Spannungsfeldmodellierung Schweiz

Spannungsfeldmodellierung Schweiz

Modellierung des Spannungsfelds im Untergrund von möglichen Standortgebieten für ein Endlager für radioaktive Abfälle in der Schweiz

Geomechanisches Modell (oben) für ein Standortgebiet mit den Abmessungen 14 x 14 x 3 km, bestehend aus einer Reihe von leicht geneigten Einheiten, die durch ihre Dichte und mechanischen Eigenschaften charakterisiert sind und von tektonischen Störungen durchschnitten werden. Gravitation und Fernfeldkräfte wirken auf das Modell ein. Das Modellvolumen ist diskretisiert in lineare Hexaeder-Elemente, um mithilfe der Finite Elemente Methode das Kräftegleichgewicht zu berechnen. In einem vertikalen Profilschnitt (unten) ist die resultierende Differenzspannung dargestellt. Hierbei zeigen sich ausgeprägte Kontraste zwischen den einzelnen Einheiten, wobei die Fernfeldkräfte in erster Linie von den steifen Einheiten aufgenommen werden.
Geomechanisches Modell (oben) für ein Standortgebiet mit den Abmessungen 14 x 14 x 3 km, bestehend aus einer Reihe von leicht geneigten Einheiten, die durch ihre Dichte und mechanischen Eigenschaften charakterisiert sind und von tektonischen Störungen durchschnitten werden. Gravitation und Fernfeldkräfte wirken auf das Modell ein. Das Modellvolumen ist diskretisiert in lineare Hexaeder-Elemente, um mithilfe der Finite Elemente Methode das Kräftegleichgewicht zu berechnen. In einem vertikalen Profilschnitt (unten) ist die resultierende Differenzspannung dargestellt. Hierbei zeigen sich ausgeprägte Kontraste zwischen den einzelnen Einheiten, wobei die Fernfeldkräfte in erster Linie von den steifen Einheiten aufgenommen werden.

Die Kenntnis des Spannungszustands im Untergrund ist bei der Planung von großangelegten Hohlräumen unabdingbar im Hinblick auf die bautechnische Machbarkeit, das Design und die Stabilität der Hohlräume. Im Zusammenhang mit einem Endlager für radioaktive Abfälle spielt der Spannungszustand zudem in zahlreichen weiteren Aspekten eine wichtige Rolle. In der Schweiz wurden mehrere geologische Standortgebiete als mögliche Standorte für ein derartiges Endlager ausgewiesen.

In Kooperation mit der Nagra (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle) werden für einzelne Standortgebiete geomechanische Modelle erstellt, um den Einfluss von tektonischen Störungen, der Topographie und räumlicher Variabilität der mechanischen Gesteinseigenschaften auf den Spannungszustand im Untergrund abzuschätzen. Dies dient gleichzeitig dem besseren Verständnis vorhandener Daten und der Identifizierung des Bedarfs an einzuholenden Daten durch Messungen.

Publikationen

Reiter, K., Hergert, T., Heidbach,O., 2016. Stress field sensitivity analysis within Mesozoic successions in the Swiss Alpine foreland using 3-D-geomechanical-numerical models, EGU General Assembly, 17-22 April 2016, Vienna, Austria.

Hergert, T., Heidbach, O., Reiter, K., Giger, S. B., and Marschall, P., (2015). Stress field sensitivity analysis in a sedimentary sequence of the Alpine foreland, northern Switzerland, Solid Earth, 6, 2, 533-552, doi: 10.5194/se-6-533-2015.

Heidbach, O., Hergert, T., Reiter, K., Giger, S.B., Marschall, P., 2015. 3D stress field sensitivity analysis on the scale of geological siting regions in Northern Switzerland with focus on Opalinus Clay, 6th International Clay Conference – Clays in natural and engineered barriers for radioactive waste confinement, March 23-26 2015, Brussels, Belgium, (oral presentation).

Hergert, T., Heidbach, O., Reiter, K. & Giger, S.B. , 2015. Stress Field Sensitivity Analysis at a Reservoir Scale (Northern Switzerland) Using Numerical Geomechanical Modelling, 2nd EAGE Workshop on Geomechanics and Energy – The Ground as Energy Source and Storage, 13-15 October 2015, Celle, Germany (oral presentation).

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