Cuevas Müller, Carles de las

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ACTA GEOLOGICA HISPANICA, v. 29 (1994), no 1, p. 85-87 (Pub. 1996) 
Tesis Doctoral 
Análisis del contenido en agua en formaciones salinas. 
Su aplicación al almacenamiento de residuos radiactivos 
CARLES DE LAS CUEVAS MULLER 
Laboraton d'Investigaci6 en Formacions Salines. Departament de Geoquímica, Petrologia i Prospecció Geolbgica. 
Facultat de Geologia. Universitat de Barcelona. c/ Martí i Franques s/n. Zona Universithria de Pedralbes. 08071-BARCELONA. 
RESUMEN 
Los grandes progresos científicos llevados a cabo durante el siglo 
XX, han representado un avance tecnológico en la producción de bie- 
nes de consumo, lo que ha conllevado a la producción de residuos. La 
gran mayoría de estos son inevitables, irreciclables y pueden represen- 
tar un riesgo, motivo por lo que requieren una gestión adecuada para 
garantizar la protección a la salud humana y al medio ambiente. Un ti- 
po específico de residuos son los radiactivos, procedentes del desarro- 
llo de la tecnología nuclear, tanto en el campo de la generación de ener- 
gia eléctrica, como en la utilitzación de radioisótopos en las instalacio- 
nes hospitalarias e industriales. Según su actividad y el tipo de isótopos 
presentes, los residuos radiactivos se dividen en residuos de baja y me- 
dia actividad (no presentan emisores alfa y tienen una peligrosidad po- 
tencial de unos 300 años) y los residuos de alta actividad, que han de 
estar aislados del medio ambiente unos 100.000 años. Estos últimos, 
debido a la intensidad de la radiación, generan asimismo calor. 
Las formaciones salinas constituyen una de las litologías poten- 
cialmente favorables para el almacenamiento de los residuos radiacti- 
vos de alta actividad. Ello se debe a su baja permeabilidad, su buena 
conductividad térmica, su comportamiento plástico así como a la esta- 
bilidad a largo plazo de los almacenamientos subterráneos construidos 
en formaciones salinas. 
ABSTRACT 
Water content analysis in rock salt formations. Application to ra- 
dioactive waste disposal. 
Rock salt formations are one of the suitable host rocks for high ra- 
dioactive waste disposal. Among the site selection criteria, one of gre- 
at importance is the presence of water in the host rock. Due to their ge- 
nesis and to their mineralogical composition salt formations always 
contain small amounts of water. This water can be present as intersti- 
tia1 brine, in hydrated minerals and as intragranular fluid inclusions. 
In order to define the range of water content present in rock salt, as 
well as its relation between mineralogy and stratigraphical position, fi- 
ve rock salt types have been studied. For each sample water content and 
also mineralogical analysis has been performed. In most of the studied 
samples water is present as interstitial bnne and fluid inclusions. In so- 
me cases water can also be present in form of hydrated minerals. The 
distribution of the water content is usually of lognormal type. In some 
rock salt formations, severa1 subpopulations could be found. Total wa- 
ter content ranges from 0.01 to 3.50%. 
Mathematical treatment on the aforementioned data consisted of 
the estimation of the error related to the sampling procedure, statistical 
tests (univariant, ANOVA, correlation, PCA and trend analysis) and 
Geostatistics. These treatments have allowed to discern between water- 
nch and water-poor rock salt and also to confirm that there are three 
factors controlling the amount of water content: mineralogical compo- 
sition, halitic lithofacies and degree of tectonic stresses. Geostatistical 
analysis has shown that for detailed characterization purposes a sarn- 
pling interval of 1 m is convenient, whereas for a first characterization 
of a salt formation a sampling interval of 5 m seems reasonable. 
Finally, trend analysis has confirmed that along a rock salt formation, 
altemancy of water-rich and water-poor zones may exist. 
The methodology described in this study can be very useful for si- 
te characterization purposes. Data arising from laboratory research on 
the aforementioned parameters combined with safety assessment met- 
hods can provide the technical basis to decide whether the proposed 
disposal site offers a satisfactory leve1 of safety. 
Debido a su génesis y a su composición mineralógi- 
ca, las rocas salinas contienen siempre un pequeño por- 
centaje de agua. Este agua puede ser movilizada y migrar 
a través de los bordes de grano, pequeñas fracturas y po- 
ros intergranulares, debido al efecto térmico producido 
por los residuos, acelerando la corrosión de los contene- 
dores y facilitando la lixiviación de los radionúclidos. 
Una vez éstos han sido lixiviados, la salmuera podría mi- 
grar a través de la formación salina y, eventualmente, ser 
expulsada hacia acuíferos suprayacentes. 
Para saber como interaccionarán los residuos con la 
roca encajante, es necesario conocer la cantidad de agua 
presente en la formación salina y saber cual será su com- 
portamiento al ser sometida a los gradientes de tempera- 
tura que se producirán dentro del repositorio. Otro de los 
efectos que hay que tener en cuenta es que la presencia 
de agua en una formación salina influye en su resistencia 
mecánica, y puede dar lugar a generación de hidrógeno 
