4.2.3.1 Ausschlusskriterium aktive Störungszonen – tektonische Störungszonen

Der Begriff Störung beschreibt in der Geologie eine diskrete Fläche oder Zone, an der die ursprüngliche Lagerung eines Gesteinskörpers durchtrennt wird und die angrenzenden Gesteine relativ zueinander versetzt werden (Fossen 2011). Das Auftreten von geologischen Störungen ist als mechanische Reaktion auf das vorherrschende Spannungsregime im Untergrund zu verstehen. Deren Ursache sind mechanische Kräfte wie Extension (Zugkraft), Kompression (Druckkraft) und Scherung, welche durch plattentektonische Prozesse verursacht werden und durch Bewegungen entlang von geologischen Störungen in Form von Abschiebungen, Aufschiebungen oder als Seitenverschiebung abgebaut werden (Abbildung 9). Die Orientierung des Spannungsfeldes, entscheidet somit zum einen über den Bewegungssinn einer Störung (z. B. Abschiebung oder Aufschiebung). Zum anderen können an bereits bestehenden Störungen nur Bewegungen stattfinden, wenn deren räumliche Lage im Untergrund zur Orientierung des vorherrschenden Spannungsfeldes passt.

Abbildung 9: Schematische Darstellung der Hauptverwerfungsarten (Reuther 2012)

Die räumliche Dimension von geologischen Störungen erstreckt sich über viele Maßstäbe und reicht vom Millimeterbereich, z. B. einem Versatz zwischen Kristallkörnern, bis hin zu Störungszonen, deren Versatz viele Kilometer betragen kann. Allgemein gilt, dass die Länge einer Störung mit deren Versatzbetrag zunimmt (Kim & Sanderson 2005; Torabi & Berg 2011). Zudem bilden Störungen bei größeren Versatzbeträgen einen Bereich mit zerrüttetem Gestein aus, der als Zerrüttungszone bezeichnet wird und sich beidseitig der Störungsfläche befindet (Faulkner et al. 2010; Fossen 2011; Choi et al. 2016). In diesem Fall wird der Störungskern samt der Zerrüttungszone als Störungszone bezeichnet.

Auch wenn sich in der geologischen Fachliteratur keine definierte Abgrenzung zwischen geologischer Störung und Störungszone etabliert hat, besteht jedoch ein Unterschied darin, dass Störungszonen grundsätzlich mit der Ausbildung von Zerrüttungszonen um den Störungskern einhergehen. Dies setzt einen Mindestbetrag an Bewegung entlang der Störungszone voraus und deutet so auf den regionalen bzw. überregionalen Charakter einer Störungszone im Vergleich zu dem eher lokalen Charakter einer geologischen Störung hin. In diesem Sinne ist auch die Formulierung in § 22 Abs. 2 Nr. 2 StandAG zu verstehen. Demnach geht es bei der Anwendung des Ausschlusskriteriums „aktive Störungszonen“ um tektonisch bedingte Verwerfungen mit deutlichem Gesteinsversatz sowie ausgedehnten Zerrüttungszonen.

Die tektonische Entwicklung der letzten 66 Millionen Jahre in Deutschland kann vereinfacht in zwei Phasen erhöhter tektonischer Aktivität zusammengefasst werden, was mit der Änderung der vorherrschenden Hauptspannungsrichtung von NordSüd nach NordwestSüdost zusammenhängen (Reicherter et al. 2008). Die erste Phase findet während des späten Eozän und frühen Miozän statt (vgl. Abbildung 10). In diesem Zeitraum entsteht das zentraleuropäische Grabensystem (u. a. Rhone Graben und Oberrheingraben) durch eine OstWest gerichtete Dehnung sowie die Absenkung des Molassebeckens in Folge der nordwärts Bewegung der alpinen Deformationsfront (Dèzes et al. 2004; Reinecker et al. 2010). Die zweite Phase beginnt im späten Miozän mit dem Einsetzen der heutzutage vorherrschenden NordwestSüdost gerichteten Hauptspannungsrichtung. Durch diese Änderung der Hauptspannungsrichtung, wird an den NordwestSüdost verlaufenden Störungszonen der Niederrheinischen Bucht, die Hauptabsenkungsphase zur Bildung des geologischen Senkungsgebietes im Westen Nordrhein-Westfalens initiiert (Knufinke & Kothen 1997).

