高放废物处置库甘肃北山预选区综合水文地质研究

在野外水文地质调查基础上,开展了北山地区地下水系统特征、岩体渗透性能、地下水动态、水文地球化学、地下水同位素、地下水CFC以及地下水流场模拟等综合性水文地质研究。依据大量资料的科学分析,综合论述了研究区水文地质条件、地下水循环交替特征、地下水化学特征和动力学特征,并对北山地区作为高放废物处置库场址预选区的适宜性进行了评价。通过这些工作,不仅为我国高放废物地质处置库选址建立了系统的水文地质研究和评价方法,也为在该区筛选最适宜的高放废物处置库场址提供了重要的水文地质依据。     

高放废物处置库甘肃北山预选区水文地质特征方法学研究

总结了 1996年至 2000年开展的甘肃北山地区区域水文地质调查研究成果。研究中从北山地区水文地质、水文地球化学、地下水同位素、腐殖酸调查入手,重点评价了研究区的含水介质特征、水文地球化学及地下水同位素特征。在大量资料综合分析的基础上,综合论述了研究区分区水文地质条件、地下水循环交替特征、地下水动力学和化学特征,并通过地下水流动状态的计算机模拟,水文地球化学以及水-岩-核废物间相互作用的计算机模拟,首次综合评价了北山地区作为我国高放废物处置库场址的可行性。研究成果全面、深刻展示了北山地区弱含水、低渗透、低流速的水文地质特征及偏碱性、高矿化的地下水化学特征,为在该区预选最适宜的高放废物处置库场址提供了评价依据。     

GMS软件在二连盆地赛汉高毕地区古河道砂岩型铀矿床水文地质条件研究中的应用

应用目前最流行的地下水动力模拟软件之一GMS,以二连盆地赛汉高毕地区为研究区建立地下水数值模型。通过建立地层模型、流场正向示踪、流场反向示踪等,得出了流经矿体地下水的补-径-排条件等信息,认为地下水数值模拟在古河道砂岩型铀矿床成矿水文地质条件研究中具有良好的应用前景。     

板状砂岩型铀矿床形成期间地下水流的定量模式(数据计算及部分结果)

板伏砂岩型铀矿床构成了美国最大的铀矿资源类型。地下水流的性质和方向一直是有关该类矿床最主要的争论点。本文给出了圣胡安盆地上侏罗统莫里森组Westwater谷段和Jackpile砂岩段铀成矿期区域地下水流的定量模拟。从1 600个钻孔、100个实测剖面和古地形再造的资料中得到了每一岩层的厚度和砂、泥比,从而给出了4层岩层有限差分模式的输入项。地形斜坡、湖滨线的位置及湖水和孔隙流体的密度差控制了地下水流的方向和补给排泄区。对于铀矿床形成来说,最重要的结论就是区域地下水流通过盆地排泄。排泄区主要沿湖滨线或干盐湖的边缘分布,绝大多数水流受重力驱功。     

地下核试验近场水热运移数值模拟

根据内华达核试验场的一次地下核试验CHESHIRE的核爆破坏区情况和围岩水文地质信息,采用FEFLOW程序对试验的近场空间区域进行水热运移数值模拟,计算了空腔内熔岩玻璃体的温度下降曲线,计算结果与CHESHIRE现场温度测量结果相符。模拟结果表明,熔岩玻璃体的降温近似服从指数衰减规律,地下水对流散热是影响熔岩玻璃体降温的主要因素。     

地下水不同流态的同位素示踪探测分析

同位素示踪测井技术是研究地下水运动的有效手段。注入测井的同位素示踪剂会随着测井内水流运动,因此不同流态测井内示踪剂的分布亦不同。由放射性强度随深度变化关系可确定示踪剂在测井内的浓度分布,从而了解测井内水流的运动状态。结合工程实际测量数据,分别分析了层流、紊流及单孔中既有层流又有紊流情况下测井内放射性强度分布特点,给出了流速的计算公式;同时介绍了在混合流时区分层流段和紊流段的方法。对比分析了误判地下水流态带来的流速计算误差,指出正确把握地下水流态是非常重要的。最后总结了利用同位素测井技术解决工程实际问题时需要注意的问题,以及不同水文地质条件下合适的测量方法。     

