高放废物地质处置库黏土岩预选区调查与筛选(精)

1 绪论 高水平放射性废物（以下简称高放废物）的安全处置是国防军工和民用核电可持续发展的重要基础，受到各有核国家政府和公众的高度重视和广泛关注。我国《高放废物地质处置研究开发规划指南》明确要求“在全国其他地区选择另外的预选区，并研究比较不同的围岩类型，完成其他预选地区和围岩类型的预选及推荐工作”。核工业发展的历史经验表明，高放废物的安全处置必须立足国内，依靠自己的力量在自己国土上解决高放废物安全处置问题。许多国家受国土面积和地质条件的限定，能够安全处置高放废物的地质处置库围岩类型选择余地很小。例如，芬兰境内多为花岗岩，故该国选择花岗岩作为高放废物地质处置库围岩；比利时境内几乎都是黏土岩，该国只有选择黏土岩作为高放废物地质处置库围岩。世界范围内高放废物地质处置没有*好的方案，只有相对更好的方案。我国国土辽阔，高放废物地质处置可供选择的场址和围岩类型丰富多样，为了更好地保护人类和生态环境，保障经济社会可持续发展，需提出更好的高放废物地质处置方案，在确定我国高放废物地质处置库场址及围岩类型之前，从技术层面必须提出可供国家立法、审管部门选择的多种方案。与花岗岩相比，黏土岩具有不透水、阻滞放射性核素迁移能力强、自封闭性良好等特性，是当前重点关注的高放废物地质处置库围岩类型。 我国在2003年颁布了《中华人民共和国放射性污染防治法》，第四十三条明确规定“高水平放射性固体废物实行集中的深地质处置”，从国家法律层面规定了高放废物实施深地质处置的方案。在参考国外地质处置库场址筛选基本标准的基础上，提出了我国高放废物地质处置库黏土岩场址筛选基本标准，具体内容详见本书第四章。随后，还从国家层面颁布了一系列核安全导则《高水平放射性废物地质处置设施选址》（HAD 401/06-2013）、《放射性废物地质处置设施》（HAD 401/10-2020）。上述文件为国家层面推进高放废物地质处置提供了规范性文件和指导。 具体而言，当前我国在高放废物地质处置库候选围岩场址筛选方面主要围绕花岗岩和黏土岩展开，花岗岩场址筛选进程及研究程度均明显领先于黏土岩。“十一五”期间，我国《高放废物地质处置研究开发规划指南》指出：为尽早在我国建立安全可靠的高放废物处置库，除了继续加强甘肃北山花岗岩处置库的选址和场址评价工作外，还应该启动包括黏土岩在内的其他重点岩石类型的地质处置库预选区筛选研究工作，从而确定我国高放废物地质处置库的*终场址。同时，考虑到我国国土广袤和场址审批需要多场址比选的实际情况，地质处置库场址筛选至少需要两个预选区进行比选（潘自强和钱七虎，2009）。因此，早在2005年8月（**次全国高放废物地质处置研讨会）、9月（第260次香山科学会议）和12月（中国工程院高放废物地质处置战略规划项目研讨会）召开的多次研讨会上，有关专家学者多次强调：除继续开展甘肃北山花岗岩处置库预选区研发外，建议重点开展黏土岩地质处置库预选区研发工作（郑华铃等，2007；刘晓东等，2010）。 黏土岩是主要由粒径小于0.0039mm的细颗粒物质组成并含有大量黏土矿物的沉积岩。疏松未固结者称为黏土，固结成岩者称为泥岩和页岩。大多数黏土岩是母岩风化产物中的细碎屑物质呈悬浮状态被搬运到沉积场所，以机械方式沉积而成的。黏土矿物是黏土岩中主要的矿物成分。黏土矿物很细小，它们的结晶大小一般不超过2μm。黏土矿物种类繁多，黏土岩中分布*广的是高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石等。在对我国黏土岩区域分布调查的基础上，基本查明了我国厚层状黏土岩的区域位置、黏土岩的产状等基本特点；结合我国高放废物地质处置库黏土岩预选区选择的基本准则，基本查明了我国具有一定规模且适合建造高放废物地质处置库的黏土岩的区域分布、地质条件及工程条件。