中国高放废物地质处置地下实验室场址筛选

王驹，苏锐，陈亮，赵宏刚，周志超，赵星光

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.国家原子能机构高放废物地质处置创新中心，北京 100029）

高放废物处置地下实验室是指建造于一定深度、用于开发和验证高放废物地质处置技术、在一定情况下用于评价场址适宜性的地下研究设施。地下实验室一旦建成，它将成为处置库研究开发、验证实验、设备考验的中心［1］。

地下实验室建设和现场试验是高放废物地质处置研究开发中承前启后、不可或缺的关键环节，是开展处置库研发的必要条件。北美、欧洲和日韩等涉核国家已相继建成20 余座地下实验室，并开展了大量现场试验和技术研发，相关科研成果和经验为各国掌握高放废物地质处置技术起到了重要推动作用［2］。

我国“国民经济和社会发展第十三个五年计划”已将“建设1个高放射性废物处置地下实验室”列入100 项重大项目之中，并要求于2020 年左右开工建设。为进一步确保地下实验室工程建设和现场试验按国家规划如期开展，必须制定出我国高放废物地质处置地下实验室的发展战略，明确地下实验室的功能定位，筛选出适宜的地下实验室场址，构建先进的场址特性评价技术体系，进而获得各类场址特征数据，为地下实验室工程设计和建造以及场址特性评价提供有力的理论和技术支撑。

作为高放废物地质处置研发的重要科研设施，地下实验室不同于一般的地下工程，其场址筛选和评价须满足特定的准则和要求，具有涉及因素多、评价范围广、比选难度大等特点。首先，场址比选须综合考虑自然条件、社会经济和人文条件等诸多方面的因素，各因素间的权重分配和定量化指标须科学、合理；其次，我国首座高放废物地质处置地下实验室场址筛选区域涉及甘肃、新疆和内蒙古三大重点预选区中的十余个候选场址，调查和评价范围广，场址条件存在差异性；再者，筛选出的场址应符合地下实验室的总体定位和功能，并且满足开展各种地下现场实验的要求。同时，选址程序和进度须符合国家相关法规和标准的要求，最终确定的场址还应征得当地政府和居民的同意，且满足国家有关工程建设、环境保护等方面的要求。上述几方面是地下实验室选址的关键和核心，而相关技术难题也为筛选出适宜的地下实验室场址带来了巨大挑战。

我们依托国家原子能机构“高放废物地质处置地下实验室工程前期科研”课题，在2015—2019年期间，系统开展了我国高放废物地质处置首座地下实验室场址筛选。

根据我国首座高放废物地质处置地下实验室的发展战略和总体定位，以“第三代地下实验室”，即特定场区地下实验室（Area-specific URL）的理念为指导，在确定地下实验室场址筛选准则和建立定量化评价方法的基础上，系统分析对比了三大预选区（甘肃北山、内蒙古、新疆）11 个预选地段的9 个场址特性资料，并进行分步比选，最终确定了我国首座高放废物地质处置地下实验室场址，即甘肃北山新场场址。

1 中国地下实验室发展战略和定位

1.1 中国首座地下实验室的总体定位

通过充分的论证，我们提出了首座高放废物地下实验室的总体定位［3-4］，即：建设在特定场区（处置库重点预选区）有代表性的岩石之中、位于500 m 深度左右、功能较为完备且具有扩展功能的，为高放废物地质处置研究开发服务和场址评价服务的、具有国际先进水平的科研设施和平台。

1.2 中国高放废物地质处置地下实验室的基本功能

我国地下实验室应当具备以下功能［3-4］：评价场址深部环境、开展1：1 工程尺度验证实验、开发处置库施工、建造、回填和封闭技术、全面掌握处置技术、为地下现场实验提供深部实验巷道、水、电、通风、通讯、安全和应急等后勤保障、为公众参观地下实验室提供窗口等六大基本功能。

1.3 “第三代地下实验室”——特定场区地下实验室

特定场区地下实验室（Area-specific URL），是指建设在未来潜在处置库场址附近区域的、或具有与潜在处置库场址相似特征的、既具有方法学研究性质、又具有场址评价性质的地下实验室，它既起普通地下实验室的作用，又可起着潜在的“特定场址地下实验室”的作用［3-5］。这一概念得到了国内外的高度认可，并被国际放射性废物处置领域的著作定义为“第三代地下实验室”［6］。

我们提出我国首个地下实验室的类型应当是“特定场区地下实验室”，它的场址应当是一个与高放废物处置库场址有着特定联系的场址，这种特定联系具有两层涵义：一是，尽管地下实验室场址是从处置库重点预选区中选出来的，但它还不是处置库场址；二是，一旦地下实验室的研究开发工作证明在该场址建设处置库是适宜的，则这个地下实验室场址，或其附近的场址，在条件允许的情况下，可以转变成处置库场址。

