Zur Geologie der kohleführenden Grünbach

Zur Geologie der kohleführenden
Grünbach-­Formation und der Gosaumulde
von Grünbach (NÖ)
Erich Draganitsa*, Michael Wagreicha, Gerald Hofera, Christa-Charlotte Hofmannb, Doris Reischenbacherc,
Marie-Louise Grundtnera, Stephanie Neuhubera & Magda Bottigd
a
Department für Geodynamik und Sedimentologie, Universität Wien, Althanstrasse 14, 1090 Wien
Department für Paläontologie, Universität Wien, Althanstrasse 14, 1090 Wien
b
Department der Angewandten Geowissenschaften und
Geophysik, Montanuniversität Leoben, Franz-JosephStrasse 18, 8700 Leoben
c
Geologische Bundesanstalt, Neulinggasse 38, 1030
Wien
d
Zusammenfassung
In der Grünbach-Formation („Kohleführende Serie“) des
unteren Campaniums in der Gosau Synklinale von Grünbach wurde ein 141 m langer und bis zu 4 m tiefer Baggerschurf durchgeführt, der eine lithostratigraphische
Detaildokumentation von mehr als 44 m ermöglichte. Es
wurden 92 Proben genommen, an denen der Kalkgehalt,
Gehalt an organischem Kohlenstoff, Mineralogie, Gesamtchemismus, Kohlemazerale, stabile Kohlenstoffund Sauerstoffisotope, Nannofossilien und Pollen analysiert wurden. Die Sedimente sind in überkippter Lagerung mit Fallwerten von durchschnittlich 346/24 und
beinhalten Tone, Mergel, Silt- und Sandsteine mit nur
sehr wenigen Konglomeratlagen. Es finden sich 7 Schichten, in denen Kohlepartikel angereichert sind, davon ist
jedoch nur ein 25 cm mächtiges Flöz als richtige Kohle
anzusprechen.
Einleitung
Kohle ist nach wie vor ein sehr wichtiger Energierohstoff
und wird es auch in den nächsten Jahrzehnten bleiben
(BP 2011a, 2011b). Die aus der Kreidezeit stammenden
Kohlevorkommen im Raum Grünbach an der Hohen
Wand sind eine der bedeutendsten Steinkohlevorkommen in Österreich (Kreiner 1994), aber trotz der fast 150
jährigen Bergbautätigkeit existiert kaum verwendbares
Probenmaterial in Sammlungen (Bottig et al. 2010). Da
zusätzlich Aufschlüsse nur sehr spärlich vorhanden sind,
wurde im Rahmen eines von der OMV E&P geförderten
Universitätsprojektes, basierend auf einer Kompilation
der geologischen Karten, Haldenkataster und Bergbaupläne im Rohstoffarchiv der Geologischen Bundesanstalt
(siehe Abb. 1), ein Baggerschurf für die Beprobung von
kohleführenden Gesteine geplant (Bottig et al. 2010).
Dank der Unterstützung durch die Agrargemeinschaft
Abb. 1: Ausschnitt der geologischen Streckendokumentation im Kohlebergbau von Grünbach (Nordflügel, 6. Sohle
vom Lupat-Sprung nach Osten, 1:500), aufbewahrt im Lagerstättenarchiv der Geologische Bundesanstalt (L-1349/1K).
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Abb. 2: Geologische Übersichtskarte und Lage des Schurfes. a) Stark vereinfachte geologische Karte von Österreich
mit den Vorkommen der Gosau-Gruppe. Die untersuchte Gosau Synklinale von Grünbach ist durch einen Pfeil markiert. b) Flugzeuggetragenes Laserscanner digitales Geländemodell (Amt der Niederösterreichischen Landesregierung) mit der Lage des Baggerschurfes im mittleren Bereich der Grünbach-Formation. Dieses hochauflösende digitale Geländemodell zeigt auch sehr kleine Spuren von ehemaligen Bergbauaktivitäten und unterschiedliche Gesteine
sind an den verschiedenen Geländeformen erkennbar. c) Interpretation der geologischen Situation im Bereich des
Baggerschurfes basierend auf dem digitalen Geländemodell und der geologischen Karte Plöchinger (1961).
