NMR characterization of the permeability and structure of Boda Claystone Formation (BCF)
Authors: Papp Vanda , Janovics Róbert , Kéri Mónika 
Published: August 2024

Summary.

High-level radioactive waste can be safely disposed of in deep geological
repositories, for which a possible geological environment in Hungary is the Boda
Claystone Formation. In the repository site selection, the geochemical
investigation of the host rock is necessary including the structural
characterization. In this study, the porosity (p%~1.5% and 5.84%) and the
T2cutoff value (0.12 ms and 0.10 ms) of two siliciclastic rocks
was determined by desktop low-field NMR, the value of which differed from the 3
ms accepted for clay-bound water and the 33 ms for movable water in clastic
reservoirs. Based on the T2cutoff, the producible porosity was found
to be high, however, based on the T2 distributions, the bound-water
types dominate the composition of the water phase of the rock.

Összefoglalás.

Magyarországon a nagy aktivitású radioaktív hulladékok végső elhelyezése még nem
megoldott probléma. Az IAEA ajánlásai alapján az ilyen hulladékok hosszútávú és
biztonságos elhelyezése mély geológiai tárolókban valósítható meg, melynek
kiválasztása folyamatban van. Az országos felmérés (screening) alapján a Bodai
Aleurolit Formáció (BAF) bizonyult a legígéretesebb kőzetnek, melynek széleskörű
jellemzése elengedhetetlen a tároló kialakításához. A tároló kőzet
pórusszerkezetének, kötött és mobilis víztartalmának, permeábilitásának
vizsgálata fontos a kőzet radionuklid visszatartó képességének szempontjából,
valamint szükséges bemenő adatokat szolgáltat a radioaktív hulladéktároló
létesítmények biztonsági elemzéséhez szorosan kapcsolódó modellszámításokhoz.
Munkánk során kisterű mágneses magrezonanciás módszerekkel (NMR) jellemeztünk
két különböző mélységből származó furatmintát (BCF1 és BCF2). A mintákban
található víz T2 relaxációs ideje alapján meghatároztuk a különböző
víztípusokat és az általuk kitöltött pórusok méretét és arányát. Jellemzően
három víztípust tudtunk elkülöníteni: az agyagos fázishoz kötött vizet (51-77%,
d ~ 0.6 nm), a kapillárisokban kötött vizet (20-43%, d ~ 2-40 nm) és a nagyobb
pórusokat kitöltő eltávolítható vizet (3-6%, d ~ 200-400 nm). A modell oldattal
telített kőzetminták T2 relaxációs idő eloszlásai alapján
meghatároztuk azok porozitását (P% ~1,5% és 5,84%), melyek jó egyezést adtak a
korábban He- piknométerrel és Hg porozimetriásan meghatározott értékekkel. A
kőzet permeábilitására utaló és a kötött-mobilis vizek arányát jellemző
T2cutoff értékeket (0,12 ms és 0,10 ms) a mintákat oldattal
telítve, majd 105°C-on történő szárításukat követően ezek jellemzéséből
határoztuk meg. Az így kapott értékek eltérnek az irodalomban törmelékes
kőzetekre elfogadott 33 ms-tól, illetve a kőzetek agyagos fázisához tartozó 3
ms-tól. A T2cutoff alapján meghatároztuk a mobilis–kötött víz arányát
(FFI/ BVI), mely alapján a minták nagy mennyiségben tartalmaznak eltávolítható
vizet, azonban a T2 eloszlások alapján a kötött víztípusok a
dominásnak. A T2cutoff értékét és az FFI / BVI arányát jelentősen
befolyásolhatja a kőzet szárításának módja, mivel a magas hőmérsékleten való
szárítás az agyagos fázis vízvesztéséhez vezethet, mely így befolyásolhatja a
minta száraz állapotú porozitását. Ezentúl, NMR MoUSE segítségével, egy még
vákuumcsomagolt kőzetminta esetén elvégeztük annak felületi térképezését,
mellyel el tudtuk különíteni az eltérő víztartalmú, ásványi összetételű részeit
a furatmintának.