несколько сотен и тысяч куб. метров в сутки создание технологических схем переработки является сложной задачей.
Принятию решения о захоронении ЖРО в глубокие геологические формации предшествовал большой объем научных и экспериментальных исследований. Обращение к захоронению ЖРО в глубокие геологические формации было вполне обоснованным, поскольку эти захоронения являются труднодоступными как для случайных, так и преднамеренных попыток проникновения с поверхности земли. Кроме того, некоторые геологические формации являются своеобразными хранилищами «естественных отходов» ранее существовавших биосистем, например каменный уголь, газ, нефть и др. – это естественные захоронения органических веществ, образовавшиеся миллионы лет назад и сохранившиеся до нашего времени. Они, как правило, ни коим образом не проявляли себя на поверхности земли до настоящего времени.
Виюне 1957 г. приказом Министра среднего машиностроения в ВНИПИпромтехнологии была создана специализированная науч- но-исследовательская лаборатория, в задачу которой входило проведение исследований, разработка проектной документации на строительство подземных хранилищ ЖРО и внедрение подземного захоронения ЖРО на предприятиях отрасли. Для изучения и исследования отдельных направлений этой сложной и комплексной проблемы на различных этапах работы привлекались специализированные научно-исследовательские, производственные, проектные и конструкторские организации Академии наук, Министерства геологии, Минздрава, Минвуза и др.
В1958 году Правительством СССР издано Распоряжение о проведении геолого-разведочных работ и других исследований по проблеме глубинного захоронения ЖРО в районе СХК (Томск-7), ГХК (Красноярск-26), Комбината «Маяк» (Челябинск-65) и НИИАР (г. Димитровград).
Первые геолого-разведочные работы начались на территории СХК и несколько позже на территории ГХК, ПО «Маяк» и НИИАР. Для определения возможности захоронения ЖРО в глубокие геологические формации геолого-разведочные работы были проведены также в районе Игналинской, Калининской, Смоленской и Нововоронежской АЭС.
96
Одновременно осуществлялся большой комплекс работ по изучению свойств пород на различных геологических горизонтах, в том числе их проницаемость, сорбционные свойства, состав и свойства вод в горизонтах, разобщенность горизонтов и др.
Было установлено, что на территориях предприятий СХК, ГХК, НИИАР, Игналинской, Смоленской и Калининской атомных станций геологические условия пригодны для размещения полигонов глубинного захоронения (ПГЗ) ЖРО. Ближайший участок, пригодный для захоронения ЖРО ПО «Маяк» был разведан на расстоянии 160 км к востоку от комбината. В связи со значительной удаленностью участка от предприятия решение о создании системы захоронения ЖРО на ПО «Маяк» принято не было.
Наибольший объем исследований был выполнен для геологических условий полигонов захоронения СХК и ГХК, поскольку именно для этих предприятий вопросы безопасности захоронения ЖРО приобретали первостепенное значение из-за значительных объемов ЖРО и высокой потенциальной опасности их. Материалы, приводимые ниже по исследованиям и характеристикам ПГЗ ЖРО, заимствованы из работ специалистов различных научных организаций и прежде из работы [6].
4.2. Научно-технические требования к характеристикам полигонов
Приведем определения некоторых специальных терминов и понятий, используемых в дальнейшем изложении, которые облегчат восприятие материала по ПГЗ ЖРО [6], [55], [105], [108].
Пласт-коллектор – естественная пустотность в плотной породе, характеризующаяся наличием коллектора пор или трещин различного размера, сообщающихся между собой. Пласт-коллектор характеризуется мощностью пласта-коллектора, т.е. его толщиной или эффективной мощностью пласта – суммой мощностей проницаемых пород, способных принимать растворы при их нагнетании
(от 10 до 100 м).
Удельная емкость пласта-коллектора – объем отходов, кото-
рый может быть размещен на единице площади пласта-коллектора. Пористость – наличие мелких пустот (от 0,0002 до 1 мм) и трещин в породе. Количественно пористость оценивается отноше97
нием суммарного объема пор в образце к его объему. Значения пористости от 5 до 45 % считается приемлемой для удаления в них ЖРО. Пористые осадочные породы имеют значительную внутреннюю поверхность пор, достигающую десятков кв. м. на один куб. м. породы.
Эффективная пористость – та часть пор, которая сообщается между собой, и может заполняться при нагнетании ЖРО. Остальные поры являются тупиковыми или субкапиллярными. Эффективная пористость определяет процессы накопления радионуклидов в породе и физически представляет собой отношение общей активности радионуклидов в единице объема породы (в поровом пространстве и в твердой фазе) к удельной активности в поровой жидкости.
Сорбция – любой процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим (сорбентом), независимо от механизма поглощения (адсорбция, абсорбция, хемосорбция, ионный обмен или капиллярная конденсация).
