高放废物黏土岩/泥岩地质处置库因格井坳陷有利地段筛选

为了在内蒙古巴音戈壁盆地因格井坳陷圈定我国高放废物黏土岩/泥岩地质处置库有利地段,从围岩的矿物组成特征、力学性能、导水性能及含水率对因格井坳陷巴音戈壁组上段上、下两层泥岩进行初步分析。结果表明:泥岩赋存深度和连续厚度符合选址标准,主要矿物百分比差异明显。上层泥岩主要矿物组分为方沸石、黏土矿物和碳酸盐矿物(主要为白云石及铁白云石),下层泥岩矿物组分则主要为碳酸盐矿物(主要为白云石及铁白云石)、方沸石和黏土矿物;单轴抗压强度方面,上层泥岩接近瑞士Opalinus黏土岩和法国Callovo-Oxfordian黏土岩,下层泥岩则远高于国外黏土岩;上、下层泥岩为极微透水岩体,含水率变化范围均低于国外黏土岩含水率变化范围。叠加坳陷钻孔连井剖面图、泥岩层顶底板等厚线等,最终在因格井坳陷圈定两处高放废物黏土岩/泥岩地质处置库有利地段,即有利地段Ⅰ(上层泥岩,泥岩赋存深度为300～550m)和有利地段Ⅱ(下层泥岩,泥岩赋存深度为400～800m)。

高放废物地质处置黏土岩处置库围岩研究现状

世界上很多国家都对处置库的可能围岩进行了详细研究。通过对比,认为花岗岩、黏土岩、岩盐比较适合作为处置库围岩,而黏土岩由于具有自封闭性、渗透率低等其他岩石类型不可比拟的优点,因而将黏土岩作为高放废物地质处置库围岩越来越受到各国的关注。文章同时介绍了瑞士、法国、比利时等国家在黏土岩中所进行的大量研究,均认为在黏土岩中处置高放废物和乏燃料是安全的。文章还对黏土岩处置库概念设计、黏土岩处置库围岩地下实验室研究,以及我国开展黏土岩处置库研究的意义等进行了综述。

高放废物处置库黏土围岩温度-渗流-应力耦合数值分析

深地质高放射性废物处置库运营过程中,围岩通常处在复杂的温度-渗流-应力多场共同影响的地质环境中,在温度-渗流-应力耦合作用下,合理地确定高放废物处置库硐室间距范围对处置库设计和长期安全稳定性评价尤为重要。基于国内外研究资料,针对塔木素预选区高放废物处置库黏土围岩,使用FLAC3D有限差分软件模拟计算了4种不同的硐室间距,并通过对围岩温度场、渗流场、应力场和变形场进行对比分析,对高放废物处置库硐室间距进行了优化。结果表明:在温度-渗流-应力三场耦合作用下,高放废物处置库黏土围岩相邻硐室间距最优设计值为10~12 m;当硐室间距小于10 m时,废物罐中心温度峰值超过了最高温度设计值100℃,当硐室间距大于12 m时,相邻硐室间的影响逐渐减弱,温度峰值逐渐趋近于单硐室。研究结果可为我国高放废物处置库黏土围岩硐室间距优化设计提供参考依据。

地应力对高放废物黏土岩地质处置库洞室群稳定性影响的数值模拟

世界上尚无建成投入使用的高放废物(指高水平放射性废物)地质处置库,世界各国的高放废物地质处置库仍是一种概念设计,总体设计思路基本是一致的,主要包括地面设施和地下设施设计两部分。目前主流的高放废物地质处置库地下设施的设计是以“井字形”巷道列阵的形式布置于地下,基于此类洞室群地下结构特征,以我国高放废物黏土岩地质处置库预选区(塔木素预选区)为工程地质背景,结合该预选区地应力场分布特征,针对比利时高放废物黏土岩地质处置库地下设施的概念设计模型,运用ABAQUS数值仿真软件对该高放废物黏土岩地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向与最大水平主应力的夹角在0°~90°变化条件下,洞室群周围围岩位移场、应力场和塑性区的分布规律进行了数值模拟研究。结果表明:塔木素预选区受水平、垂直应力作用的影响均较显著,初步认为该预选区地应力分布特征可能具有一定的层控性;为减小地应力对高放废物黏土岩地质处置库稳定性的影响,地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向应与地应力方向呈一定的角度;以比利时高放废物黏土岩地质处置库地下设施的概念设计为例,当地质处置库洞室群主巷道洞轴线方向与最大水平主应力夹角a为45°左右时,地质处置库洞室群的稳定性最好。我国目前尚未提出高放废物黏土岩地质处置库的概念设计模型,该研究可为我国高放废物黏土岩地质处置库的设计提供参考。

高放废物地质处置库粘土岩场址研究现状

高放废物地质处置库的围岩选择至关重要,粘土岩由于其自身的优点受到越来越多的关注。本文介绍了国际原子能机构(IAEA)、国际经济合作和发展组织(OECD/NEA)等国际组织关于高放废物选址的规范情况,在此基础上介绍了在粘土岩处置研究方面几个有代表性国家如瑞士、法国、比利时的高放废物处置库的选址情况,所选的粘土岩场址以及所选择的粘土岩的特性研究情况。希望可以为我国高放废物粘土岩场址的选择提供借鉴。

