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 Kartierung


Geologisch-Hydrogeologische Kartierung im Bereich der
Herzkamper Mulde auf Blatt 4708, Wuppertal-Elberfeld

 

Topografische Übersicht


Geländemodell des Kartiergebietes

 

Im Rahmen der Bearbeitung des Hydrologischen Kartenwerkes von Nordrhein-Westfalen wurde am Lehrstuhl für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (LIH) im Auftrag des Landesumweltamtes Düsseldorf das Blatt Wuppertal-Elberfeld (4708) erstellt. Die Bearbeitung erfolgte durch Dipl.-Geol. G. Wimmer. Aufgabe der Diplomkartierung war die Unterstützung dieser Arbeit.

Das Kartiergebiet liegt auf dem TK-Blatt 4708, Wuppertal-Elberfeld, im Regierungsbezirk Düsseldorf, mit Anteilen der Stadt Wuppertal und der Stadt Wülfrath (Kreis Mettmann). Das 12 qkm große Kartiergebiet umschreibt ein Rechteck mit den Gauß-Krüger-Eckkoordinaten R 2573000, H 5680000 in der SW-Ecke und R 2577000, H 5683000 in der NE-Ecke.

Zunächst wurde eine ”klassisch geologische” Revisionskartierung im Maßstab 1:10.000 durchgeführt, um sich bei der Anfertigung der Hydrologischen Karte auf detaillierte Ergebnisse und eigene Meßwerte stützen zu können. Ziel bei der Auswahl des Kartiergebietes war es, ein didaktisch sinnvolles Gebiet zu wählen, d.h. es sollte stratigrafisch und strukturell interessant sein. Die Wahl fiel daher auf ein Gebiet mit der sich heraushebenden Herzkamper Mulde im Zentrum. Stratigrafisch umfaßt das Grundgebirge des Gebietes Einheiten des höheren Mitteldevons bis zum untersten Oberkarbon, womit ein grosses Zeitintervall des Paläozoikums (380 - 330 Ma) abgesteckt wird. Die hier aufgeschlossenen Schichten bilden gleichzeitig die stratigrafisch jüngsten Grundgebirgseinheiten der Blätter Wuppertal-Elberfeld (4708), Wuppertal-Barmen (4709), Solingen (4808) und Remscheid (4809), die ebenfalls am LIH bearbeitet wurden. Die Arbeit sollte dementsprechend noch nicht bearbeitete Durchlässigkeitsbeiwerte für diese Schichten liefern. Dies war die Aufgabe des hydrogeologischen Teils der Kartierung.

Die Geländearbeiten wurden hauptsächlich im Sommer 1997, Ergänzungsmessungen im Herbst 1997 durchgeführt. Die Gesteine wurden den stratigrafischen Einheiten allein nach lithologischen Gesichtspunkten zugeordnet, eine biostratigrafische Einordnung wurde nicht durchgeführt. Interessante Aufschlüsse und Gesteins- ausbildungen wurden fotografisch aufgenommen.

Es konnten bei der geologischen Bearbeitung die vorhandenen Kartenblätter von Paeckelmann (1928) und Köhler (1990) zu Rate gezogen werden. Die ältere Karte von Paeckelmann, heute noch amtliche geologische Karte des Geologischen Dienstes, gilt allerdings in vielen Aspekten (vornehmlich fazieskundlich und tektonisch) als veraltet. Besonders im Givet-Massenkalk wurden in den letzten 40 Jahren neue Kenntnisse gewonnen, die bei Köhler bereits verarbeitet sind. Ebenso haben sich strukturelle Vorstellungen gewandelt, so daß die Karte von Köhler bereits ein sehr von Paeckelmann abweichendes Bild zeigt.

Neben der Geologischen Karte umfaßt die Arbeit eine Strukturkarte, die Aufschluß über die tektonischen Verhältnisse des Gebietes geben soll. Von den Steinbrüchen der RWK AG Dornap wurde eine Karte im Maßstab 1:5.000 angefertigt, um eine feinere Untergliederung des Massenkalks darzustellen. Zusätzlich wurde der ca. 12 Jahre alte Einschnitt der B 224 bei Aprath detailliert aufgenommen, der ein 400 m langes Profil mit der Devon/Karbon-Grenze aufschließt.

Im zweiten Arbeitsschritt wurden aus vorhandenen Daten und aus Literaturrecherchen Durchlässigkeitsbeiwerte für die einzelnen Schichtfolgen ermittelt, die als Grundlage für die Hydrogeologische Karte dienen sollten. Aus Geologie und Durchlässigkeitsbeiwerten wurde die Hydrogeologische Grundrißkarte erstellt, auf der gleichfalls eine Serie von Profilschnitten basiert.


