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

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)

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). 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")

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