Methode zum Entwurf geologischer Profile

Version 1.05 vom 20.09.2018

Vorwort

Abb. 1
Abb. 1

Die Schematisierung eines geologischen Profils – sei es die Darstellung einer Abfolge von Gesteinskernen (aus Bohrungen) oder die Skizzierung eines Übertage-Aufschlusses – erfolgt üblicherweise dergestalt, dass an einer vertikalen Orientierungslinie, die der Teufe (Bohrungen) oder der Höhe über Grund (Aufschluss) entspricht, mehr oder weniger kastenförmige Einheiten angelegt werden, die der Hauptgesteinsart entsprechen (sog. Säulenprofil).

Abb. 2
Abb. 2

Die Orientierungslinie liegt meist am linken Rand, und nach rechts wird die Gesteinsabfolge aufgetragen. Die Breite der Gesteinseinheiten (Abstand von der Orientierungslinie) richtet sich zumindest in klastischen Systemen (Tone, Schluffe, Sande, Kiese, und ihre verfestigten Äquivalente) nach der Korngröße, wobei auf der Abszisse der zunehmende Abstand von der Orientierungslinie mit der zunehmenden Korngröße korreliert (tonige Einheiten am schmalsten, sandige und kiesige Einheiten am breitesten). Für andere Gesteinsarten (Evaporite, Magmatite, Kohlen etc.) gibt es diesbezüglich keine allgemeingültigen Vorgaben; nachfolgend stelle ich meine Methode vor.

– Soweit die trivialen Vorkenntnisse. –

Die hier gezeigten Anleitungen sind als nicht dogmatische Vorlagen gedacht und können frei abgewandelt werden, insbesondere für nicht-klastische oder nicht-sedimentäre Systeme. Sie haben sich in der Praxis bei der Bohrkerndokumentation (»Kernbefahrung«) und im Aufschluss für mich bewährt.

Die praktische Anwendung von Texturpinseln beim Profilzeichnen wird in meinem GIMP-Workshop beschrieben.

Teil I: Darstellung der Hauptgesteinsart

Wie im Vorwort beschrieben, wird die Hauptgesteinsart durch eine sog. Profillinie gekennzeichnet, die im Abstand von der Orientierungslinie variiert; in (silizi)klastischen Systemen nimmt der Abstand auf der Abszisse mit zunehmender Korngröße zu (Abb. 1 und 2). Die wichtigsten Stützpunkte sind: Ton, Schluff, Sand und Kies. Eine weitere Unterscheidung in Feinsand, Mittelsand, Grobsand sowie Feinkies und höher ist sinnvoll; eine Unterteilung in Feinschluff, Mittelschluff und Grobschluff ist dagegen unsinnig, da makroskopisch schlecht unterscheidbar. Demzufolge gebe es auf der X-Achse wenigstens 6 Markierungen: (1) Ton, (2) Schluff, (3) Feinsand, (4) Mittelsand, (5) Grobsand, (6) Feinkies und so weiter.

 

(Anmerkung: Die Begriffe "Schluff" und "Silt" bzw. "Schluffstein" und "Siltstein" sind synonym zu behandeln. "Schluff" ist der deutsche Ausdruck, "Silt" der englische.)

Es liegt nahe, diese Markierungen auf einer X-Achse in einem gleichbleibenden Abstand einzurichten, beispielsweise alle 0,5 oder 1 cm. In dieser Beschreibung stelle ich eine alternative Vorgehensweise vor, die dem natürlichen Charakter der Korngrößen entgegenkommt: Während sich Tone und Schluffe (bzw. Ton- und Schluffsteine) makroskopisch nur wenig unterscheiden, treten sandige und gar kiesige Partien auffällig hervor. Dementsprechend sollten die Abstände der Markierungen weiter gesetzt sein, sodass auch die Profillinie auffälliger absteht.

