Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 15

Arbeitsgeräte eines FeldgeologenZum Kartieren im Feld braucht ein Geologe ein paar einfache Hilfsmittel. Schau dir die Liste an und überlege dir, wozu die Hilfsmittel nötig und nützlich sind.

Feldbuch

Karte

Bleistift

Farbstifte

Kompass

GPS/Höhenmeter

Lupe

Hammer

Filzstift

10%ige Salzsäure

Taschenmesser

Altes Zeitungspapier

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 16

Geologische Karten 1Von der Feldkarte zur geologischen Karte

Bevor in einem Projekt aufwendige und teure Untersuchungsmethoden eingesetzt werden, geht ein Geologe ins Feld und kartiert das Untersuchungsgebiet.Auf einer topografischen Karte werden dabei alle gefundenen Vorkommen von anstehenden, d.h. sichtbaren Gesteinen eingezeichnet. Der Geologe bestimmt das Gestein und notiert seine Beobachtungen in einem Feldbuch. Wenn vorhanden, misst er mit einem speziellen Kompass die Orientierung einer Schicht, Schieferung, Störung oder Gesteinsgrenze.

Beispiel für eine Feldkarte. Auf der Karte sind die Aufschlüs­se (Vorkommen) von zwei verschiedenen Gesteinsarten kar­tiert. Der Rest des Untergrundes ist mit Wiese bedeckt und nicht direkt sichtbar.

Der Schritt von der Feldkarte zu einer geologischen Karte ist je nach Aufschlussverhältnis sehr schwierig und mit grossen Unsicherheiten behaftet. Hier werden Beobachtungen inter­pretiert, das heisst, der Kartenzeichner entscheidet über den unsichtbaren Verlauf der Gesteinsgrenzen unter der Wiese.

Die obige Abbildung zeigt die Problematik, die beim Erstellen von geologischen Querschnitten (Profilen) besteht. Aus den Verhältnissen an der Oberfläche lässt sich nicht zwingend auf den Verlauf einer Struktur im Untergrund schliessen. Hier sind zusätzliche Beob achtungen nötig. Beispiel: Im Feldbuch des Geologen steht, dass die graue Schicht mit 60 Grad nach Westen eintaucht.Welches Profil trifft demnach die Realität am besten?

Feldkarte

N

Karte

Profil 1 Profil 2 Profil 3

Oberfläche

N

West Ost

? ? ?

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 17

Geologische Karten 2Wir zeichnen ein geologisches ProfilEs gibt Gebiete auf der Erde, da liegen die Gesteinsschichten horizontal aufeinander. In solchen Fällen ist es einfach, ein geologisches Profil zu zeichnen.

Vervollständige die Topografie. Du brauchst dafür einen Massstab und ein Geodreieck.Zeichne anschliessend die horizontalen Schichten im Profil ein.

850

800

700600

500

500 550

800

A A‘

400

A A‘200

300

400

500

600

700

800

900

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 18

Interpretation von BohrprofilenDie Firma Steinbeisser hat in einem Gebiet vier Kernbohrungen abgeteuft. Hilf dem Geologen, die Interpretation um die Bohrprofile zu zeichnen, indem du die Schichten mit gleichem Gestein in den Bohrprofilen verbindest.

AB C D

KiesgroberSand

feinerSand Ton

In was für einem Gebiet wurde hier gebohrt?

Begründe deine Vermutung.

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 19

Sachplan geologische Tiefenlager – Etappe 1In 5 Schritten von der weissen Schweizerkarte zu den vorgeschlagenen Standortgebieten

Westlicher Tafeljura Östlicher Tafeljura

Faltenjura

WestlichesMolassebecken

Östliches Molassebecken

Alpen

Bözberg

SMAHAA (SMA überdeckt)

Zürcher Weinland

Jura-SüdfussWellenberg

Nördlich Lägeren

Südranden

Lager HAALager SMASchritte gemäss Sachplan

Festlegung der Abfallzuteilung, des Barrierenkonzepts sowie der Anforderungen beziehungsweise Bewertungsskalen bezüglich

Betrachtungszeiträume, Platzbedarf, Tiefenlage, Wirtgesteinseigenschaften, Hebung/Erosion etc.

Schritte 1 und 2: Abfallzuteilung, Barrieren-/ Sicherheitskonzept, Anforderungen und Vorgaben

Schritt 3: Identifikation und Bewertung der weiter zu betrachtenden geologisch-tektonischen Grossräume

Evaluation der grossräumigen Verhältnisse bezüglich Hebung/Erosion, Geodynamik, geologischer Komplexität und räumlicher Verhältnisse. Die Evaluation ergibt «günstig bis sehr günstig» (dunkelgrün/dunkelorange), «ungünstig bis bedingt günstig» (hellgrün/hellorange) oder «ungenügend» (weiss) bewertete geologisch-tektonische Grossräume.

