich
schief dazu. Das
Petrographie.
Nach
Schußpunkt
vom
den Mikrophonen verlief
zu
Geröllbestandes
sich beim einen der Blöcke, der dem andern sehr ähnlich ist,
Detaillierte
Auszählungen
graphisch-petrographische Beschreibung
gestellten Auszählungen
stimmung ergab.
Dolomitgehalt
mittels nach anderer Methode
gezeigt.
Riginagelfluh
weist sich die «bunte»
der
Gerölltypen
zu
von
Lager oder
(1953),
finden ist. Die
von
Dolomitgehalt vermuten,
(1937) und
BAUMBERGER als bloß
Geraden handelt
kristallinführende
hat sich aber auch in der
Wie schon Renz
von
um
längs
finden sich bei SPECK
lassen einen viel kleineren
Der hohe
zum
Sandsteinbänken bei beiden Blöcken leicht erkennen.
an
volumenmäßiger Bestimmung des
Dolomit-Kalknagelfluh.
parallel
wo
es
Flyschsandsteinauch die strati-
SPECK
zusammen¬
als sich bei meiner Be¬
Karbonatbestimmung des
Binde¬
festgestellt haben,
auch SPECK
er¬
kristallinführend, nichl aber als bunt.
0.2mm
Fig. 14. Ausschnitt
körnige Partie);
aus
Dünnschliff
von
schematisiert nach
Goldauer Nagelfluh (sehr fein¬
mineralischer Zusammensetzung,
entsprechend Fig.
Die
Unterscheidung
in Gerolle und Bindemittel läßt sich
nehmen als bei den vorher
dungsgrad aufweisen,
großen
Gerollen als
zement direkt
an
der
besprochenen Nagelfluhvorkommen.
werden kleiner und
Konglomerat
verkittet ist und
nur
Kalksandsteins bleibt. Im Schliff
mehrheitlich
6 a.
kleiner,
so
daß sich ein
Riginagelfluh weniger
Die
Gerolle,
großer
natürlich
Teil der Füllmasse zwischen
im kleinen erweist, in welchem mehrheitlich Feinkies
wenig
Raum für ein
(Fig. 14) zeigt
eigentliches Bindemittel
und durch
von
Kalzit¬
in Form eines harten
dieses vereinzelte rundliche und
Karbonatgesteinsbruchstücke, ineinandergequetscht
vor¬
die einen hohen Run¬
eckige Sandkörner,
feinkörnigen
karbona¬
tischen Zement verwachsen.
Festigkeit.
Festigkeit
Mauerstein
46
Bereits
aus
dem Vorhandensein in
kompakten Bergsturzblöcken geht hohe allgemeine
des Gesteins hervor. Daß dasselbe Material bei zahlreichen Bauten des Gebietes als behauener
Verwendung gefunden hat, ist Bestätigung dafür,
ebenso das
Ergebnis
einer Bohrloch-
Sprengung. Diese wirkte viel schwächer als
der
an
zerbrochene Gerolle über die gesamte Bruchfläche
Die
Verwitterungsanfälligkeit
nungen erkannt werden können
geführt,
da
kann
nur
gering sein,
(höchstens
an
klar war, daß ein
es zum voraus
Nagelfluh
des Emmentals und
es
zeigten sich
viele
verstreut.
da
einzelnen
an
den Blöcken kaum
Gerollen).
großer Teil
Verwitterungserschei¬
Sulfat versuche wurden keine durch¬
der Gerolle
oder mit dem Bindemittel
vor
zer¬
fallen würde.
d) Bergholz bei Ebmatingen
Ort und
ebensogut
größten
Zeitpunkt
von
der seismischen
Zumikon
Grube
(T.
geschaffen worden,
Untersuchungen.
erreichbar,
aus
A. Blatt Uster, Nr.
denen
an
Bergholz
Im
wird in der Molasse
von
Ebmatingen,
Kt.
Zürich,
an
212, Koord. 690800/244600) sind umfängliche Aufschlüsse
einige Geschwindigkeitsmessungen ausgeführt
24. und 25. Juli 1952
am
südlich
mehreren Stellen Kies gewonnen. In der
worden sind.
Stratigraphische Stellung
gibt
ZINGG
(1934)
und Genese. Für Blatt 226 des T. A.,
Beschreibung der
eine kurze
Gebietes. ZINGG weist auf die
Ausmaßen vorzustellen,
Er ist der
Molasse.
Schwierigkeiten hin,
wenn
sich fluviatile
die Gefällsverhältnisse
Mönchaltorf, wenige Kilometer im SE,
Einzig Torton
Kiesschüttungen in den vorkommenden
ungefähr gleich
Ansicht, daß die Nagelfluhbänke bei größerem Gefälle
Überlagerung.
Tektonik und maximale
Das
bildet den Felssockel des ganzen
angenommen werden wie heute.
Ablagerung
zur
Bergholz liegt ungefähr
Uetliberg-Schauenberg-Synklinale (SCHUPPLI 1952). Jüngere stratigraphische
fehlen in
großem Umkreis, weshalb keine Angaben über die maximale
Quartärgeschichte. An der
Oberkante der
Humus erkennen. An einer Stelle
Konglomeratoberfläche zum
der
war
diese
Kiesgrube läßt
Würmvergletscherung entstanden,
und
zwar
der Würmeiszeit noch
Eis emporragte, kann
holz höchstens etwa 175
die
m
betragen
ungefähre Eisbedeckung
Gletscherstände
Aufschlüsse.
E. FREI das
sonders
an
der
In der
M.) ergibt.
m
durch
Exkursionsbeschreibung
geneigte
bis
Nr. 11
Gletscherstandes,
Eisbedeckung
beim
was
Berg¬
Rißvergletscherung ergibt
der höchsten durch Moränen
der
sich
belegten
«Geologischen Exkursionen» (1946) hat
zum
Scheitel des
Hügelzuges
von
Trotz der
obern
reichenden
geschaffen worden.
mindestens 10
Nagelfluh
m
ergibt.
von
ist
Zur
um
eine be¬
Süßwassermolasse,
ausgedehnte Kiesgewinnung
und zerfällt anschließend fast
volumenmäßige Bestimmung
Es handelt sich
sandig-mergeligen
Aufschlüsse in vielfacher Kombination
Nagelfluh durch Sprengung gelöst
Dolomit-Kalknagelfluh.
dieser Zeit die
(Fig. 22) beschrieben.
in der mehrheitlich
worden, womit sich eine totale Mächtigkeit
Eine
zu
Interpolation
mit Illustration
mächtige Nagelfluheinlagerung
Petrographie.
schließen, sind sie während
wird, daß der Pfannenstiel in
Da angenommen
die auffallend schöne Deltastruktur erkennen läßt. Durch
gleicher Ausbildung
zu
Lägern und im Zürcher Oberland.
Nagelfluhvorkommen
horizontale und
sind.
typische Gletscherschliffe auf der
haben. Für den Maximalstand der
400
von
worauf
großen Frische
m
knapp über das
Überlagerung möglich
ungefähr während des maximalen
sich auf Grund der hohen Lage (670
ü.
Horizonte der Molasse
sich eine dünne Schicht Grundmoräne und
abgedeckt worden,
Vorschein kamen. Aus ihrer
kamen.
auf der Achse der äußerst flachen
sind vertikale,
Die Basis der in
nirgends aufgeschlossen
Kiesgewinnung
wird die
selbst.
Geröllzusammensetzung ergab kristallinarme
generellen Ähnlichkeit mit der Riginagelfluh bestehen aber wesent¬
der
liche Unterschiede. Gerolle und Bindemittel lassen sich wieder deutlich trennen, da die Grobsandfrak¬
tion fast nicht vertreten ist. Zwischen den meist
sehr
glatt polierten
Gerollen und dem Sandstein besteht
nur
geringe Haftung.
Das Bindemittel besteht
daß kein Dünnschliff
aus
einem ziemlich
hergestellt
porösen kalkreichen Sandstein, der
so
leicht zerbröckelt,
werden konnte.
47
Festigkeit. Die Kiesgewinnung beweist
ten sich vertikale Wände über
längere Zeit
Sandstein, doch ist auch letzterer
Sulfatverwitterung,
kann. In der
nach dem zwölften Eintauchen
am
zur
so
Geniige, daß kein
weich, daß die
Nagelfluh
mit der
einige Konkretionen
Spitzhacke
vom
zerkleinert werden
als sehr resistent. Sie ließen sich
schwer zerdrücken. Jedoch konnte eine
größere Menge Sand gleich
werden.
Anfang abgesiebt
Zusammenstellung petrographischer
B.
vorliegt. Trotzdem erhal¬
ohne einzustürzen. Vor allem lösen sich die Gerolle
erwiesen sich
nur
festes Gestein
physikalischer
und
Daten
1. Sandsteine
In Tabelle I sind die Mittelwerte der Meßresultate
aus
es
(entsprechende Anmerkungen).
der Literatur
sich
Einzelwerte. Zu
um
Werte die mittlere
geklammerte
S.
zum
nur
eine
T. mit
z.
Ergänzungen
Messung ausgeführt wurde, handelt
In der ersten findet sich die Anzahl von
Wert in der zweiten Kolonne
geringere Sicherheit
Werten kommt
Eingeklammerten
Sofern
festgehalten,
der Wert in der zweiten Kolonne bestimmt worden ist. Steht A
hat eine Annahme
so
Sandsteinen
jedem Gestein gehören drei Kolonnen.
Bestimmungen, nach denen
einer Zahl,
an
zu.
geführt,
bei B eine
an
Stelle
Berechnung.
In der dritten Kolonne bedeuten unein-
quadratische Abweichung,
kurz
Streuung genannt (LINDER 1945,
24), eingeklammerte Werte bedeuten die größte Differenz zwischen Einzelwerten (Variationsbreite),
wenig
wenn zu
Einzelwerte
zur
Berechnung
der
Streuung vorliegen.
Die
Bedeutung
der Zeilen ist die
folgende1):
~p
1. Bruttodichte
des trockenen Gesteins
[in der petrographischen Literatur, bei Verwendung
Gewichtseinheit, als Raumgewicht bezeichnet,
als
2. Dichte
£
des Festmaterials
3. Dichte p des
oder
Ye')-
Bei
Wassersättigung
bergfeuchtem
p
n
ye bei VON MOOS und DE
*
QUERVAIN (1948)].
ys).
=
wurde p auf Grund der
(absoluten)
Porosität
Wassergehalt nötig. Bei Ostermundigen (gelb)
Gestein ein
w
4. Porosität
spez. Gewicht
gr
Systems (analog Raumgewicht des feuchten oder wassergesättigten Gesteins, ye*
eine Annahme über den
bei
(analog,
von
Wassergehalt
von
1 bis 2
n
war
berechnet,
sonst war
nahe der Oberfläche
Gewichtsprozenten festgestellt worden.
—
—
p
—a—
•
100, auch absolute oder wahre Porosität genannt.
P
5. Scheinbare Porosität n*. Auf Grund der Wasseraufnahme bei
atmosphärischem
Druck bestimmte
Porosität.
im Schliff.
6.
Korngröße
7.
Zusammensetzung: a) Quarz, Quarzit, frische und schwach
(sauber
lien
nach
Bestimmung
kristallisiertes Bindemittel und Bruchstücke
(stark
zersetzte
Feldspäte,
von
die meisten dunklen
zersetzte
Kalk und
Feldspäte; b)
Dolomit); c)
Gemengteile); d)
T. stark
karbonatisch, wenn
8.
Karbonatgehalt
9.
Druckfestigkeit
*) Bezeichnungen
48
von
nach
an
unter 7.b viel
Bestimmung
im Passon
Apparat.
Würfelproben.
Elastizitätskonstanten und Dichte nach Gassmann (1951a).
Zersetzte Minera¬
Pelitische Zwischenmasse
weniger Karbonatgehalt als
e) Verschiedenes (unzersetzte Glimmer, Epidot, Granat, Erze, usw.).
(z.
Karbonate
unter 8.
angegeben ist);
10.
Geschwindigkeit der Longitudinalwelle im Feld, kurz
11.
Geschwindigkeit
v-Wert oder
Geschwindigkeitswert genannt,
p
der Transversalwelle im
schränkten Gebiet mit relativ
Streuung und dann der
niedrigem
Feld,
v-Wert das Verhältnis
höheren Mittelwert
zum
Beim
vt
berechnet. Beim blauen Stein ist das Mittel
von
von v
zwei
gelben Stein wurde in einem be¬
von
v:vt bestimmt samt dessen
passende vt-Wert
samt dessen
Bestimmungen gegeben,
Streuung
die beide auf schlecht
erkennbaren Einsätzen beruhen.
12.
Longitudinalgeschwindigkeit
13.
Torsionsgeschwindigkeit
in trockenen schlanken Stäben
|/^
in trockenen schlanken Stäben
Fig. 15. Ungefähre Lage der seismischen Profile im großen Steinbruch von Ostermundigen, v-Werte in
km/sec. Gestrichelte Grenze in der Ecke links unten: Ungefährer Grundwasserspiegel, darüber (punktiert)
graue
Für den
gelben
tätsmoduln
durch
Übergangszone vom gelben
Sandstein in
verglichen.
blauen Sandstein, darunter (richtungslos gestrichelt) blauer, grund¬
wassergesättigter Sandstein.
Ostermundigen
Sie sind in Tabelle la
Inhomogenität bedingt
fünf Stäbe vermutlich
zum
aus
in Klammer die
sind. In den beiden Tabellen I und la muß
einer
einzigen
identischem Material bestanden. Bei der
nicht
wurden die im Feld und im Labor bestimmten Elastizi¬
angeführt,
Platte
geschnitten worden
Berechnung
Streuungen, die größtenteils
berücksichtigt werden,
waren
und daher
aus
daß
sozusagen
der statistischen Maßzahlen ist diesem Umstand
Rechnung getragen worden, weil ohnehin das Untersuchungsmaterial für eine gute Statistik nicht
umfänglich
genug
war.
49
Fig.
Fig.
15
Gegenläufige
zeigt, wie
gefundenen
zeiten
16.
längs
Laufzeitkurven
im Steinbruch
von
Profil 2,
Ostermundigen, zentrosymmetri'sch aufgetragen,
Ostermundigen
v-Werte über die Gesteinsfläche verteilen.
die Profile
Fig.
von
gelegt worden
16 und
der beiden Profile 2 und 3. In beiden Fällen sind sie
Fig. 17. Gegenläufige Laufzeitkurven
50
von
Fig.
von
17
waren
und wie sich die
geben graphisch die Lauf¬
beiden Profilenden
aus
Profil 3, Ostermundigen, zentrosymmetrisch aufgetragen.
gemessen
Tabelle I:
Petrographische und physikalische Daten, Sandsteine
Ostermundigen gelb
Anzahl
Mes¬
Mittel¬ homo¬
genität
wert
sungen
gr/cm3
12
2. p
gr/cm3
1
3. p
gr/cm3
A
1. p
4.
n
5. n*
6.
a)|2—0,2
d) Pelit
e) Verschiedenes
0
y-
10.
2,57
2,715
2,74
2,40
.
Karbonatgehalt
Ä
trocken
^naß
v
=
.
B
A
(2,59-2,64)
19,5
1
18,0
1
6,8
%
13,72)
1
14,52)
1
4,32)
\
11.
12.
P
v,
=
7
2,531
0.8
2
2,70
(0,2)
B
2,60
2
6,4
2
45
(1)
45
2
27,5
(3)
22
24
2
16
0)
13
%
6
2
9
(3)
20
%
4
2
2,5
1
272)
—
—
—
347x
218
1
0,9
21,5
;
22
—
—
—
—
—
1000
1
—
(0,3)
(0,5)
—
0
1
—
32
—
„
700
;
—
—
—
—
3
4,480
(3,5)
(6)
2
3,34
(10)
2
1,55
(0,6)
(8)
2
2,12
(3)
2
1,16
(1,3)
km/sec
14
2,22
8,2
3
3,05
(3,5)
l/i-
km/sec
B
1,27
8,7
2
(1,20)
(1)
km/sec
14
1,795
15
3
1,820
km/sec
8
1,27
10
3
1,277
p
1/—
'
p
r
|/-£-
J) Niggli
u. a.
Tabelle Ia:
(1915).
*)
de
Quervain und Jenni (1951).
3) Strassenbau (1942).
jx und Poissonkonstante
Youngscher Modul E, Schubmodul
v an
Stäbe,
Sämtliche Stäbe
(29,5%)
0,900.10"
(15,3%)
0,785
•
V-
0,326-10"
(17,5%)
0,354
•
v
0,258
(0,0206)
0,121
worden. Anstatt die beiden Laufzeitkurven
aufzutragen,
ist der
Ort- und Zeitachse
um
•
gedreht
u.
