物探技術(shù)在花崗巖體處置庫(kù)選址中的應(yīng)用研究

陳傳剛

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊(duì)，河南 信陽(yáng) 464000)

0 前 言

我國(guó)核電事業(yè)不斷發(fā)展，需要將地質(zhì)處置庫(kù)建立起來(lái)并保證其安全可靠性，對(duì)于高放射性核廢料有效處理。在開(kāi)展這項(xiàng)工作中要將地球物理勘探技術(shù)充分利用起來(lái)，對(duì)處置庫(kù)深部地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)[1]。所以，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)我國(guó)高放廢物處置庫(kù)選址具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造所具備的特征

研究區(qū)域分布大范圍的花崗巖，長(zhǎng)度為數(shù)公里。本區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，在區(qū)域范圍內(nèi)的斷裂構(gòu)造，無(wú)論是空間展布，還是組合配套，都有一定的規(guī)律性，主要體現(xiàn)為壓性斷裂和壓扭性斷裂，展布的方向?yàn)闁|西向或者近東西向，為扭性斷層以及與其配套的伴生斷層，同時(shí)還有大型的曲折構(gòu)造、倒轉(zhuǎn)構(gòu)造、薄皮構(gòu)造等，這些構(gòu)造面都向南傾斜，但是延伸的深度和方向都不是很明確[2]。

2 花崗巖體處置庫(kù)選址中應(yīng)用的物探技術(shù)

2.1 重磁技術(shù)

重力勘探作為一種物探技術(shù)，主要是將地殼內(nèi)部的各種巖(礦)石充分利用起來(lái)，由于不同巖(礦)石的密度有所不同，導(dǎo)致重力場(chǎng)發(fā)生變化，可將地殼內(nèi)各種巖(礦)石之間的不同磁性對(duì)地質(zhì)構(gòu)造查明，將有價(jià)值的礦產(chǎn)查找出來(lái)。

從資料采集的情況來(lái)看，無(wú)論是采集精度還是記錄格式，都有明顯發(fā)展，當(dāng)CGS型重力儀精度已經(jīng)達(dá)到10-5M/S2，與20世紀(jì)50、60年代相比較，提高百倍之多。G856磁力儀的精度為0.005 NT，相比較于早期磁力儀幾個(gè)NT乃至幾十個(gè)NT，提高了千倍之多，而且保持記錄的連續(xù)性。

在應(yīng)用物探技術(shù)之前，需要對(duì)研究區(qū)域的磁場(chǎng)資料、區(qū)域航空重進(jìn)行研究，還要與區(qū)域地球物理場(chǎng)的分布情況相結(jié)合，對(duì)預(yù)選場(chǎng)址區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造所具備的特征進(jìn)行分析，對(duì)評(píng)價(jià)處置場(chǎng)址非常有利，以此為依據(jù)將電磁測(cè)深技術(shù)方案制定出來(lái)。通過(guò)對(duì)重磁層析成像法合理應(yīng)用，考慮到不同深度場(chǎng)源所造成的影響，要對(duì)其有所區(qū)分，就要采用不同深度切片以及不同垂直面切片，使得解釋分辨率有所提高，從而對(duì)區(qū)域構(gòu)造背景有更加充分地了解[3]。針對(duì)巖體局部地段，可以將地面重磁法充分利用，結(jié)合使用其他的物探技術(shù)，對(duì)不同密度巖性的接觸邊界進(jìn)行探測(cè)，即便是局部小構(gòu)造探索，也可以保證精確。

2.2 地震勘探技術(shù)

地震勘探技術(shù)的應(yīng)用中需要考慮到巖石彈性所存在的差異，對(duì)地質(zhì)介質(zhì)中人工激發(fā)的地震波傳播規(guī)律進(jìn)行研究，將地下地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)查明。該技術(shù)的應(yīng)用中所采用的是地震采集裝備，所獲得的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量高，其中震源激發(fā)以及信號(hào)接收的效果是重要的影響因素。