Profilschnitt-Beispiele
Profil 1


5fach überhöhte Schnitte durch den Südwesten des Kartiergebietes
auf Höhe der Steinbrüche der RWK AG Dornap

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Profil 2


Fotos aus dem Kartiergebiet

Der Tillmannsdorfer Sattel In diesem Aufschluß ist in eindrucksvoller Weise der Kohlenkalk des Unterkarbons aufgeschlossen. Er bildet hier eine Falte 3. Ordnung, mit einer Wellenlänge von ca. 15 m. Gut zu sehen ist ein Sattel, der etwa 4 m über dem Erdboden aufragt. Nach Süden schließt sich, weniger gut aufgeschlossen, eine Mulde an. Die Tatsache, daß hier nur Kohlenkalk aufgeschlossen ist, seine kulmischen Begleitgesteine aber nur vereinzelt als Bruchstücke zu finden sind, spricht für dessen Verwitterungsresistenz.
Verkarstete Serien der Schwelm-Fazies Die Karbonate der sog. Schwelm-Fazies liegen als Dolomitsteine vor und zeichnen sich, besonders an großen Aufschlüssen auffallend, durch starke Verkarstung aus. Häufig sind die Fossilien dann herausgelöst, und es klaffen schichtparallel angeordnete Hohlräume im Gestein. Im verwitterten Zustand zerfallen die Gesteine aufgrund fortgeschrittener Entfestigung leicht zu Grus.
Aufschluß an der B224 Nordwestlich Wuppertal-Varresbeck schneidet sich die 1989/90 gebaute B 224 an einer max. ca. 30 m hohen Böschung auf einer Länge von ca. 400 m ins Gelände ein. Der Aufschluß liegt an der Nordflanke der Herzkamper Mulde. Hier ist ein vollständiges Profil vom höchsten Oberdevon (Velberter Schichten) bis ins höhere Unterkarbon (Hangende Alaun- und Kulmtonschiefer) aufgeschlossen.
Geologische Skizze zum B224-Aufschluß Die Skizze zeigt eine Faltung 2. Ordnung im Bereich des Einschnittes. Im Detail sind jedoch die Kulmgesteine des Unterkarbons stärker gefaltet, bis hin zur Isoklinalfaltung.
Kluftflächen Isoklinalfaltung Isoklinalfaltung Schichtfläche
Fotos aus einem Steinbruch bei Aprath. Aufgeschlossen sind hier die Velberter Schichten (graugrüne, teils sandige Tonschiefer) des Oberdevons, stark deformiert, aber in relativ frischem Zustand. Die Serie ist stark isoklinal gefaltet, zerbrochen und gestört (Fotos 2+3). Die Schicht- und Bankflächen sind meist schlecht zu erkennen, sie sind häufig gewellt oder stark durch die Schiefrigkeit geprägt. Somit lassen sich die meisten offen liegenden Flächen als Kluftflächen identifizieren.

