Arbeitsbericht NAB 12-40

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1 Arbeitsbericht NAB Untere Rahmengesteine des Opalinustons: Hydrogeologische Einheiten, Gesteinsparameter und Mächtigkeiten Februar 2013 D. Traber Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Hardstrasse 73 CH-5430 Wettingen Telefon

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3 Arbeitsbericht NAB Untere Rahmengesteine des Opalinustons: Hydrogeologische Einheiten, Gesteinsparameter und Mächtigkeiten Februar 2013 D. Traber KEYWORDS Lias, Keuper, Hydrogeologie, Arientenkalk, Keuper-Aquifer, Toniger Lias, Toniger Keuper, Gipskeuper, Mineralogie, Porosität Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Hardstrasse 73 CH-5430 Wettingen Telefon

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5 I NAGRA NAB Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... I Tabellenverzeichnis... II Figurenverzeichnis... III 1 Einleitung Allgemeines Geologie und Hydrogeologie der Unteren Rahmengesteine: Ein Überblick Lias Keuper Hydrogeologische Einheiten Datengrundlagen Gesteinsparameter der hydrogeologischen Einheiten Datengrundlage Toniger Lias Definition der hydrogeologischen Einheit Gesteinsparameter 'Arietenkalk' (inkl. Kalkiger Lias) Toniger Keuper Keuper-Aquifer 'Gipskeuper' (inkl. 'Massiver Anhydrit') Mächtigkeiten der hydrogeologischen Einheiten Allgemeines Mächtigkeiten der hydrogeologischen Einheiten in den Standortgebieten Südranden und Zürich Nordost Nördlich Lägern Jura Ost Jura-Südfuss Verdankungen Referenzverzeichnis Anhang: Gesteinsdichten... 1

6 NAGRA NAB II Tabellenverzeichnis Tab. 1: Toniger Lias: Zusammensetzung der Tonfraktion und Tonmineralogie skaliert auf den Referenztonmineralgehalt von 40 Gew.-% und den unteren Eckwert von 20 Gew.-% Tab. 2: Tonmineralogie der Einheit Toniger Keuper Tab. 3: Tab. 4: Mächtigkeiten der Einheiten zwischen Top Lias (Basis Opalinuston) und Top Keuper-Aquifer in ausgewählten Bohrungen 'Best-guess'-Werte der Mächtigkeiten der hydrogeolgischen Einheiten der unteren Rahmengesteine des Opalinustons in den Standortgebieten Tab. A1: Berechnete Gesteinsdichten für die hydrogeologischen Einheiten Toniger Lias, 'Arietenkalk' und Toniger Keuper.... A-2

7 III NAGRA NAB Figurenverzeichnis Fig. 1: Fig. 2: Fig. 3: Fig. 4: Fig. 5: Fig. 6: West-Ost-Profil der hydraulischen Durchlässigkeit von potenziell durchlässigen Formationen der unteren Rahmengesteine des Opalinustons beobachtet in Tiefbohrungen (aus Nagra 2002) Gliederung der Staffelegg-Formation nach Reisdorf et al. (2011) im Gebiet des geologischen Atlasblatts Aarau und Gegenüberstellung mit älteren Schichtnamen im Lias. Figur aus Jordan et al. (2011) Bohrung Benken, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für die Standortgebiete Südranden und Zürich Nordost Bohrung Weiach, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für das Standortgebiet Nördlich Lägern Bohrung Riniken, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für das Standortgebiet Jura Ost Bohrung Schafisheim, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für das Standortgebiet Jura-Südfuss Fig. 7: Lias und Keuper in der Bohrung Pfaffnau Fig. 8: Tonmineralgehalte der Einheit Toniger Lias Fig. 9: Bohrung Schafisheim, Toniger Lias mit knolligen Kalkhorizonten (Hartgründen) und mit Kalkknauern Fig. 10: Physikalische Porosität der Einheit Toniger Lias Fig. 11: 'Arientenkalk': Boxplot-Darstellung des Karbonat-, Quarz & Feldspat- und des Tonmineralgehalts Fig. 12: Tonmineralgehalt der Einheit Toniger Keuper Fig. 13: Physikalische Porosität der Einheit Toniger Keuper Fig. 14: Analysenwerte der physikalischen Porosität des Gipskeupers Fig. 15: Gipskeuper: Physikalische Porosität als Funktion des Anhydritgehalts Fig. A1: Fig. A2: Gemessene Korndichten der hydrogeologischen Einheiten Toniger Lias und Toniger Keuper.... A-1 Gemessene Gesteinsdichten (trocken) der hydrogeologischen Einheiten Toniger Lias und Toniger Keuper. Die roten Linien bezeichnen die berechneten Referenzwerte (Tab. A1).... A-2

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9 NAGRA NAB Einleitung 1.1 Allgemeines Als Grundlage für die provisorischen Sicherheitsanalysen im Rahmen von Etappe 2 des Sachplans Geologische Tiefenlager (SGT-E2) werden in der vorliegenden Arbeit für die unteren Rahmengesteine des Opalinustons hydrogeologische Einheiten definiert sowie Gesteinsparameter (Porosität, Mineralogie) und Mächtigkeiten hergeleitet. Der Fokus der Arbeit liegt auf den Standortgebieten der Nordschweiz, also das Gebiet zwischen Olten und Schaffhausen. Die unteren Rahmengesteine werden durch Lias und Keuper gebildet. Diese komplex aufgebauten lithostratigraphischen Einheiten wurden schon in früheren Tiefbohrungen lithologisch beschrieben, hydraulisch getestet und daraus entnommene Gesteinsproben wurden untersucht. Zudem existieren zu einzelnen Lithologien und Teilgebieten Auswertungen und Übersichtsdarstellungen, beispielsweise Dronkert et al. (1990), Klemenz et al. (2000), Albert & Bläsi (2001) oder Reisdorf et al. (2011). In Nagra (2010) finden sich für die einzelnen Standortgebiete Mächtigkeiten der unteren Rahmengesteine (inkl. Ungewissheitsbandbreiten). Es existiert aber für das betrachtete Gebiet kein detailliertes sedimentologisches Modell zur Lithologie, lateralen Kontinuität und Mächtigkeit der einzelnen Schichtglieder. In der vorliegenden Arbeit werden die Abstraktion der hydrogeologischen Einheiten, deren Gesteinsparameter und Mächtigkeiten hergeleitet. Tonmineral- und Calcitgehalte werden bis zum lokalen Keuper-Aquifer betrachtet. In Abhängigkeit der Datenlage für die einzelnen Parameter handelt es sich um repräsentative, typische Werte für die Nordschweiz oder um 'best guess'-werte. Zur Abdeckung der Variation werden auch Eckwerte angegeben Geologie und Hydrogeologie der Unteren Rahmengesteine: Ein Überblick Die Gliederung der Einheiten in diesem Bericht erfolgt nach hydrogeologischen Aspekten: Potenzielle Exfiltrationspfade und dazwischen liegende, gering durchlässige, meist tonreiche Einheiten. Der Muschelkalk-Aquifer bildet unter dem Opalinuston den nächstgelegenen regionalen Tiefenaquifer (s. hydrgeologische Sammelprofile in Nagra 2010). Er definiert damit die maximale Mächtigkeit der unteren Rahmengesteine. Zwischen Basis Opalinuston und Top Muschelkalk-Aquifer finden sich in Lias und Keuper sehr unterschiedliche lithostratigraphische Einheiten. Diese sind durch zahlreiche, oft gering mächtige Untereinheiten charakterisiert. Teilweise weisen diese auch eine beschränkte laterale Kontinuität ihrer lithologischen Ausbildung auf. Einen generellen Überblick über Stratigraphie, Mächtigkeit und Lithofazies gibt Naef (2008). Für die Wasserführung bedeutsam sind insbesondere die Karbonate und teilweise Sandsteine der unteren Rahmengesteine. Fig. 1 gibt einen Überblick über die hydraulischen Durchlässigkeiten in potenziell transmissiven Formationen. 1 Für die Mineralogie werden untere Eckwerte angegeben. Zur Porosität werden untere und obere Eckwerte angegeben: Je nach Transportregime sind hohe oder tiefe Werte nachteilig.