论高放废物地质处置库围岩

介绍了各国高放废物处置库的围岩类型,讨论了花岗岩、黏土岩、塑性黏土、凝灰岩和岩盐的基本特征及其工程特性。综合对比了各类围岩的有利条件和不足。研究表明,以花岗岩和黏土岩为围岩的处置库均能满足长期安全要求。针对中国花岗岩、黏土岩、凝灰岩、岩盐和黄土的分布特点,提出中国宜选择花岗岩为主攻方向,同时也可探讨选择产状平缓、厚度稳定的黏土岩的可行性。

高放废物处置库中COx黏土岩回填材料压缩特性研究

高放废物处置库中回填材料需要预先压缩到一定密实度,其压缩特性对处置库的设计和安全性有重要影响。目前,粉碎后的Callovo-Oxfodian(COx)黏土岩(法国)被考虑为可选的回填材料之一。通过开展一维压缩试验,研究2种不同粉碎工艺下获得的粗/细COx土样的压缩特性,结果表明:压缩曲线受粒度成分的影响非常明显,为获得同等压实度,细粒土所需的压实功能较粗粒土高,除此之外,细粒土的压缩指数也高于粗粒土,表现出较强的压缩性;随着土样压实密度的增加,粗/细土样的压缩曲线逐渐靠拢,粒度成分对压实功能影响逐渐减弱;土样卸荷时回弹指数随干密度的增加而增加,受粒度成分的影响不明显;高压实(ρd=2.0g/cm3)粗粒土样在7MPa的轴向应力下饱和时,体积发生明显的塌陷现象,饱和后土样的压缩指数小于饱和前,而回弹指数则较饱和前高。

高放废物地质处置处置库选址规范的研究现状

随着核能事业的迅速发展,怎样对高放废物进行安全有效的处理和处置,已成为一个重大安全和环保的问题。经过长期的探索和论证,目前世界各有核国家普遍接受的方案是基于多重屏障系统的深地质处置。深部地质处置关键环节之一就是如何对处置库进行选址,国际组织和各有核国家对选址都给予了高度重视,美国、法国等发达国家投入了大量的资金与人力资源开展高放废物地质处置开发研究,并建立了一系列的选址规范。文章除了总结了国际原子、美国、欧洲等一些有核国家和国际机构的选址规范情况外,还指出了我国过去在处置库选址方面所考虑和需要解决的主要问题。

内蒙古塔木素高放废物地质处置库三维地质建模研究

内蒙古塔木素地区是我国高放废物粘土岩处置库选址的重点研究区域,三维地质模型可直观、立体的展示地下深部结构空间的分布形态,是一种有效的场址评价手段。为确保地质模型的可靠性,融合了已有的地质平面图、12条浅层地震剖面,对塔木素地区进行三维地质建模研究。依据塔木素地区三维地质模型刻画的粘土岩目标层位、断裂构造空间分布特征,结合我国高放废物地质处置库选址标准,在预选地段东南处圈定了一处高放废物地质处置库的优选区域。

高放废物处置库北山预选区岩体筛选定量研究

以北山预选岩体的地学数据集成为基础、GIS技术为支撑,开展预选区众多岩体筛选特征分析,针对预选区岩体规模、形态与完整性开展定性及定量研究,为北山预选区岩体筛选和评价提供方法与依据。

基于损伤预测的粘土围岩深地质处置库硐距分析

粘土岩作为我国高放废物深地质处置库建设的预选围岩类型之一,其地下处置库硐距的优化对处置库的设计施工及核素迁移安全具有重大意义。本文基于塔木素粘土岩高放废物深地质处置预选地区天然地应力现场测量及室内岩石力学试验结果,采用弹性力学柯西问题理论分析与有限差分数值模拟相结合的方法,对处置库硐室开挖过程形成的损伤区范围进行预测。通过对比单硐与双硐开挖时不同硐室间距下开挖所形成的损伤区影响范围,来进行处置库硐距的优化,通过对比不同硐距下开挖损伤区的变化,分析当前应力水平下,硐室开挖后重分布应力随与中间岩柱中心点距离的变化趋势。结果表明,d=8~10 m是粘土围岩高放废物处置库的合理的硐距,此时开挖后的相邻硐室间损伤区没有产生明显交圈效应,当硐距大于10 m后,相邻硐室间的影响将逐渐减小,接近单硐开挖情况。该方案可为粘土岩预选区建造高放废物处置库提供参考依据。

