Auswahl der bevorzugten Wirtgesteine für das HAA-Lager

Für die Auswahl der bevorzugten Wirtgesteine für das HAA-Lager werden verschärfte An-forderungen für die Indikatoren 'Hydraulische Durchlässigkeit', 'Variabilität der eigenschaften im Hinblick auf ihre Charakterisierbarkeit' und 'Homogenität des Gesteins-aufbaus' verwendet (vgl. Kap. 2.5.3 und Tab. 2.5-2). Die verschärfte Anforderung bezüglich des Indikators 'Hydraulische Durchlässigkeit' betrifft die horizontale Durchlässigkeit von Wasser-fliesspfaden in der Lagerebene, denen mit den BE/HAA-Lagerstollen voraussichtlich nicht ausgewichen werden kann; solche Fliesspfade mit höherer Durchlässigkeit würden dazu führen, dass Radionuklide präferenziell aus dem Nahfeld in horizontaler Richtung in das Wirtgestein freigesetzt würden. Die verschärfte Anforderung bezüglich des Indikators 'Variabilität der Gesteinseigenschaften' betrifft die Charakterisierbarkeit der Wirtgesteine (z.B. bevorzugte Fliesspfade (Channels o.ä.) und deren zuverlässige Lokalisierung und Charakterisierung). Auch für das HAA-Lager soll mit dieser verschärften Anforderung sichergestellt werden, dass keine Wirtgesteine bevorzugt werden, deren Barrierenwirkung durch bevorzugte Fliesspfade mit ungünstigen Radionuklid-Rückhalteeigenschaften beeinträchtigt sein könnte und die schwierig zu explorieren bzw. zu identifizieren und charakterisieren sind. Mit der im Rahmen der verschärften Anforderungen geforderten Homogenität (Indikator 'Homogenität des Gesteins-aufbaus') werden Wirtgesteine bevorzugt, deren Aufbau homogen ist und die keine mehrere Meter mächtige und über hunderte von Metern ausgedehnte Elemente enthalten mit gegenüber dem restlichen Gestein klar reduzierten Barriereneigenschaften; dies steht in Übereinstimmung mit dem Vorgehen anderer Länder bezüglich Wirtgesteine für das HAA-Lager.

Die entsprechende Evaluation der Wirtgesteine bzw. der einschlusswirksamen Gebirgsbereiche ist in Tab. 4.3-2 zusammengefasst. Aus der detaillierten Charakterisierung der Wirtgesteine in Nagra (2008b) geht hervor, dass der Opalinuston alle verschärften Anforderungen erfüllt (Indi-katoren 'Hydraulische Durchlässigkeit', 'Variabilität der Gesteinseigenschaften im Hinblick auf ihre Charakterisierbarkeit', 'Homogenität des Gesteinsaufbaus'). Der Opalinuston wird deshalb als bevorzugtes Wirtgestein für das HAA-Lager vorgeschlagen.

Bei der Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' und den Effinger Schichten kann aufgrund der heutigen Datenlage davon ausgegangen werden, dass bei günstiger Anordnung der Lager-kammern die verschärften Anforderungen an die Durchlässigkeit erfüllt sind; den sandig-kalkigen Einschaltungen im 'Braunen Dogger' und den Kalkbankabfolgen in den Effinger Schichten würde mit den Lagerkammern ausgewichen. Wird bei diesen Einheiten die ver-schärfte Anforderung nach einem homogenen Gesteinsaufbau gestellt (Indikator 'Homogenität des Gesteinsaufbaus'), kommen sie für das HAA-Lager nicht in Betracht. Sie werden deshalb zurückgestellt.

Bei den tonreichen Gesteinen der USM und OSM ist schon die Erfüllung der Mindestanforde-rungen bezüglich des Indikators 'Hydraulische Durchlässigkeit' für das HAA-Lager wegen der allgemein hohen Transmissivität der Rinnensandsteine, welche zumindest lokal deutlich über den Mindestanforderungen liegen können, fraglich (vgl. Kap. 4.3.1); die verschärften Anforde-rungen bezüglich horizontaler Durchlässigkeit werden mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht erfüllt (Indikator 'Hydraulische Durchlässigkeit'). Die Explorierbarkeit (insbesondere die Loka-lisierung) der Sandsteinrinnen ist sehr schwierig (Indikator 'Variabilität der Gesteinseigenschaf-ten im Hinblick auf ihre Charakterisierbarkeit'), und die MöglichkeiGesteinseigenschaf-ten, solchen Rinnen mit den Lagerstollen auszuweichen, werden wegen des Flächenbedarfs als praktisch unmöglich beurteilt. Schliesslich erfüllen die tonreichen Gesteine der USM und OSM auch die verschärften Anforderungen bezüglich des Indikators 'Homogenität des Gesteinsaufbaus' nicht, da auch in den tonreichen Partien der USM und OSM immer wieder mehrere Meter mächtige Sandstein-rinnen mit einer Längserstreckung von hunderten von Metern vorkommen. Eine genügende Sicherheit wäre höchstens dann erreichbar, wenn ein alternatives Barrierenkonzept mit einem

