Hydrotectonics and groundwater dynamics in the recent stress field : the karstic rocks in the Central Algarve (Portugal)

Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des DFG-Projektes Hydrotektonik von Grundwasserleitern im rezenten Spannungsfeld angefertigt. Zielsetzung des Projektes war es, den Zusammenhang zwischen rezentem Spannungsfeld und hydraulisch leitfähigen Strukturen am Beispiel des Karstgrundwasserleiters Querença-Silves zu untersuchen. Neben klassischen hydrogeologischen Untersuchungsmethoden (u.a. Pumpversuche, Markierungsversuche, hydrochemische Analysen, isotopenhydrologische Methoden) kamen elektromagnetische Methoden zur Anwendung (VLF-R, VLF-EM und AMT). Die Wasserbilanz des größten Grundwasserleiters im Zentralalgarve (Südportugal) zwischen den Orten Querença und Fontes ist bei durchschnittlichen jährlichen Niederschlagsmengen ausgeglichen, allerdings ist auf Grund der starken Wasserentnahme durch die Landwirtschaft in Jahren mit unterdurchschnittlichem Niederschlag mit einem Defizit zu rechnen. Der Grundwasserleiter wird zusätzlich zu dem Gebietsniederschlag aus Flussversickerungen und gestützt durch Isotopenanalysen und Wasserhaushaltsberechnungen mit großer Wahrscheinlichkeit auch unterirdisch aus älteren Formationen alimentiert. Neben der Grundwasserneubildung von durchschnittlich 62 Mio. m3/a (35 %) aus dem Gebietsniederschlag ergibt sich aus der Wasserbilanz ein durchschnittlicher Zustrom von ca. 58 Mio. m3/a aus benachbarten Lithologien und über Flussversickerungen. Hohe Brunnenleistungen werden nach Auswertung von Pumpversuchen hauptsächlich an Kreuzungspunkten von Satellitenbildlineamenten erwartet. Niedrige Grundwassertemperaturen als ein Hinweis auf schnelle Infiltration treten zudem in Brunnen auf Kreuzungspunkten von Satellitenbildlineamenten und stellenweise in Brunnen nahe episodisch fließender Oberflächengewässer auf. Markierungsversuche im unter- bis mitteljurassischen Karst des Zentralalgarve ergeben maximale Abstandsgeschwindigkeiten zwischen 3 und 3500 m/Tag. Hydrochemische Analysen ergeben für den größten Teil der untersuchten Wasserproben des Karstgrundwasserleiters einen normal erdalkalischen, überwiegend hydrogenkarbonatischen Wassertyp. In der Nähe von kompressiven strukturellen Elementen der miozänen Hauptinversion des Algarve-Beckens zeigt sich die Lösung von Gipsen und Salzen des Hettangs. Das Grundwasser im Bereich von Ortschaften ist häufig mit erhöhten Phosphatgehalten bis zu maximal 1,65 mg/l und erhöhten Ammoniumgehalten bis maximal 3,6 mg/l belastet. Die regional bedeutende E-W verlaufende Algibre-Störung stellt bereichsweise eine Barriere für die Grundwasserströmung dar. Sie trennt den Lias und kleinere Ausbisse des Doggers von jüngeren Formationen im Süden und wirkt sowohl für den Grundwasserleiter Querença-Silves als auch für den Malm im Süden als drainendes Element in Richtung Westen. Die in 0-30° und 90-110° orientierten Hauptfließrichtungen des Grundwassers entsprechen der Richtung transpressiver Scherstörungen in Bezug zum heutigen Spannungsfeld mit einer in 148° orientierten maximalen Hauptspannung (MOECK 2004). Der kombinierte Einsatz von VLF-EM, AMT (Audiomagnetotellurik) und einem Tracertest mit Bakteriophagen (DILL et al. 1999) in einem Testgebiet in jurassischen Karbonaten südlich der Algibre-Störung deutet auf 20-30° streichende Strukturen ( Karst-Kanäle ) hin, die kleinen scheinbaren elektrischen Widerstand und kleine Outphase in den VLF-Messungen zeigen. Die Form der elektromagnetischen Anomalien über den Karst-Kanälen lässt Vergleiche mit elektromagnetischen Messprofilen in Bereichen des karbonatischen Grundwasserleiters zu, in denen keine detaillierten hydrogeologischen Untersuchungen durchgeführt wurden. Die Interpretation von scheinbaren elektrischen Widerständen aus AMT-Messungen, in denen hohe Anisotropiekoeffizienten (?max/ ?min) auftreten, weisen auf 0-30° (±15°) und untergeordnet 90-120° (±15°) streichende, hydraulisch wirksame Strukturen in den Beckensedimenten hin