1.4 中国高放废物地质处置地下实验室选址的技术路线

在明确前述三点的前提下，我们按照以下步骤开展了选址和确定场址的工作［7］。

第一步，制定地下实验室场址筛选准则。

第二步，收集和分析甘肃北山、内蒙古、新疆三大预选区11 个重点地段的已有资料，通过定性和定量对比，筛选出3～4个地下实验室候选场址。

第三步，与候选场址所在地的地方政府沟通，获得地方政府的意见。只有获得地方政府明确支持后，才进入下一步程序。

第四步，采用专家主观判断法（德尔菲法或层次分析法），组织专家进行论证，确定1 个推荐场址和1 个备选场址，并将结果上报。

第五步，国家原子能机构组织专家论证，确定国家首座地下实验室最终场址。

2 地下实验室选址的总体思路

经过详细研究，我们提出了地下实验室选址的总体思路，即：先确定我国高放废物处置地下实验室的发展战略和功能定位，在此基础上确定筛选准则和筛选方案，再在我国高放废物处置库的3 个重点预选区，即甘肃北山预选区、内蒙古预选区、新疆预选区，开展场址调查与特性评价、场址比选，在定性和定量分析和对比各场址适宜性的基础上，提出推荐场址和备选场址，最终由政府部门通过特定的专家会议的方式，最终确定我国首座高放废物地质处置地下实验室场址。

3 地下实验室场址筛选准则

立足于我国高放废物处置地下实验室的定位和功能，以国家核安全局发布的《高水平放射性废物地质处置设施选址》导则［8］为参考，在充分借鉴国外地下实验室选址实践经验的基础上，我们提出了地下实验室场址筛选准则［9］。

3.1 基本准则

①地下实验室应位于我国高放废物地质处置库重点预选区；②地下实验室应当位于有代表性的岩体或岩层中；③地下实验室场址能够满足开展各种地下现场实验的要求；④地下实验室场址应当满足工程安全建设和安全运行的要求；⑤地下实验室场址应当符合国家和地方环境保护相关要求；⑥地下实验室场址应当获得当地政府的同意。

3.2 排除性准则

①场址应避开千年时间范围以内由于发生最新构造运动、断层作用、地震活动、火山作用等强烈地质作用产生的不可接受的影响的地区；②场址应当避开千年时间范围以内可能的海平面升降区、侵蚀/沉降区、自然地质灾害强烈发育区；③场址不得压覆可能被利用的矿产资源（包括石油和天然气资源、煤炭资源、铀矿资源、金属矿产、非金属矿产、石材、地热资源等）、地下水资源和地下空间资源等；④场址应当避开可能存在充当放射性核素快速迁移通道的已有地下工程所在地；⑤场址应当避开国家和地方法规及规划所确定的需要特殊保护的地区；⑥场址应当避开公众和利益相关方及社会影响难以接受的地区。

3.3 具体准则

3.3.1地质条件

应当尽量选择地质条件较简单、岩性单一、岩性完整、有代表性的地质体。场址围岩必须有足够的厚度和面积。对于结晶岩类候选场址主体围岩厚度应不小于2 000 m；其他类型场址主体围岩厚度不小于100 m。主体围岩面积不小于40 km2。

3.3.2未来自然变化

场址边界到活动断层的距离大于5 km；场址区域外围附近无高震级发震断层带指向场址；场址区域内无发震断层指向场址。

3.3.3水文地质条件

场址应具备地下水含水量小、径流途径长、水力梯度低等水文地质特征。场址应位于区域地下水流场的补给区或径流区。场址应当具备开展地下水文实验的地质条件。

3.3.4地球化学

场址深部的地球化学条件应当与未来的地质处置库相似，以便为未来开展地下现场实验提供相似的地球化学环境。

3.3.5建造和工程条件应选择具有良好建造和工程条件的场址。场址的地形条件和地下岩体特征应满足进行地面设施建造和地下工程施工的要求，并能使地下施工符合有关地下矿山建设的要求。场址应满足地下工程的总体开挖需要，并确保竖井、巷道和硐室开挖的稳定性。应有足够的空间堆放由于开凿竖井、巷道和硐室产生的废石。

3.3.6土地利用

场址选择应考虑土地利用现状、土地使用规划和土地使用权等问题。应尽量选择现在和未来土地利用价值小的场址。

3.3.7社会经济和人文条件

应该优先考虑社会经济条件和人文条件有利于地下实验室建造和运行的地区。应当选择当地政府同意的场址。应当优先选择距现有核设施有一定距离的场址。

4 地下实验室候选场址主要特征

在开展高放废物处置库场址区域筛选时，对甘肃北山、新疆、内蒙古三大预选区的11 个处置库预选地段开展过包括钻孔勘察在内的场址特性评价，获得了各预选场址包括地质条件、未来自然变化、水文地质条件、人类活动、建造和工程条件、环境保护、土地利用、社会经济和人文条件等场址条件和特征资料［10-12］。依据地下实验室场址筛选准则，从中先筛选出9 个花岗岩地下实验室候选场址，分别为旧井西、新场、沙枣园、算井子、雅满苏、天湖东、阿奇山1 号、塔木素、诺日公。候选场址地理位置示意如图1。

图1 地下实验室候选场址地理位置示意图Fig.1 Geographical location of the candidate sites of underground research laboratory

4.1 候选场址条件及其主要特征

4.1.1旧井西候选场址

旧井西候选场址位于甘肃北山预选区旧井地段西南部，具体位置在以BS03 号钻孔为中心面积10 km2范围内，行政区划属于甘肃省肃北蒙古族自治县。

旧井西场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，相对高差小于30 m。围岩岩性为海西期似斑状黑云母二长花岗岩。花岗岩体坚硬，较完整，局部裂隙密集带发育，岩体工程质量较好。近区域范围内未记录到ML大于4 级的地震，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的强烈地质作用。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂（十月井断裂）的距离约11 km。所在岩体工程质量基本适宜。