Abb. 3
Abb. 3

Damit die Abstände nicht willkürlich gesetzt werden, bietet sich die Möglichkeit an, die Markierungen nach Fibonacci-Zahlen (-Verhältnissen) einzurichten (Abb. 3). Zwischen der Markierung »Ton« und »Schluff« steht ein Abstand von 2 mm (oder cm); zwischen »Schluff« und »Feinsand« 3 mm, dann 5 mm (Grenze Feinsand/Mittelsand). Anschließend werden die Abstände wiederholt, also weitere 2 mm bis zur Grenze Mittelsand/Grobsand, nochmal 3 mm bis zur Grenze Grobsand/Feinkies usw. Auch wenn die natürliche Fortsetzung der Fibonacci-Folge (nach 5: 8, 13, 21 etc.) zunächst sinnvoll erscheint (da eine Korngrößen-Änderung umso deutlicher hervortritt), wird das Profil unhandlich breit: Bei einer einer Auflösung von 1:50 (1 m Gestein = 2 cm Papier) ist eine Profilsäule breiter als 5–6 cm unsinnig.

Eine Pufferzone von 2–3 cm (Abb. 3) sollte in jedem Fall zwischen Orientierungslinie und der ersten (Ton) Markierung liegen, damit von der füllenden Textur überhaupt etwas erkennbar ist.

Markierung in nicht-klastischen Systemen

Nicht-klastische Gesteine (z. B. Evaporite/Karbonate, Kohlen) und kristalline Gesteine (Vulkanite/Plutonite, Metamorphite) können nicht zwangsläufig nach »Korngröße« angeordnet werden. Man beachte, dass für Magmatite (Plutonite, Vulkanite) und Metamorphite üblicherweise eine Einteilung nach Modalbestand (mineralogische Zusammensetzung) erfolgt, während sie bei Sedimentgesteinen auf Modalbestand (z. B. Evaporite) oder Korngröße (z. B. Sandsteine, Kalksteine) basieren kann. Bei Vulkanoklastiten, die zwischen Vulkaniten und Sedimenten stehen, ist auch eine Einteilung nach Genese (z. B. Autoklastite, Hydroklastite) oder Korngröße (Asche, Bomben) möglich. Ich schlage für nicht-klastische Gesteine folgende Einordnung vor:

  • bis zur Ton-Markierung werden gezeichnet: Evaporite, Kohlen und Vulkanoklastite
  • bis zur Schluff-Markierung werden gezeichnet: Metamorphite und Chemisch-biogene Sedimente (außer Kohlen und Evaporite)
  • bis zur Feinsand-Markierung werden gezeichnet: Magmatite (Plutonite und Vulkanite)

Teil II: Textur und Tendenzen (siliziklastisches System)

Kein Schluffstein ist nur ein Schluffstein und kein Feinsand nur ein Feinsand; die meisten klastischen Gesteine beinhalten eine Tendenz zur nächstgelegenen Hauptgesteinsart, z. B. »Schluffstein, feinsandig« oder »Tonstein, schluffig«. Freilich sind solche Beschreibungen im Gelände (d. h. ohne Gesteinsdünnschliff oder granulometrische Untersuchung) höchst subjektiv. Tendenzen dieser Art können mithilfe der Textur vermittelt werden, über die die Hauptgesteinsform ausgefüllt wird.

Ausgehend von den üblichen Kombinationen aus Punkten und Strichen soll auch hier mehr System angewendet werden, d. h. Punkte und Striche sollen in ganzzahligen Verhältnissen angeordnet werden und damit eine Tendenz ausdrücken (siehe Abb. 4–9):

(Das Wort »Einheit« kann z. B. durch Millimeter ersetzt werden; von Ton/Tonstein bis Schluff/Schluffstein gilt: Abstände zwischen Zeilen = 2 Einheiten.)

Ton, Tonstein

  • Striche von 5 Einheiten Länge
  • Lücken von 1 Einheit

Ton, Tonstein (schluffig)

  • Striche von 5 Einheiten Länge
  • Lücken von 1 Einheit; innerhalb der Lücke ein Punkt, mittig gesetzt
Abb. 4
Abb. 4

Schluff, Schluffstein, tonig

  • 2 Striche von 1,5 Einheiten, getrennt durch eine Lücke von 0,5
  • dazwischen zwei Punkte in einer Breite von 2 Einheiten

Schluff, Schluffstein, ohne Tendenz

  • Striche von 3 Einheiten Länge
  • dazwischen zwei Punkte in einer Breite von 2 Einheiten

