Krustales Spannungsfeld der Schweiz

Der rezente in situ Spannungszustand der Erdkruste ist eine wichtige Feldgrösse, um das Reaktivierungspotential von tektonischen Störungen und somit auch die künftige strukturelle Entwicklung einer Region über längere Zeiträume zu prognostizieren. Im Rahmen eines Projektes der NAGRA (www.nagra.ch) zur Standortsuche eine Endlagers für radioaktiven Abfall wurden ausgehend von der World Stress Map Datenbank 2008 für die Schweiz und angrenzende Gebiete die Datensätze der Orientierung der grössten horizontalen Spannung SH kritisch überprüft, aktualisiert und mit neuen Datensätzen ergänzt. Darüber hinaus enthält die revidierte, in sich konsistente Datenbasis 101 neue Datensätze. In Bezug auf die geologischen Tiefenlager sind insbesondere die 15 neuen Datensätze aus 11 Bohrungen aus Tiefen bis 2,5 km von grosser Bedeutung. Insgesamt sind in der Schweiz und den angrenzenden Gebieten nun 563 Datensätze verfügbar von denen 287 eine zuverlässige Datenqualität haben (Abb. 1).


 

Das Spannungsmuster der Schweiz zeigt einen langwelligen Trend mit einer über das gesamte Untersuchungsgebiet gemittelten S_H Orientierung von 155°. Nordöstlich des Bodensees ist S_H N-S orientiert und rotiert entlang der alpinen Front von Ost nach West graduell um etwa 40° zu einer WNW-OSO Orientierung in der Westschweiz. S_H steht im Wesentlichen senkrecht zum Streichen der Alpen bzw. parallel zur Richtung der Plattenkonvergenz Adria - Eurasien und zum Gradienten der Moho. Hauptbeiträge des rezenten Spannungsfeldes sind die Topographie der Alpen und der Moho (laterale Dichtekontraste) und zu einem geringeren Anteil die anhaltende Plattenkonvergenz. Diese Hauptbeiträge bestimmen massgeblich das Spannungsmuster in der Nordschweiz. Die Orientierung von S_H steht annähernd senkrecht zu den Randstörungen des Nordschweizer Permokarbontroges und wirkt somit einer Reaktivierung als Abschiebung oder Blattverschiebung entgegen. Im Gegensatz dazu ist S_H in Bezug auf die herzynischen und rheinischen Störungen im Mittel mit ~30° bzw. ~50° orientiert. In den oberen 7-8 km findet man vorwiegend Blattverschiebungsregime, während in grösseren Tiefen überwiegend Abschiebungsregime vorkommt. Daten mit Abschiebungsregime zeigen eine grössere Häufigkeit im Dinkelbergblock und in der Region des Bodensee-Hegau Graben.
Der grossräumige Trend des Spannungsmusters als auch die mittlere S_H Orientierung sind weitgehend unabhängig davon, ob man sich auf eine Subdatenbasis aus dem Grundgebirge oder dem Deckgebirge beschränkt. Man erkennt in den Mittelwerten geringe Unterschiede von 10-15°, die jedoch statistisch nicht signifikant sind, da die Standardabweichung der S_H Mittelwerte je nach Datenbasis 20-25° beträgt. Lediglich in den drei Bohrungen BS1/OT2 bei Basel, Sonnengarten GTB1 bei Zürich und Herdern 1 lässt sich eine Rotation der S_H Orientierung mit der Tiefe nachweisen. Als mögliche Entkopplungshorizonte kommen der salinar ausgebildete mittlere Muschelkalk und der Gipskeuper in Frage. In den anderen Bohrungen ist jedoch keine ausgeprägte Rotation mit der Tiefe belegt, was auf eine wirksame mechanische Kopplung hinweist. Bei einer mechanischen Entkopplung würden lokale Spannungsquellen einen grösseren Einfluss erhalten, so dass eine höhere Variabilität der S_H Orientierungen zu erwarten wäre. Insgesamt kann aber die Frage nach einem möglichen Entkopplungshorizont, der das Spannungsmuster heute signifikant beeinflusst nicht beantwortet werden. Die Interpretation, dass die Daten eher für eine heute wirksame mechanische Kopplung sprechen, ist spekulativ. Derzeit werden nochmal acht Bohrungen in der Nordschweiz neu untersucht, um die Datenqualität zu erhöhen.