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第4 2卷 第4期2 0 2 3年 7月 地 质 科 技 通 报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y V o l.4 2 N o.4J u l.2 0 2 3李露露,李牧阳,周志超,等.基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价J.地质科技通报,2 0 2 3,4 2(4):2 8 8-2 9 8.L i L u l u,L i M u y a n g,Z h o u Z h i c h a o,e t a l.A s s e s s m e n t o f f r a c t u r e s g e o m e t r i e s a n d s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s b a s e d o n s t a t i s t i c a l h o m o g e n e o u s z o n e m e t h o dJ.B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 2(4):2 8 8-2 9 8.基金项目:核设施退役及放射性废物治理专项项目(科工二司2 0 1 71 4 0 5号)作者简介:李露露(1 9 9 4),女,现正攻读水利工程专业博士学位,主要从事核素迁移数值模拟研究工作。E-m a i l:l u l u l i_7 9 9 21 6 3.c o m通信作者:邵景力(1 9 5 9),男,教授,博士生导师,主要从事水文学及水资源专业的教学和科研工作。E-m a i l:j s h a o c u g b.e d u.c n E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y.T h i s i s a n o p e n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y-N C-N D l i c e n s e.基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价李露露1,李牧阳1,周志超2,张秋兰1,崔亚莉1,邵景力1(1.中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京 1 0 0 0 8 3;2.核工业北京地质研究院,北京 1 0 0 0 2 9)摘 要:综合分析岩体裂隙几何特征及渗流特性是高放废物处置库场址适宜性评价中关键内容之一。利用北山预选区新场地段中部B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔试验及其周围的裂隙现场调查结果,以裂隙产状及线密度为指标对钻孔进行定量均质区划分,并辅以渗透张量理论得到钻孔裂隙岩体渗透性大小及渗透主方向。研究结果表明:新场地段UR L(地下实验室)场址区发育4组优势裂隙,其产状分别为2 7 9 7 9,9 8 7 6,2 2 7 7 9 和3 6 7 6,尤以EW向和NN E向最发育。节理裂隙以陡倾角(6 0)的剪节理为主,同时伴有少量张节理,裂隙倾向、倾角呈正态分布特征。与现场水力试验结果相比较,钻孔整体综合渗透系数处于1 0-1 31 0-9 m/s数量级范围,主渗透方向主要是NN E向、近EW向及S E向,NN E向及近EW向为裂隙岩体优势渗流通道,其渗透张量主值较大。位于新场地段2条近EW向的F6,F7断裂以及与其配套的NN E-EW向次级断裂对新场地段裂隙发育起到宏观控制作用。裂隙岩体渗透性大小主要受裂隙间距和隙宽影响。研究结果可为北山预选区新场地段处置库建设及处置库中核素迁移等工程数值模拟提供必要的数据支撑。关键词:高放废物;地质处置;节理裂隙评价;均质区;渗透张量2 0 2 2-1 2-0 5收稿;2 0 2 3-0 4-1 2修回;2 0 2 3-0 4-1 3接受中图分类号:T L 9 4 2+.2 1 1 文章编号:2 0 9 6-8 5 2 3(2 0 2 3)0 4-0 2 8 8-1 1d o i:1 0.1 9 5 0 9/j.c n k i.d z k q.t b 2 0 2 2 0 6 7 7 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):A s s e s s m e n t o f f r a c t u r e s g e o m e t r i e s a n d s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s b a s e d o n s t a t i s t i c a l h o m o g e n e o u s z o n e m e t h o dL i L u l u1,L i M u y a n g1,Z h o u Z h