10 NAGRA NAB Fig. 1: West-Ost-Profil der hydraulischen Durchlässigkeit von potenziell durchlässigen Formationen der unteren Rahmengesteine des Opalinustons beobachtet in Tiefbohrungen (aus Nagra 2002). Die betrachteten Intervalle liegen dabei zwischen rund 450 und rund 2300 m Tiefe (siehe Klemenz et al. 2000). Im Keuper umfassen die Intervalle insbesondere die folgenden Einheiten: Schafisheim: Gansinger Dolomit, Schilfsandstein-Formation; Riniken: Gansinger Dolomit, Schilfsandstein-Formation; Weiach: Stubensandstein-Formation, Schilfsandstein- Formation, Gansinger Dolomit; Benken: Stubensandstein-Formation, Gansinger Dolomit (nach Klemenz et al. 2000) Lias Der Lias wird gemäss neuester Terminologie in der Nordschweiz als Staffelegg-Formation bezeichnet und die ganze Stratigraphie wurde neu bearbeitet (Reisdorf et al. 2011). Der Arietenkalk wird beispielsweise in kalkiger Fazies neu als Beggingen-Member bezeichnet (Fig. 2). In der vorliegenden Arbeit erfolgt die Gliederung nach hydrogeologischen Argumenten. Es wurde entschieden, weiterhin die alte Terminologie zu verwenden. Damit bleibt dieser Bericht kompatibel mit den geologischen Aufnahmen von früheren Tiefbohrungen. Ein eigentliches regionales geologisches Modell des Lias der Nordschweiz existiert nicht. Jordan (1983) zeigt die Ausbildung des Lias zwischen Schinznach und Unterem Hauenstein. Reisdorf et al. (2011) zeigen ein Mächtigkeitsmodell. Generelle Trends sind aus einer Profilkorrelation von Schafisheim bis Herdern ersichtlich (Beilage 11 in Albert & Bläsi 2001). Diese zeigt gegen Westen abnehmende Mächtigkeit des Lias, diese erfolgt hauptsächlich zu Lasten der tonreicheren Schichten. In den Tiefbohrungen der Nordschweiz sind bei Tiefen grösser als rund 450 m die hydraulischen Durchlässigkeiten tief (Fig. 1). Erst weiter im Osten, wie in der Bohrung Kreuzlingen, werden im Lias höhere Durchlässigkeiten angetroffen und aus der Bodenseeregion liegen Wasserproben aus Tiefbohrungen vor (Traber et al. 2002; Waber et al. in prep.). Dies wird mit dem Einsetzen des Lias-alpha-Sandsteins 2 erklärt (Klemenz et al. 2000). 2 Östlich von Herdern besteht der Lias an der Basis aus Sandsteinen und Kalkareniten (Albert & Bläsi 2001).

11 NAGRA NAB Beobachtungen zeigen, dass oberflächennah Kalkbänke eine untergeordnete Wasserführung aufweisen können und teilweise kleinere Quellen bilden (Jäckli & Kempf 1972, Diebold et al. 2006, Bitterli-Dreher et al. 2007, Jordan et al. 2011). Die Kalkbänke weisen unterschiedliche, meist nur sehr geringe Mächtigkeiten auf (Fig. 3 bis 6) 3. Als eigentliche Härterippen treten morpologisch insbesondere der Arietenkalk 4 (Hofmann 1981, Bitterli et al. 2000, Diebold et al. 2006, Bitterli-Dreher et. al. 2007, Jordan et al. 2011) und im Bereich der geologischen Atlasblätter Frick und Aarau teilweise auch die Obliqua-Schichten auf (Diebold et al. 2006, Jordan et al. 2011). Im Gebiet Schinznach bis Unterer Hauenstein bilden die (Unteren) Obliqua- Schichten gar die gegenüber dem Artietenkalk dominante Härterippe (Jordan 1983). Im Gebiet von Atlasblatt Frick scheint sie untergeordnet gegenüber der Härterippe des Arietenkalks, sie tritt nicht überall auf (Diebold et al. 2006). Für die oberflächennahe Wasserführung im Lias kann insbesondere der Arietenkalk eine Bedeutung haben. Dies zeigen einzelne Quellen (z.b. Hoehn 1979) und in vergleichsweise wenig tiefen Bohrungen wurden Wasserzuflüsse und Spülungsverluste beobachtet, beispielsweise: In der EWS-Bohrung Osterfingen (Albert et al. 2012b) deutet das Fluid Logging im Bereich des Arietenkalks in 146 m Tiefe auf einen Grundwasserzufluss. In der Bohrung Klingnau K36 am Acheberg ist es im unteren Lias, wohl im Bereich des Arietenkalks, in rund 200 m Tiefe zu einem Spülungsverlust gekommen (Schmassmann 1985). In der Bohrung Siblingen kam es im Arietenkalk (Teufenbereich m) im Bereich eines lokalen Störungssystems zu einem Spülungsverlust (Klemenz et al. 2000). Tracer der Bohrspülung konnten in nahegelegenen Quellen beobachtet werden (Nagra 1992). 3 4 In der Bohrung Benken (Nagra 2001) bestehen beispielsweise die Jurensis-Mergel aus einer Wechselfolge von dnkelgrauen fossilführenden Tonmergeln mit hellgrauen, bis 12 cm mächtigen, knolligen, knauerigen Kalkmergel- und Kalkbänken. Teilweise inkl. der liegenden Angulaten-Schichten.

12 NAGRA NAB Fig. 2: Gliederung der Staffelegg-Formation nach Reisdorf et al. (2011) im Gebiet des geologischen Atlasblatts Aarau und Gegenüberstellung mit älteren Schichtnamen im Lias. Figur aus Jordan et al. (2011). Die Kalkbänke der Obliqua-Schichten (Teil des Fasiswald-Members nach neuer Terminologie) bilden neben dem Arietenkalk einen zweiten im Gelände teilweise sichtbaren Härtling (Jordan 1983; Diebold et al. 2006; Jordan et al. 2011). Im Bereich des Kartenblatts Frick sind sie rund 2 m mächtig (Diebold et al. 2006). Gemäss Detailprofil Frick in Reisdorf et al. (2011) bestehen die hier rund 2.5 m mächtigen Obliquaund Numismalis-Schichten aus Kalkbänken, mergeligen Kalksteinen und Mergeln. In der Bohrung Riniken konnten die Obliqua-Schichten nicht als eigenständige Einheit ausgeschieden werden sondern wären (falls vorhanden) Teil des mergelig ausgebildeten Abschnitts Numismalis-Amaltheen-Schichten (Fig. 6). Im Bereich der Staffelegg nimmt die Mächtigkeit von Osten nach Westen von rund 5 m rasch auf rund 12 m zu (Figur 8a in Jordan 1983). Ein Detailprofil vom Dottenberg findet sich in Reisdorf et al. (2011). Hier gehören die Obliqua-Schichten nach neuer Terminologie zum Fasiswald-Member, dieses ist im nördlichen Faltenjura und südlich davon verbreitet, z. B. auch in der Bohrung Schafisheim (Reisdorf et al. 2011). Es sind uns keine Hinweise auf eine Wasserführung in den Obliqua-Schichten bekannt, deshalb werden sie nicht als eigenständige hydrogeologische Einheit ausgeschieden. Für das Gebiet Jura-Südfuss wird jedoch ein alternativer Fall betrachtet, wo direkt unter dem Opalinuston eine laterale Wegsamkeit besteht (Kalkiger Lias, s. Kap. 2.2).

