Technischer Bericht NTB 87-14

Im vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse von geologischen und petrographischen Untersuchungen, die seit 1980 bis 1987 im Gebiet des Juchlistocks und des Felslabors Grimsel (FLG) durchgeführt wurden, kommentiert. Sie beinhalten im wesentlichen:

• die geologische Oberflächenkartierung des Juchlistocks;
• die geologische Aufnahme von ca. 840 m Stollen;
• die geologische Aufnahme von ca. 1476 m Kernbohrungen;
• die statistische Auswertung und Interpretation von ca. 3500 Strukturdaten (untertage);
• hydrogeologische Untersuchungen, wie Messungen von Bergwasserschüttungen in Stollen und Bohrungen.

Geologie

Das FLG befindet sich im südlichen Teil des Zentralen Aar-Massivs und liegt durchschnittlich in 400 m Tiefe unter dem Juchlistock. Es sind fast ausschliesslich granitische Gesteine aufgeschlossen. Der nördliche Teil des FLG wird von Zentralem Aaregranit aufgebaut, der südliche von Grimsel-Granodiorit. Diese Gesteine werden von in Scharen auftretenden Lamprophyren, sowie von wenigen Apliten durchschlagen. Das variszische Erstarrungsalter der Granite liegt bei ungefähr 290-300 MJ, dasjenige der Aplite bei ca. 250 MJ.

Das ganze Aar-Massiv wurde alpidisch stark deformiert und metamorphisiert. Die Hauptgefügeprägung der Gesteine fand gleichzeitig mit der grünschieferfaziellen Metamorphose vor etwa 20-25 MJ statt. Die bei der Metamorphose erreichten P-T Bedingungen liegen bei 400-450°C für die Temperatur, sowie etwa 3 kb für den Druck, was einer Versenkung von ungefähr 10 km entspricht. Die Deformation erfasste sämtliche Gesteine, überprägte diese jedoch unterschiedlich, wobei sowohl duktile als auch spröde Strukturen entstanden. Zu den ersteren gehören Schieferung(en), Scherzonen und Mylonite, zu den letzteren Quer- und Scherbrüche. Metamorphe Umwandlungen begleiteten und begünstigten teilweise die duktile Deformation, wie z. B. die Verglimmerung von Kalifeldspat.

Nebst diesen Strukturen sind in einer Spätphase der alpidischen Gefügeprägung Zerrklüfte – bevorzugt entlang grösserer, mechanischer Diskontinuitäten wie Granit/Lamprophyr-Kontakte – entstanden. Das Mindestalter dieser Zerrklüfte beträgt 15 MJ. Die Zerrkluftbildung wurde von einer starken hydrothermalen Tätigkeit begleitet. Einige Gesteinsbereiche wurden stark ausgelaugt, so dass die Porosität deutlich stieg (bis max. 18 Vol-%). Als Folge dieser hydrothermalen Fluidzirkulation wurden auch die meisten Sprödstrukturen versiegelt.

Der alpidischen Orogenese folgte die Hebung des Aar-Massivs, die z. T. noch heute andauert. Während dieser Hebung wurden die wichtigsten Gefügeflächen spröd reaktiviert. Als Folge entstanden die meisten offenen Klüfte, die heute potentielle Wasserzirkulationswege darstellen.

Strukturgeologie

Für die statistische Auswertung der Sprödstrukturdaten erfolgte eine Ausscheidung in Kategorien, je nach Mineralbelag auf den Fugenflächen. Die Daten stammen aus den Stollenabschnitten sowie aus 12 Bohrungen. Drei duktil entstandene Trennflächensysteme mit bevorzugter Mineraleinregelung konnten erkannt werden:

• die steil SE fallende, NE-SW streichende Hauptschieferung S₂ und
• die steilen, in bezug auf S₂ konjugierten Scherflächen S₁ (oft subparallel zu S₂) und S₃ (E-W streichend).

Da S₁ allein aufgrund von Fallazimut und Fallwinkel nur bedingt von S₂ unterscheidbar ist, wurden diese beiden Trennflächensysteme zusammengefasst behandelt (S₁+S₂).

