14 Дәріс. Радиометрияның жалпы сипаттамасы.

Барлаудың радиометриялық әдістері (радиометрия) – бұл радиоактивті рудаларды іздеу мен барлау әдістері, оларды радиометриялық сынамалау және басқа да карталау-іздеу мен геоэкологиялық міндеттерді шешуге арналған зерттеулер. Олар рудалар мен таужыныстардың табиғи радиоактивтілігіне негізделген. Радиоактивті барлаудың мүмкіндіктері, бір жағынан, рудалар мен таужыныстардың радиоактивтілігінің әр түрлілігімен, екінші жағынан, радиоактивті элементтер мен ыдырау өнімдерінің жерасты сулары мен топырақасты ауадағы миграциямен негізделеді. Радиометрияның зерттеу тереңдігі аз (1 метрге дейін) болғандықтан, олардың іздеу объектісі болып радиоактивті элементтердің шашырау ореолдары саналады. Радиоактивті сәулеленулердің ішінде өту қабілеті ең жоғарысы гамма-кванттар, сондықтан гамма-түсірулер көп қолданылады. Олар табиғи гамма-сәулеленудің интенсивтілігін, оның энергиялық сипаттамасын зерттеуге арналған.

Радиоактивті рудаларды анықтау олардың интенсивтілігіне I_ ғана емес, қалыпты деңгейдегі аясына да (фон) I_иф байланысты.

I_иф = I_ифп – I_ост

(22.1)

мұндағы I_ифп – қоршаған таужыныстар радиоактивтілігінің аялық шамасы,

I_ост – ғарыштық және аспап «ластануына» байланысты аялық шама.

Орташа қалыпты ая мәнін аномалиясы жоқ учаскелерде өлшеу арқылы анықтап алады:

(22.2)

мұндағы I_ифi – қалыпты ая мәнін есептеуге арналған барлық N нүктелердің i нүктесіндегі гамма-сәулеленудің интенсивтілігі. Гамма-түсірулердегі аномалиялы мәндер деп (I_i = I_i – I_иф) қалыпты аядан орта квадраттық ауытқудың 3 еселенген шамаларды айтады:

(22.3)

Осындай мәндер 3-тен көп нүктелерде ("үш сигма мен үш нүкте" ережесі) бақылануы тиіс.

Карталауға арналған гамма-түсірулерде бақыланған аял мәнінен I_иф қалдық ая мәнін I_ост шегереді.

Ii = Ii – Iосн

(22.4)

Барлаудың радиометриялық әдістері оларды жүргізу әдістемесі. Түсіру нәтижелерін бейнелеу.

Аэрогамма-түсірулер әдетте, магниттік, кейде электрлік барлаумен бір кешенде қолданылатын тез және үнемді тәсілдердің бірі. Жұмыстарда құрамында аэрогамма-спектрометрі бар кешенді аэрогеофизикалық станция қолданылады. Аэрогамма-спектрометр түрлі энергиядағы (әдетте, уран, торий, калий-40 бойынша) сәулеленуді I_γh h биіктікте үзіліссіз өлшеуге арналған. Өлшеу жұмыстары жекелеген маршруттар немесе барлау алаңын жабатын параллель маршруттар жүйесі бойынша жүргізіледі. Маршруттар ұзақтығы 30 км-ге дейін. Станцияның ұшу жылдамдығы 100-200 км/сағ, биіктігі 25 м (рельеф тегіс, күн ашық болғанда), 75 м (таулы жердерде). Ұшу биіктігінің төмендеуі барланатын жер беті жолағының енін (2h - 4h) азайтады. I_h –ді тіркеу кезінде биіктік автоматты жазылып отырады.

Маршруттарды байланыстыруды бағдарлар бойынша немесе радионавигация тәсілдерімен штурман жүргізеді. Аномалияларға нақты маршруттар белгіленеді. Маршруттардың 5 %-інде түсірулер дәлдігін анықтау үшін қайта өлшеулер жүргізеді. Тіркелген шамаларға биіктікке байланысты түзету енгізіледі. Ая (фон) шамасы су бассейндерінің үстінде немесе 600-700 м биіктікте өлшенеді. Қазіргі станцияларда оның мәндері автоматты түрде компенсацияланады.

