Original paper

Modellierung lokaler hydraulischer Wegsamkeiten und ihre Bedeutung für die Endlagerung Kristallingesteinen

[Modelling of local hydraulic pathways and its significance for waste deposits in crystalline rocks.]

Schild, Maren; Braun, Roland; Siegesmund, Siegfried; Vollbrecht, Axel

Kurzfassung

Bei einer sicherheitstechnischen Bewertung der Eignung kristalliner Wirtsgesteine zur Endlagerung radioaktiver Abfälle ist zu berücksichtigen, daß neben dem großräumigen Transport infolge von Fließvorgängen auf Vorzugsströmungswegen ein Transport der Radionuklide m den Porenräumen hauptsächlich durch Matrixdiffusion hervorgerufen wird. Deshalb kommt einer zutreffenden Erfassung und Charakterisierung von in situ-Mikrorißporositäten wesentliche Bedeutung zu. Dafür wurden granitoide Gesteine des Feldlabors Grimsel exemplarisch getestet. Dabei zeigten sich in Abhängigkeit vom Wirtsmaterial (Glimmer, Quarz, Plagioglas) verschieden ausgebildete Mikrorißscharen. Diese wurden sowohl in Orientierung und Häufigkeit quantifiziert, als auch mittels petrophysikalischer Analysen (Messung der richtungsbezogenen Porosität, Permeabilität und Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen) verifiziert. Die auf der Basis der ermittelten Parameter vorgenommenen statistischen Modellierungen der angetroffenen in situ Mikrorisse verdeutlichte deren weitreichende Vernetzung. Die weiterhin durchgeführten numerischen Strömungssimulationen ergaben eine signifikante, richtungsbezogene Durchlässigkeit (hydraulische Wegsamkeit), die im wesentlichen durch die Glimmerrisse parallel zur Foliation kontrolliert wird. Allerdings ist wegen des festgestellten, sehr vielfältig verzweigten Mikrorißnetzwerkes sowie der dafür ermittelten geringen Transmissivitäten nur mit einer geringen Filtergeschwindigkeit in den in situ gegebenen Mikrorissen zu rechnen.

Abstract

The determination and characterization of the in situ microcrack porosity, which is significant for the safety-engineering evaluation of waste deposits in crystalline rocks has been tested in a case study on granitoid rocks from the hardrock laboratory at Grimsel (Switzerland). While transport in wide-spaced pathways is dominated by flow processes, the transport of radionuclides through the pore space occurs mainly by matrix diffusion. The investigated sample showed that different sets of microcracks are developed dependent on the type of host mineral (mica, quartz, plagioclase). Their orientation and frequency has been quantified and also verified by petrophysical investigations (porosity, permeability and velocities). By modelling the in situ microcrack network the extended interconnection could be demonstrated. The flow simulation carried out with the program "Fracman" on a representative model which is based on statistical parameters showed a significant directional dependence of the hydraulic permeability, which is mainly controlled by cracks in mica being reoriented parallel to the foliation. Because of the complexity of the microcrack network and the low transmissivities, only a low filter velocity along the existing microcracks can be expected.

Keywords

radioactive wastewaste disposalunderground disposalgranitesmicrocrackshydraulicsporositypermeabilitymatrix diffusionnumerical analysis