物探技术在花岗岩体处置库选址中的应用研究

陈传刚

(中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队，河南 信阳 464000)

0 前 言

我国核电事业不断发展，需要将地质处置库建立起来并保证其安全可靠性，对于高放射性核废料有效处理。在开展这项工作中要将地球物理勘探技术充分利用起来，对处置库深部地质构造问题进行预测[1]。所以，对该技术进行研究，对我国高放废物处置库选址具有重要的现实意义。

1 研究区域地质构造所具备的特征

研究区域分布大范围的花岗岩，长度为数公里。本区域的地质构造比较复杂，在区域范围内的断裂构造，无论是空间展布，还是组合配套，都有一定的规律性，主要体现为压性断裂和压扭性断裂，展布的方向为东西向或者近东西向，为扭性断层以及与其配套的伴生断层，同时还有大型的曲折构造、倒转构造、薄皮构造等，这些构造面都向南倾斜，但是延伸的深度和方向都不是很明确[2]。

2 花岗岩体处置库选址中应用的物探技术

2.1 重磁技术

重力勘探作为一种物探技术，主要是将地壳内部的各种岩(矿)石充分利用起来，由于不同岩(矿)石的密度有所不同，导致重力场发生变化，可将地壳内各种岩(矿)石之间的不同磁性对地质构造查明，将有价值的矿产查找出来。

从资料采集的情况来看，无论是采集精度还是记录格式，都有明显发展，当CGS型重力仪精度已经达到10-5M/S2，与20世纪50、60年代相比较，提高百倍之多。G856磁力仪的精度为0.005 NT，相比较于早期磁力仪几个NT乃至几十个NT，提高了千倍之多，而且保持记录的连续性。

在应用物探技术之前，需要对研究区域的磁场资料、区域航空重进行研究，还要与区域地球物理场的分布情况相结合，对预选场址区域地质构造所具备的特征进行分析，对评价处置场址非常有利，以此为依据将电磁测深技术方案制定出来。通过对重磁层析成像法合理应用，考虑到不同深度场源所造成的影响，要对其有所区分，就要采用不同深度切片以及不同垂直面切片，使得解释分辨率有所提高，从而对区域构造背景有更加充分地了解[3]。针对岩体局部地段，可以将地面重磁法充分利用，结合使用其他的物探技术，对不同密度岩性的接触边界进行探测，即便是局部小构造探索，也可以保证精确。

2.2 地震勘探技术

地震勘探技术的应用中需要考虑到岩石弹性所存在的差异，对地质介质中人工激发的地震波传播规律进行研究，将地下地质构造的特点查明。该技术的应用中所采用的是地震采集装备，所获得的地震数据质量高，其中震源激发以及信号接收的效果是重要的影响因素。

2.2.1 震 源

对于豁土岩预选区域，所采用的震源的方式是炸药，其有很强的能力，频谱比较宽，且有很高的分辨率；对于花岗岩预选区域，由于其坚硬的表层，使用炸药震源是不合适的，所以需要采用可以控制的震源或者聚能弹等。当前可以控制的震源已经有所发展，从原有的小吨位震源发展为当前的大吨位震源，已经达到28T级，使得激发能量有所提高，探测深度符合要求，信号的信噪比有所提高[4]。

2.2.2 地震记录仪

机械制造业发展速度不断加快，计算机技术快速升级，20世纪50年代，地震仪所采用的是光点记录方式、磁带模拟记录方式。进入到20世纪70年代，所采用的是数字记录方式，此时所使用的是24道地震记录仪。20世纪90年代，所使用的是千道地震记录仪。现在，万道地震记录仪普及，地震仪器的控制系统向超多道转换，可以采用遥测的范式，达到高位模数，信息记录有较高的精度，且效率有所提高。

在高放废物地质处置的过程中，应用地震勘探技术对构造断裂空间特征予以解决，同时对向深部延伸情况予以解决，将预选区岩体附近地区的推覆构造查清楚，明确伴生构造所具备的特征，还要掌握推覆构造面向深部延伸的情况，掌握产状变化规律[5]。要实现精细查明，可以采用三维地震技术，确定小断裂构造所在平面位置，了解埋深的空间位置，具体的走向、倾角，并明确其与岩体空间位置之间的关系，对于探测岩体局部不良地质结构精细探测。比如，裂隙密集带的探测、破碎带的探测等，但是，采用该种地震勘探技术需要投入大量的资金，通常仅仅采用二维长剖面的地震测量方法，很少采用三维地震勘探技术。