Kurve in den
5 Stäbe
(22,7%)
0,890
(20,5%)
0,396
(0,186)
0,128
Endpunkt
gemeinsamer
der andern
aus
gleichen
10"
auf
Sandstein
Labor
denen E
10"
gegeneinander ansteigend
Ursprung der einen
180°
10"
an
(x bestimmt wurden
E
0,707
gelbem Ostermundiger
Labor
Labor
Feld
achse
/o
0
—
genität
wert
r-
/"e
13.
sungen
100
1
l/—
fMes-
In¬
Mittel¬ homo¬
1
kg*/cm2
kg*/cm2
.
Anzahl
1
20
.
(0,5)
(2,24)
%
.
0.8
%
c) Zersetzt.... %
.
genität
%
wert
sungen
1
21
.
/o
Mittel¬ homo¬
2
b) Karbonat... %
usw.
genität
Mes¬
2,71
45
Quarz
wert
sungen
Anzahl
2,218
%
b) 0,2—0,02
.
Mittel¬ homo¬
In¬
1
54
.
In¬
6
46
.
mm
Mes¬
1,0
2,193
%
7. a)
8.
/o
%
mm
Anzahl
Sorbach Sandsteinlinse
Bach
Ostermundigen blau
In¬
•
dem
Stück
10"
(0,9%)
10"
(2,48%)
(0,022)
Ort- und Zeit¬
verlegt worden,
sind. Durch Strichart und Pfeile sind die beiden
wobei
Profilrichtungen
unterschieden. Profil 3 ist nach der einen Seite hin verlängert.
2.
Konglomerate
In den Tabellen II und III sind die Mittelwerte der Meßresultate
zusammengestellt
Konglomeraten in analoger
Weise
wie die der Sandsteine in Tabelle I. Tabelle III bezieht sich auf das Bindemittel. Die
Kolonnen haben dieselbe
rierung
an
Bedeutung
wie in Tabelle I, ebenso die vorhandenen Zeilen, deren Nume¬
nach Tabelle I vorgenommen wurde. Auch Tabelle II ist in den Kolonnen und der Zeilen¬
numerierung entsprechend, doch bedürfen einige Zeilen
weiterer
Erklärungen:
51
Tabelle II: Petrographische und physikalische Daten,
Mes¬
In¬
Mittel¬ homo¬
wert
sungen
genität
/o
Anzahl
Mes¬
In¬
Mittel¬ homo¬
genität
wert
sungen
%
1. p
gr/cm3
8
2,619
0,4
B
2,613
2. p
gr/cm3
8
2,706
1,0
B
2,72
3. p
gr/cm3
B
B
2,65
%
B
4.
n
5. n*
6.
a) > 20 mm.
b) 20—2 mm
c) 2—0,2
mm
d) 0,2—0,02
e) < 0,02
.
.
.
.
mm
.
.
.
8
%
4
b) Kristallin
.
.
c) Quarzgesteine
d) Kalk
e) Dolomit
f) Sandstein
v
=
.
.
...
...
2,65
B
3
3,2
50
Anzahl
Mes¬
—
4
(10)
65
Bergholz
In¬
Mittel¬ homo¬
wert
sungen
genität
%
Anzahl
Mes¬
sungen
In¬
Mittel¬ homo¬
wert
genität
%
(3)
1
2,69
2
2,50
B
2,74
1
2,73
A
(2,70)
A
(2,52)
B
1,75
B
5
1
0,83
1
5
3
50
0,6
Risse!
—
(7)
1
51
1
25
%
22
10
%
19
12
1
6
%
7
10
1
14
%
2
3
1
4
a) frisch [zersetzt] %
7.
10.
.
.
mm
%
Goldau
Frittenbach
Sorbach
Anzahl
Konglomerate
3
[16,5]
3
6[0]
3
6[0]
%
6
[18]
7
%
38
[ 9]
34
%
12[2]
%
3[0]
%
9[3]
};
^100
[29]
71
68 [32]
—
[8,5]
—
1
[<10]
91 [9]
(3)
1
3 [3]
(0,4)
1
6
[2]
1
41 [2]
40 [2]
[ 3]
}>
66 [0]
(12)
1
8[ 1]
3
22 [0]
(12)
1
6
4,11
12
22
—
1
—
[0]
in¬
1/—
km/sec
7
4,20
5,00
19
9
Tabelle III
Mes¬
Petrographische
Mittel¬ homo¬
wert
Daten
von
0,9 bis homo¬
2,0
gen
18
Bindemittelproben
Frittenbach
In¬
sungen
9,8
1,5
Sorbach
Anzahl
3,69
6
genität
/o
Anzahl
Mes¬
sungen
Goldau
In¬
Mittel¬ homo¬
Anzahl
Mes¬
wert
genität
%
sungen
Bergholz
In¬
Mittel¬ homo¬
wert
genität
%
Anzahl
Mes¬
sungen
In¬
Mittel¬ homo¬
wert
genität
%
1. p
gr/cm3
4
2,57
1,6
3
2,52
(1,2)
2
2,70
(0,6)
2
2,50
(4)
$
gr/cm3
4
2,705
0,5
3
2,71
(0,6)
2
2,79
(0,4)
2
2,74
(0,7)
3. p
gr/cm3
B
2,62
B
2,59
A
(2,71)
A
(2,52)
4.n
%
4
5,1
3
7,1
2
9
2.
7.
a) Quarz
usw....
b)
Karbonat
c)
Zersetzt
...
....
d)Pelit
e) Verschiedenes
8.
.
1
39
1
16
33
1
35
1
58
%
12
1
11
1
22
%
28
1
10
1
1
%
2
1
5
1
3
1
41
1
0
2
43
0
%
Berechnung
—
(1,5)
beim zweiten Gestein
und der GeröUe
mittelgehalt und
2. Die
2,5
25
2
(Tab. III)
2
%
a) Karbonatgehalt. %
.
(1,0)
%
b) Dolomitgehalt
1. Die
52
1,5
(Werte
aus
nach 7 der Gehalt
Berechnungen erfolgten
aus
an
geschah
der
—
—
1
72
1
40
(0,8)
—
—
—
—
(3,5)
—
1
61
1
19
—
auf Grund der Bruttodichte des Bindemittels
Literatur), indem
nach den Zeilen 6 c bis 6 e der Binde¬
verschiedenartigen Gerollen berücksichtigt wurde.
den Zeilen 1 und 4.
4. Aus der Porosität des Bindemittels und
genommen
derjenigen der Gerolle, für die
5. Beim ersten Gestein ist die gemessene scheinbare Porosität
absolute. Die
scheinlich
7.
Unstimmigkeit
aus
deutung sind
geben
gibt
das
(künstlichen)
von
1
%
an¬
gleiche
Gewichtsprozenten
können innerhalb der
den frischen
als die berechnete
4. oder ebenso wahr¬
abgetrennt worden. Die
zersetzten, die
zu
(Goldau)
große Variationsbreite bei Kalk +
Volumprozente
sind
Angaben der
folgenden
zwei ersten
Geröllgehaltes angegeben. Die
des totalen
Bestimmungsgenauigkeit
gesetzt werden. Beim dritten Gestein
Abgrenzung
von
sämtlichen frischen Gerollen
Verhältnis für die verschiedenen Geröllarten. Die
Gesteine und des letzten sind in
worden. Die
Berechnung
von
Durchmesser. Im Hinblick auf die mechanische Be¬
mm
von
größer ausgefallen
Rissen in der untersuchten Probe erklären.
Gerolle, die leicht zerbröckelten,
das Verhältnis
Gewichtsprozente
der ungenauen
aus
von
der Gerolle bis 20
zersetzte
erste Zeile 7 a
dürfte sich
dem Vorhandensein
Zusammensetzung
Zeilen
ein Mittel
wurde, ließ sich die Porosität der Nagelfluh angenähert berechnen.
den
Volumprozenten gleich¬
in einer Schnittebene bestimmt
Dolomit und Sandstein ist
aus
der undeutlichen
Sandkalken und Kalksandsteinen
von
10. Beim ersten Gestein sind zwei Werte
gegeneinander leicht verständlich.
angegeben, die an zwei getrennten Lokalitäten in
1 km Ab¬
stand gemessen wurden.
Zur
Ergänzung der petrographischen Charakterisierung sind in Fig.
Korngrößenverteilung gegeben, während Fig.
darstellt. Die Gerolle der
Einige Einzelwerte
Fig.
20 und 21
seismischen
dargestellt.
Höhenkoten in Metern
19 die Kornform der Gerolle > 20
übrigen Konglomerate zeigen
von
sehr ähnliche
Geschwindigkeiten
geneigten
Beim stark
18 die Summationskurven der
mm von
Frittenbach
Kornform-Diagramme.
bei Sorbach sind auf zwei
Ortsplänen
in
Profil, das im Plan verkürzt erscheint, sind relative
angeschrieben.
VI. Diskussion der Resultate
A.
Kriterien der Homogenität
1.
In den Tabellen I bis III sind bei
Nur die
uneingeklammerten
Homogenität
jedem
Gestein in der dritten Kolonne
Werte stützen sich dabei auf eine Auswahl
Inhomogenitäten angegeben.
von
Proben und Versuchsstrek-
ken, die einigermaßen repräsentativ sein dürfte. Die Bedeutung der Inhomogenitätswerte ist dann die der
mittleren
quadratischen Abweichungen
s
(LINDER 1945,
S.
24)
von
einer Reihe
von
Messungen
an ver¬
schiedenen Proben oder Versuchsstrecken. Die eingeklammerten Werte sind Variationsbreiten (LINDER,
23)
S.
von nur
gefunden
2 bis 3
werden
Untersuchungen.
können, sind aber
Die Tabellen I und II
so
schwankt als die Elastizität und mit
an
Inhomogenitäten
Gesteinen
mögliche
geben zwar
zufällig,
einen
in
allerdings
Variationsbreite
Fall
Vergleich
für Differenzen
verwendet werden können.
zum
Ausdruck
bemerkt werden, daß die Dichte im gesamten
größer
bezogen
zum
was
viel deutlicher in der Elastizität
größerer Genauigkeit
unserem
gewissen Anhaltspunkt,
daß sie nicht
zeigen, daß Inhomogenitäten
kommen als in der Dichte. Dazu muß
elastischen
Sie
weniger
bestimmt werden kann. Doch bleiben die
als die der Dichte, auch
wenn
sie auf die gesamte,
werden.
53
Homogenität und beschränkte Inhomogenität
2. Statistische
Auffallend ist weiter, daß die Streuungen
3.
1
1
MM
1
von
die die Gesteinsstäbe durch die
1
IM!
1
1
MM
1
zum
größten
zugeschrieben werden
Stäben und seismischen Profilen
1
INI
1
Veränderung bei,
denkbar, daß die Verschiedenheit der Streuungen
haben. Es ist aber
Teil der Verschiedenheit der Dimensionen
100-
größer sind als im Feld (Tabelle I,
Gesteinsstäben viel
sicher die
Kolonne, Zeilen 10—13). Dazu trägt
Bearbeitung erlitten
an
1
1
100
IM
/
/
/
/
/
80-
vi
60
fi
i
N
U-
4
»
/V
•40
r^c~'
]
"f=ffi=
*-
0.002
0.001
0.005
0.02
0.01
T"
.^
INI
i
1.
1
MM
i
i
MM
1
i
1
50
20
10
0.5
0.2
0.1
0.05
1
1
200mm
100
Korngrösse
Fig.
0.67
035
r
".
\
\
.
Kubisch
1-
\
.
i.':
\
ja 0.8
••
•
..1
X
>
Korngrößenverteilung einiger Konglome¬
Sorbach; strichpunktiert
18.
rate; ausgezogen
=
=
Frittenbach; gestrichelt
=
Bergholz; punktiert
=
Goldau.
*
•
.
:' *.l"
.
l.
...
0.67
•
<^^
r0.6
0.58
r
i.
i.
'
.••
19. Kornform der Nagelfluhgerölle
Fig.
i
Q.k
i
durch
Abgrenzungskurve
de
(b/a)a
'•>
c/b
=
Wert
i
0.8
0.6
O.t
Achsenverhälfnis
c/a
konst.
=
zu
von
Gerollen
Gerollen mit
kleinstem Querschnitt, sofern dieser
i
0.2
gehören
a
•
z.
B.
%
elliptisch
=
mit
wird,
daß durch statistische räumliche
Bauelementen sehr
nicht sehr
formverwandt,
ist.
groß,
Messungen
erkennen, daß das untersuchte Material
Messungen
die
werden sich
jedoch
Testproben verglichen mit
Blickfeld,
so
Verteilung kleiner Bauelemente ein
großer Körper homogen erscheint.
oder werden
soll der
ersetzt werden. Auch
Begriff
innerhalb
Sind die
mit unbeschränkt
Testkörper gegenüber
gewisser
homogen
Schranken halten und
Homogenität durch
die Bezeichnung statistische
Inhomogenität
so
läßt sich
ist. Die Unterschiede in den
um so
kleiner sein,
den der beschränkten
je größer
Messungen im
Inhomogenität
ist verständlich. In einem konkreten
Fall werden bestimmte kleinste Teile als die elementaren Bausteine
54
diesen
den Bauelementen
den Bauelementen sind. Stehen die Unterschiede in den
der statistischen
allgemein
gegenüber
großer Genauigkeit ausgeführt,
in Wirklichkeit nicht
gleichem
gleich großem
kann. Ein solcher Effekt läßt sich durch die statistische Homogenität erklären, unter der
verstanden
1/s, d. h.
V»; die auf die Kurve fallenden
Projektionspunkte
'>
der kubischen Gerolle
Quervain (1953). Diese Kurve ist be¬
stimmt durch b/a
0.2
0.
Frit¬
tenbach in einem Diagramm nach Zingg, ergänzt
nach
'
von
i
angesehen werden, beim Sandstein
Fig.
20.
Übersichtsplan
lichen Profile
der
Fig.
langen
von
der nörd¬
Sorbach, v-Werte
Profile in
km/sec.
21. Geschwindigkeiten
v
der
kurzen Profile bei Sorbach in km/sec;
in
eckiger
Klammer relative Höhen
der hoch gelegenen Punkte in m, der
mit (0.0) bezeichnete Punkt
gefähr auf gleicher
lfegt
un¬
Höhe wie die rest¬
lichen Punkte, die alle zwischen 0
und 1
m
über der Straße liegen.
55
z.
B. die
Sandkörner, die Körner der Kittsubstanz und die Poren. Da,
in rein statistischer
gesprochen
Verteilung
den Raum erfüllen, könnte
werden, der dann die noch
zu
erwähnende
der
von
komplexe
wo
diese elementaren Bausteine
einfachen
statistischen
Inhomogenität
Inhomogenität gegenüber¬
statistische
zustellen wäre.
Bei der Kleinheit der elementaren Bausteine im Sandstein müßte sich bei
Da ein beträchtliches Maß
Homogenität ergeben.
von
Inhomogenität
unseren
gemessen
Meßgenauigkeiten
wurde, ist also der ein¬
fache statistische Aufbau mit den genannten Bauelementen nicht verwirklicht. Es formieren sich unter¬
schiedliche
Linsen, die ihrerseits als Elemente betrachtet werden können, die ein größeres Ganzes auf¬
bauen, das
nun
re»
einfachen statistischen Aufbau besitzen kann oder wiederum Element einer noch höhe¬
Einheit ist. In der Natur sind die höheren Bauelemente nicht genau
abzugrenzen,
da sie keine
scharfen Grenzen aufweisen. Aus der Bevölkerungsstatistik könnte für sie der Begriff der «Schichten»
übernommen werden, der aber für
gut wie
Schichten
um
artigem komplexem
Linsen oder
um
Zwecke ausnehmend
geologische
Aufbau soll als
irgendwie geformte Gebilde handeln.
komplex
statistisch
genügenden
geordnet werden kann, der
abhängig
(Für
ist.
lange
als bei
großen.
einfachen die
Dies
Verteilung
Streuung
Sehr lückenhaft ist die
untersucht worden, und
Geschwindigkeiten gilt
Einzelmessungen
bei der
vollständigen Beschreibung
Gestein wurde
z.
Streuung
bei kleinen Proben
un¬
das nicht
größer
sein
doch nimmt bei der
komplexen viel langsamer
eines
und nicht
komplex statistisch inhomogenen
Streuungsmaß (Inhomogenitätsmaß)
B.
in
Abhängigkeit
durch Variation der
zwar
in
Abhängigkeit
der
zwölf Meßstrecken
aus
von
7,5%.
von
der Probengröße
Länge
von
Der Grad der
5
am
Ostermundigersandstein
der seismischen Profile. In drei Profilen im
m
Länge eine Streuung von 9% ermittelt,
Inhomogenität
erscheint damit sehr hoch,
aus
wenn
bedenkt, daß bei den üblichen Auswertemethoden der angewandten Seismik mit konstanten Ge¬
schwindigkeiten gerechnet
Ostermundiger
Die
Nagelfluh
strecken. Eine
stens 90
relativ
m
werden
Streuung
von
zeigt Streuungen
7% ergab sich
messenden Profilen
längeren
und
muß, wobei wohl selten
die
von
z.
drittlängsten
z.
