MapGIS在東天山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)選址中的應(yīng)用

高陽(yáng)

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

MapGIS在東天山高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)選址中的應(yīng)用

高陽(yáng)

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

根據(jù)高放廢物選址的要求，利用MapGIS對(duì)東天山地區(qū)不同時(shí)代巖體的空間位置、分布形態(tài)、出露面積，以及巖體與斷裂構(gòu)造、地震和礦床點(diǎn)等的空間關(guān)系進(jìn)行了研究，對(duì)海量資料信息進(jìn)行分析處理，可起到事倍功半的效果。利用MapGIS分析結(jié)果，初步篩選出阿奇山1號(hào)巖體、雅滿蘇北巖體作為高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)選址的有利巖體。

MapGIS；高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)；選址

對(duì)高放廢物進(jìn)行深地質(zhì)處置已是國(guó)際社會(huì)達(dá)成的共識(shí)［1-2］，目前，很多有核國(guó)家開(kāi)展了高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)選址工作［3］。高放廢物處置庫(kù)選址，需要考慮的因素較多，如：地質(zhì)因素、人文因素、水文因素、地震因素、氣候因素和交通因素等。選址工作需要收集的資料和處理的數(shù)據(jù)較多，信息量龐大。本文以我國(guó)自主研究開(kāi)發(fā)的大型基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)MapGIS為平臺(tái)［4-5］，對(duì)選址區(qū)域所需信息進(jìn)行存儲(chǔ)管理、集成和分析，為方便快捷開(kāi)展選址工作提供各種信息。

1 信息存儲(chǔ)管理

基于GIS對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)管理即是一個(gè)建 “庫(kù)”的過(guò)程，包括數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)等。在選址工作中使用的信息大多以圖件為載體，如地質(zhì)圖、區(qū)域地殼穩(wěn)定性圖、地震震中與活動(dòng)構(gòu)造分布圖等。對(duì)圖件的存儲(chǔ)管理首先要對(duì)圖件進(jìn)行鑲嵌配準(zhǔn)并數(shù)字化。對(duì)于場(chǎng)址初選階段，往往用的是1∶1 000 000比例尺的圖件?？筛鶕?jù)適當(dāng)?shù)牡乩韰?shù)，采用蘭伯特等角圓錐投影生成1∶1 000 000比例尺的經(jīng)緯網(wǎng)，據(jù)此配準(zhǔn)研究區(qū)1∶1 000 000比例尺的圖件，并可將相鄰地區(qū)的圖件進(jìn)行鑲嵌接邊處理。其次要建立專題圖層，并對(duì)每個(gè)圖層構(gòu)置屬性字段并賦以屬性，即可建立屬性庫(kù)，通過(guò)屬性庫(kù)來(lái)管理選址所需各方面信息。以地質(zhì)圖為例，建立研究區(qū)地層專題圖層需賦地層單位名稱、代號(hào)、主要巖性和各地層之間接觸關(guān)系等屬性。斷裂專題圖層要賦予斷裂名稱、斷層性質(zhì)、斷層活動(dòng)時(shí)代、斷層傾向和傾角等信息。巖漿巖體要賦予侵入時(shí)代、主要巖性描述、產(chǎn)狀和成因等信息。另外，還需要對(duì)研究區(qū)的火山口、基性巖/超基性巖體等賦予相應(yīng)的屬性。完成這一步驟的工作后，就初步建立了研究區(qū)的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

地震信息方面，可收集研究區(qū)歷年地震震中資料，包括震中位置、震中深度、發(fā)生地震的時(shí)間、震級(jí)和烈度等信息。可通過(guò)MapGIS軟件中的投影變換功能，將地震震中生成點(diǎn)文件，其余信息可作為每個(gè)點(diǎn)的屬性來(lái)進(jìn)行保存。

收集研究區(qū)內(nèi)已有礦床、礦點(diǎn)的坐標(biāo)，礦床規(guī)模、儲(chǔ)量大小和年開(kāi)采量等信息，應(yīng)用投影變換功能，先生成礦床（點(diǎn)）空間位置點(diǎn)文件，并將相關(guān)信息作為屬性來(lái)保存。

