Technical Report NTB 90-39

Innerhalb einer ausgewählten Einzelkluft im Felslabor Grimsel finden im Rahmen des Migrationsversuches Durchbruchtests mit konservativen und sorbierenden Tracern statt. In einem speziellen Experiment wurde das natürliche Kluftwasser (MI-Wasser) durch ein Grundwasser (EM-Wasser), welches eine zu MI-Wasser chemisch verschiedene Zusammensetzung aufweist, verdrängt. Das EM-Wasser wurde aus einer 200 m südlich zum Migrationsstandort entfernten Bohrung (BOEM 85.012) entnommen. Zur Durchführung dieses Durchbruchversuches wurde ein Dipolfeld zwischen den Bohrlöchern BOMI 86.004 und BOMI 87.006 eingestellt. Das ursprüngliche Ziel dieses Versuches war es daher, herauszufinden, wie das System auf die Eingabe eines "fremden" Wassers reagiert und welche Injektionszeit benötigt wird, bis sich in der Kluft wiederum ein chemisches Gleichgewicht einstellt. Um die zeitliche Veränderung der Wasserchemie zu erfassen, wurden extraktionsseitig Wasserproben entnommen und anschliessend auf ihre Zusammensetzung im Labor untersucht. Dieses Experiment umfasst einen Teil notwendiger Vorbereitungsarbeiten für zukünftige Migrationsversuche, falls es notwendig sein sollte, chemisch «fremde» Injektionswässer dann zu verwenden, wenn eine konstante Zufuhr von unkontaminiertem MI-Wasser über die experimentelle Zeit nicht garantiert werden kann.

Die Resultate zeigen deutlich, dass die Anionen im extrahierten Mischwasser bereits nach 50 Stunden ein lokales Gleichgewicht erreichten. Demgegenüber benötigten die Kationen Na⁺ und Ca²⁺ etwa 150 Stunden. Eine Veränderung der Sr²⁺-Konzentration wurde für etwa 250 Stunden beobachtet, während K⁺ und Mg²⁺ auch nach Beendigung des Experiments nach 312 Stunden noch leicht ansteigende Werte verzeichneten. Es wird daher dringend empfohlen, bei Migrationsexperimenten mit sorbierenden Tracern kein EM-Injektionswasser zu verwenden.

Aufgrund einer weitergehenden Datenanalyse wurde gefolgert, dass sich das Kluftmaterial während des Experimentes als schwaches Kationenaustauschmedium verhielt, weshalb – neben dem reinen Mischprozess zwischen beiden Wässern – die chemische Zusammensetzung leicht beeinflusst wurde.

Von dem Konzentrations-Zeit-Datenmaterial liessen sich Kurven extrahieren, welche quantitativ die Wechselwirkung des «fremden» Wassers mit dem Kluftmaterial anzeigten. Mit Hilfe dieser Resultate, Labordaten von Selektivitätskoeffizienten der gemessenen Kationen gegenüber Ca²⁺ und einer Abschätzung der Kluftgeometrie liess sich die Kationenaustauschkapazität des Kluftmaterials grob berechnen. Unter Zuhilfenahme der berechneten CEC war es ferner möglich, in situ K_d-Werte für Na⁺ und Sr²⁺ abzuschätzen. Die Untersuchung des Sorptionsverhaltens von Na⁺ und Sr²⁺ umfasst einen wichtigen Teil der Feldarbeiten, welche im Rahmen des Nagra/PSI-Programmes im Felslabor Grimsel durchgeführt werden. Während der Jahre 1990/91 laufen Migrationsversuche mit ²²Na und ⁸⁵Sr im Felslabor.