Schritt 4: Auswahl bevorzugter Wirtgesteine

Auswahl potenzieller Wirtgesteine anhand des Gesteinsinventars. Die Bewertung der potenziellen Wirtgesteine führt schrittweise zur Auswahl von bevorzugten Wirtgesteinen und deren Verbrei-tungsräumen.

Schritt 5: Festlegung der geologischen Standortgebiete

Zuerst werden innerhalb der weiter betrachteten Verbreitungsräume Karten erstellt für die bevorzugten Wirtgesteine in geeigneter Tiefenlage und mit genügender Mächtigkeit. Dann werden bevorzugte Bereiche abgegrenzt durch Berück-sichtigung von regionalen Störungszonen, übertieften Felsrinnen, Zonen mit Anzeichen kleinräumiger Zergliederung (diffus gestörte Zonen) und konzeptionell zu meidenden Zonen mit ungünstigem tektonischem Regime (Neotektonik). Die Bewertung dieser bevorzugten Bereiche führt weiter zu prioritären Bereichen. Diese prioritären Bereiche wiederum ergeben, zusammen mit den überlappenden beziehungsweise in der Nähe liegenden bevorzugten Bereichen, schliesslich die geologischen Standortgebiete. Die Festlegung der Grenzen der geologischen Standortgebiete berücksichtigt die Ungewissheiten in den räumlichen Daten.

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 20

Ausschlussverfahren für StandortgebieteDie untenstehende Abbildung zeigt schematisch die Anwendung der Mindestanforderungen (a bis c) und der verschärften Anforderungen (d bis f)

-

-

-

150

200

150

200

b)a)

d)

f)e)

Innerhalb der weiter betrachteten geologisch- tektonischen Grossräume werden Verbreitungskarten für die bevorzugten Wirtgesteine erstellt. Die Karten zeigen, wo die bevorzugten Wirtgesteine in geeigneter Tiefenlage (minimal bzw. maximal zulässige Tiefe) liegen (hellgrün).

c)

Innerhalb der Verbreitungskarten werden diejenigen Teile ausgeschlossen, die zu wenig mächtig sind und die im Bereich regionaler Störungszonen (Sicherheitsabstand wird eingehalten) liegen. Anschliessend Prüfung der lateralen Ausdehnung der resultierenden Bereiche; zu kleine Bereiche werden ausgeschlossen.

Innerhalb der verbleibenden Bereiche werden diejenigen Teile ausgeschlossen, wo der Abstand zu übertieften Felsrinnen (durch glaziale Tiefenerosion gebildet) <200 m ist. Anschliessend Prüfung der lateralen Ausdehnung der resultierenden Bereiche; zu kleine Bereiche werden ausgeschlossen.

Innerhalb der verbleibenden Bereiche werden diejenigen Teile bevorzugt (dunkelgrün), wo die Wirtgesteine in grösserer Mächtigkeit vorliegen (Brauner Dogger >150 m; Effinger Schichten >200 m; Opalinuston: keine verschärfte Anforderung notwendig).

Innerhalb der verbleibenden Bereiche werden diejenigen Teile bevorzugt (dunkelgrün), wo die Wirtgesteine eine grössere Überdeckung haben (Brauner Dogger, Effinger Schichten, Rahmengesteine Opalinuston >300 m; für Opalinuston keine verschärfte Anforderung notwendig).

Innerhalb der verbleibenden Bereiche werden diejenigen Teile bevorzugt (dunkelgrün), wo der Abstand zu übertieften Felsrinnen grösser ist (>300 m für SMA bzw. >500 m für HAA) und die ausserhalb diffus gestörter Zonen liegen.

WirtgesteinTiefenbegrenzung Mächtigkeit kleiner 100 m

Regionale Störungszonen

Mächtigkeit Wirtg

estein

Übertiefte

Faltenjura

Alpenraum

Vorkommen

Diffus gestörte

ÜberdeckungWirtgestein

Übertiefte Felsrinnen

Felsrinnen

Zone

Verbreitung

Wirtgestein

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Arbeitsblatt 21

Warum gerade hier? Standortvorschläge für geologische Tiefenlager1) In welchem der drei vorgegebenen Grossräume kann man ein geologisches Tiefenlager für hochaktive Abfälle bauen? Begründung.

a) Alpen b) Westlicher Tafeljura c) Östlicher Tafeljura

2) Was ist ein Wirtgestein für ein geologisches Tiefenlager und welche Eigenschaften muss es haben? Begründung.