Коэффициент межфазного распределения (Кр) – отношение ко-
личества (активности) радионуклида, содержащегося в твердой фазе породы (пласт-коллекторе) к его равновесному содержанию в жидкости, находящейся в порах (поровой жидкости). Этот коэффициент является обобщающим показателем всех процессов сорбции в породе и может иметь значения от единиц до нескольких сотен (см2/г). Полагается, что Кр не зависит от активности ЖРО.
Фактор задержки – показатель, характеризующий отношение действительных скоростей перемещения воды в горных породах к радионуклиду, вступившему во взаимодействие с породой. Этот фактор может иметь значения от единиц до нескольких сотен (5 - 500).
Коэффициент фильтрации – расход потока фильтрующейся в пористой среде ЖРО через единицу поверхности проницаемого слоя при единичном градиенте давления. Этот коэффициент для ЖРО должен иметь значения от 0,5 до 5 м/сут.
Водопроводимость – произведение среднего коэффициента фильтрации на эффективную мощность пласта-коллектора (от нескольких десятков до сотен м2/сут.).
Кольматация – забивка порового пространства пластаколлектора мелкодисперсными твердыми веществами (взвесями), 98
содержащимися в отходах или образующимися при их контакте с породами и подземными водами. Кольматация препятствует распространению ЖРО в пласте-коллекторе.
Водоносный горизонт – один или несколько водоносных слоев, характеризующихся общностью условий формирования и движения подземных вод.
Буферные горизонты – горизонты (слои породы), препятствующие сообщению между другими горизонтами или пластамиколлекторами (особенно перемещению жидкости из одного горизонта в другой).
Тектонические нарушения – различные смещения геологических образований и слоев горных пород относительно друг друга.
Опыт проведения геолого-разведочных работ, комплекс научных исследований и опытная эксплуатация систем захоронения ЖРО в подземные коллекторы позволили сформулировать и уточнить общие требования к геологическим формациям, пригодным для захоронения ЖРО.
1.Первым наиболее важным требованием является изолированность выбранного для размещения ЖРО геологического образования от поверхности земли и неглубокозалегающих пресных подземных вод, использование которых может быть перспективно для водоснабжения. Изолированность должна быть обеспечена не только по вертикали, но и по горизонтали от соседних участков выбранного геологического образования. Это требование будет выполнено, если используемый пласт-коллектор перекрывается достаточно мощной толщей слабопроницаемых пород, в частности глинистого состава, и водоупорные горизонты не имеют литологических и тектонических фильтрационных «окон» в области захоронения, через которые возможен переток ЖРО в буферный и другие горизонты. Мощность водоупоров должна составлять не менее не-
скольких десятков метров (30-40м), их коэффициент фильтрации – не более 10-3 – 10-4 м/сутки.
2.Скорость естественного движения подземных вод в пласте-
коллекторе должна быть невелика (не более 10 м/год). Это требование обуславливает ограниченность распространения ЖРО в пла- сте-коллекторе с течением времени.
99
3.Важным показателем является величина емкости пластаколлектора, позволяющей разместить достаточные объемы отходов
впределах ограниченных участков.
4.Отсутствие зон разгрузки коллекторских горизонтов и активных тектонических разломов в области влияния глубинного захоронения. Указанные зоны и структуры должны отсутствовать в радиусе 10-15 км от полигона захоронения.
5.Отсутствие месторождений полезных ископаемых в области влияния глубинного захоронения. Нефтегазовые месторождения, приуроченные к используемым для захоронения ЖРО горизонтам, не должны располагаться ближе 15-20 км от полигона, а месторождения, залегающие в других горизонтах – на расстояниях 10-15 км.
6.Важным требованием является возможность достоверного определения геологического строения и свойств геологических формаций, которые лежат в основе реальных прогнозов поведения отходов в недрах и последствий их захоронений. Это требование хорошо выполняется для геологических образований с монотонным изменением свойств и характеристик – песчано-глинистых осадочных образований с равномерно распределенной пористостью, в которых слабо развиты тектонические структуры.
7.Необходимым требованием является возможность сооружения надежных скважин. Например, развитие карста в верхней части вертикального разреза толщи пород может явиться причиной высокой аварийности при сооружении скважин, невысокой надежности крепления цементного раствора. При этом скважины не будут обеспечивать необходимую изоляцию пласта-коллектора от вышележащих горизонтов.
Выявление пригодных геологических формаций для захоронения ЖРО еще не означает, что захоронение ЖРО будет отвечать требованиям безопасности и практической выгоды (экономической целесообразности), поскольку при поступлении ЖРО в пластколлектор происходит нарушение геохимического равновесного природного состояния и, соответственно, изменение состава твердой и жидкой фаз как коллектора, так и ЖРО.
Физико-химические свойства ЖРО должны обеспечивать устойчивую работу нагнетательных скважин и не допускать кольматацию пласта-коллектора вблизи скважины, способствовать пере-
100