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Technischer Bericht NTB 88-27
Sondierbohrung SiblingenArbeitsprogramm
Die Nagra führt in der Nordschweiz ein umfassendes geologisches Untersuchungsprogramm durch mit dem Ziel, die erdwissenschaftlichen Erkenntnisse zu beschaffen, welche notwendig sind, um die Eignung des Untergrundes zur Endlagerung hochradioaktiver Abfälle beurteilen zu können. Die vielfältigen Untersuchungen gliedern sich in ein Tiefbohrprogramm, eine flächenhafte geophysikalische Erkundung der Gesteins- und Strukturverhältnisse, ein hydrogeologisches Untersuchungsprogramm zur Abklärung der Wasserfliesswege im tiefen Untergrund, ein hydrochemisches Untersuchungsprogramm (mit Isotopenmessungen) zur Abklärung des Chemismus, der Verweilzeiten, der Herkunft und der Entwicklung der Grundwässer und ein neotektonisches Untersuchungsprogramm zur Erkennung aktiver Erdkrustenbewegungen im Untersuchungsgebiet.
Am 24. Juni 1980 sind von der Nagra 12 Gesuche für Sondierbohrungen dem Eidgenössischen Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement eingereicht worden. Diese Tiefbohrungen sollen die geologischen Verhältnisse im Grundgebirge und seiner Sedimentbedeckung in einem rund 1200 km2 grossen Gebiet der Nordschweiz erkunden. Zusätzlich sollen sie im weiteren regionalen Rahmen hydrodynamische und geochemische Daten liefern für den Bau eines mathematischen Modells der hydrogeologischen Verhältnisse zwischen der Nordabdachung der Alpen im Bereich der Zentral- und Ostschweiz und dem Schwarzwaldmassiv.
Nachdem der Bundesrat am 17. Februar 1982 für 11 der 12 Sondiergesuche die Bewilligung erteilt hatte, konnte die Bohrkampagne im Oktober 1982 mit der Sondierbohrung Böttstein beginnen. Bis heute sind 6 Bohrungen abgeteuft und intensiv untersucht worden; im Einzelnen: Böttstein (1501 m), Weiach (2482 m), Riniken (1801 m), Schafisheim (2006 m), Kaisten (1306 m) und Leuggern (1689 m). Alle Bohrungen sind im Anschluss an die Bohr- und Testphase mit Multipackersystemen zur Langzeitbeobachtung der hydraulischen Druckspiegel in verschiedenen Aquiferen und durchlässigen Zonen ausgerüstet worden. Die sogenannte Beobachtungsphase dauert in allen Bohrungen an und wird voraussichtlich erst in einigen Jahren abgeschlossen sein. Die wissenschaftlichen Ergebnisse sind zu einem grossen Teil veröffentlicht oder werden in der nächsten Zeit in Form von Schlussberichten bzw. Untersuchungsberichten publiziert.
Mit Siblingen, der 7. Tiefbohrung im Rahmen des Nordschweizerischen Sondierprogramms, sollen die endlagerrelevanten Eigenschaften des kristallinen Sockels und der mesozoischen Sedimentdecke im Gebiet nordwestlich von Schaffhausen erkundet werden.
Der Bohrstandort mit den Koordinaten 680'090/286'693/574 liegt leicht erhöht ca. 1.5 km nordwestlich des Dorfzentrums von Siblingen. Den Untergrund des Bohrplatzes bilden tonige Mergel und Kalke des Lias; eine nennenswerte Quartärbedeckung ist nicht vorhanden.
Bis zur Basis des Mesozoikums werden ca. 350 m vorwiegend mergelige Sedimente des untersten Jura und der Trias erwartet, die generell mit wenigen Grad Neigung nach ± SE einfallen. Im Liegenden des Buntsandsteins rechnet man bis zur vorgesehenen Endteufe von 1500 m mit Kristallin unbekannter Lithologie. Nach gegenwärtigem Wissensstand ist nicht auszuschliessen, dass das kristalline Grundgebirge von geringmächtigen Permablagerungen überdeckt sein könnte.
Das hier vorliegende Arbeitsprogramm der Sondierbohrung enthält eine detaillierte Beschreibung der technischen Auslegung der Bohrung und erläutert Ziele, Methoden, Umfang und zeitliche Abfolge der vorgesehenen Feld- und Laboruntersuchungen. Es dient auf der einen Seite allen direkt am Bohrprojekt Beteiligten als Arbeitsgrundlage und Arbeitsanweisung und verfolgt andererseits den Zweck, Behörden, Aufsichtsorgane und die interessierte Öffentlichkeit umfassend über die geplanten Arbeiten zu informieren.
