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Roches d’accueil
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Als Wirtgestein bezeichnen Geologen und Ingenieure jenen Gesteinskörper, der unmittelbar das Tiefenlager umfasst und eine geringe Wasserdurchlässigkeit aufweist.
Zusammen mit den angrenzenden, ebenfalls gering durchlässigen Gesteinsschichten bildet das Wirtgestein die geologische Barriere eines Tiefenlagers. In Europa werden als Wirtgesteine Kristallin-, Salz- und Tongesteine in Betracht gezogen.
En Suisse, quatre roches sédimentaires riches en argile satisfont aux exigences sévères imposées aux roches d'accueil :
- L'argile à Opalinus
- La série de roches argileuses 'Dogger brun'
- Les couches d'Effingen
- Les formations marneuses de l’Helvétique
Après une première sélection de roches répondant aux exigences minimum, les critères ont encore été durcis.
Les roches énumérées ci-dessous ont ainsi été mises à l'écart ou n'entrent absolument pas en ligne de compte en Suisse.
- Les roches, riches en argile, des molasses d'eau douce inférieure et supérieure, satisfont également aux exigences minimum. Cependant, elles ont été mises à l'écart en raison de leur perméabilité horizontale plus élevée.
- Les roches cristallines du nord de la Suisse et des Alpes satisfont également aux exigences minimum. Elles ont également été mises à l'écart parce que les écoulements d’eau suivent souvent un réseau de failles étroites qui sont très difficiles à explorer à partir de la surface. Ceci rend les pronostics difficiles.
- Les gisements de sel de la Suisse ne conviennent pas en tant que roche d'accueil. Les couches de sel sont trop peu épaisses pour confiner les déchets. En outre, elles sont trop proches de la surface où, par lessivage, elles sont exploitées en tant que matière première.
Opalinuston
Der Opalinuston gilt als geeignetes Wirtgestein für ein geologisches Tiefenlager für radioaktive Abfälle in der Schweiz.
In der Nordschweiz und den angrenzenden Ländern ist der Opalinuston verbreitet. Das zirka 110 Meter dicke, gleichmässig aufgebaute Schichtpaket hat seinen Ursprung in der Jurazeit vor rund 174 Millionen Jahren. Damals war die Nordschweiz von einem flachen Meer bedeckt. Am Meeresboden lagerte sich feiner Tonschlamm ab. Nach dessen Verfestigung entstand daraus der Opalinuston. Der Name stammt vom häufig darin enthaltenen Ammoniten «Leioceras opalinum».
Opalinuston hat ein sehr gutes Abdichtungs- und Isoliervermögen. Träger dieser Eigenschaft sind die mikroskopisch kleinen, plättchenförmigen Tonminerale.
Die Anforderungen an Mächtigkeit und Tiefenlage werden in einem Streifen von Olten bis Schaffhausen erfüllt. Die bautechnischen und chemischen Eigenschaften des Opalinustons sind aus Versuchen in Labors, im Felslabor Mont Terri sowie aus Bohrungen und Tunnelbauten gut bekannt.
Offene Stollenwand im Opalinuston im Felslabor Mont Terri (JU). Bild: Comet
Brauner Dogger
Die Tongesteinsabfolge Brauner Dogger umfasst einen Gesteinsstapel von tonreichen, gering durchlässigen Gesteinsschichten, die vor zirka 174 bis 160 Millionen Jahren zwischen dem Opalinuston und den Effinger Schichten abgelagert wurden.
Die Tongesteinsabfolge erstreckt sich östlich des unteren Aarelaufs bis zum Nordrand des Molassebeckens im Raum Schaffhausen. Wie bei allen mergeligen Gesteinen ist es von der Oberfläche aus schwierig, die Ausdehnung und Verteilung von sandigen und kalkigen Bereichen im Untergrund zu erfassen. Die Poren der Sandsteine sind über weite Bereiche mit Kalk zementiert. Dadurch sind auch die Sandsteine nur gering durchlässig. Die tonreichen Einheiten besitzen ein Selbstabdichtungsvermögen, das dem des Opalinustons sehr nahe kommt.
Zwei Kernstücke der Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' aus rund 500 Meter Tiefe der Sondierbohrung Benken. Der linke Kern enthält Fossilienschalen (weiss), die mit Tonschlamm gefüllt sind. Bilder: Nagra
Effinger Schichten
Die so genannten Effinger Schichten entstanden vor zirka 160 Millionen Jahren aus Meeresablagerungen. Es sind tonreiche Mergelschichten mit örtlichen Kalkbänken. Das Gestein variiert in seiner Zusammensetzung und Mächtigkeit, die bis zu 300 Meter erreicht. Ein geeignetes Vorkommen erstreckt sich westlich des unteren Aarelaufs bis in die Gegend von Olten.
Die Effinger Schichten sind geringdurchlässig, wenn sie von mindestens 200 Meter Gestein bedeckt sind. Die Quellfähigkeit ermöglicht eine Selbstabdichtung von kleinen Rissen. Die bautechnischen Eigenschaften sind aus Untertagebauten bekannt.
In diesem Steinbruch lässt sich die feine Schichtung der Effinger Schichten erkennen. Die Höhe der Wand beträgt etwa 15 Meter. Bild: Dr. Heinrich Jäckli AG
Mergel Formation des Helvetikums
Die Mergel Formationen des Helvetikums am Wellenberg bestehen aus feinsandigen, schiefrigen Ton- und Kalkmergeln und wurden vor zirka 135 Millionen Jahren (unterste Kreide) im Tethysmeer gebildet.
Im Laufe der Alpenbildung wurden sie zusammen mit angrenzenden Kalken aus einem weiter südlich gelegenen Gebiet weit nach Norden verschoben, wo sie heute entlang des Alpennordrandes dicke Gesteinspakete bilden, die so genannten Helvetischen Decken.
Diese Mergel wurden bereits in einer früheren Phase der Standortsuche für ein Lager für schwach- und mittelaktive Abfälle eingehend untersucht.
Das grosse Gesteinsvolumen bietet eine hohe Flexibilität bei der Auslegung der Lagergeometrie. Die Wasserdurchlässigkeit in den tonreichen Gesteinen ist gering.
Kernstück mit Mergelgesteinen aus der Sondierbohrung 4 am Wellenberg. Bild: U. Gerber