Technischer Bericht NTB 84-06

Die Nagra führt in der Nordschweiz ein umfassendes geologisches Unter­suchungs­programm durch mit dem Ziel, die erdwissenschaftlichen Erkenntnisse zu beschaffen, welche notwendig sind, um die Eignung des Untergrundes zur Endlagerung hoch­radio­aktiver Abfälle beurteilen zu können. Die vielfältigen Untersuchungen gliedern sich in ein Tief­bohr­programm, eine flächenhafte geophysikalische Erkundung der Gesteins- und Struktur­verhältnisse, ein hydrogeologisches Untersuchungsprogramm zur Abklärung der Wasserfliesswege im tiefen Untergrund und ein neotektonisches Untersuchungs­programm zur Erkennung aktiver Erdkrustenbewegungen im Untersuchungsgebiet.

Am 24.06.1980 sind von der Nagra 12 Gesuche für Sondierbohrungen dem Eidge­nössischen Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement eingereicht worden. Diese Tief­bohrungen sollen die geologischen Verhältnisse im Grundgebirge und seiner Sediment­bedeckung in einem rund 1'200 km² grossen Gebiet der Nordschweiz erkunden. Zusätzlich sollen sie im weiteren regionalen Rahmen hydrodynamische und geo­chemische Daten liefern für den Bau eines mathematischen Modells der hydro­geologischen Verhältnisse zwischen der Nordabdachung der Alpen im Bereich der Zentral- und Ostschweiz und dem Schwarzwaldmassiv.

Nachdem der Bundesrat am 17.02.1982 für 11 der 12 Sondiergesuche die Bewilligung erteilt hat, konnte die Bohrkampagne im Oktober 1982 mit der Sondierbohrung Böttstein beginnen, welche zurzeit kurz vor dem Ende der Testphase steht.

Die zweite Sondierbohrung Weiach startete im Januar 1983, und wird demnächst in die Test­phase eintreten. Die dritte Sondierbohrung Riniken begann im Juni 1983 und steht zurzeit noch in der Bohrphase. Die vierte Sondierbohrung Schafisheim wird voraus­sichtlich im Dezember 1983 in Angriff genommen.

Die Sondierbohrung Kaisten mit Koordinaten 644 630/265 620 und einer Höhe von 421 m ü.M. liegt am Südrand des Rheintals, ca. 1 Km westlich des Dorfes Kaisten.

Das Rheintal stellt hier den Nordrand des Tafeljuras dar: im Süden beginnt die leicht süd­fallende, von kleineren Störungen durchzogene Tafeljuraplatte, im Norden erhebt sich das sanft ansteigende Kristallin des Schwarzwaldes, örtlich noch mit Resten seiner Sediment­hülle bedeckt.

Nach geologischer Prognose wird die Bohrung Kaisten unter den ca. 55 m mächtigen Locker­gesteinsschichten die Sedimente des unteren Muschelkalks, des Buntsandsteins sowie des Perms durchteufen. Die Sedimente fallen mit ca. 3 – 4° gegen Süden ein.

Die Oberfläche des kristallinen Grundgebirges wird in ca. 300 m Tiefe erwartet. Es ist vorgesehen, das Kristallin vertikal über eine Strecke von maximal 1'000 m zu durch­bohren, so dass die End­ teufe ca. 1'300 m betragen wird.

Das vorliegende Arbeitsprogramm gliedert sich, nach Voranstellung der von den Behörden erlassenen Auflagen, in einen bohrtechnischen und einen erdwissen­schaftlichen Teil.

Der bohrtechnische Teil enthält detaillierte Vorschriften an die Bohrfirma, einerseits zum technischen Vortrieb der Tiefbohrung durch die prognostizierte Gesteinsfolge auf die verlangte Endteufe, anderseits über die zu verwendenden Geräte und Materialien wie Blowout Preventer, Rohrstränge, Bohrlochgarnituren, Spülungschemikalien und Zement­­qualitäten.

