Вулканічні туфи в трапах Волино-Поділля як альтернативний об’єкт для захоронення радіоактивних відходів
Оцінка потенційної придатності товщ вулканічних туфів в трапах для підземного захоронення радіоактивних відходів у відповідності до вимог що до економічної доцільності і надійності їхньої ізоляції. Інженерно-геологічні умови залягання туфової товщі.
Рубрика | Экология и охрана природы |
Вид | статья |
Язык | украинский |
Дата добавления | 24.01.2020 |
Размер файла | 75,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вулканічні туфи в трапах Волино-Поділля як альтернативний об'єкт для захоронення радіоактивних відходів
Мельничук В.Г., к.г.-м.н., доцент (Національний університет водного господарства та природоукористування), Поліщук А.М., геолог (Рівненська геологічна експедиція), Мельничук Г.В., студент геологічного ф-ту (Львівський національний університет)
Анотація
Розглядаються вулканічні туфи трапової формації Волино-Поділля як альтернативний об'єкт захоронення радіоактивних відходів.
Abstract
The volcanic tuffs of Volino-Podillya are examined as alternative objekt of underground burial place of radio-active wastes.
Захоронення радіаційно активних відходів (РАВ) атомної енергетики є. нагальною проблемою для України і, зокрема, Волино-Подільського регіону, де знаходяться Рівненська та Хмельницька АЕС. Підземне захоронення визнається як найбільш екологічно, технічно та економічно раціональний спосіб тривалої ізоляції всіх РАВ від екосфери[1,2]. За прикладом вулканічних туфів гори Яка (штат Невада), котрі вибрані як єдине безальтернативне місце захоронення РАВ у США[1], в якості геологічного об'єкта для ізоляції РАВ від екосфери в Україні нами запропоновані товщі вендських вулканічних туфів в трапах Волино-Поділля.
Вибір геологічного об'єкту для підземного захоронення РАВ регламентують наступні основні вимоги [2] що до економічної доцільності і надійності їхньої ізоляції: близькість об'єкту до джерел РАВ, геодинамічна стабільність території захоронення, високі ізоляційні властивості гірських порід - могильника РАВ, сорбційна здатність гірських порід по відношенню до радіоактивних ізотопів, позитивні інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови території могильника РАВ та інші. Вулканічні туфи у ведських трапах Волино-Поділля на предмет відповідності даним вимогам ще не розглядались. Однак нами проведені їхні дослідження в інших аспектах: що стосуються умов залягання в чохлі Волино-Подільської плити; петрографічного, мінерального і хімічного складу; фізичних властивостей та розглядались можливості широкого господарського використання цеоліт-смектитових різновидів цих порід[4,5,6].
Головною метою даного дослідження є попередня оцінка потенційної придатності товщ вулканічних туфів в трапах Волино-Поділля для підземного захоронення РАВ у відповідності до викладених вище вимог.
Туфові верстви за даними глибинного геологічного картування простежуються під мезозойсько-кайнозойськими відкладами вздовж західного схилу Українського кристалічного щита (УКЩ) у вигляді смуги шириною 1-10 км на глибинах від 5 до 250 м, звідки поступово занурюються на захід до глибин понад 4 км (мал.1). В межах цієї смуги розміщені Рівненська та Хмельницька АЕС. Під першою туфи залягають в інтервалі глибин 50 -180 м, під другою - 30-130 м .
Територія розповсюдження туфів в цілому відповідає Волино-Подільській плиті, котра стабільно розвивалась в пасивному геодинамічному режимі по крайній мірі на протязі останніх 100 млн. р. Непорушені розломами тіла туфів за площею становлять десятки і сотні км2 та мають потужність до 210 м.
Найбільш широко на Волино-Поділлі розповсюджені середньо- та дрібноуламкові різновиди вулканічних туфів. Уламки в них представлені магматичними породами: зміненими вулканічним склом, базальтами, шлаками, а також мінералами: плагіоклазами та піроксенами. Вулканічне скло та плагіоклази в значній мірі заміщені глинистими мінералами - смектитами. Уламки скріплені цементуючими мінералами: в основному цеолітами та смектитами, які в породах домінують (табл.1), в меншій кількості хлоритом, халцедоном, кальцитом та кварцом.
