塔里木盆地与北山地区高放废物处置地质环境安全性对比分析

参照地震发生频率、地块稳定特性等地质环境因素,结合水中的同位素及水化学特征分析,对塔里木盆地东部地区的核试验场地与北山地区作为高放废物处置场的预选址的安全性与合理性加以对比论述。研究结果显示,北山地区30 km以下的下地壳中存在着高导低速层,附近地区历史上曾发生过多次大地震,是一个相对不稳定地块。北山的地下水经分析并非是最初认定的“古水”,也不是来自当地降水,而是祁连山的降水通过深大断裂带补给的,北山附近的花海地区自流井的流量就达到了106 m3/a。北山地区的深层地下水为淡水,径流速度较快,下游为生态与环境的重点保护区额济纳盆地,因此会不利于将其作为高放废物处置场的选址。相比较而言,塔里木盆地东部地区历史上从未发生过较大的地震,地壳层中不存在高导低速层,同位素数据显示其地下水主要来自当地的降雨和河流的入渗补给,地下水中总溶解固体随着深度的增加而增加,地下水的循环周期较长,地下径流的最终排泄区是罗布泊荒漠戈壁地区,而且塔里木盆地东部军事禁区存在面积超过3 000 km2的花岗岩。因此在已经受到污染的核试验地区修建永久性处置高放废物要比北山地区更为安全,即使未来发生最不利的污染等事件也可以将对环境与生态的破坏降到最低。     

高放废物地质处置野马泉预选场地 地下水同位素分析

 野马泉地区是我国高放废物处置库的重要预选区之一,大面积分布的花岗岩是良好的处置库围岩。为认识研究区的水文地质条件,从水文地质角度评价其作为高放废物处置库场地的适宜性,开展同位素水文地质调查工作。野外调查和氢、氧稳定同位素分析结果表明,研究区浅部和深部地下水均源自大气降水补给,浅部地下水主要由现代和区内降水补给形成,而深部地下水则可能由区域降水补给形成。此外,地下水的氚含量数据表明,浅部地下水系统相对开启,水循环交替能力较强。      

北山花岗岩裂隙地下水循环属性试验研究

 中国高放核废物预选场址位于甘肃省北山花岗岩体中。北山3号试验钻孔(BS03)位于旧井地段，地处区域性地下水系统的径流区。该钻孔是专门为场址评价而开凿的。首次采用钻孔双栓塞水文地质试验系统由该钻孔采集到分别来自144.00～156.77，208.00～238.00，430.51～445.72 m这3个层段的代表性地下水样。稳定同位素(d 2H，d18O)测试分别采用铬还原和CO2平衡法制备并且在MAT253质谱上测试。结果表明，地下水补给为本地降水，与前人关于祁连山补给的观点不同。氚采用蒸馏与电解富集流程(20倍)制备并且在QUANTLUS1220上测试。氟利昂(CFCs)采用带德国制富集装置的气相色谱测试。结果表明，3个层段地下水样品中均不含1951年以来人工热核试验带来的氚或1940年以来人类工业化带来的氟利昂，属于年龄在60 a以上的老水。     

中国北方典型盆地降水与地下水氢氧同位素组成特征

在系统收集整理中国北方六大典型盆地降水与地下水氢氧同位素资料基础上,依据同位素形成演化相似性原理,对比分析同位素组成及其关系方程得出:受大陆效应的影响,从东部河北平原到西部塔里木盆地其大气降水方程的斜率和截距大多逐渐增大;河北平原等六大盆地平原浅层地下水的蒸发强度逐渐增大;与全球大气降水方程(δD=8.2δ18O 10.8)相比,六大盆地平原的大气降水方程斜率、截距均偏小或斜率偏小,反映出这几大盆地和平原为干旱、半干旱地区降水量小、蒸发强的特点。     

中国高放废物深地质处置

介绍了中国高放废物地质处置计划的背景、初步技术战略和长远规划。中国的高放废物地质处置研究始于1985年，计划于21世纪中叶建成国家高放废物处置库。位于我国西北片肃省的北山地区被选为最有远景的处置库预选区。1999-2004期问，在该区开展了初步的场址特性评价研究，包括地表地质、水文地质和地球物理调查、4口钻孔（北山1#，2#，3#及矿孔）的施丁及钻孔现场试验，并获得了大量成果。在缓冲回填材料、放射性核素迁移以及天然类比等方面也取得了进展。     

