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Arbeitsbericht NAB 18-35

Preliminary horizon and structure mapping of the Nagra 3D seismics NL-16 (Nördlich Lägern) in time domain

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Im Rahmen des Sachplans geologische Tiefenlager (SGT) untersucht die Nagra gegenwärtig drei Standortregionen in der Nordschweiz. Zu diesen Untersuchungen gehören auch drei 3D-seismische Messkampagnen, welche die Nagra von 2015 bis 2017 durchführte. Der vorliegende Bericht fasst die erste Kartierung von seismischen Horizonten und Strukturen der neu zur Verfügung stehenden 3D-Seismik NL-16 zur Charakterisierung des Standortgebiets Nördlich Lägern zusammen. Die interpretierte 3D-Seismik deckt ein Gebiet von 90.5 km2 ab.

Die hier präsentierte 3D-Seismik-Kartierung von Horizonten und Strukturen wird in der Zeitdomäne ausgeführt. Ihre geologische Kalibrierung basiert im Fall der 3D-Seismik NL-16 auf der bereits bestehenden Tiefbohrung Weiach. Die Verfeinerung der Datenaufarbeitung inklusive einer Tiefenmigration unter Berücksichtigung weiterer, in Planung befindlicher Tiefbohrungen steht noch aus. Aus diesem Grund werden die aktuellen Ergebnisse als vorläufig erachtet.

Der vorliegende Bericht fasst den gegenwärtigen Stand der Interpretation zusammen und soll eine strukturelle Übersicht der Standortregion mit Schwerpunkt auf grössere Strukturen verschaffen. Er soll verschiedenen Planungsaspekten innerhalb SGT Etappe 3 dienlich sein, vor allem jener, die mit der vorgesehenen Tiefbohrkampagne in der Standortregion NL (z. B. Entwicklung eines Arbeitsprogramms für die Bohrungen) sowie mit der grundlegenden Anordnung der Zugangsbauwerke zum geologischen Tiefenlager in Verbindung stehen.

Das synthetische Seismogramm der Tiefbohrung Weiach wurde während dieser Studie unter Berücksichtigung der neu verarbeiteten 3D-seismischen Daten überarbeitet. Bei der darauf basierenden Verknüpfung von Bohrlochdaten mit der 3D-Seismik wurde ein Korrelationskoeffizient von ca. 76 % erzielt. Für die weitere Kartierung der 3D-Seismik NL-16 wurden acht seismische Markerhorizonte definiert.

Die weiteren Interpretationsarbeiten wurden mit Hilfe der Petrel-Software ausgeführt. Die Kartierung der seismischen Markerhorizonte erfolgte zunächst weitgehend manuell entlang eines regelmässigen Rasters auf jeder fünften Längs- und Querlinie (Inline und Crossline) des seismischen Datenvolumens. Im Zuge dessen wurden auch Störungen interpretiert, wobei der Fokus auf grössere Störungen mit vertikalen Versätzen von > 10 ms gelegt wurde. Für die Interpretation der Störungsverläufe wurden zusätzlich Horizontscheiben aus seismischen Attributvolumen verwendet, welche im Rahmen des Interpretationsprojekts berechnet wurden. Auf Basis der manuellen Rasterkartierung wurde die Horizontinterpretation der 3D-Seismik unter Anwendung von automatischen Suchalgorithmen (autotracking) vervollständigt.