Schluff, Schluffstein, feinsandig

  • Striche von 1 Einheit Länge, mittig in einem Bereich von 2 Einheiten Breite
  • dazwischen vier Punkte in einem Bereich von 3 Einheiten
Abb. 5
Abb. 5

Feinsand, Feinsandstein

  • chaotisch angeordnete Punkte
  • schluffig: (tonige) Striche (Länge = 1 Einheit) im Mengenverhältnis 1:4
  • mittelsandig: Kringel im Mengenverhältnis 1:3
Abb. 6
Abb. 6

Mittelsand, Mittelsandstein

  • chaotisch angeordnete Kringel
  • feinsandig: Punkte im Mengenverhältnis 1:3
  • grobsandig: ausgefüllte Kringel im Mengenverhältnis 1:4
Abb. 7
Abb. 7

Grobsand, Grobsandstein

  • chaotisch angeordnete ausgefüllte Kringel
  • mittelsandig: Kringel im Mengenverhältnis 1:3
  • feinkiesig: entsprechend den oberen Beispielen
Abb. 8
Abb. 8

Für Kiese wird eine neue geometrische Form verwendet, die Raute. Dabei ist die tendenzlose Form eine leere Raute, die zu Grobkies neigende Form durch eine ausgefüllte Raute demonstriert. Der Feinkies wird nur durch das Rautenskelett, also die Diagonalen, dargestellt (Abb. 9).

Abb. 9
Abb. 9

Heterolithische Wechsellagen

Wechsellagen (sog. Heterolithe oder heterolithische Wechsellagen) bestehen aus zwei Lithologien, von denen keine dominiert, sondern das Verhältnis zueinander ausgeglichen ist. Dabei kann es sich um Wechsellagen aus mm-starken Bändern oder Meter-dicken Bänken handeln. In klastischen Systemen sind Kombinationen aus Ton- und Schluffsteinen und Schluff- und Sandsteinen die häufigsten.


Dominiert die Tonfraktion (Sandflasern in Tonstein), spricht man von »Lentikularschichtung«, im umgekehrten Fall (Tonschmitzen/-lagen in einer sandigen Lithologie) von Flaserschichtung. Flaserschichtung gilt zu unterscheiden von einzelnen tonigen Lagen in Sandstein.

Abb. 10
Abb. 10

Die heterolithische Wechsellagerung kann allgemein dargestellt werden in Form von durchgängig gepunkteten und gestrichelten Linien (Abb. 10). Die Profillinie reicht zur Hälfte der Stützpunkte beider beteiligten Lithologien, bei Sandflasern in Tonstein also auf der Hälfte zwischen Sand und Ton. Rechts von der Profillinie wird mit dem entsprechenden Piktogramm für Lentikular- oder Flaserschichtung gekennzeichnet, welcher Gesteinstyp dominiert – oder ob Ausgewogenheit vorherrscht.

Zusatzsignaturen

Siehe beiliegendes Tabellendokument »Gesteine_Klassifikation.ods« (im Symbole-/Texturen-Paket).
Zemente oder Nebengemenge, die die Hauptlithologie begleiten, können mithilfe zusätzlicher, d. h. überlagernder Texturen dargestellt werden. Soll also ein »anhydritisch zementierter Sandstein« veranschaulicht werden, könnte man die Sandstein-Textur anwenden und eine weitere Textur für den entsprechenden Zement überlagern.
Im Symbole-/Texturen-Paket sind einige solcher Zusatzsignaturen mitgegeben (Ordner »Texturen|PAT_GIMP_Muster_textures|Zusatzsignaturen«).

Teil III: Disperse Sekundärattribute

Abb. 11
Abb. 11

Hierunter versteht man beispielsweise den Karbonatgehalt, der ab einem bestimmten Anteil z. B. einen »Schluffstein« zu einem »Schluffmergelstein« (Mergelstein) werden lassen kann. Ein anteiliger Karbonatgehalt (leicht über das Betröpfeln mit Salzsäure feststellbar) kann dargestellt werden, indem die Ton-Strichlein zu einem Haken verändert werden (Abb. 11). Gegebenenfalls müssen einzelne Karbonat-Arten unterschieden werden (z. B. Kalziumcarbonat von Siderit).

