К вопросу о выполнении расчетных оценок неоднородности характеристик массивов скальных пород, предназначенных для захоронения радиоактивных отходов

Вопросы безопасного захоронения радиоактивных отходов (РАО) являются одной из тех проблем, которая будет определять масштабы и динамику развития атомной отрасли в целом. На сегодняшний день мировым научным сообществом признано, что наиболее безопасным решением проблемы окончательной изоляции долгоживущих и высокоактивных РАО является их размещение в массивах горных пород на глубинах не менее 300–500 м. При этом критически важным аспектом в обосновании безопасности захоронения РАО является прогнозирование распространения радионуклидов в геологической среде. И наиболее вероятным механизмом возможного выхода радионуклидного загрязнителя за пределы захоронения является их перенос подземными водами по системам трещин в массиве скальных пород. Массивы скальных горных пород отличаются существенно большей анизотропией водопроводящих свойств по сравнению с пористыми средами, а также сверхмалыми значениями фильтрационных параметров, что усложняет процесс их оценки и создает дополнительные сложности для выполнения прогнозных гидрогеологических расчетов, выполняемых при обосновании долговременной безопасности глубинного захоронения отходов. Эти аргументы задают приоритет поиска решений для оценки водопроводящих характеристик скальных горных пород на участках планируемого размещения подземных исследовательских лабораторий (ПИЛ) пунктов глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО). Представлено описание расчетного метода определения тензора трещинной проницаемости и его компонент, позволяющего оценить неоднородность водопроводящих свойств трещиноватых участков скальных горных пород, используя в качестве исходных данных количественные параметры трещин, определенные по результатам комплекса каротажных исследований.

Казаков К. С. К вопросу о выполнении расчетных оценок неоднородности характеристик массивов скальных пород, предназначенных для захоронения радиоактивных отходов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 3. – С. 42–54. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_3_0_42.

Казаков Константин Сергеевич — заместитель заведующего лабораторией Методологии обоснования безопасности, Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН (ИБРАЭ РАН), e-mail: kks@ibrae.ac.ru, ORCID ID: 0000-0001-6755-0021.

1. Морозов О. А., Расторгуев А. В., Неуважаев Г. Д. Оценка состояния геологической среды участка Енисейский (Красноярский край) // Радиоактивные отходы. — 2019. — № 4(9). — С. 46—62. DOI: 10.25283/2587-9707-2019-4-46-62.

2. Валетов Д. К., Неуважаев Г. Д., Свительман В. С. Разработка геофильтрационной модели для участка «Енисейский» и оптимизация ее параметров при помощи гибридного оптимизационного алгоритма // Известия РАН. Энергетика. — 2020. — № 1. — С. 128—137. DOI: 10.31857/ S0002331019050170.

3. Григорьев Ф. В., Пленкин А. В., Капырин И. В. О необходимости учета конструкции пункта глубинного захоронения РАО при моделировании поступления радионуклидов в дальнюю зону // Радиоактивные отходы. — 2018. — № 3(4). — С. 95—101.

4. Ромм Е. С. Фильтрационные свойства трещиноватых пород. — М.: Недра, 1966. — 283 с.

5. Ромм Е. С. Структурные модели порового пространства горных пород. — Л.: Недра, 1985. — 240 с.

6. Ferrandon J. Les lois de l’ecoulement de filtration // Genie Civil. 1948, vol. 125, no. 2, pp. 24—28.

7. He J., Chen S. H., Shahrour I. Numerical estimation and prediction of stressdependent permeability tensor for fractured rock masses // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2013, vol. 59, pp. 70—79. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2012.12.001.

8. Lei G., Dong P. C., Mo S. Y., Yang S., Wu Z. S., Gai S. H. Calculation of full permeability tensor for fractured anisotropic media // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2015, vol. 5, no. 2, pp. 167—176. DOI: 10.1007/s13202-014-0138-6.

9. Singhal B. B. S., Gupta R. P. Applied hydrogeology of fractured rocks, 2nd edition. Kluwer Academic Publishers (Springer), Dordrecht, Netherlands, 1999, 408 p.

10. Oda Y. Numerical experiments on permeability tensor and its application to jointed granite at stripa mine, Sweden // Journal of Geophysical Research. 1987, vol. 92, no. B8, pp. 8037—8048.

11. Zheng J., Wang X., Lü Q., Sun H., Guo J. A new determination method for the permeability tensor of fractured rock masses // Journal of Hydrology. 2020, vol. 585, article 124811. DOI: 10.1016/j. jhydrol.2020.124811.

12. Miyakawa K., Tanaka K., Hirata Y., Kanauch M. Detection of hydraulic pathways in fractured rock masses and estimation of conductivity by a newly developed TV equipped flowmeter // Engineering Geology. 2000, vol. 56, no. 1-2, pp. 19—27.

13. Николенко П. В., Зайцев М. Г. Комплексный оптико-акустический каротаж приконтурного массива. Оборудование и физическое моделирование // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 1. — С. 95—106. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_95.

14. Еникеев В. Н., Ташбулатов В. Д., Гайфуллин М. Я. Применение скважинных акустических методов для решения задач разработки месторождений твердых полезных ископаемых // Каротажник. — 2011. — № 5(203). — С. 224—237.

15. Симоненко Е. П., Долгирев С. С., Кириченко Ю. В. Возможности методов ГИС для изучения трещиноватости // Георесурсы. — 2018. — № 20(3). — Ч. 2. — С. 267—273. DOI: 10.18599/ grs.2018.3.267-273.

16. Гупало В. С. Оценка долговременных изменений фильтрационных характеристик зоны техногенной и природной трещиноватости объектов подземной изоляции ВАО // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 12. — С. 115—121. DOI: 10.25018/02361493-2017-12-0-115-121.

17. Гупало В. С., Казаков К. С., Минаев В. А., Озерский Д. А., Устинов С. А., Нафигин И. О. Результаты исследований в существующих скважинах на участке недр «Енисейский», в т.ч. для определения основных систем трещин и анизотропии массива пород // Радиоактивные отходы. — 2021. — № 1 (14). — С. 76—86. DOI: 10.25283/2587-9707-2021-1-76-86.

18. Румынин В. Г. Опыт изучения глинистых толщ и кристаллических массивов как геологических сред для окончательной изоляции РАО // Радиоактивные отходы. — 2017. — № 1(1). — С. 42—53.

19. Novikov K., Kapyrin I. Coupled surface—subsurface flow modelling using the GeRa software // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2020, vol. 41, no. 4, pp. 538—551. DOI: 10.1134/S199 5080220040162.