i c h a o2,Z h a n g Q i u l a n1,C u i Y a l i1,S h a o J i n g l i1(1.S c h o o l o f W a t e r R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t,C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g),B e i j i n g 1 0 0 0 8 3,C h i n a;2.B e i j i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f U r a n i u m G e o l o g y,B e i j i n g 1 0 0 0 2 9,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eC o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f f r a c t u r e g e o m e t r i e s a n d s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s i s o n e o f t h e p r o m i n e n t c o m p o n e n t s i n s i t e s u i t a b i l i t y a s s e s s m e n t o f h i g h-l e v e l r a d i o a c t i v e w a s t e(HLW)d i s p o s a l r e p o s i t o r i e s.M e t h o d sT o p r o v i d e a s u f f i c i e n t b a s i s f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e X i n c h a n g u n d e r g r o u n d r e-s e a r c h l a b o r a t o r y(UR L)s i t e i n t h e B e i s h a n p r e s e l e c t e d a r e a o f t h e HLW d i s p o s a l r e p o s i t o r y i n C h i n a,t h i s p a p e r a n a l y z e d t h e d e v e l o p m e n t a n d d i s t r i b u t i o n o f f r a c t u r e s a n d t h e s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s i n f r a c t u r e d g r a n i t e.B a s e d o n t h e b o r e h o l e t e s t s o f B S 3 2,B S 3 6 a n d B S 3 9 c a r r i e d o u t i n t h e m i d d l e o f t h e X i n c h a n g s i t e a n d t h e f i e l d i n v e s t i g a t i o n o f t h e s u r r o u n d i n g f r a c t u r e s,t h e o r i e n t a t i o n s a n d l i n e a r d e n s i t y o f f r a c t u r e s w e r e u s e d t o q u a n t i t a t i v e l y c l a s s i f y t h e h o m o g e n e o u s z o n e s o f t h e B S 3 2,B S 3 6 a n d B S 3 9 b o r e h o l e s.S u p-p l e m e n t e d b y t h e t h e o r y o f t h e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y t e n s o r,t h e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t i e s o f f r a c t u r e d r o c k 第4期李露露等:基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价a n d t h e p r i n c i p a l d i r e c t i o n s o f f l u i d s e e p a g e i n f r a c t u r e d r o c k w i