物探技術在花崗巖體處置庫選址中的應用研究

陳傳剛

(中國建筑材料工業地質勘查中心河南總隊，河南 信陽 464000)

0 前 言

我國核電事業不斷發展，需要將地質處置庫建立起來并保證其安全可靠性，對于高放射性核廢料有效處理。在開展這項工作中要將地球物理勘探技術充分利用起來，對處置庫深部地質構造問題進行預測[1]。所以，對該技術進行研究，對我國高放廢物處置庫選址具有重要的現實意義。

1 研究區域地質構造所具備的特征

研究區域分布大范圍的花崗巖，長度為數公里。本區域的地質構造比較復雜，在區域范圍內的斷裂構造，無論是空間展布，還是組合配套，都有一定的規律性，主要體現為壓性斷裂和壓扭性斷裂，展布的方向為東西向或者近東西向，為扭性斷層以及與其配套的伴生斷層，同時還有大型的曲折構造、倒轉構造、薄皮構造等，這些構造面都向南傾斜，但是延伸的深度和方向都不是很明確[2]。

2 花崗巖體處置庫選址中應用的物探技術

2.1 重磁技術

重力勘探作為一種物探技術，主要是將地殼內部的各種巖(礦)石充分利用起來，由于不同巖(礦)石的密度有所不同，導致重力場發生變化，可將地殼內各種巖(礦)石之間的不同磁性對地質構造查明，將有價值的礦產查找出來。

從資料采集的情況來看，無論是采集精度還是記錄格式，都有明顯發展，當CGS型重力儀精度已經達到10-5M/S2，與20世紀50、60年代相比較，提高百倍之多。G856磁力儀的精度為0.005 NT，相比較于早期磁力儀幾個NT乃至幾十個NT，提高了千倍之多，而且保持記錄的連續性。

在應用物探技術之前，需要對研究區域的磁場資料、區域航空重進行研究，還要與區域地球物理場的分布情況相結合，對預選場址區域地質構造所具備的特征進行分析，對評價處置場址非常有利，以此為依據將電磁測深技術方案制定出來。通過對重磁層析成像法合理應用，考慮到不同深度場源所造成的影響，要對其有所區分，就要采用不同深度切片以及不同垂直面切片，使得解釋分辨率有所提高，從而對區域構造背景有更加充分地了解[3]。針對巖體局部地段，可以將地面重磁法充分利用，結合使用其他的物探技術，對不同密度巖性的接觸邊界進行探測，即便是局部小構造探索，也可以保證精確。

2.2 地震勘探技術

地震勘探技術的應用中需要考慮到巖石彈性所存在的差異，對地質介質中人工激發的地震波傳播規律進行研究，將地下地質構造的特點查明。該技術的應用中所采用的是地震采集裝備，所獲得的地震數據質量高，其中震源激發以及信號接收的效果是重要的影響因素。

2.2.1 震 源

對于豁土巖預選區域，所采用的震源的方式是炸藥，其有很強的能力，頻譜比較寬，且有很高的分辨率；對于花崗巖預選區域，由于其堅硬的表層，使用炸藥震源是不合適的，所以需要采用可以控制的震源或者聚能彈等。當前可以控制的震源已經有所發展，從原有的小噸位震源發展為當前的大噸位震源，已經達到28T級，使得激發能量有所提高，探測深度符合要求，信號的信噪比有所提高[4]。

2.2.2 地震記錄儀

機械制造業發展速度不斷加快，計算機技術快速升級，20世紀50年代，地震儀所采用的是光點記錄方式、磁帶模擬記錄方式。進入到20世紀70年代，所采用的是數字記錄方式，此時所使用的是24道地震記錄儀。20世紀90年代，所使用的是千道地震記錄儀。現在，萬道地震記錄儀普及，地震儀器的控制系統向超多道轉換，可以采用遙測的范式，達到高位模數，信息記錄有較高的精度，且效率有所提高。

在高放廢物地質處置的過程中，應用地震勘探技術對構造斷裂空間特征予以解決，同時對向深部延伸情況予以解決，將預選區巖體附近地區的推覆構造查清楚，明確伴生構造所具備的特征，還要掌握推覆構造面向深部延伸的情況，掌握產狀變化規律[5]。要實現精細查明，可以采用三維地震技術，確定小斷裂構造所在平面位置，了解埋深的空間位置，具體的走向、傾角，并明確其與巖體空間位置之間的關系，對于探測巖體局部不良地質結構精細探測。比如，裂隙密集帶的探測、破碎帶的探測等，但是，采用該種地震勘探技術需要投入大量的資金，通常僅僅采用二維長剖面的地震測量方法，很少采用三維地震勘探技術。

