Technical Report NTB 88-23

Gegenwärtig findet im Felslabor Grimsel (FLG) ein Migrationsversuch statt. Um Unsicherheiten bei der Interpretation der Felddaten zu vermindern, ist es sehr wichtig, den Migrationsversuch mit einem Programm von Laborexperimenten zu unterstützen. Dieser Bericht befasst sich mit dem ersten Teil des Laborprogramms.

Weil für die geplanten Experimente zu wenig protomylonitisches Kluftfüllmaterial aus der Migrationszone (AU 96) vorhanden war, wurde das Füllmaterial aus einer parallelen mylonitischen Störungszone (AU 126) verwendet. Der Mylonit und der Protomylonit wurden petrographisch und mineralogisch charakterisiert. Es zeigte sich, dass die Mylonitproben der beiden Stellen mineralogisch ähnlich sind, obwohl es einige potentiell bedeutende Unterschiede gibt. Der Protomylonit war schwach abgereichert an Mineralien, die wichtig für die Sorptions-/ Austausch-Prozesse sein könnten (Chlorit, Muskovit, usw.), was für die aus Labormessungen abgeleiteten Aussagen über das Sorptionsverhalten in der Migrationszone wichtig sein könnte.

Die Grundwasserschüttung aus der Kluftzone (AU 96) war in fünf diskreten Zutrittsstellen einer Einzelkluft kanalisiert. Grundwasserproben aus diesen fünf Stellen und aus zwei Bohrlöchern, die die Kluftebene durchschneiden, wurden etwa monatlich gesammelt und über eine Zeitperiode von einem Jahr analysiert. Die Resultate zeigten keine bedeutende zeitliche oder räumliche Änderungen in den Wasserzusammensetzungen. Das Grundwasser kann durch eine tiefe Ionenstärke (~ 10^-3 M), einen hohen pH-Wert (~ 9.6) und die Hauptionen Na⁺, Ca²⁺, CI^-, SO₄^2-, F^- und HCO₃ charakterisiert werden. Der Partialdruck des CO₂, berechnet im Gleichgewicht mit dem Grundwasser, betrug ~ 4 × 10^-6 bar.

Eine Reihe von Mylonit-Grundwasser-Wechselwirkungsexperimenten wurde mit natürlichen und synthetischen Grimsel-Grundwässern, für zwei verschiedene fest/flüssig Verhältnisse (1:2 und 1:10) und bei zwei Temperaturen (Zimmertemperatur 25°C und Feldtemperatur 12°C) mit Kontaktzeiten bis zu 200 Tagen durchgeführt. Obwohl die Systeme in einem frühen Stadium mit CO₂ (aus der Luft) kontaminiert wurden, konnte anhand der Konzentrationsänderungen im Grundwasser und des Verhaltens der festen Phase diese Wechselwirkung quantitativ erklärt werden, indem der Mylonit als (schwacher) Kationenaustauscher betrachtet wird.

Aus der gemessenen Kationenaustauschkapazität und der austauschbaren Kationen des Mylonits konnten Sorptionskoeffizienten für Na, Sr, Ca und Mg berechnet werden. Zudem wurden die Sorptionskoeffizienten für diese Ionen unter den im Feld herrschenden Bedingungen abgeschätzt.

Zum Schluss werden für die zweite Serie von Feldmigrationsexperimenten einige potentiell geeignete sorbierende Tracer zusammen mit den Bedingungen vorgeschlagen, unter denen diese Wasserinhaltstoffe sich als «ideale» sorbierende Tracers verhalten sollen, d. h. reversible, lineare Sorption und schnelle Kinetik zeigen.