t h d i f f e r e n t b u r i a l d e p t h s w e r e o b t a i n e d.R e s u l t sT h e r e s u l t s s h o w t h a t f o u r g r o u p s o f d o m i n a n t f r a c t u r e s a r e d e v e l o p e d a r o u n d B S 3 2,B S 3 6 a n d B S 3 9 a t t h e X i n c h a n g UR L s i t e,w i t h o r i e n t a t i o n s o f 2 7 9 7 9,9 8 7 6,2 2 7 7 9 a n d 3 6 7 6,w h i c h a r e e s p e c i a l l y d o m i n a n t i n t h e EW a n d NN E d i r e c t i o n s.T h e f r a c t u r e s a r e m a i n l y s h e a r-s t r e s s f o r m e d w i t h s t e e p d i p s(6 0),a c c o m p a n i e d b y a f e w t e n s i l e f r a c t u r e s,a n d t h e f r a c t u r e s a r e n o r m a l l y d i s t r i b u t e d.C o m p a r e d w i t h t h e f i e l d h y d r a u l i c t e s t r e s u l t s,t h e o v e r a l l c o m p r e h e n s i v e h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t i e s o f t h e b o r e h o l e s a r e i n t h e r a n g e o f 1 0-1 3-1 0-9 m/s.T h e m a i n s e e p a g e d i r e c t i o n s a r e NN E,n e a r l y EW a n d S E,w h e r e NN E a n d n e a r l y EW a r e t h e d o m i n a n t s e e p a g e c h a n n e l s o f t h e f r a c t u r e d r o c k m a s s,w i t h l a r g e r m a i n p e r m e a b i l i t y t e n s o r v a l u e s.T w o n e a r l y E-W-t r e n d i n g F6 a n d F7 f a u l t s a n d t h e i r c o r r e s p o n d i n g NN E-E-t r e n d i n g s e c o n d a r y f a u l t s p l a y a m a c r o c o n t r o l l i n g r o l e i n f r a c t u r e d e v e l o p m e n t a t t h e X i n c h a n g s i t e.T h e p e r m e a b i l i t y o f f r a c t u r e d r o c k i s m a i n l y a f f e c t e d b y t h e f r a c t u r e s p a c i n g a n d a p e r t u r e,d e m o n s t r a t i n g a g r e a t a n i s o t r o p y.C o n c l u s i o nT h e r e s u l t s c a n p r o v i d e n e c e s s a r y d a t a s u p p o r t f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f d i s-p o s a l r e p o s i t o r i e s a n d t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f n u c l i d e m i g r a t i o n a t t h e X i n c h a n g UR L s i t e.I n a d d i-t i o n,t h e p r e s e n t e d r e s e a r c h i d e a c o u l d p r o v i d e a n a l t e r n a t i v e a n d p r a c