Brenner Basis Tunnel und Zulaufstrecken Internationales

Brenner Basis Tunnel und Zulaufstrecken
Internationales Symposium 1. + 2. März 2007
Brenner-Basistunnel: die geologische Durchquerung von Nord- und Südalpen
Rainer Brandner, Franz Reiter & Andreas Töchterle
Institut für Geologie & Paläontologie, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, Innrain 52, A-6020
Innsbruck
Der geplante Brenner-Basistunnel führt geographisch durch den zentralen Bereich der
Ostalpen, geologisch hingegen durch das empor gewölbte Zentrum der Kollisionszone der
europäischen und adriatischen Kontinentalplatten, die in Form mehrerer übereinander
gestapelter Decken vorliegt. Dieser Deckenstapel wurde infolge des Eindringens des
Südalpen-Indenters im Bereich des heutigen Tauernfensters antiformal emporgepreßt. Die
Durchquerung dieser Struktur gewährt einen Einblick in die tektonisch tiefsten
Krustenabschnitte der Ostalpen. Das Innerste des Tauernfensters wird aus dem
hochgepressten Südrand des europäischen Kontinents (=Venediger Deckensystem, SubPenninikum) gebildet. Nach außen folgen metamorphe Gesteine ozeanischen Ursprungs
(=Glockner Deckenkomplex, Penninikum). Der Rahmen des Tauernfensters wird von
Gesteinen des adriatischen Kontinentalrands (=Ostalpin) gebildet. In der Mélangezone der
Matreier- und Tauernnordrandzone befindet sich die tektonische Mischzone der
Gesteinsformationen der Kontinent-Ozean-Übergangszone. Metamorphose und die Art der
Deformationen deuten auf Subduktion mit entsprechender Versenkung (ca. 35 km) und
folgender Kollision mit nordgerichteter Vergenz in einem Akkretionskeil hin. Die heutigen
tektonischen Einheiten sind Krustenfragmente, die von der subduzierenden Lithosphäre
abgelöst wurden und nun in Form eines akkredierten Deckenstapels vorliegen. Am Top des
Akkretionskeils finden sich am Tauernnordrand Anklänge an eine Flyschentwicklung mit
Turbiditen und Olistolithen.
Im postkollisionalen Stadium dringt im Jungtertiär der rigide Südalpen-Indenter (“adriatic
indenter”) in die plastisch deformierbaren Nordalpen ein und verursacht die Emporwölbung
des Tauernfensters samt tektonischer Exhumation und Denudation. Dabei entstehen die
wichtigen, großen Störungszonen wie das Periadriatische Lineament an der NordalpenSüdalpengrenze, die Brennerabschiebung sowie das Inntalstörungssystem. Die genannten
Störungszonen stehen kinematisch im Zusammenhang und ermöglichen sowohl die heute
noch andauernde Hebung des Tauernfensters als auch die Längung dieses
Krustensegmentes in Ost- Westrichtung. Teile der Störungen sind in geringem Ausmaß auch
heute noch seismisch aktiv (Neotektonik). An das Periadriatische Lineament grenzen im S
die Südalpen an, die im Gegensatz zu den Nordalpen nicht in den Subduktionsprozess
involviert waren. Ihnen fehlt daher die alpine metamorphe Überprägung. Jegliche
Deformation seit dem Abkühlen der Kruste nach der variszischen Orogenese, bzw. nach
dem Eindringen des Brixner Granits vor ca. 270 Ma erfolgte daher im spröden Regime.
Im Bereich des näheren Projektraumes sind die folgenden tektonischen Großeinheiten
anzutreffen, die im geologischen Längenschnitt dargestellt sind. Von N nach S aufgezählt
sind dies: (1) Innsbrucker Quarzphyllitdecke: unterostalpine Teildecke der ostalpinen
Grundgebirgsdecken, (2) Tarntaler Zone: Mischzone kontinentaler und ozeanischer
Gesteinsformationen des Ultrapenninikums, (3) Penninikum (=Glockner Deckenkomplex):
wird rein deskriptiv auch als “Obere Schieferhülle” bezeichnet und enthält den bekannten
Gesteinskonplex der Bündner Schiefer, (4) Subpenninikum (=Venediger Deckenkomplex):
Dazu werden die Gesteinseinheiten des “Alten Dachs”, des “Zentralgneises” und der
“Unteren Schieferhülle” gerechnet, (5) Penninikum: wie oben, (6) Oberostalpin mit
polymetamorphem kristallinem Grundgebirge und darauf lagerndem Permomesozoikum
(“Maulser Trias”) und oligozäne Intrusionsgesteine des Rensen-Granodiorits/Tonalits. Die
Maulser Tonalitlamelle verläuft entlang dem Periadriatischen Lineament, (7) Südalpin mit
dem Grundgebirge des Brixner Quarzphyllits und dem Intrusionskomplex des permischen
Brixner Granits.