13 NAGRA NAB Auf Grund der bisher angetroffenen geringen Durchlässigkeiten im Lias (Fig. 1) handelt es sich sowohl beim Arietenkalk wie auch beim Fall Kalkiger Lias um hypothetische Pfade. Im Rahmen von Etappe 2 werden mit Hilfe der hydrogeologischen Lokalmodelle die Bedeutung von geringmächtigen Einheiten wie dem Arietenkalk studiert Keuper Auch im Keuper werden kleinräumig wechselnde Lithologien angetroffen. Die generelle Schichtfolge ist aus den Fig. 3 bis 6 ersichtlich. Im Oberen Keuper können die Sandsteine des Rhäts einen Grundwasserleiter bilden (Klemenz et al. 2000) und waren beispielsweise im Bodenseegebiet im Rahmen der Kohlenwasserstoffprospektion von Interesse. Rhät-Sedimente sind aber nur östlich einer Linie von ca. Schaffhausen Kloten zu finden (s. Albert & Bläsi 2001, insbesondere Beilage 15; Figur 5 in Reisdorf et al. 2011), westlich davon liegt eine Schwelle, wo sie nie abgelagert oder erodiert wurden (kein Rhät in den Bohrungen Weiach, Riniken, Schafisheim). In der Bohrung Benken ist das Rhät mit 0.6 m gering mächtig und gering durchlässig (Klemenz et. al 2000). Auch in der Geothermiebohrung Schlattingen-1 wurde kein Rhät angetroffen (Albert et al. 2012a). In der Bohrung Siblingen zählen Albert & Bläsi (2001) die Tonsteine am Top des Keupers zum Knollenmergel. Erst wieder westlich von Olten finden sich Rhät-Sedimente (Fig. 5 in Reisdorf et al. 2011), im Gebiet von Blatt Aarau des geologischen Atlas der Schweiz fehlt das Rhät (Jordan et al. 2011). Aus diesen Beobachtungen wird geschlossen, dass das Rhät im Bereich der Standortgebiete keinen Exfiltrationspfad bildet. In der deutlich südwestlich des Standortgebiets Jura-Südfuss gelegenen Bohrung Pfaffnau-1 finden sich Rhät-Sedimente (Fig. 7). Insbesondere im Mittleren Keuper existieren lithologische Einheiten mit gegenüber dem Lias teilweise deutlich höheren hydraulischen Durchlässigkeiten (Fig. 1). Aus diesen Einheiten liegen auch einige Wasserproben aus Tiefbohrungen vor (Traber et al. 2002; Waber et al. in prep.). Auch die Tracerprofile der Bohrung Benken (Gimmi & Waber 2004) zeigen, dass der Keuper- Aquifer und nicht der Arietenkalk für die Porenwässer die relevante Randbedingung liefern. In Abhängigkeit der lokalen lithologischen Ausbildung kann die Wasserführung in den folgenden Schichtgliedern des Mittleren Keupers der Nordschweiz bedeutsam sein (s. z. B. Klemenz et al. 2000): Stubensandstein-Formation Gansinger Dolomit Schilfsandstein-Formation: Gemäss Klemenz et al. (2000) sind die Durchlässigkeiten in der Bohrung Riniken auf die eingelagerten Sandsteinbänke (sandige Rinnenfazies) zurück zu führen. In den Bohrungen Weiach und Schafisheim sind die Durchlässigkeiten geringer. Insgesamt weist die Schilfsandstein-Formation einen hohen Tonmineralgehalt auf, meist weisen die Sandsteine eine tonige Matrix auf (Fig. 3 bis 6). Die durchlässigen Einheiten werden zur hydrogeologischen Einheit Keuper-Aquifer zusammengefasst. Der Keuper-Aquifer ist aufgrund der kleinräumig wechselnden lithologischen Ausbildung und der vergleichsweise geringen Mächtigkeit ein lokaler Aquifer. Ausserhalb der betrachteten Region, im Bodenseegebiet, kann auch der Kieselsandstein wasserführend sein (Klemenz et al. 2000; LGRB 2008).

14 NAGRA NAB Der Gipskeuper bildet die mächtigste Einheit des Keupers. In den relevanten Tiefenlagen sind die Durchlässigkeiten sehr gering: Tests ergaben an Bohrkernen Werte von < m/s und ein Packertest in der Bohrung Benken ergab m/s (Klemenz et al. 2000). Eine detaillierte sedimentologische Beschreibung des Gipskeupers findet sich in Dronkert et al. (1990). 1.3 Hydrogeologische Einheiten Für die provisorischen Sicherheitsanalysen im Rahmen von SGT Etappe 2 sollen nun hydrogeologische Einheiten definiert werden. Der Grundaufbau ist durch die potenziell wasserführenden Einschaltungen Arietenkalk und Keuper-Aquifer gegeben. Es werden die folgenden hydrogeologischen Einheiten definiert: Toniger Lias Kalkiger Lias (s. Kap ) 'Arietenkalk' Toniger Keuper 5 Keuper-Aquifer 'Gipskeuper' (mit Untereinheit 'Massiver Anhydrit') Diese Einheiten orientieren sich an den lithostratigraphischen Einheiten, müssen aber im Detail nicht mit diesen übereinstimmen. Um dies zu visualisieren, wird, wo dieselben Namen verwendet werden, die hydrogeologische Einheit mit Anführungsstrichen geschrieben ('Arietenkalk', 'Gipskeuper'). Fig. 3 bis 6 zeigen einen Vergleich von Lithologie, Tonmineralgehalten (gemäss geophysikalischen Logs, Albert & Schwab 2012) und der hydrogeologischen Einheiten. In den folgenden Kapiteln finden sich weitere Details zur Abgrenzung dieser Einheiten. Es ist davon auszugehen, dass die lithologische Ausbildung der Einheiten innerhalb der Standortgebiete variiert. Zudem ist zu beachten, dass die Tiefenlage innerhalb eines Standortgebiets variiert und deshalb ist zu erwarten, dass auch die Porosität nicht konstant ist. Aus diesen Überlegungen heraus wurde entschieden, dass die Einheiten für alle Standortgebiete dieselben Gesteinsparameter aufweisen, die Variation wird durch Eckwerte abgedeckt. Die Mächtigkeiten werden hingegen standortspezifisch hergeleitet. 1.4 Datengrundlagen Zentrale Grundlagen für diesen Bericht bilden die Lithologs der Tiefbohrungen der Nordschweiz (s. insbesondere Fig. 3 bis 6), die Gesteinsparameter-Datenbank (Mazurek 2011) und die aus den geophysikalischen Logs berechneten Tonmineralgehalte (Albert & Schwab 2012). Die aus den geophysikalischen Logs berechneten Tonmineralgehalte zeigen quasi kontinuierliche, semi-quantitative Darstellungen. Abhängig vom eingesetzten geophysikalischen Messgerät resultieren dabei vertikale Auflösungen im Massstab dm bis 1 2 m. Albert & Schwab (2012) berechnen den Tonmineralgehalt jeweils unabhängig für drei verschiedene Logs (Gamma, Sonic, elektrischer Widerstand). Im vorliegenden Bericht wird jeweils der Median dargestellt 5 Umfasst auch den Lias unter dem 'Arietenkalk'.

