research

Unloading joints in the central Aar granite of the Schöllenen Gorge (canton Uri, Switzerland)

Abstract

Zusammenfassung: Talklüfte können im Zusammenhang mit Strasseneinschnitten, Wasserkraftanlagen und geologischen Massenbewegungen in steilen Talflanken eine wichtige Rolle spielen. Die Schöllenenschlucht im Reusstal (zentrale Schweizer Alpen) bildet ein ideales Untersuchungsgebiet für das Studium der Eigenschaften und Entstehungsmechanismen solcher Talklüfte. Die Schöllenen- Schlucht liegt am Südrand des Zentralen Aaregranits, welcher vor rund 300Mio. Jahren intrudierte, während der Alpenbildung nur lokal duktil deformiert und anschliessend an die Oberfläche gehoben wurde. Die bis zu 600 m tiefe Schlucht bietet einen idealen Einblick in das komplexe Trennflächengefüge des Plutons. Einen Einblick in das Berginnere erlauben zudem die Stollen des Kraftwerks Göschenen. Die Kartierungsarbeit führte zur Unterscheidung von zwei vermutlich alpin-syntektonischen Kluftfamilien (S- und Q-Klüfte) sowie drei Generationen von Entlastungsklüften (subhorizontale Dehnungsklüfte (L-Klüfte) und zwei Generationen von mittelsteilen bis steilen Talklüften (T1- und T2- Klüfte)). Die zahlreichen S-Klüfte verlaufen meistens parallel zur alpinen Schieferung, d. h. ungefähr E-W streichend und steil gegen Süden einfallend. Die weniger häufigen Q-Klüfte fallen steil gegen SW ein, der Winkel zwischen den beiden Kluftfamilien beträgt 60 bis 80 Grad. Die räumliche Lage der verschiedenen Entlastungsklüfte wurde primär in Querprofilen durch die Schöllenen erfasst. Die ersten Entlastungsklüfte verlaufen horizontal, sie bildeten sich unabhängig von der Topographie möglicherweise während einer spätalpinen miocänen Hebung des Aarmassivs. Eine erste Generation von Talklüften (T1) fällt mit 30-45 Grad beidseitig talwärts ein und wurde vermutlich während einer frühen pleistozänen Eintalung gebildet. Die jüngsten Talklüfte (T2) sind parallel zur heutigen Taloberfläche der Schöllenenschlucht orientiert, d. h. sie liegen parallel zu den mit spätpleistozänen Gletscherschliffen markierten Felsoberflächen. Die Frequenz sowie die Grösse dieser Klüfte nehmen zumindest in einem Stollen gegen das Berginnere ab und konnten bis rund 150 Meter ins Berginnere nachgewiesen werden. Fraktographische Untersuchungen, d. h. die Untersuchung von Bruchstrukturen auf Kluftoberflächen (hauptsächlich Federmarken mit einer Grösse von 5 bis 10 m) bestätigten diese relative Alterabfolge. Ebenso konnten dadurch jeweils der Ursprungspunkt einer Kluft und die Bruchfortpflanzungsrichtung bestimmt werden. Es zeigte sich dabei stets, dass grosse Talklüfte (bis über hundert Meter Länge) aus mehreren 5-10 Meter grossen Extensionsklüften bestehen, welche durch primär subhorizontale stabile Rissausbreitung entstanden sind. Grosse Talklüfte bilden sich bevorzugt in Graniten mit nur geringer alpin-tektonischer überprägung. Die Talklüfte der Schöllenen bilden sich nicht als Scherbrüche, wie dies von früheren Autoren angenommen wurde, sondern als Extensionsrisse in einem kompressiven Spannungsfeld. Das räumliche Auftreten und die beobachteten Grössen der Talklüfte können teilweise mit quantitativen Bruchkriterien, wie sie für hohlraumnahe Extensionsrisse in Tunnelwerken entwickelt wurden, erklärt werden. Wesentlich für den Ort und die Grösse der Talklüfte sind neben den Deviatorspannungen und Zugspannungen auch die σ3/σ1 Hauptspannungsverhältnisse. Erste numerische Modellrechnungen zu einer mehrphasigen glazialen Eintalung vermögen die beobachteten Bildungsbereiche und Eigenschaften der Talklüfte grob abzubilde

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