Hydrogeologische Untersuchungen im oberflächennahen Opalinuston (Bohrloch Lausen, Schweiz)

Hydrogeological investigations in shallow Opalinus Clay (borehole Lausen, Switzerland)

Zusammenfassung

Der Opalinuston wird in der Schweiz als Wirtgestein für die Lagerung radioaktiver Abfälle detailliert untersucht. Bei der Erstellung eines Erdwärmesondenfeldes in Lausen (Kanton Basel-Landschaft, Schweiz) bot sich die Möglichkeit, eine hydraulisch-hydrochemische Charakterisierung des Opalinustons von der Verwitterungszone bis in den unverwitterten Fels durchzuführen, um die vorhandene Datenbasis zu Dekompaktionseffekten zu verbessern und zu ergänzen. Dazu konnte eine der 146 m tiefen Erdwärmesondenbohrungen als Kernbohrung durch den oberflächennahen Opalinuston abgeteuft werden. Mit einer Serie von hydraulischen Packertests in unterschiedlichen Tiefen wurde eine Abnahme der hydraulischen Durchlässigkeit von 10−4 m/s im verwitterten oberen Bereich des Opalinustons bis 10−13 m/s ab 28 m Tiefe unterhalb der Dekompaktionszone ermittelt. Des Weiteren konnten in den dekompaktierten Bereichen verschiedene Grundwassertypen nachgewiesen werden. Auch die Strukturuntersuchungen zeigen ab einer Tiefe von 18 m das Ende der Verwitterungszone und ab 28 m das Ende des Einflusses der Dekompaktion auf die hydraulische Durchlässigkeit an.

Abstract

In Switzerland, the Opalinus Clay is being investigated in detail as a host rock for disposal of radioactive waste. To complement and improve existing data on near-surface decompaction effects, hydraulic-hydrochemical characterization of the Opalinus Clay from the weathering zone into the unweathered rock below was performed. For these investigations, one borehole of a borehole heat-exchanger field in Lausen (Canton Basel-Landschaft, Switzerland), which penetrates the near-surface Opalinus Clay, was completely cored. The hydraulic conductivity was determined by means of hydraulic tests in different depths and shows an decrease from 10−4 m/s at the very shallow weathered zone to 10−13 m/s starting at a depth of 28 m below the decompaction zone. In addition, different groundwater types could be identified. Moreover, the structural investigations indicate the end of the weathering zone at a depth of 18 m and that decompaction has no influence on hydraulic conductivity from 28 m onwards.

This is a preview of subscription content, log in to check access.

Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5
Abb. 6

Literatur

  1. Beauheim, R.L.: Hydraulic conductivity and head distributions in the host rock formations of the proposed siting regions. Nagra Arbeitsbericht NAB 13-013. Nagra, Wettingen (2013)

    Google Scholar 

  2. Brod, M., Heinz, M., Hekel, U.: Memory-Effekte bei hydraulischen Versuchen in Geringleitern. Wasserwirtschaft 88, 634–638 (1998)

    Google Scholar 

  3. Bourdet, D., Whittle, T.M., Douglas, A.A., Pirard, Y.M.: A new set of type curves simplifies well test analysis. World Oil, Houston TX (1983)

    Google Scholar 

  4. Cooper Jr., H.H., Bredehoeft, J.D., Papadopulos, I.S.: Response of a finite-diameter well to an instantaneous charge of water. Water Resour Res 3, 263–269 (1967)

    Article  Google Scholar 

  5. ENSI: Spezifische Auslegungsgrundsätze für geologische Tiefenlager und Anforderungen an den Sicherheitsnachweis. Richtlinie für die schweizerischen Kernanlagen ENSI-G03. Eidgenössisches Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI), Villigen (2009)

    Google Scholar 

  6. Gautschi, A.: Hydrogeology of a fractured shale (Opalinus Clay): Implications for deep geological disposal of radioactive wastes. Hydrogeol J 9, 97–107 (2001)

    Article  Google Scholar 

  7. Geologisches Landesamt Baden-Württemberg: Forschungsprojekt „Gebirgseigenschaften mächtiger Tonsteinserien“. Geologisches Landesamt Baden-Württemberg, Freiburg i. Br. (1992)

    Google Scholar 

  8. Gringarten, A.C., Bourdet, D., Landell, P.A., Kniazeff, V.J.: A comparison between different skin and wellbore storage type-curves for early-time transient analysis. SPE-AIME 54th Annual Technical Conference and Exhibition. SPE-8205. Society of Petroleum Engineers, Las Vegas (1979)

    Google Scholar 

  9. Haug, A.: Feldmethoden zur Grundwasserentnahme aus Tiefbohrungen und zur hydrochemischen Überwachung der Bohrspülung. Nagra Technischer Bericht NTB 85-07. Nagra, Wettingen (1985)