15 NAGRA NAB und zur qualitativen Visualisierung der Übereinstimmung der drei Logs auch der Bereich plus und minus eine Standardabweichung (berechnet aus den drei Logs). Dieser Bereich stellt kein Vertrauensintervall dar. Im Falle der Bohrung Benken wird auch der Tonmineralgehalt basierend auf dem ECS-Log gezeigt (Elemental Capture Sonde). Zusätzlich wurden weitere Bohrungen, Syntheseberichte zur Hydrogeologie und Hydrochemie der Nordschweiz sowie Erläuterungen zum geologischen Atlas der Schweiz berücksichtigt.

16 NAGRA NAB Fig. 3: Bohrung Benken, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für die Standortgebiete Südranden und Zürich Nordost. Siehe Text zur Abgrenzung und Mächtigkeit der hydrogeologischen Einheiten (insbesondere Kap. 2 und 3). Siehe Kap. 1.4 bezgl. Tonmineralgehalt aus geophys. Log.

17 NAGRA NAB Fig. 4: Bohrung Weiach, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für das Standortgebiet Nördlich Lägern. Siehe Text zur Abgrenzung und Mächtigkeit der hydrogeologischen Einheiten (insbesondere Kap. 2 und 3). Siehe Kap. 1.4 bezgl. Tonmineralgehalt aus geophys. Log.

18 NAGRA NAB Fig. 5: Bohrung Riniken, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für das Standortgebiet Jura Ost. Siehe Text zur Abgrenzung und Mächtigkeit der hydrogeologischen Einheiten (insbesondere Kap. 2 und 3). Siehe Kap. 1.4 bezgl. Tonmineralgehalt aus geophys. Log.

19 NAGRA NAB Fig. 6: Bohrung Schafisheim, untere Rahmengesteine des Opalinustons: Lithologie, Tonmineralgehalt gemäss geophysikalischen Logs und hydrogeologische Einheiten für das Standortgebiet Jura-Südfuss. Siehe Text zur Abgrenzung und Mächtigkeit der hydrogeologischen Einheiten (insbesondere Kap. 2 und 3). Siehe Kap. 1.4 bezgl. Tonmineralgehalt aus geophys. Log.

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21 NAGRA NAB Gesteinsparameter der hydrogeologischen Einheiten 2.1 Datengrundlage Die Herleitung der Gesteinsparameter basiert auf der Datenkompilation von Mazurek (2011) ergänzt mit neueren Daten aus der Geothermiebohrung Schlattingen-1 (Wersin et al. in prep.). In den neueren Bohrungen (Benken, Schlattingen-1) wurden allgemein vollständige mineralogische Analysen durchgeführt. In den älteren Bohrungen umfassen die Analysen oft nur die Karbonate. Dies führt teilweise zu einem heterogenen Datensatz, der teilweise eine gewisse Verzerrung (Bias) aus der Beprobung haben könnte. Aus diesem Grund erfolgt die Herleitung der Referenz- und Eckwerte unter Berücksichtigung weiterer Kriterien, wie den Tonmineralgehalten aus den geophysikalischen Logs oder der lithologischen Beschreibung. Die Einheit Kalkiger Lias wird in Kap. 2.2 definiert. 2.2 Toniger Lias Definition der hydrogeologischen Einheit Die Einheit Toniger Lias reicht von der Basis des Opalinustons bis zum Top des potenziellen (hypothetischen) Exfiltrationspfads 'Arietenkalk'. Es handelt sich um meist mergelige Gesteine, 'tonig' ist im Sinne 'tonreicher' als der liegende 'Arietenkalk' zu verstehen. Die Basis des Tonigen Lias ist mit Ausnahme der Bohrung Schafisheim klar definiert (Fig. 3 bis 6). Im Lias der Bohrung Schafisheim definieren Matter et al. (1988a) keinen eigenständigen Arietenkalk und das Minimum des Tonmineralgehalts liegt gemäss den geophysikalischen Logs nicht im Bereich des Arietenkalks (Fig. 6). Deshalb muss die Abgrenzung des Tonigen Lias im Hinblick auf das Gebiet Jura-Südfuss genauer betrachtet werden. Matter et al. (1988a) fassen Obtusus-Schichten und Arietenkalk zu einem Arietenkalk sensu lato zusammen, welcher im oberen Teil aus Ton- bis Siltsteinen mit Kalksandsteinknauern besteht (Fig. 9). Unten finden sich spätige biodetritische Kalksteinbänke sowie Feinsandkalksteine. Der Abschnitt m ist in der für den Aargauer Jura typischen Arietenkalkfazies ausgebildet (Matter et al. 1988a): Spätige, biodetritische Kalkbänke mit Gryphäen. Das Minimum des Tonmineralgehalts liegt gemäss den Logs (Fig. 6, ca m) bereits ca. 3.5 m unter der Basis des Opalinustons und damit nicht im Bereich des Arietenkalks. Dieses Minimum ist durch die zahlreichen Kalkknauer in diesem Abschnitt zu erklären (Fig. 9), beim Grundsediment in diesem Bereich handelt es sich um Mergel und Ton- bis Siltstein (Fig. 6). Im Vergleich dazu wird in der südwestlich des Gebiets gelegenen Bohrung Pfaffnau-1 (Fig. 7) ein Minimum des Tonmineralgehalts rund 5 bis 10 m unter dem Top Lias beobachtet. Gemäss dem Schichtenverzeichnis (Elwerath 1969) finden sich im obersten Lias Kalksteine mit Mergellagen, teilweise mit "Mergel- bis Tonsteinschlieren". Das Detailprofil vom Dottenberg (Figur 12 in Reisdorf et al. 2011) zeigt die Situation nördlich von Olten. Die Abfolge über dem Äquivalent des Arietenkalks, insbesondere das Fasiswald- Member gemäss neuer Terminologie, wird dominiert durch eine Wechsellagerung von bis zu

