sou · GZB314 · 2011-02-15 00:00:00 — är sprickavståndet uppskattat till mer än , men på grund av det begränsade antalet observationer är denna uppskattning osäker och djupet till torrare berg kan vara större. Grundvattnets salthalt och ålder ökar med djupet, och bergspänningarna anses vara jämförbara med dem i Äspölaboratoriet och normala för svensk berggrund. I området har inga större flacka deformationszoner eller större sprickor identifierats. Sprickor och deformationszoner ökar berggrundens permeabilitet, det vill säga genomsläpplighet, och skärande system kan bilda potentiella vattenförande nätverk. Liksom i Forsmark ökar både salthalten och åldern på grundvattnet med djupet. Mot successivt grundare nivåer förekommer en blandning av marint, glacialt, deglacialt och meteoriskt vatten (vatten från olika typer av nederbörd). Delar av berggrunden i Laxemar låg över högsta kustlinje och saknar därmed marint vatten från . 10 SKB, 2008b. Geologiska utgångspunkter för platsvalet Berggrunden är uppbyggd av bergarter som i sig definieras utifrån deras mineralsammansättning och bildningsätt. Det finns tre huvudsakliga bergartstyper: magmatiska, sedimentära och metamorfa bergarter. Magmatiska bergarter är bildade ur en smält = som antingen har kristalliserat på djupet eller stelnat på ytan i form av vulkaniska utbrottsprodukter. Sedimentära bergarter är antingen klastiska, bildade av vittringsprodukter, kemiskt utfällda eller bildade av organiskt material. Metamorfa bergarter har omvandlats under förhöjda tryck och temperaturer. Metamorfa bergarter kan innan omvandlingen ha varit en magmatisk, sedimentär eller en bergart som tidigare utsatts för metamorfos. Metamorfa bergarter är ofta deformerade. Bergmekaniska egenskaper och de hydrogeologiska förhållandena styrs till stor del av berggrundens sammansättning och struktur, som även påverkar grundvattnets sammansättning och bergets förmåga att motverka transport av lösta ämnen. Amfibolit: Metamorfoserad basisk bergart. Aplit: Finkorning, ljus magmatisk gångbergart med samma sammansättning som granit. Basiska bergarter: Magmatiska bergarter med en SiO2-halt på mellan 45–, t.ex. gabbro och diabas. De är ofta är rika på mörka . Diabas: , magmatisk bergart som förekommer som gångar. Kristalliserad på grunda till medelstora djup. Diorit: Magmatisk djupbergart med intermediär SiO2-halt (52– ). Felsiska till intermediära vulkaniter: Ljusa, kvart- och fältspatrika, vulkaniska bergarter. Gabbro: Basisk magmatisk djupbergart. Granit: Magmatisk djupbergart med hög SiO2-halt (> ), som består av kvart, fältspat och glimmer eller amfibol. Granodiorit-tonalit: Magmatiska djupbergarter som har högre halt av mörka än granit, och i regel lägre halt av dessa Geologiska utgångspunkter för platsvalet än basiska bergarter. Tonalit har lägre kvartshalt är granit. Kvartsdiorit: Magmatisk djupbergart, som har något högre halt av kvarts i förhållande till diorit. Kallas även tonalit. Kvartsmonzodiorit: Relativt kaliumrik, magmatisk djupbergart med intermediär SiO2-halt (52–). Pegmatit: Grovkornig, ljus magmatisk djupbergart som ofta förekommer som gångar. Pegmatitisk granit: Grovkornig, ofta heterogen granit. Skarn: Ca-Mg-silikatrik, metamorf bergart. Ultrabasiska bergarter: SiO2-fattiga (> ) magmatiska bergarter som är rika på mörka . Jordskalv uppstår när energi snabbt eller plötsligt frigörs genom rörelser utmed rörelseplan, så kallade förkastningar, varvid seismiska vågor sänds ut. Jordskalv är ett vanligt fenomen, och små skalv förekommer i . Kännbara jordskalv är däremot ovanliga. Skalv med en magnitud på 4 till förekommer och är vanligast utmed , i sydvästra och utmed geologiska svaghetsplan (lineament) i norra delen av landet. I historisk tid har kraftigare jordskalv (med en magnitud på 6 eller mer) inte noterats. har skalv med magnitud över 3 varit mycket ovanliga i både Laxemar och Forsmark. Uppmätta jordskalv i sker på mellan 7 och 35 kilometers djup. I södra delen av landet ligger fokus för skalven på ett djup mindre än och i norr är de grundare än . Skalvens rörelser sker framför allt utmed äldre, redan existerande sprickor och förkastningar. På djup större än är jordskorpan i seismiskt inaktiv. De relativt kraftiga jordskalven i norra är relaterade till rörelser utmed senglaciala till postglaciala förkastningar11. Den huvudsakliga seismiska aktiviteten skedde dock . 