Abstracts Vorträge
Seite 1 von 27
02.01.2007
Brenner Basis Tunnel und Zulaufstrecken
Internationales Symposium 1. + 2. März 2007
Die Abgrenzung dieser Großeinheiten erscheint hier klar und einfach, ist aber im Detail
mitunter schwierig und nicht ganz eindeutig. Der Grund dafür liegt einerseits in der engen,
z.T. isoklinalen Verfaltung der Deckengrenzen selbst, andererseits aber auch in der
althergebrachten Vermischung der paläogeographischen und der tektonischen Bedeutungen
der Begriffe. Wir haben uns nun hier dazu entschlossen den Schweizer Kollegen zu folgen,
und für die strukturellen Einheiten, die tektonisch unter dem Penninikum liegen den
wertfreien Begriff “Subpenninikum” zu verwenden (Schmid et al., 2004). Damit wäre der
hochgeschuppte Südrand des europäischen Kontinents (Basement und Permomesozoische
Sedimenthülle = p. p. Untere Schieferhülle) gemeint. Der Nachweis der Verfaltung der
Deckengrenzen glückte erst mit der Erkenntnis der oftmaligen Einschaltung metamorpher
Karbonate und Evaporite der Trias in Keuper-Fazies, auf deren geotechnische Bedeutung
gesondert eingegangen wird.
Abstracts Vorträge
Seite 2 von 27
02.01.2007
Brenner Basis Tunnel und Zulaufstrecken
Internationales Symposium 1. + 2. März 2007
Hydrogeological characterisation and water inflows forecasts for the Brenner
Basistunnel
Paolo Perello1, Ulrich Burger2, Riccardo Torri1 & Mattia Marini1
1
- SEA Consulting s.r.l., Via Cernaia 27, 10121 – Torino (Italy)
2
– BBT Galleria di Base del Brennero/Brenner Basistunnel SE
The hydrogeological characterisation and analysis have been performed for the risk
assessment of the ground water resources and for the quantification of the inflows to the
tunnel.
Hydrogeological characterisation has been extended over an area of 800 Km2 around the
tunnel axis. This area has been subdivided in hydrogeological complexes, i.e. in rock mass
units with: i) similar lithological and fracturation properties and ii) hydraulic permeability
values confined in a relatively narrow range. The hydrogeological complexes have been
defined according to surface geology data, borehole cores analysis and borehole hydraulic
testing and logging. Due to the complicate geological setting, 14 different hydrogeological
complexes have been defined and characterised in the project area. Faults and chemical
(pseudo-karstic) dissolution zones superimpose the pattern of hydrogeological complexes,
often originating important high permeability channels.
Chemical, isotopical and physical data of time series for more than 700 springs and 40
boreholes have been used to obtain information about the water circulation paths and
relative permanence times. Coupling this data with the hydrogeological complexes
framework, a clear conceptual hydrogeological model has been produced and a number of
shallow and deep flow systems have been defined as well as their mutual hydrodynamic
equilibriums.
Springs drawdown risk analysis has been performed by mean of the so-called DHI method
which uses a global interaction matrix in order to evaluate the influence of the tunnel
drainage. The method provides four risk classes aiming at the definition of different alert
procedures.
As far as water inflows into the tunnel are concerned, three types of information have been
produced: i) transient inflows calculated by mean of analytical functions (pilot tunnel and first
tube of the main tunnel); ii) cumulated transient water discharge at the portals (pilot tunnel);
iii) steady inflows evaluated by mean of the analysis of case histories from already excavated
tunnels in comparable geological contexts. The forecasted water discharge in steady state at
the portals and in conditions of full tunnel system completed and draining (two tubes of the
main tunnel + pilot tunnel + adit tunnels) will be presented.
Abstracts Vorträge
Seite 3 von 27
02.01.2007