22 NAGRA NAB rund 1 m mächtigen Kalkbänken mit charakteristischer knaueriger Verwitterung (Jordan et al. 2011) und zwischengelagerten, typischerweise wenigen Dezimeter mächtigen Mergellagen. Es stellt sich nun die Frage, wie der Lias des Gebiets Jura-Südfuss in unterschiedliche hydrogeologische Einheiten aufgeteilt werden soll resp. welche Einheit einen potenziellen Exfiltrationspfad bildet. Diese Überlegungen sind hypothetischer Natur: Zumindest in der Bohrung Schafisheim (Intervall m) war die hydraulische Durchlässigkeit des Lias ähnlich tief wie im Opalinuston (Fig. 1; Klemenz et al. 2000). Betrachtet man den regionalen Massstab, so lehnt sich der Lias in der Bohrung Schafisheim in seiner Ausbildung allgemein dem westlichen Aargauer und dem Solothurner Jura an, wo die Mächtigkeiten gegenüber dem Tafeljura und beispielsweise der Situation in den Bohrungen Riniken und Weiach geringer sind (Matter et al. 1988a). Die geringe Mächtigkeit des Lias im westlichen Aargauer Jura wurde durch eine Hochzone verursacht, sie führte zu einer geringen, von Omissionen unterbrochenen Sedimentakkumulation (Matter et al. 1988a). Im Faziesprofil des Lias von Schinznach bis zum unteren Hauenstein (Figur 8a in Jordan 1983) ist ein Auskeilen der Posidonienschiefer gegen Westen ersichtlich (s. auch Fig. 2, 5 und 6), zudem werden die Obtusus-Schichten gegen Westen in den Solothurner Jura zusehends kalkiger und durch crinoidenführende feinspätige Kalkbänke gegliedert. Auch in der Bohrung Schafisheim fehlen beispielsweise die Posidonienschiefer. Um die Bedeutung der Konzeptualisierung der unteren Rahmengesteine zu testen, sollen in der provisorischen Sicherheitsanalyse für das Gebiet Jura-Südfuss zwei unterschiedliche Fälle betrachtet werden: Fall 1 (Referenzfall) orientiert sich an der Situation Schafisheim und beruht auf der Hypothese, dass die hydrogeologischen Eigenschaften des Lias direkt unter dem Opalinuston vor allem durch das mergelige Grundsediment massgeblich bestimmt werden und nicht durch die darin eingeschlossenen Knauern und Knollen, welche die in den Logs beobachteten geringen Tonmineralgehalte verursachen. Die Abfolge der hydrogeologischen Einheiten ist dieselbe wie in den anderen Standortgebieten. Für diesen Fall wird der Datensatz aus der Bohrung Schafisheim von Top Lias bis zur obersten Kalksteinbank im Abschnitt Obtusus- Schichten Arietenkalk dem Tonigen Lias zugerechnet. Die Proben ab der Kalksteinbank bei m gehören zur hydrogeologischen Einheit 'Arietenkalk' 6. Fall 2 (alternativer Fall) dient dazu, die Sensitivität der Sicherheitsanalyse auf die Lage des potenziellen Exfiltrationspfads und die lithologische Ausbildung des Tonigen Lias zu testen. Dabei wird angenommen, dass sich ein Exfiltrationspfad direkt unter dem Opalinuston befindet, im Bereich des Minimums des Tonmineralgehalts (Fig. 6). Diesem hypothetischen Exfiltrationspfad mit der Bezeichnung Kalkiger Lias werden dieselben Gesteinsparameter zugewiesen wie dem 'Arietenkalk' (Kap. 2.3). 6 Das Top der hydrogeologischen Einheit 'Arietenkalk' wird damit etwas höher angesetzt als der Bereich mit typischer Arietenkalkfazies nach Matter et al. (1988a).

23 NAGRA NAB Fig. 7: Lias und Keuper in der Bohrung Pfaffnau Gesteinsparameter Tonmineralgehalt: Fig. 8 zeigt Boxplots der Tonmineralgehalte. Die Analysenresultate liegen typischerweise zwischen 30 und 50 Gew.-%. Für die provisorischen Sicherheitsanalysen SGT- E2 soll ein Referenzwert von 40 Gew.-% verwendet werden. Im qualitativen Quervergleich mit den aus den geophysikalischen Logs berechneten Tonmineralgehalten ist dieser Wert kompatibel mit der Situation in der Bohrung Benken, bei den Bohrungen Weiach und Riniken deuten die Logs höhere mittlere Werte an.

24 NAGRA NAB Die tiefsten mittleren Tonmineralgehalte werden in den Proben aus der Bohrung Schafisheim beobachtet. Gemäss den Logs dürfte der durchschnittliche Wert in diesem Abschnitt bei ca. 20 Gew.-% liegen. Zur Abdeckung einer solchen Situation wird für den Tonigen Lias ein unterer Eckwert von 20 Gew.-% festgelegt Gew.-% Fig. 8: 0 Alle (39) BEN (8) WEI (5) RIN (8) BEZ (9) SHA (4) SLA (3) FMT (2) Tonmineralgehalte der Einheit Toniger Lias. Die rote Linien bezeichnen Referenz- und unteren Eckwert. Die Werte in den Klammern bezeichnen die Anzahl Messwerte. Die Box zeigt: 1. Quartil, Median und 3. Quartil. Das kleine Quadrat bezeichnet den arithmetischen Mittelwert. Die Antennen (Whiskers) reichen in der vorliegenden Darstellung vom 5. bis zum 95. Percentil; kleinere resp. grösser Analysenwerte werden als separater Datenpunkt dargestellt. BEN: Benken, WEI: Weiach, RIN: Riniken, BEZ: Beznau, SHA: Schafisheim, SLA: Schlattingen-1, FMT: Felslabor Mont Terri. 7 Für das Gebiet Jura-Südfuss werden im Rechenfall mit Berücksichtigung des Kalkigen Lias kalkreichere resp. tonärmere Bedingungen betrachtet.

25 NAGRA NAB Fig. 9: Bohrung Schafisheim, Toniger Lias mit knolligen Kalkhorizonten (Hartgründen) und mit Kalkknauern. Basis Opalinuston: m, Top Einheit Obtusus-Ton & Arietenkalk bei m Tab. 1: Toniger Lias: Zusammensetzung der Tonfraktion und Tonmineralogie skaliert auf den Referenztonmineralgehalt von 40 Gew.-% und den unteren Eckwert von 20 Gew.-%. Der Referenz- resp. Eckwert wurde hier durch Multiplikation des mittleren Gehalts in der Tonfraktion mit dem Referenz- resp. Eckwert des Tonmineralgehalts berechnet. Gehalte in %-Tonfraktion Illit Kaolinit Smektit Chlorit Chl/Sm WL Corrensit Il/Sm WL n min Q Median Mittelwert Q Max Bei Tonmineralgehalt 40 Gew.% Gew.-% Bei Tonmineralgehalt 20 Gew.% (unterer Eckwert) Gew.-%

26 NAGRA NAB Tonmineralogie: An 24 Proben wurde die Tonfraktion analysiert (Daten aus Mazurek 2011) 8, die Kennwerte sind in Tab. 1 gelistet. Calcit: Basierend auf den verfügbaren Analysen wird der Calcit-Gehalt des Tonigen Lias bei 30 Gew.-% festgelegt (n = 64, Mittelwert 31 Gew.-%, Median 28 Gew.-%). Die Analysenwerte sind meist grösser als 10 Gew.-% (1. Quartil 11 Gew.-%, 5. Percentil 6 Gew.-%). Der untere Eckwert wird bei 10 Gew.-% festgelegt. Porosität: Die Messwerte der physikalischen Porosität des Tonigen Lias sind in Fig. 10 dargestellt 9. Der Referenzwert wird bei 10 Vol.-% festgelegt, die Eckwerte bei 4 und 14 Vol.-%. Es gibt keine Daten zur Anionen-zugänglichen Porosität des Tonigen Lias. Aufgrund des Tonmineralgehalts wird der Anteil in Analogie zum Opalinuston auf 0.5 geschätzt. 15 Phys. Porosität [Vol.-%] Alle (24) BEN (3) WEI (4) RIN (2) SHA (1) BEZ (10) SLA (3) FMT (1) Fig. 10: Physikalische Porosität der Einheit Toniger Lias. Die roten Linien bezeichenen Referenz- sowie oberen und unteren Eckwert. 8 9 Neu sind auch Analysenwerte der Tonfraktion von drei tonreichen Proben aus Schlattingen verfügbar (Wersin et al., in prep.). Im Folgenden jeweils min. und max. Werte: Illit Gew.-% Gesamtgestein, Kaolinit 5 11 Gew.-%, Chlorit 2 5 Gew.-%. Methodisch sind die Daten bezgl. Illit/Smektit-Wechsellagerungen nicht mehr voll mit den früheren Messungen kompatibel. Neu werden die Wechsellagerungen in Gruppen mit unterschiedlichem Illit-Gehalt angegeben; in den drei tonreichen Proben liegt die Summe dieser Wechsellagerungen zwischen 26 und 29 Gew.-%. Der Einbezug dieser Proben in den Gesamtdatensatz würde zu keiner relevanten Veränderung führen (Summe Illit + Ill/Sm-WL 25.5 vs Gew.-% bei 40 Gew.-% Tonmineralgehalt). Mazurek (2011) identifizierte in den Datensätzen aus den Sondierbohrungen Riniken und Schafisheim für den Opalinuston unplausible Werte der physikalischen Porosität und löschte diese aus der Datenbank. Für die anderen Einheiten wurden die Werte mit Vorbehalt in die Datenbank übernommen. Vom Tonigen Lias liegen aus derselben Originalquelle drei Porositätswerte (1 RIN, 2 SHA) mit unplausibel tiefen Werten vor. Diese wurden in der Auswertung nicht berücksichtigt.