Das wissenschaftliche Untersuchungsprogramm wird in der nachfolgenden Tabelle 1 unter dem Aspekt der Untersuchungsziele und der zur Erreichung dieser Ziele eingesetzten Erkundungsmethoden zusammengefasst. Unter dem operationellen Aspekt betrachtet, bilden die geologischen Aufnahmen am erbohrten Kernmaterial, die geophysikalische Vermessung der Bohrung und die hydraulischen Tests und Wasserprobenentnahmen Schwerpunkte der Felduntersuchungen.
Es ist vorgesehen, die gesamte Bohrstrecke durchgehend zu kernen. Auf Grundlage des Kernmaterials, das nachträglich durch Vergleich mit Sonic-Televiewer Abbildungen der Bohrlochwand orientiert wird, erfolgt die detaillierte petrographische, strukturgeologische und – im Sedimentbereich – stratigraphische Beschreibung der durchbohrten Gesteinsformationen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die orientierte Erfassung und die Charakterisierung der Kluft- und Wasserfliesssysteme im Kristallin gelegt. Die makroskopische Aufnahme auf der Bohrstelle wird anschliessend durch ein umfangreiches geologisch-mineralogisches Laboranalysenprogramm erweitert und vertieft.
Mit den bohrlochgeophysikalischen Messungen wird ein sehr vielfältiger Datensatz registriert, der einerseits direkte Beiträge zu übergeordneten Projektzielen liefert und andererseits die geologischen und hydrogeologischen Aufnahmen ergänzt und unterstützt. Die Bandbreite der vorgesehenen Messungen reicht von der petrophysikalischen Charakterisierung der durchbohrten Formationen (Dichte, elastische Kennwerte, elektrische Leitfähigkeit, natürliche Gammastrahlung usw.) über die Erhebung von Strukturdaten (Bohrlochwandabbildung, Einmessen von planaren Diskontinuitäten) bis zur Lokalisierung und quantitativen Erfassung von Zuflüssen durch Leitfähigkeits- und Temperaturmessungen in der Spülungssäule («Fluid-Logging»).
Einen besonderen Stellenwert im Rahmen der Projektziele hat die Abklärung der hydraulischen Verhältnisse im kristallinen Grundgebirge und in den darüberliegenden Sediment-Aquiferen. Zur Erfassung der hydrogeologischen Parameter, insbesondere der Transmissivitäten (bzw. der Durchlässigkeitsbeiwerte) und der hydraulischen Druckhöhen, sind während der Bohr- und Testphase Einfach- bzw. Doppelpackertests vorgesehen. Im Bereich der mesozoischen Aquifere und in Zuflusszonen des Kristallins werden – eine minimale Ergiebigkeit vorausgesetzt – mit dem eingebauten Testgestänge Wasserproben entnommen, die im Anschluss sowohl chemisch wie auch auf ihren Isotopengehalt hin untersucht werden (Abschätzung des Alters bzw. der Verweilzeit in der entsprechenden Gesteinsformation). Die Probennahme setzt voraus, dass die Bohrspülung mit «Tracern» markiert ist, sodass bei Bedarf durch chemische Analysen der Spülungsanteil quantitativ ermittelt werden kann. Sowohl die Tracerkonzentration der Bohrspülung wie auch der Gasgehalt und die Flüssigkeitsbilanz (Zuflüsse bzw. Verlustzonen) werden während der Bohrphase kontinuierlich überwacht.
Der bohrtechnische Teil des Arbeitsprogramms enthält neben den Daten der vorgesehenen Bohranlage detaillierte technische Angaben und Spezifikationen. Sie beziehen sich einerseits auf den Vortrieb der Tiefbohrung durch die prognostizierte Gesteinsfolge bis auf die verlangte Endteufe und andererseits auf die zu verwendenden Geräte und Materialien wie Bohrwerkzeuge, Futterrohre, Blowout-Preventer, Bohrspülungen und Zementqualitäten. Alle Vorgaben, einschliesslich Durchmesser/Teufenprofil, Verrohrungsschema und Spülungsprogramm sind auf die vielfältigen Anforderungen des geplanten Mess- und Testprogramms abgestimmt.
Der Zeitbedarf für das Abteufen der Bohrung und die Durchführung des wissenschaftlichen Untersuchungsprogramms (Bohr- und Testphase)wird auf ca. 9 Monate veranschlagt. Sofern es die hydrogeologischen Verhältnisse angezeigt erscheinen lassen, ist vorgesehen, die Bohrung nach Abschluss der Testphase mit einem Multipackersystem zur Langzeitbeobachtung von Druckspiegelschwankungen der Tiefengrundwässer auszurüsten. Diese mögliche, mehrjährige «Beobachtungsphase» ist aber nicht mehr Gegenstand des vorliegenden Programms.