3) Entscheide anhand der drei abgebildeten Bohrkerne, wo man ein geologisches Tiefenlager für hochaktive Abfälle bauen könnte. Begründe deine Entscheidung.

a) b) c)

Kies

groberSand

feinerSand

Ton

0 m

100 m

Kalk-stein

Version 2014

Arbeitsblatt 21 Geologie – Grundlagen und Anwendung

4) Welche Anforderungen muss ein Wirtgestein für ein geologisches Tiefenlager für hochak­tive Abfälle erfüllen bezüglich:

a) Tiefenlage

b) Mächtigkeit (Dicke)

c) Ausdehnung (Fläche)

d) Störzonen

e) Langzeitstabilität

5) Lege anhand der Kriterien, die zur Auswahl von Standortgebieten angewandt wurden, auf der Karte das fiktive Gebiet fest, in dem ein geologisches Tiefenlager gebaut werden könnte. Begründe deine Eingrenzung.

VorkommenWirtgestein

Tiefenbegrenzung

maxim

ale

Tiefenlageminim

ale

Tiefenlage

Gebirge

ÜbertiefteFelsrinne150 m Fels-überdeckung

250 m Fels-überdeckung

Störung

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Lösungen 15

Arbeitsgeräte eines FeldgeologenZum Kartieren im Feld braucht ein Geologe ein paar einfache Hilfsmittel. Schau dir die Liste an und überlege dir, wozu die Hilfsmittel nötig und nützlich sind.

Feldbuch – zum Notieren von Koordinaten, Beobachtungen, Messungen; zum Zeichnen von Skizzen

Karte – zum Eintragen von Aufschlüssen, Orientierungen von Messungen

Bleistift – für alle Einträge (funktioniert auch bei feuchtem Wetter)

Farbstifte – jede Gesteinsschicht erhält auf der Karte ihre eigene Farbe

Kompass – zur Orientierung, zum Messen von Schichtung, Schieferung, Störungen

GPS/Höhenmeter – zum Bestimmen der Koordinaten bzw. der Höhe

Lupe – zum genauen Betrachten und Bestimmen von Mineralien

Hammer – zum Anschlagen eines Gesteines, um zur Bestimmung eine frische Bruchfläche zu haben; zur Probennahme

Filzstift – zum Beschriften von Gesteinsproben

10%ige Salzsäure – zum leichteren Identifizieren von kalkigen Gesteinen

Taschenmesser – zum Ritzen von Mineralien, um deren relative Härte zu bestimmen; (zum Picknick im Gelände)

Altes Zeitungspapier – zum Einwickeln von Gesteinsproben

Version 2014

Lösungen 16 Geologie – Grundlagen und Anwendung

Geologische Karten 1Von der Feldkarte zur geologischen Karte

Bevor in einem Projekt aufwendige und teure Untersuchungsmethoden eingesetzt werden, geht ein Geologe ins Feld und kartiert das Untersuchungsgebiet.Auf einer topografischen Karte werden dabei alle gefundenen Vorkommen von anstehenden, d.h. sichtbaren Gesteinen eingezeichnet. Der Geologe bestimmt das Gestein und notiert seine Beobachtungen in einem Feldbuch. Wenn vorhanden, misst er mit einem speziellen Kompass die Orientierung einer Schicht, Schieferung, Störung oder Gesteinsgrenze.

Beispiel für eine Feldkarte. Auf der Karte sind die Auf schlüsse (Vorkommen) von zwei verschiedenen Gesteinsarten kartiert. Der Rest des Untergrundes ist mit Wiese bedeckt und nicht direkt sichtbar.

Der Schritt von der Feldkarte zu einer geologischen Karte ist je nach Aufschlussverhältnis sehr schwierig und mit grossen Unsicherheiten behaftet. Hier werden Beobachtungen inter­pretiert, das heisst, der Kartenzeichner entscheidet über den unsichtbaren Verlauf der Gesteinsgrenzen unter der Wiese.

Die obige Abbildung zeigt die Problematik, die beim Erstellen von geologischen Querschnitten (Profilen) besteht. Aus den Verhältnissen an der Oberfläche lässt sich nicht zwingend auf den Verlauf einer Struktur im Untergrund schliessen. Hier sind zusätzliche Beob achtungen nötig. Beispiel: Im Feldbuch des Geologen steht, dass die graue Schicht mit 60 Grad nach Westen eintaucht.Welches Profil trifft demnach die Realität am besten? Profil 2

Feldkarte

N

Karte

Profil 1 Profil 2 Profil 3

Oberfläche

N

West Ost

? ? ?