Maiersdorf und ihrem Obmann Gerald Wöhrer konnte
zwischen 25. und 28. Mai 2010 ein Baggerschurf auf
dem Grundstück 845/1 in der Katastralgemeinde Maiersdorf durchgeführt werden. Die Orientierung des Schurfes
ist im rechten Winkel zur Streichrichtung der Gosausedimente in diesem Bereich und verläuft von Südost nach
Nordwest – vom Jüngeren (Hangenden) ins Ältere (Liegende) in überkippter Lage (Abb. 2).
Geologischer Überblick der Gosau Synklinale von
Grünbach
Die oberkretazische-eozäne Gosau-Gruppe wurde diskordant auf deformierten permo-triassischen Sedimenten
der Nördlichen Kalkalpen abgelagert (Wagreich & Decker 2001). Weitverbreitete Erosion und die Bildung von
Karstbauxiten unterstreichen die Schichtlücke zwischen
den Gosauablagerungen und den Gesteinen in ihrem Untergrund (Faupl & Wagreich 1992). Die Gosausedimente
lassen sich anhand ihrer Gesteinsausbildung und Ablagerungseigenschaften in die Untere Gosau-Subgruppe
(Oberes Turonium-Campanium, ca. 90-75 Ma) und in die
Obere Gosau-Subgruppe (Santonium/Campanium-EoSeite 2
zän, ca. 83,5-50 Ma) trennen. Die Untere Gosau-Subgruppe ist charakterisiert durch diachrone, terrestrisch
bis flach marine Ablagerungen in kleinen, von Störungen
begrenzten Becken, während die Obere Gosau-Subgruppe aus marinen Tiefwasserablagerungen mit großräumiger Verbreitung aufgebaut ist (Wagreich 1993, Wagreich
& Faupl 1994).
Die Grünbacher Gosau bildet eine etwa 15 km lange,
SW-NO streichende Mulde am Rand der Nördlichen
Kalkalpen zum Wiener Becken (Abb. 2). Im tieferen Abschnitt dieser Sedimente befinden sich bis zu 8 Kohleflöze, die im Zeitraum von 1823-1965 in bis zu 1100 m Tiefe abgebaut wurden (Plöchinger 1961, Kreiner 1994).
Tektonisch befindet sich die Mulde an der Überschiebung zwischen der Hohen Wand Decke (Juvavikum) im
Süden und der Göller Decke (Tirolikum) im Norden. Die
Mulde bildet eine nicht-zylindrische, enge, geneigte Falte, die anhand ihrer tektonischen Strukturen in 2 Teile
getrennt werden kann. Westlich von Oberhöflein streicht
die Mulde mehr oder weniger West-Ost mit Axialebenen
60° einfallend in Richtung Norden, im Gegensatz dazu
beträgt das Streichen östlich von Oberhöflein Südwestres montanarum 52/2013
mation), gefolgt von limnisch/brackisch/marinen Kohleführenden siliziklastischen Sedimenten (Grünbach-Formation), überlagert von graduell in tiefer marinen Bereichen abgelagertem Sandstein, Mergel und Ton
(Piesting-Formation, Zweiersdorf-Formation) (Abb. 3).
Die Gesamtmächtigkeit beträgt etwa 1200 m mit einem
stratigraphischen Umfang von Oberkreide (Obersantonium) bis Paläogen (Paleozän) (Summesberger et al. 2007).
Bei den Kohlen der Grünbach-Formation handelt es sich
um Glanzbraunkohlen mit Vitrinit-Reflexionswerten
zwischen 0,56 und 0,61 % und Wassergehalten zwischen
4,0-10,8 % (Sachsenhofer 1987).