27 NAGRA NAB 'Arietenkalk' (inkl. Kalkiger Lias) Der Datensatz der hydrogeologischen Einheit 'Arietenkalk' basiert auf den Analysenwerten des stratigraphischen Arietenkalks. In der Bohrung Schafisheim wurde die Grenze zum Tonigen Lias bei der obersten Kalkbank (Top m) im Abschnitt Obtusus-Ton Arietenkalk festgelegt (s. Diskussion in Kap. 2.2 Toniger Lias). Die hydrogeologische Einheit Kalkiger Lias wurde in Kap definiert, um für das Gebiet Jura-Südfuss die Bedeutung eines hypothetischen, tonarmen Exfiltrationspfads direkt unter dem Opalinuston zu testen. Dafür sollen für diese Einheit dieselben Gesteinsparameter wie für den Arietenkalk verwendet werden 10. Gemäss den Lithologs handelt es sich beim Arietenkalk um biodetritische, teilweise tonige und sandige Kalke mit Mergellagen. Tonmineralgehalt: Von lediglich einer Probe liegt eine vollständige mineralogische Analyse vor (Fig. 11): Sie ist vergleichsweise tonreich und wird als nicht repräsentativ für die hydrogeologische Einheit 'Arietenkalk' erachtet. Diese Probe weist auch bedeutenden Quarz- und Feldspatgehalte auf. Von insgesamt 10 Proben liegen Analysen des Karbonatgehalts vor, diese werden als unterstützendes Argument verwendet, die Tonmineralgehalte einzugrenzen. Der Medianwert der Karbonatgehalte liegt bei rund 75, das 3. Quartil bei 86 Gew.-% Gew.-% Fig. 11: 0 Karbonate (10) Qz + Fsp (1) Tonminerale (1) 'Arientenkalk': Boxplot-Darstellung des Karbonat-, Quarz & Feldspat- und des Tonmineralgehalts. 10 Daten aus den obersten 4 m des Lias der Bohrung Schafisheim: 5 Analysen für den Karbonatgehalt: Gew.-%, 2 Analysen für den Tonmineralgehalt: 8 resp. 44 Gew.-%, 2 Analysen für Quarz plus Feldspat: 4 resp. 8 Gew.-%. Keine verwertbare Analyse der physikalischen Porosität.

28 NAGRA NAB Die aus den Logs berechneten Tonmineralgehalte zeigen bei den Bohrungen Benken und Weiach im Bereich des (geringmächtigen) Arietenkalks Tonmineralgehalte von mindestens 20 Gew.-%. Im Falle von Schafisheim liegt der Tonmineralgehalt im untersten Bereich des Abschnitts Obtusus-Ton Arietenkalk Angulatenschichten in einem ähnlichen Wertebereich. Im Fall von Riniken nahe bei 0 Gew.-%. Aufgrund der allgemein geringen Mächtigkeit des Arietenkalks ist zu vermuten, dass die Logs die Tonmineralgehalte überschätzen. Im Sinne eines 'best-guess'-werts wird der Referenz-Tonmineralgehalt auf 10 Gew.-% geschätzt (toniger Kalk). Der untere Eckwert wird auf 0 Gew.-% veranschlagt. Tonmineralogie: Es liegen keine Analysen der Tonfraktion des 'Arietenkalks' vor. Für die 'bestguess'-werte wird dieselbe Zusammensetzung der Tonfraktion wie im Tonigen Lias verwendet. Calcit: Die Summe der Karbonatminerale (Median 75 Gew.-%) wird dominiert durch Calcit (Median 72 Gew.-%). Der 'best-guess'-wert wird im Hinblick auf einen potenziellen horizontalen Transportpfad bei 80 Gew.-% Calcit festgelegt (3. Quartil 82 Gew.-%). Die hydrogeologische Einheit 'Arietenkalk' ist in diesem Sinne als toniger Kalk anzusprechen. Der untere Eckwert wird basierend auf der Verteilung der Analysenwerte auf 10 Gew.-% festgelegt (5. Percentil 12 Gew.-%). Porosität: Es liegen lediglich zwei Analysen vor: 8.9 und 1.1 Vol.-%. Der tiefste Wert stammt von einer Probe mit 81 Gew.-% Karbonat. Zur Abschätzung des 'best-guess'-referenzwerts werden die Kalkbankabfolgen (KBA) der 'Effinger Schichten' als Vergleich herangezogen (Traber & Blaser 2013); dort wurde bei einem Tonmineralgehalt von 12 Gew.-% eine Porosität von 4.5 Vol.-% hergeleitet. Für den Arietenkalk soll im Sinne eines 'best-guess' der Wert 5 Vol.-% verwendet werden (Eckwerte: 1 und 15 Vol.-%). Aufgrund des geringen Tonmineralgehalts wird erwartet, dass der gesamte Porenraum Anionenzugänglich ist. 2.4 Toniger Keuper Die hydrogeologische Einheit Toniger Keuper reicht von der Basis des 'Arietenkalks' bis zum Top des Keuper-Aquifers. Für die Herleitung der Gesteinseigenschaften wurden Proben von der Basis des Arietenkalks bis zur Basis des Knollenmergels verwendet 11. Lithologisch handelt es sich meist um Mergel (Fig. 3 bis 6). Tonmineralgehalt: Insgesamt handelt es sich um eine tonreiche Einheit. Die meisten Analysenwerte liegen zwischen 40 und 70 Gew.-%, der Medianwert aller Proben liegt bei über 60 Gew.- % (Fig. 12). Dieser Medianwert scheint im Vergleich mit der lithologischen Beschreibung und teilweise mit den aus den geophysikalischen Logs berechneten Tonmineralgehalten hoch. Der Referenzwert wird deshalb auf einen Wert tiefer als der Median, bei 50 Gew.-% geschätzt. Der untere Eckwert wird bei 25 Gew.-% festgelegt. 11 Im Datensatz finden sich auch Analysen des Rhäts: Eine mineralogische Analyse aus dem Felslabor Mont Terri und eine Analyse einer Probe aus der Bohrung Benken. Die beiden Proben aus der Bohrung Siblingen werden nach Albert & Bläsi (2001) zum Knollenmergel gezählt.

