Vom geologischen Modell zur geomechanischen Modellierung (ERA Morsleben)

Einleitung

Im ERAM (Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben) im ehemaligen Kali- und Steinsalzbergwerk Bartensleben lagern schwach- und mittelradioaktive Abfälle. Ein Genehmigungsverfahren zur Stilllegung unter Verbleib der Abfälle läuft derzeit. Als Datengrundlage für die Sicherheitsanalyse in diesem Planfeststellungsverfahren erarbeitet die BGR für die Bundesgesellschaft für Endlagerung geowissenschaftliche Unterlagen zu unterschiedlichen Fragestellungen, wie zur Geologie des Endlagerstandortes, zu seiner zukünftigen geologischen Entwicklung und zur Integrität der Salzbarriere zwischen den Einlagerungsbereichen und den grundwasserführenden Deckgebirgsschichten. In diesem Hauskolloquium soll ein Ausschnitt aus diesen Arbeiten präsentiert werden.

Joachim Behlau, Christian Dresbach, Manuela C. Stehle: Geologische Modellierung: Das geologisch-tektonische 3D-Modell als Mittel zur Einschätzung von Ungewissheiten

Das geologisch-tektonische 3D-Modell des ERAM stellt die Grundlage für weiterführende Arbeiten wie geomechanische Modellierungen oder die Bewertung von Wegsamkeiten dar. Um potentielle Ungewissheiten bereits bei der Erstellung des geologischen Modells gering zu halten, werden die Eingangsdaten integral ausgewertet und ein konsistentes 3D-Modell erstellt. Zu den Eingangsdaten zählen klassische Kartierungen, Bohrungsansprachen, Ober- und Untertageseismik, Elektropotentialverfahren (ERT), Georadarmessungen (EMR) und gescannte Grubenhohlräume. Bei der Modellerstellung ergibt sich eine konsistente Vorstellung der geologischen Entwicklung des ERAM, die die Erkenntnisse aus der Deck- und Nebengebirgs- und der Salinarbearbeitung kombiniert und sich in die regionale Modellvorstellung einfügt. Für die weitere Nutzung können das Gesamtmodell, Teilmodelle oder, soweit es die Zielsetzung der Nachnutzung erlaubt, 2D-Schnitte verwendet werden. Hier gewährleistet das 3D-Modell die Konsistenz. Im Modell auftretende Ungewissheiten können für einzelne Fragestellungen, wie z. B. die Lage von Salzspiegel oder Kaliflözen, individuell angegeben werden. Die stratigraphische Einheit „Hauptanhydrit“ besteht in der Salinarstruktur ERAM aus Einzelblöcken unterschiedlicher Größe und Verteilung. Die Größe und Verteilung dieser Blöcke zu bestimmen ist nicht möglich. Diesbezüglich wurde ein Konzept zur Quantifizierung dieser Information erarbeitet, welches sowohl auf Aufschluss- und Messdaten als auch auf der geologischen Modellvorstellung (Genese und Tektonik) basiert.

Geologisches Profil Quelle: BGR

Ben Laurich, Jan-Martin Hertzsch, Qianyun Wang: Geomechanische Charakterisierung - Ausweisung von Bereichen ähnlicher Kriechfähigkeit

“Wie leicht lässt sich Salz verformen?“ Für das ERAM muss diese Frage beantwortet werden, um die zukünftige Entstehung von Wegsamkeiten für radioaktive Nuklide ausschließen zu können. Jedoch gibt es keine generalisierte Antwort, denn die Verformbarkeit eines Salzgesteins hängt deutlich von lokaler mineralogischer Zusammensetzung und halokinetischer Vorgeschichte ab. Durch die Kombination von stratigraphischen und strukturgeologischen Karten sowie von Ergebnissen gesteinsmechanischer Messungen lassen sich „Bereiche ähnlicher Kriechfähigkeit“ kartieren (früher auch: „Homogenbereiche“). Etwa 800 Proben aus dem ERAM wurden seit den 1990er Jahren auf ihre Kriechfähigkeit untersucht, sodass vielen Bereichen spezifische „Kriechklassen“ zugewiesen werden konnten. Nun ist eine Anpassung der Ausweisung nötig: Die Versuchsergebnisse werden neu konsolidiert und zu einem aktualisierten Lagerstättenmodell in räumlichen Bezug gesetzt. Am Ende soll für möglichst jede Lokation im ERAM vorhergesagt werden können, wie sich das Salzgestein dort zukünftig verformt. Die Versuchsergebnisse müssen also auf In-situ-Bedingungen übertragen werden. Dazu bedarf es in einem weiteren Schritt der numerischen Modellierung.

Bereiche ähnlicher Kriechfähigkeit Quelle: BGR

Ralf Eickemeier et al.: Numerische Modellierung - FE-Analysen zur Bewertung der geologischen Barriere

Die Salzbarriere, die im unverritzten Zustand als hydraulisch undurchlässig angenommen wird, hat eine wesentliche Funktion bei der Langzeitbewertung des Einschlusses der eingelagerten Radionuklide. Die Störung des initialen Zustands durch die Bergbautätigkeit und die lange offene Standzeit der Abbaue sowie die Verfüllung der Abbaue mit Salzbeton bewirken ausgehend vom Nahbereich der Hohlräume temporär den Verlust dieser günstigen hydraulischen Eigenschaften. Im Rahmen der Integritätsanalysen wird mit Hilfe geomechanischer Modellierungen die Ausdehnung und Evolution der potentiell Fluiddruck-gefährdeten und dilatanten Bereiche berechnet und bewertet.

Auswertung des Fluiddruckkriteriums Quelle: BGR

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