2.2.1 震 源

對(duì)于豁土巖預(yù)選區(qū)域，所采用的震源的方式是炸藥，其有很強(qiáng)的能力，頻譜比較寬，且有很高的分辨率；對(duì)于花崗巖預(yù)選區(qū)域，由于其堅(jiān)硬的表層，使用炸藥震源是不合適的，所以需要采用可以控制的震源或者聚能彈等。當(dāng)前可以控制的震源已經(jīng)有所發(fā)展，從原有的小噸位震源發(fā)展為當(dāng)前的大噸位震源，已經(jīng)達(dá)到28T級(jí)，使得激發(fā)能量有所提高，探測(cè)深度符合要求，信號(hào)的信噪比有所提高[4]。

2.2.2 地震記錄儀

機(jī)械制造業(yè)發(fā)展速度不斷加快，計(jì)算機(jī)技術(shù)快速升級(jí)，20世紀(jì)50年代，地震儀所采用的是光點(diǎn)記錄方式、磁帶模擬記錄方式。進(jìn)入到20世紀(jì)70年代，所采用的是數(shù)字記錄方式，此時(shí)所使用的是24道地震記錄儀。20世紀(jì)90年代，所使用的是千道地震記錄儀。現(xiàn)在，萬(wàn)道地震記錄儀普及，地震儀器的控制系統(tǒng)向超多道轉(zhuǎn)換，可以采用遙測(cè)的范式，達(dá)到高位模數(shù)，信息記錄有較高的精度，且效率有所提高。

在高放廢物地質(zhì)處置的過(guò)程中，應(yīng)用地震勘探技術(shù)對(duì)構(gòu)造斷裂空間特征予以解決，同時(shí)對(duì)向深部延伸情況予以解決，將預(yù)選區(qū)巖體附近地區(qū)的推覆構(gòu)造查清楚，明確伴生構(gòu)造所具備的特征，還要掌握推覆構(gòu)造面向深部延伸的情況，掌握產(chǎn)狀變化規(guī)律[5]。要實(shí)現(xiàn)精細(xì)查明，可以采用三維地震技術(shù)，確定小斷裂構(gòu)造所在平面位置，了解埋深的空間位置，具體的走向、傾角，并明確其與巖體空間位置之間的關(guān)系，對(duì)于探測(cè)巖體局部不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)探測(cè)。比如，裂隙密集帶的探測(cè)、破碎帶的探測(cè)等，但是，采用該種地震勘探技術(shù)需要投入大量的資金，通常僅僅采用二維長(zhǎng)剖面的地震測(cè)量方法，很少采用三維地震勘探技術(shù)。

2.2.3 電磁法

在應(yīng)用電磁法勘探的過(guò)程中，將音頻電磁測(cè)深長(zhǎng)剖面充分利用起來(lái)，將預(yù)選區(qū)域的巖體分布范圍圈定，分析空間形態(tài)以及控制巖體分布情況，掌握大斷裂特征，基于此選擇部分重點(diǎn)區(qū)段，應(yīng)用CSAMT法進(jìn)行面積性測(cè)量，對(duì)于深部地質(zhì)構(gòu)造的情況精細(xì)研究，探討不良地質(zhì)現(xiàn)象，控制好預(yù)選區(qū)巖體構(gòu)造的規(guī)格、走向以及延伸情況。該區(qū)域有一條長(zhǎng)度為75 km的音頻電磁測(cè)深長(zhǎng)剖面，北部有斷裂，南端有大斷裂，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行勘察，明確斷裂構(gòu)造以及巖體的完整情況，有構(gòu)造巖體的發(fā)育不是很好，可以在上面布置CSAMT測(cè)線，對(duì)其構(gòu)造進(jìn)行精細(xì)探測(cè)，獲得不良地質(zhì)體的資料，以此為基本資料進(jìn)行高放廢物選址[6]。

根據(jù)測(cè)量明確斷裂構(gòu)造確實(shí)存在，而且經(jīng)過(guò)推斷，地面位置與EH4電磁測(cè)深資料保持一致，在這個(gè)斷裂處有破碎帶，降低了巖體的穩(wěn)定性，所以選取后續(xù)預(yù)選場(chǎng)地的時(shí)候，對(duì)這個(gè)斷裂破碎帶要遠(yuǎn)離，避免對(duì)預(yù)選場(chǎng)地造成不良影響。

2.3 地面γ能譜測(cè)量技術(shù)