在MapGIS中可對(duì)研究區(qū)遙感信息進(jìn)行處理。ETM遙感影像可提供豐富的植被、地表水和巖體的信息。選址研究時(shí)，可先將ETM影像以tiff格式導(dǎo)入MapGIS中并加以配準(zhǔn)，然后在MapGIS的 “輸入編輯界面”對(duì)研究區(qū)的植被、河流和湖泊等信息進(jìn)行解譯，直接存儲(chǔ)為MapGIS點(diǎn)、線和面文件。這樣，就可實(shí)現(xiàn)解譯結(jié)果直接與其他信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。此外，利用遙感影像反映出的巖體范圍，可對(duì)地質(zhì)圖中的巖體范圍、形態(tài)進(jìn)行修正。

矢量化紙質(zhì)的布格重力異常圖、地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖、震中與新構(gòu)造分布圖、水文地質(zhì)圖和地?zé)岙惓D等選址所需要的相關(guān)資料，也可以MapGIS為平臺(tái)，通過(guò)數(shù)字化后形成工程文件進(jìn)行存儲(chǔ)管理。在收集這些圖件時(shí)，往往會(huì)有坐標(biāo)系統(tǒng)和比例尺不統(tǒng)一的問(wèn)題，可通過(guò)MapGIS中的投影變換，將之統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系統(tǒng)和相同的比例尺上，以方便對(duì)不同方面的信息進(jìn)行準(zhǔn)確地扣合分析。

2 花崗巖體特征初步分析

通過(guò)對(duì)研究區(qū)地質(zhì)圖進(jìn)行數(shù)字化處理，可方便地為研究者提供研究區(qū)的基本地質(zhì)信息。如筆者在對(duì)東天山地區(qū)1∶1 000 000地質(zhì)圖進(jìn)行矢量化并建立屬性庫(kù)后，通過(guò)屬性查詢，可知東天山地區(qū)共有花崗巖體415個(gè)，其中石炭紀(jì)花崗巖體271個(gè)，占總巖體數(shù)的66%；二疊紀(jì)巖體有63個(gè)，占總巖體數(shù)的15%；長(zhǎng)城紀(jì)巖體5個(gè)，占總巖體數(shù)的1%；薊縣紀(jì)巖體4個(gè)，占總巖體數(shù)的1%；奧陶紀(jì)巖體4個(gè)，占總巖體數(shù)的1%；志留紀(jì)巖體24個(gè)，占總巖體數(shù)的6%；泥盆紀(jì)巖體38個(gè)，占總巖體數(shù)的9%（圖1）。由此可見(jiàn)，東天山地區(qū)的巖漿活動(dòng)以石炭紀(jì)最為強(qiáng)烈，其次為二疊紀(jì)。對(duì)于高放廢物處置庫(kù)選址而言，年代較新的花崗巖體較為有利。因此，利用MapGIS建立地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫(kù)后，利用屬性檢索功能，可以很快將石炭紀(jì)、二疊紀(jì)花崗巖體分布的地點(diǎn)、范圍和面積全部選擇出來(lái)。

由于選址要求巖體有一定的面積，在紙質(zhì)地質(zhì)圖上，很難對(duì)備選巖體的面積進(jìn)行較為準(zhǔn)確的度量。而在MapGIS系統(tǒng)中，則可以很容易給出每個(gè)地質(zhì)體的面積。例如，在東天山備選區(qū)中，阿奇山1號(hào)巖體中二疊系花崗巖的面積為318.4 km2，石炭系花崗巖的面積為50.2 km2，阿奇山2號(hào)巖體的面積為190.2 km2，雅滿蘇北山巖體的面積為188.5 km2，尾亞巖體的面積為176 km2，天湖巖體的面積為126 km2。其中，阿奇山1號(hào)巖體的面積最大。其余幾個(gè)巖體的面積也較大，從這一方面來(lái)講都滿足建設(shè)高放廢物處置庫(kù)的要求。這樣，不僅可以快速排除其余20%的巖體，減少了選址的對(duì)象和工作量，而且提高了工作效率和準(zhǔn)確性。

