Sands - Single Grain Age Distribution in Thermochronological Samples
Das Verständnis langfristiger Exhumierungsraten ist für viele geologische Anwendungen von großer Bedeutung, z. B. für das Verständnis der Entstehung und des Zerfalls von Gebirgszügen und für die Bewertung geologischer Gefahren im Zusammenhang mit Erosionsereignissen. Eine wichtige Anwendung ist die Gewährleistung der langfristigen Sicherheit von Endlagerstätten für radioaktive Abfälle.
Wir verwenden die Apatit-Helium-Thermochronologie, um die langfristigen Exhumierungsraten im nördlichen Schweizer Molassebecken abzuschätzen, wo sich die potentiellen Standorte für das Schweizer Atommüll-Endlager befinden. Die 1370 m tiefe Erkundungsbohrung Bülach-1, die kürzlich von der Schweizerischen Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (NAGRA) durchgeführt wurde, bot die Möglichkeit für umfangreiche Probenahmen. Die Bohrung reicht von Molasseablagerungen des Miozän über den potenziellen Zielhorizont für die nukleare Entsorgung (den jurassischen Opalinuston) bis hin zu den darunterliegenden triassischen Buntsandstein- und permischen Rotliegend-Einheiten.
Bei der Apatit-Helium-Thermochronologie werden in der Regel drei bis fünf Körner pro Probenahme-Intervall verwendet, aus denen ein Durchschnittsalter berechnet werden kann. In Sedimentbecken ist dieser Ansatz möglicherweise nicht geeignet, da in einer Probe mehrere Altersgruppen von Einzelkörnern vorhanden sein können. Mit einer geringen Anzahl von Körnern können diese verschiedenen Populationen nicht erkannt werden.
Wir verwenden 45 Körner aus den obersten 500 Metern des Bohrlochs (Molasse) und mehr als 60 Körner aus den untersten Sequenzen (Buntsandstein und Rotliegend). Diese Datenmenge ermöglicht es uns, die verschiedenen Populationen statistisch zu trennen und separate Zeit-Temperatur-Modelle zu berechnen, mit dem Ziel, die Magnitude und Zeitspanne der Exhumierung in diesem Gebiet einzugrenzen. Um den Ursprung der verschiedenen Einzelkorn-Alterspopulationen besser zu verstehen, untersuchen wir das sedimentäre System der Molasse-Sequenzen mit Hilfe von seismischen 3-D-Daten sowie Oberflächen- und Bohrlochdaten.
Als unabhängiges Maß für die Exhumierung analysieren wir die Stylolite der karbonatischen Abfolgen des Bohrlochs. Durch die Beschreibung ihrer Geometrie mit hoher Auflösung und in 3-D bestimmen wir die Abhängigkeiten zwischen der Geometrie der Stylolite und der Tiefe der Stylolitbildung. Dies kann mit Hilfe der Selbstähnlichkeit der Strukturen und der statistischen Analyse von Parametern wie Wellenlänge und Amplitude der Stylolite realisiert werden.
Der Rohdatenbericht für Bülach-1 ist auf der Homepage der NAGRA verfügbar:
https://www.nagra.ch/en/cat/publikationen/arbeitsberichte-nabs/nabs-2020-e/downloadcentre.htm