Technisches Forum Sicherheit

Die im sicherheitsrelevanten Zeitraum (beim HAA-Lager: mindestens 1 Million Jahre) zu erwartenden tektonischen Bewegungen sind bei den vorgeschlagenen Standortregionen für eine verlässliche Prognose unterschiedlich gut untersucht, bzw. teilweise kaum bekannt.

Für eine glaubwürdige provisorische Sicherheitsbeurteilung in Etappe 2 ausreichend tektonisch untersucht ist aus Sicht der kantonalen Experten eigentlich nur das Standortgebiet Zürich Nordost. Beim Wellenberg bestehen trotz bereits aufwändiger Untersuchungen immer noch beträchtliche Unsicherheiten bezüglich des geologischen Aufbaus und der tektonischen Verhältnisse, welche ohne neue Abklärungen in einer provisorischen Sicherheitsanalyse bei den radiologischen Emissions-Dosen zu erheblichen Spannweiten führen dürften. Auch bei den übrigen Gebieten bestehen tektonische Unsicherheiten, insbesondere sind die beiden in der Vorfaltenzone des Juras gelegenen Standortregionen „Nördlich Lägern“ und „Jura Ost (Bözberg)“ sowie die Standortregion „Jura-Südfuss“ tektonisch erheblich vorbelastet, wobei die Störungen noch unzureichend bekannt sind. Somit sind in Etappe 2 entsprechende Untersuchungen erforderlich.

Die beiden in der Vorfaltenzone des Juras gelegenen Standortregionen „Nördlich Lägern“ und „Jura Ost“ sind im Norden und Süden weitgehend durch tiefreichende Sockelstörungen begrenzt (Permokarbon-Trog), welche gemäss diversen Darstellungen der Nagra gegen oben bis in die Sedimente des Mesozoikums hinein reaktiviert worden sind (darin liegen auch die Wirtgesteine).

Die Standort-Region „Nördlich Lägern“ wird zudem von einer grossen Störung durchquert (Baden-Irchel-Herdern-Lineament).

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Die Standort-Region „Jura Ost“ ist ebenfalls von mehreren grossräumigen tektonischen Störungen umgeben, welche zwar an der Oberfläche sichtbar sind, deren Ausmasse aber im Untergrund noch wenig bekannt sind.

Fazit: Beide HAA-Standortregionen liegen in einem tektonischen Spannungsfeld, eingespannt zwischen dem Faltenjura und dem eher ungestörten nördlichen Teil des Tafeljuras. Auf Grund dieser Verhältnisse muss in der Vorfaltenzone auch in der nächsten Million Jahre mit grösseren tektonischen Bewegungen gerechnet werden.

Ähnlich unklar sind die tektonischen Verhältnisse und Spannungen in der Standortregion „Jura-Südfuss“, wo die junge, 15 km lange und Hunderte von Metern aufragende Born-Engelberg-Antiklinale mit ihrem Ostende in die Standortregion hinein abtaucht.

Das Standortgebiet Wellenberg liegt unmittelbar im Überschiebungsbereich zwischen der Drusberg- und der Axen-Decke des Helvetischen Überschiebungsgürtels. Die Akkumulation der Mergel, welche als einschlusswirksamer Bereich dienen soll, ist sehr stark deformiert und entsprechend von zahlreichen, teilweise tiefreichenden Störungen durchzogen. Die Interpretationen zum geologischen Aufbau anhand der vorhandenen Datenbasis sind je nach Bearbeiter bzw. Publikation unterschiedlich. Weitere Seismische Untersuchungen beim Wellenberg sind – auch nach Aussagen der Nagra – aufgrund der starken Deformation nicht zielführend.

Die konkreten Fragen zu dieser tektonischen Ausgangslage (inklusive zukünftiger Entwicklung):

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1.) Reichen die eher summarischen Kenntnisse über die tektonischen Störungen und Spannungen in den oben genannten Standortregionen aus, um in Etappe 2 eine glaubwürdige provisorische Sicherheitsanalyse durchführen zu können, aufgrund derer dann gewisse Standortgebiete ausgeschieden werden?