Das Alter der kohlenführenden Grünbach-Formation
Die Lithostratigraphie und die Biostratigraphie der Gosau-Gruppe der Grünbacher Synklinale wurden von
Summesberger (1997) zusammengefasst und ein Ablagerungszeitraum der gesamten Grünbacher Gosau von Spätem Santonium bis Paleozän rekonstruiert (Summesberger et al., 2000, 2002, 2007) (Abb. 3). Das Maximalalter
der Grünbach-Formation (spätes Santonium bis fühestes
Campanium) basiert auf den Fossilien Placenticeras polyposis (Dujardin) und Cordiceramus muelleri Petrascheck ssp. nov. aus der unterlagernden, voll-marinen
Maiersdorf-Formation (Summesberger et al. 2000). Dieses Alter wird durch Nannofossilien wie beispielsweise
Marthasterites furcatus und Calculites cf. obscurus
(wahrscheinlich Nannofossil Standardzone CC16-17)
(Summesberger et al., 2002) unterstützt sowie von einem
87
Sr/86Sr Wert von 0.707480, der auf ein Alter von 83.3 ±
0.5 Ma hindeutet (Scharbert in Summesberger et al.
2002). Das Minimalalter der Grünbach-Formation (Spätes Campanium) ergibt sich aus Muschelfunden wie Trochoceramus cf. morgana (Sornay) and Trochoceramus
cf. dobrovi Pavlova (Summesberger et al., 2002) und den
Nannofossilien der Standardzone CC18-22 in basalen
Abb. 3: Lithostratigraphie der Gosau-Gruppe in der
Grünbach Synklinale zusammengesetzt aus Profilen
von Piesting bis Grünbach (verändert nach Summesberger et al. 2002, 2007). Die dicke vertikale Linie
rechts vom Profil zeigt die ungefähre stratigraphische
Position der untersuchten Sedimente aus dem Baggerschurf.
Nordost mit Axialebenen 60° einfallend in Richtung
Südosten.
Lithologisch finden sich vom Liegenden ins Hangende
terrestrische Konglomerate (Kreuzgraben-Formation),
Sandsteine und flachmarine Karbonate (Maiersdorf-Forres montanarum 52/2013
Abb. 4: Foto des Baggerschurfes mit Blickrichtung
nach Südosten zeigt die Dokumentationsbedingungen
und Sicherheitsmaßnahmen während der Profilaufnahme. Im Aushub auf der linken Seite ist die Kohle
der Schicht M17 bei Laufmeter 28 deutlich erkennbar.
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Abb. 5: Lithostratigraphisches Profil und Fossilfundpunkte jenes Abschnittes der Grünbach-Formation, der im Baggerschurf in Maiersdorf untersucht werden konnte (siehe Abbildung 1 für die Lage des Schurfes). Die Farbe der
einzelnen Schicht entspricht ungefähr der Farbe der Gesteine im Schurf. M1 bis M92 sind Probennummern.
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Abschnitten der überlagernden
(Summesberger et al., 2002).
Piesting-Formation
Lithostratigraphie des Baggerschurfes in Maiersdorf
In dem 141 m langen und bis zu 4 m tiefen Baggerschurf
(Abb. 4) wurden mehr als 44 m der Grünbach-Formation
(„Kohleführende Serie“) des unteren Campaniums lithostratigraphisch erschlossen und 92 Proben genommen, an denen unter anderem Kalkgehalt, Gehalt an organischem Kohlenstoff, Mineralogie, Gesamtchemismus, Mazerale, stabile Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope,
Nannofossilien und Pollen analysiert wurden (Wagreich
et al. 2011, Hofer et al., eingereicht) (Abb. 5). Die Proben werden im Archiv des Departments für Geodynamik
und Sedimentologie, Universität Wien, aufbewahrt. Die
Sedimente sind überkippt mit Fallwerten von durchschnittlich 346/24 (Abb. 6) und beinhalten Tone, Mergel,
Silt- und Sandsteine mit vereinzelten Konglomeratlagen.
