Aus den Rahmengesteinen des Opalinustones im Felslabor Mont Terri liegen geologische und geochemische Untersuchungsresultate vor. Es handelt sich um die liegende Staffelegg- und die hangende Passwang-Formationen. Die lithologische Ausbildung dieser Rahmengesteine kann gut mit den Abfolgen am Bözberg verglichen werden, nicht aber mit jenen weiter östlich (die hangenden Rahmengesteine des Zürcher Weinlandes sind deutlich toniger ausgebildet). Die Untersuchungen beziehen sich auf mehrere aus dem Felslabor abgeteufte Bohrungen, u.a. Labormessungen der Chloridkonzentrationen in den Porenwässern durch die Rahmengesteine, aber auch stabile Isotopen, Helium-4 Profile und Tritiummessungen. Die Resultate dieser Untersuchungen zeigen, dass die untersten 15 m der Passwang-Formation tonig ausgebildet sind und molekulare Diffusion der relevante Transportmechanismus ist. Das gleiche gilt für die 50 m mächtige Staffelegg-Formation im Liegenden des Opalinustones, worin erst an der Basis Wasserzuflüsse beobachtet wurden.
In der Mont Terri Antiklinale sind verkarstete Grundwasserleiter im Hauptrogenstein (Passwang-Formation, liegt oberhalb des Opalinustons) und im Arietenkalk (liegt im Lias, unterhalb des Opalinustons) vorhanden. Beide Lithologien sind im Sicherheitsstollen aufgeschlossen, befinden sich oberhalb des Vorfluters mit entsprechenden Karstphänomenen. Die tonhaltigen Rahmengesteine sind aber durch diese Verkarstung nicht beeinflusst worden und es gibt keinerlei Hinweise auf eine entsprechende Erosion der tonigen Rahmengesteine (keine innere Erosion oder Verschiebung der lithologischen Grenzen). Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch, dass ein künftiges Tiefenlager unterhalb des Vorfluter-Niveaus zu liegen kommt.
a)
Im Felslabor Mont Terri wurde der Grenzbereich Opalinuston – Passwang-Formation mit Hilfe der Bohrung BPC-C2 auf den Chemismus des Porenwassers, die Diffusionsprofile und petrophysikalische Parameter hin untersucht. Generell ist der unterste Abschnitt der Passwang-Formation ähnlich wie der Opalinuston ausgebildet. Ca. 15 m oberhalb der Basis wurden diverse Feuchstellen, ohne direkten Wasserzufluss angetroffen. Das auf den ersten 15 m gemessene Chloridprofil ist klar diffusionsbestimmt. Erst ca. 28 m über der Basis wurde ein erster advektiver Wasserzufluss (ca. 1 l/min) registriert. Generell ist der obere Teil der Passwang-Formation wasserführend aber nicht verkarstungsfähig, da zu stark tonig oder vermergelt. In den Sandkalbabfolgen des Brüggli-Members ist eine Verkarstung theoretisch möglich, aber am Mont Terri noch nicht beobachtet worden. Das Sissach-Member ist am Mont Terri tonig ausgebildet, an den pot. Standortgebieten jedoch deutlich karbonatreicher (ENSI 33/124). Im Hauptrogenstein sind lösungserweiterte Hohlräume vorhanden aber im gesättigten Bereich nur minimal ausgebildet und meist stark verlehmt (Bohrung BDS-2).
Die Staffelegg-Formation unterhalb des Opalinustons ist mit 50 m ähnlich mächtig, wie die Passwang-Formation aber noch weitaus toniger ausgebildet. Nur ganz an der Basis dieser Formation liegt das verkarstungsfähige Beggingen-Member (Arietenkalk). Aus diesem Bereich sind auch am Mont Terri grössere Wasserzuflüsse bekannt. Es handelt sich aber im phreatischen Bereich um einen Kluftgrundwasserleiter, der jedoch kaum verkarstet ist. Das Porenwasser aus der Staffelegg-Formation ist durch Mischvorgänge verdünnt worden (Gautschi et al., 1993, Rübel et al., 1999). Dies gilt für den oberen Teil der Staffelegg-Formation. Im untersten Abschnitt, dem Beggingen-Member (früher Gryphitenkalk) wurden tiefe Mineralisierungen und hohe Tritium-Gehalte angetroffen. Im Gryphitenkalk kann advektiver Fluss beobachtet werden (stark schwankende Quellschüttung in der Sicherheitsgalerie des Mont Terri), der stark von den Druckverhältnissen des Bergwasserspiegels abhängt.
Zum Vergleich Mont Terri mit den pot. Standortgebieten:
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Passwang-Formation: Der Mont Terri ist vergleichbar mit der faziellen Abfolge am Bözberg. Das Sissach-Member ist am Mont Terri mit 15-20 m Mächtigkeit und am Bözberg mit < 10 m anzugeben. Das Brüggli-Member ist am Mont Terri mit >30 m ebenfalls mächtiger, als am Bözberg mit ca. 20 m (Burkhalter, 1996). Lithologisch sind die beiden Member vergleichbar. Hingegen besteht ein klarer Unterschied zu den pot. Standorten weiter im Osten, z.B. Benken, wo der Wedelsandstein (eine Abfolge von Kalken und Sandkalken) dominiert.
