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Arbeitsbericht NAB 07-28

Geologie und Hydrogeologie der Effinger Schichten im Tafeljura und am Jurasüdfuss

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Die Effinger Schichten sollen in Zusammenhang mit dem Sachplan Geologische Tiefenlager (SGT) bezüglich ihrer Eignung als Wirtgestein für schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA) näher betrachtet und beurteilt werden.
 

Im vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse einer Literatur- und einer Feldstudie hinsicht.lich Faktoren, welche die Durchlässigkeit und Wasserwegsamkeit der Gesteinsformation beeinflussen können (z. B. Verbreitung von Kalkbankabfolgen, Kluftsysteme, Störungszonen, Was.serführung, Verkarstung), zusammengefasst. Die Studien konzentrierten sich auf tektonisch einfach aufgebaute Gebiete mit horizontaler bis subhorizontaler Lagerung der Schichten am Jurasüdfuss, in der Vorfaltenzone und im östlichen Tafeljura.

Die Effinger Schichten wurden im Mittleren bis Oberen Oxfordian im Bereich des schwäbischargovischen Beckens abgelagert. Die Schichten bestehen hauptsächlich aus einer Abfolge von Mergeln bis Mergelkalken, in die einzelne Kalkmergel- und Kalkhorizonte eingeschaltet sind.

Die laterale Ausbreitung der einzelnen Schichten scheint im Grössenbereich "Steinbruch" relativ konstant zu sein. In etwa der Hälfte der Steinbrüche sind in Aufschlüssen jedoch sedimentäre Diskordanzen zu beobachten (z. B. Steinbruch "Musital"), die zeigen, dass einzelne Schichten nicht gleichmässig durch die gesamten Effinger Schichten hindurchziehen müssen. Grossflächig, d. h. regional durchziehende und eindeutig korrelierbare Horizonte innerhalb der Effinger Schichten sind mit Ausnahme der Gerstenhübel-Schichten schwierig zu identifizieren, auch weil es an klar wieder erkennbaren Charakteristika fehlt, oder weil einheitlich beschriebene und detaillierte stratigraphische Profilaufnahmen fehlen.

Die Schichten bestehen mineralogisch hauptsächlich aus Karbonaten und Tonmineralen. Der Karbonatgehalt dominiert oft auch in den Mergeln. Hauptbestandteil der Tonfraktion ist Illit. Smektit ist nur in sehr geringen Konzentrationen vorhanden.

In den Effinger Schichten können am Aufschluss und in Bohrungen zahlreiche, durch Kalk- und Mergelschichten hindurchschlagende Klüfte beobachtet werden. Die Klüftung ist in den Kalkenbesser erkennbar (d. h. z. B. grössere Öffnungsweiten in den Kalken als in den Mergeln). In den Mergellagen sind die Klüfte infolge eher plastischen Deformationsverhaltens oder Quellerscheinungen der Tonminerale meist geschlossen. Weil die Mergel an der Oberfläche rasch verwittern, sind die Strukturen hier auch oft schlecht aufgeschlossen.

In allen betrachteten Steinbrüchen treten Störungen auf, wobei der grösste beobachtete Versatzbetrag entlang einer Störungsfläche 2 m beträgt (Steinbruch "Jakobsberg"). Störungen sind auch in tektonisch relativ ruhigen Gebieten wie dem Tafeljura vorhanden. Zum Beispiel sind im Steinbruch "Musital" noch Aufschiebungen, d. h. kompressive Strukturen zu beobachten. Die Störungen könnten in Zusammenhang mit grossen regionalen Strukturen stehen. Zumindest bei einem Teil der beobachteten Störungen könnte es sich aber auch um synsedimentäre Strukturen handeln.

Die Wasserwegsamkeit der Effinger Schichten ist auf lokale, diskrete Fliesswege beschränkt, zwischen denen keine generelle Wasserwegsamkeit vorhanden ist. Das Wasser fliesst in den Effinger Schichten im Wesentlichen entlang offener Schichtflächen und offener, durch mehrere Gesteinsschichten durchschlagender Klüfte und Störungen. Ausserdem kann Wasser entlang allenfalls vorhandener Karsthohlräume zirkulieren. Im oberflächennahen Bereich, bis ca. 200 m u.T. findet zudem eine Zirkulation in verwitterten und aufgelockerten Bereichen statt.

Offene, wasserführende Klüfte sind vor allem in Kalkschichten vorhanden. Die Klüfte in den Mergeln sind aufgrund der eher plastischen Deformation und Quellerscheinungen der Tonminerale in der Regel verschlossen, und die Mergel wirken als Wasserstauer. Die Wasserführung ist nicht an bestimmte Kalkschichten gebunden. Aufgrund wasserstauender Lagen dürften innerhalb der Effinger Schichten unterschiedliche, voneinander weitgehend unabhängige Wasserstockwerke auftreten.

In den Effinger Schichten sind vereinzelt Verkarstungserscheinungen im Bereich von Kalkschichten zu beobachten. Mergelschichten haben vermutlich aufgrund ihrer wasserstauenden Wirkung ein wesentlich geringeres Potenzial zur Verkarstung. Bei horizontaler bis subhorizontaler Lagerung der Schichten dürften Mergelschichten darunterliegende Kalkschichten zumindest teilweise vor Verkarstung schützen. Insgesamt betrachtet ist Verkarstung extrem standortabhängig. Schlüsselparameter ist der hydraulische Gradient. Weiter bestimmen die initiale Anlage von Trennflächen oder die Kommunikation und Raumerfüllung von Poren die Entwicklung eines Karstsystems.

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