11 Bödvarsson m.fl., 2006. Geologiska utgångspunkter för platsvalet Det är oklart om den seismiska aktiviteten har avklingat eller om större rörelser kommer att ske utmed dessa rörelseplan12. Den seismiska aktiviteten utmed sker där den postglaciala landhöjningen är som störst (den är ). Aktiviteten sammanfaller med den konturlinje för jordskorpans tjocklek som visar att tjockleken avtar från sitt maximum i och . Även jordskalvskoncentrationen i sydvästra sammanfaller med skorpans avtagande tjocklek, och liknande samband mellan seismisk aktivitet och avtagande skorptjocklek har tidigare noterats även på annat håll13. Geodetisk data från stationära på olika platser i , och visar att den maximala vertikala rörelsen är och att den maximala horisontella rörelsen är per år14. Dessa rörelser beror på återjusteringen av jordskorpan, efter det att den senaste inlandsisen dragit sig tillbaka och smält. För att utvärdera ytliga bergrörelser orsakade av andra fenomen, som till exempel plattektoniska processer (se faktaruta 2) måste de lokala GIA-värdena beaktas och kompenseras för. (står för Glacial Isostatic Adjustment). Bergrörelser i jordskorpans ytligare delar kan orsaka spröda brott i berggrunden och påverka ett slutförvar för kärnavfall negativt. Aktiva bergrörelser har indikerats på olika platser i , bland annat i Laxemar-Simpevarp området, men varken resultaten eller tolkningarna är entydiga15. Ett begränsat antal av GPS-data mätta på olika sidor om en förkastningszon i Laxemar-Simpevarp området visar en statistiskt signifikant variation, som antyder att den norra sidan rört sig relativt åt öster med per år16. Denna rörelse har inte åtföljts av seismisk aktivitet, men skulle i och för sig ändå kunna vara relaterad till tektonisk aktivitet på djupet17. Det måste dock poängteras att resultatet är mycket osäkert, eftersom den indikerade rörelsen vid ytan är av samma storleksordning som felmarginalen på mätmetoden, och huvuddelen av datamängden inte är statistiskt signifikant18. 12SKB, 2008b. 13Kunck m.fl., 1993. 14Johansson m.fl., 2002. 15Pan m.fl., 1999; m.fl., 2004; Bödvarsson m.fl., 2006. 16Sjöberg m.fl., 2004. 17Bödvarsson m.fl., 2006. 18SKB, 2008b. Geologiska utgångspunkter för platsvalet Jorden består av ett antal plattor som rör sig i förhållande till varandra genom så kallade plattektoniska processer. Vissa plattor kolliderar, andra glider isär eller längs med varandra. Gränsen mellan den Nordamerikanska plattan och den Eurasiska, som tillhör, ligger mitt i . Dessa plattor glider isär med en hastighet av , vilket innebär att spänningar byggs upp i plattornas berggrund. När spänningarna frigörs uppstår jordskalv och seismisk aktivitet. 2.2.2Förhistoriska jordskalv – sentill post-glaciala jordskalv Tecken på förhistoriska jordskalv (paleoseismisk aktivitet) i visar sig antingen direkt genom tydliga förskjutningar av ytan mellan berggrunden och det överliggande jordlagret, eller indirekt av seismiskt deformerade kvartära jordlager (faktaruta 3). Den paleoseismiska aktiviteten i har förklarats som en kombination av plattektoniska processer i (se faktaruta 2) och frigjorda bergspänningar, som ackumulerats i berget av den pålagrade inlandsisen när isen snabbt drog sig tillbaka. Ackumulerad horisontell spänning kan även ha uppkommit genom den nedsänkning av berggrunden som orsakades av det tjocka istäcket. I norra har ett antal större förkastningsplan i berggrunden identifierats utmed större svaghetsplan (lineament) och det är troligt att de är bildade genom kraftiga jordskalv (med en magnitud )19. Enligt SKB finns det inga entydiga bevis för att liknande sen- eller post-glaciala förkastningar förekommit i södra . Detta har dock ifrågasatts21. I närheten av både Laxemar-Simpevarp området och i Forsmark förekommer linjära mönster och höjdskillnader, så kallade morfologiska lineament, i landskapet där deformerade kvartära jordlager har påträffats. Dessa kan dock inte entydigt tillskrivas kraftig paleoseismisk aktivitet22. Störda kvartära jordlager har påträffats i olika delar av , men de är överlag ytmässigt begränsade och mycket lokala, vilket 19Lagerbäck & Sundh, 2008. m.fl., 2008, och referenser däri. 22Lagerbäck m.fl., 2006; , 2008. Geologiska utgångspunkter för platsvalet motsäger att de har orsakats av kraftiga jordskalv23. I Forsmarksområdet är störningsbenägna jordarter odeformerade. Att dessa är ostörda tyder på att området inte utsatts för någon påtaglig seismisk aktivitet efter det att sedimenten avsattes. I Uppsalaåsen har dock avvattningsstrukturer och slumpveck påträffats, som anses vara orsakade av lokala hydrologiska förhållanden snarare än av seismisk aktivitet24. Det kan dock inte uteslutas att det finns andra tolkningsmöjligheter. Även i Oskarshamnsområdet har störda, störningsbenägna kvartära jordlager påträffats25. De förekommer i de övre delarna av sediment som anses härröra från äldre istider. Liknande jordarter på lägre nivåer är däremot odeformerade, vilket talar emot att området skulle ha påverkats av större jordskalv. Det är dock viktigt att påpeka att de undersökta lagren lyftes upp över den dåtida havsnivån relativt snart efter avsättningen, och på så sätt torkat ut och kompakterats och därmed blivit mindre störningsbenägna. De är alltså osäkra seismiska markörer. Val av plats för slutförvar av använt kärnbränsle ska ske med hänsyn tagen till ändamålet och uppfylla de krav som följer av kärntekniklagen, strålskyddslagen och . Syftet är att åstadkomma ett långsiktig säkert förvar med rimliga konsekvenser på omvärlden och miljön. Två områden, Forsmark och Laxemar, har undersökts i detalj och enligt SKB ska platsvalet tillfalla det område som har bäst förutsättningar och som påverkas minst av intrång och störning. 2.3.1Jämförelse mellan berggrundens sammansättning och struktur Både i Forsmark och i Laxemar är kunskapen om berggrundens sammansättning god. Däremot är den tredimensionella utbredningen av de underrepresenterade bergarterna (se faktaruta 1) mindre känd på grund av det relativt begränsade antalet borrkärnor. 23Lagerbäck & Sundh, 2008. 24Lagerbäck m.fl., 2005. 25Lagerbäck m.fl., 2006. Geologiska utgångspunkter för platsvalet dessa bergarter kan påverka berggrundens kvalitet bör de kontinuerligt modelleras matematiskt under byggskedet i Forsmark. Berggrunden i kandidatområdet i Forsmark har högre kvartshalt än Laxemar, vilket innebär att värmeledningsförmågan är bättre och deponeringsutrymmet därför kan göras mindre i Forsmark än i Laxemar. Graden av omvandling av berggrunden, det vill säga omkristallisering av befintliga eller bildning av nya, kan påtagligt påverka dess kemiska och fysikaliska egenskaper, vilket SKB också försökt bedöma vid sina platsundersökningar. För Forsmark finns inga angivna uppskattningar beträffande bergarternas omvandlingsgrad, men merparten av bergarterna är här omvandlade medan i Laxemar en mindre del av berggrunden är mer eller mindre omvandlad. Inom deponeringsområdet i Forsmark har en senare omvandlad, hålrumsförande granit påträffats i en av borrkärnorna. Hålrummen har bildats genom selektiv utlösning av kvarts och sammanfaller med kraftig oxidation. Denna omvandling påverkar bergartens kemiska såväl som fysikaliska egenskaper och leder bland annat till ökad porositet, minskad täthet, resistivitet och lägre hållfasthet, vilket bland annat ökar vattengenomsläppligheten. SKB behöver därför uppmärksamma den porösa granitens utbredning vid fortsatta undersökningar i Forsmark, och låta undersöka om och i så fall hur denna och