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Hauptrogenstein/Klingnau-Formation: Der Mont Terri ist auch hier am ehesten mit dem Bözberg vergleichbar. Am Mont Terri treten im Hauptrogenstein neben der oolithischen Fazies tonige Blagdeni Schichten und koralligene Zonen auf und am Bözberg und im Fricktal tritt am Top Spatkalk auf. Ansonsten ist der Hauptrogenstein generell kalkig ausgebildet und verkarstungsfähig (Keltische Fazies – Karbonatplatform) (Wetzel & Gonzalez, 1996). Weiter gegen Osten hin (östlich der Linie Gansingen-Schinznach) wird der Hauptrogenstein durch die tonig-mergelige Klingnau-Formation (Schwäbische Fazies – Becken) abgelöst, welche als Grundwasserstauer in Erscheinung tritt.
b)
Hauptrogenstein, Sandkalbabfolgen in der Passwang-Formation und der Arietenkalk (Beggingen-Member) sind potentielle Karstgrundwasserleiter. Jedoch müssen die Schichten freigelegt sein oder zumindest über der regionalen Vorflut liegen, damit eine Verkarstung überhaupt erst einsetzten kann. In gewissen Fällen kann Karst auch deutlich unter dem Vorfluterniveau angetroffen werden (ENSI 33/069). Dies kann z.B. bei reaktiviertem Paläokarst an der Tertiär-Malm-Grenze der Fall sein. Die Erfahrung aus Tiefenbohrungen (Jaeggi et al., 2012) zeigt aber, dass diese Paläokarstvorkommen oft nicht mehr aktiv sind, da sie durch Kolmatierung mit Residuallehmen vollständig abgedichtet sind. Unter gewissen Voraussetzungen ist Tiefenkarst infolge von Mischkorrosion z.B. entlang von Bruchzonen denkbar. Die Geschwindigkeit der Verkarstung ist abhängig vom hydraulischen Gradienten, der Durchlässigkeit, der Tieferlegung des Vorfluters und des Grundwasserspiegels (z.B. glaziale Tiefenerosion) und der Löslichkeit der Gesteine, inkl. eventueller Selbstheilung der quellfähigen Tonmineralien.
Am Mont Terri ist der Opalinuston durch 55 m Passwang-Formation überlagert und somit gut geschützt. Die Diffusion ist klar der wesentliche Transportprozess in der Passwang-Formation; auch die kalkigen oder sandigen Abschnitte weisen opalinustonähnliche Porositäten und Durchlässigkeiten auf. Der Grenzbereich Opalinuston/Passwang-Formation wird deshalb auch bei einer massiven Tieferlegung der Vorflut und damit einhergehender stärkeren Verkarstung des Hauptrogensteins nicht unmittelbar beeinflusst. Da das geplante Endlager in einen Tiefenbereich von 600-900 m und damit massiv unter die aktuellen Talsohlen zu liegen kommen wird (unterhalb des Vorflut-Niveaus), ist die Trockenlegung der unmittelbaren Rahmengesteine innerhalb der Lagerperiode extrem unwahrscheinlich und selbst dann würden mächtige tonige Abfolgen in den Rahmengesteinen ausreichend Schutz vor der Verletzung des Opalinustons bieten. Dies gilt auch für die Staffelegg-Formation an der Basis des Opalinustons, wo nur gerade der geringmächtige unterste Teil (Beggingen-Member) kalkig ausgebildet ist.
Referenzen
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ENSI 33/124: Burkhalter R., Bitterli-Dreher P. (2011): Beurteilung der von der Nagra geplanten Untersuchungen zum Wirtgestein ‘Brauner Dogger’, Expertenbericht ENSI 33/124.
Rübel, A., Lippmann, J. and Sonntag, Ch., 1999: WS-A Experiment: Profiles of Stable Isotopes and Noble Gases in Pore Water across the Opalinus Clay Formation at Mont Terri, Mont Terri Technical Note TN99-18, August 1999
Gautschi, A., Ross, C., Scholtis, A. , 1993: Porewater – groundwater relationships in Jurassic shales and limestones of northern Switzerland. In Manning DAC, Hall PL, Hughes CR (eds) Geochemistry of clay-pore fluid interactions, Mineral Soc Ser 4. Chapman & Hall, London, pp412-422
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Jaeggi, D., Müller, P. and Nussbaum, C., 2012: DS (Determination of Stress) Experiment: Report about the drilling activities and the geology/hydrogeology encountered at borehole BDS-5, Mont Terri Technical Report, TR2012-05
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Laws, S. et al., 2007: Geologie und Hydrogeologie der Effinger Schichten im Tafeljura und am Jurasüdfuss, NAG 07-28
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Waber, N. et al., 2011: GD experiment: Analysis of porewater and gas samples collected from BPC-C2 borehole and its extension, Mont Terri Technical Note 2010-25, June 2011
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