Arbeitsbericht NAB 04-09

EP-05:
Hydrogeologie der Unteren Süsswassermolasse

Summary

Anlass und Ausgangslage
Im Rahmen des Entsorgungsprogramms EP-05 werden mögliche Wirtgesteine und Standortgebiete für die geologische Tiefenlagerung von SMA evaluiert. Hierzu gehören auch die Ablagerungen der USM in der geeigneten Tiefenlage (200 – 700 m unter OKT) im schweizerischen Molassebecken zwischen Boden- und Genfersee. Im Zuge der Sedimentuntersuchungen der Nagra im Rahmen des HAA/LMA-Programms waren für die USM bereits in der zweiten Hälfte der 80er und zu Beginn der 90er Jahre Daten erhoben, analysiert und interpretiert sowie hydrogeologische Modellierungen durchgeführt worden. Zusammen mit vorhandenen, z.T. unveröffentlichten Daten aus Explorationsbohrungen der Erdölindustrie fanden die Ergebnisse dieser Untersuchungen Eingang in einer Reihe von technischen und internen Berichten der Nagra (u.a. Nagra 1988, Voborny et al. 1993, Keller et al. 1990, Ammann et al. 1993, Nagra 1994, mehrere NIB). Im Verlauf der 90er Jahre sind neue geologische und z.T. auch hydrogeologische Daten und Erkenntnisse gewonnen worden, vor allem aus Bohrungen für Geothermiezwecke und von Standortuntersuchungen für Deponien. Daten aus Untertagebauten, namentlich von Strassen- und Eisenbahntunneln gibt es nur vereinzelt, deutlich weniger als z.B. für die OSM. Die neueren Erkenntnisse zur Hydrogeologie der distalen USM wurden in mehreren Publikationen anfangs 90er Jahre niedergelegt, unter Einbezug von neuen Erkenntnissen der sedimentologischen und geophysikalischen Faziesanalyse, welche zusammen mit gezielt erhobenen Daten in Bohrungen eine Konzeptualisierung der Süsswassermolasse (USM und OSM) in verschiedene Faziesbereiche ("Architekturelemente") erlaubten (Keller et al. 1990, Keller 1992, Meier 1994a und 1994b). Die USM wurde im Laufe der Zeit im Rahmen der Erdölexploration im Schweizer Molassebecken von einer Reihe von Sondierbohrungen durchörtert und teilweise hinsichtlich ihrer Speichereigenschaften (Porosität, Permeabilität) für Kohlenwasserstoffe untersucht. Dagegen beruhen die geologisch-hydrogeologischen Kenntnisse der OSM mehrheitlich auf den in jüngerer Zeit erstellten Untertagebauwerken, namentlich Strassen- und Eisenbahntunnels, auf Baugrunduntersuchungen sowie auf Daten eher semiquantitativer Natur aus einer grossen Zahl von untiefen Bohrungen zur Erdwärmegewinnung (Erdsondenbohrungen). Die auch aus fluvioterrestrischen Ablagerungen bestehende Obere Süsswassermolasse (OSM) ist Gegenstand eines separaten Berichts (Gander 2004).

Arbeitsbericht NAB 04-04

Geologie und Hydrogeologie der Oberen Süsswassermolasse

Summary

Mit dem Ziel, den aktuellen Wissensstand zur Hydrogeologie der Oberen Süsswassermolasse (OSM) im Verbreitungsgebiet zwischen Napf und Bodensee zu dokumentieren, führte die Dr. Heinrich Jäckli AG, Zürich, in der 2. Jahreshälfte 2004 eine umfangreiche Literaturstudie durch. Zusätzlich wurden rund 400 Bohrungen (überwiegend Erdwärmesonden) erhoben und im Hinblick auf die Erfassung der Geometrie und der Faziesräume der OSM systematisch ausgewertet (Beilage 1).

Die in Kapitel 4 dargelegte Paläogeographie zur Zeit der OSM gibt einen Überblick über die damalige Verteilung der Faziesräume in der Schweiz. Demnach dominierten während der gesamten Ablagerungszeit der OSM die Schüttungszentren Napf und Hörnli. Sie transportierten den Abtragungsschutt der Alpen in das nördliche Vorlandbecken, wo dieser hauptsächlich sedimentierte. Nördlich dieser Schuttfächer verlief ein Ost-West-verlaufendes Stromsystem («Glimmersandrinne») von bis zu 20 km Breite. Zwischen den Schuttfächern und der Glimmersandrinne entwickelte sich eine ausgedehnte Alluvialebene, durchsetzt von zahlreichen Tümpeln und Seen (vgl. Figur 3).

Diese Alluvialebene erstreckte sich etwa vom heutigen Suhretal im Südwesten bis zum Greifensee im Nordosten. Sie entspricht demjenigen Gebiet, wo aufgrund der Paläogeographie feinkörnige, d.h. gering durchlässige Ablagerungen erwartet werden können. Dementsprechend wurde das Betrachtungsgebiet auf die Mittelländische OSM in diesem Gebiet eingegrenzt (Kapitel 7).

Basierend auf vorhandener Literatur und der Erhebung der genannten Bohrungen wurde der Verlauf der OSM-Untergrenze innerhalb des Betrachtungsgebiets konstruiert und in einem Isohypsenplan dargestellt (Beilage 3).

Die Auswertung der Bohrungen sowie von geologischen Aufnahmen mehrerer Tunnelbauten zeigen insgesamt ein repetitives und monotones Bild der Mittelländischen OSM im Betrachtungsgebiet. Es dominieren Sandstein-/Mergel-Wechsellagerungen mit geringer Durchlässigkeit, zumindest in vertikaler Richtung. Darin eingebettet sind Sandsteinbänke und untergeordnet Süsswasserkalkbänke. Lokale lithologische oder tektonische Besonderheiten sind eher selten, kommen jedoch im gesamten Betrachtungsgebiet vor.

Trotz dieser Monotonie der OSM im regionalen Massstab müssen im lokalen Massstab der lithologische und damit auch hydrogeologische Kenntnisstand und die Prognostizierbarkeit als beschränkt beurteilt werden. Lithologische Besonderheiten wie Sandsteinrinnen oder – zwar nur selten beobachtete – tektonische Störungen können die lokalen hydrogeologischen Verhältnisse beeinflussen.

Für eine detailliertere Charakterisierung von Gebieten, welche als einschlusswirksame Gebirgsbereiche in Frage kommen könnten, müsste die aktuelle Datenlage durch weitere, gezielte Untersuchungen, vor allem auch mittels Sondierbohrungen verbessert werden.