Methodische Bewertung der Integrität der geologischen Barriere für EndlagerWydanie 1

Abbildungsverzeichnis xi

Tabellenverzeichnis xv

0 Zusammenfassung 1

1 Einführung 2

1.1 Vorbemerkung 2

1.2 Zweck / Anwendungsbereich 3

1.3 Integritätsnachweis – regulativer Rahmen 4

2 Geologische Rahmenbedingungen 7

2.1 Wirtsgestein / Gesteinsformationen / Teilgebiete 7

2.1.1 Wirtsgestein Steinsalz 7

2.1.2 Wirtsgestein Tongestein 9

2.1.3 Wirtsgestein Kristallingestein 10

2.2 Geologisches Modell 11

2.3 Anforderungen an das geologische Modell 12

3 Einschluss- und Endlagerkonzepte 14

3.1 ewG-Konzept / Sicherer Einschluss 14

3.2 Mindestanforderungen Barrieregestein 15

3.3 Endlagerkonzepte 16

3.3.1 Grundgedanken 16

3.3.2 Endlagerkonzepte für Steinsalz 18

3.3.2.1 Endlager in steil stehenden Salzformationen 20

3.3.2.2 Endlager in flach lagernden Salzformationen 21

3.3.3 Endlagerkonzepte für Tongestein 22

3.3.4 Endlagerkonzepte für Kristallingestein 23

3.4 Standsicherheit von Hohlräumen 25

4 Einwirkungen und Szenarienanalysen 27

4.1 Einführung 27

4.2 Einwirkungen und Schädigungsprozesse 27

4.2.1 Geogener Ausgangszustand 27

4.2.1 Geomechanisch induzierte Einwirkungen und Schädigung 28

4.2.2 Bergbau- und betriebstechnisch induzierte Einwirkungen 29

4.2.3 Thermisch-mechanisch induzierte Einwirkungen 30

4.2.4 Fluiddruck-induzierte Einwirkungen 31

4.3 Ableitung von Lastfällen – Szenarienanalyse 32

5 Kriterien für die Integritätsbewertung 35

5.1 Vorbemerkung – Physikalisches Prozessverständnis 35

5.2 Kriterien 37

5.2.1 Dilatanzkriterium 37

5.2.1.1 Hintergrund 37

5.2.2 Fluiddruck- oder Minimalspannungskriterium 41

5.2.2.1 Hintergrund 41

5.2.3 Temperaturkriterium 44

5.2.3.1 Hintergrund 44

5.2.3.2 Anwendung / Relevanz 45

5.2.4 Advektionskriterium 45

5.2.4.1 Hintergrund 45

5.2.4.2 Anwendungsbereich / Relevanz 46

6 Geotechnische Eigenschaften der Wirtsgesteine 48

6.1 Vorbemerkungen 48

6.2 Vorgehensweise Homogenbereichsausweisung 49

6.3 Datenbasis Salzgesteine 49

6.3.1 Vorbemerkung 49

6.3.2 Referenzdatensätze: Steinsalz – Flache / Steile Lagerung 50

6.4 Datenbasis Tongestein 53

6.4.1 Vorbemerkung 53

6.4.2 Referenzdatensätze 54

6.5 Datenbasis Kristallingestein 58

6.5.1 Vorbemerkung 58

6.5.2 Referenzdatensätze 59

7 Gebirgsmechanisches Nachweis- und Prognosemodell 60

7.1 Ziele und Anforderungen 60

7.2 Konzeptuelles Vorgehen 61

7.3 Numerische Modellierung 65

7.3.1 Simplifizierung der realen Verhältnisse 65

7.3.2 Modellierungskonzept / Teilmodelle 65

7.3.3 Gekoppelte Prozesse 67

7.4 Stoffmodelle 71

7.4.1 Einführung 71

7.4.2 Steinsalz 72

7.4.3 Tongesteine 74

7.4.4 Kristallingestein 76

7.5 Auswertung der Berechnungen 78

7.6 Sensitivitätsanalysen 78

8 Bewertung der Integrität der geologischen Barriere 79

8.1 Vorbemerkung 79

8.2 Anforderungen an den sicheren Einschluss 80

8.3 Konsequenzen einer Integritätsverletzung 81

8.3.1 Konsequenzen einer Verletzung des Dilatanzkriteriums 81

8.3.2 Konsequenzen einer Verletzung des Fluiddruckkriteriums 82

8.3.3 Konsequenzen einer Verletzung des Temperaturkriteriums 82

8.3.4 Advektionskriterium 83

Anhang A Beispiele zu Integritätsanalysen für Salzgestein in flacher Lagerung und Tongestein 85

A. 1 Vorgehensweise Integritätsnachweis 85

A. 2 Salzgesteine: „Flache Lagerung – Salzkissen“ 85

A.2. 1 Referenzmodell – Geologische Situation / Einlagerungskonzept 86

A.. 2 Vorgehensweise Integritätsanalyse 87

A.2. 3 Berechnungsergebnisse 87

A.2. 4 Zusammenfassung / Bewertung der Barriereintegrität 90

A. 3 Tongesteine mit hoher Mächtigkeit 91

A.3. 1 Geologisches Modell 91

A.3. 2 Modellierungskonzept 92

A.. 3 Ergebnisse 93

A.3.3. 1 Thermisch 93

A.3.3. 2 Hydraulisch 93

A 3 Mechanisch 93

A.3.3. 4 Indikator Dilatanz 97

A.3.3. 5 Indikator Fluiddruck 97

A.3.3. 6 Indikator Temperatur 99

A.3.3. 7 Indikator Advektion 99

A.3.3. 8 Diskussion der Ergebnisse 101

Literatur 105

Abkürzungen 113

Abkürzungen Forschungsvorhaben 115