2.2.3 电磁法

在应用电磁法勘探的过程中，将音频电磁测深长剖面充分利用起来，将预选区域的岩体分布范围圈定，分析空间形态以及控制岩体分布情况，掌握大断裂特征，基于此选择部分重点区段，应用CSAMT法进行面积性测量，对于深部地质构造的情况精细研究，探讨不良地质现象，控制好预选区岩体构造的规格、走向以及延伸情况。该区域有一条长度为75 km的音频电磁测深长剖面，北部有断裂，南端有大断裂，对该区域进行勘察，明确断裂构造以及岩体的完整情况，有构造岩体的发育不是很好，可以在上面布置CSAMT测线，对其构造进行精细探测，获得不良地质体的资料，以此为基本资料进行高放废物选址[6]。

根据测量明确断裂构造确实存在，而且经过推断，地面位置与EH4电磁测深资料保持一致，在这个断裂处有破碎带，降低了岩体的稳定性，所以选取后续预选场地的时候，对这个断裂破碎带要远离，避免对预选场地造成不良影响。

2.3 地面γ能谱测量技术

采用地面γ能谱测量技术，主要使用的设备是γ能谱仪，对岩石以及地层进行测量，主要发挥作用的是放射性元素在某一特定能量的Y射线，对放射性元素的含量进行测量。通过测量地面γ能谱，可以对不同的岩类进行测量，能够有效识别断裂构造，还与围岩存在的不同γ能谱特征测量出来。在岩浆岩区，放射性气体要流通，就会利用断裂构造这个通道实现，如果在岩石或者土壤中的放射性强度有所不同，就会呈现出锯齿状，其不仅频率高，而且振幅也非常高[7]。通常而言，花岗岩有非常强的放射性，砂岩、砂砾岩等则有很低的放射性。从构造带上来看，当构造有很强活动性的时候，构造裂隙依然存在，其中没有填充被造破碎岩和断层角砾岩，也没有出现胶结或者堵塞的现象，那么，就会有很高的放射性强度。所以，在能谱测量的时候，可以对花岗岩体的边界进行划分，同时对断裂构造带进行辅助圈定，评价构造活动性。

将剖面比较长的地面γ能谱测量出来，测线位置与音频大地电磁剖面之间保持重合状态，约75 km的长度。在16～20.5 km的位置是第四系地层和白奎系地层，都有一定的厚度，其岩性主要包括砂砾岩和砂岩，所以，放射性强度不是很强。在20.5～22 km的位置已经断裂，没有很强的放射性强度，这就可以说明断层缺乏活动性。在22～29 km的位置是花岗岩岩体，有很强的放射性强度[8]。处于大约30 km的位置达到一个高值，其处于花岗岩岩体的上面，在表层有大量的变质岩，主要包括三种岩体，即石英岩、石榴二云片岩和黑云母片岩等，通过分析相关的地质资料，可以明确这个位置的发育已经出现断层，有很高的放射性强度，说明断层有很强的活动性。预选区岩体测量剖面图见图1。

图1 预选区岩体测量剖面图

3 结束语

通过以上研究可以明确，花岗岩体处置库选址中应用地球物理勘查技术，如果为花岗岩地区，可以采用该技术进行勘探，可以对预选区岩体深层地质结构进行测量，而且对地形环境没有较高的要求，测量的速度非常快，有很高的分辨率。通过对现场进行调查，对比地质资料，根据所获得的结果，确定该探测技术可以获得良好的效果，以此为高放做出初步评价，可以保证废物处置库的安全稳定性。对于物探技术，从当前的研究进展情况来看，由于新场预选区场址没有很大的物探工作量，而且仅仅是在重点单元岩体上对地球物理勘查测线加以布置，所以，只能以此为参考确定地区岩体的安全稳定性，对于预选场址整体的安全稳定性，还需要进行后续的勘探工作，满足高放废物地质处置库选址的相关要求。

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