andra omvandlingar påverkar bergarternas geokemi, transportegenskaper, hållfasthet och termiska ledningsförmåga. Kunskapen om den storskaliga strukturella utvecklingen i både Forsmark och Laxemar är god, men i detalj är påvisade större såväl som mindre deformationszoner och andra strukturelement direkt kopplade till den rumsliga fördelningen av antalet borrhål. I detta avseende är borrhålens placering i Forsmark bättre än i Laxemar, vilket innebär att det i Laxemar föreligger en större osäkerhet beträffande förekomst och utbredning av större och mindre deformationszoner och andra strukturelement26. I nordöstra , utanför kandidatområdet, är felsiska och intermediära metavulkaniter vanliga och det förekommer inte sällan malm i dessa bergarter. I , som ligger 26 Toverud, 2010. Geologiska utgångspunkter för platsvalet sydväst om , har järnmalm brutits och närliggande planer finns att återuppta produktionen. I området är spår efter brytning och brytningsförsök i form av gamla gruvhål och skärpningar vanliga. Lämningar efter gruvförsök förekommer också i vulkaniska bergarter strax utanför kandidatområdet, och i stråket föreligger dessutom ett antal undersökningstillstånd för koppar. Även nordost om kandidatområdet finns felsiska till intermediära metavulkaniter. Förutom ett antal mindre öar är dessa bergarter till stor del täckta av vatten och har därför inte närmare kunnat undersökas. Det kan därför inte helt uteslutas att dessa bergarter saknar icke-magnetiska mineraliseringar, till exempel av hematit eller sulfid, som inte registreras av magnetiska undersökningar. Dessutom är berggrunden i den nordvästra delen av den tektoniska linsen i Forsmark, precis utanför det prioriterade området, tyngre än genomsnittet. Tunga bergarter kan bestå av gabbro eller liknande, eller av olika typer av mineraliseringar. Förekomst av dessa bergarter, även när de inte är exponerade, indikeras av tyngdkraftsmätningar där de utgör en positiv geofysisk anomali. Det bör poängteras att förvaret i sig kommer att utgöra en kraftig positiv geofysisk anomali, på grund av dess tyngd och förekomst av järn. Detta innebär att det föreligger en viss risk att området i en avlägsen framtid kan bli föremål för malmprospektering27. Prospektering med hjälp av geofysiska metoder efter djupt liggande malmkroppar, som inte når markytan, kommer troligen att bli allt vanligare. Innan metavulkaniterna nordost om kandidatområdet undersökts bör det inte uteslutas att framtida exploaterbara mineralfyndigheter förekommer i Forsmarksområdet. Samma problematik föreligger inte i Laxemarområdet28. 27Toverud, 2010. 28(, 2004). Geologiska utgångspunkter för platsvalet Sannolikheten för större jordskalv i såväl Forsmark som Laxemar är mycket liten, men inte försumbar. Tolkade bergspänningar i Forsmark är betydligt högre än i Laxemar vilket kan komma att medföra att omfattande förstärkningsarbeten måste ske under byggskedet i Forsmark. Kvartär avser den geologiska period som innefattar de senaste cirka 2 miljoner åren. jordarter bildades framför allt av glaciala processer kopplade till inlandsisar. Jordarterna består i huvudsak av och bergartsfragment. Jordarter avsatta av själva isen (morän) är i regel osorterade medan vattenavsatta jordarter har en mer begränsad kornstorleksvariation. Grovkorniga jordarter är ofta så kallade friktionsjordar där skjuvhållfastheten framför allt utgörs av friktion. I finkorniga jordarter är kontaktytan mellan de ingående partiklarna många och kohesionskraften hög, och de är därför inte störningsbenägna. Löst packade och vattenmättade friktionsjordarter är däremot störningsbenägna och kan bete sig som vätska då de utsätts för skakningar från till exempel en jordbävning. De är i regel goda paleoseismiska markörer. De geologiska betingelserna i Forsmark utgjorde en del av de förutsättningar som låg till grund för SKB:s platsval. De slutliga alternativen identifierades även utifrån demokratiska premisser, i och med att