29 NAGRA NAB Gew.-% Alle (24) BEN (3) WEI (6) BEZ (3) RIN (6) SHA (4) SLA (1) FMT (1) Fig. 12: Tonmineralgehalt der Einheit Toniger Keuper. Die roten Linien bezeichnen Referenz- und unteren Eckwert. Tonmineralogie: Von 17 Proben liegen Analysen der Tonfraktion vor (Tab. 2) 12. Zur Abschätzung des Referenz- resp. Eckwerts wurden die Mittelwerte der Tonfraktion mit dem Tonmineralgehalt von 50 Gew.-% resp. 25 Gew.-% multipliziert. Tab. 2: Tonmineralogie der Einheit Toniger Keuper. Gehalte in %-Tonfraktion Illit Kaolinit Smektit Chlorit Chl/Sm WL Corrensit Il/Sm WL n min Q Median Mittelwert Q Max Bei Tonmineralgehalt 50 Gew.% (Referenzwert) Gew.-% Bei Tonmineralgehalt 25 Gew.% (unterer Eckwert) Gew.-% Neu liegt auch eine Analyse der Tonfraktion einer Probe aus Schlattingen vor (Wersin et al., in prep.; m, 65 Gew.-% Tonminerale): Illit: 13 Gew.-% Gesamtgestein, Ill/Sm-WL: 36 Gew.-%, Kaolinit: 10 Gew.-% und Chlorit 7 Gew.-%.

30 NAGRA NAB Calcit: Die Summe Karbonate setzt sich je nach Lithologie aus unterschiedlichen Mineralen zusammen: Im Lias dominiert allgemein Calcit, im Keuper (Knollenmergel) dominiert meist Dolomit. Für die provisorischen Sicherheitsanalysen wird jedoch lediglich der Gehalt an Calcit benötigt. Insgesamt liegen 51 Analysen vor. Der Referenzwert wird entsprechend dem Medianwert bei 9 Gew.-%, der untere Eckwert bei 0 Gew.-% festgelegt (1. Quartil 3 Gew.-%). Porosität: Die Analysenwerte der physikalischen Porosität sind in Fig. 13 dargestellt. Der Referenzwert wird entsprechend dem Median des gesamten Datensatzes bei 11 Vol.-% festgelegt, die Eckwerte bei 7 und 15 Vol.-%. Die Werte sind damit ähnlich wie im Opalinuston (Traber & Blaser 2013). Basierend auf dem Tonmineralgehalt wird der Anionen-zugängliche Anteil der Porosität auf 0.5 geschätzt Phys. Porosität Vol.-% Fig. 13: 0 Alle (10) BEN (1) WEI (3) BEZ (1) RIN (2) SHA (2) SLA (1) Physikalische Porosität der Einheit Toniger Keuper. Die roten Linien bezeichnen den Referenz- sowie oberen und unteren Eckwert. 2.5 Keuper-Aquifer Unter dem Begriff Keuper-Aquifer werden die durchlässigen Einheiten des Mittleren Keupers zusammengefasst. Er wird in der Nordschweiz insbesondere durch die Stubensandstein-Formation und den Gansinger Dolomit aufgebaut. Dabei ist zu beachten, dass beispielsweise in der Bohrung Benken die Stubensandstein-Formation als Dolomitbrekzie aufgebaut ist. Gemäss Literaturangaben kann auch die Schilfsandstein-Formation Grundwasser führen, so wird in der Bohrung Riniken die erhöhte Durchlässigkeit mit eingelagerten Sandsteinen erklärt (Klemenz et al. 2000). Von diesen liegen aber keine belastbaren Analysen der Porosität vor. Gemäss den geophysikalischen Logs ist die Schilfsandstein-Formation allgemein tonreich aus-

31 NAGRA NAB gebildet (s. Fig. 3 bis 6) 13, und auch die mineralogische Datenbank (Mazurek 2011) zeigt für die Schilfsandstein-Formation hohe Tonmineralgehalte (Median 54 Gew.-%, Minimum 24 Gew.-%, bei 20 Analysen) 14. Aus diesem Grund sind die Analysenwerte der Schilfsandstein-Formation für die Gesteinsparameter des Keuper-Aquifers nicht von primärem Interesse. Zur physikalischen Porosität von Stubensandstein-Formation und Gansinger Dolomit liegen lediglich zwei Analysenwerte vor: Bohrung Benken, Stubensandstein-Formation, Summe Karbonate 95 Gew.-%, physikalische Porosität 0.6 Vol.-%. Bohrung Weiach, Gansinger Dolomit, Summe Karbonate 86 Gew.-%, physikalische Porosität 13.7 Vol.-%. Jodocy & Stober (2011) zeigen graphisch Porositätsdaten für den Oberen und Mittleren Keuper des Oberrheingrabens und des Südwestdeutschen Molassebeckens (Analysenwerte von Bohrkernen und aus geophysikalischen Logs): Südwestdeutsches Molassebecken: Hier ist der Datensatz zusammen mit Analysenwerten des Mittleren und Unteren Juras dargestellt, umfasst also wahrscheinlich auch tonreiche Lithologien. Medianwert ca. 14 Vol.-%, typischer Bereich 10 bis 18 Vol.-% (1. bis 3. Quartil). Oberrheingraben: Medianwert ca. 8 Vol.-%, typischer Bereich ca. 5 bis 12 Vol.-%. Aufgrund der lithologischen Beschreibungen ist davon auszugehen, dass der Keuper-Aquifer eine höhere Makroporosität als beispielsweise der Arietenkalk aufweist. In der Bohrung Benken ist die Stubensandstein-Formation als poröse, löcherige Karbonatbreckzie ausgebildet (Beilage 5.2F in Nagra 2001). In Riniken weist der Gansinger Dolomit Drusen und Lösungsporen auf (Fig. 5). Gemäss LGRB (2008) handelt es sich beim Oberkeuper und beim oberen Mittelkeuper um zum Teil poröse Kluftaquifere. Basierend auf den wenigen Daten kann nur eine Abschätzung mit grosser Unsicherheitsbandbreite erfolgen: Der Referenzwert wird bei 8 Vol.-% festgelegt. Die Eckwerte liegen bei 1 und 15 Vol.-%. Es liegen keine Untersuchungen zur Anionen-zugänglichen Porosität vor. Aufgrund der erwarteten geringen Tonmineralgehalte ist zu vermuten, dass der gesamte Porenraum Anionenzugänglich ist. 13 Im Fall von Riniken ist die Standardabweichung im Bereich der Schilfsandsteinformation gross (Fig. 5). Albert & Schwab (2012) führen dies auf eine Verfälschung des Gamma-Logs durch erhöhte natürliche Radioaktivität zurück. 14 Gemäss lithologischer Beschreibung handelt es sich um siltige, sandige Tonsteine, tonige Siltsteine sowie um Sandsteine und tonige Sandsteine. In den Sandsteinen hat es teilweise eine tonige Matrix und Tonschiefer Komponenten.