我国高放废物地质处置研究

文章提出我国高放废物地质处置拟采用处置库选址和场址评价-特定场址地下实验室-处置库“三步曲”式技术路线。计划目标是于2030∽2040年前后建成我国的高放废物地质处置库。处置对象是玻璃固化块、超铀废物和部分乏燃料，处置库为竖井-坑道型，候选围岩为花岗岩，位于饱和带中。已初步选定甘肃北山地区为重点预选区。该区地处戈壁，地壳稳定，人烟稀少，地质条件和水文地质条件有利。现已试验获取预选区大量深部地质环境参数。确定使用膨润土作为处置库的回填材料，已获得一批放射性核素在花岗岩和膨润土中的吸附、扩散数据，建立了模拟处置库温度、压力和氧化还原条件的实验装置。高放废物地质处置场址评价、放射性核素地球化学行为、回填材料研究和环境评价研究正在深入进行，并与国际原子能机构等进行了卓有成效的合作。     

中国高放废物地质处置21世纪进展

21世纪近20年，我国高放废物深地质处置进入了一稳步发展的新阶段，在法律法规、技术标准、战略规划、选址和场址评价、工程屏障研究、处置库和地下实验室概念设计、核素迁移和安全评价研究等方面取得了显著进展。其主要亮点包括颁布了《中华人民共和国放射性污染防治法》和《中华人民共和国核安全法》，制定了《高放废物地质处置研究开发规划指南》，颁布了《高放废物地质处置设施选址》核安全导则，确定了2020年前开工建设地下实验室、2050年建成高放废物处置库的目标，甘肃北山预选区被确定为我国高放废物地质处置库首选预选区，建立了场址评价方法技术体系，确定了内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料，建立了我国首台缓冲回填材料热 水-力-化学耦合条件下特性研究大型实验台架（China-Mock-Up），获得了一批关键放射性核素的迁移行为数据，开展了初步的安全评价，完成了地下实验室安全技术研究。确定甘肃北山的新场为我国高放废物地质处置地下实验室的场址。2019年5月6日，国家国防科工局批复中国北山高放废物地质处置地下实验室工程建设立项建议书，标志着我国高放废物地质处置正式进入地下实验室阶段。这一系列工作进展和取得的成绩为我国2020年开工建设地下实验室、掌握高放废物地质处置技术奠定了坚实的基础。     

基于MODFLOW对某区域地下水污染的数值模拟及评价

基于MODFLOW软件平台,应用SRTM3 DEM数据和GIS软件,建立研究区饱和带水流运动及核素迁移数值模型,对关注核素3H和90 Sr在地下水中的迁移趋势和环境影响进行预测评价.结果表明:3H迁移扩散较快且浓度不会很快降低至可忽略水平,可造成下游远场地下水污染;90Sr迁移扩散相对较慢,污染范围仅在污染源外围200 m左右.     

板状砂岩型铀矿床形成期间地下水流的定量模式(计算结果及主要结论)

板状砂岩型铀矿是美国最大的铀矿资源类型。地下水流的性质和方向一直是该类型矿床最主要的争论点。本文给出了圣胡安盆地上侏罗统莫里森组Westwater谷段和砂岩铀成矿期区域地下水流的定量模拟。板状砂岩型铀矿床与推断的局部和区域性的地下水排泄区的主要混合带吻合较好。地下水模拟的结果更有利于铀矿沉积的两种模式(卤水界面模式与湖成腐殖酸盐模式)中的前者。     

放射性同位素在水文地质参数测量中使用的经验

１　地下水的流向、流速和弥散系数是地下水环境评价中几项重要的水文地质参数。为了测定这些数值常采用某些示踪物质，其中放射性同位素３Ｈ和１３１Ｉ等或由于毒性较小或由于其半衰期短、与地下水相容性好、可直接测量等优点而常被采用。以３Ｈ水为例，依据地下水流场特...     