  1. Falls „nein“ zu Frage 1.): Ist bei den Standortregionen „Nördlich Lägern“ und „Jura Ost“ als nächster Schritt eine 3D-Seismik sachgerecht, um zu den fehlenden Daten zu kommen? Sind dort allenfalls noch weitere geologische Untersuchungen zur Abklärung der tektonischen Verhältnisse erforderlich? Sind in der Standortregion „Jura-Südfuss“ ergänzende 2D-Seismikprofile ausreichend oder ist hier auch eine 3D-Seismik zur tektonischen Erkundung sachgerecht? Welche Untersuchungen zur etappengerechten Abklärung der tektonischen Verhältnisse sind bei den übrigen Standortgebieten notwendig? Wie werden die Unsicherheiten zum geologischen Aufbau und den tektonischen Verhältnissen beim Standort Wellenberg, bei welchem Seismische Untersuchungen nicht zielführend sind, im Rahmen der Etappe 2 in genügender Tiefe abgeklärt?
  2. Falls „ja“ zu Frage 1.): Wie gross werden bei den Standortregionen die Modell-Unsicherheiten zur tektonischen Situation und zur tektonischen Entwicklung, wenn nur mit den heute vorhandenen Daten gearbeitet werden darf? Ist es denkbar, dass bei einer momentanen Zurückstellung von tektonischen Standortuntersuchungen die Etappe 2 unnötig verlängert wird, weil in der provisorischen Sicherheitsanalyse vorerst noch kein belastbarer Standortvergleich möglich ist?
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Thema , , Nördlich Lägern, Sicherheitstechnische Bewertung, Standortgebiete, Störungen, Südranden, Herren Pima Lacoste S Dunkelgrau Crewneck T shirtTektonik, Wellenberg, Zürich Nordost Bereich Geologische Tiefenlager
Eingegangen am 12. August 2010 Fragestellender AG SiKa
Status beantwortet Beantwortende Instanz EGT (ehem. KNE), swisstopo
Beantwortet am 1. Dezember 2011 Beantwortet von swisstopo, EGT (ehem. KNE)
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Generelles

Tektonische Störungen liegen im Mittelland mehrheitlich unter einer Bedeckung aus quartärem Lockermaterial und sind somit an der Oberfläche nur sehr spärlich aufgeschlossen bzw. erkennbar. Auswertungen von Oberflächeninformationen (Geologische Karten, Luftbilder, Orthophotos oder digitale Geländemodelle) können Versätze oder Deformationen an der Oberfläche aufzeigen und so Hinweise auf Störungen im Untergrund liefern. Auf diese Weise entdeckt man insbesondere grössere bzw. regionale Störungen. Kleinere Störungen oder Störungen unter mächtigeren jüngeren Sedimenten sind damit jedoch nicht zu erkennen.

Will man einen Einblick in die Tektonik im Untergrund erhalten, kann man mit künstlich erzeugten, seismischen Wellen den Untergrund „durchleuchten“ und sich entweder einen zweidimensionalen Profilschnitt anlegen oder ein dreidimensionales Blockmodell erstellen oder man exploriert den Untergrund mittels Exkavation des Materials durch Bohrungen oder durch den Bau eines Sondierstollens. Exkavationen liefern immer nur punktuelle Informationen (Nadelstiche) und sind somit nur für die tektonische Situation in der unmittelbaren Umgebung des Bohrlochs oder des Stollens aussagekräftig. Sie eignen sich somit nur begrenzt zur Erkundung grösserer Gebiete und werden in solchen vor allem zur Eichung seismischer Linien verwendet.

In den Standortgebieten existieren bereits viele seismische Linien und im Falle des Standortgebietes Zürich Nordost verfügt die Nagra sogar über ein 3D-Blockmodell des Untergrundes. Dieses Modell sowie die Erkenntnisse aus der Bohrung Benken liefern bereits eine sehr gute Grundlage zur Beurteilung der tektonischen Situation und es wird darum in der weiteren Beantwortung der Frage nicht mehr auf dieses Standortgebiet eingegangen (siehe auch Einleitung zur Frage).

Bestehende seismische 2D-Profile können dank gesteigerter Rechenleistung und Fortschritten in der Interpretation „re-processed“ werden, wodurch sich die Auflösung und somit die Aussagekraft der Seismischen Profile erhöht. Insbesondere können damit auch die störenden Effekte des Quartärs besser eliminiert werden. In Kombination mit bestehenden Bohrungen (Eichungen) und bei zunehmender Verdichtung der 2D-Seismiklinien können die tektonischen Verhältnisse in einem Standortgebiet bereits gut erkundet werden, auch wenn zwischen den einzelnen Linien noch Interpretationsspielraum vorhanden ist.

3D-Seismik ist zwar aussagekräftiger, aber bedeutend aufwendiger, da ein rechtwinkliges Netz von 2D-Linien erforderlich ist, welches dann in mehreren Rechenschritten zu einem dreidimensionalen Blockmodell verarbeitet werden kann. Ob eine 3D-Seismik überhaupt durchgeführt werden kann, hängt zudem insbesondere von der Topographie, der Erschliessung und dem Bebauungsgrad eines Gebietes ab. Diese Rahmenbedingungen können im Extremfall eine seismische Messkampagne verunmöglichen oder zu immensen Aufwänden führen bzw. die Kampagne zeitlich stark verzögern (u.a. auch durch Einsprachen).

Standortgebiete Nördlich Lägern, „Bözberg“ (Jura Ost) und Südranden

Die tektonische Situation in den drei Standortgebieten wurde u.E. von der Nagra korrekt erfasst. Aus heutiger Sicht kann swisstopo dem nichts Neues hinzufügen. Die Interpretationen in den Profilen decken sich mit den Kenntnissen bzw. Interpretationen von swisstopo1.