t i c a l m e t h o d f o r e f f e c t i v e l y s t u d y i n g t h e p r o p e r t i e s o f d e e p f r a c t u r e d r o c k m a s s e s w i t h d e e p g e o l o g i c a l d i s p o s a l o f HLW.K e y w o r d s:h i g h-l e v e l r a d i o a c t i v e w a s t e;g e o l o g i c a l d i s p o s a l;a s s e s s m e n t o f f r a c t u r e;h o m o g e n e o u s z o n e;h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y t e n s o rR e c e i v e d:2 0 2 2-1 2-0 5;R e v i s e d:2 0 2 3-0 4-1 2;A c c e p t e d:2 0 2 3-0 4-1 3 全球核能源的开发利用,在给人类带来极大便利的同时,其所产生的大量高水平放射性废物也给人类的生存环境带来巨大的安全隐患,“深地质处置”是目前最具前景的高放废物安全处置方式之一1。新场地段为甘肃北山预选区处置库重点区域,其围岩主体是花岗岩,具孔隙度低、致密性好、含水率低的特点。天然地质体(花岗岩)的形成和演化本身就是一个复杂的过程,受不同期次区域构造应力场的作用,使得岩体内部出现大量错综复杂的节理裂隙,其岩体力学、水力学性质明显不同于天然状态下完整岩石,故裂隙导水特征与其分布特征一样成为评价场址优劣的关键性因素2。同时围岩中相互连通的裂隙构成了高放废物中核素伴随地下水迁移的优势路径3-4,也将影响到未来地下硐室岩体的稳定性。因此,有必要对高放废物处置库 甘肃北山预选区新场地段花岗岩岩体裂隙几何特征及相关渗透性进行深入研究。裂隙产状主要表征裂隙的空间方位,S h a n l e y等5采用施密特等面积投影网与概率统计方法相结合来选择最佳的裂隙优势组数划分。G a z i e v等6通过对裂隙几何参数概率统计后发现,其倾向和倾角呈正态分布特征。M a等7、宋盛渊等8采用不同聚类算法及李宁等9创建一种结合改进遗传算法和支持向量机的方法实现裂隙产状数据分组。由于裂隙的大小目前尚无法直接量测,因而选用三维裂隙与岩体露头交切的迹线长度来衡量。国内外一些学者1 0-1 3对裂隙平均迹长的估算方法进行了深入的研究,P r i e s t等1 0提出采用测线法估计裂隙平均迹长,K u l a t i l a k e等1 1基于矩形窗口内不同迹线类型数量,分析裂隙产状概率分布特征后估算了矩形窗口裂隙平均迹长。Z h a n g等1 2提出了不需要考虑裂 隙 产 状 的 圆 形 窗 口 法 进 行 平 均 迹 长 的 估 算。Z h a n g等1 3建议在矩形取样窗口中设置多条测线,用以充分利用观测到的迹线数据。在开展裂隙参数统计分析前需找出具有相似地质结构特性与渗透特性的岩体边界,将岩体中地质力学与水文性质“相似”的单元归为同一区域,即为岩体结构均质区的划分。裂隙岩体均质区的统计是进行建模和稳定性评价的基础,划分岩体均质区可基于优势产状分组、迹长以及密度等指标综合分析,从而通过统计特征参数来表征具有相似地质结构与渗 透 特 性 的 裂 隙 岩 体。M i l l e r1 4和 K u l a t i l a k e等1 1,1 5利用节理裂隙产状为指标进行岩体结构垂向均质区划分。高敬等1 6针对高放废物深地质处置中核素迁移和围岩稳定2个重点问题,合理制定了以产状为主、迹长和裂隙面密度为辅的花岗岩体内结构统计均质区的划分方法。宋盛渊等1 7分别提出了以裂隙面密度和裂隙间距为指标来进行岩体结构统计均质区的划分方法。魏翔等1 8综合结构面力学成因及M i l l e r法,采用定性法和定量法相结合来确定钻孔岩体结构均质区划分。裂隙岩体渗透性分析对于高放废物处置库场址适宜性评价具有重要指导意义。研究裂隙岩体渗流运用最为广泛的是裂隙测量法,先用测线法确定岩体的裂隙开度、产状等,对其几何特征参数运用张量理论并结合单裂隙水流运动规律来确定裂隙介质的982h t t p s:/d z k j q b.c u g.e d u.c n 地质科技通报 2 0 2 3年 渗透系数张量。S n o w1 9、L o n g等2 0、O d a等2 1、田开铭等2 2研究了裂隙岩体的渗流特性,即裂隙岩体渗透系数张量。S n o w1 9假定岩体中的裂隙无边界,根据达西定律以及裂隙几何参数推导了单个裂隙、一组平行裂隙的渗透张量公式。L o n g等2 0考虑采用几何形态法确定渗透张量,研究了裂隙间连通程度对裂隙渗透率的大小和性质的影响。O d a等2 1提出了采用统计理论来推导渗透张量的方法,建立了求解应力和流体流动耦合的控制方程组。田开铭等2 2建立渗透张量的改进模型,并将统计测量与现场试验方法求得的渗透张量进行对照和校正。