Аэрогамма-спектрометриялық түсірулер нәтижесінде радиоактивті өрістің әр түрлі энергиядағы аномалиялар құраушылары (уран, торий, калий-40) есептеледі: гамма-сәулелену энергиясының ең үлкен мәні торий қатары элементтерінде, одан төмені уранда, ең төмені калийде. Аномалияларды анықтау дәлдігін арттыру үшін статистикалық өңдеу тәсілдерін ЭЕМ-ді қолданып орындайды. Ары қарай графиктер карталары, кейде ΔΙ_γ карталары жасалады.

Аэрогамма-түсірулер – бұл іздеуге арналған бақылаулар, олар ірі радиоактивті рудалық денелерді және радиоактивті ластанған учаскелерді табуға мүмкіндік береді. Оларды жер бетіндегі түсірулермен тексереді, сол арқылы денелердің геологиялық табиғаты туралы қорытынды жасайды. Гамма-кванттар бірнеше метр қалыңдықтағы жабынды қабатпен әр түрлі жұтылатындықтан, аэрогамма-түсірулер іс жүзінде тасындылардың (наносы) радиоактивтілігін зерттейді. Себебі олар элементтер миграциясы және эманацияға байланысты өздері радиоактивті болады. Бұл факторға байланысты аэрогамма-түсірулерді тасындыларды литологиялық карталауда, радиоэкологиялық түсірулерде қолдануға болады.

Автогамма-түсірулер жер бетінде қозғалыс кезінде автоматты жылдам орындалатын түсірулер. Автогамма-түсірулердің сезгіштігі аэрогамма-түсірулерге қарағанда, станцияның зерттеу объектісіне жақын болуына байланысты, едәуір жоғары.

Олар профильдік және аудандық әдістемелермен автомашина өтетін учаскелерде жүргізіледі. Профильдер ара қашықтығы машина өту мүмкіндігіне, түсірулер масштабына, барланатын объектілердің өлшемдеріне байланысты. Масштабтары 1 : 2 000 – 1 : 10 000 аралықта, түсірулер жылдамдығы – 3-15 км/сағ.

Жаяу (жер бетіндегі) гамма-түсірулер – радиометриялық зерттеулердің негізгілерінің бірі. Оны далалық радиометрлер мен спектрометрлер көмегімен жүргізеді. Жұмыс алдында өлшеу аспаптарының бөліктерін стандартты үлгілер (эталон) көмегімен бағалайды (градуировка). Сол арқылы экпозициялық дозаның қуатын (мА/кг немесе мР/сағ, 1 мР/сағ = 0,0717 мА/кг) анықтауға болады.

Радиометриялық түсірулер 1:10 000 және одан ірі масштабтарда жеке немесе 1:25 000 - 1:50 000 масштабтарда маршруттық геологиялық түсірулермен бірге жүргізіледі. Бірге және іздеу жұмыстары кезінде радиометрдің бөлінетін зонд гильзасын жер бетінен 10-20 см көтеріп ұстайды. Қозғалыс бағытымен 3 м жолақта оператор радиоактивті бақылап отырады. 5-50 м (түсіру қадамы) сайын немесе ая шамасы ауытқыса, гильзаны 0,5 - 1 мин жерге түсіріп аспаптан өріс интенсивтілігінің мәнін алады.

Жаяу гамма-түсірулер нәтижелерін өңдеу өз ерекшелігіне қарай және аэрогамма-түсірулердегі сияқты орындалады, оларды бейнелеу графиктер, графиктер карталары және ΔI_γ интенсивтілігі карталары түрінде орындалады. Төмендегі суретте Шығыс Сібірдегі спектрометриялық гамма-түсірулер мәліметтерін өңдеу мысалы көрсетілген. Нәтижесінде граниттерде тантал-ниобий минералдануы анықталған.

9 сурет. Тантал кенорны үстіндегі спектрометрия мәліметтері бойынша уран, торий және калий концентрацияларының профильдері: 1 – құмтас-тақтатас таужыныстарының қатқабаттары; 2 – ороговиктенген таужыныстар; 3 - диабаз порфириттері; 4 – екі слюдалы мусковитті граниттер; 5 – порфиртүрлес граниттер; 6 - амазонит-альбитті граниттер.

