научная статья по теме ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ПОДЗЕМНОМ ЗАХОРОНЕНИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА УЧАСТКЕ «ЕНИСЕЙСКИЙ» НИЖНЕКАНСКОГО МАССИВА (КРАСНОЯРСКИЙ КРАЙ) Геология

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ПОДЗЕМНОМ ЗАХОРОНЕНИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА УЧАСТКЕ «ЕНИСЕЙСКИЙ» НИЖНЕКАНСКОГО МАССИВА (КРАСНОЯРСКИЙ КРАЙ)»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 6, с. 483-490

УДК 550.424

ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ПОДЗЕМНОМ ЗАХОРОНЕНИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА УЧАСТКЕ "ЕНИСЕЙСКИЙ" НИЖНЕКАНСКОГО МАССИВА (КРАСНОЯРСКИЙ КРАЙ)

© 2013 г. В. И. Мальковский***, А. А. Пэк*, Б. Т. Кочкин*, А. Ю. Озерский***

* Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Старомонетный пер., 35, Москва, 119017 Россия. E-mail: malk@igem.ru ** Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Миусская пл., 9, Москва, 125047 Россия. E-mail: ipur@muctr.ru *** ОАО "Красноярская горно-геологическая компания" ул. К. Маркса, 62, Красноярск, 660049 Россия. E-mail: oaju@krasgeo.ru

Поступила в редакцию 15.03.2013 г.

Проведен анализ безопасности размещения радиоактивных отходов (РАО) и облученного ядерного топлива (ОЯТ) в подземном хранилище на участке "Енисейский" в районе Нижнеканского массива. Анализ проводится на основе моделирования распространения радиоактивного загрязнения в подземной среде в результате гипотетической утечки радионуклидов из хранилища. Показано, что при незначительном влиянии коллоидной формы переноса радионуклидов загрязнение долгоживу-щими изотопами U, Np, Pu, Am за 1000 лет распространяется не далее, чем на расстояние порядка 100 м. Таким образом, при размещении РАО и ОЯТ в подземном хранилище на участке "Енисейский" на глубине порядка 500 м опасность загрязнения биосферы перечисленными изотопами невелика при незначительной роли коллоидного переноса радионуклидов подземными водами.

Ключевые слова: радиоактивные отходы, подземное хранилище, подземные воды, миграция радионуклидов, математическое моделирование, коллоидный перенос.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие атомной энергетики связано не только с увеличением потребности в урановом сырье, но и с решением проблемы обращения с облученным ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО) и надежной изоляции их от биосферы [3, 4]. С точки зрения экологической безопасности и экономической эффективности, наиболее перспективным в настоящее время способом изоляции РАО и ОЯТ является их размещение в подземных хранилищах [12, 13, 15].

В Российской Федерации в настоящее время проводятся геологические исследования в районе Нижнеканского массива с целью проектирования подземной лаборатории на площадке будущего объекта окончательной подземной изоляции РАО [6].

Надежность изоляции РАО и ОЯТ в хранилище предполагается обеспечить за счет применения так называемой мультибарьерной концепции [5]. Она заключается в использовании как инженер-

ных барьеров, препятствующих поступлению радионуклидов из РАО и ОЯТ в подземные воды, так и естественного барьера - массы пород, отделяющих хранилище от биосферы. Поскольку РАО содержат изотопы с большими периодами полураспада, отходы продолжают оставаться потенциально опасными для биосферы через сотни и даже тысячи лет после их размещения в хранилище. За такое время инженерные барьеры могут частично деградировать. Вследствие этого безопасность размещения РАО и ОЯТ в подземном хранилище в значительной степени определяется надежностью естественного (геологического) барьера. Основной механизм распространения радиоактивного загрязнения в геологической среде - перенос радионуклидов подземными водами, поэтому скорость распространения загрязнения существенным образом зависит от скорости течения подземных вод. Поскольку величина скорости течения подземных вод пропорциональна проницаемости пород, хранилище РАО и ОЯТ следует сооружать в блоках слабопроницаемых пород.

Размеры блоков должны быть достаточными для размещения требуемых объемов, предназначенных для захоронения радиоактивных материалов. Исследования показали, что этим условиям удовлетворяет участок "Енисейский" Нижнеканско-го массива (Красноярский край). Наиболее обоснованная оценка надежности геологического барьера может быть получена из результатов математического моделирования переноса радионуклидов подземными водами при гипотетической утечке радионуклидов из хранилища в результате частичного разрушения инженерных барьеров. Данная работа посвящена анализу течения подземных вод во вмещающих породах в зоне предполагаемого размещения РАО и ОЯТ на участке "Енисейский" и оценке распространения потенциального радиоактивного загрязнения из хранилища методами математического моделирования. Расчеты проводились на основе данных гидрогеологических и геохимических исследований, полученных сотрудниками ОАО "Красноярская горно-геологическая компания" (ОАО "Красноярск-геология") при участии специалистов других организаций.

