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高放废物地质处置库塔木素泥岩预选地段地质特征与初步适宜性评价研究

向龙  
【摘要】:高放射性废物实施深地质处置是当前公认的,最有效、可行的处置方法,深地质处置库选址是一项系统的、复杂工程。当前我国粘土岩地质处置库场址筛选正处于规划选址阶段,内蒙古塔木素泥岩预选区显示出巨大潜力。为推进粘土岩处置库选址进程,在塔木素泥岩预选区推荐预选地段,亟需系统开展预选地段演化特征、目的层成因等基础地质条件研究,并对预选地段作为处置库场址的适宜性开展综合评价。为此,本文以层序地层学、沉积学、地球化学、现代数学方法等为理论指导,首先在塔木素泥岩预选区推荐重点预选地段,再对预选地段目的层开展岩石学特征及成因等基础性研究,最后结合粘土岩处置库场址筛选准则及国外有益经验,初步构建预选地段作为处置库的适宜性评价体系并进行初步综合评价。主要研究认识和结论如下:预选区目的层可分为一个非对称长期旋回,具有湖盆扩张至高位体系域特征,体现出湖盆扩张到缩小的退积-进积过程。包括三个中期旋回为MSC1,MSC2和MSC3。预选区目的层发育扇三角洲和湖相沉积体系。MSC1时期,以半深湖-深湖沉积环境为主,发育厚层深灰色泥岩,以块状为主,偶见水平层理。MSC2时期,河流作用增强,沉积物供给量增加,扇三角洲前缘发育,湖盆面积缩小。MSC3时期,受到后期区域地壳抬升作用,湖盆面积继续缩小,发育浅湖至扇三角洲平原亚相。目的层由底到顶具有深湖-半深湖-扇三角洲-浅湖的相变特征,突显出目的层在该沉积时期内沉积水体逐步变深而后逐渐变浅的退积(湖进)至进积(湖退)沉积过程。预选区目的层湖盆演化经历了拉分裂陷时期、稳定的发展时期和抬升填充三个时期。湖盆长轴方向为北东-南西方向,在盆缘扇三角洲相呈对称性分布,相带差异明显,具有典型的箕状盆地特征。基于目的层层序沉积相分析,依据粘土岩处置库地质条件选址准则的目标层连续厚度、地下延展宽度、埋深等条件可在塔木素预选区推荐两处预选地段,即预选地段Ⅰ和预选地段Ⅱ,面积分别约220km~2和约245km~2。预选地段目的层主要发育灰色、深灰色泥岩,中间岩性段发育少量砂岩,以长石砂岩为主。泥岩全岩物质组分为方沸石,白云石(铁白云石),钠长石等,含有少量粘土矿物(主要为伊利石);同时也见石膏、赤铁矿、黄铁矿等。泥岩粘土矿物主要为伊利石和蒙脱石,含有少量绿泥石。目的层泥岩源区的构造环境主要为大陆岛弧和主动大陆边缘,母岩以上地壳长英质岩石为主。泥岩以泥质结构为主,具有典型的热水沉积特征构造,见网脉状、“雪花状”、纹层状及同生变形构造。属于干旱偏还原沉积环境下半咸湖-咸湖低温“白烟型”热水沉积岩。目的层构造演化特征指示了盆地内隆起、坳陷的分布格局严格受阿尔金断裂带及其分支断裂的控制,持续活动的同沉积断层及基底断裂为白云化流体(富Mg~(2+)流体)提供了运移通道。泥岩预选地段适宜性综合评价表明,塔木素泥岩预选地段在未来自然条件、社会经济和人文条件方面以及环境保护方面适宜作为处置库预选地段;层析分析(AHP)-模糊判定模型认为塔木素泥岩预选地段适宜性得分为89.3805,属于优秀等级。上述研究成果不仅对塔木素泥岩预选地段基础地质条件进行了分析,还有助于推进我国粘土岩处置库场址筛选工作,为场址筛选提供决策依据。


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