Вміст смектитів в окремих різновидах туфів, за даними комплексного рентгеноструктурного та термічного аналізу (20 визначень), сягає 80 %, а цеолітів, зокрема, анальциму - 40 %. Смектити належать до змішано-шаруватих різновидів ряду монтморилоніт-нонтроніт і мають переважно диоктаедричну будову.
Туфи з високими концентраціями вказаних мінералів проявляють цінні сорбційні та катіонообмінні властивості. Так, за матеріалами В.О. Грицика, П.О.Ляшенко (1997) в анальцим-сапонітових туфах Варварівського родовища (Славутський р-н Хмельницької обл.) вибіркова адсорбція радіоцезію Cs137 при початковій радіоактивності середовища 46000 Вк (Т:Р=1:10) становить 99,5%, а адсорбція радіостронцію Sr90 при початковій радіоактивності середовища 3900 Вк (Т:Р=1:10) досягає 97,0%. Ємкість катіонного обміну в цих туфах складає 74,7мг.екв./100г. До складу обмінного комплексу входять переважно катіони Мg2+ та Ca2+, в меншій кількості Na+,K+ та інші.
Аналізи виконані в мінералогічній лабораторії Рівненської геологічної експедиції ПДРГП "Північгеологія".
Рис 1. Схема поширення вулканічних туфів Волино-Поділля на домезозойській поверхні
Таблиця 1 Мінеральний склад (%) вулканічних туфів бабинської світи за даними повного мінералогічного аналізу (с. Іванчі Володимерецького в-ну)
№ свердловин |
19 |
17 |
8 |
20 |
13 |
14 |
Середнє |
|
Гл. відбору, м |
54,5 |
58,4 |
60,0 |
61,0 |
62,0 |
62,0 |
||
Цеоліти |
39,15 |
46,23 |
33,50 |
45,40 |
47,51 |
47,35 |
43,19 |
|
Смектити |
59,62 |
42,83 |
31,54 |
54,78 |
50,83 |
51,08 |
48,53 |
|
Польові шпати |
0,92 |
9,13 |
13,73 |
1,6 |
0,89 |
зн. |
5,25 |
|
Магнетит |
0,30 |
1,49 |
зн. |
0,22 |
0,77 |
1,57 |
0,87 |
|
Мартит |
0 |
0 |
3,52 |
0 |
0 |
0 |
0,59 |
|
Кварц |
зн. |
зн. |
зн. |
0 |
0 |
зн. |
зн. |
|
Хлорит |
зн. |
зн. |
зн. |
0 |
зн. |
зн. |
зн. |
|
Піроксен |
0 |
0,22 |
0 |
0 |
зн. |
зн. |
0,06 |
|
Муть |
0 |
0 |
17,66 |
0 |
0 |
0 |
2,94 |
|
Сума |
99,99 |
99,90 |
99,95 |
102,00 |
100,00 |
100,00 |
100,31 |
За хімічним складом вулканічні туфи бабинської світи відповідають базальтам сублужного ряду. Туфи відібрані в проби (37 проб) на родовищі базальтів “Іванчі” в середньому містять: SiO2-47,2%; TiO2-1,98%; Al2O3-13,9%; Fe2O3-11,9%; FeO-1,7%; MnO-0,17%; MgO-7,0%; CaO-2,79%; Na2O-4,87%; K2O-1,48%; P2O5-0,14%; SO3-0,03%; в.n.n. 6,65%. Окремі їхні різновиди містять аномальні кількості корисних петрогенних компонентів (MgO - до 16,0 %, Na2O - до 7,5 %, К2O - до 4,5 % ) та мікроелементів. За даними спектральних аналізів середні вмісти мікроелементів, в тому числі екологічно небезпечних, в туфах загалом відповідають кларковим значенням, розрахованим для основних гірських порід літосфери та граничнодопустимим концентраціям (ГДК) в грунтах (табл.2).