采用地面γ能譜測(cè)量技術(shù)，主要使用的設(shè)備是γ能譜儀，對(duì)巖石以及地層進(jìn)行測(cè)量，主要發(fā)揮作用的是放射性元素在某一特定能量的Y射線，對(duì)放射性元素的含量進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)測(cè)量地面γ能譜，可以對(duì)不同的巖類進(jìn)行測(cè)量，能夠有效識(shí)別斷裂構(gòu)造，還與圍巖存在的不同γ能譜特征測(cè)量出來(lái)。在巖漿巖區(qū)，放射性氣體要流通，就會(huì)利用斷裂構(gòu)造這個(gè)通道實(shí)現(xiàn)，如果在巖石或者土壤中的放射性強(qiáng)度有所不同，就會(huì)呈現(xiàn)出鋸齒狀，其不僅頻率高，而且振幅也非常高[7]。通常而言，花崗巖有非常強(qiáng)的放射性，砂巖、砂礫巖等則有很低的放射性。從構(gòu)造帶上來(lái)看，當(dāng)構(gòu)造有很強(qiáng)活動(dòng)性的時(shí)候，構(gòu)造裂隙依然存在，其中沒(méi)有填充被造破碎巖和斷層角礫巖，也沒(méi)有出現(xiàn)膠結(jié)或者堵塞的現(xiàn)象，那么，就會(huì)有很高的放射性強(qiáng)度。所以，在能譜測(cè)量的時(shí)候，可以對(duì)花崗巖體的邊界進(jìn)行劃分，同時(shí)對(duì)斷裂構(gòu)造帶進(jìn)行輔助圈定，評(píng)價(jià)構(gòu)造活動(dòng)性。

將剖面比較長(zhǎng)的地面γ能譜測(cè)量出來(lái)，測(cè)線位置與音頻大地電磁剖面之間保持重合狀態(tài)，約75 km的長(zhǎng)度。在16～20.5 km的位置是第四系地層和白奎系地層，都有一定的厚度，其巖性主要包括砂礫巖和砂巖，所以，放射性強(qiáng)度不是很強(qiáng)。在20.5～22 km的位置已經(jīng)斷裂，沒(méi)有很強(qiáng)的放射性強(qiáng)度，這就可以說(shuō)明斷層缺乏活動(dòng)性。在22～29 km的位置是花崗巖巖體，有很強(qiáng)的放射性強(qiáng)度[8]。處于大約30 km的位置達(dá)到一個(gè)高值，其處于花崗巖巖體的上面，在表層有大量的變質(zhì)巖，主要包括三種巖體，即石英巖、石榴二云片巖和黑云母片巖等，通過(guò)分析相關(guān)的地質(zhì)資料，可以明確這個(gè)位置的發(fā)育已經(jīng)出現(xiàn)斷層，有很高的放射性強(qiáng)度，說(shuō)明斷層有很強(qiáng)的活動(dòng)性。預(yù)選區(qū)巖體測(cè)量剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)選區(qū)巖體測(cè)量剖面圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上研究可以明確，花崗巖體處置庫(kù)選址中應(yīng)用地球物理勘查技術(shù)，如果為花崗巖地區(qū)，可以采用該技術(shù)進(jìn)行勘探，可以對(duì)預(yù)選區(qū)巖體深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，而且對(duì)地形環(huán)境沒(méi)有較高的要求，測(cè)量的速度非?？欤泻芨叩姆直媛?。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，對(duì)比地質(zhì)資料，根據(jù)所獲得的結(jié)果，確定該探測(cè)技術(shù)可以獲得良好的效果，以此為高放做出初步評(píng)價(jià)，可以保證廢物處置庫(kù)的安全穩(wěn)定性。對(duì)于物探技術(shù)，從當(dāng)前的研究進(jìn)展情況來(lái)看，由于新場(chǎng)預(yù)選區(qū)場(chǎng)址沒(méi)有很大的物探工作量，而且僅僅是在重點(diǎn)單元巖體上對(duì)地球物理勘查測(cè)線加以布置，所以，只能以此為參考確定地區(qū)巖體的安全穩(wěn)定性，對(duì)于預(yù)選場(chǎng)址整體的安全穩(wěn)定性，還需要進(jìn)行后續(xù)的勘探工作，滿足高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)選址的相關(guān)要求。

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