B. bei einer
v
=
von
homogene
ungefähr gleicher
bei einem Mittelwert
21. Dabei ist
wenig
Profil auch wieder
nur
Gesteine
vorliegen
wie im Fall
4—5%
von
2
=
4,2 km/sec
längeren Me߬
aus
Verwitterung beeinflußt
den höch¬
mit
km/sec 4,2
sein
mögen.
höhere Werte, die zwischen dem
variieren. Wollte
Verwitterungsschicht
Geschwindigkeit
von v
Sporns (Fig. 20) zeigen
um
Größe bei etwas
ein beschränktes Gebiet erfaßt worden mit
durch oberflächliche
Profile weiter durchs Innere des
frischen Gestein
witterung
Fig.
T. ein
diflerenz durch eine oberflächliche
müßte diese
so
Sandsteins.
bei Sorbach
niedrigen v-Werten,
längsten
56
Probengröße
Beispiele beschränkter Inhomogenität
sechs 10-m-Strecken eine solche
Die
der
zu¬
Distanzen vermehrt in Gebieten höherer Ge¬
gesetzmäßig ab,
relativ rasch und
3.
des
ver¬
bekannt sein.
Probengröße
man
der
von
komplexe statistische Inhomogenität;
und
Materials sollte außer dem Mittelwert das
gleichen
der Entnahmestellen
größeren
Streuung
die
gilt für die einfache
nach einheitlichem Gesetz. Zur
Ein Material mit der¬
Einzelproben verschieden
zwar
Meßstrecken der seismischen
genau, da die erstankommenden Wellen bei
schwindigkeit laufen.) Dagegen wird
kann sich ebenso¬
Anzahl dieser Proben aber ein ganz bestimmter Mittelwert
bei statistischer
verschieden
es
bezeichnet werden. Der Effekt des
inhomogen
«infachen und komplexen statistischen Aufbaus ist der, daß sich
galten können, daß einer
ungünstig ist;
man
diese Geschwindigkeits-
niedriger Geschwindigkeit erklären,
m
so
Dicke aufweisen, wobei dann dem
4,85 km/sec zukäme. Die kurzen Profile beweisen aber, daß oberflächliche Ver¬
in diesem Ausmaß sicher nicht vorhanden ist. Die
Streuung
kommt daher auch dem frischen
Gestein zu, und das
wo
in einem andern
an
großen Elementen. Diese
recht
Nagelfluhsporn
ung kleinerer Elemente ist daher
Tabelle
v
=
km/sec gefunden
5
bestätigt sich
Annahme
wurde
(zweiter
1 km weiter
Wert in Tab.
südlich,
II). Die Streu¬
(über ein genügend großes Gebiet) wohl noch größer als die in
der
angegebenen 7%.
der Sandsteine
Geschwindigkeitswerte
B. Die
1. Die einzelnen Werte
FLORIN
2,4
u. a.
(1948) geben
3,3 km/sec
—
an,
daß dem Molassesandstein im allgemeinen
zukommen. Von den in Tabelle I, Zeile 10,
außerhalb dieser Schranken:
derjenige
des
mitgeteilten
gelben Sandsteins
Geschwindigkeiten
drei Werten fallen
gleich
Ostermundigen liegt tiefer,
von
von
zwei
der des
Bächer Sandsteins höher.
Mit
2,22 km/sec weist der gelbe Sandstein
schwindigkeit auf.
Einklang
Das steht in
niedrige Geschwindigkeiten bedingen,
nur
etwa die
zu
groß sein,
woraus
klein ist,
gedacht
um
im Schliff sichtbar
sich die starke
zu
Beeinflussung
werden. Die starke
Abweichung
7%
ist die Porosität nicht besonders
einer besseren
Verkittung geführt,
Daß hohe Porositäten
20%.
festgestellt worden, wobei aber der
sei
erwähnt, daß im Dünnschliff
folgt,
daß ein wesentlicher Anteil
niedrig.
zwischen
zu
ausgebreitete
und blauem Sandstein
gelbem
von
4,48 km/sec läßt sich weniger gut erklären. Mit
Beanspruchung
Doch hat vermutlich die tektonische
als der Molasse im Durchschnitt zukommt.
daß REICH
(1951)
in der Molasse erhöhte
Einige Messungen
Auffassung
von
Geschwindigkeit
Bestimmung
im
gemacht
Tabelle I, der Sandsteinlinse
werden
enorm
kann,
an
einer
so
ist schematisch
Wie auf S. 56
gen darauf
sich
zwar
nicht
der
Stollendeponie
für den
nur
die
von
genügender
doch wird seine
Größe erreichbar
herrührenden Probe
zeigt
war.
einen für das
Zerrüttung bei der Sprengung
daß also über die Elastizität des
verantwort¬
Konglomeratbindemittels auf diesem
werden können.
2. Räumliche
Fig. 15
von
niedrigen Wert,
Wege keine Angaben gemacht
In
gedeutet,
Sorbach, fehlt leider die Bestimmung der
von
Feld, da keine anstehende Sandsteinlinse
im Labor
relativ dichte Gestein
lich
von
v-Werte tektonisch
in einer
auffiel. Schon 1945, 1946
(1954) nicht akzeptiert (vgl. RÖTHLISBERGER 1955).
HEERMANN
Beim vierten Gestein
Die
Alpenrand zunehmenden
die gegen den
er
es
im
in diesem
Geschwindigkeiten
ausgeprägten Störungszone festgestellt hat, die durch Kalzitausscheidungen
und 1949 hat
hängt auch
erklären sein.
Gebiet der dislozierten Molasse könnten darüber eventuell Klarheit schaffen. Jedenfalls ist
Zusammenhang interessant,
Ge¬
sein. Die Porenoberfläche muß daher außerordentlich
Der auffallend hohe Wert des Bächer Sandsteins
zu
18
—
der Elastizität erklärt, falls die Poren als
mit der Porosität zusammen, wird aber besonders
etwa
von
Zusammenhang
In diesem
niedrige
eine für Molasse sehr
Hälfte des Porenvolumens erkannt werden kann. Daraus
der Poren
Haarrisse
mit der hohen Porosität
ist schon verschiedentlich
große Bedeutung zukommt.
Porenform
Ostermundigen
von
Verteilung
dargestellt,
dargestellt wurde, geht
zurück, daß der Sandstein
wo
ein
nur
der v-Werte in
Ostermundigen
die einzelnen Profile im
großer Teil
großen
Steinbruch
gelegt wurden.
der Unterschiede zwischen einzelnen Bestimmun¬
beschränkt
homogen
ist. Bei anderen
bestimmte Ursachen vermuten, doch sind wegen der beschränkten
Abweichungen
Homogenität
lassen
Beweise
möglich.
57
a) Anisotropie
In den untersten 8
gleichen Bereich
im
statistische
t
m
=
auf einer Strecke
Auswertung
3,32 bei
n
=
12
Vertikalprofils (6) beträgt
des
(LINDER 1945,
Horizontalprofil (4) 2,05 km/sec beträgt. Eine
S. 53 und
140)
der Unterschied
auch zwischen den Werten
ist also nicht
(Für längere Profile
im
m
größer
als das normale
während sie
Geschwindigkeit 1,92 km/sec,
aller auf diesen zwei Strecken vorgenommenen
große Unterschiede (6,5%)
Anisotropie-Effekt
10
von
die
an
Messungen zeigt, daß mit
gesichert ist.
horizontalen Profilen
Inhomogenitätsmaß
fehlte der Raum, da gegen oben die
Doch kommen
Verwitterung
Ein eventueller
vor.
bei etwa 10
störend
gleich
Profillänge.
m
wirkte.)
b) Entlastung
Am frischen Gestein wurden auf einem
halber Höhe des Steinbruchs
schwindigkeiten liegen
zwar
Boden, der eben
Messungen
unter dem
am
erst durch Abbau
freigelegt
worden war, in
entlasteten Gestein vorgenommen, Profil
Durchschnitt, aber auch wieder innerhalb der
Die Ge¬
(5).
gefundenen
sonst
Streuung.
c) Grundwasser
Die
einzige starke Veränderung
kann,
werden
steigt
der v-Werte, die
wurde im blauen- Sandstein
in Profil 2 die
Geschwindigkeit
Tabelle I
am
Zeit
von
Registrierungen
Da
=
ist der
große Geschwindigkeitsanstieg
vorderen Profilende ist vermutlich durch
Wert gegen das
Daß die
in zwei
1,20 km/sec.
ergaben
Transversalgeschwindigkeit v,
hervorgeht, daß sich der blaue Sandstein in trockenem Zustand (außer
gelben unterscheidet,
Wert
lediglich
die
Bergesinnere
Geschwindigkeit
der
durch
Sättigung des
aus
für
um
größere Profil¬
3,05 km/sec
von
undeutlich erkannt
allen
übrigen
in der
Farbe)
zu
Gesteins mit Grundwasser
in Gesteinen
vergrößert
an¬
wer¬
Daten in
kaum
vom
niedrige
besonders bemerkenswert. Der
Verwitterung (Frost!)
Flüssigkeitsgehalt
zugeschrieben
Auf kurzer Distanz
gefunden.
tiefer im Felsinnern den mittleren Wert
zunehmen. Die Transversaleinsätze konnten
den und
einer bestimmten Ursache
1,64 km/sec auf 2,80 km/sec (Fig. 16),
von
längen und kurzdistanzige Messungen
eindeutig
Grundwasserhorizont
am
erklären, während der hohe
zugeschrieben werden
werden
kann, ist in
muß.
neuerer
HUGHES und KELLY (1952) gezeigt worden. Diese haben im Laboratorium Messungen
an
ein und demselben Gestein bei verschiedenem
Wassergehalt
ausgeführt
niedrigem Druck, der Wassergehalt die Geschwindigkeit
und
gezeigt, daß, wenigstens
bei
unter
verschiedenem
hydrostatischem Druck
erhöht, wobei allerdings der maximale Effekt nicht der Sättigung zukommt. Auch
fahrungen
über die
Erhöhung
der
WiDESS
in
Hebung
der
Geschwindigkeit
(1952)
bemerkt.
Aus
«Weathering»-Basis
bei
experimentellen
(1935).
Bei ihnen
praktischen
das
Arbeiten im Labor
ging aber,
Gegenteil hervor, besonders deutlich
ergab
sich
an
Sandstein eine
aus
40%ige Senkung
sein, wie
zu
als mit den
Er¬
scheint die
steigendem Grundwasserspiegel
Wassersättigung gelegentlich beobachtet worden
Ostermundigen begonnen wurde,
BORN und OWEN
bei
aus
Messungen
der Arbeit
von
des Wertes
von
l/E"
1/
—
,
woraus
sie ähnliche Verhältnisse im Feld ableiteten und daraus ihre Schlüsse zogen. Die selben
Ausmaße nahm
übrigens
die
Geschwindigkeitssenkung
S. 21.
Dagegen
zulässig. GASSMANN (1951 a) hat
messungen an,
den
Grundwasserfüllung
daß für die
von
58
s.
ist die
in einem
Longitudinalwellen
Übertragung
die theoretischen
porösen
im
des
bei
Durchfeuchtung
Ergebnisses
Grundlagen
zur
vom
auch bei
Berechnung
von
des Effektes
Gestein auf die Elastizität ausüben wird. Er hat
wassergesättigten Ostermundiger Sandstein
2,75 km/sec gegenüber derjenigen
unseren
Labor¬
Labor aufs Feld sicher nicht
2,3 km/sec im trockenen Gestein
zu
eine
gegeben,
berechnet,
Geschwindigkeit
erwarten
ist, also ein
Wert, der
dem
unter
gefundenen liegt.
Auf Grund der
sichten über die Art der Porosität muß seine
werte der seismischen
etwas
abgeändert
geänderten
neuen
An¬
Mittel¬
bergfeuchten Gestein,
dem die Bruttodichte mit 2,24
von
gr/cm3
angenom¬
Annahme, daß die Feuchtigkeit die Gerüstelastizität im Feld nicht beeinflußt,
wird. Unter der
geringeren
können auf Grund der etwas
werte auf
Berechnung
von
werden. Die
Geschwindigkeiten betragen 2,22 km/sec für die Longitudinalwelle und 1,27 km/sec
für die Transversalwelle im
men
Auswertung und
neueren
Geschwindigkeits¬
Dichte des trockenen Gesteins die beiden
2,24 km/sec und 1,28 km/sec korrigiert werden, die jetzt für trockenes Gestein gelten. Für die
maßgebende
folgenden die
Porosität soll im
19,5% beträgt.
Die
wahre Porosität verwendet
GASSMANN verwendete scheinbare
von
das Gestein bei Normaldruck
Porosität
werden, die nach Tabelle
gibt
zwar
bis Gewichtskonstanz erreicht ist. Beim
aufsaugt
1
an, wieviel Wasser
Ostermundiger
Sand¬
stein ist aber auch der Rest der Poren kommunizierend und kann im Vakuum ohne weiteres mit Wasser
gefüllt
werden. Es wird angenommen, daß im blauen
emporragte, ebenfalls sämtliche Poren mit Wasser
20% maßgebend
bis
wichtigsten
ist. Dafür wird als
Granit
von
37
•
1010
c.
g.
s.
=
ergibt
sich: k
=
betragen
den GASSMANN verwendet hat.
BlRCH
(Nach
Werte
•
1010 c.g.s.,
Q
=
9,65, p
=
2,388 gr/cm3,
v
=
aus.
es
nicht gut
angeht, den Kompressionsmodul
1010 c.g.s. anzusetzen, muß eine andere Ursache für die
u. a.
zu:
1942
Quarz
Mit diesen
2,76 km/sec
1,25 km/sec. Auch mit den geänderten Annahmen fällt der resultierende v-Wert
Da
18
doppelten Betrag
soll und dem
Mineralien
6,23
von
k des Festmaterials ein mittlerer Wert der
•
niedrig
•
sind und daher die wahre Porosität
ungefähr folgende
Kompressionsmodul
wichtigsten
1010c.g.s., Kalzit 74- 1010c.g.s., Orthoklas 48 1010c.g.s., Glimmer 43 1010c.g.s.).
und vt
50
•
der
veränderten Annahmen
zu
50
==
entspricht,
kommen dem
gefüllt
Kompressionsmodul
Mineralien verwendet, der k
des Durchschnittswertes
Sandstein, der nie über den Grundwasserspiegel
um
10%
k der Gerüstsubstanz noch höher als
der
Ungenauigkeit
Berechnung gesucht
werden.
Die
Berechnung
beruhte unter anderem auf der
gelben Sandsteins identisch sei. Als
Longitudinal-
und
einstimmung
gelben.
nur
zufällig
schen der
gelben
von
10%
bloß drei
Stäben beider Sandsteinarten
Messungen gemittelt wurde.
Biegeschwingungen
und zwei blauen Stäben
Berechnung
Diskrepanz
angesehen,
Es wäre
Ergebnisse
von
wobei aber das
denkbar, daß die Über¬
und
an
ergeben,
anderem Material ebenfalls
und auch die gute
Übereinstimmung
Übereinstimmung (4%)
zwi¬
Messung des vt-Wertes deuten auf Gleichheit der Gerüstkonstanten. Die
zwischen gemessenem und berechnetem v-Wert ist vermutlich reell, d. h. eine
physikalische Erklärung
geben
aus
an
ist und in Wahrheit dem blauen Gerüst ein höherer Wert zukäme als dem
Immerhin haben frühere
zwischen zwei
Beweis dafür wurden die übereinstimmenden
Torsionsmessungen
Resultat des blauen Gesteins
Annahme, daß das trockene Gerüst des blauen und
dürfte
existieren, kann aber auf Grund der gemachten Messungen nicht ge¬
werden.
C. Die
Geschwindigkeitswerte der Konglomerate
1. Die einzelnen Werte
Die Tabellen II und III enthalten die Resultate der
Messungen
an
denen die Gesteine alle sehr ähnliche Dichte- und Porositätsverhältnisse
zwei
Konglomerate
Karbonatgehalt
sehr
quarzreich
des Bindemittels
und zwei sehr karbonatreich,
was
zeigt. Auf die Geschwindigkeiten
vier
Nagelfluhvorkommen,
zeigen.
in
Im Geröllbestand sind
sich etwas schwächer auch im
hat die
Zusammensetzung aber
offenbar kaum einen Einfluß. Sowohl bei einer Quarzit- wie auch bei einer
Kalknagelfluh wurden je
sehr hohe
eine etwas
die zweite
Geschwindigkeiten gefunden,
Kalknagelfluh
eine viel
während die zweite
Quarzitnagelfluh
niedrigere Geschwindigkeit
niedrigere
und
aufwies. Die Resultate müssen dahin
59
ergänzt werden, daß auch die Quarzitnagelfluh bei geringster Lockerung (Verwitterungsrinde) sehr
niedrige
v-Werte
bachgraben
Solche zwischen lund 2
zeigt.
gemessen, ferner Werte zwischen 2 und 3
brücke nördlich
von
Während schon
am
niedrigen
Bei
Werte in
Molassesandstein
Prallhang
am
von
Konglomeraten,
große Abweichungen
Geschwindigkeiten
die Variationsbreite in
v-Werten
der Emme bei der Horben-
wobei
vor
angefangen
Konglomeraten
in
nach unten und oben
vom
bisher bekann¬
Molassegesteinen gefunden wurden,
von
Konglomeraten
Schottern
die extremen Werte mit
den,
km/sec
verwitterten Aufschlüssen im Fritten-
an
großen Geschwindigkeitsvariation
ten Mittelwert der seismischen
nun
wurden
Eggiwil.
