POSIVA-raportti 2016-21

Status and Outline Planning Report for Discrete Fracture Network Concepts, Data, Methods and Models for the Olkiluoto Site 2015

Hartley, L., Baxter, S., Fox, A., Poteri, A., Aaltonen, I., Koskinen, L., Suikkanen, J.

Englanti

290

978-951-652-264-0

Hauraiden deformaatiorakenteiden ja niiden ominaisuuksien kuvaaminen rakoverkkomallin (Discrete Fracture Network, DFN) avulla luo kulmakiven tutkimusalakohtaisille paikankuvauksille; erityisesti kalliomekaniiselle, hydrogeo­logiselle ja hydrogeokemialliselle paikankuvaukselle.  Siten se tukee käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituslaitoksen vapautumisesteiden toimintakyvyn arviointia; mukaan lukien puskurin ja täytön mekaanisen, hydraulisen ja kemiallisen stabiilisuuden sekä loppusijoitustiloista kulkeutuvien haitallisten aineiden pidättymisen arviointia.  Edelleen DFN-mallinuksen avulla voidaan arvioida kallion soveltuvuuskriteerien merkitystä, sekä tukea kalliosuunnittelua. Tämä raportin alussa luodaan katsaus rakojen ominaisuuksien kuvaamisen ja numeeristen DFN-mallien merkitystä turvallisuus­perustelun ja loppusijoituslaitoksen suunnittelun tukena.

Eri tutkimusalat käyttävät ensisijaisesti eri lähtötietoja liittyen kallion rikkonaisuuden rakenteeseen. On kuitenkin tarpeen laatia kokonaisvaltainen kuvaus rakojen ominaisuuk­sista, niiden keskinäisistä riippuvuuksista ja suhteesta muihin geologisiin malleihin. Niinpä tämä raportti kokoaa yhteen yleiset konseptit, paikkakohtaisen aineiston ja ymmärryksen tavoitteenaan saada hyvä yleiskuva kustakin rako-ominaisuudesta (kattaen geologiset, hydrogeologiset ja aineen kulkeutumiseen liittyvät ominaisuudet). Raportti esittää ennen kaikkea suunnitelman tuottaa hauraiden deformaatio­vyöhykkeiden kuvaus seuraavaa paikankuvausta 2018 (Olkiluoto Site Description) varten. Raportti esittäää samalla sekä tämänhetkisen ymmärryksen että kehityskohteet edellisen paikankuvauksen jälkeen.

Aiemmin Olkiluodon deterministisesti mallinnettujen hauraiden deformaatio­vyöhykkeiden välisen kalliomassan rikkonaisuus on esitetty duktiilin 3D-mallin rakenneyksiköiden kanssa yhdenmukaisesena stokastisena/empiirisenä kuvauksena. Tällaisia malleja on pidetty riittävinä paikan soveltuvuuden arviointiin sekä käytetyn ydinpolttoaineen loppusijotuskonseptin arviointiin rakentamislupahakemuksessa. Käyttölupahakemusvaiheessa malleilta kuitenkin edellytetään luotettavampien ennusteiden tekemistä keskeisille kalliotilavuuksille, kuten loppusijoitustunneleille. Tämä vaatii rakoverkkomallinnuksen menetelmän kehittämistä edelleen niin muiden geologisten mallien, hydromekaanisten vaikutusten ja rako-ominaisuuksien välisten suhteiden, kuin mahdollisesti paikallisten rakokohtaisten mittausten ehdollistamisenkin (engl. conditioning) osalta. Lisäksi mallien luotettavuutta tulee arvioida järjestelmällisesti ennuste/toteuma-tarkastelujen (prediction/outcome, P/O) avulla ennen käyttölupa­hakemusta. Tämä taas väistämättä edellyttää malleilta parempaa kykyä ottaa huomioon paikalliset geologiset, hydrogeologiset ja kalliomekaaniset olosuhteet.

DFN-metodologian kehittämisen ensimmäisessä vaiheessa esitetään kirjallisuuskatsaus konseptuaalisista malleista, joita voidaan käyttää päivitettävän Olkiluodon DFN-mallin kehittämisessä. DFN-metodologian edelleen kehittäminen on luontevaa nykyisessä vaiheessa, jolloin uutta aineistoa on saatu kerättyä maanalaisista tutkimuksista ONKALO-tutkimustilasta ja sen ympäriltä. Paikankuvauksessa 2011 (OSD 2011) käytetty DFN-malli perustui suurelta osin pintakairarei’istä kerättyyn aineistoon. Tähän raporttiin on koottu saatavilla oleva aineisto ja taustaraportit DFN-metodologian kehittämiseksi. Raportissa käsitellään myös tämänhetkisiä epävarmuuksia ja ehdotetaan menetelmiä edistyneemmän ymmärryksen kehittämiseksi rako-ominaisuuksien ja rakoverkon kuvaamiseen. Samalla esitellään myös suunnitelmia tulevien mallien validoimikseksi.

Lopuksi raportissa käsitellään valikoidusti epävarmuuksia, luokitellaan epävarmuuden eri tyyppejä, määritellään muita olennaisia mallien luotettavuutta rajoittavia ja toisaalta lisääviä tekijöitä sekä esitetään, kuinka tiettyjä Olkiluodon DFN-malleissa esiintyviä epävarmuuksia voidaan hallita. Raportissa määritellään DFN-mallinnuksessa käytettävät termit epävarmuuksista ja mallinnusprosesseista, jotta käsitteet olisivat jatkossa yhdenmukaisempia.

Geologia, hydrogeologia, kalliomekaniikka, discrete fracture network, DFN, rakoverkko, mal-linnus

POSIVA 2016-21_web (pdf) (23 MB)