Abbildung 10: Schematische Darstellung der Erdgeschichte Deutschlands hinsichtlich bedeutender tektonischer Strukturen und die zeitliche Einordnung des Rupel

Im Zuge der Datenabfrage hat die BGE hat bei den Bundes- und Landesbehörden Daten zu aktiven Störungszonen abgefragt. Neben den Koordinaten der Störungszonen, hat die BGE auch Angaben zu deren Aktivitätszeitraum, zur Raumlage der Störungsflächen, den Versatzbeträgen sowie den Namen der Störungszonen bei den Behörden abgefragt. Bei den durch die Bundes- und Landesbehörden übermittelten Daten handelt es sich größtenteils um digitale geologische und tektonische Karten. Diese beinhaltenen Informationen zu Störungszonen, die in Form von Störungsspuren den Verlauf von Störungszonen an der Erdoberfläche nachzeichnen. Des Weiteren wurden Informationen zu aktiven Störungszonen übermittelt, welche aus wissenschaftlichen Studien, Dissertationen und Projektberichten mit Blick auf die wirtschaftliche Nutzung des tieferen Untergrunds, z. B. für die Geothermie oder Kohlenstoffdioxid (CO2)Speicherung, stammen. Datensätze, die Informationen zur Raumlage von Störungszonen enthalten, sind in der Regel nicht durch die Bundes- und Landesbehörden übermittelt worden.

Im ersten Schritt wurden die Inhalte der Datensätze gesichtet und bewertet, ob die Datensätze Informationen mitführen, die eine zeitliche Eingrenzung der Störungsaktivität zulassen. Derartige Informationen gehen allerdings aus einem Großteil der Datensätze nicht hervor, da solche Angaben den Bundes- und Landesbehörden häufig nicht vorliegen. So konnte die BGE Vorschläge zur Aktivität von Störungsspuren innerhalb der letzten 34 Millionen Jahre bei ca. 1,6 % der Störungsspuren entweder aus dem Datensatz selbst ableiten oder erhielt dazu Hinweise aus den jeweiligen Begleitschreiben der Datenlieferungen.

Zusätzlich zur Auswertung der Datensätze mit Störungszonen, die seitens der Bundes- und Landesbehörden als aktiv eingeschätzt wurden, ist die Methode zur Anwendung dieses Ausschlusskriteriums um zwei weitere Punkte ergänzt worden, sodass die Anwendungsmethode auf drei methodischen Ansätzen basiert:

1. Bewertung der übermittelten Vorschläge seitens der staatlichen geologischen Dienste zur Aktivitätseinschätzung von Störungszonen

2. Identifizierung von Störungszonen, die Gesteinseinheiten mit einem Maximalalter von 34 Millionen Jahre versetzen

3. Abgrenzung von tektonisch aktiven Großstrukturen

Die seitens der Bundes- und Landesbehörden als aktiv eingeschätzt Störungszonen sind von der BGE hinsichtlich ihrer fachlichen Plausibilität überprüft und mit dem Kenntnisstand aus der wissenschaftlichen Literatur abgeglichen worden. Informationen zu Störungszonen, deren Aktivität während der letzten 34 Millionen Jahre als nicht gesichert erscheinen (z. B. wenn im Hinweis der Behörden die Aktivität von Störungszonen vermutet wird aber nicht nachgewiesen werden kann), werden nicht für die Ermittlung von ausgeschlossenen Gebieten genutzt. Weiterhin wurden die Einschätzungen als plausibel bewertet, wenn die BGE durch die unter Punkt 2) und Punkt 3) genannten Anwendungsmethoden zu demselben Ergebnis kommt.

Mit der Identifizierung von Störungszonen, die Gesteinseinheiten mit einem Maximalalter von 34 Millionen Jahren versetzen, verfolgt die BGE das Ziel, aktive Störungszonen auf Basis einer bundesweit einheitlichen Datengrundlage zu identifizieren. Dies ermöglicht die eher regional oder bundeslandbezogenen Datensätze zu ergänzen. Als Datengrundlage dient daher die Geologische Übersichtskarte Deutschlands im Maßstab 1 : 250 000 (BGR 2019).

Ein weiteres Vorgehen umfasst die Ausweisung aktiver Störungszonen in tektonisch aktiven Großstrukturen. Unter dem Begriff tektonisch aktive Großstruktur versteht die BGE tektonische Strukturen, wie z. B. geologische Grabensysteme in Deutschland, die nachweislich während der letzten 34 Millionen Jahre aktiv waren. Innerhalb dieser Strukturen ist in besonderem Maße mit dem Auftreten zahlreicher aktiver Störungszonen zu rechnen. Die in der untersetzenden Unterlage BGE (2020cb) definierten tektonischen Großstrukturen sind nicht als ausgeschlossene Gebiete zu verstehen, sondern vielmehr als Argumentationsgrundlage und Hilfsmittel zur Ausweisung aktiver Störungszonen in Deutschland. In tektonisch aktive Großstrukturen, wie z. B. dem Oberrheingraben, sind von der BGE zum Teil 3DModelle aus wissenschaftlichen Projekten verwendet worden. Dieses Vorgehen ermöglicht auch die Erfassung von Störungszonen, welche aufgrund von Sedimentüberdeckung an der Oberfläche teils nicht in geologischen Karten verzeichnet sind.