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Lösungen 17

Geologische Karten 2Wir zeichnen ein geologisches ProfilEs gibt Gebiete auf der Erde, da liegen die Gesteinsschichten horizontal aufeinander. In solchen Fällen ist es einfach, ein geologisches Profil zu zeichnen.

Vervollständige die Topografie. Du brauchst dafür einen Massstab und ein Geodreieck.Zeichne anschliessend die horizontalen Schichten im Profil ein.

850

800

700600

500

500 550

800

A A‘

400

A A‘200

300

400

500

600

700

800

900

Version 2014

Lösungen 18 Geologie – Grundlagen und Anwendung

Interpretation von BohrprofilenDie Firma Steinbeisser hat in einem Gebiet vier Kernbohrungen abgeteuft. Hilf dem Geologen, die Interpretation um die Bohrprofile zu zeichnen, indem du die Schichten mit gleichem Gestein in den Bohrprofilen verbindest.

AB C D

KiesgroberSand

feinerSand Ton

In was für einem Gebiet wurde hier gebohrt? Flusslauf

Begründe deine Vermutung. Der feine Sand hört irgendwo zwischen Bohrung A und B auf und bildet eine Linse. Unterschiedliche Sedimentgesteine und linsenförmige Körper sind typisch für Flusssysteme.

Version 2014

Geologie – Grundlagen und Anwendung Lösungen 21

Warum gerade hier? Standortvorschläge für geologische Tiefenlager1) In welchem der drei vorgegebenen Grossräume kann man ein geologisches Tiefenlager für hochaktive Abfälle bauen? Begründung.

a) Alpen b) Westlicher Tafeljura c) Östlicher Tafeljura

c) Hier sind keine grossräumigen, geologischen Veränderungen zu erwarten innerhalb des Betrachtungszeitraumes.

a) Komplex verfaltet.

b) Eng mit Störungen durchsetzt.

2) Was ist ein Wirtgestein für ein geologisches Tiefenlager und welche Eigenschaften muss es haben? Begründung.

Das Wirtgestein ist jenes Gestein, in dem die Lagerstollen gebaut werden. Es muss wasserundurchlässig sein, möglichst homogen, mächtig genug, in der richtigen Tiefe liegen.

3) Entscheide anhand der drei abgebildeten Bohrkerne, wo man ein geologisches Tiefenlager für hochaktive Abfälle bauen könnte. Begründe deine Entscheidung.

b) Die Tonschicht ist mehr als 100 Meter mächtig und liegt in einer idealen Tiefe von etwa 600 bis 700 Meter.

a) Hier ist die Tonschicht zu dünn.

c) Die obere Tonschicht wäre zwar mächtig genug, liegt aber zu nahe an der Oberfläche. Die untere Tonschicht ist zu dünn.

a) b) c)

Kies

groberSand

feinerSand

Ton

0 m

100 m

Kalk-stein

Version 2014

Lösungen 21 Geologie – Grundlagen und Anwendung

4) Welche Anforderungen muss ein Wirtgestein für ein geologisches Tiefenlager für hochak­tive Abfälle erfüllen bezüglich:

a) Tiefenlage 400 bis 900 Meter

b) Mächtigkeit (Dicke) mindestens 100 Meter mächtig

c) Ausdehnung (Fläche) 6 Quadratkilometer; mindestens 1500 Meter breit

d) Störzonen Gestein möglichst ungestört; 200 Meter Abstand

e) Langzeitstabilität Betrachtungszeitraum beträgt 1 Million Jahre

5) Lege anhand der Kriterien, die zur Auswahl von Standortgebieten angewandt wurden, auf der Karte das fiktive Gebiet fest, in dem ein geologisches Tiefenlager gebaut werden könnte. Begründe deine Eingrenzung.

VorkommenWirtgestein

Tiefenbegrenzung

maxim

ale

Tiefenlageminim

ale

Tiefenlage

Gebirge

ÜbertiefteFelsrinne150 m Fels-überdeckung

250 m Fels-überdeckung

Störung

zu tief

zu wenigtief

zu klein

zu klein

Nicht im Gebirge. Vorkommen innerhalb der gewünschten Tiefenlage. Mindestens 200 Meter Felsüberdeckung über Rinnen. 200 Meter Abstand zu Störungen (weil kein Massstab gegeben ist, sollten Schüler einfach einen deutlichen Abstand zeichnen). Nach rechts wird das Standortgebiet von der maximalen Tiefenlage begrenzt (hier keinen Abstand einzeichnen). Die anderen beiden Gebiete innerhalb des Vorkommens sind zu klein.