Untere Rahmengesteine (Lias und Keuper) Gliederung und hydrogeologische Eigenschaften

Lias

Der Lias besteht im erweiterten Untersuchungsgebiet hauptsächlich aus Tonsteinen, Kalken und Mergeln; er ist ingesamt zwischen 25 und 50 m mächtig (Kap. 3.2). Im oberen Teil dominieren gering durchlässige tonige Sedimente (Jurensis-Mergel bis Obtusus-Schichten). Im unteren Teil des Lias stellt der Arietenkalk aufgrund seiner Lithologie einen geringmächtigen potenziellen Aquifer dar. Er besteht aus einer Abfolge von Kalkbänken und ist ca. 2 bis 5 m mächtig. Wo ein Wasserfluss im Arietenkalk vorhanden ist, erfolgt dieser vermutlich ausschliesslich entlang von Trennflächen (Klüfte, Schichtfugen). Gegen das Bodenseegebiet geht er in die Lias-α -Sand-steine über (Kap. 3.2.3).

Packertests wurden über die gesamte Mächtigkeit des Lias in den Sondierbohrungen Schafis-heim, Riniken und Benken durchgeführt und ergaben niedrige Durchlässigkeitswerte von 5 × 10^-14 bis 1 × 10^-13 m/s (Fig. 3.6-3). Der Lias (einschliesslich Arietenkalk) zeigt somit im westlichen und zentralen Teil des Gebiets Lägeren–Zürcher Weinland insgesamt eine sehr geringe Durchlässigkeit. Mit dem Einsetzen der Lias-α-Sandsteine erfolgt eine deutliche Zunahme der Durchlässigkeit um bis zu sechs Grössenordnungen (Kreuzlingen-1 3 × 10^-8 m/s, Fig. 3.6-3); der Lias hat somit weiter im Osten Aquifercharakter (Häring & Müller 1994).

Keuper

Der Keuper besteht mehrheitlich aus gering durchlässigen tonigen Gesteinen und Evaporiten, mit Einschaltungen von lokal durchlässigen Sandstein- und Karbonat-Schichtgliedern im oberen Teil (Kap. 3.2.2). Er weist in der Nordostschweiz eine relativ konstante Gesamtmächtigkeit von rund 120 m auf.

Die Sandsteine des Rhät sind im Osten mächtiger (19 m in Berlingen-1) und durchlässiger als im Westen (Fig. 3.6-4); östlich des Zürcher Weinlands können sie lokal Aquifercharakter haben.

Im südwestlichen Teil der Nordostschweiz (Sondierbohrungen Riniken, Böttstein, Weiach) ist das Rhät erodiert oder nicht abgelagert worden. In der Region Benken ist es gering mächtig (0.6 m), tonig ausgebildet und gering durchlässig.

Der Mittlere Keuper wird aufgrund seiner sandigen Schichtglieder im oberen Teil auch als Sandsteinkeuper bezeichnet. Die Schichtfolge umfasst Knollenmergel, Stubensandstein-Forma-tion, Obere Bunte Mergel, Gansinger Dolomit/Hauptsteinmergel und Kieselsandstein, Untere Bunte Mergel sowie die Schilfsandstein-Formation. Diese Formationen weisen grössere laterale Fazies- und Mächtigkeitsänderungen auf (Kap. 3.2.2) und sind lokal grundwasserführend.

Die Stubensandstein-Formation hat im Untersuchungsgebiet Zürcher Weinland aufgrund ihrer Mächtigkeit und der in Benken beachtlichen Transmissivität Aquifercharakter und übertrifft diesbezüglich den Schilfsandstein an Bedeutung (s. unten). In der Bohrung Benken erwies sich die pedogene Karbonatbrekzie in der oberen Stubensandstein-Formation als sehr durchlässig.

Im Westen ist die Stubensandstein-Formation nur gering mächtig (< 1 m in den Sondier-bohrungen Riniken und Weiach), nimmt jedoch nach Osten an Mächtigkeit zu und ist auch in den Bohrungen östlich des Zürcher Weinlands vorhanden (Fig. 3.2-2). In Süddeutschland nimmt ihre Mächtigkeit weiter zu auf 30–50 m nördlich des Bodensees, weiter östlich sogar auf 90 bis 100 m. Sie wird dort als eigentlicher Aquifer mit Nutzungspotenzial betrachtet (Villinger

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1982). Die Stubensandstein-Formation ist in den Bohrungen Weiach, Benken, Herdern-1¹⁶ und Berlingen-1¹⁷ in situ getestet worden. Während ihre Durchlässigkeit in Weiach (Mächtigkeit 0.5 m) etwa bei 1 × 10^-10 m/s liegt, beträgt sie in Herdern 2 × 10^-9 m/s. In Benken ist die effektiv durchlässige Schicht (Karbonatbrekzie) noch zwei Grössenordnungen durchlässiger. Diese stärker durchlässige Fazies ist offensichtlich auf den Raum Benken − nördlich Schaffhausen beschränkt (vgl. Fig. 3.2-2).

Die Schilfsandstein-Formation ist nur in der sandigen Rinnenfazies (Kap. 3.2.2) gut durchlässig, ihre Mächtigkeit ist sehr variabel. Aufgrund mehrerer Packertestresultate umfasst die Durch-lässigkeitsbandbreite der Schilfsandstein-Formation etwa drei Grössenordnungen (Fig. 3.6-3).

Mit dem Kieselsandstein existiert im Mittleren Keuper eine weitere potenziell durchlässige Formation. Er setzt erst östlich des Untersuchungsgebiets Zürcher Weinland ein (Bohrung Herdern-1 ca. 1 m mächtig) und nimmt im Bodenseegebiet an Mächtigkeit zu. In der Bohrung Kreuzlingen-1 ergab ein Test eine Durchlässigkeit um 1 × 10^-10 m/s. Der Kieselsandstein ist somit in der Nordostschweiz keine wasserführende Formation, gewinnt aber weiter nordöstlich im süddeutschen Raum hydrogeologisch an Bedeutung.

