Вулканічні туфи в трапах Волино-Поділля як альтернативний об’єкт для захоронення радіоактивних відходів

Размещено на http://allbest.ru

Національний університет водного господарства та природоукористування

Рівненська геологічна експедиція

Львівський національний університет

УДК 553. 534. 477.81

Вулканічні туфи в трапах волино-поділля як альтернативний об'єкт для захоронення радіоактивних відходів

Мельничук В.Г., к.г.-м.н., доцент

Поліщук А.М., геолог

Мельничук Г.В., студент геологічного ф-ту

м.Рівне, м. Львів

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 .

Рис 1. Схема поширення вулканічних туфів Волино-Поділля на домезозойській поверхні

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. атомний радіоактивний відход туф вулканічний

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.

Таблиця 1 Мінеральний склад (%) вулканічних туфів бабинської світи за даними повного мінералогічного аналізу (с. Іванчі Володимерецького в-ну)

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".

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 %

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).

Таблиця 3

Результати фізико-механічних випробовувань вулканічних туфів Іванчівського родовища (за матеріалами Рівненської геологічної експедиції ПДРГП "Північгеологія")

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.

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.

Бібліографія

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.

Анотація

УДК 553. 534. 477.81

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, м.Рівне), Поліщук А.М., геолог (Рівненська геологічна експедиція, м. Рівне), Мельничук Г.В., студент геологічного ф-ту (Львівський національний університет, м. Львів)

Розглядаються вулканічні туфи трапової формації Волино-Поділля як альтернативний об'єкт захоронення радіоактивних відходів.

Annotation

Volcanic tuffs in the gangways of the Volyn-Podillya as an alternative site for the disposal of radioactive waste. Melnichuk VG, Ph.D., Associate Professor (National University of Water Management and Nature Management, Rivne city), Polishchuk AM, geologist (Rivne Geological Expedition, Rivne), Melnichuk G. V., student of geological f-tu (Lviv National University, Lviv)

The volcanic tuffs of Volino-Podillya are examined as alternative objekt of underground burial place of radio-active wastes.

Размещено на Allbest.ru