2. Diskussion der
schreitet
km/sec
bei weitem den für
bis hinauf
zu
solchen
so
über¬
möglich gehaltenen Betrag.
von
Granit existieren sämtliche
allem die extrem hohen Werte überraschen. Es soll versucht
gewissen Eigenarten
Beziehung
des Gesteins in
wer¬
setzen.
zu
a) Porosität und Verkittung
Zwar treten die höchsten
die extrem
wenig größere
schwindigkeit.
ten
Geschwindigkeitswerte
niedrigen Geschwindigkeiten zeigen sich
gefunden
mit den
niedrigen
Porositäten
Gestein mit der
am
größten
Porosität steht in diesem letzten Fall in gar keinem Verhältnis
Auch in den
wurden als
Fällen,
wo an
zusammen
nur
Abfall der Ge¬
zum
verwitterten Aufschlüssen sehr viel kleinere
Geschwindigkei¬
frischen Gestein, kann kaum mit wesentlich vermehrter Porosität
am
auf, und
Porosität. Aber die
gerechnet
werden, und die Geschwindigkeit fällt trotzdem auf die Hälfte hinunter. Viel leichter als beim Sandstein
läßt sich hier erkennen, in welcher Weise die
gewitterten Konglomeraten
rolle
vom
Bindemittel. Ohne merkliche
gestört. Es
zeigt
digkeit wenig
den,
so
von
der Struktur
irgendwo
intakt, jedoch
ist der Verband in
sonst, daß
abhängt.
An den
an¬
lösen sich die Ge¬
ausgedehnten
Flächen
und seismische Geschwin¬
Festigkeit
Gemeinsames haben. Im frischen Gestein sind die Gerolle mit dem Bindemittel verbun¬
daß der Verband beim
des Bindemittels hohe
Bindemittel
vom
Volumenvergrößerung
sich hierin auch deutlicher als
geringe Verkittung,
ganz
Geschwindigkeit
ist der Sandstein des Bindemittels noch
an
die
Durchgang seismischer
Geschwindigkeit
ist trotzdem
Geschwindigkeit ermöglichen.
den
Bei allen untersuchten
glatt geschliffenen
Konglomeraten
Wellen nicht
Die
hoch,
wenn
die Gerolle und der Sandstein
Festigkeit kann
Gerollen trotzdem sehr
war
gestört wird. Dazu genügt schon
die Porosität relativ
gering
gering.
wegen der schlechten
Haftung
sein.
Es
war von
einigem Interesse,
festzustellen, wie weit die geringe Porosität durch günstige Kornverteilung der Gerolle und des Grob¬
sandes, wie weit durch lückenlose Auffüllung der Hohlräume mit feinkörnigerem Kitt zustande kommt.
Bei der
Herstellung
von
Beton stellen sich ähnliche Probleme. Ein Beton ist besonders
Kies-Sandgemisch möglichst gute Raumerfüllung
sind
spezielle
der EMPA
beim
zur
verglichen.
Konglomerat
Anwendung,
tigen
und
aufgestellt worden,
mitgeteilte günstige
Sorbach
von
Normen
um
Regel befolgt wird,
unstetigen Körnung liegen,
Fig.
wenn
werden. Eine
22 mit der Summationskurve der
Übereinstimmung,
nur
Auch bei Beton kommen solche
daß die
gut,
das
kleiner Kornoberfläche verbindet. Es
Korngemische hergestellt
ganzen herrscht sehr gute
sogenannte unstetige Körnung.
wobei die
möglichst
nach denen die
Summationskurve ist in
großen
Im
mit
Nagejfluh
handelt
es
sich
Korngemische
Teilflächen, die zwischen den Kurven der
oberhalb und unterhalb der Kornkurve
von
ungefähr gleich groß
ste¬
sein
sollen.
In
Fig.
22 ist das recht gut verwirklicht. Es ist
Porosität und größtem v-Wert die
Konglomerate
60
ist
typisch,
geringste Abweichung
allgemein größer als
die
von
daß die härteste
von
Nagelfluh
mit
geringster
der Normkurve aufweist. Die Dichte der
Beton, die Porosität geringer. Das karbonatische Binde-
mittel erfüllt als dichtes Mosaik die Hohlräume im
beteiligen
Dabei
sich oft recht
Summationskurve auch
große eckige
Sandpartikel
b) Deutung
Vorkommen,
Die beiden
grundsätzlich.
scheiden sich
füge,
daß
das in allen
es
wo
nicht erstaunen
kann,
Konglomerat
der
an
der hohen Werte in
Kalknagelfluh
einem
zu
sich
großen
weitgehend
wenn
100
1
verschieden,
bewegen kann.
denjenigen
aus
1
der
1
1 1
werden sollten. Nicht
Trennung
in Gerolle
1
I
ein
so
1
1
einerseits,
1
1
1
und
!
1
aufgebaut ist,
Kalksteins oder
Bindemittel und Gerollen
von
1
1
unter¬
Sandstein, der erstere
Gerolle innerhalb
verschiedenartigen
1
Sorbach),
Dolomit
komplizierter Mischkörper,
1
und
einheitliches dichtes Ge¬
berechnen lassen sollten. BRUGGEMAN
1 1
daß in der
in Beton.
so
massigen
eines
Eigenschaften
wobei sich die Elastizität der
Komponenten
(Goldau
Kalk und
aus
Eigenschaften
die
Daraus resultiert ein
1
zeigt
Goldau
von
so
Konglomeraten
Prozentsatz
zusammenkittet anderseits, ist deutlich. Die elastischen
weiter Schranken
besser als der Zement im Beton.
des dichten Mosaiks,
besonders hohe v-Werte gemessen wurden
Dolomits resultieren. Anders bei Sorbach. Die
sind im allgemeinen sicher
Bildung
gezählt
Bindemittel
zum
Die feste
Korngrößen
Körner
Eigenschaften
dessen
hat sich mit der
(1937)
1
pi
i
-100
1
I
f
-80
/l
//
//
//
60
4
s*o-
^
-20
—""
0
1
0.001
r—
0.002
1
'
i
0.005
i1'
ll
0.02
0.01
i
i
i
005
0.5
0.Z
i
in
i
i
i
20
I
i
i
50
i
100
200mm
Korngrosse
Fig.
22.
Gegenüberstellung der Kornverteilung
mischung
für Beton
20
Berechnung
(gestrichelt),
( d/D
+ 4
in der die
V d/D )
elastischer Konstanten
von
vertreten
von
sind;
d. h. eines
einer zweiten Substanz
eingestreut werden,
Mischkörpers
Substanz einfach
Einstreuung
am
und
reziproke
Abhängigkeit
von
8'
=
=
beliebiger
Durchmesser.
Die
Berechnung
Formeln
der Moduln
versehen
geschehen,
zu
Werte verwendet:
in denen
werden, während diejenigen der
der Grundsubstanz zweifach
1
x
r-
gestrichen
1
,
g
=
k
Gesamtvolumen. Aus
-
-
wer-
Die Größe 8'
[x
8'-*_j/(Z
g
V \ g
Einstreuung 8' gefunden werden,
g
der
d
folgenden
Markierung
diejenigen
1-8'=
kann g in
größter,
hat nach den
mit keiner
gestrichen
den. An Stelle der Moduln werden deren
bedeutet den Anteil der
=
mm
Gemisches, in dem Kugeln der einen Substanz in eine Grundmasse
porphyrischen Körper,
aus
eingestreuten
D
über 0,075
Mischkörpern auseinandergesetzt.
der
die Elastizitätszahlen des
günstigen Kies-Sand¬
prozentual nach der Formel p
Sorbach (ausgezogene Linie) und einer
Korngrößen
—
worauf sich auch
x
in
Abhängigkeit
8'
aus
1
—
8'
1
/
.
d8'
4x' +
3g
o
berechnen läßt. BRUGGEMAN hat
einfachen
gezeigt, daß
sich die auf diese Weise ermittelten Werte erheblich
von
Mittelwertsbildungen unterscheiden können.
61
Nach den Formeln
in einen Sandstein
Quarzitgerölle
witterten Gerolle
Tabelle II
BRUGGEMAN ist die resultierende
von
zum
noch
nur
eingestreut werden.
vornherein
7,5%
zusammen
diesem
geschlagen,
Feld
mit
von
v
3 und 4
0,26.
=
5,4
die
105
km/sec angesetzt
cm/sec
und 4,8
Länge ergab sich
Fall
3,77
Quarzit
•
105
]/—
105
nur
cm/sec,
schwer
=
5,034
cm/sec betrug,
der Dichte
des
Quarzites.
gr/cm3
p ^ p
zu
•
was
werden
erzeugen
cm/sec,
ein
um
v
bloß
war.
=
im
Bei
Verkittung
0,00.
v
hydrostatischem Druck
von
sei
homogenen
E
"
P
Stabes dieser
erwähnt, daß 1/
Wert ist als ihn BlRCH
=
4,031
105
•
~
(1943)
in diesem
an
einem
cm/sec erfolgte
kg/cm2. Die Elastizität
3000
an
der beiden leicht unterschiedlichen
Vergleich
6% niedrigerer
ist
0,00 und 0,08, wobei aber
=
Bei Annahme eines
Zum
im
Feld, nämlich
Quarziten
von
Stäben gemessen worden. Es ergab sich
Messung.
zur
105
an
hoch angesetzt.
Geschwindigkeit
Ostermundigen
angenommen. Die Elastizität
2,637 und 2,625 gr/cm3,
=
entsprechend
mußten, betrafen die Elastizitäts¬
2,647 gr/cm3 gefunden hat. BlRCHs Messung von 1/4^
in der Hochdruckkammer unter
erwarten¬
zu
Kalke und Dolomite.
Für ersteres wurde eine
mit einer Poissonkonstanten wie in
günstigere Verhältnisse
ergaben sich
geringe Menge der übrigbleibenden
Resonanzschwingungen
•
Torsionsschwingung
Stäbe
diejenigen
Wegen der
Gesteine mit dem Bindemittelsandstein wurden sie ebenfalls
Berechnung getroffen
Die Dichte wurde mit 2,65
zwei Bohrkernen durch
•
zur
ver¬
Quarzite sind. Die kristallinen Gerolle und
im Bindemittelsandstein wurde einfach
die
schwierigsten Annahmen,
Die
konstanten des Bindemittels und
und
aus, ebenso die Kalke und Dolomite.
ersten
ebenso schließlich die
Geschwindigkeit
Die unbekannte
wenn
worden, daß die
Sandstein geschlagen werden können. Es bleiben dann nach
zum
den elastischen Ähnlichkeit der beiden
zu
Es ist dabei angenommen
34% Gerolle, wobei 19% Quarze
Hartsandsteine machen
Geschwindigkeit berechnet worden,
Quarz¬
eines
aggregates läßt sich angenähert auch nach VOIGT (1928, Formeln S. 962f., Elastizitätszahlen S. 754)
berechnen. BRUGGEMAN hat 1930
zu
grobe Annäherung bedeutet.
und kubischen
Systems
gezeigt,
Er hat bei
Moduln E und [x
BRUGGEMAN teilt in seiner Arbeit die
trigonalrhomboedrischen Systems.
zur
großer Anisotropie dieVoiGTsche Berechnung eine
isotropen Metallaggregaten
gefunden,
exakten
zur
und kubischen Systems mit, nicht aber die
hier in keinem Verhältnis
daß bei
zur
die bei VOIGT
und
v
=
mit
v
=
Fig.
0,068. Auf Grund
zur
genauen
von
gemessenen
in Sandstein
des
Berechnung des Quarzaggregates
der
=
Longitudinalwelle
wäre
6,13
•
105 cm/sec, p
=
p ^ p
im Feld
=
von
p
für
=
2,654
Quarzit
5,2 km/sec und 6,15
2,65 gr/cm3. Die zweite Annahme
entsprechen.
dargestellt, die den
angeben. Durch
Geschwindigkeiten
1/—
Messung und Berechnung wurden zwei Annahmen
0,075 und 0,068 und in beiden Fällen mit
23 sind drei Kurven
prozenten)
hoch ausfallen.
zu
Verwendungsart der Resultate gestanden, weshalb die Berechnung nach
dürfte einem nie verwirklichten Extremfall
In
20%
hexagonalen
hexagonalen
Berechnung des Quarzaggregates nötigen Hilfsgrößen des
Der Aufwand
getroffen, entsprechend Geschwindigkeiten
km/sec
Kristallen des
10 bis
Berechnung nötigen Hilfsgrößen
VOIGT vorgenommen wurde. Die VOIGTSCHE Theorie ergab:
gr/cm3
um
aus
Effekt
von
Quarzeinstreuung
Kreuze sind bei einem
markiert. Es
zeigt
BRUGGEMANs Theorie nicht erklärt werden
Quarzitgehalt
sich deutlich, daß die hohen
können, ohne daß
enorm
bis
von
zu
50% (Volum¬
20%
die im Feld
Geschwindigkeiten
hohe
nach
Geschwindigkeiten im
Bindemittel und den zersetzten Gerollen angenommen werden. Es ist aber viel wahrscheinlicher, daß
die
Berührung der
Mittel
0,9%
längsten Achse >
62
Gerolle eine wesentliche Rolle
spielt.
der Gerölloberflächen miteinander in
5
cm
Die
Ausmessung derselben
Berührung stehen, wobei sich
nicht anders verhalten als die mit
hat
ergeben,
daß im
die Gerolle mit der
längsten Achsen zwischen
2 und 5
cm.
D. Diskussion der Methoden
1. Zur
Auf S. 21 ist
gezeigt worden,
Übereinstimmung
einstimmung
Vergleichung
daß die
von
Feld- und Labormethoden
Bearbeitung
den Sandstein sicher
verändert, d. h. daß exakte
zwischen Feld- und Laborresultaten nicht erwartet werden kann. Die recht gute
Über¬
zwischen einzelnen Laborwerten und Feld werten der Elastizitätsmoduln in Tabelle la
V
km/sec
\ /
5.0
)\
üi
ii
3
4.5
J
i^^
U.O
I
3.5
3.0
2.5
Quarzireinstreuung
Sandsrein
0
100
10
20
30
UO
50 o/
90
00
70
60
50/o
Mischungsverhältnis
Fig.
23.
Geschwindigkeit
Kugelporphyren: Quarzit in Sandstein. Der Berechnung der
zugrunde liegende Größen:
elastischer Longitudinalwellen in
Kurven I—III
v'
v"
km/sec
v'
v"
k'
V-'
P'
k"
10nc. g.
s.
10nc. g.
s.
P"
gr/cm3
=
I
5,2
3,0
0,075
0,26
2,78
1,35
3,30
0,772
2,65
II
5,2
4,0
0,075
0,26
2,78
2,40
3,30
1,37
2,65
6,15
4,0
0,068
0,26
3,84
2,40
4,67
1,37
2,65
III
=
P
Kreuze: im Feld gemessene v-Werte.
63
hinwegtäuschen;
darf nicht darüber
großen Teil der Stäbe handelte
bei einem
es
sich offenbar
um aus¬
gewähltes Material, d. h. solches mit hohen Modulwerten (s. letzte Kolonne). Bei Berücksichtigung des
gesamten Untersuchungsmaterials fällt die Senkung
(entsprechend!/—
stimmt
und
]/-=-
in Tabelle
E
von
auf, während \i in Feld und Labor überein¬
I). Damit verknüpft ist eine Senkung von
Es ist leicht
v.
verständlich, daß sich das durch die Probeentnahme gelockerte Material im Stab gegenüber der
der
schiedenartigen Beanspruchung
Longitudinal- und Torsionsschwingungen
Zug beansprucht,
Im ersteren Fall wird das Material außer auf Druck auf
Auslenkungsrichtungen
risse eher
werden. Falls
geschlossen
Werden mit dem in
Tabelle I, Zeile
aus
sollen,
Stabmessungen
erscheint
Ostermundigen gefundenen
13)
Geschwindigkeiten
die
unabhängig
nicht existiert und durch die Deformation
steins im Feld gezogen werden
(in
verschieden verhält.
sich Haarrisse besonders
wo
können, während im zweiten Fall bei der Torsion eine solche Unterscheidung der bei¬
stark auswirken
den
ver¬
Drehsinn Haar¬
Schlüsse auf das elastische Verhalten eines Ge¬
also
es
vom
gegeben,
Schubmodul [i
vom
Feldwert der Poissonkonstanten
der betreffenden Gesteine im Feld
von v
auszugehen.