Die überkippte Lage konnte durch die Beobachtung von
Einzelkorallen (Cyclolites sp.) in Lebensstellung nachgewiesen werden. Insgesamt konnten sieben kohlenreiche,
schwarze Lagen dokumentiert werden, von denen es sich
jedoch nur bei einem 25 cm mächtigen Flöz um Kohle im
engeren Sinn handelt (Abb. 5). Im Schurf konnten lediglich 3 spröde Störungen dokumentiert werden, die allesamt nur Versatzbeträge von einigen Dezimetern aufweisen und wahrscheinlich aus den unterschiedlichen Eigenschaften von Sandsteinlagen und Tonschichten bei der
Verfaltung resultieren (Abb. 7).
Abb. 6: Orientierung der Schichtflächen im untersuchten Baggerschurf. Die Schichtflächen sind aufgrund
ihrer Position im inversen Schenkel der Grünbach Synklinale überkippt und zeigen eine durchschnittliche
Orientierung von 346/24. Flächentreue Darstellung
(Schmidtsches Netz), Projektion auf die untere Halbkugel.
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Das lithostratigraphische Profil im Schurf beginnt im
Liegenden mit Ton und dünnen Sandsteinlagen, überlagert von einer Kalksteinbank mit einem Massenvorkommen der Süßwasseralge Munieria sp. Darüber folgt Mergel mit mehreren Einzelkorallen, Cyclolites sp., in Lebensstellung. Im Hangenden finden sich 5 m Mergel/
Sandstein Wechsellagerungen mit Nannofossilien im
oberen Teil und zwei dünnen Lagen mit Kohlepartikeln.
Die nachfolgenden 20 m werden durch relativ mächtige
bräunliche Sandsteinbänke mit dazwischen geschaltetem
kalkigem Ton dominiert, danach 2 m Ton, gefolgt von 5
m Wechsellagerung von Ton und kalkigem Ton mit zwei
polymikten Konglomeratbänken. Die hangendsten 10 m
Stratigraphie im Schurf zeigen grauen, kalkhältigen Ton
mit hohem Kohlenstoffgehalt (bis zu 33.8 % organischer
Kohlenstoffgehalt), relativ zahlreichen Nannofossilien
und zwei Lagen mit Molluskenresten (Abb. 5).
Die genaue stratigraphische Position der Sedimente aus
dem Schurf innerhalb der Grünbach-Formation ist trotz
vorhandener Bergbaupläne wegen der Deformation bei
der Verfaltung und im Besonderen aufgrund auskeilender
Schichten nicht einfach zu rekonstruieren. Der SüdwestNordost streichende Rücken südöstlich des Baggerschurfes (Abb. 2b) deutet auf den sogenannten Orbitoidensandstein an der Basis der Piesting-Formation hin. Die
im digitalen Höhenmodell des Laserscans deutlich erkennbare Vertiefung zeigt die Position des Stollenmundloches des Neuhoffnungs-Stollen an, eine kleine Vertiefung knapp westlich des Südostendes des Schurfes könnte auf einen ehemaligen Bewetterungsstollen hinweisen.
Abb. 7: Orientierung der Störungsflächen und deren
Lineare im Baggerschurf. Die Störungen wurden bei
den Laufmetern 61m, 70.5m and 128.2m dokumentiert.
Die Verschiebungsbeträge an den Störungen sind nur
gering und resultieren wahrscheinlich aus den zum Teil
recht großen Kompetenzunterschied der unterschiedlichen Sedimente in der Grünbach-Formation bei der
Faltung. Flächentreue Darstellung (Schmidtsches
Netz), Projektion auf die untere Halbkugel.
