ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 3, с. 248-266
УТИЛИЗАЦИЯ ^^^^^^^^^^^^
И ЗАХОРОНЕНИЕ ОТХОДОВ
УДК 621.039
ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ НИЖНЕКАНСКОГО МАССИВА В СВЯЗИ С ЗАХОРОНЕНИЕМ ВЫСОКОАКТИВНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
© 2007 г. С. В. Белов*, В. Н. Морозов*, В. Н. Татаринов*, Е. Н. Камнев**, Й. Хаммер***
*Геофизический центр Российской академии наук (ГЦ РАН) **ВНИПИпромтехнология (Минатом РФ) ***Федералъное ведомство по геонаукам и природным ресурсам Германии (BGR)
Поступила в редакцию 09.02.2006 г.
Проанализированы особенности строения и внутренней структуры Нижнеканского гранитоидного массива (Енисейский кряж), рассматривающегося в качестве потенциального объекта для захоронения высокоактивных отходов (BAO) и отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Разработана многофакторная структурно-тектоническая модель массива, как автономного магматического тела, в котором такие параметры, как морфология кровли, вертикальная мощность, взаимоотношения фаз, характер контактов, линейность, особенности трещинной и разломно-блоковой тектоники, есть, с одной стороны - результат саморазвития (остывания, кристаллизации магмы и возникновения контракционных трещин), а с другой - наложения более позднего тектонического процесса. Проанализирована история формирования трещинной структуры массива и основные черты его геодинамической эволюции, выявлены ориентировки направлений главных тектонических усилий, доминировавших в ходе становления интрузии. Показано, что формирование Нижнеканского массива происходило в условиях сохранявшегося горизонтального сжатия, ориентированного в направлении северо-восток - юго-запад. Дана оценка тектонической стабильности различных блоков Нижнеканского массива, результаты которой являются основой проектных решений строительства подземных сооружений для захоронения радиоактивных отходов. Обоснованы направления дальнейших исследований, необходимых для количественного прогноза развития процессов деструкции в массиве, включающие проведение тектонофизического моделирования напряженно-деформированного состояния массива и его эволюции во времени за период существования хранилища BAO и ОЯТ > 105 лет.
ВВЕДЕНИЕ
Выбор участков для захоронения высокоактивных отходов (BAO) и отработанного ядерного топлива (ОЯТ) [2, 14, 18, 21, 23, 24, 29, 34] по-прежнему остается одной из серьезных проблем для государств, использующих атомную энергию, среди которых находится и Россия. Несмотря на рекомендации МАГАТЭ, отсутствует методологическая основа для четкой селекции таких участков. Экспертные оценки нынешнего "качества" участка не отвечают на вопрос: что произойдет с участком (структурно-тектоническим блоком) через 104 и более лет, пока экологическая опасность распространения радионуклидов в биосферу будет существовать [24]. В полной мере это относится и к Нижнеканскому гранитоидно-му массиву (НКМ) в Красноярском крае, где планируется создание хранилища BAO и ОЯТ [2, 9, 19, 20]. В решении проблемы "гарантии качества" таких участков важная роль принадлежит созданию прогностических компьютерных тектоно-физических моделей нынешнего напряженно-деформированного состояния породных массивов и
его эволюции во времени на весь период эксплуатации могильника. Создание моделей включает ряд последовательных стадий (рис. 1). Каждая из них представляет самостоятельную научно-техническую задачу, решение которой - необходимое условие при выборе участков для захоронения ВАО и ОЯТ. Настоящая статья (первая из двух, раскрывающих проблему) посвящена решению первых 3-х из этих задач: анализ строения и внутренней структуры НКМ; создание его многофакторной структурно-тектонической модели; и ретроспективное рассмотрение истории формирования и геодинамической эволюции массива с анализом действовавших усилий.
Нижнеканский массив расположен в нескольких десятках километров к востоку от г. Красноярск. Он вытянут с северо-запада на юго-восток примерно на 60 км, при средней ширине около 30 км. Территория в целом имеет повышенную сейсмичность [30]. По данным комплексных геолого-геофизических и структурно-геоморфологических исследований, проведенных в западной части массива и частично во вмещающих породах
Рис. 1. Блок-схема последовательных стадий подготовки расчетной тектонофизической модели развития геодинамического процесса как основы прогноза устойчивости геосреды, используемой для захоронения РАО.
[2, 21, 22], предварительно намечены три участка перспективных для захоронения высокоактивных отходов "Каменный", "Итатский" и "Енисейский". В их пределах выполнены детальные геолого-гидрогеологические, геофизические исследования, бурение глубиной до 700 м и изучены петрофизические и фильтрационные свойства гранитоидов в масштабах "скважина - образец -шлиф" [9, 19, 20]. Очевидно, что эти данные очень важны. Однако они представляются не достаточными для адекватных суждений о возможном транспорте радионуклидов в массиве, разбитом разрывами, находящимися под действием эволюционирующих тектонических напряжений. Необходимо учитывать, что НКМ это целостное, автономно развивавшееся интрузивное тело (с присущей ему внутренней структурой), в котором прогноз стабильности тектонических блоков возможен лишь при учете особенностей его структуры и геодинамического развития, начиная с момента становления до неотектонического этапа. Подобный анализ общих тенденций тектонической эволюции территории, где предполагается строительство могильника, необходим для получения прогностических выводов о вероятном развитии процесса деструкции НКМ в будущем. Именно этим аспектам в статье уделено главное внимание.
ГЕОТЕКТОНИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ МАССИВА
Нижнеканский гранитоидный массив (рис. 2) располагается в южной части Енисейского кряжа в пределах юго-западной оконечности Ангаро-Канского антиклинория. Эта часть Енисейского кряжа сложена глубоко метаморфизованными отложениями и является древней архейской глыбой в пределах складчатой системы байкалид. С запада и юго-запада она граничит с ЗападноСибирской плитой, верхний структурный ярус которой сложен мезо-кайнозойскими отложениями. С востока она ограничивается Канско-Тасе-евским краевым прогибом, выполненным терри-генными отложениями кембрийско-рифейского возраста. К югу глыба постепенно погружается под девонские терригенные отложения Рыбинской впадины. Таким образом, НКМ расположен в тектоническом узле сочленения древней Сибирской платформы, молодой Западно-Сибирской плиты и Западно-Саянской орогенической области. В структурно-тектоническом отношении рассматриваемый район представляет собой серию блоков, ориентированных в север-северозападном направлении [10, 12, 15]. По геологическим особенностям на рассматриваемой территории выделяют докембрийский, среднепа-леозойский и мезо-кайнозойский структурно-тектонические ярусы.
А
Разрез по АБ
В Разрез по ВГ г
Рис. 2. Схема геологического строения района Нижнеканского массива (составлена с использованием данных В.М. Даценко, Н.В. Лукиной, Р.М. Лобацкой, Ю.И. Парфенова, П.В. Никулова, А.П. Лопатина, Э.Н. Линда и др.): 1 -гнейсовый комплекс (AR); 2 - приконтактовая мигматизация; 3 - слюдяно-гнейсовый комплекс с амфиболитами, кварцитами и мраморами (AR - PR); 4 - контур гранитоидов НКМ: а - диориты и гранодиориты 1-й фазы, б - граниты и лейкограниты 2-й фазы; 5 - дайки кислого состава; 6 - терригенно-вулканогенные отложения (PZ2); 7 - терригенные отложения (I); 8 - зоны милонитов; 9 - основные разломы, выделенные по геолого-геофизическим и структурно-геоморфологическим данным; 10 - круговые диаграммы ориентировки трещин; 11 - элементы залегания пород; 12 - контуры участков детальных исследований (с юго-востока на северо-запад - "Каменный", "Итатский", "Енисейский").
Докембрийский структурный ярус представлен Южно-Енисейской архейской глыбой - крупной антиклинальной структурой северо-западного простирания, у которой западное крыло запроки-
нуто на юго-запад. Ее центральная часть сложена гранат-полевошпатовыми породами и пироксе-новыми гнейсами кузеевской толщи. К востоку эти породы постепенно сменяются вышележащи-
ч Ч \
\ X70 ч
4 44 Кш
Железногорск
ми кордиеритовыми, кордиерит-силлиманитовы-ми, биотитовыми и гранат-биотитовыми гнейсами атамановской и калантатской толщ. Корди-еритовые и гранат-биотитовые гнейсы имеют четко выраженное северо-западное простирание. В большинстве случаев отмечается падение слоев на северо-восток, значительно реже на юго-запад. Антиклиналь осложнена складками второго порядка, часто изоклинальными, имеющими северо-западное простирание и крутое падение крыльев складок на северо-восток, реже на юго-запад. При выдержанности простирания гнейсовых толщ имеются отклонения от общего направления к меридиональному. Изоклинальные и опрокинутые складки, характерные для крыльев антиклинория, отмечены в породах атамановской и калантатской толщ. В центральной части его, сложенной массивными гранат-полевошпатовыми породами и пироксеновыми гнейсами, наряду со складками сложной формы наблюдаются изо-метричные простые складки с падением крыльев, не превышающими 20°. Земная кора Ангаро-Канского антиклинория лишена существенных плотностных неоднородностей. Гравитационное поле в его пределах относительно повышенное. Локальные минимумы отражают области интенсивной гранитизации [1], наиболее значительная из которых связана с НКМ, занимающим ядерную часть Ангаро-Канского антиклинория и являющимся представителем группы анатектиче-ских гранитоидов батолитовой формации [17].
К среднепалеозойскому структурному ярусу относится небольшая площадь, расположенная к юго-западу от р. Кан - часть Рыбинской впадины, которая утратив особенности, присущие предгорной впадине, приближается по своему строению к платформенной структуре, что подтверждается сокращением мощностей девонских отложений и отсутствием нижней части девонского разреза, включающего вулканиты. Отложения девона с резким угловым и структурно-тектоническим несогласием залегают на докембрии и полого погружаются на юго-восток под углом 4-6°. На фоне общего моноклинального па
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.