sehr langlebigen Lagerbehälter (z.B. Kupfer) gewählt würde, welcher den Einschluss der Radio-nuklide für sehr lange Zeiten gewährleistet; dies steht aber im Widerspruch zum gewählten Sicherheitskonzept (vgl. Kap. 2.3). Die tonreichen Gesteine der USM und OSM werden deshalb zurückgestellt; dies steht für die USM in Übereinstimmung mit der 2005 vorgenommenen Beurteilung (vgl. Nagra 2005).

In der Schweiz wurde das kristalline Grundgebirge im Hinblick auf das HAA-Lager intensiv erkundet und anlässlich zweier Meilensteine von der Nagra als eine grundsätzlich machbare Option beurteilt (Nagra 1985, Thury et al. 1994, Nagra 1994). Auch die HSK (HSK 2004) sieht in Zusammenhang mit ihrer Beurteilung des Sicherheitsberichts der Nagra (Nagra 1994) prinzi-piell die Möglichkeit eines sicheren Lagers, hat aber bezüglich der Chancen für eine erfolg-reiche Exploration eines Standorts (Nachweis genügend grosser Gesteinsblöcke mit geeigneten Gesteinseigenschaften) grosse Vorbehalte; die Nagra teilt diese Vorbehalte.

Das kristalline Grundgebirge der Nordschweiz ist im Allgemeinen stark tektonisiert und in eher kleinere, wenig deformierte Gesteinsblöcke gegliedert⁸⁹. Wegen der beschränkten Grösse der wenig deformierten Gesteinsblöcke müsste das Lager voraussichtlich in mehrere Komparti-mente aufgeteilt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass ein Standort an mangelnder Blockgrösse scheitert, d.h. ein Lager in zu viele Kompartimente aufgeteilt werden müsste. Da die einzelnen wenig deformierten Gesteinsblöcke durch schlecht explorierbare kleinere Störungen und Klüfte in ihrer Barrierenwirkung beeinträchtigt sein können, wäre es voraus-sichtlich notwendig, ein alternatives Sicherheitskonzept zu verwenden, bei dem der langfristige Einschluss primär durch langlebige Lagerbehälter (z.B. Kupfer) gewährleistet wird; dies steht aber im Widerspruch zum gewählten Sicherheitskonzept (vgl. Kap. 2.3). Das kristalline Grund-gebirge erfüllt die verschärften Anforderungen bezüglich des Indikators 'Variabilität der Gesteinseigenschaften im Hinblick auf ihre Charakterisierbarkeit' nicht und wird in Über-einstimmung mit der in 2005 vorgenommenen Beurteilung (Nagra 2005) zurückgestellt wegen der ungünstigen räumlichen Verhältnisse und der schlechten Explorierbarkeit mit dem grossen Risiko, bei Verfolgen dieser Option später bei der Erkundung zu scheitern.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Opalinuston mit seinen Rahmengesteinen für das HAA-Lager als bevorzugtes Wirtgestein ausgewählt wird.

Die Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' mit ihren Rahmengesteinen und die Effinger Schichten werden für das HAA-Lager insbesondere wegen ihres inhomogenen Gesteinsaufbaus nicht als bevorzugte Wirtgesteine vorgeschlagen, tragen aber als Rahmengesteine aufgrund ihrer grossräumig geringen Durchlässigkeit wesentlich zur Wirksamkeit der geologischen Barriere oberhalb des Opalinustons bei. Die tonreichen Gesteine der USM und OSM sowie das kristalline Grundgebirge werden wegen der höher transmissiven sedimentären Architektur-elemente bzw. der höher transmissiven tektonischen Elemente (Klüfte, Störungen) und deren schwieriger Explorierbarkeit nicht als bevorzugte Wirtgesteine für das HAA-Lager vor-geschlagen und zurückgestellt.