3 斷裂特征分析

對(duì)研究區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造進(jìn)行分析研究是高放廢物處置庫(kù)選址工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容?？梢酝ㄟ^(guò)斷裂等密度圖來(lái)定量研究區(qū)域斷裂發(fā)育程度。斷裂密度小的地區(qū)巖體完整程度較高，是較好的選址區(qū)域。

利用MapGIS可將工作區(qū)劃分網(wǎng)格，將研究區(qū)內(nèi)的斷裂與網(wǎng)格單元進(jìn)行空間疊加分析，然后統(tǒng)計(jì)單位面積內(nèi)的斷層長(zhǎng)度，并用等值線表示出來(lái)，即可得出研究區(qū)的斷層等密度圖。圖2為新疆東天山地區(qū)的斷裂等密度圖，圖2中的藍(lán)色區(qū)域?yàn)閿嗔衙芏容^低地區(qū)。預(yù)示著該區(qū)巖石結(jié)構(gòu)較完整。將東天山地區(qū)石炭系、二疊系巖體與斷裂等密度圖進(jìn)行疊加分析，可以選擇出較適合的巖體。阿奇山1號(hào)巖體全部處于藍(lán)色背景區(qū)域、雅滿蘇北巖體3/4的面積處于藍(lán)色背景區(qū)域內(nèi)，尾亞、天湖巖體均有一半的面積處于藍(lán)色背景區(qū)域內(nèi)，而阿奇山2號(hào)巖體處于斷層密度較高的地區(qū)。野外調(diào)查工作也表明，阿奇山1號(hào)巖體、雅滿蘇北巖體內(nèi)斷裂較少，巖體完整性較好。這與斷裂等密度圖反映結(jié)果一致。

另外，巖體中心距離周邊大斷裂的距離越遠(yuǎn)，則巖體的完整性越好。阿奇山1號(hào)巖體距離南側(cè)斷裂24 km，阿奇山2號(hào)巖體中心距離邊界斷裂6 km，雅滿蘇北巖體、尾亞巖體周邊無(wú)大斷裂，天湖巖體的南側(cè)也有斷裂通過(guò)。

4 孕震斷裂影響范圍的確定

地震作為一種自然災(zāi)害，其對(duì)處置庫(kù)的破壞能力巨大，因此在選址工作中，不能回避地震這個(gè)話題。目前，很多學(xué)者對(duì)發(fā)震構(gòu)造及其地震危險(xiǎn)性做了研究。地震所造成的破壞程度在垂直與斷裂走向上，隨著遠(yuǎn)離斷裂而呈非線性衰減。因此，確定垂直于斷裂走向上的安全距離是有必要的。筆者認(rèn)為，可以借鑒成礦預(yù)測(cè)工作中控礦斷裂緩沖區(qū)確定的方法來(lái)研究斷裂的發(fā)震范圍，即通過(guò)地震震中點(diǎn)與活動(dòng)斷裂做空間分析，統(tǒng)計(jì)震中與活動(dòng)斷裂之間的距離，然后確定斷裂的緩沖區(qū)。如果離開(kāi)這個(gè)緩沖區(qū)范圍，即使發(fā)生地震，對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊懸草^小。確定研究區(qū)發(fā)震斷裂的安全距離后，可通過(guò)MapGIS空間分析中的緩沖區(qū)分析，對(duì)發(fā)震斷裂進(jìn)行緩沖區(qū)處理，則遠(yuǎn)離該緩沖區(qū)的范圍應(yīng)是適宜建造高放廢物處置庫(kù)的地區(qū)。