platsvalsprocessen har utgått ifrån de kommuner som frivilligt har deltagit i processen. Rådet anser att frivillighetsprincipen har varit och måste vara en viktig utgångspunkt i platsvalsprocessen. Rådet kan konstatera att den geologiska detaljkun- Geologiska utgångspunkter för platsvalet skap som finns över dessa områden saknas i övriga delar av landet. Jämförelse av kunskapsläget vad gäller geologin i platsvalsområdena Med hänsyn till de geologiska kunskaper som SKB har redovisat för platsvalet kan rådet konstatera att både i Forsmark och i Laxemar är kunskapen om berggrundens sammansättning och den storskaliga strukturella utvecklingen god. Detaljkunskapen om vissa större såväl som mindre deformationszoner och andra strukturelement som kan påverka förvarets kvalitet, är däremot mindre väl kända. Denna kunskap är direkt kopplad till den rumsliga fördelningen av antalet borrhål, vilket innebär att i Laxemar föreligger en större osäkerhet gällande deformationszoner. I de hydrologiska modellerna föreligger även en viss kunskapsbrist. För att erhålla mindre osäkra modeller i Forsmark rekommenderas att ett tätare nätverk av seismiska profiler utförs. Kunskapen om den tredimensionella utbredningen av de underrepresenterade bergarterna är även bristande, och det samma gäller den observerade omvandlade och hålrumsförande graniten i Forsmark. Dessa bergarter kan påverka berggrundens kapacitet som yttre barriär och bör modelleras kontinuerligt under byggfasen. Dessutom är berggrunden öster om undersökningsområdet i Forsmark potentiellt malmförande och bör undersökas bättre. Förekomsten av i närheten till Forsmark kan eventuellt leda till säkerhetsrisk (risk för intrång) på . Samma problematik föreligger inte i Laxemarområdet. Geologiska utgångspunkter för platsvalet , R., , B., , R. & Slunga S., 2006. Earthquake activity in . Study in connection with proposed nuclear waste repository in Forsmark or . SKB R- 06-67. , , , J.L., Sherneck, H.-G., , , , M., Mitrova, J.N., , , , B., Elgered, G., Elósegui, P., , H., Poutanen, M., Rönnämg, B.O. & , I.I., 2002. Continuous GPS measurments of postglacial adjustment in Fennoscandia: 1. 107, doi:10.1029/2001JB000400. , C & , M.B., 2004. Gently dipping fracture zones in Paleoproterozoic metagranite, : Evidence from reflection seismic and cored borehole data and implications for the disposal of nuclear waste. 111, B09302. Kinck, J.J., Husebye, E.S., , F.R., 1993. The Moho depth distribution in Fennoscandia and the regional tectonic evolution from Archean to Permian times. 64, 23– 51. , R & Sundh, M., 2008. faulting and paleoseismicity in northern . Swedish Geological Survey, Reseach Paper C 836. , R., Sundh & M., , S.-I., 2006. Searching for evidence of lateor postglacial faulting in the region. Results from 2005, SKB R-06-160. , R., Sundh, M., , J.-O. &, , H., 2005. Searching for evidence of lateor postglacial faulting in the Forsmark region. Results from 2002-4, SKB R-05-51. , H., 2004. The potential for ore, industrial and commerical stones in the Simpevarp area. , , , R., Audemard, F., Dawson, S. & Sun, G., 2008. Paleoseismicity and uplift of . 33 IGC excursion No 11, A: 30–5, B: 15–19, 2008. Geologiska utgångspunkter för platsvalet , M., , , , C.j. & Asenjo, E., 1999. GPS measurments of crustal deformation in , , between 1989 and 1996. GFF 121, 67–72, 1999. , , , M. & Asenjo, E., 2004. A deformation analysis of the GPS monitoring network from 2000 to 2004. SKB, 2008a. Site description of Forsmark at completion of the site investigation phase. SKB, 2008b. Geological evolution, palaeoclimat and historical development of the Forsmark and Laxemar-Simpevarp areas. Site descriptive modlelling SDM-site. SKB, 2009. Site description of Laxemar at completion of the site investigation phase. Söderbäck, B. (red), 2008. Geological evolution, paleoclimat and historical development of the Forsmark and Laxemar-Simpevarp areas. Site descriptive modelling SDM-Site. Toverud, Ö., 2010. Jämförande bedömning av platserna Forsmark och Laxemar som lämpliga för slutförvar av använt kärnbränsle. Rapport till , . 