2.2.3 電磁法

在應用電磁法勘探的過程中，將音頻電磁測深長剖面充分利用起來，將預選區域的巖體分布范圍圈定，分析空間形態以及控制巖體分布情況，掌握大斷裂特征，基于此選擇部分重點區段，應用CSAMT法進行面積性測量，對于深部地質構造的情況精細研究，探討不良地質現象，控制好預選區巖體構造的規格、走向以及延伸情況。該區域有一條長度為75 km的音頻電磁測深長剖面，北部有斷裂，南端有大斷裂，對該區域進行勘察，明確斷裂構造以及巖體的完整情況，有構造巖體的發育不是很好，可以在上面布置CSAMT測線，對其構造進行精細探測，獲得不良地質體的資料，以此為基本資料進行高放廢物選址[6]。

根據測量明確斷裂構造確實存在，而且經過推斷，地面位置與EH4電磁測深資料保持一致，在這個斷裂處有破碎帶，降低了巖體的穩定性，所以選取后續預選場地的時候，對這個斷裂破碎帶要遠離，避免對預選場地造成不良影響。

2.3 地面γ能譜測量技術

采用地面γ能譜測量技術，主要使用的設備是γ能譜儀，對巖石以及地層進行測量，主要發揮作用的是放射性元素在某一特定能量的Y射線，對放射性元素的含量進行測量。通過測量地面γ能譜，可以對不同的巖類進行測量，能夠有效識別斷裂構造，還與圍巖存在的不同γ能譜特征測量出來。在巖漿巖區，放射性氣體要流通，就會利用斷裂構造這個通道實現，如果在巖石或者土壤中的放射性強度有所不同，就會呈現出鋸齒狀，其不僅頻率高，而且振幅也非常高[7]。通常而言，花崗巖有非常強的放射性，砂巖、砂礫巖等則有很低的放射性。從構造帶上來看，當構造有很強活動性的時候，構造裂隙依然存在，其中沒有填充被造破碎巖和斷層角礫巖，也沒有出現膠結或者堵塞的現象，那么，就會有很高的放射性強度。所以，在能譜測量的時候，可以對花崗巖體的邊界進行劃分，同時對斷裂構造帶進行輔助圈定，評價構造活動性。

將剖面比較長的地面γ能譜測量出來，測線位置與音頻大地電磁剖面之間保持重合狀態，約75 km的長度。在16～20.5 km的位置是第四系地層和白奎系地層，都有一定的厚度，其巖性主要包括砂礫巖和砂巖，所以，放射性強度不是很強。在20.5～22 km的位置已經斷裂，沒有很強的放射性強度，這就可以說明斷層缺乏活動性。在22～29 km的位置是花崗巖巖體，有很強的放射性強度[8]。處于大約30 km的位置達到一個高值，其處于花崗巖巖體的上面，在表層有大量的變質巖，主要包括三種巖體，即石英巖、石榴二云片巖和黑云母片巖等，通過分析相關的地質資料，可以明確這個位置的發育已經出現斷層，有很高的放射性強度，說明斷層有很強的活動性。預選區巖體測量剖面圖見圖1。

圖1 預選區巖體測量剖面圖

3 結束語

通過以上研究可以明確，花崗巖體處置庫選址中應用地球物理勘查技術，如果為花崗巖地區，可以采用該技術進行勘探，可以對預選區巖體深層地質結構進行測量，而且對地形環境沒有較高的要求，測量的速度非常快，有很高的分辨率。通過對現場進行調查，對比地質資料，根據所獲得的結果，確定該探測技術可以獲得良好的效果，以此為高放做出初步評價，可以保證廢物處置庫的安全穩定性。對于物探技術，從當前的研究進展情況來看，由于新場預選區場址沒有很大的物探工作量，而且僅僅是在重點單元巖體上對地球物理勘查測線加以布置，所以，只能以此為參考確定地區巖體的安全穩定性，對于預選場址整體的安全穩定性，還需要進行后續的勘探工作，滿足高放廢物地質處置庫選址的相關要求。

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