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Die Durchführung einer 3D-Seismik in diesen Gebieten erachten wir in Etappe 2 als nicht stufengerecht. Aufgrund der topographischen Gegebenheiten sind solche Untersuchungen sehr aufwendig und für einen Vergleich verschiedener Standortgebiete nicht notwendig, da sich bedeutende Strukturen bereits mit einer 2D-Seismik erkennen lassen. Mit den geplanten zusätzlichen 2D-Linien in den Standortgebieten Nördlich Lägern und Bözberg wird die Nagra bereits in Etappe 2 über eine ausreichende Anzahl an 2D-Seismiklinien  in den drei Standortgebieten verfügen.

Die durch die Nagra geplanten bzw. bereits durchgeführten geologischen Zusatzuntersuchungen zur Abklärung der tektonischen Verhältnisse in den drei Standortgebieten beinhalten insbesondere

  • Detailkartierungen an Oberflächenaufschlüssen zur Identifikation von kleineren Störungen und zur Charakterisierung des Stressfeld sowie
  • Auswertungen von Orthophotos und digitalen Terrainmodellen (DTM) zur Erfassung von Frequenz und Richtung von Störungszonen, die an der Oberfläche sichtbar sind.

Unter Berücksichtigung der von der Nagra geplanten Untersuchungen und der Verdichtung des bestehenden seismischen Messnetzes und des „Re-processings“ bestehender seismischer Linien kann u.E. in Etappe 2 eine stufengerechte Beurteilung der tektonischen Situation für eine provisorische Sicherheitsanalyse vorgenommen werden.

Jura-Südfuss

Im südöstlichen Teil des Standortgebietes Jura-Südfuss (roter Kreis in Figur 47-1) liegen die vorhandenen seismischen Linien weiter auseinander als in anderen Gebieten. Dies ist vor allem im südlichen Teil problematisch, da in diesem Teil der Verlauf der abtauchenden Born-Engelberg-Antiklinale im Untergrund ungewiss ist (blauer Pfeil in Figur 47-1).

Figur 47-1: Übersichtsplan mit Faltenachse der Born-Engelberg-Antiklinale (blauer Pfeil) und der Lage der vorhandenen seismischen Linien (grüne Linien), Quelle: Nagra.

Die von der Nagra konstruierten geologischen Profile B und C zeigen ein unterschiedliches Bild im Untergrund betreffend der tektonischen Situation. In Profil B (Figur 47-2) erkennt man westlich von Kölliken deutliche Bruch- (pop-up) Strukturen im Untergrund, welche mit der im Westen des Standortgebietes kartierten Born-Engelberg-Antiklinale korreliert werden können.

Figur 47-2: Profil B (Quelle: Nagra).

In Profil C am östlichen Rand des Standortgebietes ist die Born-Engelberg-Antiklinale nicht mehr erkennbar, was darauf schliessen lässt, dass sich zwischen diesen beiden Profilschnitten innerhalb des Standortgebietes eine Ablösung der Antiklinale vollzieht. Aufgrund der fehlenden Seismik kann keine Aussage gemacht werden, wie weit die mit der Antiklinale assoziierten Störungen  ins Standortgebiet hineinreichen.

Figur 47-3: Profil C (Quelle: Nagra).

Im Rahmen der Erstellung der Blätter Aarau und Schöftland des geologischen Atlas der Schweiz wurden charakteristische Horizonte in der Molasse detailliert auskartiert. Die entsprechenden Isohypsen sind in Figur 47-4 für die Grenze USM/OR sowie die Grenze Luzerner-Formation/St.Galler-Formation dargestellt. Daraus geht hervor, dass südöstlich von Kölliken an der Oberfläche eine leichte Aufwölbung der sonst flachliegenden Schichten der Molasse existiert. Diese Flexur ist u.E. in engem Zusammenhang mit dem in der Tiefe angelegten östlichen Ausläufer der Born-Engelberg-Antiklinale. In welcher Art die Aufwölbung im Untergrund entstand (Antiklinale mit Brüchen oder nur Aufbiegen der Schichten) kann nicht festgestellt werden.

Figur 47-4: Isohypsen verschiedener Horizonte in der Molasse: in rot Grenze Untere Süsswassermolasse – Obere Meeresmolasse, in braun Grenze Luzerner- und St.Galler-Formation.
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Vergleicht man den Kenntnisstand dieses Standortgebietes mit den anderen Standortgebieten in der Nordschweiz (Nördlich Lägern, „Bözberg“ (Jura Ost) und Südranden), so ist die vorhandene Datenlage aus seismischen Erkundungen geringer und, im Gegensatz zu anderen Gebieten gibt es Hinweise an der Oberfläche, aufgrund derer tektonische Störungen im Untergrund nicht ausgeschlossen werden können.