3Barriärernas beständighet i slutförvarsmiljö De tekniska barriärerna (kopparkapsel och bentonitbuffert) utgör viktiga garanter för att slutförvaret av högaktivt kärnbränsle ska vara långsiktigt säkert. har emellertid resultat från ny forskning utmanat egenskaperna hos både kopparkapseln och bentonitbufferten och ifrågasatt deras långsiktiga funktion. redogjorde i förra årets kunskapslägesrapport för bakgrund och frågeställningar i samband med forskningsresultat om korrosion av koppar i vatten och erosion av bentonit i buffert och återfyllning1. uppmanade SKB att fortsätta forskningen om koppars egenskaper i olika miljöer där metallen kommer i kontakt med vatten. publicerades en rapport från seminarium om kopparkorrosion, som anordnades i november 2009.2 I årets kunskapslägesrapport följer upp vad som har hänt och ger ytterligare synpunkter på den forskning som bedrivs. Några av synpunkterna är resultat av ett möte med ett antal korrosionsexperter vid , , . innehöll vidare beskrivningar av några av de utmaningar mot bentonitbufferten och återfyllningen som har aktualiserats . Det gäller inte minst bentoniterosion i förvaret och i återfyllningen som upplevs som hot, särskilt under efterglaciala förhållanden. En annan aktuell fråga gäller processen för vattenmättnaden av bentonit som kan påverka buffertens egenskaper . 1Kunskapsläget på kärnavfallsområdet 2010 – utmaningar för slutförvarsprogrammet. 2Mechanisms of Copper Corrosion in Aqueous Environments. A report from scientific workshop,on , 2009. Barriärernas beständighet i slutförvarsmiljö senare frågan belyses närmare i årets kunskapslägesrapport som också innehåller några synpunkter på den nya forskning som presenterats av SKB . 3.1Om korrosion av koppar i kontakt med vatten Kopparkapseln utgör en viktig barriär i KBS-3-metoden, eftersom den förväntas vara helt tät och korrosionsbeständig. Det är därför nödvändigt att det finns väl underbyggda data om korrosion av koppar i slutförvarsmiljö för att trovärdigheten för KBS-3 metoden ska bestå. Fullständiga kunskaper om mekanismer, hastigheter och drivkrafter för kopparkorrosion under de förhållanden som råder i slutförvaret är nödvändiga. 2009 publicerade en grupp forskare från KTH resultat som ifrågasatte nuvarande kunskap om kopparkorrosion under syrefria (anoxiska) förhållanden, vilka förväntas råda i slutförvaret3. Deras experimentella resultat tyder på att koppar kan korrodera spontant även i rent vatten genom att hydroxidjoner (OH-) tas från vattnet tillsammans med att vätgas (H2) utvecklas. Detta innebär att en allmän korrosion av koppar skulle kunna ske i slutförvaret på lång sikt. Deras resultat har emellertid varit föremål för flera kritiska granskningar och ifrågasättanden, främst på grund av att de strider mot kända termodynamiska data för hur koppar reagerar i rent syrefritt vatten4. arrangerade ett internationellt vetenskapligt seminarium med titeln of Copper Corrosion in Aqueous Environments som samlade nära 300 personer. Inbjudna experter från olika länder invände mot att de nya forskningsresultaten skulle vara otvetydiga, men skulle möjligen kunna ske under extrema förhållanden i ultrarent vatten. Även om koppar faktiskt skulle kunna reagera i ultrarent vatten, på det sätt som dessa forskare föreslår, skulle detta inte kunna orsaka några allvarliga angrepp på kopparkapseln under dess livslängd på över 100 i slutförvaret. Denna slutsats har baserats på grundval av de data om vätgasutveckling som presenterats i de publicerade experimentella resultaten av et al. Från rent termodynamiska utgångspunkter är korrosion av koppar i syrefritt vatten möjlig endast om vätgastrycket är extremt 3Hultquist et al. 2007, 2009. ex. Apted et al., 2009; King, 2009. Barriärernas beständighet i slutförvarsmiljö lågt5 och koncentrationen koppar(I)joner(Cu+) dessutom är försumbar.