32 NAGRA NAB 'Gipskeuper' (inkl. 'Massiver Anhydrit') Die hydrogeologische Einheit Gipskeuper reicht von der Basis des Keuper-Aquifers bis zum Top des Muschelkalk-Aquifers, d. h. bis Top Lettenkohle. Für die Herleitung der Gesteinsparameter wurden nur Proben aus der stratigraphischen Einheit Gipskeuper verwendet 15. Dabei ist zu beachten, dass in den für die vorliegende Arbeit relevanten Tiefenlagen Anhydrit und nicht Gips vorliegt 16. Fig. 14 zeigt die Analysenwerte der physikalischen Porosität. Der Median des gesamten Datensatzes liegt bei 4 Vol.-%, insgesamt 5 Proben zeigen Werte kleiner als 2 Vol.-%, lediglich in einer Probe ist der Wert tiefer als 1 Vol.-% (de facto 0). Der Referenzwert für den 'Gipskeuper' wird bei 4 Vol.-% festgelegt, die Eckwerte bei 2 und 12 Vol.-% 17. Es liegen keine Untersuchungen zur Anionen-zugänglichen Porosität vor. Aufgrund der Quellung von Anhydrit bei Kontakt mit Wasser werden sich Fliesspfade allenfalls entlang von tonreicheren Bereichen ausbilden. Aus dieser Überlegung wird der Anteil auf 0.5 geschätzt. Höhere Anionen-zugängliche Porositäten werden durch die Kombination dieses Werts mit dem oberen Eckwert der physikalischen Porosität abgedeckt. 'Massiver Anhydrit': Dieser bildet eine Untereinheit des 'Gipskeupers'. Weil nicht klar ist, ob in allen Gebieten eine durchgehende Schicht von massivem Anhydrit vorkommt, handelt es sich um eine hypothetische Einheit, die im Referenzfall nicht verwendet werden soll. Mit zunehmendem Anhydritgehalt wird ein Trend gegen tiefere physikalische Porositäten beobachtet (Fig. 15), für reinen Anhydrit berechnet (extrapoliert) sich ein Wert von 1.5 Vol.-%. Im 'Massiven Anhydrit' wird der Anionen-zugängliche Anteil auf 1.0 geschätzt. 15 Die hydrogeologische Einheit 'Gipskeuper' umfasst die Einheiten unter dem Keuper-Aquifer und damit insbesondere auch Teile der Schilfsandstein-Formation (Fig. 3 6). Die ausschliessliche Berücksichtigung der Proben aus dem Gipskeuper begründet sich in der deutlich grösseren Mächtigkeit des (stratigraphischen) Gipskeupers gegenüber den anderen Einheiten, z. B. in der Bohrung Schafisheim ist die Schilfsandstein-Formation 22 m mächtig, der Gipskeuper 85 m. Der Gipskeuper weist in relevanter Tiefenlage sehr geringe Durchlässigkeiten auf, deshalb werden die Eigenschaften im Hinblick auf einen vertikalen Transport betrachtet. 16 In Mazurek (2011) finden sich auch Daten des Gipskeupers aus der Bohrung Böttstein. Im obersten Abschnitt, bis in eine Tiefe von rund 55 m, ist der Anhydrit vollständig bis grösstenteils in Gips umgewandelt. Die Porositäten der Bohrung Böttstein wurden deshalb hier nicht verwendet. Zudem wurden Daten aus Quellen fragwürdiger Qualität (violett hinterlegt in Mazurek 2011) nicht verwendet. 17 Der obere Eckwert deckt damit auch einen Teil des Datensatzes der (bezüglich Mächtigkeit untergeordneten) Schilfsandstein-Formation ab (12 Analysen, 1. Quartil 10 Vol.-%, Median 14 Vol.-%).

33 NAGRA NAB Phys. Porosität Vol.-% Alle (27) BEN (1) WEI (14) BEZ (5) SHA (7) Fig. 14: Analysenwerte der physikalischen Porosität des Gipskeupers. Die roten Linien bezeichnen Referenzwert sowie oberen und unteren Eckwert. Fig. 15: Gipskeuper: Physikalische Porosität als Funktion des Anhydritgehalts.

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35 NAGRA NAB Mächtigkeiten der hydrogeologischen Einheiten In diesem Kapitel werden basierend auf den Mächtigkeiten der geologischen Einheiten die für die Standortgebiete relevanten Mächtigkeiten der hydrogeologischen Einheiten abgeschätzt. Diese Abschätzung stützt sich prioritär auf die Bohrungen Benken, Weiach, Riniken und Schafisheim und berücksichtigt, so weit möglich, weitere Daten und regionale Trends. Die Ungewissheitsbandbreiten zu diesen 'best-guess'-werten sind aus der Datenlage ersichtlich. 3.1 Allgemeines Tab. 3 zeigt einen Überblick über die Mächtigkeiten der Einheiten zwischen Basis Opalinuston und Top Keuper-Aquifer in Bohrungen der Nordschweiz 18. Nachstehend folgen die Definitionen zur Begrenzung der Mächtigkeiten der hydrogeologischen Einheiten: Der Tonige Lias reicht von der Basis des Opalinustons bis zum Top des 'Arietenkalks'. Die Einheit Kalkiger Lias wird nur in einem Rechenfall im Gebiet Jura-Südfuss betrachtet (Kap ). Die Mächtigkeit des 'Arietenkalks' entspricht im Allgemeinen dem stratigraphischen Arietenkalk. In der Bohrung Schafisheim orientiert sich die Obergrenze an der obersten Kalksteinbank der Einheit Arietenkalk Obtusus-Ton bei m. Der Keuper-Aquifer ist durch eine von Bohrung zu Bohrung unterschiedliche lithologische Ausbildung charakterisiert. Es ist zu vermuten, dass die Wasserführung auch innerhalb eines Standortgebiets variiert und nicht immer an die gleiche stratigraphische Einheit gebunden ist. Als potenziell wasserführend werden die Stubensandstein-Formation, der Gansinger Dolomit und auch sandige Abschnitte der Schilfsandstein-Formation betrachtet (Klemenz et al. 2000). Die hydrogeologische Einheit Keuper-Aquifer wird wie folgt definiert: o o Die Obergrenze orientiert sich an der dem Opalinuston am nächsten liegenden potenziell wasserführenden Schicht (Top Stubensandstein-Formation resp. Top Gansinger Dolomit). Die Mächtigkeit des Keuper-Aquifers wird einheitlich auf 10 m festgelegt 19. Die Ungewissheit bezüglich der Mächtigkeit muss unter Berücksichtigung der Ungewissheit bezüglich der hydraulischen Durchlässigkeit beurteilt werden. Unter dem Keuper-Aquifer folgt die hydrogeologische Einheit 'Gipskeuper': Sie erstreckt sich von der Basis des Keuper-Aquifers bis zum Top Lettenkohle, die schon zum Muschelkalk-Aquifer gezählt wird. Aus dieser Definition folgt, dass auch die Schilfsandstein-Formation zur Mächtigkeit der hydrogeologischen Einheit 'Gipskeuper' beiträgt, gegenüber dem stratigraphischen Gipskeuper jedoch in untergeordnetem Mass (Fig. 3 bis 6). 18 Oberhalb des Keuper-Aquifers besteht eine enge Beziehung zwischen lithostratigraphischen und hydrogeologischen Einheiten. Ab Top Keuper-Aquifer, dessen Mächtigkeit einheitlich auf 10 m festgelegt wurde, ist der Vergleich zwischen den Mächtigkeiten der lithostratigraphischen und der hydrogeologischen Einheiten nur noch beschränkt hilfreich. 19 Die Mächtigkeiten der relevanten lithostratigraphischen Einheiten ist in den Bohrungen Benken, Weiach, Riniken und Schafisheim unterschiedlich: Bei der Stubensandstein-Formation liegen sie zwischen nicht abgelagert (SHA) und 11.5 m (BEN), beim Gansinger Dolomit zwischen 1.5 und 4.5 m. Hinzu kommen allenfalls sandreiche Abschnitte der Schilfsandstein-Formation.