干旱-半干旱地区地下水补给方法研究综述

地下水补给是水文地质研究中的一个重要方面。总结了干旱-半干旱地区地下水补给研究的4种方法:①直接测定方法;②物理方法;③同位素方法;④数值模拟方法。并对每种方法的原理、研究现状、优缺点以及适用性等几个方面进行论述,旨在为水文地质方法学研究提供参考。     

北山地下实验室场址多尺度地壳形变观测系统的构建

在参考国外主要硬岩地下实验室场址地壳形变观测的经验,并结合我国高放废物北山地下实验室的定位和区域构造条件的基础上,构建了我国地下实验室场址多尺度地壳形变观测系统,该系统主要由跨断层、 GNSS(Global Navigation Satellite System)和InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar)形变观测3种手段组成,其中,利用跨断层和GNSS观测,给出地下实验室场址西侧关键构造（旧井断裂）的现今近场和远场的三维形变速率,评估断裂未来的活动趋势;GNSS观测以获得地下实验室场址所在新场岩体的水平形变特征;InSAR用以分析研究区最大LOS(Line of Sight)向的时序高分辨率形变速度场。以上3种手段的结合,初步实现了对地下实验室场址所在区域近场和远场范围多维度、多尺度的形变观测,观测对象囊括了场址区的主要断裂构造和大型岩体,该系统的建立填补了我国高放废物地下实验室场址形变观测的空白,为场址的适宜性评价奠定了良好的基础。     

Pu(Ⅳ)在模拟处置条件下的溶解度

研究了模拟处置条件下Pu(Ⅳ)的溶解行为,测定了Pu(Ⅳ)在北山地下水和去离子水中的溶解度。采用过饱和法,使用低氧手套箱模拟地下无氧环境,利用超过滤实现固液分离,应用低本底液闪谱仪测量液相中钚的放射性活度。结果表明:溶解-沉淀平衡后,无论是在去离子水还是北山地下水中,钚的主要存在价态为+4。Pu(Ⅳ)在北山地下水和去离子水中的溶解度分别为(2.8±0.9)×10-8 mol/L和(1.6±0.8)×10-9 mol/L。通过计算确定了Pu(Ⅳ)在去离子水和北山地下水中的溶解度控制固相为Pu(OH)4(am)。在去离子水体系中,Pu(Ⅳ)的主要存在形态为Pu(OH)4(aq);北山地下水体系中,Pu(Ⅳ)的主要存在形态为Pu(OH)4(aq)和Pu(OH)2(CO3)2-2。     

中国高放废物地质处置研究进展:1985～2004

如何安全处置高放废物是核工业可持续发展面临的挑战性问题。我国的高放废物深地质处置研究从1985年开始，提出的计划目标是：于21世纪中叶建成我国高放废物地质处置库，处置的对象是玻璃固化块、超铀废物和部分乏燃料，处置库为竖井一坑道型，候选围岩为花岗岩，位于饱和带中。在1985～2004的20a中，我国高放废物地质处置研究取得了进展，已确定我国高放废物最终处置走“深地质处置”，并且是“三步曲”式的技术路线，即处置库选址和场址评价一地下实验室一处置库。经过全国筛选对比，已初步选定甘肃北山地区为重点预选区，该区地处戈壁，地壳结构完整，地壳稳定，人烟稀少，地质条件和水文地质条件均有利。20世纪90年代初期，开展了地下实验室的选址工作，初步选择了北京郊区2处地点为我国高放废物地质处置“普通地下实验室”的场址。已确定使用膨润土作为处置库的回填材料，并初步确定内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料。对膨润土的矿物学、岩土力学、物理力学性质和热学性质进行了研究。已获得一批放射性核素(主要是Np、Pu、Tc)在北山花岗岩和膨润土上的吸附分配比、扩散系数和弥散系数等参数，建立了低氧手套箱和模拟处置库温度、压力和氧化一还原条件的小型实验装置。高放废物中的关键核素的化学行为研究也取得进展。花岗岩接触带核素迁移、铀矿床中超铀元素迁移、青铜器腐蚀等天然类比研究取得了成果。还开展了高放废物地质处置系统总性能评价源项和生物圈模式的调研。概念设计研究仅在20世纪90年代初开展了部分研究。从1999年开始，与国际原子能机构开展了2期高放废物地质处置技术合作项目，极大地提高了我们的技术水平。20a的科研工作为我国在21世纪完成高放废物地质处置奠定了一定基础。     

