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Technical Report NTB 90-05

Description and results of tracer tests conducted for a deep fracture zone within granitic rock at the Leuggern borehole

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In der durch ein Multipackersystem in mehrere Beobachtungsabschnitte unterteilten Bohrung Leuggern wurde ein Tracer-Testprogramm durchgeführt, um für die Kluftzonen im Tiefenintervall von 1634.9 – 1688.9 m hydrologische Daten zu gewinnen. Ziel dieses «Tracer-Verdünnungstests» war es, eine einheitliche Tracerkonzentration innerhalb des Testsystems zu erzeugen und anschliessend am Bohrlochkopf die Abnahme der Tracerkonzentration der im System zirkulierenden Testflüssigkeit zu messen und auszuwerten. Eine Analyse der Abnahme der Tracerkonzentration sollte für den hydraulisch isolierten Bohrlochabschnitt Schätzungen des natürlichen lateralen Flusses und des lateralen hydraulischen Gradienten liefern. In einer späteren Testphase wurde beabsichtigt, durch Wasserausförderung Tracersubstanz zurückzugewinnen, die während der vorherigen Zirkulationsphase in den Testabschnitt einzirkuliert worden war. Die Analyse der Zurückgewinnungskurve sollte eine Schätzung der Dispersivität im durchörterten Kluftsystem erlauben.

Ursprünglich war vorgesehen, dass der Tracer-Verdünnungstest eine Tracerinjektionsphase und eine Tracerrückgewinnungsphase beinhalten sollte. Anhand der Resultate aus einer ersten Tracerinjektion (Uranin) sowie einer darauffolgenden, zweiten Tracerinjektion (Eosin) zeigte sich jedoch, dass ein natürlicher, vertikaler hydraulischer Gradient innerhalb des Testabschnittes im Bohrloch vorhanden war. Aufgrund dieses natürlichen hydraulischen Gradienten wurde das ursprüngliche Testprogramm abgeändert und eine dritte Testphase mit Tracerinjektion (Naphtionat) und Tracerrückgewinnung durch natürlichen Ausfluss durchgeführt.

Das gesamte Tracer-Testprogramm in Leuggern wurde in der Zeit vom 5. Juli bis 23. Dezember 1988 durchgeführt. Die einzelnen Testphasen mit Uranin-, Eosin- respektive Naphtionat-Injektion und -Beobachtung fanden zwischen dem 5. Juli und 2. September, dem 2. September und 31. Oktober beziehungsweise dem 31. Oktober und 23 Dezember 1988 statt. Abschliessend versuchte man, durch natürlichen Ausfluss Tracersubstanz zurückzugewinnen, die während der drei vorhergegangenen Injektionsphasen (1. Injektion = Uranin, 2. = Eosin, 3. = Naphtionat) einzirkuliert worden war. Um die Zurückgewinnung der injizierten Tracer zu beschleunigen, wurde der natürliche Ausfluss durch Öffnung eines Tubingstrangs mit grossem Innendurchmesser vergrössert. Die Phase des natürlichen Ausflusses dauerte vom 17. November bis 23. Dezember 1988. Während des 36 Tage dauernden Ausflusses wurden ca. 62 % (12.9 g) Naphtionat, 47 % (8.7 g) Eosin und 49 % (38.3 g) Uranin zurückgewonnen. Im ganzen flossen während dieser Testphase 640'000 l Wasser aus. Die Fliessrate nahm von 35 l/min zu Beginn auf 11.2 l/min beim Abschluss des Tests ab.

Die Testresultate deuten auf einen abwärtsgerichteten vertikalen Fluss im Testintervall von ungefähr 195 – 225 ml/min (Zufluss zum Bohrloch von einer Kluftzone im oberen Teil des Testintervalles, Wegfluss vom Bohrloch durch eine Kluftzone im unteren Bereich des Testintervalles). Durch eine Analyse der Verdünnungsniveaus von Uranin und Eosin während der Injektions- und Erholungsphasen konnte die obere Zu- und die untere Wegflusszone lokalisiert werden.

Hydraulische Analysen der Fliessratendaten während der natürlichen Ausflussphase und der abschliessend beobachteten Druckerholung deuten darauf hin, dass das Verhalten der Testzone einem heterogenen Modell (Formation mit zwei Porositäten) entspricht. Berechnete Werte für die Transmissivität (T) und den Speicherkoeffizienten (S) der Fliesszone und des Gesamtsystems (d. h. Kluftzonen und Matrix) aus den Testanalysen der Fliessraten sind: T = 6.1 x 10-5 m2/s bzw. 6.4 x 10-5 m2/s; S = 4.5 x 10-5 bzw. 1.5 x 10-4. Eine Analyse der Druckerholungsphase liefert einen übereinstimmenden Wert für die Transmissivität von 7.1 x 10-5 m2/s.

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