Grube Hahnenfurth Grube Hahnenfurth
Grube Voßbeck Grube Voßbeck
Grube Schickenberg Grube Schickenberg
Grube Hanielsfeld Grube Hanielsfeld
Dolomitsteingänge im Massenkalk Übergang Grobdetritus - Feindetritus Schwarze Kalksteine mit Calcitadern Fossilienreicher Massenkalk
Die noch aktive Grube Hahnenfurth bietet optimale Aufschlußverhältnisse. Hier lassen sich die mitteldevonischen Riff-Gesteine (sog. Dorp-Fazies) begutachten, die in Form von gebankten, detritischen Kalksteinen anstehen. Der Kern des Riffs ist in der Nachbargrube Voßbeck aufgeschlossen.
Die Farben der Kalksteine reichen von hellgrau über dunkelgrau bis hin zu tiefschwarz. Am Aufschluß haben sie häufig eine bläuliche Farbe. Das Gestein ist massig und wirkt im frischen Zustand sehr homogen, Hinweise auf Fossilien finden sich makroskopisch nur im angewitterten Zustand (Foto 4) oder in der Form sekundär verfüllter Hohlräume. Häufig durchziehen Adern weißen Calcits das Gestein, was besonders bei sehr dunklen Kalksteinen auffällt (Foto 3). Alle Massenkalksteine der Dorp-Fazies sind kompakt und nahezu porenfrei, sie lassen sich teilweise schwer abschlagen und brechen muschlig.
Patchreef in der Grube Voßbeck Im Übergangsbereich Riffkern - Grobdetritus der Dorp-Fazies finden sich im östlichen Teil der Südwand der Grube Voßbeck auffallend massige Strukturen in seitlicher Verzahnung mit den Bänken, die eine markante gekrümmte Basisfläche besitzen (Foto 20). Es handelt sich hierbei um Kleinbiohermata (Patch-Reefs), die noch aus dem Riffkörper hervorgehen, während sich seitlich bereits der Back-Reef-Bereich anschließt. Sie weisen an ihrer Basis eine eigene, unabhängige Bankung auf, die dem generel-len Einfallen auch entgegengerichtet sein kann. Die Basisfläche sticht durch starke Auswa-schung hervor, Hohlräume von mehreren dm Breite deuten auf Verkarstung hin. Die Unter-fläche erscheint wulstig, viele Fossilbruchstücke können beobachtet werden. Darüber folgt massiger Kalkstein, der im verwitterten Zustand ebenfalls Fossilien erkennen läßt.
Übergang Grobdetritus - Feindetritus Hier kann der Übergang vom Grobdetritus zum Feindetritus im oberen Bereich der Wand beobachtet werden. Die dicken Bänke werden dort plötzlich von wesentlich feiner gebankten Kalksteinen abgelöst, die wegen ihrer Verkarstung ins deutlich Auge stechen: Die Bänke erscheinen löchrig.
Pliozäne Dolinenfüllung In den Steinbrüchen Voßbeck, Hanielsfeld und Hahnenfurth finden sich jungtertiäre Schotter an den Schwächezonen oder Dolinen und Karstschlotten im Massenkalk. Die in der Grube Hanielsfeld beobachteten Schlotten haben einen Durchmesser von max. 0,5 m und eine Tiefe von 1,0-1,5 m. Sie sind mit einem hellbraunen Mittel- bis Grobsand gefüllt, der Fein- und wenig Mittelkies führt und pliozänen Alters ist.
Wechselfolge von Flinzschiefer und Kalkstein Orange verwitternder Kalkstein Flinzschiefer mit Knollenkalksteinlagen Über den Riffkalksteinen folgt eine Wechselfolge von graubraunen Mergelschiefern und graublauen Tonschiefern, in die auch kohlig glänzende schwarze Schiefer mit unregelmäßigem Bruch eingeschaltet sind. Die Gesteine gehören der Flinz-Fazies an. Im Liegenden dieser Wechselfolge finden sich einzelne Kalkknollen, die sich zum Hangenden hin zu Lagen zusammenschließen und mächtiger werden. Dieses sich hier zeigende Erscheinungsbild, sehr anschaulich auf Foto 3 zu sehen, ist typisch für die Flinz-Fazies. Teils verwittern die Kalksteinlagen in einem auffallenden Orange (Foto 2). Über der Folge liegt eine ca. 4 m mächtige Bank von einzelnen Knollenkalklagen, die durch feine Schieferbänder un-terbrochen werden. Die Schichtung kommt dadurch sehr gut zum Ausdruck.
Sattelstruktur in Kulm-Kieselgesteinen Kieselschiefer mit Verwitterungssaum Die Schichten der mittleren Kulm-Fazies sind kalkig-kieselig ausgebildet. Das Liegende bildet eine Folge von kompakten, grauen, feinkörnigen, im dm-Bereich gebankten Kieselkalken. Die hier abgebildete Abgrabung erschließt Kieselkalke und Kieselschiefer, die hier in gut gebankter Form anstehen. Verwitterte Kieselgesteine haben eine hellbraune Färbung, die sich oft in Form eines Saums zeigt (Foto 2). Zwischen den Bänken treten bereichsweise dünne Einlagerungen von cm-dicken Tonschieferlagen auf.
Verwitterte Kulm-Kieselkalke Kulm-Kieselkalke zeigen durch ihre ausgeprägte Klüftung ebene Bruchflächen, so daß man sie auch als Bruchstücke im verwitterten Zustand noch gut identifizieren kann. Je nach Verwitterungsgrad trifft man sie mit wechselnden Kalkgehalten an. Der Kalkanteil wird im Laufe der fortschreitenden Verwitterung ausgewaschen. So haben stark ausgelaugte Fundstücke ein hohes Porenvolumen und sind nur noch als fast reiner, sehr leichter Tonstein erhalten, wobei zunächst die äußere Form der Stücke erhalten bleibt. Die Tonsteine zeigen dann hellbraun-rötlich-orange Töne. Im Extremfall können Übergänge zu einem tonigen Lockergesteinsmaterial beobachtet werden. Bei beginnender Bodenbildung fallen rötliche Farben auf, die im übrigen Gebiet für Böden untypisch sind und eine klare Identifizierung zulassen.
'Kramenzelkalke' des Hembergs Die Ausbildung der oberen Hemberg-Schichten (mittleres Oberdevon) entspricht dem Sauerländer "Fossley". Es handelt sich um auffallend rote und grüne Kalkknotenschiefer, deren Erscheinungsbild sehr charakteristisch ist und die im Volksmund "Kramenzelkalke" genannt werden. Wobei der Begriff "Kalk" hier etwas irreführend ist: Es handelt sich um tonig-mergelige Gesteine, die schmale Bänder von schichtparallel lagernden Kalkknoten führen. Die Gesteine sind im frischen Zustand sehr kompakt. Die Matrix der Mergelsteine ist homogen, bisweilen finden sich Fossilien. Charakteristisch sind Kalkeinschlüsse, die keine durchgehenden Lagen bilden, sondern in 1-2 cm große, ovale Knoten zerlegt sind. Der Kalkstein ist grau, sehr feinkörnig und homogen. Zum Teil ist der Kalkanteil der Kalkknotenschiefer auch höher, das Gestein ist dann als Nierenkalkstein mit dm-großen Knollen ausgebildet.

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