Teil IV: Diagenetische Bildungen (Klasten, Knollen, Krusten)

Diagenetische Bildungen können sowohl fein verteilt (dispers) als auch horizontal aushaltend in Form von Lagen und Krusten auftreten. In der Profilsäule wird die disperse Verteilung dargestellt, indem die Piktogramme, z. B. Anhydritknollen, frei innerhalb der Profilsäule verteilt werden, ohne jedoch den rechts oder links liegenden Rand zu berühren. Soll eine lagenweise Erscheinung (oder auch mehr oder weniger durchgehende »Verknollung«) kenntlich gemacht werden, kann dies durch Schneiden der Profillinie geschehen (Abb. 12).
Weitere Arten von Konkretionen können sein: Konkretionen aus Calcit (in Paläoböden = Caliche), Dolomit, Siderit, oder Phosphorit. Neben der erwähnten Anhydrit-Verknollung auch solche aus Gips; außerdem Quarz-basierte Verkrustung (= Verkieselung) und Geoden.

Bezüglich der anhydritischen Verknollung hat sich bewährt, eine Einteilung in vier Größenklassen vorzunehmen:

  1. Klasse: Durchmesser wenige Millimeter bis 1 cm.
  2. Klasse: Durchmesser 1 cm bis 1 Zoll.
  3. Klasse: Durchmesser 1 bis 2 Zoll.
  4. Klasse: Durchmesser > 2 Zoll.

Im Symbole/Texturen-Paket finden sich im Ordner »Sedimentstrukturen|GBR_GIMP_Pinsel_brushes« dementsprechend vier Pinselgrößen für Anhydritknollen, jeweils in mehreren Variationen.

Teil V: Sedimentstrukturen

Sedimentstrukturen werden rechts neben die Profillinie gezeichnet.

Teil VI: Gesteinsfarben

Zur Beschreibung der Gesteinsfarben bietet sich die Verwendung eines Farbfächers an, beispielsweise das RAL-Farbensystem. Farbfächer dieser Art sind ab ca. 10 € erhältlich und erlauben eine weitgehend objektive Beschreibung der Gesteinsfarbe. Auf der Webseite des RAL-Systems finden sich zu den standardisierten RAL-Nummern die entsprechenden RGB-Werte.

Teil VII: Fossilinhalt

Der Fossilinhalt wird, wie die Sedimentstrukturen, rechts neben die Profilinie gezeichnet. In der Profilzeichnung bieten sich Piktogramme an; in der schriftlichen Dokumentation könnte man auf die sog. Güstrower Notation zurückgreifen.

Teil VIII: Verfestigungsgrad

Die meisten Gesteine im Übertageaufschluss oder Bohrkern werden mehr oder weniger verfestigt vorliegen. Bei siliziklastischen Gesteinen hängt man an den Gesteinsnamen ein »-stein« oder »-it« an, um den verfestigten Zustand zu kennzeichnen. Man beachte den Unterschied zwischen »Sand« (unverfestigt) und »Sandstein« (verfestigt) sowie »Dolomit« (Mineral) und »Dolomitstein« (Gestein)! Unverfestigter Tonstein wird am ehesten als »plastisch verformbarer Ton« angesprochen.

In Bohrkernen kann man vorzüglich den mit der Tiefe zunehmenden Verfestigungsgrad wahrnehmen: In niedrigen Tiefen liegende Sandsteine können nur gering verfestigt (leicht »absandend«) oder gar desintegriert (»Sandkiste«) vorliegen, während in größeren Tiefen Sandsteine zunehmendem Auflastdruck ausgesetzt sind und durch diagenetische Prozesse zementiert sein können.
Man kann für das jeweils unverfestigte und verfestigte Gestein eine eigene Gesteinssignatur (Textur) anwenden, aber ich halte das für übertrieben aufwendig; man benötigte ja die doppelte Menge an Texturen, um alle Zustände darstellen zu können. Stattdessen schlage ich vor (anders als in DIN 4023 definiert), links neben die Orientierungslinie eine gewellte oder gezackelte Kurve anzubringen, die diejenigen Bereich ausweist, der unverfestigt vorliegt (siehe Abbildung).