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Technical Report NTB 90-49
Joint seismic, hydrogeological and geomechanical investigations of a fracture zone in the Grimsel Rock Laboatory, Switzerland
Zwischen 1987 und 1989 wurde im Auftrag des amerikanischen Energiedepartements (USDOE) und der Schweizerischen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfalle (Nagra) ein Gemeinschaftsprojekt durchgeführt, um den Einfluss von Gesteinsklüften auf die Endlagerung radioaktiver Abfälle abzuklären. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurden Feld- und Laboruntersuchungen im Felslabor Grimsel der Nagra durchgeführt. Hauptziel dieser Experimente im geklüfteten Granit war es, die Ausbreitung seismischer Wellen in geklüfteten Medien sowie den Zusammenhang zwischen seismischen und hydrologischen Parametern zu untersuchen. Das generelle Ziel dieser Arbeiten ist es, Methoden für die Charakterisierung und Überwachung von unterirdischen Standorten für die Lagerung radioaktiver Abfälle zu entwickeln. In den seismischen Experimenten wurden Hochfrequenz-Signale (1'000 bis 10'000 Hz) in einer Crosshole-Anordnung über 10 – 30 Meter eingesetzt. Die Untersuchungen, mit mehr als 60'000 Strahlenwegen, wurden in einem Bereich mit den Dimensionen 10 × 21 Metern durchgeführt, der einerseits durch zwei nahezu horizontale Bohrlöcher, andererseits durch zwei Stollen erschlossen ist. Daraus resultieren zwei-, drei- und vierseitige tomographische Abbildungen der Klüfte sowie der vorhandenen geologischen Strukturen. Ziel dieser Untersuchungen war die Charakterisierung einer ausgeprägten Kluftzone, die diesen Bereich durchsetzt. Zusätzlich zu den seismischen Untersuchungen wurden auch Laborexperimente an Bohrkernen aus diesem Gebiet durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen Wassersättigung/Füllung von Kluftzonen und seismischer Geschwindigkeit/Dämpfung zu bestimmen. In-situ geomechanische und hydrologische Tests wurden durchgeführt, um die mechanische Steifigkeit und die hydraulische Durchlässigkeit der Klüfte zu beurteilen.
Die Resultate zeigen, dass sowohl P-Wellen als auch S-Wellen zur Lagebestimmung von natürlichen und den durch Untertagebau erzeugten Klüften geeignet sind. Es wurde auch festgestellt, dass für Tomographieuntersuchungen bei Frequenzen im Bereich von mehreren Kilohertz Dämpfungsmessungen zweckmässiger sind als Geschwindigkeitsmessungen. Bei niedrigeren Frequenzen scheint das Gegenteil wahr zu sein. Zudem wurde festgestellt, dass offene und wasserführende Klüfte leichter mit seismischen Wellen zu erkennen sind, als Klüfte die hydraulisch nicht aktiv sind.