    Google Scholar 

  10. Hekel, U.: Hydrogeologische Erkundung am Beispiel des Opalinustons (Unteres Aalenium). Tübinger Geowissenschaftliche Arbeiten C 18. Institut und Museum für Geologie und Paläontologie der Universität Tübingen, Tübingen (1994)

    Google Scholar 

  11. Huxol, S., Mair, C., Heidinger, M., Eichinger, F.: Interpretation der hydrochemischen und isotopenhydrologischen Analysen von Wasserproben aus dem Opalinuston einer Kernbohrung für eine Erdwärmesonde in Lausen. Nagra Arbeitsbericht NAB 16-057. Nagra, Wettingen (2016)

    Google Scholar 

  12. Ferrari, A., Favero, V., Manca, D., Laloui, L.: Geotechnical characterization of core samples from the geothermal borehole Schlattingen SLA-1. Nagra Arbeitsbericht NAB 12-50. Nagra, Wettingen (2012)

    Google Scholar 

  13. Jäckli, H.: Kriterien zur Klassifikation von Grundwasservorkommen. Eclogae Geol Helvetiae 62, 2 (1970)

    Google Scholar 

  14. Mazurek, M., Alexander, W.R., MacKenzie, A.B.: Contaminant retardation in fractured shales: matrix diffusion and redox front entrapment. J Contam Hydrol 21, 71–84 (1996)

    Article  Google Scholar 

  15. Mazurek, M., Alt-Epping, P., Bath, A., Gimmi, T., Waber, H.N.: Natural tracer profiles across argillaceous formations: the CLAYTRAC project. NEA No. 6253. OECD Nuclear Energy Agency, Paris (2009)

    Google Scholar 

  16. Nagra: Sondierbohrung Benken Untersuchungsbericht. Nagra Technischer Bericht NTB 00-01. Nagra, Wettingen (2001)

    Google Scholar 

  17. Nagra: Projekt Opalinuston. Synthese der geowissenschaftlichen Untersuchungsergebnisse. Entsorgungsnachweis für abgebrannte Brennelemente, verglaste hochaktive sowie langlebige mittelaktive Abfälle. Nagra Technischer Bericht NTB 02-03. Nagra, Wettingen (2002)

    Google Scholar 

  18. Nagra: SGT Etappe 2: Vorschlag weiter zu untersuchender geologischer Standortgebiete mit zugehörigen Standortarealen für die Oberflächenanlage. Geologische Grundlagen. Dossier IV. Geomechanische Grundlagen. Nagra Technischer Bericht NTB 14-02. Nagra, Wettingen (2014)

    Google Scholar 

  19. Odenwald, B., Hekel, U., Thormann, H.: Grundwasserströmung – Grundwasserhaltung. In: Grundbau-Taschenbuch, Teil 2: Geotechnische Verfahren. Ernst & Sohn, Berlin (2009)

    Google Scholar 

  20. Papadopulos, S.S., Bredehoeft, J.D., Cooper Jr., H.H.: On the analysis of ‘slug test’ data. Water Resour Res 9, 1087–1089 (1973)

    Article  Google Scholar 

  21. Romero, E., Gómez, R.: Water and air permeability tests on deep core samples from Schlattingen SLA-1 borehole. Nagra Arbeitsbericht NAB 13-51. Nagra, Wettingen (2013)

    Google Scholar 

  22. Theis, C.V.: The relation between the lowering of the piezometric surface and the rate and duration of discharge of a well using groundwater storage. Trans Am Geophys Union 16, 519–524 (1935)

    Article  Google Scholar 

  23. Thury, M., Bossart, P.: The Mont Terri rock laboratory, a new international research project in a Mesozoic shale formation, in Switzerland. Eng Geol 52, 347–359 (1999)

    Article  Google Scholar 

Download references

Danksagung

Wir danken der Vorsorgestiftung der Häring & Co. AG für die Erlaubnis, die EWS-Bohrung als Kernbohrung samt Bohrlochversuchen durchführen zu dürfen. Des Weiteren bedanken wir uns bei Hansruedi Fisch, Herwig Müller, Felix Stefani, Martin Jung, Rachael Colldeweih, Daniel Rufer, Michael Lampert und Erich Binder bei der Unterstützung während der Feldarbeit. Für die lithostratigraphische Bearbeitung der Bohrkerne bedanken wir uns bei Hansruedi Bläsi und Gaudenz Deplazes und für die Erstellung der XCT Scans bei Lukas Keller.

Author information

Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Tobias Vogt.

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Vogt, T., Hekel, U., Ebert, A. et al. Hydrogeologische Untersuchungen im oberflächennahen Opalinuston (Bohrloch Lausen, Schweiz). Grundwasser 22, 209–220 (2017). https://doi.org/10.1007/s00767-017-0363-2

Download citation

Keywords

  • Opalinus Clay
  • Hydraulic conductivity
  • Hydraulic test
  • Hydrochemistry
  • Decompaction
  • Weathering