Der Gipskeuper besteht aus Tonsteinen, Anhydrit, Gips und dolomitischen Mergeln; er ist im Lägeren–Zürcher Weinland-Gebiet rund 80 m mächtig und äusserst gering durchlässig. In der Bohrung Benken wurde für den Gipskeuper eine Durchlässigkeit von 1 × 10^-13 m/s (bester Schätzwert) ermittelt.

Die Durchlässigkeit der wenige Meter mächtigen Lettenkohle − eine Dolomit-Tonschiefer-Ab-folge − ist je nach Lithologie und Tiefenlage unterschiedlich; lokal wird die Lettenkohle dem Muschelkalk-Aquifer zugerechnet.

Hydraulische Kontinuität der durchlässigen Zonen in den unteren Rahmengesteinen

Generell ist die laterale hydraulische Kontinuität der durchlässigen Formationen in den unteren Rahmengesteinen beschränkt. Analog zu den Verhältnissen in den oberen Rahmengesteinen kann ein grossräumiger Grundwasserfluss nur dann stattfinden, wenn zwischen den verschiede-nen durchlässigen Schichtgliedern eine lithologisch bedingte hydraulische Verbindung besteht, oder wenn hydraulische Kurzschlüsse entlang von Störungen existieren. Aufgrund hydro-chemischer Evidenzen (Kap. 3.7.4) kann geschlossen werden, dass der Grundwasserfluss im Sandsteinkeuper bedeutend geringer sein muss als im Muschelkalk, trotz relativ hoher Trans-missivität in der Bohrung Benken und ähnlicher Lage der In- und Exfiltrationsgebiete.

Druckhöhen, Infiltrations- und Exfiltrationsgebiete

Im Raum Nordostschweiz liegen nur wenige Druckhöhenmessungen aus den unteren Rahmen-gesteinen vor. In geringdurchlässigen Abschnitten werden die Messwerte zum Teil als anomale Porenwasserdrücke gedeutet (Kap. 4.6). Die vereinzelten Daten aus dem Lias (Klemenz et al.

2000) lassen keine regionale Interpretation zu. Die Druckhöhenverteilung des Grundwassers im Sandsteinkeuper wurde interpretiert und in Figur 3.6-6 als Isopotenziallinienkarte dargestellt.

Diese basiert ebenfalls auf einer spärlichen Datenbasis und ist mit entsprechender Vorsicht zu betrachten. Das zu Grunde gelegte konzeptuelle Fliessmodell (In- und Exfiltrationsgebiete)

16 Herdern-1: Stubensandstein oder Kieselsandstein (Annahme: Stubensandstein).

17 Berlingen-1: Stubensandstein, Schilfsandstein oder Kieselsandstein (Annahme: Stubensandstein).

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lehnt sich an die besser abgestützten Verhältnisse im Muschelkalk an (vgl. Fig. 3.6-7). Mit den nötigen Vorbehalten lässt sich aus Figur 3.6-6 folgendes ableiten:

Die Infiltrationszonen für den Sandsteinkeuper finden sich dort, wo er an der Oberfläche aus-streicht bzw. mit Quartär-Aquiferen in Kontakt steht. Diese Aufschlussgebiete befinden sich östlich der Wutach in der Südost- und Ostabdachung des Schwarzwalds. Infolge des südöst-lichen bis südsüdöst-lichen Schichtfallens der Keupersedimente ist der offene, ungespannte Aquifer auf eine schmale Zone beschränkt. Die potenzielle Infiltrationszone für die Stubensandstein-Formation ist definitionsgemäss ein Teilgebiet der Infiltrationszone des Sandsteinkeupers.

Fig. 3.6-6: Druckhöhenverteilung im Sandsteinkeuper.

Aufgrund der spärlichen Datengrundlage wurde der Verlauf der Isopotenziallinien in Anlehnung an die Verhältnisse im Muschelkalk (Fig. 3.6-7) gezeichnet.

In Anlehnung an die konzeptuellen Fliessverhältnisse im Muschelkalk-Aquifer wird in Figur 3.6-6 für den Sandsteinkeuper eine Exfiltration in Richtung Westen (Klettgau–Rhein) und nach Norden in den Neckar (ausserhalb des Kartenausschnitts) in Betracht gezogen. Das nächst-gelegene Exfiltrationsgebiet für den Sandsteinkeuper im Untersuchungsgebiet Zürcher Wein-land ist der Klettgau. Der Sandsteinkeuper fällt dort mit einer Neigung von etwa 6° nach Süden ein. Aus den geometrischen Verhältnissen geht hervor, dass der Sandsteinkeuper zwischen Neunkirch und Trasadingen auf einer Strecke von rund fünf Kilometern mit dem Quartär-Aquifer der Klettgaurinne in Kontakt steht (Profile in von Moos & Nänny 1970, Kühnle-Baiker et al. 1992, Hofmann 1981, Bühl & Bollinger 1999). Der freie Grundwasserspiegel liegt in die-sem Abschnitt zwischen 386 und 382 m ü.M.; er dürfte der Druckhöhe dieses

Exfiltrations-Rhein

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gebiets entsprechen. Gesteine des Sandsteinkeupers stehen talabwärts erneut bei Lauchringen mit der grundwasserführenden Talfüllung des Wutachtal−Klettgaus (375–350 m ü.M.) und zwi-schen Zurzach und der Wutachmündung mit dem Quartär des Rheintals in Kontakt (348 bis 345 m ü.M.).

3.6.10 Muschelkalk-Aquifer