Technical Report NTB 93-12
Geology of the Crystalline Basement of Northern Switzerland and Derivation of Geological Input Data for Safety Assessment Models
Le socle cristallin du nord de la Suisse a été étudié dans 6 forages profonds réalisés par la Nagra et dans 16 forages plus anciens, ainsi que par des investigations géophysiques, géologiques et hydrogéologiques régionales, aussi bien sur la couverture sédimentaire que sur les affleurements du socle, en Forêt Noire. Sous la couverture sédimentaire du nord de la Suisse, le socle est constitué de gneiss hautement métamorphisés (principalement des métapélites et des paragneiss issus de grauwackes), qui ont subi l'intrusion des granites et des roches filonniennes varisques (aplites, pegmatites, porphyres granitiques ou rhyolitiques, lamprophyres). L'évolution tardi à postvarisque est caractérisée par une série de phases hydrothermales d'origine tectonique, c'est à dire d'événements de déformation cassante (failles, diaclases) suivis d'une altération hydrothermale due à l'interaction de la roche avec les fluides circulant dans les cassures. Les phases à haute température du Carbonifère tardif ont provoqué, le long de ces cassures, une altération de la roche encaissante en un faciès de type schistes verts (principalement albitisation/séritisation des plagioclases et chloritisation de la biotite). Les phases à basse température du Permien inférieur, quant à elles, ont provoqué surtout la formation d'argiles (les plagioclases se transforment en illite, illite/smectite). Les événements ultérieurs comprennent une altération en kaolinite essentiellement, indiquant une déformation cassante relativement modeste, la formation de druses dans les zones de faible résistance comme les zones cataclastiques, la précipitation de calcite dans les fissures et la formation de veines métallifères.
Les diagraphies de température et de salinité dans les forages ont fourni la principale méthode de détection de points de flux d'eau. On a détecté en tout 138 de ces points dans le socle cristallin des 6 forages profonds de la Nagra. L'analyse des structures à petite échelle, de la minéralogie et de la porosité des carottes au voisinage des points de flux d'eau a permis de définir 3 types régionaux de structures ou milieux aquifères, soit
- les zones cataclastiques,
- les zones de fracture et
- les filons fracturés d'aplite/pegmatite et les lames de gneiss aplitique fracturés.
On n'a observé aucune différence importante entre les structures aquifères des granites et ceux des gneiss. Le schéma régional de classification des structures aquifères obtenu à partir des données des forages est assez comparable à celui de la Forêt Noire, élaboré à partir d'observations sur affleurements ou en tunnel. Une différence toutefois est la présence en Forêt Noire d'amas de veines métallifères perméables. De tels amas n'ont pas été observés avec la même ampleur dans le nord de la Suisse, soit qu'ils ne sont pas présents, soit qu'ils n'ont pas été rencontrés en raison du programme d'investigations limité.
Tandis que la fréquence d'occurence relative des structures aquifères ne varie pas avec la profondeur, leur conductivité hydraulique est une fonction de la profondeur. Les premiers 350 à 650 m du socle cristallin ont révélé une conductivité hydraulique supérieure à 10-9 m/s dans tous les forages, tandis que les parties plus profondes montrent soit des valeurs inférieures (p. ex. à Böttstein), soit des valeurs semblables (p. ex. à Kaisten).
Dans les modèles géologiques conceptuels, on représente de manière simplifiée la géométrie à petite échelle des structures aquifères, c'est à dire la distribution spatiale des porosités efficaces (fissures ouvertes, vacuoles, druses), des remplissages de failles ou fissures (p. ex. matrices cataclastiques, minéralisations de diaclase) et des lithologies des roches encaissantes (p. ex. auréoles d'altération le long des fissures, roches intactes). Ces modèles fournissent, avec les données sur la minéralogie et la porosité ouverte de tous les domaines lithologiques, des données d'entrée directes pour la quantification du transport des radioéléments à travers la géosphère par convection, diffusion dans la matrice, adsorption et désintégration radioactive.