Die meisten definierten Markerhorizonte erwiesen sich durch das gesamte Untersuchungsgebiet als gut identifizierbar. Nennenswerte Ausnahmen sind die Horizonte Top Lias und Basis Mesozoikum, die eine geringe Reflexionskontinuität und eine schwache Reflexionsstärke aufweisen, was ihre Interpretation lokal erschwert. Zeitintervall-Karten der verschiedenen Horizonte zeigen im Gebiet Nördlich Lägern zum Teil zwar Variationen, aber sie bleiben aufgrund der in diesem Gebiet sehr unterschiedlichen tektonischen Verhältnisse bis auf weiteres schwierig zu interpretieren. Zu den bereits vorgängig bekannten Hauptstrukturen im Untersuchungsgebiet, welche im Zuge der 3D-Seismik-Kartierung bestätigt wurden, gehören die Siglistorf-Antiklinale und die Eglisau-Störung nördlich des Standortgebiets Nördlich Lägern sowie das Baden – Irchel – Herdern-Lineament südlich davon. Die von der Nagra anhand von 2D-Seismikdaten definierte "zu meidende tektonische Zone" im nördlichen Teil des Standortgebiets wurde durch die 3D-Seismik NL-16 grundsätzlich bestätigt. Die vorläufige Dateninterpretation impliziert, dass sich in diesem Bereich eine gross angelegte Monoklinale befindet, die den gesamten mesozoischen Sedimentstapel beeinflusst. Ausserdem wird dieses Gebiet über den gesamten Bereich der Seismik von einer stark segmentierten, grob in Richtung WSW-ENE streichenden Störungszone durchzogen, welche hier als Weiach – Glattfelden – Eglisau-Lineament (WGE) bezeichnet wird. Entlang der triassischen Markerhorizonte sind im Bereich der Störung lokal rundliche Depressionen und polygonale Störungsgeometrien erkennbar, die möglicherweise mit Gesteinslösungsprozessen in Verbindung stehen. Die tektonische Bedeutung des WGE-Lineaments ist noch unklar. Dies gilt ebenso für die kinematische Beziehung mit sich überschneidenden Störungen wie der Eglisau-Störung und einer weiteren, zentraler liegenden und NW-SE streichenden Struktur, die hier als Zweidlen-Störung bezeichnet wird. In dem ansonsten wenig deformierten zentralen und südlichen Teil der Standortregion NL ist noch die NNW-SSE streichende Strassberg-Störung zu erwähnen. Diese Störung befindet sich unterhalb einer glazialen Übertiefung. In Anbetracht des aktuellen Stands der seismischen Datenaufarbeitung kann derzeit nicht völlig ausgeschlossen werden, dass die Reflexionsdiskontinuitäten, welche der Interpretation dieser Störung zugrunde liegen, auf unvollständige seismische Statik-Korrekturen zurückzuführen sind.

Ein besonderes standortspezifisches Merkmal des Standortgebiets Nördlich Lägern stellt die sogenannte "Schwellenzone" innerhalb der Mergelfolge 'Brauner Dogger' dar, welche anhand von 2D-Seismikdaten postuliert wurde. Sie tritt auch in der 3D-Seismik NL-16 in Erscheinung. Um die Ausdehnung dieses Seismofazieskörpers zu präzisieren, wurde im Rahmen der hier vorgestellten Horizontkartierung eine zusätzliche Reflexion kartiert. Das Ergebnis bestätigt vorhergehende
2D-Seismik-Interpretationen weitgehend.

Insgesamt bestätigte die vorläufige Horizont- und Strukturkartierung der 3D-Seismikdaten NL-16 die prinzipiellen strukturellen Eigenschaften des Standortgebiets Nördlich Lägern, brachte aber auch viele neue Informationen zutage. Zukünftig sind weitere Interpretationsarbeiten am Datensatz NL-16 vorgesehen, insbesondere für das bessere Verständnis der kinematischen Beziehungen zwischen den verschiedenen identifizierten Strukturen. Dies betrifft vor allem das neu definierte WGE-Lineament, dessen Entwicklung möglicherweise mit Grundgebirgsstörungen in Verbindung steht. Diese sind wiederum im Zusammenhang mit dem Nordschweizer Permokarbontrog zwischen Konstanz und Frick zu sehen, der unterhalb des Standortgebiets verläuft, im Zuge der hier präsentierten 3D-Seismik-Kartierung jedoch noch nicht interpretiert wurde. Weiter soll die hier präsentierte vorläufige Kartierung der "Schwellenzone" innerhalb der Mergelfolge 'Brauner Dogger' durch eine vertiefte Analyse ihres seismofaziellen Charakters ergänzt werden. Diese undweitere Aspekte werden im späteren Verlauf des SGT unter Berücksichtigung der gegenwärtig laufenden Verfeinerung der seismischen Daten und zusätzlicher geologischer Informationen aus den geplanten Tiefbohrungen vertieft untersucht werden.

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