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Arbeitsbericht NAB 14-44

Vorbereitung 3D-Seismik für Etappe 3: 3D-Ray-Tracing-Studie, Gebiet Südranden

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Für Etappe 3 des Sachplanverfahrens geologische Tiefenlager sind in den Standortregionen vertiefende, geologische Untersuchungen (u.a. 3D-seismische Messungen und Sondierbohrungen) notwendig. 

Die Nagra bereitet sich darauf vor, die vier Standortgebiete Jura Ost, Jura-Südfuss, Nördlich Lägern und Südranden in der Etappe 3 des Sachplanverfahrens Geologische Tiefenlager 3D-seismisch zu untersuchen. Das Standortgebiet  Zürich Nordost wurde bereits in den 90er Jahren für den Entsorgungsnachweis 3D-seismisch untersucht. Im Standortgebiet  Wellenberg sind aufgrund der lokalen Topographie weitere seismische Messungen nicht sinnvoll. Die Planung und Vorbereitungen der 3D-seismischen Messungen werden für vier potenziell zu untersuchenden Gebiete durchgeführt und in separaten Berichten dokumentiert.

Scharf & Hertrich (2013) haben in ihrer Studie über Vibrations- und Sprengseismik im Gebiet Südranden ein 3D-Survey-Design entwickelt und die Basisparameter hierfür aufgelistet. Auf dieser Grundlage wurde für das Messgebiet Südranden das Liniennetz der Quell- und Empfängerlinien nochmals mit dem Softwarepaket OMNI Workshop von GEDGO erstellt und die Qualitätsparameter, wie Überdeckung, Offsets und Azimute, überprüft.

Einzelne geologische Horizonte und die Topographie des Messgebietes stellte die Nagra als xyz-Datei mit Koordinatenpaaren und Höhenwerten zur Verfügung. Hieraus wurde ein 3D geologisches Modell mit 6 Schichten konstruiert. Auf Grundlage des 3D-Modells wurden im weiteren Verlauf der Studie verschiedene Illuminations-Analysen mit diversen Schusspunktplanungen berechnet. 

Die Illuminations-Analyse mit dem Basis Mesozoikum als tiefsten Reflektor zeigt grosse Übereinstimmungen mit der Standard CMP-Überdeckung  (siehe Fig. 1). Im Nordwestlichen Teil, im Mittelteil und im südlichen Teil des Messgebietes ist ein Streifen mit geringerer Überdeckung sichtbar, der durch Unregelmässigkeiten im geologischen Modell bedingt ist. Hierbei handelt es sich aber nur um scheinbare Einbussen in der Überdeckung der Illuminationsanalyse. Bei der finalen Schusspunktplanung auf dem Messtrupp muss jedoch speziell auf eine ausgewogene Verteilung der Anregungspunkte geachtet werden, so dass es im Near-Offset-Bereich zu keinen Lücken kommt. Dies hätte sonst direkte Auswirkungen auf die seismische Darstellbarkeit der oberen geologischen Horizonte.

Verschiedene 2D-Profile, die aus dem 3D-Modell herausgeschnitten wurden, halfen bei der Analyse des genauen Strahlenverlaufes. Hierdurch konnten die Effekte der einzelnen Horizonte klar dargestellt werden.

Mit Hilfe von detaillierten Luftbildern, topographischen Karten, Shape-Files von Wegen und Flächen mit Einschränkungen/Auflagen und Hangneigungskarten wurden verschiedene Schusspunktplanungsszenarien simuliert. Es wurde versucht so viele Vibrationspunkte wie möglich auf Strassen und Wege zu legen. In flacheren Gebieten kamen auch landwirtschaftliche Flächen hierfür in Frage. In Wäldern und Freiflächen mit starkem Gefälle wurden ausserhalb von Wegen Anregungspunkte als Sprengpunkte definiert. Diese Simulation kommt einer realen Schusspunktplanung auf einem späteren Messtrupp sehr nahe. Somit konnten die Qualitätsmerkmale, wie Überdeckung, Offsets und Azimute mit dem theoretischen Liniennetz verglichen werden. 

Von den 11'776 geplanten Anregungspunkten könnten rund 91,8 % als Vibrationspunkte auf Wegen oder landwirtschaftlichen Flächen ausgeführt werden. Weitere 7,5 % müssten als Sprengpunkte für den Lückenschluss in Wäldern oder stark geneigten Gelände geplant werden. Lediglich rund 0,7 % der geplanten Anregungspunkte fallen in der momentanen Schusspunktplanungssimulation aus.

Im Messgebiet befindet sich der Rheinfall von Schaffhausen, der grösste Wasserfall Mitteleuropas. Eine weitere Schusspunktplanungssimulation untersuchte die Einflüsse des Rheinfalls auf die zu erwartende Datenqualität. Im Bereich des Hochrheins werden einige Anregungspunkte und Empfängerpunkte wegfallen und durch das zu erwartende Rauschen des Wasserfalls sind die Messdaten benachbarter Geophone nur bedingt brauchbar. Die Überdeckung wird um rund 1/3 zurückgehen.

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