89 Die Erfahrungen in der Nordschweiz haben gezeigt, dass im kristallinen Grundgebirge die Transmissivität auch von kleineren Störungs- und Kluftzonen in grösserer Tiefe teilweise über den Mindestanforderungen liegt, d.h.

dass ihnen mit den Lagerstollen ausgewichen werden muss, was zu einer Reduktion der Grösse der geeigneten geringdurchlässigen Gesteinsblöcke führt.

Tab. 4.3-2: Auswahl der bevorzugten Wirtgesteine bzw. einschlusswirksamen Gebirgsbereiche aufgrund von verschärften Anforderungen: Zusammenfassung der Evaluation für das HAA-Lager.

4.4 Charakterisierung der bevorzugten Wirtgesteine für das SMA-Lager Die bevorzugten Wirtgesteine (inkl. Rahmengesteine, wo vorhanden) für das SMA-Lager ver-teilen sich auf Vorkommen in den Grossräumen Alpen (Mergel-Formationen des Helvetikums), östliche Subjurassische Zone und östlicher Tafeljura (Opalinuston, Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger', Effinger Schichten). Letztgenannte befinden sich mehrheitlich noch im ursprünglichen Schichtverband (wenn auch mit Unterschieden betreffend tektonische Beanspruchung) und bilden eine praktisch nahtlose stratigraphische Schichtabfolge; dies führt dazu, dass bei der Beschreibung der Wirtgesteine und ihrer Rahmengesteine die "Rollen" abwechslungsweise getauscht werden: Das Rahmengestein des Einen wird zum Wirtgestein – und umgekehrt (vgl.

Tab. 4.4-1 und Fig. 4.4-1). Daher werden die Rahmengesteine nicht gesondert beschrieben.

Tab. 4.4-1: Wirtgesteine und Rahmengesteine in der östlichen Subjurassischen Zone und im östlichen Tafeljura.

In den Spalten sind für das jeweilige Wirtgestein die zugehörigen Rahmengesteine auf-geführt.

Rahmengesteine Wirtgestein –

Opalinuston Wirtgestein Untere

1) Im für die Effinger Schichten relevanten Raum – unter Berücksichtigung der erforderlichen Mächtig-keit kommt nur der Raum Fazies West in Frage (vgl. Fig. 4.4-1) – gibt es für die Effinger Schichten keine barrierenwirksamen Rahmengesteine; unterhalb liegt der Hauptrogenstein, oberhalb liegen die Malmkalke, die beide eine erhöhte Durchlässigkeit aufweisen.

Diese Zusammenhänge sind in Fig. 4.4-1 schematisch illustriert: Sie zeigt ein stark verein-fachtes stratigraphisches Profil durch die Trias–Jura-Serien der Nordschweiz, vom Schaff-hauser Randen bis zum Solothurner Jura-Südfuss.

Die Mergel des Helvetikums haben ausschliesslich in tektonischen Akkumulationen das Raum-Potenzial für ein mögliches Wirtgestein; die Beiträge allenfalls vorhandener Rahmengesteine müssen standortspezifisch beurteilt werden.

Die nachfolgenden Kurzbeschreibungen werden ergänzt durch eine detaillierte Beschreibung der Eigenschaften der Wirtgesteine in Nagra (2008b).

Fig. 4.4-1: Wirtgesteine mit ihren Rahmengesteinen in den Grossräumen östliche Sub-jurassische Zone sowie östlicher Tafeljura (Faziesprofil Solothurn – Olten – Aarau – Brugg – Zurzach – Klettgau – Randen).

Die Figur zeigt die laterale Variabilität von Mächtigkeit und Gesteinszusammensetzung (Fazies): Bis und mit der Ablagerung des Opalinustons sind diese Veränderungen im regio-nalen Massstab betrachtet vergleichsweise moderat. Demgegenüber besteht in der Gesteins-abfolge über dem Opalinuston ein erheblicher Unterschied zwischen Fazies Ost und Fazies West. Infolge der sich allmählich verändernden paläogeographischen Situation entstand im Westen eine untiefe Plattform mit vorwiegend karbonatreicher Sedimentation. Es kam ins-besondere zur Zeit des Mittleren Doggers in Küstennähe zur flächenhaften Ausbildung von mächtigen Kalkablagerungen (z.B. dem Hauptrogenstein, der heute als regionaler Aquifer wirkt). Für die räumliche Abgrenzung der Faziesräume, vgl. auch Fig. 5.2-7.

Übergangsfazies

Abstand zur Basis Opalinuston [m]Abstand zur Basis Opalinuston [m]Abstand zur Basis Opalinuston [m]

ca. 20 km

4.4.1 Opalinuston mit seinen Rahmengesteinen