北山地下实验室斜坡道三维地质建模研究

基于KANTAN 3D和SKUA-GOCAD软件,对北山地下实验室斜坡道围岩岩性、节理和断层分布特征等巷道编录资料进行深入解译和分析,探讨建模思路与方法,以期整合各种地质特征,建立直观、科学的地下实验室巷道尺度三维地质模型,为岩石力学分析提供几何框架与地质参数。结果显示：北山地下实验室斜坡道前460 m岩性相对单一,以花岗闪长岩和片麻状二长花岗岩为主;斜坡道构造建模主要从单节理、节理（蚀变）带和断层（带） 3个影响因素进行考量;节理总体走向以NNE向为主,倾向以SEE向为主,倾角集中在60°～90°之间;共发育4处节理蚀变带,规模小,未延伸至地表。随着地下实验室工程开挖和相关试验数据的不断丰富,对地下实验室斜坡道的地质建模方法和地质认识水平将不断提高,相关成果将为安全评价等研究提供重要基础。     

不整合面型铀矿床的成矿作用--地下水流和热迁移模型

以加拿大Athabasca盆地和澳大利亚McArthur盆地为例，通过建立盆地的概念模型、数学模型，研究了不整合面型铀矿床成矿的水文地质、地球化学和热液作用等过程的复杂耦合，从而进一步论述了该类型铀矿的成矿机制。     

铀尾矿库区浅层地下水中U(Ⅵ)迁移的模拟

在详细分析中国南部某大型铀水冶尾矿库的结构特点、运营情况和库区水文地质条件的基础上，对库区水文地质条件进行概述，运用溶质反应-运移模拟软件PHREEQC-Ⅱ，建立研究区U(Ⅵ)在浅层地下水中迁移的一维溶质反应-输运耦合模型，并分析在不同时间、距离、扩散系数、弥散度等条件下铀在铀尾矿库区浅层地下水中的迁移，即铀浓度随时间及距离的变化。模拟结果与现场观测资料基本吻合，表明该软件能较好地模拟U(Ⅵ)的迁移情况，证明了该模型的可行性。研究还表明，弥散作用对铀迁移有显著影响，弥散度的取值是模拟可靠与否的关键参数，而分子扩散对本模拟的影响可忽略不计。      

卡姆斯特地区水文地质条件与铀成矿关系

卡姆斯特地区铀矿找矿工作取得了重大突破,发现喀拉萨依矿产地。前人对该区含矿建造、构造类型、铀源条件和控矿因素等进行了大量研究,但对地下水与铀成矿关系研究欠深入。研究水文地质条件与铀成矿关系,对扩大铀矿找矿成果和总结铀成矿规律,建立研究区找矿模式有重要意义。依据地下水赋存条件及分布规律,划分水文地质单元,总结水动力场特征;利用热力学计算水中铀存在形式,分析地下水化学特征,判断地下水所处氧化-还原环境。认为划分的4个水文地质单元具有相对独立的补给-径流-排泄体系,不同的水动力条件形成的层间氧化带和铀矿化规模不同。研究区具有较好的水文地球化学分带性,补给区地下水处于弱氧化环境,铀以溶解、迁移为主,水铀氧化-还原电位差和水中铀存在形式表明地下水处在氧化-还原过渡环境。铀水文地球化学环境发生重大变化的径流区是找矿有利地带。综合分析认为：喀拉萨依水文地质单元铀成矿最有利,红盆水文地质单元铀成矿较有利,5164水文地质单元铀成矿空间有限,4164水文地质单元铀成矿空间较小。     

北山地下实验室科研管理平台顶层设计

北山地下实验室建设工程是我国“十三五规划”的重点项目,建设期间将开展大量现场试验,为保障现场试验和科研工作的顺利开展,需建设科研管理平台,实现北山地下实验室现场试验全流程信息化管理及试验数据接入、传输、存储、管理和使用,并确保数据安全性、完整性、可靠性和可追溯性,为处置工程技术研发和安全评价提供数据支撑和决策依据。阐述了北山地下实验室科研管理平台顶层设计方案,全面介绍了平台总体需求、总体设计和建设内容,并将平台划分为科研数据动态管理系统、科研信息化办公系统、综合信息门户系统、数据接入与传输系统、数据存储与备份系统和安全防护系统,以满足北山地下实验室科研及办公管理需求。