旧井西场址所在区域地下水系统属于北山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的径流区，地下水主要赋存于基岩风化裂隙和构造裂隙中。其区域排泄区为东北部的额济纳旗盆地（距离200 km）。深部地下水循环交替较弱。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 型微咸水，TDS 约4.0 g/L。岩体渗透性较低，完整段渗透系数在1×10-10～1×10-8m/s 范围；破碎带或裂隙密集带在1×10-7～1×10-5m/s 范围。

旧井西场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作的土地，土地无开发和利用前景。

旧井西场址距离环境敏感区较远，陆地植被和野生动物稀少；离最近县级城市（玉门市）的距离约60 km，周围交通运输条件较为便利，人口密度极低，常住人口为1 户蒙古族牧民，无经济发展前景。

4.1.2新场候选场址

新场候选场址位于甘肃北山预选区新场地段东北部，具体位置在以BS06 号钻孔为中心面积10 km2范围内，行政区划属于甘肃省肃北蒙古族自治县

新场候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬、很完整，相对高差小于60 m。围岩主体岩性为形成于印支期的片麻状花岗闪长岩和英云闪长岩等，岩体厚度达2 000 m以上。岩体工程质量极好。场址近区域内未记录到ML大于4 级的地震，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的地质作用。场址内无活动断裂。所在岩体工程质量极好。

新场候选场址所在区域地下水系统属于北山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的径流区，地下水主要赋存于基岩风化裂隙和构造裂隙中。其区域排泄区为东北部的额济纳旗盆地（距离200 km）。深部地下水循环交替较弱。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 型微咸水。岩体渗透性极低，完整段渗透系数在1×10-11～1×10-9m/s 范围；裂隙密集带渗透系数在1×10-8m/s 左右。

新场场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作的土地，土地无开发和利用前景。

新场场址距离环境敏感区较远，陆地植被和野生动物稀少；离最近县级城市（玉门市）的距离较远，约80 km，周围交通运输条件较为便利，人口密度极低，常住人口为1 户蒙古族牧民，无经济发展前景。新场候选场址所在地距离中核甘肃核技术产业园中心距离约96 km，甘肃省政府及市县两级政府均积极支持地下实验室工程落地。

4.1.3沙枣园候选场址

沙枣园候选场址位于甘肃北山预选区沙枣园地段东南部，具体位置在以BS24 号钻孔为中心面积10 km2范围内，行政区划属于甘肃省金塔县。

沙枣园候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，较完整，相对高差小于50 m。围岩主体岩性为形成于海西期的黑云母花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩等。岩体工程质量较好。场址近区域内未记录到ML大于4 级的地震，无活动断裂，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的地质作用。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离很远，超过90 km。所在岩体工程质量适宜。

沙枣园候选场址所在区域地下水系统属于北山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的径流区，地下水主要赋存于基岩风化裂隙和构造裂隙中。其区域排泄区为南部的河西走廊，场址到排泄区的距离约30 km。深部地下水循环交替较弱。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 和SO4·Cl-Na 型咸水。岩体渗透 性较低，完整段渗透系数在1×10-11～1×10-9m/s范围；裂隙密集带渗透系数在1×10-8～1×10-7m/s 范围。

沙枣园场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作的土地，土地无开发和利用前景。

沙枣园场址距离环境敏感区较远，陆地植被和野生动物稀少；离最近县级以上城市（嘉峪关市）的距离约75 km，周围交通运输条件较为便利，人口密度极低，常住人口为1 户蒙古族牧民，无经济发展前景。沙枣园候选场址所在地已在中核甘肃核技术产业园规划范围内，甘肃省政府及市县两级政府均积极支持地下实验室工程落地。

4.1.4算井子候选场址

算井子候选场址位于甘肃北山预选区算井子地段东北部，具体位置在BS22 号钻孔东北部，面积10 km2范围内，行政区划属于内蒙古自治区额济纳旗。

算井子候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，完整，相对高差小于50 m。主体岩性为花岗闪长岩和二长花岗岩。岩石整体完整，岩石质量评价极好。场址近区域内未记录到ML大于4 级的地震，无活动断裂，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的地质作用。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离很远，超过100 km。所在岩体工程质量适宜。

算井子候选场址所在区域地下水系统属于北山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的补给-径流区，地下水主要接受西部的地下水补给和大气降水补给，地下水最终排泄区在额济纳旗盆地。场址中心到排泄区的距离很远，约180 km。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 和SO4·Cl-Na型微咸水。岩体渗透性极低，完整段渗透系数在1×10-11～1×10-10m/s 范围；破碎带和裂隙密集带渗透系数在1×10-8～1×10-6m/s 范围。

算井子候选场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作的土地，土地无开发和利用前景。

算井子候选场址紧邻马鬃山北山羊省级自然保护区，距离马鬃山古生物化石省级自然保护区较近，约5 km；陆地植被和野生动物稀少；所在地区属于少数民族（蒙古族）聚居区；离最近县级以上城市（嘉峪关市）的距离很远，约200 km，周围交通运输条件较差，人口密度极低，常住人口为1 户蒙古族牧民，无经济发展前景。

4.1.5雅满苏候选场址

雅满苏候选场址位于新疆预选区雅满苏地段中部，具体位置在以YM01 号钻孔东北向面积10 km2范围内，行政区划属于新疆维吾尔自治区哈密市。

雅满苏候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，完整，相对高差小于30 m。岩体工程质量评价极好。围岩主体岩性为印支期黑云母二长花岗岩等。场址近区域内未记录到ML大于4 级的地震，无活动断裂，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的地质作用。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离很远，超过100 km。所在岩体工程质量适宜。

