高放废物地质处置库围岩特性研究

【摘要】：粘土岩(泥岩)作为高放废物地质处置库的重点候选围岩,在国际上已经被越来越多的专家学者关注。本文在前人对我国高放废物地质处置库粘土岩场址筛选与评价做了大量研究工作的基础上,以内蒙古塔木素预选区巴音戈壁组上段上层泥岩为研究对象,通过野外地质调查和钻孔取样,基于高放废物地质处置库围岩的视角,从物质组成、岩石学、岩石地球化学、岩石力学等方面对巴音戈壁组上段上层泥岩的特性进行了研究。主要研究内容和结论如下:(1)塔木素预选区构造环境稳定,地质条件相对简单且活动构造不发育。巴音戈壁组上段上层泥岩分布广泛,面积大于200km~2;产状平缓,倾角小于6°;连续厚度大,最大连续厚度可达150m;固结程度高、均一性好。该岩层以灰色、灰黑色块状泥岩为主,夹少量粉砂质泥岩,水平层理较为发育,为早白垩系的深湖相沉积。(2)根据X射线衍射(XRD)分析结果可知塔木素预巴音戈壁组上段上层泥岩的主要矿物组成为:方沸石、白云石、伊利石、钠长石、绿泥石、蒙脱石、石英、方解石等。且方沸石、粘土矿物对核素具有很强的吸附作用,可以有效吸附核素,阻止核素的迁移。(3)通过粘土矿物特征分析和扫描电镜(SEM)微观形貌特征分析可知区内粘土矿物源来自陆源碎屑和自生粘土矿物两种,通过粘土矿物含量分析可知其分布受源区的影响显著,湖盆中部的泥岩因为远离物源区,其泥岩中的粘土矿物含量相对较高;但粘土矿物含量与泥岩赋存深度无明显的相关性。(4)通过对塔木素巴音戈壁组上段上层泥岩的主量元素含量分析发现与北美页岩相近;通过稀土元素配分模式可知其属于较为典型的壳源沉积;结合K_2O/Na_2O、Cr/Zr、Th/U等元素分析探究其古气候与沉积环境;并对其物源与源岩构造进行判别。(5)巴音戈壁组上段上层泥岩的含水率低,平均含水率为6.75%;孔隙度小,均值为8.19%;渗透率低,气体渗透率达10~(-17)~10~(-16),液体渗透率更是低至10~(-20);岩层裂隙不发育且内部结构致密;作为高放废物地质处置库围岩,这些特性使泥岩可以有效阻滞核素的迁移。(6)巴音戈壁组上段上层泥岩的岩石力学性能良好,其单轴抗压在45KN,三轴抗压在97KN,相关性能及参数明显优于国外高放处置库粘土岩围岩;作为高放废物地质处置库围岩其工程建造条件优越。