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Basierend auf diesen Beobachtungen kann der geologische Plan des Neuhoffnungs-Stollens (Lagerstättenarchiv Nummer L-1371/4K, Geologische Bundesanstalt)
mit dem Schurf in Beziehung gebracht werden. Diese
Position deutet darauf hin, dass das Sandsteinintervall
mit einigen Konglomeratbänken im Bereich 12-33 m des
lithostratigraphischen Profiles (Abb. 5) des Schurfes mit
dem Dreistettener Konglomerat innerhalb der GrünbachFormation korreliert werden kann (Plöchinger 1961)
(Fig. 3).
Mazeralanalyse
Bei fast allen der untersuchten Proben handelt es sich lediglich um Kohlepartikel, wie beispielsweise Vitrinit,
vergelte Holzfragmente und Cutinit in Ton (M1a, M5,
M8A, M14); Holzstrukturen zeigen eine schwache Fluoreszenz unter dem Mikroskop. Diese Proben werden als
Treibholz oder als Wurzelreste in Ton interpretiert. Probe
M8a weist zusätzlich Resinit oder Flourinit in einer ansonsten strukturlosen, humosen Matrix auf. Die einzige
richtige Kohle (M-17: Vitrinit 86 vol.%, Liptinit: 11
vol.%, Inertinit: 3 vol.%) enthält hauptsächlich vergelte
Kohle, Überreste von Blättern (Cutinit und Phyllohuminit ca. 10 vol.%) und zusätzlich Sporen, Inertit und Semiinterinit sowie relativ viel Pyrit. Die gemessenen VitrinitReflexionswerte von 0.50 und 0.52%Rr sind etwas niedriger als jene von den Grünbach Kohlen, die von
Sachsenhofer (1987) gemessen wurden. Der Grund für
diese leicht erniedrigten Werte ist vermutlich die stärkere
Verwitterung der oberflächennahen Proben des Schurfes
im Vergleich mit den frischeren Proben aus dem Bergbau, die für die Messungen von Sachsenhofer (1987) verwendet wurden.
Rekonstruktion der Abblagerungsbedingungen und
des Klimas
Die lithostratigraphische Dokumentation des Schurfes
und die vielfältige Analyse der Proben ermöglichte einen
Vergleich dieser kohleführenden Sedimente mit weiteren
Gosau Kohlevorkommen in benachbarten Gebieten
(Abb. 5). Weiters konnten Hinweise auf die Herkunft sowie die Ablagerungsbedingungen der Sedimente gewonnen werden (Hofer et al. eingereicht). Ein wichtiges Ergebnis der detaillierten Beprobung ist der Nachweis eines mehrfachen raschen Wechsels von marinen und
brackisch/limnischen Ablagerungen und zeigt so die
Kohlenbildung unter abwechslungsreichen Ablagerungsbedingungen an einem aktiven Kontinentalrand während
der Späten Kreide.
Generell werden nicht-marine bis flach-marine Ablagerungsbedingungen für die Grünbach Formation angenommen (Plöchinger 1961; Summesberger et al. 2002).
Diese Annahme wird auch durch die im Schurf nachgewiesenen Nannofossilien wie beispielsweise Watznaueria barnesae, Zeughrabdotus ssp., Rhagosdiscus ssp.,
Prediscosphaera ssp. unterstützt. Die hohen SchwefelgeSeite 6
halte der Kohlen deuten ebenfalls auf einen marinen Einfluss bei ihrer Entstehung hin (Sachsenhofer 1987), wobei generell der östliche Teil der Synklinale (Piesting,
Muthmannsdorf) höhere Schwefelgehalte zeigt als der
westliche Teil (Grünbach Reitzenberg, Sachsenhofer
pers. Mitt. 2010). Unsere Neuuntersuchung, speziell die
chemischen Daten, Makrofossilien, sowie Foraminiferen
und Nannofossilien weisen auf variable Ablagerungsverhältnisse mit mehreren raschen Wechseln von nicht-marinen zu marinen Verhältnissen (Hofer et al. eingereicht)
hin. Rasche Transgressionen wie beispielsweise von Kalken mit Süß- bis Brackwasser anzeigenden Algen (M86)
gefolgt von vollmarinen Korallen in Lebensstellung
(M85, Abb. 5) waren verantwortlich für erhöhte Grundwasserstände, die die Bildung von Kohlen ermöglichten.