0,26
=
gerechnet,
so
1/
aus
ergibt
~
sich:
im Feld gemessen
(oder vermutet)
2,22 km/sec
km/sec
4,48 km/sec
Ostermundigen gelb
berechnet
2,22 km/sec
Bach
3,7
Sorbach Sandsteinlinse
2,02 km/sec
Die
Übereinstimmung
In der Sandsteinlinse
für den
ist
von
nur
bei
Ostermundigen
Sorbach konnten
zwar
dem durch
Übereinstimmung
Sprengung
kann darauf
oberflächennahe Gesteine
gültigen
v-Wert
Messung
des
prüfung und
zu
% liegen
es
nicht
möglich
(vgl.
war, durch
OLIPHANT
zu
relativ dünne Oberflächenschicht
von
5
—
10
m
im Feld hat wesentliche Fortschritte
Gesteine
gebracht.
angebracht
zur
Neuere in der Material¬
bieten indessen die
Möglich¬
Homogenitätsprüfung müßte
die das Bestimmen sehr vieler Werte in kurzer Zeit ge¬
Günstige
wären und der Meßfehler
eigneten
von
der
Meßstellen
Aufschlüsse in Steinbrüchen
sich
zum
Teil gut,
Verwitterung
stark
zum
werden
könnten,
aber auch die
keine scharfen Einsätze mehr erhalten werden können.
gefunden worden.
Teil gar nicht. Auch
gelockert
Die Fels¬
wenn nur
eine
ist, werden genaue Messungen
Durch das lockere Material werden nicht bloß die Laufzeiten
Korrekturen
den für
1950).
verkürzen. Für eine umfassende
günstigsten
erwarten war, sind die
unmöglich.
Labormessungen
würde.
wände in Schluchten und Tobein
64
—
würde, wobei möglichst kurze Meßstrecken neben größeren angängig
3.
Wie
mindestens mit 3
Bohrlochmessung auf Ölfeldern verwendete Meßgeräte
Apparatur geschaffen werden,
nicht viel über 1
übrig.
doch mußte
4 km/sec angesetzt werden.
zurückgeführt werden, daß die Sandsteinprobe aus
v
ermitteln
zu
mit kurzen Meßstrecken
keit, die Meßstrecken noch wesentlich
eine handliche
wünschen
Feldmessungen ausgeführt werden,
Inhomogenitätsgrades sogenannter homogener
zur
zu
Homogenitätsprüfung
2. Zur
Untersuchung
(3—4 km/sec)
zerrütteten Stollenauswurf gewonnen wurde.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß
statten
keine
Sandstein, der dem Bindemittel ähnlich ist,
Die sehr schlechte
Die
gut; bei Bach läßt sie schon sehr
verlängert,
Frequenzen werden
wofür schließlich
so enorm
erniedrigt,
daß
Glücklicherweise hat sich aber
breitung hat, vorzüglich
zu
gezeigt, daß sich eine andere Art
Geschwindigkeitsmessungen eignet.
einschnitten. Offenbar verhindert das fließende Wasser
sich
als
meist vorhandenen Kalksinter leicht
am
zur
Auslaugung
sinngemäß
des
am
Mit einer
einzigen
es von
könnten. Die
zu
von
Bach¬
führt, wie
man
Kalkverkrustung
ausgedehntere Untersuchungen kämen daher
nur
mit Hilfe einer
in
tragbaren Apparatur
am
der
Anstehenden
zweckmäßige Deutung
unvergleichlichem Vorteil,
Ausdehnung
wenn
Ergänzende Messungen
Ausnahme konnte
wenn
Untersuchungen
Schichtung oder Schieferung)
sätze und
Für
und
bearbeitet werden könnten.
wellen gemessen werden. Für eine
textur:
Es sind das die Felssohlen
jegliche Frostverwitterung
Anstehenden in Frage, die aber
4.
gen wäre
Aufschlüssen, die große Ver¬
überzeugen kann, in der Regel eher
unterliegenden Gesteins.
Bacheinschnitte
erster Linie
von
wäre
auch die
nur
vt-Werte
auf deutlich
von
möglich Schwingungsrichtungen
die
Geschwindigkeit
der
Longitudinal-
der v-Werte unter verschiedensten
Bedingun¬
der Transversalwellen erfaßt werden
anisotrope
besonderem Interesse,
Gesteine
(Gesteine
verlangt aber,
daß
mit Parallel¬
spätere Ein¬
erkannt werden könnten.
65
VII. Theoretische
bestimmung
Grundlagen
Anschliff, Dünnschliff und Bohrkern
aus
A.
Im
verteilung
einerseits und der
Schnittstrecken
von
Längeneinheit läßt
diejenigen in
wie auf
kern
Einleitung
folgenden sollen die Beziehungen dargestellt werden, die zwischen der Korngrößenverteilung eines
Kugelgemisches
der
Korngrößen¬
zur
längs
sich die Theorie
Konglomerat
ebenen Schnittfläche bzw. der Größen¬
einer Geraden anderseits bestehen. Durch
ebensogut
kann
zur
entsprechende
auf die Verhältnisse in einem Dünnschliff
einem wirklichen oder fiktiven Anschliff
einem festen
aus
Kreisgrößenverteilung in einer
Wahl
anwenden,
Konglomerat. Auch ein Bohr¬
Korngrößenbestimmung verwendet werden. Das Problem
stellt sich in ähnlicher Form in verschiedenen
einem
an
Wissensgebieten
und ist auch
gelegentlich
bearbeitet
worden, ohne daß die mitgeteilten Lösungen allgemein in die Lehrbücher Eingang gefunden hätten.
Aus diesem
Grunde, und weil die einzelnen Arbeiten
Sprachen publiziert worden sind, kann
verschiedenen
finden
können.
zu
(1924)1),
Von
(1951b), Rosenfeld
vor,
u.a.
von
JOHNSON
(1946),
und
von
messen
liegen
von
glaziologischer
von
vor
B.
z.
1938),
Arbeiten
Vuagnat
(1953)2)
(1924, 1925, 1926),
WlCKSELL
mengefaßt und in praktischer Hinsicht ergänzt,
schliff Sehnen besser
hoffen, sie in ihrer Gesamtheit auf¬
nicht
Seite
Münzner und Schneiderhöhn
solche
VUAGNAT hat erstmals die Arbeiten
gestreift.
man
Krumbein und Pettijohn
(1953),
biologischer Seite
von
Artikel
geologisch-petrographischer
(1935;
Krumbein
in den verschiedensten Fachzeitschriften und in
von
von
HAGERMAN
(1949),
Greenman
und Packham
metallurgischer
Seite wird das Problem
von
SELIGMAN
HAGERMAN, Krumbein und WlCKSELL
allem indem
er
darauf
hinweist, daß sich im
(1950 b) beschreibt außerdem
und GREENMAN
Methode
gleichen
zur
(1951b) stellt die
zusammen.
Auswertung
eine
Gang
Krumbeins
Theorie in
spezielle Meßtechnik für die Dünnschliffuntersuchung
geschlossener und
MÜNZNER und SCHNEIDERHÖHN
von
erweiterter Form für eine bestimmte
(1953)
Sehnenmessungen. ROSENFELD,
(1955) beschreibt
eine für diesen
beschreiben
eine
JACOBSEN und FERM
praktische
(1953)
Vergleich besser geeignete Methode und prüft sie im
periment.
') Die Literatur
66
ob
ver¬
die mit GREENMANs Methode erhaltenen Resultate mit den Siebkurven desselben Materials.
PACKHAM
2)
Dünn¬
Experiment und Theorie (1935) sinnvoll sei, wobei das Problem der Kornform gestreift
von
wird. CHAYES
Meßmethode
(1949)
zusam¬
lassen als Durchmesser. 1950 und 1951 kommt eine Diskussion in
zwischen Chayes (1950a, 1951), KRUMBEIN (1950) und GREENMAN (1951a),
Vergleich
(1955)
Seite ein
zu
Kap.
VII ist auf S. 91
Enthält weitere Literaturzitate.
zusammengestellt.
Ex¬
vorliegende Darstellung war
Die
men.
Um die Einheitlichkeit
zur
Lösung des Problems
T.
nur z.
früheren Arbeiten verwiesen
nahezu
abgeschlossen,
neu
ist. Am Schluß der einzelnen Abschnitte soll
werden, sofern praktische Anwendungen
vergleichen,
da mit Ausnahme
Kugeln
Anzahl
PACKHAM
von
Kugeln,
von
die sich
Behandlung
gegenseitig
ist
nicht
vom
beliebigen Kugel
r^p^R. (Das
Problem der Kornform ist
in die Diskussion
(1951) allgemein
Das
angibt,
Summationsdarstellung)
Kugelgemisch
wie viele
Vorgehen
kurz auf die
gegeben
als
Kugelradien
von
als
WlCKSELL
einbezogen
zwar
der
und bei PACKHAM
verwendet worden ist.
indem im Räume ein Gemisch
angenommen wird. Der Radius einer
und keine
r
Verteilungen
treffen, daß sie Kugelgestalt besitzen.
(1926)
größeren
als R vorkommen:
Ellipsoide gelöst,
für
von
GREEN-
worden.
(Fig. 25),
läßt sich durch eine Summationskurve darstellen
Volumprozente
In der Praxis werden
zu
Kugelgemisch auszugehen,
durchdringen,
sei p, wobei keine kleineren
MAN
Gesicht ka¬
Diskussion stehen oder Ver¬
zur
zugrunde liegen, während hier
der
ist für die Körner bzw. Gerolle die Annahme
folgenden
Bei der mathematischen
von
jeweils
den andern Arbeiten normierte
(1955)
mit Radien zwischen p und p + d p
volumenmäßige Verteilung (ausgehend
Im
zu
obschon das
angegeben werden, die hier nicht enthalten sind. Die Grundformeln lassen sich jeweils nicht direkt
fahren
die
als mir die erwähnten Arbeiten
Kürzung mitgeteilt werden,
wahren, soll sie ohne
zu
wobei die Ordinate
der Körner kleiner sind als die in der Abszisse stehende
die
Gewichtsprozente bestimmt,
nur
unter der
Voraussetzung
Korngröße.
den Volum¬
prozenten gleichgesetzt werden können, daß den Körnern sämtlicher Fraktionen dasselbe spezifische
Gewicht zukommt. Diese
und soll im
folgenden
als erfüllt angenommen werden.
B.
1.
Voraussetzung ist innerhalb beschränkter Größenbereiche annähernd richtig
Kreisradienverteilung
Berechnung der Kreisradienverteilung
=
einer gegebenen
f(p) dargestellt,
Die Summationskurve sei durch die Funktion
f (R)
aus
in einer Schnittebene
Kugelgrößenverteilung
die im Bereich zwischen
f(r)
=
0 und
100 monoton wachsend sei.
Aus dem
kugelerfüllten
Raum sei ein isometrisches Testvolumen
große Anzahl Kugeln sämtlicher Größenklassen enthält. Vp bedeute
V0 herausgeschnitten, das eine
das
Kornzwischenraumvolumen,
V
der
Kornzwischenraum ist dann p
prozentuale
porenfrei
und Körner als
Kugelanalyse sind;
anteil bezeichnet
Kugeln
V(R)
=
werden
V0
nur
die
gröberen Fraktionen
berechnen;
dV:
dp. V(p)
Vo-Vp
100
N(p)
.
(p ist gleich der Porosität,
als
Kugeln betrachtet,
Kugeln
läßt sich
aus
mit Radien
so
^
wenn
Gerolle
Gegenstand der
kann p als Bindemittel¬
p, dV das Volumen der
f (p), da das Volumen sämtlicher
Kugeln
als
V(p)
Ist mit
-p
"o
sei das Volumen aller
werden.) V(p)
Vp beträgt,
100
betrachtet werden können und sämtliche Festbestandteile
mit Radien zwischen p und p +
—
=
die Anzahl der
Kugeln mit
Vo-Vp
100
f'(p)dp;
Radienlien
len
dN
dV
:rr
f(p)
fff(?)^
df
=
—~
•
dp
p 1bezeichnet, deren
Vo-Vp
f'(p)dp
100•-4*
P3
=
4tc
,
Mittelpunkte inV0 liegen,
p und p + d p besitzen
'
(1)
3
67
Man denke sich eine Schnittebene durch
kreise sämtlicher Größen im
und p +
dp,
die in
V0 mit der Schnittfläche F0, die
richtigen Verhältnis
V0 enthalten sind, werden
keinen
größeren Abstand
liegen.
Wir stellen die
enthält. Von allen dN
solche
nur
geschnitten
so
Kugeln
bzw.
Bedingung,
nur
Schnittkreise
sie Schnitt¬
mit Radien zwischen p
berührt, deren Zentren
als p besitzen. Die Schnittkreise weisen dabei Radien
daß
groß ist, daß
F0
auf, die zwischen 0 und
werden sollen, deren Radien
gezählt
von
p
größer
^y'
1
CO
/
t
Chi
\
a
*
/
*-*
i
'
F0
Ol
CO
04
1
^
Fig.
24. Schnitt senkrecht
Zentrum einer
Kreis
als
a
sind. Aus
Fig.
Zentren
liegen
in
im Räume
2F0
>
wird durch
a
•
\ p2
=
—
a2
2F°R}r
100/
Kugeln
Integration
1
| p2
(s.
a2
Text).
Radius p, deren Schnittkreise dieser
vom
—
von
F0 entfernt liegen dürfen. Solche
und ihre Anzahl dZ
p— -g-
•
beträgt:
R...= Realteil
dN,
f'(p)R['?2~^
.
mit Radius zwischen p und p +
über sämtliche
dZ
der Fo einen
dp
100^
herausgeschnitten werden.
Z(a)
,
2F0
dZ
dZ ist also die Anzahl der
aus
herausschneidet
a
ersichtlich, daß die Kugeln
dz
a
Radius p,
mit ihren Zentren nicht weiter als
V0
kreise mit Radien >
Schnittfläche Fo durchs
zur
vom
Radius
vom
24 ist leicht
Bedingung genügen,
Kugel
ar^
Die Gesamtzahl
dp,
Z(a)
aus
von
von...
.
denen durch
F0 Schnitt¬
Schnittkreisen mit Radien
Kugelgrößen gefunden,
2F0
-
—
100
100
An
R
"f'(p)V7
dp,
oder
Z(a)
68
=
1
2F„
100
100
4tc
f'(p) |< p2
—
a2
dp
(2)
An Stelle
von
f(p)
Kugeln mit
Volumen der
f(p)
und
V(R)
V(p)
-
V0
-
Vp
gleich dem
V(p)
-
_
=
V0
V0
Beziehung zueinander,
stehen in einfacher
«W^-W^-W);
und somit
ist
Radien > p im Einheitsvolumen.
q(p)
q(p)
q(p) verwenden; q(p)
die Verhältniszahl
folgenden besser
läßt sich im
f(P)
100(l-q(P)^
=
100
(3)
m-^
gilt:
100
f'(p)dp
=
-100-
j^-—.q'(p)dp;
ferner sei
q'(p)
Die Funktion
=
P ^ R
von
gefunden werden.
Beitrag geben,
ist darauf
folgenden
/
d. h.
(2) ergibt sich
kreisen mit Radien >
für
—
Integrale,
der Summationskurve
achten, daß h(p)
die
nur
h(p)d p enthalten,
im Intervall
nur
zwischen
r
/ für
a
r^
r.
r
F0
1 die Größe
=
fh(p) Vp2-a2
3
.
,
x(a), die die Anzahl der Mittelpunkte
von
Schnitt¬
angibt.
in der Einheitsfläche
a
zu
aus
R
a
Aus Formel
Im
(4)
direkt erhalten oder
Null verschieden ist und damit auch die
R
und R einen
-h(p).
=
d p
h(p) kann (angenähert) experimentell
durch Differenzieren
r
^
=
...
a
Sollen
einheit
nur
die Schnittkreise mit Radien zwischen
entfallen,
werden,
betrachtet
dK
=
so
tritt
—
7ta2 dx
—
=
a
dax
—
und
=
a
—
+ da, deren Mittelpunkte auf die Flächen¬
dx
x'(a)
7ra2
Stelle
an
da
von
x(a).