雅满苏候选场址所在区域地下水系统属于新疆东天山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的补给-径流区，地下水主要接受东部的地下水补给和大气降水补给，地下水最终排泄区在西部的沙尔湖一带。场址到排泄区的距离很远，约130 km。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 和SO4·Cl-Na型咸水。岩体渗透性极低，完整段渗透系数在1×10-13～1×10-10m/s 范围；破碎带和裂隙密集带渗透系数在1×10-9～1×10-8m/s 范围。

雅满苏候选场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作和放牧的土地，土地无开发和利用前景。

雅满苏候选场址距离国家或省级自然保护区、地表水源地、工农业生产生活供水水源地等环境敏感区较远；陆地植被和野生动物稀少。离最近县级及以上城市（哈密）的距离约90 km；周围交通运输条件较便利，人口密度极低，无常住人口，无经济发展前景。

4.1.6天湖东候选场址

天湖东候选场址位于新疆预选区天湖地段东部，具体位置在TH02 号钻孔东北向面积10 km2范围内，行政区划属于新疆维吾尔自治区哈密市。

天湖东候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，岩体裂隙及脉体发育，相对高差小于30 m。围岩主体岩性为印支期的中-细粒黑云母花岗闪长岩等。岩体工程质量评价较好。场址近区域内未记录到ML大于4 级的地震，无活动断裂，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的地质作用。场址5 km范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离很远，超过100 km。所在岩体工程质量基本适宜。

天湖候选场址所在区域地下水系统属于新疆东天山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的补给-径流区，地下水主要接受东部的地下水补给和大气降水补给，地下水自东南流向西北，最终排泄区在西部的沙尔湖一带，到排泄区的距离很远，约200 km。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 型咸水。岩体渗透性较低，完整段渗透系数在1×10-12～1×10-9m/s范围；破碎带和裂隙密集带渗透系数在1×10-7～1×10-6m/s范围。

天湖东候选场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作和放牧的土地，土地无开发和利用前景。

天湖东候选场址距离国家或省级自然保护区、地表水源地、工农业生产生活供水水源地等环境敏感区较远；陆地植被和野生动物稀少。离最近县级及以上城市（哈密）的距离较远，约155 km；周围交通运输条件较便利，人口密度极低，无常住人口，无经济发展前景。

4.1.7阿奇山1 号候选场址

阿奇山1 号候选场址位于新疆预选区阿奇山地段东南部，具体位置以AS01 号钻孔为中心面积10 km2范围内，行政区划属于新疆维吾尔自治区吐鲁番市鄯善县。

阿奇山1 号候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，很完整，相对高差小于50 m。围岩主体岩性为印支期中细粒黑云母二长花岗岩。岩体工程质量评价极好。场址近区域内未记录到ML大于4 级的地震，无活动断裂，新近纪以来没有发生过火山活动，不存在影响场址适宜性的地质作用。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离很远，超过100 km。所在岩体工程质量适宜。

阿奇山1 号候选场址所在区域地下水系统属于新疆东天山山区地下水系统，处于区域地下水流系统的径流区，地下水主要接受东南部的地下水补给和大气降水补给，地下水自东南流向西北，最终排泄区在西部的艾丁湖一带，到排泄区的距离较远，超过100 km，深部地下水循环交替缓慢（地下水年龄约两万年）。地下水主要化学类型为Cl·SO4-Na 型咸水或卤水。岩体渗透性极低，完整段渗透系数在1×10-12～1×10-9m/s 范围；破碎带和裂隙密集带渗透系数在1×10-8～1×10-7m/s范围。

阿奇山1 号候选场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作和放牧的土地，土地无开发和利用前景。

阿奇山1 号候选场址邻近地区是鄯善县石材产业的主要原料供应地，花岗岩石材开采活动频繁；场址周围无其他矿产资源分布，距离国家或省级自然保护区、地表水源地、工农业生产生活供水水源地等环境敏感区较远；陆地植被和野生动物稀少。但是，场址在核军事禁区内；所在地区属于少数民族（维吾尔族）聚居区；离最近县级城市（鄯善县）的距离较远，约106 km；周围交通运输条件较差，人口密度极低，无常住人口，无经济发展前景。

4.1.8塔木素候选场址

塔木素候选场址位于内蒙古预选区塔木素地段北部，具体位置在TMS01 号钻孔向北，面积10 km2范围内，行政区划属于内蒙古自治区阿拉善盟。

塔木素候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，较破碎，相对高差小于50 m。场围岩主体岩性为花岗闪长岩。岩体工程质量评价较差。场址处于构造稳定区域，未记录到震级大于5 级的地震。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离较远，超过100 km。所在岩体工程质量基本适宜。

塔木素候选场址位于区域地下水的补给区，所处区域地下水类型为基岩裂隙水，大气降水入渗补给是区内地下水的唯一补给来源，地下水流向巴丹吉林沙漠和山间盆地，一部分在低洼地带蒸发排泄，一部分最终流到古日乃湖和拐子湖地区的树贵湖。场址中心到最终排泄区较近，约50 km。深部地下水循环交替缓慢。地下水主要化学类型为HCO3·Cl·SO4-Na·Ca 型和Cl·SO4-Na·Ca 型微咸水。岩体渗透性相对较大，渗透系数在1×10-10～1×10-7m/s范围，平均值为3.4×10-8m/s。