Aus diesem Grund sind wir der Meinung, dass eine Verdichtung der Seismik zwischen den beiden Linien B und C sowie ein „Re-processing“ der bestehenden Linien auch in diesem Standortgebiet angebracht sind, um eine vergleichbare Grundlage zur tektonischen Situation zu schaffen. Eine 3D-Seismik in diesem Gebiet erachten wir in Etappe 2 ebenfalls als nicht stufengerecht.

Wellenberg

Der Wellenberg ist bezüglich Deformationsstil und Tektonik nicht mit den anderen Standorten vergleichbar. Im Mittelland liegen die Wirtgesteine flach und wurden tektonisch nur schwach überprägt. Flexuren und/oder diskrete Brüche waren die Folge dieser Beanspruchung. Die Mergelformationen des Helvetikums am Wellenberg sind tektonisch sehr stark überprägt was zu einer grossen Akkumulation der Mergel sowie zu komplexen internen Strukturen führte. Diese intern stark deformierte Anhäufung an Mergel an der Grenze zwischen Axen- und Drusberg-Decke betrachtet die Nagra als Gesamtes wiederum als homogen.  Auch gemäss ENSI 2010 (S. 105) repräsentiert die Mergelakkumulation am Wellenberg gesamthaft eine diffus gestörte Zone, deren gesteinsspezifische Parameter und strukturelle Beschreibung nur summarisch erfassbar ist.

Obwohl beim Wellenberg mehrere Bohrungen abgeteuft wurden, existieren grössere Ungewissheiten bezüglich des tektonischen Baus und der Einschaltung wasserführender Malmschollen. Die Explorierbarkeit der tektonischen Verhältnisse am Wellenberg ist aus den oben erwähnten Gründen stark erschwert, weshalb wir bereits in unserem Expertenbericht zu Etappe 1 („Beurteilung der Sammelprofile und der hergeleiteten Wirtgesteine sowie der Grundlagen für die Herleitung von Standortgebieten im Sachplan geologische Tiefenlager“) bezüglich tektonischem Bau am Wellenberg folgendes festgehalten hatten:

Infolge des komplizierten tektonischen Baus und weil Seismische Untersuchungen zu keinen belastbaren Resultaten führen dürften, ist die detaillierte Abklärung der lithologischen Grenzen, Faziesänderungen und Störzonen nur mit Bohrungen und Sondierstollen zu bewerkstelligen. Bei einer Weiterverfolgung dieser Standortregion sind z.B. noch zusätzliche Abklärungen bezüglich wasserführender Störungszonen und Fremdgesteinseinschlüssen notwendig, da dieselben die Auslegung des Lagers beeinflussen könnten. Zusätzlich wird auch erwähnt, dass die Globigerinenmergel örtlich synsedimentäre Brekzien aus Kalk- und Sandsteinen aufweisen. Es ist aber nicht klar, wo und in welchem Umfang diese auftreten können und was für Auswirkungen sie haben.“

Die von der Nagra in Auftrag gegebene Überprüfung der bestehenden tektonischen Profile wird Hinweise zum effektiv verfügbaren Wirtgesteinsvolumen liefern. Über den tektonischen Aufbau des Gebietes und die Verteilung wasserführender Strukturen wird aber kaum Neues zu tage treten, so dass auch nach Vorliegen dieser Auswertungen viele offene Fragen zur Tektonik bestehen bleiben. Ein Sondierstollen könnte dazu Klarheit schaffen, wird aber in Etappe 2 als nicht stufengerecht erachtet.

Modell‐Unsicherheiten zur tektonischen Situation und zur tektonischen Entwicklung

Mit den vorgesehenen Untersuchungen bleiben u.E. folgende Modellunsicherheiten zur tektonischen Situation bestehen:

  • Tektonische Brüche mit Versätzen kleiner als 10 m („splays“), welche von grösseren Störzonen abzweigen, können weder mittels 2D-Seismik noch mit einer aufwendigen 3D-Seismik verlässlich detektiert werden. Es liegt somit in der Natur jedes Tiefenlagers, dass mit solchen Brüchen auch im finalen Standort gerechnet werden muss, diese jedoch erst beim Bau erkannt werden. Geeignete Massnahmen (zum Beispiel Abweichungen von der geplanten Anordnung der Lagerkammern) können erst festgelegt werden, wenn solche Brüche angefahren oder mittels Prospektionsbohrungen detektiert werden.
  • Interne, schichtparallele Deformationen (z.B. flachliegende Überschiebungen im Norden des Faltenjuras) sind mit Seismik kaum erkennbar, da die Versätze keinen oder nur einen geringen seismischen Kontrast erzeugen (gleiches liegt auf gleichem, es wurde nur lateral verschoben). Die Bedeutung dieser Brüche für den Radionuklidtransport und somit auch deren Einfluss auf die provisorische Sicherheitsanalyse erachten wir als gering.
  • Abweichungen im regionalen und lokalen Spannungsfeld bzw. abweichende Hauptspannungsrichtungen können ebenfalls die Anordnung des Tiefenlagers beeinflussen. Solche Abweichungen können im Vorfeld nur durch Bohrungen und somit nur sehr lokal (Nadelstiche!) festgestellt werden. Für die in Etappe 2 anstehende provisorische Sicherheitsanalyse sind solche Untersuchungen jedoch nicht stufengerecht.
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Standortvergleich bei einer momentanen Zurückstellung von tektonischen Untersuchungen