Ihr Flächeninhalt ist
mit
,
R
x'(a)
(a1; a2)
Den Flächeninhalt K*
und a2, a2 > al5 erhält
man
dx
3a
da
2iz
von
durch
f
h(p)dp
J p31' p2—
(5 a)
a:
Schnittkreisen pro Flächeneinheit mit Radien
a
zwischen ax
Integration:
(als a2)
K*
=
—
iz
/
a2
x'(a) da
,
ai
und den Flächeninhalt
K(a0) der Schnittkreise
Integration mit entsprechenden
K(a0)
=
K*
mit Radien > a0, in der
Flächeneinheit, durch dieselbe
Grenzen:
(a0, R)
=
—
n
/
a2
x'(a)
da ;
an
K(a0)
=
+
-1
L
2J
da
?
J
h(p) dp
P3I P2
—
3
-
a2
"h(p) dp
2J
•>3
P
r
a3 da
a'
R
K(a„)= +
y|"(- -?£-)
+
I7^»h(p)dp.
(6)
69
entsprechenden
Durch Einsetzen der
lichen Radius av
2
K(ai)-K(a2)
y
es
ist der mittlere
gleiche
Anzahl
2.
(5) und
a0 in
(6) erhält
man
den durchschnitt¬
(?)
)-x(a2)
Radius, der bei großer Anzahl
von
verteilung berechnet.
von
und
berechneten
die
a2, a3,
Kreisradienverteilungen mit gegebenen
mögliche Summationskurven darstellen,
die
f(p),
gewünschten Genauigkeit
Je nach der
(ax,
Schnittkreisradien
Flächenbedeckung gibt wie
Kreisen dieselbe
von
Schnittkreisen mit Radien zwischen ax und a2.
Für einfache Funktionen
(5)
in
von a
.
fr
Vergleichung
nach Formel
Werte
der Schnittkreise mit Radien zwischen ax und a2 nach der Formel
an)
...
Kfaj), K(a2),
die Größen
werden für mehr oder
(3) und (4),
nach Formel
h(p)
nach Formel
K(an)
..
Flächeneinheit im Radiusintervall zwischen ak und ak_,
wird die
Kreisgrößen¬
Werte der
weniger
x(ax), x(a2),
x(an)
...
(6) berechnet. Die Anzahl Kreise Ak
pro
beträgt
x(ak) —x(ak ,)•
Ak
Die Kreise besitzen nach Formel (7) den mittleren Radius
,/ K(ak)-K(ak_I)
»k, k—l
Die
Berechnungen
zwischenraum
abhängig.
Es
rc(*(ak)
—
*(ak-i))
lassen sich bei konstantem Verhältnis
(Bindemittelanteil
genügt
'
—
einschließlich dessen
daher eine
einzige Berechnung
von
Porosität)
der
r:
R normieren und sind
vom
Korn¬
durch einen konstanten Faktor
nur
komplizierten
Ausdrücke für verschiedene
Größenverhältnisse und Kornzwischenräume.
Nach den berechneten
mit der Natur
suchen
(vgl.
Kreisradienverteilungen
verglichen werden können.
29),
Beim
lassen sich Modelle
Abweichung
Gerollen stark störend wirkt. Ferner wurden in den
Zeichnungen
mäßig angeordnet,
stiger,
hat sich aber
um zu
vergleichbaren
statt die Kreise direkt
zustellen, die
zur
gezeigt,
zu
Schnittebenen
zeichnen, die
Versuch, Nagelfluhaufschlüsse auf diese Weise
daß die
S.
von
Bildern
zu
der
von
Kugelform
die Kreise in der Fläche viel
führen. Zum exakten
Vergleich
zu
unter¬
bei natürlichen
ist
es
zu
regel¬
daher
gün¬
zeichnen, die Kreisradien Verteilungen nach einer der Methoden dar¬
Charakterisierung
der
Korngrößenverteilung gebräuchlich sind,
z.
B. als Summations-
kurve.
Für die beiden
Fälle, daß die Summationskurve bei linearem oder bei logarithmischem Abszissen¬
maßstab eine Gerade darstellt, lauten die
der Summationskurve:
Gleichungen
Linear:
f(p)
=
0
f(p)
=
Clin
Qm
für
P
r
P
—
für
Clm
r
100
100
=
'
R—r
clm
R
25
P^R
?
(8 a)
r
—r
Logarithmisch:
f(p)
==
0
für
f(p)- Clog
*
n
'-'log
70
In p
r
P
—
Ci og
für
_
>
InR
—
r
~p^ R
100 In
100
lnr
clog
r
=
nR—1 nr
(8 b)
Berechnung der Kreisverteilung kompliziert
Schon für diese einfachen Funktionen wird die
Zwecks
Vereinfachung sei
a
=
R
sina und k
•
=
-r^r
(
r-)
1
geschrieben.
Für
a
J>
r
genug.
ist:
Linear:
n
--H-Ä
Ak„c
x^iin(a)
=
-n—
Clin"n
\
•
\
-^5-
2tt
2R
cosa
—-r^;;
sina
Logarithmisch:
3k
xioR(a)
WICKSELL
3.
cos3a
cioE
—
2tc
"Tr7-r~
3R'!sin'!a
.
(1925) hat für seine Methode gezeigt, daß dann, wenn die Kugelradienhäufigkeit durch die
Verteilung dargestellt wird,
Gaußsche
geben
=
die
durch ein
Schnittkreisradienhäufigkeit
gleiches
Gesetz ge¬
ist.
Berechnung der Kugelgrößenverteilung
Vorgängig
teilung der
Problems
ist
gezeigt worden,
lösen, wird
der
aus
vorerst die
—
.
x
2tc
.
(a)
=
geeignete Umformung
gebracht werden, und
es
3
a
bzw.
x(a).
Um die
-
möglich, h(p)
aus
x(a)
zu
Umkehrung
des
ersetzt:
-
i
kann dieser Ausdruck in die Form der Abelschen
ist somit
die Größen Ver¬
h(p) dp
/
./ p3Kp2—
da
h(p),
Häufigkeitsfunktion
durch eine
/'
dx
=
3
Durch
durch die Funktion
Summationsdarstellung x(a)
2n
-
gegebenen Kreisradienverteilung
einer
Kugelradienverteilung q(p),
gefunden wird, ausgedrückt
Schnittkreise
zu
wie
aus
Integralgleichung
betsimmen:
R
bW
Für die
-
(1925) gibt
/-aK'(a)—K(a)
__
von
a2
nach dieser Formel
h(p)
zwei numerische
)/aä
J
(9)
da
-,2
—p
empfiehlt
sich eine
graphische
Methode.
Verfahren, die der Lösung als Abelsche Integralgleichung
vorzuziehen seien. Das eine Verfahren beruht auf der
operiert
./
R)/R2-p2
praktische Bestimmung
WICKSELL
K(R)
2-f-
Berechnung
von
Momenten. Auch KRUMBEIN
mit den Momenten.
C.
In der Praxis ist
einer Ebene
es
in der
zu messen.
Dünnschliffebene
VUAGNAT
Schnittlängenverteilung
Regel einfacher, Abschnitte
Es lassen sich dabei nicht
liegen,
auf einer Geraden statt Schnittkreisradien in
Geraden
verwenden, die
in einer Anschliff- oder
sondern auch Mantellinien eines Bohrkerns.
(1949) empfiehlt ebenfalls,
und SCHNEIDERHÖHN
nur
auf einer Geraden
(1953)
Schnittstrecken statt Radien
weisen auf die
zu
messen.
Auch MÜNZNER
großen praktischen Vorteile ihres «Sehnenschnittver-
fahrens» hin.
71
Berechnung der Schnittlängenverteilung
1.
einer
aus
gegebenen
Kugelgrößenverteilung
An Stelle der Radien
Schnittkreisen in einer Ebene seien
von
den
Kugeln
nur
noch als Schnittstrecken
in
V0
aus
längenverteilung. L0
Verhältnis auf L0
Bezeichnungen
Geraden L0
liegen.
dN
-^—
7t
groß sein gegenüber 2R,
Für die
(p2
vorgehend erklärten
von
wenn
b2)
ihr
Mittelpunkt
Schnittstrecken > 2b auf
daß Schnittstrecken
von
folgenden
kurz Schnitt¬
jeder Länge
im
richtigen
Größen und Funktionen werden die früheren
und der
auf diesem Abschnitt
L0 sei mit M(b)
liegt.
bezeichnet. Davon entfallen
mit Radien zwischen p und p + d p,
Kugeln
vorhanden ist. Weil die
—
Schnittstreckenlängen heißt
der
so
Sie werden im
beibehalten. Eine Schnittstrecke wird dann als auf einem bestimmten Abschnitt der
Schnittstrecken auf
schnitt
muß sehr
die Abschnitte analysiert, die
nun
Länge L0 herausgeschnitten werden.
bezeichnet, die Verteilung
liegend angesehen,
Die Anzahl
Anzahl
einer Geraden der
M
=
dM
denen im Einheitsvolumen die
von
Mittelpunkte geschnittener Kugeln
Länge L0 liegen müssen, gilt für
dp
Zylinder
in einem
vom
Quer-
p > b
dM="(^dN,
oder nach (1)
P
dM-M
\- 3L„.(p2-b2)-r(p)dD
und hieraus:
b
Wie im
ersetzt
vorigen
wird, q'(p)
Einheitsstrecke
Abschnitt läßt sich die
=
—
h(p) ist, und
gerechnet
Gleichung (10) normieren,
Stelle
an
von
die Anzahl
M(b)
indem nach
(3) f(p) durch q(p)
X(b) von Schnittstrecken >
2b pro
wird:
^fV^MP)^.
Mb)
t'
(11)
P
b
R
Es sei daran
2.
Vergleichung
Wie bei der
teilung
erinnert, daß für b ^
r
h(p)
0, d. h.
/
R
/
==
.
Schnittlängenverteilungen
berechneten
von
Schnittkreisanalyse kann
berechnet und in
=
für eine
mit
gegebene Kugelradienverteilung
passender Darstellung (Summations-
oder
die
gegebenen
Schnittlängenver¬
Häufigkeitskurve)
mit einer
ex¬
perimentell gefundenen Schnittlängenverteilung verglichen
werden. Für die einfachen Summations-
kurvengleichungen (8) folgt,
=
sofern b >
r
und wie vorher k
-r^—-1
1
-
^1
:
Linear:
,
3k
^
*iin0>)
=
-r-
/,
R
cim ( Inb
b2
„
'
\
1
100
,m
'
2 /
2R2
R
Logarithmisch:
>
(h\-**Lr
AldgW
72
—
.
4
1-^+-*
Mog 1
-JTJ3
,og\3R3
i"
,,
'3b
L\p
R
I
''
r
^loglog
10°
-
~~
InR
—
Inr
3. Berechnung der Kugelgrößenverteilung
einer
aus
gegebenen
Schnittlängenverteilung
a) Stetig verteilte Kugelradien
Die
Summationsdarstellung X(b)
wird auch hier durch eine
Häufigkeitsfunktion
ersetzt:
R
A(b)
-S'(b)
=
2bfh(P)rd-P
=
•
P°
b
Die
Umkehrung
dieser
Gleichung ergibt
h(b)
in welcher
gefunden
Gleichung
nochmaligem
nach
Differenzieren und Einsetzen
von
-2-A(b)--^-A'(b),
=
b durch p ersetzt werden
kann,
um zu
h(p)
(12)
gelangen,
zu
A(b):
oder
aus
der
q(p)
nach
(4)
werden kann:
q(P)
/Rh(b)db.
=
P
Dieser
Weg, auf dem direkt
ist viel einfacher als der
verteilung
von
vorerst in die
transformiert
zu
werden,
von
Schnittlängen-
der
VUAGNAT
(1949,
gemisch
Pi
im Räume
Vol.-%
was
gegeben
von
der
pt
Vol.-% Kugeln
vom
=
sei ersetzt durch eine
mit dem Radius pi, p2
Pl > ?2 > P3
(pt2
—
b2) L0 können Kugeln
2b
> 2b, pro Streckeneinheit,
folgt
führt.
gestufte,
Vol.-%
d. h.
es
ist ein
Kugel¬
mit dem Radius p2,...,
•
•
•
Pi
,
'
Pi3
vom
=
Radius p;
aus
einer
Geraden, deren Länge L0
p;. Die Anzahl
X,(b)
von
Schnittstrecken
3Pi(Pi2~b2)
4ÖÖp?
Xi(b)
von
100
daraus:
> (M
X(b)
> Pi >
•
herausschneiden, sofern b <
beträgt, Schnittstrecken >
Für die Gesamtzahl
•
1
4tt
-3n
Kugelradienverteilung
Gleichung
Radius p; pro Volumeneinheit ist
N:
Im Volumen
Schnittlängen¬
Kugelradien
Werte der
Kugelgrößen
Von ihm wird die
dann erst in die
...
R
Kugeln
um
zweimal nacheinander auf die Abelsche
Verteilung
mit dem Radius p;,
Die Anzahl
435) vorgeschlagene.
Kreisradienverteilung übergeführt,
b) Diskrete
Die kontinuierliche
S.
Kugelgrößenverteilung geschlossen wird,
auf die
•
Schnittstrecken > 2b pro Streckeneinheit, herrührend
von
sämtlichen
Kugeln, folgt
X(b)
=
V
3Pi(p^-b2)
L
400Pi3
(13)
•
p.>b
Um
tion
aus
X(b)
der
Schnittlängenverteilung
für die Werte
von
auf die
Kugelradienverteilung
zu
schließen, wird die Funk¬
b, die mit den Kugelradien übereinstimmen, benützt:
k—1
X(Pk)=
400
L
Pi3
•
(14)
73
Zum Auszählen der Streckenstatistik wird die Anzahl
schen 2 pk
+ i
und 2 pk, pro
Ak
=
X(pk + 1)
MPk)
—
der Schnittstrecken zwi¬
Längeneinheit, eingeführt:
V
3(pk»-P*k+1)
_
Pi
400
i
i
=.
mit
Pk2
Tk
PVl
—
\
3
1
Pk
Pk+i
R
R
400
400
(15)
/ pu
R
lassen sich für bestimmte Verhältnisse
DieTki
ausgehend
p,
lassen sich die
Gleichungsschema
Volumprozente
zum voraus
Kugeln
vom
berechnen und tabellieren. Von
Radius p; rekursiv nach
PlTu=0
A2-
vorliegende Rechnung,
die sich auf
0
T22
T21
P2
T,x
(16)
Pi
T,2-
Kugelgemische
stützt, gestattet offenbar die angenäherte Behandlung
von
Ti;
=
0
mit diskret verteilten
Kugelgemischen
mit
Kugelradien
beliebig
radien, weil eine solche Verteilung durch entsprechend feine Abstufung der Radien
angenähert
werden kann. Besonders
Reihe),
metrische
1,000
günstige
0,794
0,631
0,0794
1/10
0,501
der für
,
0,398
0,316
0,251
beliebig
0,200
0,158
0,126
...
Diese Reihe hat nicht
1, 0,5, 0,2, 0,1
nur
den
Vorteil, daß sie sich innerhalb jeder Zehnerpotenz in der Ziffernfolge
in der
Petrographie wichtigen
Intervall¬
0,8 und 0,4 gut angenähert. Das Auftreten runder
usw.; außerdem sind auch
Zahlen ist bei der
Streckenmessung
mit einem linearen
kaum anders
Verfügung steht,
ein Vorteil. Bei
zur
...
Reihe liefert:
wiederholt, sondern sie enthält mit großer Genauigkeit die
grenzen
p1( p2,
...
Kugel¬
gehalten wird. Besonders empfehlenswert ist
folgende
R
p1; p2,
verteilten
logarithmische Einteilung (geo¬
Verhältnisse liefert eine
bei der das Verhältnis p;: p1+1 konstant
für dieses Verhältnis der Wert
0,1000
folgendem
bestimmen:
A,
Die
pk:R
von
Pj der
Maßstab, wie
er
bei
Dünnschliffuntersuchungen
makroskopischen Messungen
wird
es
sich
dagegen
lohnen, einen logarithmischen Maßstab anzufertigen.
Mit der
obigen Intervallbildung
vereinfacht. Das
neue
nach
geometrischer Progression
werden die Koeffizienten
Tki
in
(16)
Rechenschema lautet:
Ax
Pi
1-@1
=
o
Pi
_Pj_ 0,
Pi
^-2-01
0,
P2
Pi
mit
0;
74
=
O
P2
pi
P2
®,-l-
J^
10
400
(iib1)1
—
1
Pi
(17)
0i=O,
Zur numerischen
weiteren
&i
02
@, durch
=
2,768
=
1,746
=
05
=
0,4387
Der Faktor
sehr
so
wenige
es, die 5 ersten Zahlenwerte
10-8
©,=-©!•
10"1
0n
=
0t
10-3
0,-02-K)-1
012
=
02-1O~2
•
10~3
©g-03-10-1
@13
=
03-1O-2
•
10-3
•
0(k
10-2
•
...
...