Эманациялық түсірулер деп ауадағы, топырақ астындағы, ұңғыдағы, үңгідегі, үй бөлмелеріндегі ауадағы радиоактивті заттар ыдырауының газ түріндегі өнімдерінің құрамын зерттейтін түсірулерді атайды. Радиоактивті газдардан жартылай ыдырау периоды ең ұзағы (3,82 күн) радон болғандықтан, іс жүзінде эманациялық түсірулерді радондық десе де болады. Таужыныстар эманациясы уран қатары элементтерінің мөлшерімен қоса, таужыныстың құрылысына, тығыздығына, бұзылуына, жарықшақтылығына, ылғалдылығына, температурасына және т.б. факторларға байланысты. Эманацияның болуы радонның аз концентрациясы бағытындағы диффузияға, жер бетіне қарай конвекцияға байланысты. Бұл себептер метеорологиялық және т.б. жағдайларға байланысты эманация концентрациясының жоғарғы қабаттардағы күрт өзгерісіне әкеліп соғады. Далалық эманациялық түсірулер әдістемесі 0,5-1 метрге дейінгі тереңдіктен топырақ асты ауасын алып, эманометр көмегімен ондағы радон концентрациясын анықтаумен сипатталады. Ол үшін эманометр зондын топырақ қабатына ендіріп, насос көмегімен камераға ауа жинайды, сосын ондағы радон концентрациясын өлшейді. Эманацилық түсірулер маршруттық және алаңдық болады, масштабтары 1:2 000–1:10 000 арасында, тиісінше, профильдер арасы 20-100 м, қадамы 2-10 м. Нақты түсірулер (10 - 50) x (1 - 5) м тормен жүргізіледі.

Эманациялық түсірулер нәтижесінде радон концентрациясының С_э графиктері мен тең мәндері карталарын түсіреді. Оларда аномалиялы учаскелер анықтайды. Радиоактивті рудалар кенорындары үстінде аномалиялар дециметр кубына жүздеген және мыңдаған беккерельге жетеді.

Эманациялық түсірулер тереңдігі 5-10 метрден аспайды.

Табиғи радиоактивтілікті зерттеудің жерасты әдістеріне гамма-әдістерден басқа, мюондардың ғарыштық сәулеленуін жер астында тіркеу әдісін немесе геоғарыштық әдісті жатқызуға болады. Ол үңгілер мен ұғылардағы ғарыштық сәулеленудің қатаң (мю-мезонды немесе мюонды) құраушысын (компонента) зерттеуге негізделген. Мюондар атмосферада ядрролардың бастапқы шағылуды өтерде пайда болатын ғарыштық сәулелердің едәуір (теңіз деңгейінде 70 %-ке жуық) бөлігін құрайды. Мюондардың өту қабілеті жоғары. Бірақ заттардағы әлсіз электрлік-магниттік жұтудың болуы олардың тереңдікке байланысты басылуына әкеледі. Басылу, негізінен, таужыныстар тығыздығына байланысты. Мысалы, мюондар суда 9 км-ге дейін, таужыныстарда 3-4 км-ге дейін енеді. Олардың өту тереңдігін су эквиваленті метрімен бағалауға болады. Басқаша айтқанда мюондардың жұтылуы зертелетін таужыныс қабатындағыдай су қабаты метрімен өлшенеді.

Үңгілердегі мюондар ағынын өлшеуге геоғарыштық телескоптар қолданады. Геоғарыштық әдісте алынатын негізгі параметр үңгілер үстіндегі таужыныстардың орташа тығыздығы. Үңгілер бойымен орташа тығыздықтың өзгеруі литологияның, кеуектіліктің, жарықшалықтың, карсталудың, суланудың, үңгі үстінде пайдалы қазба болуын көрсетеді. Мюондық тәсіл тығыздық қимасын зерттеудің томографиялық технологиясын қолданатын бірден-бір ядролық геофизика әдісі.

Таужыныстардың абсолютті жасын анықтау үшін ядролық және изотоптық геохронологияны қолданады. Оның негізін барлық геологиялық замандарда радиоактивті ыдырау жылдамдығы тұрақты болған деген тұжырым құрайды. Таужыныстардағы радиоактивті қатардағы алдыңғы және келесі элементтердің жартылай ыдырау периоды біле және мөлшерін (N_M және N_Д) анықтай отырып, оның жасын табуға болады:

tабс = 1,44 Т1/2М ln [1 + NД/NM]

(22.5)

Әдебиет.

