高放废物地质处置甘肃北山预选区花岗岩裂隙充填物的地球化学特征研究

摘要

随着我国核能事业的飞速发展,高放废物的处理和处置,已成为一个重大的安全和环保问题。目前,国际上公认的安全可靠且技术上可行的处置方法为深地质处置。针对深地质处置方法而言,处置库近场的地球化学环境很大程度上影响着放射性核素向外释放和迁移。为了揭示预选场址地下古流体的来源、成因、水-岩相互作用及地球化学环境等特征,本研究以甘肃北山预选区花岗岩裂隙充填物为研究对象,在查明填隙矿物的类型、分布、产状、形成年代及矿物学特征的基础上,重点分析研究了填隙方解石的碳、氧、锶同位素与稀土元素(REE),以及石英的氧同位素等组成特征,并对比分析了旧井、新场和芨芨槽岩体中裂隙充填物及其母源流体的地球化学特征。通过系统研究,获得了以下相关认识:
　　北山预选区花岗岩中裂隙充填物的类型主要有石英、方解石、粘土矿物(蒙脱石、绿泥石等),还有少量黄铁矿、褐铁矿等。其中,方解石作为主要研究对象,其分布最广,且数量最多。根据方解石的结晶状态、产状与伴生矿物组合等特征将其分为三种类型,即产于主岩封闭裂隙中的方解石、产于主岩开放裂隙中的方解石,以及产于构造破碎带中的方解石。通过对方解石U-Th年龄、同位素和稀土元素,以及石英氧同位素的分析,从测试结果可以看出:1)方解石年龄范围为114.4ka~463.2ka,表明其形成于不同时代和不同期次的地下流体活动。其中,旧井和芨芨槽填隙方解石形成较早(分别为179.8ka~344.8ka和114.4ka~305ka),新场方解石形成较晚(162.9ka~286.9ka),且年龄范围相对集中;2)方解石δ13C组成稳定(-11.6‰~-5.1‰),产于旧井、新场和芨芨槽中方解石的δ13C组成范围分别为-11.6‰~-5.7‰、-9.9‰~-5.1‰和-10.4‰~-5.5‰;而δ18O组成较分散(-0.7‰~21.9‰),产于旧井、新场和芨芨槽中方解石的δ18O组成范围分别为-0.7‰~19.7‰、10.9‰~21.9‰和11.5‰~16.1‰,其中以产于旧井构造破碎带中的方解石差异较大。同时,δ13C、δ18O组成在同一岩体的不同深度也表现出一定的差异;3)石英δ18O组成稳定(8.4‰~12.3‰),暗示其地下流体可能具有相似的源区性质和较稳定的流体环境;4)方解石87Sr/86Sr值组成范围大(0.708584~0.732967),其中旧井和新场填隙方解石87Sr/86Sr值较小(分别为0.708584~0.718749和0.708838~0.732967),并随深度增加呈明显降低趋势,而芨芨槽87Sr/86Sr值较大(0.714716~0.729015),且随深度变化趋势不明显;5)方解石稀土元素配分曲线均呈明显的右倾特征,轻重稀土分馏较强,但不同方解石在REE含量和配分模式上也具有一定的差异性。其中,旧井填隙方解石REE含量较高,新场填隙方解石REE配分曲线右倾斜率较大,且具有更明显的Eu负异常和Ce正异常等特征。
　　研究结果表明,北山预选区地下流体来源及成因较复杂,除浅部及局部构造破碎带中的流体受大气降水的影响较大以外,其余流体源于地下咸水、大气降水及其它地质流体等多种流体的混合;花岗岩裂隙中的水-岩反应强度相对较弱;地下流体环境较稳定,大多处于较还原环境。然而,不同岩体中不同深度的地下流体在地球化学特征上存在一定差异。相比较而言,新场岩体深部的地球化学环境更稳定,更有利于高放废物的长期安全处置。

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1 前 言

1.1 选题依据及目的

1.2 研究意义

1.3 研究思路

1.4 研究方法

1.5 主要工作量

2 高放废物地质处置的国内外研究进展

2.1 高放废物地质处置概况

2.2 世界各国高放废物地质处置研究进展

2.3 我国高放废物地质处置研究及项目进展

2.4 处置主岩裂隙充填物地球化学研究进展

3 研究区区域地质概况

3.1 自然地理条件

3.2 区域地层

3.3 区域构造

3.4 岩石学特征

3.5 地下水化学特征

3.6 地质发展史

4 主岩裂隙与填隙物特征

4.1 主岩裂隙发育特征与规律

4.2 裂隙充填物的分布、产状及矿物学特征

4.3 本章小结

5 裂隙充填物的同位素地球化学特征

5.1 填隙方解石的形成年龄

5.2 填隙矿物的碳、氧同位素特征

5.3 填隙方解石的锶同位素特征

5.4 本章小结

6 裂隙充填物的稀土元素地球化学特征

6.1 花岗岩的稀土元素组成

6.2 填隙方解石的稀土元素组成及特征

6.3 本章小结

7 结 论

参考文献

致谢