Trotz dieser Modellunsicherheiten ist ein Standortvergleich in den 5 Standortgebieten Südranden, Zürich Nord-Ost, Nördlich Lägern, Jura Ost (Bözberg) sowie Jura Südfuss möglich. Laufende Feldaufnahmen und Auswertungen von topographischen und geologischen Daten sowie das „Re-processing“ bzw. weitere neuen seismische Linien sollten u.E. in die provisorische Sicherheitsanalyse einfliessen bzw. deren Einfluss auf vorhandene Resultate genau untersucht werden.

Zusammenfassung

swisstopo empfiehlt für das Standortgebiet Jura-Südfuss zusätzliche 2D-Seismiklinien in der Verlängerung der Born-Engelberg-Antiklinale und schliesst sich somit auch der „Forderung-9“ des ENSI an, den Einfluss der tektonischen Überprägung in der Verlängerung der Born-Engelberg-Antiklinale beim Standortgebiet Jura-Südfuss abzuklären.

Aufgrund der vorhandenen Kenntnisse bzw. unter Einbezug der laufenden / geplanten Zusatzuntersuchungen durch die Nagra erachten wir 2D-Seismik als ausreichend für die Charakterisierung der tektonischen Situation für die provisorische Sicherheitsanalyse.

3D-Seismik erachten wir in den Standortgebieten Jura Südfuss, Nördlich Lägern, Bözberg (Jura Ost) und Südranden in Etappe 2 als nicht stufengerecht. Zuerst sollen die 2-D seismischen Profile ausgewertet und erst dann, unter Berücksichtigung der 2-D Analyse, die 3-D Profile geplant und realisiert werden.

Der Wellenberg ist verglichen mit den anderen Standortgebieten bezüglich Tektonik ein Spezialfall und könnte nur mittels weiterer Bohrungen und einem Sondierstollen näher untersucht werden. Dies erachten wir in Etappe 2 jedoch als nicht stufengerecht.

Referenzen

ENSI (2010): Sicherheitstechnisches Gutachten zum Vorschlag geologischer Standortgebiete: Sachplan geologische Tiefe


1 Im Gebiet Südranden  bleibt abzuwarten, ob die Resultate des „Re-prozessings“ allenfalls noch zusätzliche seismische Abklärungen notwendig machen.

a) Geodynamik

Ausgangslage

Die Standortgebiete Jura-Südfuss, Jura Ost sowie Nördlich Lägern werden von Störungen begrenzt, welche WSW-ENE oder auch SW-NE streichen. Es sind dies die Lägern, die Stadel-Irchel-Antiklinale sowie das Baden-Irchel-Herdern-Lineament. Einige dieser Strukturen, insbesondere das Lineament zwischen Baden und Herdern, haben ihren Ursprung vermutlich in invertierten Sockelsprüngen, welche in das kristalline Grundgebirge unterhalb der mesozoischen Deckschichten reichen. Die Abscherhorizonte der Lägern sowie der Faltenzüge des Jura-Südfusses liegen dagegen in der Trias. Ein östlicher Fortläufer dieser Strukturen findet sich ebenfalls im Zürcher Weinland in Form einer Flexur. Die Standortgebiete Südranden und Zürich Nordost dagegen werden im Osten durch die SE-NW streichende Neuhauser Störung begrenzt. Diese Struktur reicht ebenfalls bis in das kristalline Grundgebirge.

Neotektonisches Spannungsfeld

Spannungszustände in der Nordschweiz

Eine mögliche Reaktivierung dieser Strukturen hängt davon ab, wie regionale und lokale Spannungszustände auf die lokalen Bruchstrukturen wirken. Die tektonische Reaktion dieser lokalen Strukturen ist dabei primär eine Funktion der Scherfestigkeit und Lage der tektonischen Strukturen in Bezug auf das Spannungsfeld. Dabei können je nach der geometrischen Lage der Störungen sowie der Scherfestigkeit unterschiedliche Versatzrichtungen beobachtet werden. Eine Analyse der heutigen Kenntnisse der lokalen Spannungsfelder in der Nordschweiz findet sich im Expertenbericht der ETH zur Abklärung der Notwendigkeit ergänzender geologischer Untersuchungen in SGT Etappe 2 (Amann & Löw 2011, ENSI 33/​127). Insbesondere für das Standortgebiet Jura-Südfuss bestehen heute beträchtliche Unsicherheiten in der Charakterisierung der lokalen In-situ-Spannungen. Grundsätzlich ist von grossen vertikalen und horizontalen Variationen der Spannungsverhältnisse, insbesondere in der Sedimentbedeckung des Faltenjuras, auszugehen.