塔木素候选场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作的土地，土地无开发和利用前景。

塔木素候选场址及周围无重要矿产资源分布，距离国家或省级自然保护区、地表水源地、工农业生产生活供水水源地等环境敏感区较远；陆地植被和野生动物稀少。所在地区属于少数民族（蒙古族）聚居区；离最近县级城市（阿拉善右旗）的距离很远，约240 km；周围交通运输条件较差，人口密度极低，无经济发展前景。

4.1.9诺日公候选场址

诺日公候选场址位于内蒙古预选区诺日公地段北部，具体位置在NRG01 号钻孔为中心面积10 km2范围内，行政区划属于内蒙古自治区阿拉善盟。

诺日公候选场址属低山丘陵地形，岩漠化程度强，花岗岩体坚硬，较完整，相对高差小于50 m。围岩主体岩性为碱性-钙碱性准铝质花岗岩-花岗闪长岩-闪长岩，成岩时期主要为华力西晚期。岩体工程质量评价较好。场址处于构造稳定区域，未记录到震级大于5 级的地震。场址5 km 范围内无活动断裂，场址中心到最近的晚更新世断裂的距离较远，超过100 km。所在岩体工程质量适宜。

诺日公候选场址位于区域地下水的补给区，所处区域地下水类型为基岩裂隙水，大气降水入渗补给是区内地下水的唯一补给来源。区域地下水流向南部沙漠区，那木嘎、基隆古硝池一带成为区域上的排泄带。场址中心到最终排泄区较近，约56 km。深部地下水循环交替缓慢。地下水主要化学类型为Cl-Na 型微咸水。岩体渗透性较低，完整段渗透系数在1×10-11～1×10-9m/s 范围；裂隙带或破碎带渗透系数在1×10-8～1×10-7m/s 范围。

诺日公候选场址及其外围地区岩漠化极强，无重要矿产资源分布，没有可供耕作的土地，土地无开发和利用前景。

诺日公候选场址内部及周围的石材开采活动频繁，是当地石材原料供应地。场址周围无其他重要矿产资源分布，距离国家或省级自然保护区、地表水源地、工农业生产生活供水水源地等环境敏感区较远；但在岩体附近有国家级阿拉善白绒山羊保护区和恐龙化石保护区。陆地植被和野生动物稀少。所在地区属于少数民族（蒙古族）聚居区；离最近县级城市（阿拉善左旗）的距离较远，约136 km；周围交通运输条件便利，人口密度较低，经济发展前景欠佳。

4.2 候选场址适宜性定性评价

4.2.1地质条件

9 个候选场址均位于我国高放废物处置库重点预选区，其主体围岩均为有代表性的花岗岩。围岩地质条件均能满足工程安全建设和安全运行的要求。相对而言，新场、沙枣园、算井子、雅满苏、阿奇山1 号、诺日公等候选场址所处围岩岩体更完整、岩石蚀变弱，而旧井西、天湖东、塔木素等候选场址所处岩体裂隙构造较发育、岩体完整性相对较差、岩石蚀变较强。

从地质条件角度分析，新场、沙枣园、雅满苏、诺日公、算井子、阿奇山1 号等候选场址较旧井西、天湖东、塔木素等候选场址更适宜。

4.2.2未来自然变化条件

9 个候选场址均满足选址准则的相关要求。从未来自然变化条件分析，9 个候选场址均是适宜的。

4.2.3水文地质条件

9 个候选场址具有相似的特征，如岩体渗透性低，深部地下水循环交替缓慢，均位于补给-径流区，距离最终排泄区超过50 km（除沙枣园候选场址距离最终排泄区较近外，约30 km），地下水水化学类型相似，地下水矿化度均较高（大于1 g/L）等。相对而言，旧井西、塔木素候选场址所处岩体渗透性更高，较其他7 个候选场址的水文地质条件差。

4.2.4建造与工程条件

9 个候选场址在地应力、岩石强度、可建造性以及地形地貌等条件方面特征相似。相对而言，旧井西、新场、沙枣园、算井子、雅满苏、阿奇山1 号、诺日公候选场址岩体工程可建造条件适宜，而天湖东、塔木素等候选场址岩体工程可建造条件基本适宜；算井子、雅满苏、天湖东、阿奇山1 号、塔木素、诺日公等候选场址远离城镇，有关原材料供给、交通、供水供电等较困难，未来工程建设和运行成本较高。而旧井西、新场、沙枣园等候选场址在原材料供给、交通、供水、供电等方面相对较容易。

从建造与工程条件分析，旧井西、新场、沙枣园等候选场址较算井子、雅满苏、天湖东、阿奇山1 号、诺日公、塔木素等候选场址更适宜。

4.2.5人类活动

9 个候选场址及邻近地区均未发现重要金属矿产资源，均不具有矿产资源开发前景。但是，阿奇山1 号、诺日公等候选场址所在地是当地石材产业的主要原料供应地，场址内部及周围的花岗岩石材开采活动频繁、开发程度高。