这些研究很少引入均质区的概念对岩体裂隙的几何特征参数进行较为详细、全面的分析,并采用渗透张量理论对裂隙岩体渗流特性进行综合评价。笔者拟以甘肃北山预选区新场地段中部B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔试验揭露的深部裂隙及其周围地表裂隙为研究对象,在野外观察测量的基础上,统计分析裂隙优势产状特征与概率分布函数,并以裂隙产状及线密度为指标对钻孔裂隙岩体进行定量均质区划分,辅以渗透张量理论得到钻孔不同埋深裂隙岩体渗透性大小及渗透主方向,综合分析评价新场地段花岗岩体中裂隙发育分布规律以及流体在裂隙岩体中的渗流特性。研究结果可为我国高放废物处置库场址特性评价以及未来处置库建设、处置库中核素迁移等工程数值模拟提供必要的数据支撑。1 研究方法及材料1.1 研究区概况北山预选区位于我国甘肃省西部,河西走廊以北的戈壁荒漠区,行政区划隶属于甘肃省酒泉市肃北蒙古自治县和玉门市管辖。区内仅有2条国道、1条省道以及兰新铁路构成交通主线,在戈壁区基本没有可通行的道路,交通条件较差,人烟稀少、仅有少数牧民分散居住。其中新场地段花岗岩体呈东西向展布,东西长约2 0 k m,南北宽约3 k m,地表出露面积约4 4 k m2。研究区处于中纬度地带,海拔约为1 7 0 0 m,夏季炎热高温、干旱少雨,降雨主要集中在7-8月份,植被稀少。研究区年平均气温约7.2,年降水量稀少的同时年蒸发量可达2 7 8 9.3 mm,为典型的半沙漠大陆性气候。研究区内无常年性地表水系,多为季节性水流形成的干沟。地貌特征为低山丘陵,大部分为干旱戈壁或基岩裸露的低山。北部为较连续的山地,山势陡峭;中部多为丘陵地带,海拔约1 4 5 0 m,主要由花岗岩组成;南部多为变质岩山,海拔高度相对较低。研究区内分布大面积新场单元二长花岗岩(O1x)、红柳井单元片麻状花岗闪长 岩(P t22h)、咸 水 井 群 变 质 中 基 性 火 山 岩(C hx s)、敦煌群鱼脊山组变质岩(A n C h Dy j2)及敦煌群鱼脊山组黑云母片岩(A n C h Dy j3)。咸水井群变质中基性火山岩和敦煌群鱼脊山组变质岩是新场地段中部二长花岗岩、花岗闪长岩的围岩,其覆盖有侏罗系和第四系。研究区构造上属于塔里木板块北缘北山地区南带2 3-2 4,区内地质构造复杂,主要发育金庙沟煤矿断裂(F6)和F7断裂,它们是2条近EW走向的压性、压扭性主干断裂以及与其配套的NN E-EW走向次级断裂构造(图1)。F6断裂在新场预选地段内走向9 5 1 0 0,倾向北,为高角度的逆冲断裂,长达1 3 0 k m,断层角砾岩中夹有大块的片岩。F7断裂分a.北山预选区;b.新场地段遥感影像图;c.新场岩体附近区域地质简图。O1x.新场单元二长花岗岩;P t22h.红柳井单元片麻状花岗闪长岩;C hx s.咸水井群变质中基性火山岩;A n C h Dy j2.敦煌群鱼脊山组变质岩;A n C h Dy j3.敦煌群鱼脊山组黑云母片岩图1 研究区概况(据文献2 5 修改)F i g.1 O v e r v i e w o f t h e s t u d y a r e a092 第4期李露露等:基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价布在新场花岗岩体南缘,长约1 4 k m,倾向北,倾角约6 0,断裂带内角砾岩均胶结成岩。由于北山地区具有气候干旱、降雨稀少、地质结构稳定等得天独厚的自然地理、经济地理条件,已将其选定为高放废物地质处置的重点预选区,新场、芨芨槽、算井子、野马泉以及沙枣园为重点预选地段。综合多学科研究成果与多个预选地段比选后,选定在新场地段开工建设我国首个高放废物深地质处置地下实验室,地下实验室(u n d e r g r o u n d r e s e a r c h l a b o r a t o r y,简 称UR L)位于新场花岗岩体内。2 0 2 1年6月,北山地下实验室开工建设,我国高放废物深地质处置研究工作进入了地下实验室建设及研发阶段。1.2资料来源(1)地表露头裂隙测量 研究区范围内节理裂隙类型和成因较复杂,总体为剪节理(X型剪节理),在原有构造断裂格局的基础上经后期应力释放形成,节理多成组发育且产状稳定,清晰可见节理面光滑平直。根据现场岩体露头条件,本研究在B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔周围近4 k m2范围内选用测窗图2 露头上裂隙发育形态F i g.2 T y p i c a l m o r p h o l o g y o f f r a c t u r e s o u t c r o p s法进行岩体节理的现场调查(图2)。在现场实测时,由于受到暴露面覆盖度的限制,节理面的延伸长度不能直接测量,所以应选择比较干净完整、具有一定代表性且便于测量的露头作为测点,每个测点选取1 m1 m网格范围进行裂隙调查,逐个对测点处主要裂隙进行地质特征的判读和记录。共计布置露头5 0个,实测裂隙1 6 9 2条。(2)钻孔电视裂隙编录2 6-2 8 数据来自于核工业北京地质研究院在甘肃北山地区开展的超声波钻孔电视裂隙编录工作2 9,分别记录了裂隙出现深度、裂隙类型、裂隙宽度、充填物、裂隙表面粗糙度、裂隙 面 形 态 及 力 学 性 质 等 参 数。