并重点对青海柴达木盆地西北缘、陇东地区、鲁西北地区、内蒙古巴音戈壁盆地等厚层状黏土岩重点分布区开展了初步的地质条件、水文地质条件、自然地理条件、经济社会条件等调研工作，基本查明了厚层状黏土岩重点分布区的社会、经济、地质、水文地质及自然环境条件；推荐了陇东地区环河-华池组、青海柴达木盆地南八仙等地区上干柴沟组和下油砂山组、内蒙古巴音戈壁盆地东部巴音戈壁组上段等层位作为深入开展黏土岩场址预选的重点调查区。在对上述重点调查区进行详细调查的基础上，确定了黏土岩预选区，并对预选区内的相关地段进行了地质条件研究。 2 我国黏土岩区域分布概况2我国黏土岩区域分布概况 确定我国是否存在一定规模的厚层状黏土岩是开展高放废物地质处置库预选区研究的关键，截止到2007年底，我国尚没有比较完整的可供参考的黏土岩分布及基本地质特征资料。东华理工大学高放废物地质处置库黏土岩项目组（以下简称项目组）自2008年开始，在全国1∶20万区域地质调查资料的基础上，先后赴中国地质调查局、全国地质资料馆、中国地质大学(北京)、中国地质大学、胜利油田以及山东、甘肃、青海、江西、江苏、浙江等地矿部门进行了大量的调研工作。依据黏土岩预选区基本地质条件的要求，项目组通过大量的分析和研究，基本查明了我国有一定规模的厚层状黏土岩分布，并了解了部分地区黏土岩的开发利用现状。 黏土岩作为一种非金属矿产资源目前主要作为建材行业的砖瓦原料、水泥配料原料、陶瓷原料以及冶金行业的耐火材料等。资料表明黏土岩在我国分布面积很广，大部分黏土岩形成于古生代地台型浅海相和中新生代内陆湖相沉积环境，厚度一般小于500m。我国黏土岩主要分布在甘肃、青海、新疆、内蒙古、山东、江苏、安徽、江西、浙江、广西和湖北等地（图2.1）。其中，内蒙古巴音戈壁盆地、二连盆地白垩系的内陆湖相黏土岩分布广泛，厚度大，连续性好，埋深适宜，产状平缓；甘肃陇东地区产出的白垩系黏土岩分布广，厚度大，连续性好，产状平缓，埋深400～500m；青海柴达木盆地茫崖地区、南八仙地区的新近系上新统黏土岩分布广，厚度较大，连续性好，埋深较适宜，产状较缓；新疆塔里木盆地的边缘也产出新近系上新统厚层状黏土岩，但一般埋藏深度很深或产状较陡；东北地区松辽盆地白垩系湖相黏土岩分布广泛，厚度大，连续性好，埋深适宜，产状平缓；而华东或华南地区的厚层状黏土岩大多规模较小，受构造影响强烈，连续性较差，产状一般较陡，局部地区存在厚度较大、埋深适宜、产状较平缓的黏土岩层。 2.1 黏土岩出露区域调查 我国黏土岩（泥岩、页岩）分布广泛，从北到南、从西到东都有出露，但连续大面积分布的黏土岩主要在我国北纬35°以南的广大地区。其中，页岩基本上都分布在古生代地台型浅海相沉积和中新生代内陆湖相沉积中，连续沉积的页岩厚度较小，多在500m以下。只有在地槽沉积层中才有连续沉积厚度较大的黏土岩，其厚度可达500m以上，甚至2000～3000m。 前期初步的调查研究表明，我国大部分黏土岩均形成于古生代地台型浅海相和中新生代内陆湖相沉积环境，且厚度一般小于500m。黏土岩主要分布在长江上游地区，以及桂、粤、滇西、赣北、皖南、浙西、冀北、东北、甘肃、青海、内蒙古和新疆等地区。 2.1.1 长江上游及其支流流域黏土岩分布区 该区是我国黏土岩（泥岩、页岩）分布*大的区域，包括四川东部、陕西南部、湖北西部、贵州北部、湖南中西部的广大地区，在大地构造上包括四川台拗（成都-巴中-万州-涪陵-宜宾地区）、大巴山台缘褶皱带（陕西至鄂西北狭长地带）和上扬子地台褶皱带（万州-涪陵-宜宾以东、宜昌-常德-黔阳-融水以西地区）。 该区范围为云南个旧以东，经百色、南宁、梧州至河源以西的广大地区，在大地构造上位于康滇地轴以东，属右江褶皱带和云开褶皱带。前者为三叠纪冒地槽区，在印支期褶皱回返；后者为早古生代冒地槽区，在晚加里东期褶皱回返，地层中常夹有厚度较大的页岩层。 2.1.2 滇西黏土岩分布区 该区范围北起攀枝花，向南经楚雄、普洱至中国与缅甸、老挝边界，在大地构造上位于康滇地轴以西，属三江（怒江、澜沧江、金沙江）褶皱系的南段。