从人类活动情况分析，新场、沙枣园、算井子、雅满苏、天湖东、塔木素、旧井西等候选场址更适宜。

4.2.6土地利用

9 个候选场址在土地利用方面具有相似的特征，均位于广袤的、岩漠化的戈壁荒漠中，土地类型基本都是岩漠化裸地，没有开发利用价值。

从土地利用角度分析，9 个候选场址均是适宜的。

4.2.7交通运输条件

从交通运输条件分析，旧井西、新场、沙枣园等候选场址所在地交通运输网络发达，交通运输更为便捷，且位于中核甘肃核技术产业园附近，这些场址较其它场址更适宜。

4.2.8社会经济及人文条件

9 个候选场址所在近区域内人口密度极低，除了少数牧民外无其他常住人口，没有经济发展前景。旧井西、新场、沙枣园等候选场址所在地距离县级及以上城镇较近，未来地下实验室工程建设和运行的生活等后勤补给较为便利。阿奇山1 号候选场址所在地距离维吾尔族等少数民族聚居区较近。算井子、塔木素和诺日公等候选场址所在地距离蒙古族等少数民族聚居区较近。 新场、沙枣园场址所在地已在中核甘肃核技术产业园规划范围内，甘肃省政府及市县级政府均积极支持地下实验室工程落地。

从社会经济及人文条件分析，新场、沙枣园、旧井西等候选场址较其他候选场址更适宜。

5 地下实验室场址比选

5.1 比选过程中的重点考虑

场址比选过程中，重点考虑了以下几点：

1）以前述的筛选准则为指导，逐步进行比选。首先是充分利用排除性准则，先排除若干场址，然后根据各个场址的社会经济条件和地质、水文、工程和建造条件等进行综合分析。

2）充分考虑各个选址因素的权重。在八大选址因素中，即地质条件、未来自然变化、水文地质条件、人类活动、建造及工程条件、环境保护、土地利用、社会经济和人文条件，把社会经济和人文条件放在首要位置，尤其是把地方政府的态度和场址距离已有核设施的远近作为最优先考虑的因素。然后，再依顺序考虑环境保护和土地利用条件、未来自然变化、水文地质条件、建造及工程条件、人类活动、地质条件等。

3）定性与定量相结合，以定性为主。各个场址涉及到大量的定性特征描述和大量定量的数据，因此场址比选过程中考虑了定性特征和定量数据相结合。尽管我们获得了关于场址的大量的定量数据，但有一部分定量数据在场址比选过程中并不是关键数据，而定性描述和定性判断反而是确定场址的关键，因此，在比选过程中采用了以定性为主的方式。

4）循序渐进，分步进行。即先从每个预选区（甘肃北山、新疆、内蒙古）中初选出1～2 个场址，然后，对初选出的场址进行排序。最后，根据专家咨询意见，提出1 个推荐场址和1 个备选场址的建议。具体筛选过程是，从甘肃北山预选区的旧井西、新场、沙枣园和算井子中选出2 个场址，从新疆的阿奇山1号、雅满苏和天湖中筛选出1个场址，从内蒙古的塔木素和诺日公中选出1 个场址。然后，通过定性和定量的方法，对选出的4 个场址进行排序。最后，再通过专家定性评价方式（投票）选出1 个推荐场址和1 个备选场址。

5.2 地下实验室候选场址定性比选

以下为地下实验室场址定性比选的步骤。

5.2.1从甘肃北山预选区筛选出2个场址

在甘肃北山预选区有4 个场址，即旧井西、新场、算井子、沙枣园。

由于算井子场址位于甘肃和内蒙两省（区）交界之处，同时获得两省的批准有一定的困难。并且，该场址距离嘉峪关市有240 km，目前仅有砂石路相通，水电等基础设施均没有，若建设地下实验室，其成本会比其他场址高出许多。因此，尽管该场址岩石十分完整，且水文地质条件很好，在目前阶段暂时不考虑作为地下实验室场址。

由于旧井西场址的岩石完整性比新场和沙枣园略差，且断裂较为发育，因此，尽管该场址的岩体规模很大，水文地质条件也好，在目前阶段暂时不考虑作为地下实验室场址。

这样，在甘肃北山预选区就剩下新场场址和沙枣园场址供进一步比选。

而由于新场场址的岩石完整性比沙枣园略强，且距地下水排泄区的距离较沙枣园更远，因此，尽管沙枣园场址距离中核甘肃核技术产业园的距离较近，我们还是将新场场址的排序放在沙枣园场址之前。

综上，甘肃北山预选区内地下实验室场址的排序是新场、沙枣园。

5.2.2从新疆预选区筛选出1个场址

在新疆有3 个场址，即阿奇山1 号、雅满苏、天湖东。

由于阿奇山1 号场址位于军事管理区范围之内，在目前阶段获得批准有一定的困难。该场址距离鄯善县有110 km，目前仅有砂石路相通，水电等基础设施均没有，若建设地下实验室，其成本会比其他场址高出许多；此外，该场址还是鄯善县的花岗石材矿所在地，分布有50 多个花岗岩石材开采企业。因此，尽管该场址岩石十分完整，且水文地质条件十分有利，在目前阶段暂时不考虑作为地下实验室场址。

由于天湖东场址位于天湖花岗岩体内，而我国重要的交通运输干线-兰新铁路、兰新高铁均穿天湖岩体而过，且西气东输管线和西油东输管线均穿过该岩体，因此，尽管该场址岩石十分完整，且水文地质条件十分有利，在目前阶段暂时不考虑作为地下实验室场址。