Таблиця 2 Середні вмісти мікроелементів в туфах родовища “Іванчі” (42 проби) в 1·10 -4 %
Елементи |
P |
Pb |
Ba |
Mo |
Sn |
Cu |
Zn |
Ni |
Zr |
Co |
Cr |
V |
Mn |
Ti |
|
Середнє |
670 |
5 |
350 |
0,8 |
5 |
103 |
46 |
34 |
140 |
31 |
47 |
116 |
1240 |
5480 |
|
Кларки |
1500 |
6 |
330 |
1.5 |
6 |
87 |
105 |
130 |
110 |
48 |
170 |
250 |
1200 |
8000 |
|
ГДК |
- |
30 |
- |
- |
- |
100 |
100 |
100 |
- |
- |
100 |
150 |
1500 |
- |
За результатами фізико-механічних випробовувань (табл. 3) вулканічні туфи відносяться до різновиду природних напівскельових маломіцних грунтів. У водонасиченому стані вони мають межу міцності на одноосьове стиснення 5 - 10 МПа. При обпалені в інтервалі температур 1000-1100єС водопоглинання туфів зменшується до 5%, а при 1150-1200 єС вони плавляться з утворенням міцних керамічних мас, в яких межа міцності на одноосьове стиснення сягає 25МПа [5].
Вулканічні туфи Волино-Поділля загалом слабоводопроникливі породи. За даними пробних відкачок підземних вод із свердловин, вони мають коефіцієнт фільтрації 0,1-0,25 м/добу, що є значно меншим від цього показника для тріщинуватих скельних грунтів (4-12 м\добу). Тріщинуватість у туфах також на порядок слабкіша від тієї, що проявлена в скельових ефузивних породах. Для них характерні переважно міжзернові деформації, а тріщини, як правило, заліковані вторинними мінералами: смектитами, карбонатами і хлоритами. Однак, в умовах глибокого залягання по наявних тріщинах і порах через туфи все ж таки можливе проникнення напірних вод.
Вказана обставина, незважаючи на порівняно добрі ізоляційні та сорбційні властивості туфів, дещо понижує рівень безпеки захоронення в них РАВ. За прикладом вулканічних туфів гори Яка (штат Невада), котрі вибрані як єдине безальтернативне місце захоронення РАВ у США[1], найперспективнішими в цьому відношенні є ті масиви туфів, котрі розміщені в зоні аерації підземних вод, або добре ізольовані водотривами.
Таблиця 3 Результати фізико-механічних випробовувань вулканічних туфів Іванчівського родовища (за матеріалами Рівненської геологічної експедиції ПДРГП "Північгеологія")
Властивості туфів |
Значення |
Кількість проб |
|||
Xmin |
Xmax |
Х |
|||
Щільність, г/см3 |
1,65 |
2,24 |
2,09 |
39 |
|
Абсолютна вологість, % |
0,027 |
0,149 |
0,088 |
14 |
|
Об'ємна маса скелету, г/см3 |
0,027 |
0,149 |
0,088 |
13 |
|
Питома вага, г/см3 |
2,12 |
2,89 |
2,52 |
24 |
|
Пористість, % |
8,3 |
30,8 |
22,31 |
18 |
|
Коефіцієнт пористості |
0,199 |
0,445 |
0,297 |
18 |
|
Абсорбція, % |
3,32 |
18,8 |
13,4 |
38 |
|
Межа міцності при стисканні в повітряно-сухому стані, кгс/см3 |
59 |
1160 |
393 |
57 |
|
Кут внутрішнього тертя, градус |
30 |
40 |
34 |
17 |
|
Коефіцієнт зчеплення, кгс/см3 |
47 |
111 |
86 |
17 |
Виявлення і вивчення таких відносно сухих туфових масивів у Волино-Подільському регіоні має стати важливою задачею майбутніх інженерно-геологічних досліджень і вимагає проведення комплексних інженерно-геологічних, гідрогеологічних та геофізичних вишукувань в туфових горизонтах на предмет безумовної надійності їх ізоляційних властивостей.
