【摘要】：目前國(guó)際上公認(rèn)的技術(shù)上最為可行的高放廢物安全處置方法為深地質(zhì)處置，即以地質(zhì)體作為天然屏障，并在地下處置庫(kù)中設(shè)置多重人工屏障，從而實(shí)現(xiàn)高放廢物與人類(lèi)生存環(huán)境的長(zhǎng)期或者永久隔離�；鶐r裂隙介質(zhì)對(duì)核廢物的屏障功能以及作為核素遷移載體的基巖裂隙水的水文地質(zhì)特征對(duì)高放廢物處置庫(kù)的安全性能極為重要。鑒于高放廢物具有強(qiáng)放射性、長(zhǎng)半衰期及高釋熱率等特點(diǎn)，在場(chǎng)址篩選和安全評(píng)價(jià)中，往往更注重于處置庫(kù)場(chǎng)址水文地質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間尺度的系統(tǒng)特征。因此，開(kāi)展高放廢物處置庫(kù)北山預(yù)選區(qū)深部地下水成因機(jī)制研究，獲取地下水水化學(xué)與同位素等所蘊(yùn)涵的水文地質(zhì)信息，對(duì)理解和把握處置庫(kù)場(chǎng)址地下水的補(bǔ)給來(lái)源和滯留時(shí)間、長(zhǎng)時(shí)間尺度的地下水系統(tǒng)特征及深部地下水循環(huán)模式與動(dòng)力學(xué)特征具有重要的意義。 論文研究目標(biāo)是揭示我國(guó)高放廢物處置庫(kù)甘肅北山預(yù)選區(qū)深部地下水成因機(jī)制，為我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置庫(kù)場(chǎng)址的選址提供依據(jù)。為此主要開(kāi)展三個(gè)方面的研究工作：（1）地下水水化學(xué)與同位素分布特征研究；（2）淺部介質(zhì)的滲透特性與地下水補(bǔ)給研究；（3）地下水測(cè)年及深部地下水的成因機(jī)制研究。 論文研究以我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置的工程需求及關(guān)鍵水文地質(zhì)問(wèn)題為導(dǎo)向，圍繞北山預(yù)選區(qū)深部地下水成因機(jī)制這一核心問(wèn)題開(kāi)展研究。首先在收集和總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析研究區(qū)的水文地質(zhì)背景；通過(guò)開(kāi)展深部環(huán)境原狀地下水取樣、地下水的水化學(xué)與同位素分布特征、地下水的分層監(jiān)測(cè)、氯質(zhì)量平衡法的地下水補(bǔ)給估算、同位素測(cè)年等綜合手段和方法，重點(diǎn)研究地下水的補(bǔ)給及水化學(xué)同位素特征、測(cè)定深部地下水的年齡、識(shí)別地下水的循環(huán)更新速率及補(bǔ)給來(lái)源，提出地下水補(bǔ)給機(jī)制和流動(dòng)模式，深化研究區(qū)深部地下水的成因機(jī)制的認(rèn)識(shí)，解決深部地下水的年齡和成因機(jī)制等關(guān)鍵水文地質(zhì)問(wèn)題，為我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置研發(fā)工作提供了重要的科學(xué)依據(jù)。 通過(guò)研究得出如下成果和認(rèn)識(shí)： 1.采用國(guó)際先進(jìn)的雙栓塞水文地質(zhì)試驗(yàn)系統(tǒng)，歷時(shí)近4個(gè)月的深部地下水分層連續(xù)抽水試驗(yàn)，在我國(guó)高放廢物處置庫(kù)甘肅北山預(yù)選區(qū)的BS15號(hào)鉆孔，成功地采集到330m～340m和390m～400m兩個(gè)深度段的原狀地下水樣，并開(kāi)展了地下水的水化學(xué)、同位素及惰性氣體測(cè)試工作。 2.通過(guò)滲透性試驗(yàn)定量獲得了區(qū)內(nèi)不同地貌單元的滲透參數(shù)，平灘地帶滲透性最弱，平均滲透系數(shù)為7.69×10-6m/s，溝谷和緩坡地帶平均滲透系數(shù)分別為4.0×10-5m/s和1.6×10-5m/s，構(gòu)造影響帶的滲透性最強(qiáng)，滲透系數(shù)達(dá)10-4m/s的量級(jí)�；诎鼩鈳У穆荣|(zhì)量平衡法估算的地下水補(bǔ)給量在第四系較厚的溝谷中僅1.57mm/a，基于飽和帶氯質(zhì)量平衡法估算的區(qū)域淺部地下水補(bǔ)給量為0.28mm/a，不足大氣降水量的1%。 3.