ОПИСАНИЕ УЧАСТКА

Участок "Енисейский" расположен на правом берегу р. Енисей в районе г. Железногорска. Участок признан перспективным вследствие низкой проницаемости пород [2], отсутствия в непосредственной близости значительных разломов, благоприятной текстуры пород (в которых трещины преимущественно залечены вторичными минералами). В соответствии с требованиями к безопасности захоронения радиоактивных отходов [10] для захоронения РАО и ОЯТ на глубине 450-500 м была предложена площадка на монолитном блоке архейских гнейсов. РАО и ОЯТ предполагается размещать в горизонтальных горных выработках, расположенных на двух горизонтах на глубинах 450 и 475 м. Локальным базисом дренирования для участка является р. Шумиха (в районе расположения участка абсолютная высотная отметка ее уровня з 300 м).

По уровню водонасыщения, проницаемости и условиям течения подземных вод в верхних слоях пород на участке "Енисейский" можно выделить три основных гидрогеологических структурных элемента (сверху вниз):

1) локально водоносный горизонт четвертичных отложений;

2) зону слабопроницаемых трещиноватых ран-неархейских пород;

3) зону слаботрещиноватых раннеархейских пород с ультранизкой проницаемостью.

Следует отметить, что внутреннее пространство пустот, связанных с тектоническими нарушениями, заполнено вторичными минералами и наличие нарушений не влияет на интегральные фильтрационные свойства пород.

Локально водоносные четвертичные породы средней мощностью 15.7±12.5 м не образуют на участке "Енисейский" единый горизонт и их влияние на течение подземных вод в зоне предполагаемого размещения РАО и ОЯТ (450-500 м), по-видимому, незначительно.

Зона слабопроницаемых раннеархейских пород идентифицируется на основании анализа кер-нового материала и данных пакерного опытно-фильтрационного опробования (ОФО) скважин, пробуренных на участке.

Как показывают данные ОФО, в расположенной ниже зоне слаботрещиноватых раннеархейских пород распределение коэффициента фильтрации по глубине неоднородно. На участке предполагаемого размещения РАО и ОЯТ значения коэффициента фильтрации, как правило, не превышают 10-3 м/сут.

ОЦЕНКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Проводившими гидрогеологические и структурно-геологические исследования на участке "Енисейский" специалистами было сделано предположение о том, что течение подземных вод на уровне предполагаемого размещения горизонтальных выработок подземного хранилища РАО и ОЯТ ориентировано преимущественно в горизонтальном направлении. Для оценки справедливости этого предположения была рассмотрена следующая модель.

На участке предполагаемого размещения хранилища методом кригинга [17] было построено распределение уровня подземных вод по значениям, измеренным в наблюдательных скважинах. Это распределение представлено на рис. 1, где х, у - плановые декартовы координаты (осьу направлена с юга на север, а ось х - с запада на восток). Рассмотрим вертикальный разрез верхнего слоя пород, проходящий, как это показано на рис. 1. Можно отметить, что плоскость разреза практи-

чески перпендикулярна всем гидроизогипсам на рис.1. Следовательно, нормальные к плоскости разреза составляющие скорости течения подземных вод можно считать незначительными. Введем в плоскости разреза декартовы координаты следующим образом. Ось 2 направлена вертикально вверх, при этом 2 = 0 соответствует нулевой абсолютной высотной отметке. Ось / горизонтальна и направлена вдоль разреза, показанного пунктирной линией на рис. 1. При этом / = 0 соответствует точке с плановыми координатами х = 15000 м, у = 12529 м (т.е. точкой отсчета на оси / является точка пересечения пунктирной линии с нижней границей области на рис. 1). Согласно имеющимся данным геофизических исследований, изменение упругих свойств пород и трещиноватости с глубиной незначительны в интервале глубин от 150-200 до 1000-1800 м. Принимая во внимание известный характер влияния лито статического давления на проницаемость, можно предположить, что определенная геофизическими методами нижняя граница слоя соответствует границе с породами ультранизкой проницаемости. Рассмотрим область моделирования в профильном сечении, определенную сверху уровнем подземных вод (г = Н8ш{(/)), снизу - уровнем 2 = -500 м, что приблизительно соответствует положению верхней границы пород с ультранизкой проницаемостью. Левая граница области приблизительно соответствует положению зоны водораздела рек Енисея и Шумихи, правая граница - положению р. Шумихи, являющейся локальной дренирующей структурой для участка "Енисейский". Зависимость г = Н8иг{(/) показана на рис. 2. Она определялась частично по распределению уровня подземных вод, приведенному на рис. 1, а за пределами области, показанной на рис. 1, - путем интерполяции от северной границы этой области до р. Шумиха, уровень воды в которой (300 м) определяет уровень подземных вод.

Согласно имеющимся данным, измерения уровня подземных вод, сезонные колебания этого уровня в наблюдательных скважинах незначительны.

Будем полагать, что поле скоростей течения подземных вод в рассматриваемой области вертикального разреза удовлетворяет закону Дарси:

V г = -—I

---77, (1)

к{ др , \ к_ др_

П \ дг I п д/

где V.,, vl - компоненты вектора скорости, р - давление, к - проницаемость пород, п - динамиче-

13800

12600-

14600 14800 15000 15200 15400 15600

х, м

Рис. 1. Уровень подземных вод. Пунктирной линией показано положение профильного сеч

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.

Показать целиком