Ursachen des überregionalen Spannungsfeldes

Quantitative Daten über die überregionalen Spannungszustände für den alpinen Raum und das angrenzende Vorland im Norden stehen dank GPS-Messungen (z.B. Calais et al., 2002) und Herdflächenlösungen von Erdbeben (z.B. Pavoni, 1980, 1984 in Diebold und Müller, 1985) zur Verfügung. Diese Daten wurden während der letzten 15 Jahre kontinuierlich erhoben, und Calais publizierte im Jahre 2002 eine erste Synthese. Eine Zusammenfassung der wichtigsten Resultate und Interpretationen findet sich im Aufsatz von D. Champagnac und Mitautoren, publiziert in der Fachzeitschrift Tectonophysics im Jahre 2009. Gemäss diesen Studien führt die apulische Mikroplatte eine Rotationsbewegung im Gegenuhrzeigersinn aus. Das Rotationszentrum liegt in der Region von Turin, und die Rotation erreicht je nach Autor eine Geschwindigkeit zwischen 0.3° und 0.2° pro Million Jahre. Für die Schweiz resultiert aus dieser Rotationsbewegung eine nach NW gerichtete Konvergenz zwischen der apulischen Platte und dem nordalpinen Bereich. Mit dieser Konvergenz liessen sich das Muster der Herdflächenlösungen von Erdbeben in der Schweiz sowie die Orientierung des heutigen Spannungsfeldes erklären. Allerdings liegen die aus GPS-Messungen ermittelten Konvergenzraten im Bereich von einem Millimeter pro Jahr und damit innerhalb des analytischen Fehlers. Einige Autoren haben deshalb auch von nicht messbarer Konvergenz zwischen apulischer Platte und Schweizer Mittelland gesprochen. Dies impliziert, dass die Konvergenzraten entweder zu gering sind, um überhaupt mit GPS-Methoden erfasst werden zu können, oder der Betrachtungszeitraum noch nicht lang genug ist. Ein zweiter wichtiger Prozess ist die E-W gerichtete Spreizungsbewegung im zentraleuropäischen Raum. Dieser Prozess führte zur Bildung des Rhein- und des Rhonegrabens. Diebold und Müller (1985) kommen in ihrer Synthese zum Schluss, dass diese E-W gerichtete Dehnung des Rheintalgrabens im Laufe des Jungpleistozäns abgeklungen ist. Allerdings zeigen Ablagerungszentren im Bereich des Sierentzer Grabens und bei Heidelberg, dass noch weiterhin lokal Absenkung auftritt. Eine weitere Reaktivierung kann daher nicht ausgeschlossen werden. Des Weiteren führen das Abschmelzen der Eiskörper während des Spätglazials und holozäne Erosionsprozesse zu Veränderungen des tektonischen Spannungsfeldes und damit zu möglichen Versätzen entlang tektonischer Strukturen (Champagnac et al., 2009).

Nachweisbare Deformation als Folge des Spannungsfeldes

Reaktivierung von Brüchen und Falten

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Im Norden der Schweiz sind Hebungen von Faltenzügen im Juragebirge, Hebungen des gesamten alpinen Raums – bezogen auf die Referenzstation in Aarburg – und Erdbeben als neotektonische Signale nachgewiesen worden. Detaillierte Datierungen von alten Mäanderbögen des Doubs im Juragebirge, welche auf dem SW-NE streichenden Scharnier der Citadelle-Falte liegen, ergaben eine Hebung von <0.15 mm pro Jahr während der letzten ca. 30’000 Jahre (Madritsch et al., 2010). Seismische und stratigraphische Untersuchungen am nördlichen Rand der Ajoie führten zur Erkenntnis, dass die Faltenzüge am nördlichen Rand des Juragebirges während der letzten 2 bis 3 Millionen Jahre tektonisch deformiert wurden (Giamboni et al., 2004). Diese nach NW gerichtete Verfaltung wurde als Folge der Konvergenzbewegung zwischen der apulischen Platte und Kontinentaleuropa interpretiert. Da in diesem Bereich die Erdbebenherde im kristallinen Sockel liegen und damit unterhalb des Abscherhorizontes des Juragebirges, wurde die Hebung auf eine mögliche Inversion paläozoischer Strukturen zurückgeführt. Hinweise auf differentielle Bewegungen entlang des Ostrandes des Rheingrabens bei Basel ergeben sich aus Nivellementdaten, welche während der letzten 100 Jahre erhoben wurden, sowie aus Verstellungen der Nieder­terrassenschotter und der Verteilung von Erdbeben-Hypozentren (Loew et al. 1989).

