Original paper
Der Einfluss des Oberrheingrabens auf die Grundwasserzirkulation des Tafeljuras: Neue Erkenntnisse zur Rolle der Tektonik bei der Entwicklung von Karstsystemen
Herold, Thilo; Jordan, Peter
Jahresberichte und Mitteilungen des Oberrheinischen Geologischen Vereins Band 83 (2001), p. 247 - 266
32 references
published: Apr 17, 2001
DOI: 10.1127/jmogv/83/2001/247
ArtNo. ESP151008300017, Price: 6.20 €
Kurzfassung
Der SE von Basel gelegene Tafeljura, insbesondere das Gempenplateau, ist von den benachbarten Grossstrukturen Oberrheingraben und Faltenjura tektonisch beeinflusst worden. Mittels eines grossangelegten Tracerversuches, verbunden mit hydrogeologischen Kartierungen und Quellbeobachtungen wurde der Einfluss der resultierenden Störungen des Gesteins (z.B. Zerrklüfte) und des Gesteinsverbandes (Auf- und Abschiebungen) auf die Entwicklung von Karstwassersystemen untersucht. Das Ziel war vor allem, Erkenntnisse, die kürzlich in verkarsteten Antiklinalstrukturen gewonnen wurden, zu verifizieren und zu erweitern. Das Gempenplateau wird von zwei grossen Karstaquiferen charakterisiert, welche durch eine mächtige Aquiklude getrennt sind. Verwerfungen entlang der Rheintalflexur haben örtlich zu direkten Kontakten zwischen den beiden Aquiferen geführt. Der namhafte und schnelle hydraulische Austausch zwischen den beiden Aquiferen belegt, dass Abschiebungen offensichtlich kein Hindernis für die Ausbildung von Karstsystemen darstellen. Weitaus spektakulärer sind allerdings die schnellen und weitreichenden Verbindungen parallel zu den transtensiv beanspruchten Normalbrüchen. Auf entsprechende Strukturen können auch Verbindungen zwischen den beiden Aquiferen zurückgeführt werden, wo kein direkter Kontakt zwischen den beiden besteht (Transport durch die Aquiklude). Anhand eines Diagramms wird versucht, die resultierenden Grössen (scheinbare) Transportdistanz und -geschwindigkeit auf die wichtigsten Komponenten hydraulischer Gradient, Orientierung der Klüftung bzw. der Schichtung und schliesslich Anzahl durchströmter Aquifere, Aquiclude und Störungen zurückzuführen, um so ein generell übertragbares Modell für den Einfluss der Tektonik auf die Grundwasserzirkulation zu erhalten.
Abstract
The Gempenplateau in the Tabular Jura SE of Basel is strongly influenced by the neighbouring large scale structures of the Oberrheingraben and the Folded Jura. The influence of the resulting tectonic structures (e.g. fragmentation, normal faults) on karst system development was studied by means of a multi-tracer experiment combined with hydrogeological mapping and spring discharge and water quality measurements. The main objective of this study was to enhance our understanding of the interactions between tectonic structures and karstic systems, and to compare these conditions in the Folded Jura with these in the Tabular Jura. The Gempenplateau is characterised by two karst aquifers, which are separated by a thick aquiclude. A direct local contact between the two karst aquifers was established by normal faulting along the Rheintalflexur. This provides a route for fast groundwater flow across the fault and shows that such structures are not obstacles for karst water circulation. In addition, very fast groundwater flow was observed along transtensive reactivated normal faults, where also water flows from the upper karst aquifer into the lower by penetrating through the intervening aquiclude. A conceptual model was developed to explain geological influences onto the karst groundwater circulation. The model is based on data gathered to date and focuses on parameters such as hydraulic gradient, the orientation of joints, fractures and layers, as well as the number of aquifers, aquicludes and faults along a flow path. This results in a differentiated flow velocity field.
Résumé
Le plateau de Gempen, dans le Jura tabulaire au SE de Bâle, est fortement marqué par les structures avoisinantes, à grande échelle, du fossé rhénan et du Jura plissé. L’influence des structures tectoniques résultantes (par exemple la fragmentation et les failles normales) sur le développement des systèmes karstiques a été étudiée par le biais d’essais de traçages multiples. Cette démarche a été combinée à une cartographie hydrogéologique, des mésures de débit aux sources et des analyses de qualité des eaux. L’objectif principal de cette étude était d’améliorer nos connaissances quant aux interactions entre les structures tectoniques et les systèmes karstiques, ainsi que de comparer les conditions propres au Jura tabulaire et plissé. Le plateau de Gempen est caractérisé par la présence de deux aquifères karstiques séparés par un important aquiclude. Les décrochements résultant des failles normales le long de la flexure de la vallée du Rhin mettent parfois en relation ces deux aquifères. Cette situation permet le développement d’écoulements directs entre les deux aquifères et ne constituent pas un obstacle à la circulation de l’eau dans le karst. Des écoulements très rapides le long des failles normales réactivées de manière transtensive ont aussi été observés. Ces failles permettent la circulation de l’eau à travers l’aquiclude, du système karstique supérieur vers le deuxième système, inférieur. Un modèle conceptuel a été établi afin d’expliquer les influences du contexte géologique sur les écoulements dans les systèmes karstiques. Ce modèle se base sur les données obtenues jusqu’à présent et se focalise sur des paramètres tels que le gradient hydraulique, l’orientation des joints, des fractures et des couches, ainsi que sur le nombre d’aquifères et d’aquicludes. Un champ de vitesses d’écoulement différenciées résulte de la prise en compte de ces différents paramètres.
Keywords
Gempenplateau • Jura • Basel • karst • groundwater • Rheintalflexur