这样，仅考虑雅满苏场址作为新疆预选区内的地下实验室候选场址。

5.2.3从内蒙古预选区筛选出1个场址

在内蒙古有2 个场址，即塔木素和诺日公。

由于塔木素场址岩体完整性稍差，并且该场址距离最近县级及以上城市（阿拉善右旗）的距离约240 km，目前仅有砂石路相通，水电等基础设施均没有，若建设地下实验室，其成本会比诺日公场址高出许多。因此，在目前阶段暂时不考虑把塔木素场址作为地下实验室场址。

因此，内蒙古预选区内的诺日公场址作为地下实验室候选场址。

5.2.4对从甘肃北山、新疆、内蒙古预选区筛选出的场址进行排序

鉴于以下理由：

1）甘肃北山预选区被选为我国高放废物处置库的首选预选区；

2）甘肃北山预选区的地下实验室场址位于中核甘肃核技术产业园附近，并且地下实验室工程建设项目已经被列入“中核甘肃核技术产业园”规划和中核集团与甘肃省签订的战略合作协议之中；

3）甘肃北山预选区的地下实验室场址距离中核甘肃核技术产业园较近；

4）甘肃北山预选区的地下实验室场址具有有利的地质、水文地质、建造和工程条件等。因此，把甘肃北山预选区新场场址和沙枣园场址的排序放在三个预选区的最前面。

与内蒙古预选区的诺日公场址相比，新疆的雅满苏场址范围内没有自然保护区，没有花岗岩石材企业的分布，条件相对较好，因此，排序排在内蒙的诺日公场址之前。

根据上述定性分析，我们提出的4 个地下实验室场址的排序是：

①新场场址；②沙枣园场址；③雅满苏场址；④诺日公场址。

5.3 地下实验室候选场址定量化评价

5.3.1场址比选和适宜性定量化评价方法

结合我国候选场址围岩特点，我们提出了定量的高放废物处置工程岩体适宜性评价方法（QHLW）［13］。针对选出的候选场址，在其可建造性指标基础上，同时考虑岩体地下水化学指标、温度影响、渗透特性和强度应力比水平对处置库长期安全性影响，建立如下公式用以评价岩体适宜性：

式中，QRHLW为岩体适宜性评价指标；CRchm为地下水化学指标；CRT为温度影响指标；Q’为岩体完整性指标；JRw，HLW为岩体渗透性能指标；SRFRHLW为岩体强度应力比指标。按照QRHLW评价结果，将场址适宜性分为适宜、基本适宜和不适宜三类（表1）。

表1 候选场址适宜性指标QRHLW分级标准Table 1 Classification standard QRHLW for suitability index of candidate sites

QHLW方法适用于花岗岩场址的围岩适宜性评价，可以综合考察围岩的可建造性及其对处置库长期安全性的影响，是国际上首个定量化的高放废物处置工程围岩适宜性评价方法。

5.3.2场址适宜性定量化评价结果

按照我国高放废物地质处置地下实验室为特定场区地下实验室的战略定位，从处置库场址要求出发，重点采用QHLW方法对新场、沙枣园、雅满苏和诺日公等4 个初步候选场址进行适宜性评价。根据目前场址评价的成果，4 个候选场址范围内均不存在不可接受的大型断裂，可满足处置库场址对大型断裂带的规避要求。地下水化学测试结果表明，4 个场址均满足QHLW方法对地下水化学环境的要求，地下水化学指标取值均为1.0；4 个场址的温度影响指标取值均为0.83。根据深部地质调查和深钻孔岩心裂隙编录结果，4 个候选场址的岩体完整性指标取值均在100 以上，即各候选场址深部岩体完整性均较为理想。根据双栓塞现场水文试验结果，新场和雅满苏候选场址渗透系数大于10-9m/s 的试验段占比超过90%，渗透特性指标取值均为1.0。沙枣园和诺日公候选场址渗透系数大于10-9m/s 的试验段占比超过70%，渗透特性指标取值均为0.66。根据室内试验和深钻孔水压致裂试验结果，新场、沙枣园和诺日公场址强度应力比数据均大于5，有利于工程建造，SRFRHLW指标取为0.5；雅满苏场址深部岩体蚀变较强，导致岩体强度降低，强度应力比大于5 的百分比为89%，SRFRHLW指标取为1.0。

根据以上数据，获得4 个地下实验室候选场址适宜性评价结果，4 个场址均评价为“适宜”（表2）。其中，新场场址具有岩体完整、渗透性低、强度应力比高等优点，在所有候选场址中适宜性最高（QRHLW值高达259.8）。上述评价结果为场址筛选提供了量化指标，是确定地下实验室场址的重要依据。

表2 各候选场址岩体适宜性评价结果Table 2 Rock mass suitability evaluation results of candidate sites

6 地下实验室候选场址专家论证

2016 年1 月12 日，核工业北京地质研究院组织召开了地下实验室选址专家咨询会，29 名专家对《我国首座高放废物地质处置地下实验室场址初选技术报告》进行了咨询和评审。专家组经过投票一致同意新场为推荐场址，沙枣园为备选场址。

2016 年3 月10 日，国家原子能机构科技委组织召开了地下实验室选址技术报告专家评审会，邀请5 名院士在内的12 名专家对地下实验室场址进行了专题论证。经专家讨论和投票，明确推荐新场为地下实验室场址。