在大理-临沧-景洪一线以东为侏罗系—白垩系陆相拗陷和断陷带，地层中有厚度较大的黏土岩（页岩）层。 2.1.3 藏南冈底斯-喜马拉雅山黏土岩分布区 该区为燕山早期至喜马拉雅早期的优地槽和冒地槽区，黏土岩（页岩）地层沉积厚度较大，根据《中国地质图集》所附地层表，喜马拉雅山区上侏罗统—下白垩统门卡敦组黑色页岩夹砂质页岩的厚度大于760m；上三叠统曲龙共巴组页岩与砂质页岩互层，夹泥灰岩，厚度为465m；上石炭统纳兴组灰黑色页岩夹石英砂岩及泥灰岩，厚度为1888m。 2.1.4 晋冀黏土岩分布区 包括山西和冀北地区，在大地构造上西为华北地台中的断隆区。山西断隆区的古生界属于古盖层，地层厚度一般不大，仅在二叠系有厚度较大的沉积。冀北拗陷带在中-新元古代沉积总厚度近万米的粉砂质碳酸盐岩，其中有两层厚度较大的页岩层。 2.1.5 赣北皖南浙西黏土岩分布区 该区在大地构造上属江南台隆的东段，广泛分布着古生代陆台盖层，皆为浅海相沉积，厚度一般不大，志留系—奥陶系中含多层连续沉积厚度大于200m的页岩层。 （1）江西省樟树市清江盐田的古近系临江组和清江组泥岩。清江盐田位于清江断陷盆地中偏南地段，北起武林-江西农业工程职业学院（原樟树农校），南至甘泉-院前一线，东起大桥，西至永泰，矿体呈北东-南西向展布的不规则圆形，长约18km，宽约9km，面积133.66km2。该盐矿属硫酸盐-氯化物类型内陆湖相岩盐矿床，成盐层位于古近系古新统—始新统清江组一段中上部，呈层状、似层状产出，矿层共有1～54层，一般为20～39层，层数由北往南增多，单层厚度为0.5～3m，一般为2～3m，*大为10m;矿层累计厚度一般为35～80m，平均为40～60m，*大为133.49m。岩层产状平缓，矿体总体为中心厚四周薄的大扁豆体，矿体埋深592.92～1170m，一般为780～980m。由四个盐群组成三级旋回，总储量为103.7亿t。 （2）安徽省六安市舒城县下白垩统黑石渡组泥页岩。晓天至锦湾黑石渡组为典型剖面，以青灰色页岩为主，夹薄层黄绿色细砂岩。安徽省黄山市歙县下白垩统岩塘组泥岩为典型剖面，以灰绿色、黄绿色薄层泥页岩，灰色、灰绿色、黄绿色中厚层凝灰质砂岩夹薄层泥岩为主。 （3）浙西页岩主要分布在浙江省面积*大的陆相沉积盆地——金衢盆地。金华黏土岩为上白垩统金华组湖相暗色泥页岩，主要发育在西北部衢州-龙游沉积中心区，分布区域较为局限，厚度不均，为5～100m。 2.1.6 鲁西北与鲁东黏土岩分布区 据《山东省区域地质志》，山东省黏土岩主要分布在鲁西北和鲁东地区。鲁西北地区产出上白垩统王氏组中间层位（黄绿色砂页岩、钙质页岩夹粉砂岩）；中下侏罗统坊子组（黄绿色页岩、碳质页岩，细粒长石石英砂岩、砂砾岩夹煤层）；下二叠统山西组（杂色页岩、砂页岩、砂岩、黏土页岩）。而鲁东地区主要包括上白垩统王氏组中部（黄绿色、紫红色页岩、砂岩夹泥质灰岩、砂砾岩）；古近系始新统五图组（上部为泥岩、砂岩夹泥灰岩；中部为砂岩、碳质页岩、油页岩夹煤层；下部为泥质岩、黏土岩、砂岩、砂砾岩）。山东省1∶50万地质填图资料也表明厚层状黏土岩主要分布于以下四个层位。 2.1.6.1 下寒武统馒头组、毛庄组 古生界在鲁西地区广泛分布，鲁东地区缺失。下古生界仅包括寒武系及奥陶系。寒武系与下伏泰山群假整合接触。奥陶系与上覆石炭系假整合接触。早古生代是我国震旦纪以来海侵范围*广的一个时期，整个早古生代大致经历了早寒武世—中奥陶世的海侵和晚奥陶世海退这样一个大的海水进退过程。下古生界以碳酸盐岩沉积为特征。寒武系多为正常的浅海相沉积，岩性为页岩、不纯灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩。奥陶纪海侵规模和海水深度均较寒武纪大，下沉速度均一且稳定，上部为厚层状灰岩和豹皮灰岩沉积，下部为含燧石白云质灰岩沉积。在这些海相沉积地层中含有丰富的古生物化石和磷、石膏等矿产资源。<