Technisches Forum Entsorgungsnachweis

Frage 10: Eigenschaften von Opalinuston

Inwieweit unterscheidet sich das für den Radionuklidtransport massgebende Diffusions- und Absorptions-Verhalten sowie die Gebirgsdurchlässigkeit vom Opalinuston der sandig / karbonatreicheren von der tonigen Fazies (vgl. auch Fragen 8 & 9)?

 

Thema Bereich
Eingegangen am 23. Dezember 2005 Fragende Instanz Vertreter des Kantons Thurgau
Status beantwortet
Beantwortet am 23. Dezember 2005 Beantwortet von

Beantwortet von Nagra

Fragen 8 bis 10 stehen alle im Zusammenhang mit der Definition des Wirtgesteins, dessen Durchlässigkeit und dessen Radionuklid-Rückhalteeigenschaften. Die Fragen überlappen sich teilweise inhaltlich; sie werden deshalb gemeinsam beantwortet.

Frage 8 + 9:

Das Wirtgestein umfasst eine im Zürcher Weinland 105 – 125 m mächtige Tonstein-Abfolge (vgl. NTB 00-03), welche in einem Flachmeer abgelagert wurde und deshalb grossräumig sehr homogen ausgebildet ist (NTB 02-03, Kap. 3.2.3 und 5.2.2). Aufgrund ihres Alters, welches auf der Basis von Ammoniten bestimmt wird, wird in Anlehnung an die publizierte Fach-Literatur der untere, grössere Abschnitt als Opalinuston, und die obersten 20 m als Murchisonae-Schichten bezeichnet. Im Zürcher Weinland unterscheiden sich die Murchisonae- Schichten von ihrer Gesteinsausbildung (Fazies) her nicht vom Opalinuston und werden deshalb korrekterweise dem Wirtgestein zugerechnet (NTB 02-03, Kap. 2.4). Verglichen mit vielen anderen mesozoischen Schichtgliedern kann das Wirtgestein auch in der Vertikalen als homogen bezeichnet werden (s. bohrlochgeophysikalische Logs in NTB 00-01, Beilage 5.10, NTB 02-03, Fig. 4.6-2), bei einer genaueren Betrachtung lässt es sich aber in 6 Untereinheiten mit unterschiedlichem Sand-, Silt- und Karbonatanteil gliedern.

In der sogenannten ’sandigen Fazies‘ treten generell wenige mm- bis cm-mächtige Sandsteinlagen auf, die sich seitlich aber nur über wenige cm bis dm erstrecken und dadurch vollständig von Tonsteinen umgeben sind (in Frage 10 zutreffend formuliert). Sie sind zudem immer vollständig mit Calcit zementiert (NTB 02-03, Fig. 5.2.3) und weisen deshalb keine erhöhte Porosität, resp. Durchlässigkeit auf. Keiner der zahlreichen hydraulischen Tests in Tiefbohrungen in der Nordschweiz oder im Felslabor Mont Terri hat je einen systematischen Unterschied in der Durchlässigkeit zwischen toniger und sandiger Fazies festgestellt. Die Stollen des Felslabors Mont Terri und aller anderen von der Nagra bezüglich Durchlässigkeit untersuchten Strassen und Eisenbahntunnel (Gautschi 2001, Hydrogeol. Journ. 9, 97-107) haben sowohl tonige wie sandige Fazies des Opalinustons durchfahren. Auch hier war die sandige Fazies nicht als durchlässigeres Element in Erscheinung getreten. Es ist somit nicht zulässig, die tonige Fazies als ‚eigentliches Wirtgestein‘ zu bezeichnen (s. Frage 8 sowie Vortrag von Regierungsrat Bühl vom 17.2.03 im Kantonsrat). In den hydraulischen Tests in den Tiefbohrungen kann aus technischen Gründen nur die Durchlässigkeit parallel zur Schichtung gemessen werden. Die Durchlässigkeit senkrecht zur Schichtung wurde deshalb an Bohrkernproben bestimmt und ist ca. um einen Faktor 5 geringer als parallel zur Schichtung.

Die Nagra hält aufgrund der zahlreichen hydrogeologischen Befunde an ihrer Definition fest, dass das Wirtgestein den gesamten Opalinuston inklusive sandige Fazies sowie die Murchisonae-Schichten in Opalinuston-Fazies umfasst. Seine Mächtigkeit im potenziellen Lagergebiet im Zürcher Weinland beträgt mehr als 100 m. Das in Frage 9 erwähnte >100 m – Kriterium (wir nehmen an, dass der Fragesteller das AkEnd-Kriterium anspricht) umfasst gemäss AkEnd nicht nur das Wirtgestein im engeren Sinn, sondern den für die Endlagersicherheit relevanten sog. ‚einschlusswirksamen Gebirgsbereich‘. Dieser umfasst im Zürcher Weinland aber nicht nur das 105 – 125 m mächtige Wirtgestein, sondern auch noch Teile der Rahmengesteine und ist deshalb noch bedeutend mächtiger. Das AkEnd-Kriterium ist deshalb nicht nur erfüllt, die Situation muss gemäss AkEnd sogar als ‚günstig‘ beurteilt werden (AkEnd-Bericht S. 138). Aufgrund der Durchlässigkeit ist kein Unterschied zwischen der sandig/ karbonatischen und der tonigen Fazies feststellbar. Die Radionuklidsorption wird weitgehend durch die Tonmineralien des Gesteins bestimmt. Der Tonmineralgehalt der sandig/karbonatischen Fazies ist etwas geringer als derjenige der tonigen Fazies. Da der Transport von Radionukliden durch das Wirtgestein vorwiegend diffusiv nach oben und unten erfolgt, durchqueren die Radionuklide alle Untereinheiten des Wirtgesteins. Für die Ermittlung der Sorptionseigenschaften wird deshalb der für das Wirtgestein berechnete Durchschnittswert inklusive sandige Fazies verwendet (NTB 02-03, Tabelle 5.3- 1, Werte Bohrung Benken). Die in der Sicherheitsanalyse berücksichtigten Unsicherheiten der Verteilungskoeffizienten (KD-Werte) der einzelnen Radionuklide sind jedoch bedeutend grösser als die Variationsbreite (Standardabweichung) der mineralogischen Zusammensetzung; die Sicherheit ist also auch bei ungünstigen Annahmen gewährleistet.

Frage 10 ( z.T. auch 8 ):

Aufgrund der Durchlässigkeit ist kein Unterschied zwischen der sandig/ karbonatischen und der tonigen Fazies feststellbar. Die Radionuklidsorption wird weitgehend durch die Tonmineralien des Gesteins bestimmt. Der Tonmineralgehalt der sandig/karbonatischen Fazies ist etwas geringer als derjenige der tonigen Fazies. Da der Transport von Radionukliden durch das Wirtgestein vorwiegend diffusiv nach oben und unten erfolgt, durchqueren die Radionuklide alle Untereinheiten des Wirtgesteins. Für die Ermittlung der Sorptionseigenschaften wird deshalb der für das Wirtgestein berechnete Durchschnittswert inklusive sandige Fazies verwendet (NTB 02-03, Tabelle 5.3- 1, Werte Bohrung Benken). Die in der Sicherheitsanalyse berücksichtigten Unsicherheiten der Verteilungskoeffizienten (KD-Werte) der einzelnen Radionuklide sind jedoch bedeutend grösser als die Variationsbreite (Standardabweichung) der mineralogischen Zusammensetzung; die Sicherheit ist also auch bei ungünstigen Annahmen gewährleistet.