重點(diǎn)闡明了區(qū)內(nèi)大氣降水、淺部和深部地下水的水化學(xué)及同位素特征，淺部地下水水化學(xué)類(lèi)型以Na-Cl-SO4型和Na-Ca-Cl-SO4型為主，深部地下水水化學(xué)類(lèi)型以Na-Cl-SO4型為主，深部地下水經(jīng)歷了相對(duì)較長(zhǎng)的水流路徑和更長(zhǎng)時(shí)間的水巖作用，地下水循環(huán)速率較慢；地下水樣中的δD和δ18O大部分位于降水線(xiàn)的右下側(cè)，且沿著斜率為5的蒸發(fā)線(xiàn)分布；地下水的補(bǔ)給高程范圍均落在研究區(qū)范圍附近，研究區(qū)大氣降水補(bǔ)給的平均月氣溫為13.6℃，淺部地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源于本地雨季的大氣降水，深部地下水的氚含量都小于5TU，氚含量較低，說(shuō)明深部地下水并非現(xiàn)代成因?yàn)橹鞯拇髿饨邓a(bǔ)給。 4.聯(lián)合使用多種同位素（2H、18O、3H、14C、85Kr、81Kr）及環(huán)境示蹤劑（4He），并結(jié)合研究區(qū)水文地質(zhì)條件、水化學(xué)和同位素特征，對(duì)研究區(qū)BS15號(hào)孔深部地下水的年齡進(jìn)行了綜合分析與校正計(jì)算。其中，深部地下水的14C年齡分布在5.7ka～8.7ka；在國(guó)內(nèi)首次測(cè)得了地下水中的81Kr的數(shù)據(jù)，其81Kr年齡達(dá)25ka和46ka；基于地下水溶解氣體及深部原位巖石的取樣和測(cè)試，采用4He積累法所估算的深部地下水平均滯留時(shí)間為3.8ka和5.0ka。定量評(píng)價(jià)了區(qū)內(nèi)地下水的更新速率，其中淺部地下水的更新速率為0.28mm/a，深部地下水的流速為9.8×10-4m/a～9.5m/a，深部地下水的更新速率為0.006%～0.012%。 5.結(jié)合地下水的水化學(xué)、同位素、水文地質(zhì)試驗(yàn)及地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)，提出了深部地下水同時(shí)接受側(cè)向古地下水和淺部年輕水的補(bǔ)給機(jī)制，深部地下水以側(cè)向補(bǔ)給的老水為主，所占比例大于80%的成因模式，且無(wú)深部殼源和幔源的補(bǔ)給來(lái)源，總結(jié)了研究區(qū)地下水的補(bǔ)給和流動(dòng)模式，揭示了區(qū)內(nèi)深部地下水的成因機(jī)制。 本文的研究，不僅深化了對(duì)預(yù)選區(qū)場(chǎng)址水文地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)，而且在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)展了81Kr同位素測(cè)年研究，根據(jù)地下水水化學(xué)演化特征、氯離子示蹤估算及同位素測(cè)年研究，定量評(píng)價(jià)了地下水補(bǔ)給量及更新速率，從新老水混合的角度認(rèn)識(shí)和提取同位素水文地質(zhì)信息，認(rèn)識(shí)了深部地下水的年齡屬性，從水循環(huán)的角度提出了地下水的補(bǔ)給機(jī)制、流動(dòng)模式及成因機(jī)制，在學(xué)術(shù)思路及研究方法上具有一定的創(chuàng)新性，為推動(dòng)我國(guó)高放廢物地質(zhì)處置工作具有重要的研究意義。
【學(xué)位授予單位】：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：P641.11;TL942
【圖文】：

圖 2-5 第四紀(jì)地質(zhì)圖（據(jù)郭永海、劉淑芬等修改，2012a）Fig.2-5 Quaternary geological map坡洪積相砂碎石主要為侏羅系殘積物經(jīng)片流搬運(yùn)再堆積而成，并混有風(fēng)成砂及亞砂土，淺灰黃色，礫石直徑一般小于 2cm，含砂量較大，具不清晰的層理。

圖 2-6 區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)圖（據(jù)郭召杰，2007；1:20 萬(wàn)地質(zhì)圖修改）Fig.2-6 Map of regional structural geology

區(qū)域水文地質(zhì)圖（據(jù)郭永海、劉淑芬等修改，2007a）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2761656