Diese Vorschriften und Spezifikationen sind im Rahmen der technischen Kapazität der zum Einsatz kommenden vollelektrischen Bohranlage auf die vielfältigen Anforderungen des geplanten Kern-, Mess- und Testprogramms abgestimmt.

Tabelle 1 gibt einen Überblick des erdwissenschaftlichen Teils des Arbeitsprogramms. Es ist auch für Kaisten als fünfte Bohrung der Tiefbohrkampagne, sehr umfangreich und viel­fältig, damit es allen geologisch denkbaren Untergrundverhältnissen, besonders im noch wenig bekannten Kristallinbereich, zu genügen vermag.

Es ist vorgesehen die ganze Strecke des Kristallins und der Sedimente zu kernen. Da die Bohrkerne mit Hilfe des Sonic Televiewer­ Logs räumlich orientiert werden, wird dies, neben der lithologisch­ sedimentologischen Analyse der möglichen als Barrieren­gesteine in Frage kommenden Sedimentintervalle, die vollständige Erfassung der petro­graphischen Eigenschaften des potentiellen kristallinen Wirtgesteins im Bohrlochbereich und seiner die Wasserwegigkeit weit­ gehend bestimmenden Kluftsysteme erlauben.

Ein umfangreiches Programm geophysikalischer Bohrlochmessungen wird die Ergeb­nisse der Kernanalysen verifizieren und mit zusätzlichen Daten ergänzen. Durch verschie­den­artige Mess-Sonden werden Bohrlochlogs aufgenommen, aus denen sich eine Reihe für die Beschreibung des durchbohrten Gebirges wichtiger Parameter berechnen lassen. Eine erste Gruppe von Logs hat zum Ziel, die Gesteine petro­graphisch zu identifizieren und poröse, d. h. kohlenwasserstoff­ oder wasserführende Zonen aufzuzeigen. Eine zweite Gruppe liefert u. a. Angaben über den Grad der Poren- bzw. Kluftfüllung, die Gesteinsdichte und ‑temperatur, die natürliche Gamma-Strahlung und die den seismischen Wellengeschwindigkeiten zugrunde liegenden Elastizitäts­module. Wieder andere Sonden messen Streichen und Fal­len von Schicht- und Kluft­flächen. Eine weitere Gruppe beschafft Angaben über Durchmesser und Abweichungen des Bohrlochs, Güte der Verrohrungszementation und Lage der Verrohrungsmuffen. Schliess­lich werden durch Geophon-Versenkmessungen die Geschwindigkeiten seismischer Laufzeiten ermittelt, welche erlauben, die Tiefengenauigkeit der ausge­werteten reflexionsseismischen Profile des regionalen Messnetzes der Nagra wesentlich zu verbessern.

Durch zahlreiche Tests mit verschiedenartigen Methoden, reichend von Förder­versuchen im Buntsandstein-Aquifer bis zu markierten Pumpversuchen in gering durch­lässigen Kristallinstrecken, sollen die hydraulischen Verhältnisse der Tiefengrundwässer erkundet werden. Es ist geplant, die bei den Tests anfallenden Wasserproben physikalisch-chemisch im Detail zu analysieren und ihren Isotopengehalt zur Abschät­zung des Alters der Wässer und deren Residenzzeit in den durchwanderten Gesteinen zu ermitteln.

Das Untersuchungsprogramm wird abgerundet durch felsmechanische und geo­technische Laborexperimente an ausgewählten Bohrkernen, zwecks Beschaffung der für den Schacht- und Kavernenbau eines Endlagers benötigten Kennwerte.

Nach Abschluss der Bohr- und Testphase und vor der endgültigen Verfüllung des Bohr­lochs wird eine mindestens einjährige Beobachtungsphase folgen zur Überwachung von Druckschwankungen der Tiefengrundwässer und nötigenfalls zu weiteren Wasser­proben­entnahmen aus der Kristallinstrecke durch Langzeit-Fördertests.