Sicher belegt sind zusätzlich sechs Sprödstruktursysteme (allgemein mit K beschrieben, ausser den von STECK 1968a stammenden Bezeichnungen S₄ und S₅). Es handelt sich um:

• S₄/K₄, K₂/L (L=Lamprophyrrichtung), K₁, K₃, S₅, sowie
• ein subhorizontales Zerrkluftsystem ZK.

Allgemein bilden diese Systeme konjugierte Paare zu S₂. S₄/K₄ sowie K₂/L wurden jeweils zu einem System zusammengefasst, da in den meisten Fällen wegen zu grosser Überschneidungen der Orientierungen, oft keine klare Unterscheidung möglich ist.

Das FLG wurde in Bereiche unterteilt, welche jeweils entweder einer Bohrung oder einem Stollenabschnitt entsprechen. Es treten deutliche Unterschiede in der Häufigkeitsverteilung der jeweiligen Systeme auf. Richtungsschwankungen und Änderungen im Fallwinkel von 10 bis 20° sind häufig. Im allgemeinen besitzen die verbreitetsten Fugensysteme auch den höchsten prozentualen Anteil an offenen Klüften; diese dominieren vor allem in S₁+S₂. Da aber verschiedene Trennflächenpopulationen die einzelnen Bereiche kennzeichnen, können auch Systeme wie S₃, K₂/L und S₅ reich an offenen Klüften sein.

Mit den Oberflächenaufnahmen konnten die untertage gewonnenen Daten räumlich erweitert werden, obwohl hier weniger Systeme erkannt wurden. Nebst der Hauptschieferung S₂ wurden nur S₁, S₃, K₂/L und K₃ gefunden.

Oberflächen-, Stollen- und Bohrungsaufnahmen basieren auf der gleichen, eindimensionalen Datenerfassung (Aufnahme an Bohrkernen, Stollenabschnitten, bzw. entlang von Profilen). Die Untertageauswertungen ermöglichen Vergleiche bezüglich Trennflächenlagen und Häufigkeitsverteilungen. Oberflächenauswertungen ergänzen die Charakteristiken der Systeme mit der Erstreckung und den Trennflächenabständen. Zusätzlich liefern die Oberflächenbeobachtungen Hinweise auf Bewegungsrichtungen.

Kleinräumig gesehen, zeichnet sich das Juchlistock-FLG Gebiet durch eine grosse Komplexität aus, denn grössere ungeklüftete Bereiche fehlen oder sind nur spärlich vorhanden. Grossräumig erscheint das Bild einfacher, da weniger Trennflächensysteme erkennbar sind und das Gesamtbild im wesentlichen nur von S₁+S₂, S₃ und K₂/L geprägt wird.

Wasserzirkulation

Das FLG wurde bewusst ausserhalb der grösseren und stärker wasserführenden Störzonen angelegt, welche im Hauptzugangsstollen der Kraftwerke Oberhasli (KWO) kartiert werden konnten. Es liegt deshalb in einem relativ trockenen Gebirgsbereich. Nur im Norden (BK-Bereich) und im Süden (AU-Bereich) wurden stärker schüttende Störzonen angefahren.

Das im Gebirge vorhandene Wasser zirkuliert vorwiegend auf Trennflächen und hier in erster Linie in den Systemen S₁/S₂ und entlang von Lamprophyrkontakten. Diese Systeme weisen grosse Erstreckungen auf und durchschlagen das Gebirge häufig bis zur Oberfläche.

Bei den Wasseraustritten im Hauptzugangsstollen wirken sich bis zu einer Überdeckung von 250 m die klimatischen Einflüsse (Schneeschmelze, Seespiegelschwankungen) auf die Schüttung aus. Im Bereich des FLG mit einer Überdeckung von mehr als 400 m, sind solche äusseren Einflüsse nicht erkennbar.

Allgemein sind die Bergwasserschüttungen im FLG gering. Sie betragen

• 0 - 12 ml/min·m' im Bohrloch,
• 0.1 - 3 ml/min pro offene Trennfläche im Bohrloch.

In stark zerklüfteten Bereichen bei BK, US und MI werden lokal stark erhöhte Wasserschüttungen beobachtet.