Bei Datensätzen, welche sich auf ein Bundesland beschränken, werden mögliche Inkonsistenzen an den Bundeslandgrenzen hinsichtlich des Störungsverlaufs und deren Aktivitätszuweisung beachtet. In seltenen Fällen endet eine aktive Störungszone an einer Bundeslandgrenze. In diesem Fall wird deren Aktivität auf die im benachbarten Bundesland weiterverlaufende Störungszone übertragen.

Mit Hilfe dieser umfassenden Anwendungsmethode, ermittelt die BGE ausgeschlossene Gebiete für aktive Störungszonen unter Berücksichtigung des beidseitigen Sicherheitsabstandes von 1 000 m (vgl. BT‑Drs. 18/11398, S. 68). Im Zuge der Ermittlung von Teilgebieten nach § 13 StandAG finden keine Einzelfallprüfungen der jeweiligen Störungszonen hinsichtlich des Versatzbetrags oder der Breite der Zerrüttungszonen statt. Ausgeschlossene Gebiete ergeben sich aus dem pauschalen Sicherheitsabstand um die als aktiv klassifizierte Störungszone. Diese werden von der Geländeoberkante vertikal in alle endlagerrelevanten Tiefen projiziert. Sind Angaben zur Raumlage der Störungsfläche vorhanden, wird der Sicherheitsabstand parallel zur geneigten Störungsfläche angelegt. Um diese dreidimensionale Information auf einer Karte ausweisen zu können, wird das sich ergebende Volumen entlang der Störungsfläche vertikal an die Erdoberfläche projiziert und in Abbildung 11 als „projizierte ausgeschlossene Gebiete“ dargestellt.

Eine methodische Abweichung ergibt sich für Störungszonen, die sich im Deckgebirge von Salzstrukturen (z. B. Salzwälle und Salzdiapire) befinden. Da sich Scheitelstörungen auf das Deckgebirge von Salzstrukturen beschränken, bleibt die Barrierewirksamkeit einer Salzstruktur damit erhalten (Stück et al. 2020). Für den betroffenen Bereich im Deckgebirge einer Salzstruktur gilt das Ausschlusskriterium als erfüllt, wenn die Störungszonen innerhalb der letzten 34 Millionen Jahre aktiv waren und dass Top der Salzstruktur 300 m unterhalb der Geländeoberkante liegt. Es werden somit keine ausgeschlossenen Gebiete ermittelt, die komplett oberhalb der Minimalteufe des ewG, von 300 m unterhalb der Geländeoberkante, liegen.

Beim Auftreten von flach lagernden Salzvorkommen erfolgt die Anwendung des Ausschlusskriteriums analog zu Gebieten ohne Salzvorkommen. Dies begründet sich aus Beobachtungen aus dem Salzbergbau, wo Störungszonen im angrenzenden Gebirge auch zu ausgeprägten, teilweise bruchmechanischen Deformationen im Salz selbst geführt haben (Herbert & Schwandt 2007). Störungszonen des angrenzenden Gebirges können somit zu Wasserwegsamkeiten in den karbonatischen und sulfatischen Gesteinen des Salinars führen und Salzlösungszutritte begünstigen (Herbert & Schwandt 2007).

Im Ergebnis der Anwendung des Ausschlusskriteriums „aktive Störungszonen“ ergeben sich die in Abbildung 11 dargestellten ausgeschlossenen Gebiete. Von den ca. 600 000 Störungssegmenten, welche die BGE im Rahmen der Datenabfragen erhalten und ausgewertet hat, konnten bei 46 338 Störungssegmenten Bewegungen in den letzten 34 Millionen Jahren identifiziert werden. Die in Abbildung 11 dargestellten ausgeschlossenen Gebiete entsprechen dem projizierten Ausschlussvolumen an die Erdoberfläche. Dabei wird farblich zwischen ausgeschlossenen Gebieten unterschieden, denen entweder vertikale Ausschlussvolumen zugrunde liegen (dunkelblau) und solchen Ausschlussvolumen, die aufgrund geneigter Störungsflächen (hellblau) an die Erdoberfläche projiziert wurden.

Abbildung 11: Ausgeschlossene Gebiete durch die Anwendung des Ausschlusskriteriums „Aktive Storungszonen - tektonische Storungszonen“