Die Sandsteine mit Konglomeratlagen im Bereich 12-33
m des lithostratigraphischen Profiles (Abb. 5) werden als
Sedimentkegel bis Deltasedimente und als geringer
mächtiges, laterales Äquivalent des Dreistettener Konglomerats (Plöchinger 1961) interpretiert. Sandstein/
Tonstein-Abfolgen mit Kohlen und/oder kohligen Tonen
werden als Sedimente einer sumpfigen Küstenebene mit
alluvialen-fluvialen Übergängen interpretiert, die in einem feuchten Klima abgelagert wurden.
Geeignete feinkörnige Proben wurden auch auf ihre Pollenzusammensetzung hin untersucht. Leider ist die Pollenflora generell relativ arm und teilweise nur sehr
schlecht erhalten, weshalb hauptsächlich dickwandige
und haltbare Arten erhalten sind.
Alle Pollen sind charakteristisch für das Zeitintervall
vom späten Santonium bis Maastrichtium (Hofer et al.
eingereicht). Die Eigenschaften der „Normapolles“-Formen, wie zum Beispiel extreme Dickwandigkeit und die
stark vorstehenden Aperturen, sind sehr typisch für diese
Periode (Scarby 1986). Die organischen Makroreste der
Proben bestehen aus dunklen, vergelten Holzfragmenten,
einigen Pilzsporen und Pilzhyphen und sehr wenigen
Kutikula-Fragmenten. Hohlräume von vielen Pollen sind
mit authigenem Pyrit gefüllt, die auf marine Einflüsse
hindeuten. Detaillierte Ergebnisse der Pollenanalyse finden sich in Hofer et al. (eingereicht). Das Vorhandensein
von tropischen Farnen, Normapolles, Myrtaceae,
Chloranthaceae und Nypa (tropische Mangrovenpalme,
Spinizonocolpites sp.) weisen auf ein sehr warmes und
feuchtes Klima, sowie auf eine Ablagerung der Sedimente nahe der Küstenlinie hin. Die Dokumentation von
Nypa Pollen stellt den nördlichsten Nachweis ihrer Verbreitung in diesem Zeitraum dar. Das bislang nördlichste
Vorkommen dieser Pflanze waren Funde in Bohrkernen
aus dem Campanium/Maastrichtium von Nordwest
Ägypten (Schrank & Ibrahim 1995).
Danksagung
Diese Arbeit wurde durch ein Kooperationsprojekt der
OMV E&P und der Universität Wien (FA536004) und
UNESCO IGCP Projekt 555 unterstützt. Der Agrargeres montanarum 52/2013
meinschaft Maiersdorf danken wir für die Ermöglichung
den Baggerschurf auf deren Grundstück durchzuführen.
Ausgrabung und Verfüllung des Schurfes wurde von Ing.
Hermann Halbweis GmbH in Maiersdorf durchgeführt.
Albert Schedl und Maria Heinrich unterstützen uns bei
den Bergbauplänen im Lagerstättenarchiv der Fachabteilung für Rohstoffgeologie (Geologische Bundesanstalt).
Wir bedanken uns im Besonderen bei Philipp Strauss für
vielfältige Unterstützung sowie Gerhard Arzmüller, Godfrid Wessely, Herbert Summesberger und Leopold Krystyn für wichtige Diskussionen und Ulli Exner für Unterstützung mit dem differentiellen GPS.
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