12 нег. [184-198], 1 нег. [525-564], 2 нег. [282-335], 6 нег. [7-277],

14 қос. [3-280].

Бақылау сұрақтары.

1. Аэрогамма-түсірулер әдістемесі.

2. Жаяу гамма-түсірулер әдістемесі.

3.Эманациялық түсірулер.

3. Таужыныстардың абсолюттік жасын анықтау формуласы.

4. Автогамма-түсірулер ерекшеліктері.

15 дәріс. Қорытынды. Геофизикалық әдістердің геологиялық, минералдық шикізаттарды өндіру кезеңдеріндегі міндеттерді шешудегі атқаратын ролі, алатын орны, маңызы. Барлау геофизикасының бүгіні мен өркендеу перспективалары.

Барлау геофизикасының әдістері бір-бірімен және басқа да зерттеулермен (геологиялық, геохимиялық, гидрогеологиялық, бұрғылау) кешенді қолданылғанда ғана геологиялық міндеттерді (пайдалы қазба кенорындарын іздеу мен барлау, инженерлік жұмыстар) шешуге мүмкіндік береді.

Геофизикалық әдістерді өзара кешендеу (комплекстеу) мысалы: тығыздықтары жағынан бірдей геологиялық құрылымдар шекарасы жер бетіндегі гравитациялық барлау өлшеулерінде анықталмайды. Онымен қатар жүргізілген басқа геофизикалық әдіс бойынша, мысалы магниттік барлау нәтижелері бойынша, шекараны анықтау мүмкіндігі туады. Сол сияқты әр геофизикалық әдістің физикалық негізіне қарай қолданылу шегі немесе мүмкіндігі болады. Көрсетілген мәселе зерттеу ауданының, ортаның (қиманың) геологиялық, геофизикалық ерекшеліктеріне байланысты. Геофизик мамандардың негізгі міндеті далалық өлшеу жұмыстарын жобалау кезеңінде әдістердің түрлерін сауатты негіздеп, олардың кешенін (жиынтығын) тиімді белгілеу.

Геофизикалық мәліметтерді түсіндіру (геологиялық құрылымдардың шекараларын, денелердің кеңістіктегі орнын, көлемін анықтау) нәтижелерінің нақты болуы зерттеу объектісінің физикалық қасиеті мәнінің неғұрлым дәл болуына байланысты. Аталған мәндерді ұңғымалардан бұрғылау барысында алынған таужыныстар үлгілерінің физикалық қасиеттерін өлшеу арқылы алуға болады. Өлшеу жұмыстары ұңғымалар басында немесе зертханалық жағдайда өткізіледі. Бұл Геологиялық міндеттерді шешу жолында

Геофизикалық зерттеулердің басқа әдістерден ерекшелігі – олардың қашықтықтан және аралық ортадан терең қабаттардан мәліметтер бере алу мүмкіндігі. Геофизикалық әдістер пайдалы қазбаларды барлау мен іздеу кезеңімен қатар, олардың қорын анықтау, өндіру жұмыстарында да кеңінен қолданылады.

Физикалық өрістерді өлшеуге, зерттеуге негізделгендіктен барлау геофизикасының өркендеуі физиканың осы бағыттағы іргелі зерттеулер нәтижелеріне байланысты. Олар аспаптардың өлшеу дәлдіктерін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар аспаптардың техникалық, конструкциялық мүмкіндіктерін жетілдіру мүмкіншіліктері бар. Негізінен Қазақстанда жұмыс істейтін батыс елдері компанияларының техникасы мен технологиялары көмегімен мәліметтерді тіркеу, сақтау, жинау, бейнелеу, өңдеу, түсіндіру (интерпретациялау) процестері сандық негізге қойылды. Өрістердің кеңістікте тарау себептерін түсіндіру мәселесі математикалық алгоритмдерді жетілдіруді қажет етеді.

Әдебиет.

1 нег., 8 нег.,

12 қос.

Бақылау сұрақтары.

1. Барлау геофизикасы мен өндіріс геофизикасының ерекшеліктері.

2.Барлау геофизикасындағы қазіргі жұмыс әдістемелері.

3.Барлау геофизикасының өркендеу бағыттары.