Попередня оцінка інженерно-геологічних умов залягання туфової товщі (бабинської світи) серед трапів Волино-Поділля, виконана нами за результатами буріння 277 свердловин, які розкрили туфи бабинської світи, показує їхню високу потенційну придатність для захоронення РАВ в широкому діапазоні глибин. Найпридатнішими для захоронення найменш небезпечних РАВ, на наш погляд, є верхні частини розрізу туфової товщі з неглибоким (до 25м) заляганням її покрівлі, що знаходяться в північній частині Подільської височини (верхів'я р. Горинь, свердловини № 86, 98, 197, 1520, 1522, 1551, 1555, 3615 та інші). Тут туфова товща потужністю до 100 м місцями залягає в зоні аерації ґрунтових вод на максимальних абсолютних відмітках до 233м. Разом з тим, як показали результати попередньої розвідки біля с. Ташки Славутського району, сапонітові різновиди туфів в даній місцині, завдяки високим вмістам цеолітів та смектитів, мають найкращі в регіоні сорбційні, ізоляційні і катіонообмінні властивості.
Що стосується захоронення високоактивних РАВ, то для цього можуть бути придатними потужні туфові верстви, які залягають в межах динамічно стабільних блоків на глибинах в сотні і тисячі метрів, та ізольовані зверху потужними товщами водотривких порід, зокрема верствами водотривких аргілітів і алевролітів нижнього та верхнього венду. Такі умови залягання туфів властиві для більшої частини Волино-Подільської монокліналі, Волинського палеозойського підняття і Львівсько-Волинської западини. Покрівля туфової товщі тут найглибше розкрита свердловинами на абсолютних відмітках -3285м (с.Н.Витків), -3370м (с. Літовеж), -3740 м (с. Перемишляни), а потужність туфів сягає 200м (с. Овадне).
Слід також зауважити, що спорудження підземних могильників РАВ у туфах було б економічно вигідним у зв'язку з можливістю використання даних порід як мінеральної сировини для господарських потреб[3,4,6], а високотемпературне обпалення туфів в підземних виїмках дасть змогу створити навколо останніх надійну керамічну броню, про що свідчать зразки міцної кераміки, виготовлені з туфів в лабораторіях кафедри технології будівельних виробів і конструкцій НУВГП.
Таким чином, цеоліт-смектитові туфи Волино-Поділля завдяки своїм унікальним ізоляційним і сорбційним властивостям, сприятливим інженерно-геологічним умовам та придатністю для комплексного господарського використання можуть розглядатись як потенційний об'єкт для підземного захоронення РАВ. У зв'язку з накопиченням значних об'ємів РАВ на Рівненській і Хмельницькій АЕС, актуальним є їхнє захоронення поблизу атомних електростанцій, що зніме додаткові загрози при транспортуванні радіоактивних відходів. Проект підземного захоронення РАВ в цеоліт-смектитових туфах Волино-Поділля, за прикладом аналогічних проектів, які розробляються в США та Росії [1,2], може стати вагомою альтернативою намаганням ізолювати дані РАВ від екосистеми на Чорнобильській АЕС, чи в скельних ґрунтах Коростенського плутону.
вулканічний туф радіоактивний захоронення
Література
1. Кочкин Б.Т. Оценка гидрогеологических условий при виборе места для могильника отвержденних радиоактивних отходов.// Геоєкология , 1997, №3- с.68-78.
2. Кочкин Б.Т. Об обьективности експертних методик вибора места для захоронения радиоактивних отходов. //Геоєкология, 1998, № 1.- с.48-53.