0n beträgt bloß
noch
1%
von
0ls
was
dadurch
ganz kleine Schnittstrecken liefern. Soll sich die
länger
und
zu
länger
über
©k
•
10-"
=
1, 2, 3, 4, 5
n
1, 2, 3,
große
werden,
=
=
erklären ist, daß
Analyse
zu
+ 5n)
mit k
10-3
brauchen also die Formeln deshalb nicht
weggelassen
anzugeben, da sich die
des Dezimalkommas finden lassen:
•
•
0,6952
0t genügt
der
Verschiebung
bloße
©a-1,102
04
Berechnung
...
große Kugeln
Bereiche
nur
erstrecken,
weil die vorderen Glieder
werden können.
100
90
S
80
o
L.
O-
£
>
60
50
100
176
200
IM
516
251
598
501
651
1000mm
7.91»
Korngrösse
Fig. 25. Gegenüberstellung einer theoretisch gegebenen
Summationskurve und einer
aus
entsprechend konstruier¬
Schnittbild durch Schnittstreckenstatistik erhaltenen
tem
Treppenkurve.
Die
Fig.
25
gibt
einen
logarithmischer Fall,
Anhaltspunkt
ist ein Modell
den theoretischen Schnittbildern in
Kugelradienverteilung,
die
welche Geraden den Abstand
Die
Möglichkeit,
Werten der
zu
Kugelradien
von
lösen,
wobei meistens angenommen
Wicksell
ben Tabellen
Fig.
3. Die ausgezogene Kurve
längs
3,5
von
(1925),
veröffentlicht,
20
parallelen
hatten. Das
cm
ist fast
an
der
entspricht
je
von
Testbeispiel zeigt,
der
1
zu
zugrunde gelegten
Schnittstreckenanalyse.
m
Länge aufgenommen,
daß die Methode gute Dienste
die Genauigkeit gestellt werden.
Problem
von
Geraden
(8),
gezeichnet worden, analog
näherungsweise durch
allen Autoren
unabhängig
die Annahme
von
diskreten
voneinander erkannt worden,
wird, daß die Schnittflächen, bzw. Radien, und nicht die Schnittstrecken
gemessen werden. VUAGNAT
gewiesen.
Schnittkreisen auf 1 m2 Fläche
anfangs gestellte
zu
der Methode. Nach VII. B. 2., Formel
von
große Anforderungen
das
Genauigkeit
gestrichelte Treppenkurve zeigt das Resultat
Die Schnittstreckenstatistik wurde
leistet, solange nicht
über die
(1949)
hat erstmals auf die Vorteile der
Johnson
welche die
(1946)
und
Münzner und
Schnittstreckenmessung
hin¬
(1953)
ha¬
Schneiderhöhn
Berechnung erleichtern, während VUAGNAT graphisch vorgeht.
WICKSELL und VUAGNAT bedienen sich linearer
Abstufung
der
Kugelradien,
JOHNSON
der
gün75
stigeren logarithmischen,
während
MÜNZNER
und
handeln und vereinfachte Formeln für die beiden
eine
Zehnerpotenz,
Tabellen für
Spezialfälle geben.
logarithmische Abstufung von
die Stufen
um
weniger
beliebige Abstufungen
be¬
VUAGNAT beschränkt sich auf
während WlCKSELLs Tabellen die Grenze derselben
logarithmisch abstufend, variiert
SON, obwohl
SCHNEIDERHÖHN
knapp
überschreiten. JOHN¬
als eine volle
MÜNZNER und SCHNEIDERHÖHN
Zehnerpotenz.
gelten
Die
für zwei Zehner¬
potenzen.
D.
Längenverteilung
die
passende
Bei allen bisher
kreise eines
Methode bei
Flächenbereiches,
0 510
dann
zu
Fällen,
einem
steigt
großem Variationsbereich
20
der
fallen
—
Korngrößen
sowie in allen zitierten Arbeiten werden sämtliche Schnitt¬
50
Geraden,
Das
ausgemessen.
Längeneinheiten
100
Maßstab, mit dem die
tragbaren Aufwand,
sehr kleine
wo
Rasterpunkte
bzw. sämtliche Schnittstrecken auf einer
die Durchmesser der kleinsten und
In
die auf
26. Schematisches Schnittbild (Kreisschnitte) mit Raster, darunter logarith¬
mischer
nur
Schnittstrecken,
besprochenen Verfahren,
Fig.
führt
von
ausgezogenen Sehnen gemessen werden.
wenn
die
Kugelgrößen nicht
größten Kugeln möglichst
stark
innerhalb derselben
variieren, d. h.
wenn
Zehnerpotenz liegen.
Kugeln (volumenmäßig ins Gewicht fallend) neben sehr großen vorkommen,
die Anzahl der kleinen Schnittelemente
(Kreise oder Strecken) ins Unermeßliche, da wegen der
großen Kugeln ein großes Gebiet analysiert werden muß. Es ist daher vorteilhaft, nicht sämliche Schnitt¬
elemente
fallen
zu
zählen, sondern
(Fig. 26).
Bei der
nur
die, auf welche die Punkte eines auf die Schnittfläche gelegten Rasters
Messung ergibt
sich damit ein
lassen sich in der Praxis Schnittstrecken leichter
im
folgenden
großer Zeitgewinn.
messen
Vorerst sei wie unter C. 3.
Kugelgemisch
aus
p1
mit dem Radius p„
76
...
gezeigt hat,
Behandlung wird
daher auf die Schnittstrecken beschränkt.
1. Diskrete Werte der
> P, >
Wie sich bereits
als Kreise. Die theoretische
b)
angenommen, daß die
Vol.-% Kugeln mit dem
...
zusammensetzt. Der
Kugelradien
Kugeln gestufte Größen aufweisen,
Radius pl5 p2
größte
Vol.-%
Radius sei R
=
mit dem Radius p2,
plt also R
=
daß sich das
...,
p;
Vol.-%
px > p2 "> p3 >
...
Man denke sich das isometrische Testvolumen
Im Innern
von
V0 liegt
eine
große
Zahl
von
V0,
dessen Durchmesser
die
Rasterpunkten,
M0 betragen
sein;
punkte
auf
jeden
werden, daß die
einer Fläche
gegenüber
Fall
Rasterpunkte
Rasterpunkte enthält, wenigstens
gleich
den,
zu
daß die
Im Volumen
V0,
dem Radius p,
das
M0 Rasterpunkte enthält,
mit Radius p, fallen. Durch diese
Sehnen
(Schnittstrecken)
lumen vz eines einzelnen
nur
Kugelzentren
durch die solche Geraden
\ px2
kommen
so
gehen,
—
b2
macht
aus.
vom
Volumen v,
mit Radius p,
Rasterpunkte
wieder angenommen
wer¬
Überlegungen,
die
V,
Vc
100
von
Kugeln mit
Innere
von
nun
Kugeln
vom
parallele
aus
den Geraden
nun
Frage, die
\ p,2
von
Geraden
—
gefordert,
aus
Geraden
die
herausgeschnitten
daß ihre
b2 besitzen.
Körpern,
gelegt und
Länge min¬
herausgeschnitten
Die
Rasterpunkte,
die zentrische
Kreiszylinder¬
Radius p, herausschneiden
(s. Fig. 27).
Das Vo¬
zylindrischen Schnittkörpers beträgt
Das Gesamtvolumen
Kugeln
den
noch Sehnen in
Kugeln
vz
es
von
höchstens den Abstand
den
Gebiet, das
Schnittstrecken (s. Text)
befinden sich im Innern
aus
nun
M0 Rasterpunkte, die ins
100
Rasterpunkte sollen
betrachtet werden, die
destens 2 b betragen soll,
flächen mit Radius
von
M,
Länge, die zwischen 0 und 2 p, liegt. Wird
werden. Sie besitzen eine
den
wird das Teilvolumen
Darin finden sich
daß das
oder
F0 oder einer Linie L0 anstellen.
lassen sich leicht mit einer Fläche
Kugeln
von
gegenüber
gefordert
(Geraden)
R, und daß die
V0 verteilt sind; analoge
im Volumen
Fig. 27 Zur Lange
werden, welche
Hauptsache ist,
dicht auftreten. Einfachheitshalber soll
führen,
eingenommen.
Die
ist
groß
angeordnet
ein. Es muß daher auch nicht
sie können auch auf einer Linie
Zylinders) liegen.
eines
in einer Dimension
M0 Rasterpunkte gleichmäßig
den selben Schlußformeln
Kugeln
sind;
räumlich verteilt
Rasterpunkte
Schema
statistisch ist, nehmen die einzelnen Raster¬
Kugeln zufällige Lage
den
(Ebene, Mantelfläche
in diesem Gebiet überall
Anordnung
der
groß sei.
R sehr
soll. Die
geometrischen
können im Prinzip statistisch verteilt oder nach einem bestimmten
da vorausgesetzt wird, daß die
gegenüber
4tt
=
^
p,3
=
4f-(p.3-b»),
einer einzelnen
Kugel den
(18)
Bruchteil
VZ1 der sämtlichen zylinderförmigen Körper, die
herausgeschnitten
werden
vz
v,
V,
im Innern
von
V0
aus
den
können, beträgt
_b^
=
100
n
3
77
ist der Anteil
WA
von
V0, in dem Rasterpunkte liegen können, die auf Schnittstrecken > 2b
Volumen
am
gegebener Richtung
fallen. Die Anzahl dieser
In Prozenten der Gesamtzahl
M0
der
Richtung.
-
2b
von
Rasterpunkte, innerhalb
Der Prozentsatz
V0 beträgt
von
Pi(l—^-)
=
Kugeln mit Radius
von
Rasterpunkten,
an
im Innern
ausgezählten Rasterpunkte ausgedrückt, fallen
f.(b)
Prozent der
Rasterpunkte
gegebener Richtung fallen, ergibt
f(b)
(19)
p„ auf Schnittstrecken > 2b
die innerhalb sämtlicher
sich durch
Summierung
aus
Kugeln
von
gegebener
auf Schnittstrecken
Gleichung (19):
£p,(l- ^).
=
(20)
P.> b
Die Schnittstrecken werden nach
demselben Schema
betragen.
gebildet
Zugehörigkeit
werden wie die
Der Prozentsatz cpk
=
f(pk + i)
gruppiert,
gestuften Kugelgrößen,
solchen auf Schnittstrecken > 2 pk. Er ist
<Pk
Intervallen
deren
nämlich
Intervallgrenzen
2pl5 2p2, 2p3,
...
nach
2pk,
Rasterpunkten, die auf Schnittstrecken zwischen 2 pk +1 und
von
fallen, ist gleich der Differenz der Prozentsätze
von
zu
von
Rasterpunkten auf Schnittstrecken > 2pk+1
gegeben
...
2 pk
und
durch
f(pk)
—
H'-Tf)^'-^')^ -(-1^
'-£M'-S)*+-"+('--£tKi
?k=
Formel
(21) erlaubt
streckenstatistik <p;
zu
k
=
7,-fi
Pk8-p'k+i
(21)
•
die Volumprozente p; der Kugeln vom Radius p; aus der Schnitt¬
berechnen, indem mit den größten Schnittstrecken zwischen 2px und 2p2 be¬
es, rekursiv
gonnen wird. Die Schnittstreckenstatistik wird
Auf eine Schnittfläche durch das
folgendermaßen
Messungen erhalten:
aus
Kugelgemisch wird ein Raster
gelegt
und für
jeden Rasterpunkt
bestimmt, welchem Größenintervall die Schnittstrecke angehört, auf der der Punkt liegt (Fig. 26). Die
totale Anzahl der gemessenen
sei nk. Daraus können bei
Die Formel
(21)
Rasterpunkte
großer Anzahl
läßt sich außerordentlich
n
sei n, die Anzahl Schnittstrecken des k-ten Intervalls
die Prozentsätze <pk bestimmt werden: <pk
vereinfachen,
wenn
Gleichung (21) geht jetzt
=
vi_1Pi.
mit
v
10
10
=
.
über in
k
^
=
(^-3-^k)}]v£3i
1
=
und erlaubt durch Kombination mit cpk—t eine wesentliche
Vereinfachung:
k
^3k
"Pk-1
=
3
^3
y3k
\
/
1
i= 1
«Pk-i
78
=
-J
y3k
p,
l~„3i-3
-Pk(v"3-1).
3
"~
v3
—-
wie S. 74 angenommen wird,
i_
Pi
=
^3k
p
~SJT-S
'
•
100.
Die
px der
Volumprozente
streckenhäufigkeiten
Kugeln
vom
Radius p, lassen sich auf Grund der zwei
<p; bezieht sich auf das
9; und cp,-! berechnen.
Größenintervall mit
strecken unmittelbar kleiner als pi; 9,_x auf das benachbarte Intervall mit
Es ist also nicht
Volumprozente
vorerst rekursiv die
nötig,
rechnen. Die Formel für die
Volumprozente
beliebigen Kugelgröße
p, der
v
P.=
Mit
v
=
1
1
lO^1/'0 ist v3
=
-j-q-g-cö"
=
-=-
2y,
Beziehung eignet
sich besonders gut
(Häufigkeitsverteilung)
mations-)Kurve
in die
cp^
graphischen
zur
(22)
für p, die besonders einfache
Beziehung:
(22a)
.
Transformation der Schnittstreckenstatistik
Darstellung der volumprozentischen Korngrößenverteilung
Treppenform,
in
—
wie
28
Fig.
zu
lautet:
<P.-i
ergibt sich
es
p, gg
Diese
Schnitt¬
Schnittstrecken.
1
und
,
größeren
Schnitt¬
größeren Kugelklassen
sämtlichen
von
prozentualen
als
(Sum-
zeigt.
100
fP^"1
D
75
i
!
50
/
*
/
,
i
N
S>
25
!
1
\
Vi
1
1
1
i
1
i
-
1
i
I
1
r-i
cäf
i
1
je
1
{
t—
>
0 5
4
»-
i
1
1
'
Korngrosse
Fig. 28. Graphische Ermittlung der Korngrößenverteilung
Streckenstatistik: Diskrete Werte der
2.
der
Darstellung
Zur
tionskurve) verwendet.
erfüllt
sind,
besteht
Stetig
verteilte
Kugelgrößenverteilung
Sie
gibt
einfache
der
Kugelradien
sei eine monoton wachsende Funktion
P(p) (Summa-
für den variablen Wert p an, wie viele Prozente des Raumes
die einen kleineren Radius als p aufweisen. Zu der in Formel
folgende
aus
Kugelradien.
(3)
von
Kugeln
verwendeten Funktion q (p)
Beziehung:
P(p)=100(l-q(p)).
Aus
P(p)
läßt sich nach Definition ohne weiteres
deten Testvolumen
Rasterpunkten ist,
V0
von
Kugeln
die innerhalb
von
(23)
angeben, welcher Teil V(p) im vorstehend
mit Radius < p erfüllt ist, und wie
groß
liegen.
Es ist
V0
in
Kugeln
V(p)
mit Radius < p
die Anzahl
verwen¬
M(p)
von
V„
ioSP(p>'
und
M(P)=
^P(p)
79
Das Volumen dV
Kugeln
von
mit Radien zwischen p und p +
dp beträgt
dV=^-.P'(p)dP,
und demnach ist die Anzahl
Rasterpunkten
von
in
vorstehenden
zur
strecken <C 2 b
ausgezeichnet sein,
sich wieder
Schnittstrecken,
um
welche durch die
nur
wird
die
den
von
Rasterpunkte gehen.
Formel
geben
(18)
verwendeten
mit
von
aus
parallelen
sich in einem
wenn er
Zylinders (Fig. 27) befindet.
gestuftem Radius,
Geraden
vom
ausgegangen. Es handelt
herausgeschnitten werden,
Radius p
liegt
ringförmigen Körper
Das Volumen des
sollen Schnitt¬
ein
Rasterpunkt
außerhalb des für
ringförmigen Körpers ist
ge¬
durch
4ir
Ring
vr macht
vom
4tc
Volumen vp
=
p3
—
b».
3
v^
der
Im gesamten
von
Kugeln mit
(24)
Kugel den Bruchteil
b3
_
_
p3
vP
aus.
von
gegebenen Kugel
vr=
Der
Kugeln
analogen Voraussetzungen
Kugeln
In einer
dann auf einer Schnittstrecke < 2 b,
-P'(p)dp.
^
Betrachtung
sonst
mit Radien zwischen p und p + d p
M
dM=
Im Unterschied
Kugeln
Radius zwischen p und p + d p erfüllten Teilraum in
V0 wird
nur
der
Teil
von
solchen
ringförmigen Schnittkörpern eingenommen.
Rasterpunkte.
In Prozenten der Gesamtzahl
dw
M0
=
In ihrem Innern
liegen
ausgezählten Rasterpunkte ausgedrückt, fallen
der
-^--P'(P)dP
(25)
P
Prozent der
Rasterpunkte, innerhalb
strecken < 2 b
von
von
gegebener Richtung.