bién por radiólisis o bién por corrosión. También puede 
favorecer los fenómenos de recristalización de la sal, dis- 
minuyendo la cantidad de defectos cristalinos generados 
por la radiación. 
El agua en las formaciones salinas puede hallarse 
presente en tres formas diferentes, pudiendo comportar- 
se cada una de ellas de modo distinto en las condiciones 
de un almacenamiento de residuos radiactivos. Estas son: 
inclusiones fluidas intragranulares, agua de composición 
en minerales hidratados y agua intergranular ligada por 
adsorción a los bordes de grano. 
Para definir el rango del contenido de agua en las for- 
maciones salinas, así como para ver si existe una even- 
tual dependencia de la composición mineralógica o de la 
situación estratigráfica, se han estudiado cinco tipos de 
rocas salinas: la "sal de muro" de la Fm. Salina de 
Cardona, miembro potásico de la Fm. Salina de Cardona, 
los niveles halíticos de la Fm. Zaragoza, la "sal de muro" 
de la Fm. Guendulain y rocas salinas diapirícas triásicas 
procedentes de las zonas levantina y vasco-cantábrica). 
La metodología análitica ha consitido, en primer lu- 
gar en una cuarteo de las muestras en dos partes alícuo- 
tas. La primera de ellas se destinó a análisis del conteni- 
do de agua por termogravimetría. Se ha utilizado el mé- 
todo termogravimétrico ya que, además de proporcionar 
su contenido total, permite diferenciar sus diversos tipos. 
La segunda alícuota fue utilizada para realizar el análisis 
mineralógico por difractometría cuantitativa de rayos X 
y el estudio de insolubles presentes en la roca. 
Finalmente, en algunas muestras se preservó una parte 
para la obtención de láminas delgadas a fín de determi- 
nar su textura, así como poder controlar la presencia y el 
tamaño de las inclusiones fluidas. 
Los tratamientos numéricos de los datos analíticos 
han consistido en calcular el error máximo, debido a los 
procesos de cuarteo, análisis estadísticos (univariante, de 
varianza, de correlación, análisis de componentes princi- 
pales y de tendencia) y análisis geostadísticos. 
En la mayor parte de las muestras salinas estudiadas, 
el agua se encuentra presente en forma intergranular e in- 
tragranular. Algunas muestras presentan, asimismo, agua 
de composición de minerales hidratados salinos o de mi- 
nerales del grupo del caolín. 
El contenido en agua total en las muestras salinas es- 
tudiadas oscila entre 0.01 y 3.50 %, mientras que el con- 
tenido en salmuera libre oscila entre 0.01 y 1.24 %. La 
presencia, en pequeñas cantidades, de minerales hidrata- 
dos salinos o de minerales del grupo del caolín es la cau- 
sa del sensible aumento del contenido en agua total pre- 
sente en la roca salina. 
El Análisis gie Varianza ha permitido diferenciar tres 
tipos de formaciones salinas en base a su contenido en 
salmuera libre. El Análisis de Componentes Principales 
realizado ha permitido confirmar la existencia de tres 
factores que condicionan el contenido en agua. Por un la- 
do existe un factor, que representa la mayor capacidad 
de retención del agua intergranular por parte de los mi- 
nerales sulfatados y arcillosos. Otro factor es la presen- 
cia de la litofacies de halita lechosa, rica en inclusiones 
fluidas, en la roca salina. El tercero sena el tectónico, 
que variaría en función del grado de deformación al que 
ha estado sometido el diapiro. 
Considerando que los estudios de modelización de la 
distribución de temperatura en el macizo salino indican 
que en la zona del repositorio se alcanzarán temperaturas 
de unos 100°C mientras que en los alrededores de los 
contenedores la temperatura alcanzará unos 200°C, pue- 
de estimarse como negativa la presencia de yeso y carna- 
lita, que se deshidratan a temperaturas inferiores, mien- 
tras que la presencia de polihalita y kieserita no parece in- 
fluir negativamente en la seguridad del repositorio. 
A partir de los estudios estadísticos realizados se de- 
duce que para una primera caracterización del contenido 
en agua de una formación salina es suficiente un mues- 
treo cada 5 m de sondeo. No obstante, para una caracte- 
rización más detallada, el estudio de los variogramas in- 
dica que el intérvalo de muestre0 óptimo es de 1 m. 
El análisis de tendencia realizado mediante el méto- 
do de las medias móviles muestra que, si bien la compo- 
sición mineralógica causa fuertes fluctuaciones en el 
contenido de agua, a nivel de una formación salina pue- 
den existir tramos más ricos y tramos empobrecidos en 
salmuera. 
La metodología propuesta, tanto analítica como de 
tratamiento de datos, se ha revelado como muy adecua- 
da para la caracterización de formaciones salinas suscep- 
tibles de ser utilizadas como repositorios de residuos ra- 
diactivos. El estudio de los parámetros anteriormente 
mencionados combinado con los métodos de evaluación 
del comportamiento del sistema, puede proveer la base 
técnica para decidir si el emplazamiento ofrece un nivel 
satisfactorio de seguridad. 
Fecha de lectura: 3-12-1992 
Director: 
Juan José Pueyo 
Dept. de Geoquímica, Petrologia i Prospecció 
Geolbgica. 
Universitat de Barcelona. 


Tesis doctoral: Análisis del contenido en agua en formaciones salinas. Su aplicación al almacenamiento de residuos radioactivos

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