3. Мельничук В.Г., Матеюк В.В. Туфи Волино-Поділля як новий вид мінеральних ресурсів // Проблеми раціонального використання, охорони і відтворення природно-ресурсного потенціалу України. - Тези 2-ої всеукр. науково-метод.конф. Чернівці, “Рута” 2000. - с. 133-134.
4. Мельничук В.Г. Цеоліт-смектитові вулканічні туфи Волині - новий тип природної агрохімічної сировини // Агрономічні руди України. - Матеріали міжвідомчої науково-технічної конференції, Київ, 2004.- с. 117-119.
5. Скрипник І.Г., Ніхаєва Л.І., Філоненко В.В. Дослідження фізико-хімічних властивостей базальтового туфу як сировини для будівельної кераміки.// Мат-ли науково-технічної конференції УІІВГ. Рівне, 1995. - c.24.
6. Цеоліт-смектитові туфи Рівненщини: біологічні аспекти використання: (Монографія)// В.Г. Мельничук та ін.- Рівне: Волинські обереги, 2005. - 184 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
В Україні найбільш високі абсолютні обсяги утворення та накопичення промислових відходів. Проблема захоронення побутових відходів. Закон України “Про відходи” та “Класифікатор відходів”. Небезпечні відходи – хімічні та радіоактивні, як довго існуючі.
реферат [11,5 K], добавлен 24.01.2009Поняття, сутність та класифікація відходів, а також шляхи їх знешкодження та утилізації. Загальна характеристика головних джерел промислових відходів в Україні. Аналіз основних методів очищення стічних вод. Правові аспекти ізоляції радіоактивних відходів.
реферат [22,5 K], добавлен 03.11.2010Здійснення державного контролю з питань утворення, розміщення знешкодження та захоронення відходів по Київській області, контроль підприємств по їх переробці. Стан полігонів, місць складування і захоронення промислових, побутових та інших відходів.
отчет по практике [70,0 K], добавлен 03.03.2013Ситуація в Україні з полігонами твердих побутових відходів - спеціальними спорудами, призначеними для ізоляції та знешкодження твердих побутових відходів (ТПВ). Характеристика Бориспільського полігону. Технічні параметри діючого полігону захоронення ТПВ.
презентация [742,2 K], добавлен 08.10.2016Опис процесу утворення, характеристика і класифікація радіоактивних відходів. Вибір місця та опис технологічної схеми процесу їх складування та поховання. Основні типи і фізико-хімічні особливості гірських порід для поховання радіоактивних відходів.
курсовая работа [211,4 K], добавлен 03.04.2012Визначення закономірностей поширення тритію у приземному шарі атмосфери внаслідок емісії парогазової суміші з аварійних сховищ РАВ. Оцінка небезпеки тритієвого забруднення атмосфери для населення в зоні впливу аварійного сховища радіоактивних відходів.
автореферат [607,6 K], добавлен 08.06.2013Аналіз наслідків забруднення природного середовища газоподібними, рідкими та твердими відходами. Джерела утворення промислових відходів, їх класифікація. Полігони по знешкодженню і похованню токсичних промислових відходів. Технологія складування відходів.
контрольная работа [132,5 K], добавлен 23.12.2015Проблема твердих побутових відходів (ТПВ). Визначення якісного і кількісного складу твердих побутових відходів. Визначення ТПВ в домашніх умовах. Основні фактори забруднення та його вплив на навколишнє середовище. Знешкодження та захоронення відходів.
курсовая работа [65,6 K], добавлен 04.06.2011Дослідження поняття антропогенних факторів навколишнього середовища і загального механізму їх впливу. Характеристика основних причин сучасної деградації природних вод Землі. Огляд збору, видалення та захоронення твердих і високоактивних рідких відходів.
реферат [22,1 K], добавлен 07.12.2011Класифікація відходів в залежності від токсичності. Методи видалення непотрібних або шкідливих матеріалів, що утворюються в ході промислового виробництва: переробка, термообробка, утилізація. Джерела радіоактивних відходів. Види вторинної сировини.
реферат [618,9 K], добавлен 30.07.2012