5 綜合分析選址各因素

對(duì)于高放廢物處置庫(kù)選址工作來(lái)講，要同時(shí)滿足地質(zhì)、自然條件和社會(huì)因素等較多因素，如果不滿足其中任何一個(gè)條件，就不能在該區(qū)進(jìn)行選址。而某區(qū)是否都滿足這些條件，需要拿出各種圖件進(jìn)行分析對(duì)比。而在GIS中，可同時(shí)將已數(shù)字化的各種專題圖層打開(kāi)，這樣便于選址工作者綜合分析待選區(qū)。如在東天山地區(qū)開(kāi)展選址工作時(shí)，將巖體、斷裂和斷裂等密度圖、區(qū)域地殼穩(wěn)定性圖、植被分布圖、布格重力異常圖、水文地質(zhì)圖、地震震中分布圖和礦床、礦點(diǎn)分布圖等專題圖層變換成同一比例尺、同一坐標(biāo)系統(tǒng)，再在MapGIS輸入編輯模塊中同時(shí)打開(kāi)，可很快看出某一待選巖體是否符合所有選址條件。如阿奇山1號(hào)巖體，巖體中無(wú)大的斷裂通過(guò)，處于斷裂低密度區(qū)，地殼穩(wěn)定性好，無(wú)植被分布，巖體上有開(kāi)采花崗巖石材的采石廠，巖體中心離地震點(diǎn)較遠(yuǎn)，且該地震點(diǎn)震級(jí)較低，就巖體專題圖層的屬性而言，該巖體大部分由二疊紀(jì)、石炭紀(jì)花崗巖體構(gòu)成。綜上所述，該巖體具備高放廢物選址條件，適合作為待選巖體。

6 結(jié) 論

利用MapGIS，可將各種各樣的各專題圖層，通過(guò)投影變換，成為同一坐標(biāo)系統(tǒng)和比例尺下的工程圖件圖層，將選址各因素有效地存儲(chǔ)、組織起來(lái)。這樣既方便資料的調(diào)閱，也便于進(jìn)行直觀綜合分析，起到事半功倍的效果。

在東天山地區(qū)選址工作中的實(shí)踐表明，阿奇山1號(hào)巖體、雅滿蘇北巖體滿足選址需要的各項(xiàng)條件，是較好的待選巖體。 而阿奇山2號(hào)巖體、尾亞和天湖巖體，對(duì)比阿奇山1號(hào)巖體、雅滿蘇北巖體來(lái)講，所具備條件較差，可作為備選巖體。

［1］ 王 駒.論我國(guó)高放廢物深地質(zhì)處置［J］.中國(guó)地質(zhì)，1998， 25（7）:33-35.

［2］郭永海，王 駒，金遠(yuǎn)新.世界高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)選址研究概況及國(guó)內(nèi)進(jìn)展 ［J］.地學(xué)前緣，2001， 8（2）:327-332.

［3］威瑟斯龐P A.世界放射性廢物地質(zhì)處置［M］.王駒，張鐵嶺，鄭華鈴，等譯.北京:原子能出版社，1999.

［4］ 李嫵巍.MapGIS在地質(zhì)制圖中的應(yīng)用［J］.鈾礦地質(zhì)， 2005， 21（6）:370-375.

［5］ 陳練武.MapGIS在地質(zhì)圖件繪制中的應(yīng)用［J］.西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)， 2002， 22（1）:36-38.

Application of MapGIS in the selection of high-level radioactive waste geological disposal repository in East Tianshan area

GAO Yang
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Lots of data need to be processed in the selection of high-level radioactive waste geological disposal repository.Distribution， shapes， outcrop areas of intrusive rock with different times， and their relationship to faults，earthquake and deposits are studied with MapGIS in East Tianshan area and evidences have been put forward for repository selection in a new area.Aqishan No.1 and North Yamansu pluton are selected as the preferable ones.

MapGIS； high-level radioactive waste geological disposal repository； site selection

TL942+.211

A

1672-0636（2011）01-0042-04

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.01.008

2010-08-11

高 陽(yáng)（1983—），男，河南項(xiàng)城人，工程師，博士，研究方向：礦產(chǎn)普查與勘探。E-mail:gaoyangcugb@gmail.com