针对地下实验室场址选址，我们还多次邀请国外专家进行咨询与论证。自2014 年以来，核工业北京地质研究院先后邀请来自国际原子能机构、法国放射性废物管理局、瑞典核燃料与废物管理公司、芬兰核废物处置公司、美国因特拉咨询公司、瑞士放射性废物管理局、英国核退役管理局等多个放射性废物管理与研究机构的专家（共23 人次），就我国高放废物地质处置地下实验室的选址进行了深入咨询。其中，国际原子能机构专家组（2015 年9 月）的结论为：提出的地下实验室选址准则是适宜的；以现有的资料为评价基础，新场、沙枣园、算井子、旧井均适宜作为地下实验室的场址。瑞典专家（2016 年3 月）认为，在新场地段选择地下实验室场址是适宜的。

高放废物地质处置地下实验室建设工程也获得了甘肃省政府的大力支持，并列为中核甘肃核技术产业园重点项目。2016 年6 月，甘肃省正式发文，明确同意核工业北京地质研究院在甘肃北山地区开展候选场址筛选工作，并在选定的场址建设高放废物地质处置地下实验室。

作为地下实验室建设工程项目咨询单位，中国国际工程咨询公司于2018 年1 月27 日在北京组织召开了“高放废物地质处置地下实验室场址筛选技术报告评审会”，对地下实验室选址做综合论证，为地下实验室工程立项提供决策依据。该专家评审会邀请了包括5 位中国工程院院士在内的28 位专家参会。此次评审会针对4 个候选场址（分别为新场、沙枣园、雅满苏和诺日公），设计了场址比选评分表，该评分表考虑了技术类和社会经济类两大类指标。其中，技术类指标包括地质条件、水文地质条件、地球化学条件、建筑和工程条件、未来自然变化；社会经济类指标包括土地利用、社会经济和人文条件、后勤补给条件、当地政府意见。每项指标均考虑了重点要素和权重。专家评分结果为：新场场址为94 分，沙枣园场址为87 分，雅满苏场址为72 分，诺日公场址为71 分。据此，评审专家一致推荐新场为我国首座地下实验室场址。

考虑到高放废物处置地下实验室意义重大，影响深远，为最终确定场址，中国国际工程咨询公司按照国家原子能机构的要求，进一步扩大了专家范围，于2018 年5 月7 日再次进行了国家级层面的场址论证会。会议聘请了包括17 位两院院士在内的44 位专家参会，专业范围涵盖地质、水文地质、工程地质、地球化学、地震地质、地球物理、岩石力学与地下工程、机械工程、防护工程、核工程、放射化学、辐射防护、放射性废物管理、环境保护、技术经济等与选址紧密相关的技术领域。与会专家对新场、沙枣园、诺日公3 个场址进行了详细研讨并打分评价，结果为：新场、沙枣园、诺日公3 个场址评价得分（百分制）分别为95 分、88 分和74 分。通过该次国家级层面的论证会，最终确定了新场为我国首座高放废物处置地下实验室场址。

北山新场场址的最终确定，为我国高放废物地质处置地下实验室的工程建设奠定了场址基础。以此为基础，完成了地下实验室工程设计。地下实验室的成功选址，也为我国重大核工程选址提供了成功经验。

7 结 论

1）地下实验室场址的筛选，是在我国首座高放废物地质处置地下实验室的发展战略和总体定位引领下，以“第三代地下实验室”——特定场区地下实验室（Area-specific URL）的理念为指导，在确定地下实验室场址筛选准则和建立定量化评价方法的基础上开展的。

2）地下实验室场址筛选准则包括基本准则、排除性准则和具体准则。具体准则包括地质条件、未来自然变化、水文地质条件、人类活动、建造和工程条件、环境保护、土地利用、社会经济和人文条件等。其中，当地政府和民众是否同意，是地下实验室选址成功的关键和前提。

3）选址过程是在选址准则的指导下，循序渐进，分步进行的，采用了定性和定量比选相结合，以定性为主的方式。地下实验室的最终场址，是在场址满足筛选准则的基础上，通过国家政府部门组织的国家层面的专家评审会确定的。

4）系统分析对比了三大预选区（甘肃北山、内蒙古、新疆）中的9 个候选场址（旧井西、新场、沙枣园、算井子、雅满苏、天湖东、阿奇山1 号、塔木素、诺日公等9 个场址）的特性资料，并进行分步比选，最终成功选出了我国首座高放废物地质处置地下实验室场址，即甘肃北山新场场址。

后记：2019 年5 月6 日，经国务院批准，国家原子能机构批复了“高放废物处置地下实验室建设工程”项目，该项目的获批标志着“第三代地下实验室”的战略构想和地下实验室选址成果获得了国家层面的最终认可。2021 年6 月17 日，高放废物地质处置地下实验室工程建设项目开工动员大会在甘肃北山新场场址举行，标志着我国高放废物地质处置正式进入“三步走”的第二步，即地下实验室阶段。

致谢：我国高放废物地质处置地下实验室的发展战略和选址工作始终得到了国家原子能机构长期的经费支持，得到了生态环境部的指导。国际原子能机构通过技术合作项目（TC 项目）对选址工作进行了指导。研究工作还得到了潘自强院士、钱七虎院士、陈念念院士、李冠兴院士、王思敬院士、阮可强院士、邓起东院士、蔡美峰院士、彭苏萍院士、谢和平院士和侯立安院士等专家的长期指导和支持。核工业北京地质研究院陈伟明、田霄、罗辉、云龙、季瑞利、张明、李杰彪、刘健、马洪素、万汉平、金远新、郭永海、何建国、腰善丛，中国科学院地质与地球物理研究所董艳辉等参与了选址和场址评价的野外工作和具体研究，在此一并致谢。