Schnittstrecken < 2b
von
schieden werden: Ein
Teilbetrag
liegen, ein Teilbetrag
Kugeln mit Radius zwischen
Soll der gesamte Prozentsatz
w von
gegebener Richtung fallen, berechnet werden,
wx bezieht sich auf
w2 bezieht sich auf
wi
Rasterpunkte,
Rasterpunkte
in
p und p + d p, auf Schnitt¬
so
die in
Rasterpunkten, die
Kugeln
Kugeln mit Radius
auf
müssen zwei Fälle unter¬
mit Radius p < b
p > b;
P(b)
=
fP'(p)dpfP'(P)dph3
I
w
1/
P
3
D
KR_Q
—
,
pmax,
b
R
w(b)
=
P(b) + b3
j'*M*P-.
(26)
b
Der Prozentsatz
w(b)
von
Rasterpunkten, die
len, wird experimentell gefunden,
80
z.
auf Schnittstrecken < 2b
B. durch Summation und
von
gegebener Richtung
graphische Ausgleichung
der
fal¬
<pk-Werte,
gefunden werden
die nach dem auf S. 78 beschriebenen Verfahren
in die
folgenden
Funktion. Die
Formeln nicht ein,
Integralgleichung (26)
==
w'
Genauigkeit
Intervalleinteilung geht
eine Rolle.
P(p)
ist die
gesuchte
läßt sich auf einfache Weise durch Differentiation lösen:
dw
db"
aber für die
spielt
können. Die
=
P'(b) +
3b3fP'(p)3dp
P3
J
b
w'
P(b)
der
P(b)
von
=
b
==
W(b)
von
(27)
'
'
db
3
Kugeln mit Radius b
Prozenten
w(b)
3(w-P(b))
=
p ;> 0 erfüllte Raumanteil des untersuchten
=
die auf Schnittstrecken bestimmter
in Prozenten sämtlicher
Richtung von
Fig, 29.
.
aus
(27) ermöglicht
üblicher Weise
Graphische
eine einfache
0 fallenden
der
Fig.
b
1
10log Q =10log b
halbe SchniHstrecke
•
$
Korngrosse
x
Ermittlung der
Rasterpunkte
=
Korngrößenverteilung
stetig verteilte Kugelradien.
graphische Lösung.
aufgetragen (Summationskurve,
x
Länge 2b ^
-*
0
der Schnittstreckenstatistik:
In der arithmetischen Abszisse
der
gezählter Rasterpunkte.
Masslab
Formel
Gebietes, in
dessen Gesamtvolumen.
29
mit
Die Funktion
logarithmischem
ausgedrückt,
mit
x
=
w(b)
wird
horizontalem b-
"log
b
—
ulog p,
=
graphisch
in
p-Maßstab).
schreibt sich Glei¬
chung (27):
P
Der x-Wert
von c
ein für alle Mal
w
kann für die beiden
'
3 /nu
dw
dw
1
=
~cTx
=
w-
c
•
dx
gebräuchlichen logarithmischen Einteilungen
der b-
p-Achse
angegeben werden:
81
Dekadisch, d. h. p
=
b
Wentworth-Skala, d. h.
10x
=
p
=
:
b
cd
die
Tangente
an
w(b)
0,14476,
cw
=
den
0,48089.
zugehörigen
der Ordinatenachse
c von
w'
•
b
—-—
.
Dieser Wert wird
gesuchten Summationskurve P(b)
=
dieser
zu
w(b)
w'
von
•
b
—-—
zu
Tangente durch
erhalten, wird im Punkt
B
einen auf der Abszissen¬
Pol A schneidet die Ordinatenachse in der ge-
liegenden
von
Wert
im Punkt B
abgezogen und liefert
einen Punkt der
P(p).
20
10
05
0?
:
die Kurve gezogen. Die Parallele
achse im Abstand
wünschten Höhe
2X
=
Um für einen Punkt B der Kurve
=
100mm
50
20
10
50
Korngrosse
polierten Anschliff
einer
gemischt wurde, punktierte
Linie
Fig. 30. Ergebnis einer Korngrößenanalyse
Linie
=
Siebkurve, nach der
der Beton
am
=
Resultat der
3.
Die
Betonprobe (s. Fig. 31); ausgezogene
=
Streckenstatistik, gestrichelte Linie
Analyse.
Beispiel
Fig. 30 gibt das Resultat einer Korngrößenanalyse, die nach der Rastermethode
schliff einer
verteilung
Für die
Betonprobe
aus
der EMPA
ausgeführt
der Schnittstreckenstatistik
gröberen Fraktionen
ist die
wurde
erfolgte
(Fig. 31).
Die
Ermittlung
größten
gegen gut.
82
Gerollen
von
8
Übereinstimmung
cm
Durchmesser
an
einem An¬
Korngrößen¬
nach den unter 1. und 2. beschriebenen Verfahren.
zwischen den ermittelten Korn Verteilungskurven
und der bekannten Siebkurve nicht besonders gut, da die Anschlifffläche
mit den
der
zu
klein
war.
von
30
x
30 cm2
verglichen
Die feinen Fraktionen stimmen da¬
Fig.
31. Anschliff
an
Betonprobe
30
s
30
cm-.
Photo EMPA
83
Zusammenfassung
Die
zur
systematische Zusammenstellung
scheinung
an
elastischer
wenigen hundert
digkeit
Metern
registriert.
3
von
m/sec
und
aufgenommen
für den 1
Verwitterung
T.
z.
neue
Es werden
geteilt,
und
Ermittlung
zwar von
der
Distanzen
der Trommel
einigen
auf einer rotierenden
ergab
sich die Geschwin¬
Gesteinen sind zwecks relativer
von
Stäben im Labor untersucht worden.
umfassenden
petrographischen Charakterisierung
Korngröße
petrographischen
ist im
fünf bis
von
von
Konglomeraten besonders Rechnung
zur
künstlichen
beschrieben, während die theoretische
Teil
Korngrößenbestimmung in einem Schnitt im Schlußkapitel behandelt ist.)
zur
Messungen
nur
in
Wege beschritten worden sind. (Das verwendete Verfahren
Gesteinsproben
der
Entwicklung der Verfahren
An
Biegeschwingungen
möglichst
einer
zu
Oberfläche) erzeugt und
der
an
Fortpflanzungs¬
anstehenden Gesteinen ge¬
an
nötigen Verstärkung
langen Registrierstreifen.
m
Methoden
nach der
und
Umlaufgeschwindigkeit
Torsions- und
werden beschrieben, wobei der
getragen ist, da
v-Werte)
—
Piezokristall-Beschleunigungsmessern
Bei der höchsten
Vergleiche Longitudinal-,
verwendeten
dartut. Im ersten Sinn ist die
Longitudinalwellen (Vj-Werte
Tauchspulmikrophonen
Trommel
solchen, bei denen sich die Elastizität als komplexe Er¬
und
Erschütterungen wurden durch Sprengung (meist
worden. Die
messen
gilt
kompliziert aufgebauten Material
einem
geschwindigkeit
Die
der Gesteinselastizität führt
Bestimmung
zur
Erkenntis, daß zwischen Methoden unterschieden werden kann, bei denen die Elastizität als charak¬
terisierende Konstante des Gesteins
mit
der Methoden
Sandsteinen und
an
Aufschlüssen bei
der schweizerischen Molasse mit¬
Konglomeraten
Ostermundigen, Bach, Sorbach bei Eggiwil,
Ob. Frittenbach bei
Langnau i. E., Goldau und Bergholz bei Ebmatingen. Vorgängig der tabellarischen Zusammenstellung
der Meßresultate auf S. 51—52 sind die Aufschlüsse
verschiedenen
Gesichtspunkten
bzw. beschränkte
Inhomogenität
Probengröße veranschaulicht.
für Bausandstein
niedrig
gestreift
von
homogen
mindestens
am
zeigt der Bächer Sandstein, der 7%
Färbung unterscheidet,
unter solche
von
(1951a)
MANN
niedrigen
von
Streuungen bei wechselnder
Elementen
an
sind diskutiert. Die
v-Werten bis
zu
solchen
von
18 bis
Ostermundigen
v-Werte
an
geringem Erfolg
im Labor mit etwa 5
Konglomerate zeigen
um
5
km/sec.
von
10
7% in den v-Werten ermittelt worden. Mit v,
sind
von
gemessen
alpin
Die
an
Material, das sich
durchschnittlich 2,22
eine erstaunlich
Erklärung
versucht worden. Hierzu ist
105 cm/sec bestimmt worden. In
worden, die
disloziert worden
große
ist, den
in der
km/sec,
von
dar¬
GASS-
von
Zusammenhang
sehr
mit
letzterer ist mit BRUGGEMANS
-i/¥
u.
nur
Variabilität
Erstere sind leicht verständlich im
Konglomeraten.
m
=
20% erklärt werden mögen. Dage¬
3,05 km/sec, gefunden worden. Erklärungsmöglichkeiten nach der Theorie
Theorie mit
Quarzit
von
erscheinenden Gesteinen sind
Grundwasserspiegel
über dem
Ermittlung
Porosität aufweist und merklich
In
von
Frage der Definitionen für statistische Homogenität
gelben Ostermundiger Sandstein Werte
4,48 km/sec.
typischen Zerfallserscheinungen
(1937)
Die
und durch die
sind und durch die hohe Porosität
erstaunlich hohen v-Wert
84
gesichtet.
1,27 km/sec sind
vt
=
ist
Bei sehr
Längserstreckung Streuungen
2,22 km/sec und
gen
aus
Die Resultate werden
eingehend beschrieben.
a.
/
V
bezug
—
an
Stäben
von
dichtem
P
auf
günstige
Meßorte wurde
herausgefunden, daß
Kapitel
Jm letzten
sind die theoretischen
in einem Schnitt
bestimmung
Es wird
sich außer frischen Aufschlüssen in Steinbrüchen
die Felssohlen
usw.
Bach-
von
eignen.
tobeln gut
Grundlagen
gegeben,
verschiedenen Verfahren der
zu
Vergleichung
die alle auf der
mit
Korngrößen¬
Kugelgemischen beruhen.
erkannt, daß bei starker Verschiedenheit der Korngrößen die passende Meßmethode darin
besteht, mit Hilfe eines Rasters eine Auswahl
rechnung ist
es von
Vorteil,
statt
geschnittenen
von
der Durchmesser Sehnen
Gleichung
durch eine durch einfache Differentiation lösbare
gleichung
graphische
sonders einfache numerische und
streckenstatistik
Körnern auszuscheiden. Für die Be¬
messen, weil dann die Abelsche
zu
mitgeteilt,
Verfahren
die
ersetzt
von
Integral¬
wird. Es werden be¬
der gemessenen Schnitt¬
volumprozentischen Kugelgrößenverteilung führen.
zur
Summary
elasticity of
The
rocks may be measured
results which contribute
the
of
velocity
a
fewcharacteristic
of
propagation
longitudinal
number of rocks in situ. The elastic
on a
the rock-surface, and
picked
were
torsional and
which the
applied,
series
(Cantons
petrological
of Berne,
and seismic
and illustrated
spread
from
investigations
problem
stone used for
shows v,
building
the
The
5
groundwater
conglomerates show
km/sec.
The low values
weathering.
An attempt to
a
explanation
an
can
homogeneity
high
and
other
2.63
gr/cm3)
artificialiy produced
and
was
fresh
On
of 1
on
and v,
mean
the
easily
values
found
rock
by
a more
procedures
by
were
descrip¬
detailed
samples is described
They
inhomogeneity
of 10
m
in the petro-
chapter.)
may be
an
signs
discussed from
are
is
briefly
referred to
highly homogeneous
length.
km/sec. These values
theory
The
are
yellow
explanation.
km/sec
in consideration of the
(1951a)
km/sec
.
below
is discussed.
as
high
as
.
met with little success.
.
cylmdncal
on
sand¬
typical disintegration by
(1937) theory
determined
sand¬
Alpine
Ostermundigen
above and 3.05
of GASSMANN
BRUGGEMANs
a
On the contrary,
of dislocation dueto the
Two types of
rocks
sandstone
small for
from very low v-values up to such
was
to
new
in rock sections in the last
km/sec.
iE
I
longitudinal,
described in detail and the results of
considerable
on
been
are
v-value of 2.22
based
having
circumference, the
m
conglomerates of the Swiss molassic
18—20%
of
fired at
and
profiles
1.27
-=
explosive,
measured. The methods
of various size. In
samples
of
rocks the
some
were
conglomerates,
limited
or
v-value of 4.48
be understood
the
charges
small
of rock
The outcrops
extremely great variability
explain
in
disintegration
For the purpose of this investiqation the value of
quartzite (density
grain size
high porosity
only, show
An
a
give simple
been determined
few 100 meters. After
m/sec.
3
of them
v-values) have
stated in tables 1—III onp. 51—52.
km/sec
astonishingly high
=
also described. Where
are
showing 7% porosity and
colour
level.
being
has been found in
7°0
some
rotating cylinder
a
to some sandstones
are
2.22
purposes. The
shows the
different in
--
values
grain-size determination
by the varying spread obtained
the sandstone from Bach,
orogenesis,
for the
of statistic
over
—
and circular columns
investigated
Schwyz and Zürich).
in the v-values of
Ostermundigen
stone,
was
quoted refer
measurements
(vi
produced by
on
paper
reetangular
the theoretical treatment of
different aspects. The
a
of
of the rocks
waves
registered
for instance for the determination of
logical part,
only
elastic
Only
of the rock. With this end in view
description
the
to
waves were
were
given. (The procedure applied
tion is
The
bending-vibrations
petrology
as
figures
Photographie recording
of the
methods.
numerous
up in distances from 5 to
appropriately amplified, the Signals
highest speed
by
cores
of dense
P
be 5-105
surfaces
the
cm/sec.
in-situ
1t
was
rocks
found that beside
quarries
creek-bottoms
provided
in
suitable outcrops.
85
In the last
is
given,
chapter the theory
all of them
basing
sizes has to be dealt
to
on
of different
equation
which
procedures
are
can
of
easily
be solved
measuring large
and small
by
(1955c).
grains
a
in
grain size
in sections
great variety of grain
a
single Operation
is
grains,
designated by a
points
grain-size distribution from sectional measurements is much
e. g. to such
lattice of
integral equation
by simple differentiation. Especially simple
which the measured distribution of chords
(volume percentages)
RÖTHL1SBERGER
for the determination of
measured instead of diameters; Abel's
described
size distribution
way of
to a selection of
to the section. The calculations
are
procedures
distributions of spheres. It is concluded that when
with, the only
restrict the measurements
easier when chords
86
on
of
spheres.
An
english
can
is then
laid
replaced by
numerical and
an
graphic
be transformed into the
paper od these methods has
appeared
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91
Lebenslauf
Am 1. Februar 1923 wurde ich als Sohn des Johann Josef und der
Margaretha Röthlisberger-Stucki
Maria
in
Langnau i.
E.
geboren,
wo
ich die Primär- und Sekundärschule besuchte. Anschließend trat ich im
Frühling
1943
reitung
die
1939 ins Staatsseminar Bern-Hofwil ein und erhielt im
das
bernische
am
Primarlehrerpatent.
Nach
entsprechender
Humboldtianum bestand ich im Herbst 1943 die
Aufnahme
an
die
Abteilung
Frühling
Vorbe¬
Prüfung für
für Naturwissenschaften der
Eidge¬
nössischen Technischen Hochschule und absolvierte die Studien in geo¬
graphisch-geologischer Richtung.
Herr Prof. Dr. P.
Niggli
Als
Diplomarbeit bearbeitete ich
unter
Mineralogisch-Petrographischen Institut
am
das
Thema «Profile durch das Gotthardmassiv zwischen Ulrichen und dem
Griespaß
Diplom
unter besonderer
Berücksichtigung
der
erwarb ich im Herbst 1947. Während der
Frühjahr
1954 erstreckenden
F. Gaßmann
am
Institut für
Tätigkeit
Gefügeregelung».
nun
folgenden
Das
sich bis
als Assistent bei Herr Prof. Dr.
Geophysik
war
mir die
Lösung der
Preis¬
aufgabe «Über die Elastizität fester Gesteine» sowie die Ausführung der
experimentellen
schrift des
und theoretischen Arbeiten und die
Manuskriptes
zur
vorliegenden
selbe Zeit fällt meine Teilnahme
den zwei
an
weitgehende
Dissertation
möglich.
1950 und
1953) und
Koch nach Ost-Grönland
an
einer der
(Sommer 1951).
ich als Naturwissenschafter
an
der
suchsanstalt für Wasserbau und Erdbau
92
Expeditionen
Seit dem
Abteilung
an
In die
Baird-Expeditionen
«Arctic Institute of North America» nach Baffin Island
jahre
Nieder¬
für
(Sommerhalb¬
von
Dr.
Frühjahr
Hydrologie
der ETH
des
tätig.
Lauge
1954 bin
der Ver¬