晋陕峡谷地区岩溶地下水的同位素及水化学分析

本文研究采用同位素和水化学分析的方法对本地区 2个泉域即天桥和柳林泉域的地下水系统进行分析。研究发现 :(1)天桥泉域北部大部分地区岩溶地下水主要接受了大气降水的补给 ,同时在局部地区也接受了地表水的补给 ;天桥泉域南部岩溶地下水接受了不同高程的大气降水的补给 ,迳流较为活跃。 (2 )柳林泉域岩溶水系统存在浅部和深部 2个子系统 ,来自这 2个系统的地下水互相混合 ,形成了排泄区较为复杂的地下水化学类型     

甘肃北山旧井地段高放废物处置库深度初步探讨

 在对高放废物地下深地质处置库深度确定基本要求的概述基础上，结合甘肃北山旧井地段的地质特征、水文地质特征、岩石力学特征、地应力场特征等方面的情况，分析初始地应力场和二次开挖地应力，对开挖稳定性和发生岩爆的可能性进行计算和预测。研究结果表明，研究区岩体较完整，深度大于400 m时地下水补给匮乏且为还原环境，岩石单轴抗压强度较高，总体质量较好；深度小于700 m地应力为一般应力场，二次开挖稳定性分析和岩爆分析结果表明在此范围内岩爆发生的可能性不大，依据处置库深度确定的基本要求，初步认为旧井地段处置库的设计深度和地下工程布局应在400～700 m范围内进行。     

滇东黔西地下水氢氧同位素特征

通过大气降雨氢氧同位素进行分析,得出了滇东黔西的大气降水线为δ(D)=7.848δ(⁽¹⁸⁾O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ(18)O)+11.00,地下水氢氧同位素组成落在滇东黔西大气降雨线附近,说明研究区地下水是由大气降雨补给。从贵州中部向西云南昆明,地下水中越来越贫重同位素,显示夏季滇东黔西地区大气自东向西运移的特点。研究区自东向西地下水中氧漂移越来越明显,说明自黔西到滇东水岩作用越来越强烈。研究区氘过量系数d为9.9,显示了滇东黔西地区不平衡蒸发强烈。滇东黔西地区地下水出露高程和δ⁽¹⁸⁾O值的关系为δ(18)O值的关系为δ⁽¹⁸⁾O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ(18)O(‰)=-0.00259H-5.657,地下水出露高程与δD值得关系为δD(‰)=-0.0236H-31.08。即在滇东黔西地区海拔每上升100m,地下水中δ⁽¹⁸⁾O值下降0.259‰,δD值下降2.36‰。     

涟水高沟地区承压地下水可更新性研究

为合理开发利用和保护地下水资源，评价区域地下水可更新性成为当前首要解决的问题。本文从定性和定量两个角度进行分析研究，首先从区域水文地质条件与地下水水动力等方面，进行地下水系统划分及特征研究，分析含水层空间结构及补径排条件；其次在收集利用以往测试资料基础上，通过现场采样分析，开展不同水体环境同位素特征研究；最后利用水均衡法计算地下水可更新能力指标。研究结果表明：涟水高沟地区承压水具备地下水补给通道，主要接受上游山区侧向径流补给，且在开发利用过程中不会引发地面沉降等环境地质问题；地下水水龄2万年左右，水循环更新周期上千年，可认为其具有一定的更新能力，不属于难以更新的地下水；同时，地下水的合理开发利用有助于加快地下水循环速率，进一步提高地下水更新能力。     

新疆和静县诺尔湖铁矿矿床水文地质特征

根据和静县诺尔湖铁矿地下水类型、含水岩组等区域水文地质特征,研究构造破碎带和地表水对铁矿安全开采的影响,结果表明:研究区地下水类型主要包括现代洪积砂砾层中的孔隙潜水、坡积碎石层中的孔隙潜水、冰碛砾石层中的孔隙潜水、基岩风化带裂隙网状水以及基岩裂隙脉状水等五种类型;区内地下水的补给来源主要是大气降水和冰雪融水,通过季节性溪流和渗入基岩风化裂隙两种方式径流和排泄;基岩破碎带和裂隙发育带的存在,为基岩充水提供了有利空间。     

High-level radioactive waste disposal in China: update 2010

For geological disposal of high-level radioactive waste (HLW), the Chinese policy is that the spent nuclear fuel (SNF) should be reprocessed first, followed by vitrification and final disposal. The preliminary repository concept is a shaft-tunnel model, located in saturated zones in granite, while the final waste form for disposal is vitrified high-level radioactive waste. In 2006, the government published a long-term research and development (RD) plan for geological disposal of high-level radioactive waste. The program consists of three steps: (1) laboratory studies and site selection for a HLW repository (2006–2020); (2) underground in-situ tests (2021–2040); and (3) repository construction (2041–2050) followed by operation. With the support of China Atomic Energy Authority, comprehensive studies are underway and some progresses are made. The site characterization, including deep borehole drilling, has been performed at the most potential Beishan site in Gansu Province, Northwestern China. The data from geological and hydrogeological investigations, in-situ stress and permeability measurements of rock mass are presented in this paper. Engineered barrier studies are concentrated on the Gaomiaozi bentonite. A mock-up facility, which is used to study the thermo-hydro-mechano-chemical (THMC) properties of the bentonite, is under construction. Several projects on mechanical properties of Beishan granite are also underway. The key scientific challenges faced with HLW disposal are also discussed.     