Die tektonischen Strukturen zwischen Lägern, Jura Ost und Zürich Nordost streichen entweder parallel zur Verkürzungsrichtung oder senkrecht dazu. Dies könnte, analog zur Situation der Citadelle-Falte (Faltenjura entlang des Doubs), zu Reaktivierungen von Störungen und zur Inversion von Brüchen führen, welche bis in den kristallinen Sockel hineinreichen. Epizentren von Erdbeben liegen in der Tat in der entsprechenden Tiefe. In der Nordostschweiz sind allerdings Hebungen und Versätze, welche auf diese NW-gerichtete Einengung zurückzuführen wären, bis jetzt nicht nachgewiesen worden. Entweder wären mögliche Deformationsraten zu gering, um mit heute verfügbaren Methoden gemessen werden zu können, oder der Zeitraum der Messkampagnen ist zu kurz. Des Weiteren sind aufgrund der geometrischen Lage der Faltenzüge und Abschiebungen, bezogen auf die NW-gerichtete Einengung, keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich Hebungen und Reaktivierungen zu erwarten.

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Die geodätischen Daten liefern messbare Unterschiede in der Hebung zwischen dem alpinen Vorland (Hebungsraten zwischen 0.1-0.6 mm pro Jahr bezogen auf die Referenzstation in Aarburg) und den Zentralalpen, wo die Hebungsraten zurzeit maximal etwa 1.5 mm pro Jahr betragen (Kahle et al., 1997). Die Dichte der Messstationen lässt keine Rückschlüsse darüber zu, ob zwischen den Standortgebieten Jura Ost, Nördlich Lägern sowie Zürich Nordost Hebungen unterschiedlich schnell ablaufen. Die Ursache dieser Hebung könnte in der Konvergenzbewegung zwischen der apulischen und europäischen Platte liegen. Allerdings zeigen Berechnungen, dass die Konvergenz­geschwindigkeit 6 mm pro Jahr übersteigen müsste (Champagnac et al., 2009), was nicht der Fall ist. Andere in der Literatur beschriebene Mechanismen umfassen (s. Zusammenstellung in Champagnac et al., 2009): (i) geodynamische Prozesse, welche zur Abtrennung zwischen Mantel und Kruste und damit zur grossräumigen Hebung der Alpen führen (Delamination), (ii) Entlastung durch Erosion, welche vor allem in den Alpen wirksam wäre, sowie (iii) Resthebung als Folge des Abschmelzens der Eiskörper vor ca. 17’000-14’000 Jahren. Da vermutlich der grösste Anteil dieser Hebung durch elastisches Verhalten der Kruste erklärt werden kann (Champagnac et al., 2009), würden diese drei Mechanismen nicht zu differentiellen Hebungen im Raum zwischen den Standortgebieten Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost führen.

Fazit der KNE

Da die Alpen neotektonische Bewegungen zwischen der apulischen und europäischen Platte erfahren und Hebungen während der letzten 30’000 Jahre im Juragebirge nachgewiesen und auf diese Bewegungen zurückgeführt wurden, ist auch im Bereich zwischen den Standortgebieten Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost mit tektonischen Bewegungen oder Versätzen zu rechnen. Diese stehen aber nur bedingt in Beziehung zu den geodätisch gemessenen Hebungsraten in den Alpen und im angrenzenden Vorland. Die möglichen neotektonischen Versatzraten entlang dieser Strukturen sind im Gebiet zwischen Jura Ost, Nördlich Lägern und Zürich Nordost so gering, dass sie mit den bisher verfügbaren Methoden und Messreihen nicht zuverlässig gemessen werden konnten. Möglicherweise ergeben neue hochauflösende LIDAR-Geländemodelle und GPS-Langzeitmessungen neue Hinweise auf neotektonische Bewegungen. Die Möglichkeit, dass die Standortgebiete Jura Ost, Nördlich Lägern sowie Zürich Nordost eine unterschiedliche Deformation und Hebung erfahren könnten, stellt aus Sicht der KNE zur Zeit kein relevantes Kriterium dar, um die Standortgebiete im Rahmen von Etappe 2 unterschiedlich zu bewerten.

b) Tektonik

Prinzipielles zur Seismik

Die 2D-Seismik liefert Informationen längs einzelner Profilschnitte. Die Unsicherheiten wachsen dabei mit zunehmendem Profilabstand, insbesondere was die Verknüpfung von Störungen von Profil zu Profil betrifft. Die 3D-Seismik dagegen liefert Informationen über einen Volumenbereich des Untergrundes, d.h. die einzelnen Strukturelemente werden zusammenhängend und dreidimensional abgebildet. Dies bedeutet eine höhere Sicherheit bei der strukturellen Interpretation.

Dennoch hat auch die 3D-Seismik Grenzen. Nicht fassbar sind z.B.:

  • Sprunghöhen von weniger als 10 m,
  • Schichten ohne grössere Impedanzkontraste (z.B. Kalkbänke innerhalb der Effinger Schichten),
  • kleinräumige Inhomogenitäten (z.B. Kalk- und Sandsteinlagen innerhalb des Braunen Doggers),
  • kompliziert gebaute, alpine Gebiete (z.B. der Wellenberg) sowie
  • horizontale Störungen/Überschiebungen (z.B. flache Überschiebungen nördlich des Faltenjuras).

