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Technical Report NTB 93-12
Geology of the Crystalline Basement of Northern Switzerland and Derivation of Geological Input Data for Safety Assessment Models
Das kristalline Grundgebirge der Nordschweiz wurde mithilfe einer Anzahl Bohrkampagnen (6 Tiefbohrungen der Nagra sowie 16 ältere Bohrungen), geophysikalischen und regionalgeologischen Studien sowohl in den überliegenden Sedimenten wie auch in Grundgebirgsaufschlüssen des Schwarzwaldes untersucht. Das sedimentbedeckte Grundgebirge der Nordschweiz besteht aus hochmetamorphen Gneisen (vorwiegend aus Peliten und Grauwacken entstandene Paragneise), welche von variszischen Graniten und Ganggesteinen (Apliten, Pegmatiten, Granit-/Rhyolithporphyren, Lamprophyren) intrudiert worden sind. Die spät- und postvariszische Entwicklung ist geprägt durch eine Anzahl tektonohydrothermaler Phasen, d. h. Ereignisse spröder Deformation (Brüche, Klüfte) und damit verbundener hydrothermaler Aktivität durch Wechselwirkung mit den in den Sprödstrukturen zirkulierenden Fluiden. Die oberkarbonischen, hochtemperierten Phasen hatten eine grünschieferfazielle Überprägung des Nebengesteins entlang von Sprödstrukturen zur Folge (hauptsächlich Albitisierung/Serizitisierung von Plagioklas und Chloritisierung von Biotit), während die unterpermischen Tieftemperaturphasen von Vertonung dominiert waren (vor allem Plagioklas → lIIit, lIIit/Smektit). Jüngere Ereignisse umfassen eine Kaolinit-betonte Umwandlung, welche nur mit vergleichsweise beschränkter Spröddeformation zusammenhängt, eine Drusenbildung in bestehenden Schwächezonen wie kataklastischen Matrices, eine Kluftcalcitausfällung und die Bildung von Vererzungen.
Temperatur-Salinitäts-Logs in den Bohrungen wurden zur Identifikation von Zuflusspunkten verwendet, und insgesamt wurden im Kristallin der 6 Tiefbohrungen 138 Zuflusspunkte festgestellt. Die kleinräumige Struktur, Mineralogie und Porosität des Kernmaterials im Bereich von Zuflusspunkten wurde untersucht und führte zur Klassifikation von 3 regionalen Typen wasserführender Systeme, nämlich:
- kataklastischer Zonen,
- geklüfteter Zonen, und
- zerscherten/geklüfteten Aplit-/Pegmatitgängen und Lagen aplitischer Gneise.
Es wurden keine grösseren Unterschiede in den Eigenschaften der wasserführender Systeme zwischen Gneisen und Graniten festgestellt. Die aufgrund der Bohrresultate abgeleitete regionale Klassifikation ist vergleichbar mit den Befunden aus dem Schwarzwald (Oberflächen und Stollenuntersuchungen). Ein nennenswerter Unterschied ist das Vorkommen von Schwärmen permeabler Erzgänge im Schwarzwald; solche Schwärme wurden in der Nordschweiz im selben Ausmass nicht angetroffen, sei es, weil sie dort nicht existieren, sei es, weil sie wegen des beschränkten Untersuchungsprogramms nicht angebohrt worden sind.
Während die relativen Anteile der wasserführenden Systeme tiefenunabhängig sind, ist ihre hydraulische Leitfähigkeit eine Funktion der Tiefe. Die obersten 350 – 650 m des Kristallins haben in allen Bohrungen Leitfähigkeiten grösser als 10-9 m/s, wogegen im Liegenden die Durchlässigkeit wesentlich abnehmen kann (z. B. Böttstein) oder mit derjenigen der seichteren Bereiche vergleichbar ist (z. B. Kaisten).
Die kleinräumige Geometrie der wasserführenden Systeme, d. h. die räumliche Anordnung der Fliessporosität (z. B. offene Klüfte, Drusen), der Bruch-/Kluftfüllungen (z. B. kataklastische Matrix, Kluftmineralisation) und der Nebengesteinslithologien (z. B. umgewandelte Ränder entlang von Brüchen, frische Nebengesteine) wird in konzeptuellen geologischen Modellen vereinfacht dargestellt. Zusammen mit den Daten zur Mineralogie und verbundenen Porosität aller lithologischen Domänen werden diese Modelle als direkte Eingabedaten für die Quantifizierung des Nuklidtransports durch die Geosphäre verwendet, bei welcher Advektion, Matrixdiffusion, Sorption und radioaktiver Zerfall berücksichtigt werden.