高压实高庙子膨润土GMZ01的膨胀力特征

 高放废物深地质处置中，缓冲/回填材料系统起着工程屏障、水力学屏障、化学屏障、传导和散失放射性废物衰变热等重要作用，是高放废物地质处置库长期安全性和稳定性的有效保障。前人研究表明，膨润土是理想的缓冲/回填材料。在归纳总结压实膨润土膨胀力的室内试验研究成果的基础上，采用恒体积试验法研究高压实高庙子膨润土GMZ01的膨胀力特性，该膨润土已经被确定为我国高放废物地质处置库首选缓冲材料。结果表明，高压实高庙子膨润土GMZ01膨胀力随时间的变化曲线是一条渐近线，而时间/膨胀力与时间之间存在很好的线性关系；膨胀力发展过程曲线与吸水量曲线具有明显的阶段性特征；高压实高庙子膨润土的膨胀力和干密度之间存在指数关系，干密度是影响膨胀力的一项重要的因素。所取得的膨胀力特性成果，对于高庙子膨润土膨胀性能的正确判定具有非常重要的意义。     

高放废物处置中的THM耦合理论及分析

 高放废物处置研究是非常重要和必要的，其处置形式的选择是处置安全的重要因素之一，相应处置结构的物理力学特性研究是决定高放废物处置形式的重要依据。在介绍高放废物处置形式的基础上，提出高放废物处置的相关研究课题，紧接着阐述高放废物处置中THM耦合理论，膨润土的土水特征曲线不仅相关于外部施加应力、蒸汽压力、水压力，而且也相关于温度；在考虑气体在压力作用下的传播、气体在水中的溶解和气体的凝固等影响下，建立气体和液体中的水量守恒方程；在考虑敏感热流和潜热流影响下，建立能量守恒方程；将所有的方程写成有限元和有限差分计算格式；最后编制一维计算程序。计算结果对在花岗岩体中决定高放废物储存洞室之间间距具有借鉴作用。     

综合钻孔测量技术在导水构造 水文地质特征评价中的应用

 导水构造水文地质特征评价是高放废物地质处置系统场址选取和评价研究的重要任务。钻孔雷达测量可以提供断裂构造在岩体中横向的延展特征。钻孔声波电视测量可以获得钻孔孔壁360°连续图像。从这些图像上可以解译出岩性特征、结构面的走向和相互关系等信息。多参数水化学测井直接获得深部环境地下水水化学数据和垂向变化特征。双栓塞压水试验技术可以分段测量钻孔揭露岩体的渗透参数。任何单一的钻孔测量技术都不能准确、完整地描述导水构造的特征。综合钻孔测量技术将单一的钻孔测量技术有机结合起来,综合分析所获得的数据,既发挥综合效应,各类数据又可以相互验证,提高数据的可靠性。将综合钻孔测量技术应用于高放废物地质处置系统场址预选和评价研究中,以甘肃北山预选区3#(BS03)钻孔为例,建立导水构造的水文地质特征模型。     

高放废物深地质处置及其研究概况

简要介绍了高放废物深地质处置的概念及其关键技术问题、高放废物工程屏障及其研究概况、高放废物处置库的选址因素及选址过程、处置库的主要岩石力学问题与候选主岩、地下实验室核素迁移示踪研究概况，最后，简要介绍了美、法、俄、韩、中等国在高放废物处置方面的研究计划与进展。     

高放废物地质处置及其若干关键科学问题

如何安全处置高水平放射性废物是科学、技术和工程界所面临的挑战性问题。在介绍国内外最新研究进展的基础上，重点讨论高放废物地质处置的若干关键科学问题：处置库场址地质演化的精确预测、深部地质环境特征、多场耦合条件下（中（高）温、地壳应力、水力作用、化学作用、生物作用和辐射作用等）深部岩体、地下水和工程材料的行为、低浓度超铀放射性核素的地球化学行为与随地下水迁移行为及处置系统的安全评价。同时，介绍了国外若干重大科研项目和若干研究热点问题。