本 次 选 用 位 于UR L场址的7个钻孔解译资料,综合解释该地区地层的裂隙和破碎带发育情况。(3)分段压水试验 试验数据来自于核工业北京地质研究院在高放废物处置库甘肃北山预选区新场地段进行的高压压水试验3 0,现场采用双栓塞水文地质试验系统。该系统是德国高达公司(G o l d e r A s s o c i a t e s Gm b H)生产的一套开展野外水文地质试验和深部岩层地下水取样的设备,由井下设备和地面设备组成,适用于对深度不超过6 0 0 m、导水系数不低于1 0-1 3 m2/s的含水层开展现场试验。在试验段及其上下部分分别安装压力传感器,监测试验段的封隔效果,压力传感器数据通过数据电缆实时传递给地面设备,以便根据试验段及其上下部的压力变化情况采取不同的操作措施。地面连接流量计,对压水实验流量进行实时监测。分别对研究区新场地段岩体中部B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔进行分段压水实验,并对数据 进行解译和优 选,获得了B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔各个试验段的渗透参数。1.3裂隙几何特征概率统计1.3.1 裂隙产状对于在一定地质环境中受到同一地质营力作用而形成的裂隙而言,其几何特征往往具有某种规律性,但又由于裂隙介质不均匀性、且受多期次局部及区域地质营力等因素的影响,其规律性被弱化,而概率统计则是获取这种规律的有效途径。在对裂隙产状进行统计时,首先采用节理玫瑰花图法掌握裂隙产状的基本分布情况后,再采用等面积赤平投影法来确定裂隙优势组和优势产状,最终分区统计各优势组产状的频率分布并拟合其概率密度分布函数。(1)节理玫瑰花图法以节理倾向、倾角方位角1 0 为间距,分别计算各区间节理条数Ri和每个区间的方位角平均值Zi,每个区间间隔的方位角平均值和节理条数绘制在二维圆上就形成了极坐标点,按从上到下的顺序连接这些点就能绘制出节理倾向和倾角玫瑰花图。以圆心为原点,Y轴指向北,X轴指向东,各区间投点的坐标公式为:Xi=RiRm a xRs i nZiYi=RiRm a xRc o sZi(1)式中:R为圆半径,取为1 0 0;Ri(i=1,2,1 8)为各区间的节理条数;Rm a x为各区间内节理条数最大值。(2)等面积赤平投影法在利用极点图求解节理优势产状时,需要将原始数据进行适当的坐标变换,即把用方位角倾角表示的产状变换为三维直角坐标系,X轴指向东,Y轴指向北,Z轴指向上。假设节理产状为,192h t t p s:/d z k j q b.c u g.e d u.c n 地质科技通报 2 0 2 3年 则节理面极点坐标为:x=2rs i n2s i ny=2rs i n2c o s (2)式中:r为基圆半径;为倾角;为倾向。1.3.2 裂隙间距裂隙间距是同一裂隙组2条相邻裂隙间的垂直距离,是表示岩体裂隙发育程度的一个重要指标。根据钻孔均质区划分结果,采用沿钻孔轴线方向裂隙真实间距与钻孔深度的关系式,统计分析各钻孔均质区优势裂隙组间距:D=Hc o s/(3)式中:为沿钻孔轴线方向均质区内优势组裂隙条数;H为裂隙均质区区段深度;D为沿钻孔轴线方向裂隙真实间距。1.3.3 裂隙平均迹长和迹线中点面密度采用圆形窗口法3 1来估算测区范围内各露头面节理平均迹长的大小,此外还可计算出各露头面节理迹线中点面密度值。设贯穿型、相交型和包容型3种形式迹线期望条数分别为N0、N1、N2,那么节理期望总条数为N=N0+N1+N2,假定迹线中点在二维空间中呈均匀分布形式,则:=(N+N0-N2)2(N-N0+N2)c(4)=N1+2N22 c2(5)式中:为平均迹长;c为取样窗口半径;为迹线中点面密度。1.3.4 裂隙隙宽裂隙隙宽是由于岩体受张拉应力作用或沿裂隙剪切位移引起岩体断裂和膨胀所致,其获取方式是通过钻孔岩心编录和钻孔井下电视技术。由于通常需要对钻孔图像进行放大处理以及钻孔岩体裂隙的隐蔽性、裂隙岩体渗流的复杂性和在机械或人为等外力影响下导致裂隙两侧出现不同程度的破碎,反映到图像上裂隙隙宽就会大于其真实值。因此通常采用平均隙宽对钻孔岩体裂隙水力参数进行厘定,由钻孔不同均质区优势裂隙产状特征结果,分别统计各优势组节理裂隙数量,通过钻孔井下电视测得的裂隙隙宽给定其真实值,对于闭合裂隙给定隙宽为0.0 2 mm。1.4岩体结构垂向均质区划分为确定花岗岩体渗透性大小和主渗透方向,以裂隙产状和密度2个参数为指标来进行钻孔岩体结构统计均质区的划分。具体思路是:由钻孔井下电视解译数据获得的岩体裂隙资料,利用相关系数法计算钻孔不同区段裂隙产状参数相似性程度,利用钻孔裂隙线密度指标进行密度分区,最后,综合考虑产状指标和密度指标,实现均质区域的合理划分。(1)相关系数法岩体结构统计均质区划分过程中,M a r t i n等3 2以产状 为 要 素 进 行 相 关 性 分 析 是 建 立 在M i l l e r法1 4的基础上,每一个结构域由一个施密特投影网代表。施密特投影网给定划分网格的环带数和各环带网格数,而后统计落入每个块网中通过施密特投影后落在极点图对应位置的裂隙极点频数。