Der 3D-Seismik sind insbesondere in hügeligem Terrain und in dicht besiedelten oder stark bewaldeten Gebieten praktische Grenzen gesetzt, da die Geophon- und Schusslinien-Abstände für die vorliegende Problemstellung weniger als 200 m betragen sollten.

Stellungnahme der KNE zu den von der Nagra geplanten zusätzlichen Seismikuntersuchungen

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Das HAA- und SMA-Standortgebiet Zürich Nordost ist für Etappe 2 SGT ausreichend untersucht (komplett abgedeckt mit 3D-Seismik).

Die für die HAA- und SMA-Standortgebiete Nördlich Lägern und Jura Ost geplante Verdichtung und Reprozessierung des bestehenden 2D-Netzes zur Einengung der mit 3D-Seismik anschliessend detailliert zu untersuchenden Gebiete ist sinnvoll und stufengerecht. Der Zeitpunkt der ergänzenden 3D-Seismik muss noch vereinbart werden (Ausführung in Etappe 2 oder 3?).

Im SMA-Standortgebiet Südranden wird die geplante Reprozessierung, zusammen mit ergänzenden strukturellen Felduntersuchungen, voraussichtlich für die Etappe 2 ausreichend adäquate Resultate liefern. Im generell tektonisch einfach gebauten Gebiet könnten aber durchaus, wie in der Region Siblingen nachgewiesen, Hinweise auf lokale, bisher nicht bekannte Querbrüche zum Vorschein kommen. Dies würde gegebenenfalls die Aufnahme zusätzlicher 2D-Linien bedingen. Zudem besteht noch eine erhebliche Unsicherheit bezüglich der effektiven Mächtigkeit des Opalinustons in diesem Gebiet.

Im SMA-Standortgebiet Jura-Südfuss fehlt es an seismischen Daten in der östlichen Fortsetzung der stark zerbrochenen Born-Engelberg-Antiklinale. Eine belastbare Aussage über die Fortsetzung und Ausgestaltung dieser Struktur ist deshalb nicht möglich. Hier ist eine zusätzliche 2D-Seismiklinie zwingend. Im Westteil sind zusätzliche regionale Störungen aufgrund der heute vorhandenen Daten nicht völlig ausschliessbar. Hier muss sich zeigen, ob die Reprozessierung der bestehenden Linien zu einer genügend belastbaren Aussage führt.

Beim Standortgebiet Wellenberg ist die Seismik erwiesenermassen nicht zielführend. Die Exploration muss hier neben Bohrungen auch auf Sondierstollen abgestützt werden. Bei den bereits abgeteuften 7 Sondierbohrungen gilt es zu beachten, dass lediglich die Bohrungen SB1 und SB3 einen grösseren, unterhalb der Auflockerungszone gelegenen Bereich des Wirtgesteins (Palfris-Formation/Viznau-Mergel) erfasst haben. Die KNE erachtet es bereits heute als offensichtlich, dass das Standortgebiet Wellenberg trotz einiger sehr positiver Eigenschaften deutlich weniger geeignet ist als die bevorzugten Standortgebiete in der Nordschweiz. Aufwändige tektonische Zusatzuntersuchungen scheinen deshalb wenig sinnvoll.

Stellungnahme der KNE zu weiteren, die Tektonik betreffenden Untersuchungen

Die Nagra plant neben den Seismikkampagnen noch weitere zusätzliche Feld- und Bürorecherchen, nämlich

  • den Einbezug neuer Bohrdaten (z.B. Bohrung Schlattingen),
  • die Bestimmung der Bruchhäufigkeit und -richtung mit den neusten Fernerkundungs­methoden (inkl. Beurteilung der Neotektonik),
  • die Analyse der Gebirgsspannungsverhältnisse,
  • kinematische Bilanzierungen sowie
  • systematische strukturgeologische Detailaufnahmen in allen Standortgebieten.

Die KNE beurteilt diese neben der Seismik geplanten Zusatzuntersuchungen zur Tektonik als zielführend für Etappe 2, unter dem Vorbehalt, dass die noch bestehenden Wissenslücken damit auch tatsächlich ausreichend belastbar geschlossen werden können.

Referenzen

Amann F., Löw S. (2011): Stel­lung­nahme zur Abklä­rung der Not­wen­dig­keit ergän­zen­der geo­lo­gi­scher Unter­su­chun­gen in SGT Etappe 2 für die Beur­tei­lung der Stand­si­cher­heit und Erschlies­sung der Lagerkammern (NTB 10-01: Bau­tech­ni­sche Aspekte), Exper­ten­be­richt ENSI 33/​127, ETH Zürich, Inge­nieur­geo­lo­gie, Zürich

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Exper­ten­be­richt ENSI 33/​127, ETH Zürich, Inge­nieur­geo­lo­gie, Zürich

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