高放废物粘土岩处置库塔木素预选地段调查研究

为推动中国高放废物地质处置研发和为将来处置库岩性比选提供基础,“十二五”粘土岩处置库区域调查和地段筛选,确认塔木素预选地段地质条件稳点,存在埋深适中、连续厚度大、分布面积广的粘土岩(泥岩)层位。地段泥岩为“白云石方沸石泥岩”,主要矿物方沸石和粘土岩矿物对放射性核素具有较强的吸附能力。从地质、社会经济和建造工程条件、泥岩性能方面初步评价研究可知,塔木素预选地段非常适宜作为高放废物地质处置库场址预选地段。

粘土岩处置库陇东预选区社会经济条件调查研究

对陇东地区进行社会经济条件调查,得出陇东地区内有庆阳市和平凉市两大城市,以2013年统计数据为准,庆阳市和平凉市平均人口密度分别为97人/平方千米和219人/平方千米,均高于甘肃省平均人口密度(61人/平方千米);陇东地区生产总值达947.29亿元,占甘肃省生产总值的15.11%,属经济发达地区;且陇东地区含有丰富的煤炭和石油资源;可以得知陇东地区区域人口密度高,经济发达,资源丰富。从社会经济条件分析,陇东地区不适合作为中国高放废物粘土岩地质处置库预选区。

巴音戈壁盆地塔木素地区黏土岩地质特征研究

黏土岩是高放废物地质处置库重要的候选围岩之一。通过野外地质勘查,查明塔木素地区黏土岩产状平缓、分布广泛、沉积环境稳定。采用薄片鉴定、X射线衍射及扫描电镜分析等方法,研究了该地区黏土岩的岩石学和矿物学等特征,结果表明,岩石具泥质结构、致密块状构造,黏土矿物主要为高岭石、伊利石等。研究初步认为该地区黏土岩基本满足高放废物地质处置库围岩的要求。

黏土岩水力耦合特性试验研究

对于高放废物地质处置工程,地质屏障系统是放射性有害物质进入环境的最后一道屏障,也是一条重要防线。黏土岩由于其低渗透性、渗透损伤自修复以及较强的吸附能力等特性,被认为是一种合理的高放废物处置地质屏障。结合比利时正开展的黏土岩高放废物地质处置相关研究课题,通过一系列室内试验研究黏土岩的水力耦合机制及长期蠕变特性。三轴压缩试验表明,黏土岩压缩强度、超孔隙水压力与围压正相关。渗透试验表明,黏土岩渗透性呈现显著的各向异性特征,围压增大使黏土岩渗透性显著降低。蠕变试验表明,黏土岩蠕变变形、蠕变变形速率与载荷密切相关,即:载荷越大,黏土岩蠕变变形越显著,蠕变变形速率达到稳定所需的时间越长,且相应的稳态蠕变速率越大;根据应力阈值和等时曲线法初步确定该黏土岩长期强度在1.0~1.2 MPa。研究结果将为我国未来黏土岩高放废物处置库的选址和安全性评估提供重要科学依据。

塔木素黏土岩蠕变特性试验与理论研究

以我国高放废物处置库预选区——塔木素黏土岩为主要研究对象,以前期国内外高放废物地质处置库黏土岩场址评价方相关工作为基础,对复杂条件下塔木素黏土岩的时效响应特征开展系统的试验与理论研究工作。蠕变试验表明:相同围压作用下,偏压与塔木素黏土岩蠕变变形呈现正相关;蠕变过程中黏土岩弹性模量呈先增大后减小的趋势;黏土岩蠕变变形是强化作用与结构劣化共同作用的结果。根据塔木素黏土岩蠕变变形特点,引入蠕变硬化变量和蠕变损伤变量,结合Perzyna过应力理论构建蠕变屈服面和蠕变势函数,建立塔木素黏土岩蠕变本构模型;基于大型软件平台ABAQUS,编写UMAT子程序,对理论模型进行数值实现及验证。本文全面系统地揭示高放废物处置环境下塔木素黏土岩蠕变变形规律及变形机制,为我国黏土岩高放废物地质处置库的安全性、可行性及适宜性评价提供重要理论依据,研究工作对我国核工业的发展和长期安全具有重要的实用价值。

高速岩体反射地震探测中的数据采集与处理

为了调查内蒙古阿拉善某高放废物地质处置库预选场址中目标花岗岩体的空间展布、内部结构和边界接触关系,应用人工反射地震探测技术,采集数据并进行处理,获得了针对大型高速岩体的近地表速度剖面和地震反射波法成像剖面。针对崎岖地表工区近地表速度建模与层析静校正、强散射干扰波压制等问题,引进基于MSFM射线追踪算法的初至波旅行时层析反演与层析静校正技术、改进的矢量分解压噪方法等,并在常规高分辨反射地震数据处理流程的基础上形成了适合于高速岩体地震探测的精细数据处理流程。

新书介绍

《金:矿床的历史与成因》 1987年加拿大出版了一本在当前看来比较完整、全面的金矿专著,书名为《金:矿床的历史与成因》(Gold: History and Genesis of Deposits)。该书是由加拿大地质调查局的R.W.Boyle主编,由经济地质学家协会和经济地质基础协会资助出版的。全书除导言外,共有18章,每一章又分为许多节。