以1 0 为间隔顺时针进行3 4格等面积块网旋转,计算每一次旋转后每个块网内极点频数所对应的值(皮尔逊相关系数),通过旋转1 8次得到最终的均值作为划分均质区的判别性指标。具体计算见式(6):=ni=1XiYi/n-(ni=1Xi/n)(ni=1Yi/n)ni=1Xi/n-(ni=1Xi/n)2 ni=1YiYi/n-(ni=1Yi/n)2 (6)式中:Xi(i=1,2,3,n)为第一个施密特块网观测频率;Yi(i=1,2,3,n)为第二个施密特块网观测频率;n为删除观测频率均为0的块后对应列数。相关系数数值在-1,1 区间内,0为正相关,0,则 a1 10,=2 7 0+a r c s i na1 2a21 1+a21 2 a1 10,=9 0-a r c s i na1 2a21 1+a21 2 (1 1)若a1 36 0)的剪节理为主,同时伴有少量张节理,倾向和倾角的分布形式均服从正态分布函数。以裂隙产状和线密度2个参数为指标来进行钻孔裂隙岩体统计均质区的划分,利用井下电视解译数据得出B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔各个均质区内优势裂隙产状、各优势组裂隙间距以及平均隙宽。(2)采用裂隙测量法即根据裂隙水力参数计算了B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔裂隙岩体渗透系数张量、主渗透方向和渗透主值大小。由裂隙几何参数计算得出的B S 3 2、B S 3 6和B S 3 9钻孔渗透张量与现场水力试验结果相比较,发现裂隙岩体渗透性大小主要受裂隙间距和隙宽影响。(3)钻孔裂隙岩体EW向和NN E向裂隙更发育,主渗透方向主要是NN E向、近EW向及S E向,NN E向及近EW向为裂隙岩体优势渗流通道,其渗透张量主值较大。(4)针对高放废物深地质处置中放射性核素的安全处置和地下实验室围岩稳定性问题,在岩体结构均质区划分时必须选定裂隙产状及密度作为均质区划分依据,并结合钻孔水文地质试验技术分析裂隙随深度变化及渗透性空间分布等规律。本研究以692 第4期李露露等:基于统计均质区方法的裂隙几何及渗流特性评价新场场址区低渗透裂隙岩体为典型案例,对照前期开展的调查工作,分析的研究成果较为可靠,有一定的推广价值。然而,本研究提出的钻孔岩体均质区划分方法,仍存在不可忽视的内在局限及误差。基于裂隙岩体渗流特性划分均质区时,还需考虑岩体中节理裂隙充填情况、裂隙粗糙度以及裂隙的力学参数等,科学的统计并结合工程实际,使均质区划分结果更为真实可靠。(所有作者声明不存在利益冲突)参考文献:1 王驹.中国高放废物地质处置2 1世纪进展J.原子能科学技术,2 0 1 9,5 3(1 0):2 0 7 2-2 0 8 2.W a n g J.P r o g r e s s o f g e o l o g i c a l d i s p o s a l o f h i g h-l e v e l r a d i o a c t i v e w a s t e i n C h i n a i n t h e 2 1 s t c e n t u r yJ.A t o m i c E n e r g y S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 1 9,5 3(1 0):2 0 7 2-2 0 8 2(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).2 H u a n g F,Y a o C,Y a n g J,e t a l.C o n n e c t i v i t y e v a l u a t i o n o f f r a c-t u r e n e t w o r k s c o n s i d e r i n g t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t r a c e l e n g t h a n d a p e r t u r eJ.A p p l i e d M a t h e m a t i c a l M o d e l l i n g,2 0 2 0,8 8:8 7 0-8 8 7.3 H u a n g F,Y a o C,Y a n g J,e t a l.E f f e c t s o f f r a c t u r e p a r a m e t e r s a n d r o u g h n e s s o n h e a t-f l o w c o u p l i n g i n r o c k m a s s w i t h t w o-d i-m e n s i o n a l f r a c t u r e n e t w o r k sJ.E n e r g y S c i e n c e&E n g i n e e r-i n g,2 0 2 1,9(8):1 2 1 6-1 2 3 1.4 L i L L,Z h a n g Q L,Z h o u Z C,e t a