Porenwasser-Charakterisierung im Barrieregestein Ton - Quantifizierung von Transporteigenschaften

Lippmann-Pipke, J.: Porenwasser-Tiefenprofile von süddeutschem Opalinuston: Beispielhafte Anwendung ausgewählter Standorterkundungsmethoden

Die BGR bereitet sich systematisch vor, die BGE auch während der Phase II der Standortsuche für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle zu unterstützen. In Phase II werden u.a. die übertägige Erkundung durchgeführt in einer beschränkten Anzahl von zuvor seitens der BGE identifizierten Regionen. Anhand geeigneter Beprobung der frischen Bohrkerne noch auf den Bohrstellen können bereits entscheidende, weil sehr robuste Informationen zum standortspezifischen Transporteigenschaften der durchteuften Gebirgsbereiche ermittelt werden.

Im heutigen Kolloqium werden erste Ergebnisse von in den Vorjahren sukzessive aufgebauten Methoden der Porenwassercharakterisierung vorgestellt. Gelegenheit zur Beprobung einer möglichen Wirtsgesteinsformation bot das sogen. SEPIA-Projekt, eine aus vier Bohrungen bestehende experimentelle Studie (2019-2021), welche es zum Ziel hatte, die nordwestlichen Ausläufer des Opalinuston in Süddeutschland (bis 250m u.GOK) u.a. sequenszstratigraphisch zu charakterisieren (u.a. Leu et al. 2023).

Summarisch ist allen PW-Charakterisierung-Methoden eigen: sie ermöglichen die Gewinnung prinzipiell hoch aufgelöster Spurenstoff-Tiefenprofile, die sich ihrerseits mittels numerischer Transportcodes nachrechen lassen. Im Ergebnis liegt dann je Profil ein identifizierter, dominanter Transportprozess vor (Diffusion oder Advektion), sowie Sets von standortspezifischen Transportparameterwerten.

Von links: Kernbohrung, Bohrkernansprache, Probenahme von im PW gelöster Edelgase, Isotopen-Equilibrierungüber Gasphase: Me-thoden, die in den Vorträgen diskutiert werden. Quelle: BGR

Im Schweizer Tiefbohrprogramm der NAGRA wurden auf der Basis von 9 Porenwasser-Tiefenprofilen aus drei prinzipiell gut geeigneten Regionen eine eindeutig beste Region identifiziert und für die weitere finale Standorterkundung vorgeschlagen.

Shao, H., Osenbrück, K., Niedermann, S., Biskop., R., Gerowski, J., Mann, T., Erbacher, J., Lippmann-Pipke, J.: Altersbestimmung von Porenwasser auf Basis numerischer simulations eines Edelgas-Tiefenprofils

Um das Konzentrationsprofil der Edelgase Helium und Argon entlang der vertikalen Bohrung zu interpretieren und damit das Porenwasseralter im Opalinuston am Standort Hondigen abzuschätzen, wurde mit PhreeqC ein 1D-numerisches diffusives, nicht reaktives Massentransportmodell in einem porösen Medium erstellt, das die anhand des gemessenen Wassergehalts ermittelte Porositätsverteilung berücksichtigt. Aufgrund der extrem geringen Durchlässigkeit des Opalinustons wird der advektive Transport vernachlässigt.

Durch Vergleich der Simulationsergebnisse mit der gemessenen Heliumkonzentration im Porenwasser können wesentliche Prozesse, wie Diffusion und Akkumulation (Produktion von Edelgase durch radioaktiven Zerfall natürlicher Radionuklide und Freisetzung ins Porenwasser) erfasst werden. Unsicherheit wird durch Variation der Porosität erfasst. Das Alter des Porenwassers kann unter Verwendung konservativer Parameterkombinationen auf über 2,5 oder wahrscheinlicher auf 5 Millionen Jahre geschätzt werden.

Königer, P., Gerowski, J., Gölzner, A., Mann, t., Erbacher, J., Lippmann-Pipke, J.: Stabile Wasserisotope bestätigen meteorische Herkunft und Verweilzeit

Im Projekt SEPIA wurden Bohrkerne der Bohrungen Hondingen, Metzingen und Kordigast auf stabile Wasserisotope untersucht. Durch Equilibrierung von Tonkernmaterial und vorgelegten Testwasser/Standards (TW) über einen Zeitraum von 35 Tagen und protokolliertem Massenverhältnis (Isotope diffuse exchange methode (IDE), Rogge (1997), Aschwanden et al., 2024) werden die Isotopenkonzentrationen aus Tonproben bestimmbar. Die hier vorgestellten Ergebnisse belegen einerseits die meteorische Herkunft des Porenwassers und erlauben dabei gleichzeitig Rückschlüsse auf Temperaturbedingungen während der Bildung und Wechselwirkung mit der Gesteinsmatrix. Hier werden die Ergebnisse der SEPIA Bohrkerne mit ähnlichen Untersuchungen aus der nördlichen Schweiz verglichen und diskutiert.

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