Естественная радиоактивность горных пород
Радиоактивность горных пород зависит от содержания в них наиболее распространенных и долгоживущих радиоактивных изотопов U, Th (за счет радиоактивности элементов своих рядов) и К и характеризуется сложным энергетическим спектром g–излучений, индивидуальным для каждого из этих радиоактивных элементов. Поэтому по энергиям g–квантов можно раздельно определить содержания каждого из этих элементов. С помощью таких измерений изучается геохимия радиоактивных элементов и радио - геохимические закономерности формирования и изменения горных пород.
Формы нахождения радиоактивных элементов в горных породах
Торий и уран
имеют близкие радиусы ионов 0,99 и 0,93
(ангстрем) и потому для них характерно
близкое геохимическое поведение:
вхождение в качестве изоморфных примесей
в одни и те же минералы, замещение друг
друга в собственных минералах. Характерны
явления изоморфизма (замещения в
кристаллических решетках минералов)
урана и тория с редкоземельными элементами
- церия, лантана, неодима.
Уран и торий близки по химическим свойствам с Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, а уран еще и с Cr, Mo, W. Поэтому руды этих элементов в качестве примесей содержат U и Th и в этом случае радиоактивны. Химическая схожесть этих элементов с радиоактивными элементами и их смеси в минералах позволяют по содержанию урана и тория (т.е по энергии их g–квантов) оценить содержание в руде этих полезных элементов.
Большой размер ионов U и Th определяет их повышенную способность к сорбции на поверхности твердых тел (особенно глины и органики).
Уран в шестивалентном состоянии более подвижен, чем в четырехвалентном, чего у тория нет.
Уран и торий в горных породах присутствуют в трех формах:
в виде собственных минералов: торионит, уранинит, торит и др;
в виде изоморфной примеси в минералах;
в рассеянной форме – в дефектах структур породообразующих минералах, в адсорбированном виде на поверхности зерен минералов и микротрещин.
В природе преобладают 3 и 2 формы. В рассеянной форме U и Th наиболее подвижны, способны выщелачиваться метаморфическими и гидротермальными растворами.
В слабо – и нормально радиоактивных минералах (например, полевые шпаты, железо-магнезиальные силикаты) U и Th находятся в рассеянной форме.
В высокорадиоактивных акцессорах они находятся преимущественно в виде изоморфных примесей.
Калий (0.01% которого радиоактивен) образует в породе собственные минералы, особенно К слюды, К полевые шпаты, минералы глин.
РАДИОАКТИВНОСТЬ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД
Поведение U и Th в магматическом процессе определяется их :
химическими свойствами – сродством с кислородом, входящим в состав минералов U и Th;
низким содержанием в породах;
ассоциацией с более распространенными редкоземельными элементами.
Содержание U и Th в магматических породах связано с содержанием
сродственных с кислородом кремния и калия. Поэтому наиболее радиоактивны кислые, наименее радиоактивны ультраосновные магматические породы. g - активность кислых пород около 15 мкр/час, средних 8, основных 3, ультроосновных 1.
U и Th накапливаются к концу магматического процесса в остаточном расплаве, а при обогащении его редкими землями - изоморфно входят в решетки их минералов. Наиболее радиоактивны поздние кислые и щелочные разности интрузивных пород. В поздних стадиях увеличивается окислительный потенциал, и часть U переходит в подвижное – 6-валетное состояние. Поэтому он может выноситься из магматических тел гидротермальными растворами и формировать собственные месторождения. Отношение Th/U в магматических породах около 4. Только ультраосновные породы обеднены Th. Продукты гидротермальной деятельности
обогащены подвижным U.
Эффузивные породы более радиоактивны, чем интрузивные, т.к. при быстром остывании эффузий U не успевает мигрировать.