книги из ГПНТБ / Баранов, В. И. Радиогеология учебник

Отжиг треков в ходе геологической истории минерала хотя и ограничивает возрастной предел, но зато дает возможность восста­ новить термическую историю минерала. Хорошее сочетание дают метод треков и аргоновый метод. Например, определение возраста слюд из пегматитов Северной Карелии по трекам спонтанного де­ ления показало цифру около 700 млн. лет, а по калий-аргоновому

произошел прогрев пород, уничтоживший ранее возникшие треки. Температура прогрева была не выше 900°К, иначе бы не сохранил­ ся аргон, и не ниже 400°К, иначе сохранились бы треки.

Треки спонтанного деления используются также для определе­ ния формы нахождения и концентрации урана в минералах, на­ правления его миграции. Определение концентрации осуществляют по трекам индуцированного деления методом, описанным выше. Распределение урана по минералам можно получить как по трекам

цию урана, происшедшую в сравнительно недавнее время, и позво­ ляет наметить характер и направление миграционных процессов.

Форма поперечных сечений треков обусловлена структурными особенностями минерала и позволяет идентифицировать структур­ ные разновидности в пределах отдельных мелких кристаллов.

одной из основных причин термолгоминесценции является излуче­ ние рассеянных радиоактивных элементов. Ионизирующее излуче­ ние освобождает электроны из ионов, образующих кристалличе­ скую решетку минералов. Эти электроны затем улавливаются дефектами решетки и остаются там до тех пор, пока сообщенная им извне тепловая энергия не освободит их и не вернет в исходное состояние. Этот переход сопровождается излучением света в види­ мой, а иногда в ультрафиолетовой области спектра. Повторное прогревание уже не вызывает люминесценции.

Наиболее вероятной причиной возбуждения люминесценции являются а-частицы и ядра отдачи, образующиеся при распаде радиоактивных ядер. Помимо ионизации эти частицы могут вызы­ вать перемещение атомов в кристаллической решетке. Хотя на раз­

181

электронов и уменьшению термолюминесценции. Метамиктные минералы обычно неспособны к термолюминесцеиции.

Многими исследователями было отмечено, что в однотипных породах интенсивность термолюминесценции увеличивается с воз­ растом пород и зависит от их радиоактивности. Таким образом, явление термолюминесценции оказалось возможным использовать для исследования термической истории пород, времени, прошедше­ го с момента последнего ее прогревания.

Термолюминесценция наблюдается у кварца, нефелина, споду­ мена, каменной соли, карбонатов кальция и магния и ряда других

Прибор для измерения термолюминесценции состоит из элект­ рической печи для нагревания образца, фотоумножителя, измеряю­ щего интенсивность свечения, усилителя. Регистрация осуществ­ ляется двуточечным самописцем, который записывает одновремен­

знать характер зависимости интенсивности его термолюминесцен­ ции от дозы облучения. Для этого образец последовательно под­ вергают действию различных доз а- или у-излучения. После каж­ дого облучения измеряют интенсивность термолюминесцеиции и в результате получают калибровочную кривую. По калибровочной кривой определяют дозу радиации, которую получил образец за время своего существования. Разделив величину дозы на а-актив­ ность образца, можно найти его возраст. Полученная цифра будет соответствовать времени последнего термального метаморфизма пород. Нагревание их в этот период должно было привести к потере электронов из ловушек, которые начали вновь заполняться после охлаждения пород.

Цифры возраста, полученные методом термолюминесцеиции, не всегда можно считать достоверными, так как интенсивность све­ чения для ряда минералов помимо радиоактивного облучения зависит от давления, которому они подвергались за время своего существования, перекристаллизации и некоторых других причин. Роль всех этих факторов в возникновении термолюминесцеиции минералов еще не достаточно изучена и не всегда может быть учте­ на. Тем не менее метод используют для определения относитель­ ного возраста и корреляции отдельных толщ.

В качестве .примера можно привести работу по корреляции антропогеновых отложений с помощью термолюминесцентного излучения раковин пресноводных моллюсков. Отношение интенсив­ ности термолюминесценции к содержанию урана оказалось пропор­ ционально возрасту слоя, а в пределах одного слоя практически не менялось (Василенко, Ренгартен, 1970).

Интересное применение может найти метод термолюминесцен­ ции при изучении термической истории пород. Например, метод был успешно использован для исследования контактов магматиче-

182

ских пород (гранитов и нефелиновых сиенитов) Вптимского плоско­ горья. При термальном воздействии происходит полный или час­ тичный отжиг породы и термолюминесценция уменьшается. Изу­ чая распределение параметров термолюминесценции, авторы уста­ новили, что движение теплового фронта шло от гранитов к сиени­ там, и высказали предположение, хорошо согласующееся с геоло­ гическими наблюдениями, что нефелиновые сиениты образовались при сненитизации терригенных толщ под влиянием гранитной интрузии (Василенко и др., 1970).

§ 3. ПЛЕОХРОИЧЕСКИЕ ОРЕОЛЫ

Плеохроическими ореолами называются сферические, в срезе кольцеобразные, темные окрашенные зоны в минералах, которые образуются вокруг микровключений радиоактивных минералов. В поляризованном свете они плеохроируют, откуда и произошло их название. Плеохроические ореолы (дворики, гало) часто наблю­ даются в биотите, флюорите, амфиболе, альбите, турмалине, хло­ рите, кордиерите и ряде других минералов. Ореолы образуются вокруг микровключений радиоактивных минералов: уранинита, настурана, торианита, торита, а также монацита, ортита, циртолита и т. д. Причиной возникновения ореолов являются радиацион­ ные изменения в минералах под действием а-частиц радиоактивных изотопов, входящих в состав микровключений. В ореолах вокруг включений сильно радиоактивных минералов (например, уранини­ та) иногда наблюдается трещиноватость, изотропизация вещества. Причина окраски плеохроических ореолов полностью не выяснена. Считают, что она связана с ионизацией и возбуждением молекул и возникновением центров окрашивания. Вопрос о характере хими­

Нетолла). Поэтому максимальные ореолы дают самые коротко-

а-частицам с определенной длиной пробега. Внешние кольца соот­

зывать на присутствие тория. Величины пробегов а-частиц в мине­ ралах приведены в табл. 28. В некоторых образцах биотитов были

183

обнаружены ореолы радиусом 8,6 и 5,2 мк, которые не могли принадлежать продуктам распада урана и тория. Их приписывают а-излучеиню N 6 Sm и I 5 6 Gd. Более темную внешнюю часть кольца объясняют максимальной ионизацией, проявляющейся в конце пробега а-частицы.

Интенсивность потемнения ореола определяется главным обра­ зом двумя факторами: а-актпвностыо микровключения и длитель­ ностью облучения. Например, расчеты показали, что отчетливое кольцо может возникнуть от включения с содержанием радия 10~7 г за 300 млн. лет. Такое количество радия действительно при­ сутствует в микроскопических включениях цирконов, монацита, апатита, не говоря уже о собственно урановых минералах.

-Густота окраски ореола увеличивается с течением времени до определенного предела (уровня насыщения), после чего может сохраниться постоянной. Дальнейшее облучение может привести к инверсии окраски, осветлению.

Плеохроические ореолы широко распространены в породообра­ зующих минералах докембрийских гранитов и гнейсов. Их распро­ страненность в изверженных породах следует той же закономер­ ности, что и распространенность урана и тория. В эффузивных по­ родах ореолы встречаются значительно реже, чем в интрузивных. Плеохроические ореолы были впервые использованы в радиогеоло­ гии для определения возраста пород (Джоли, 1907), так как интен­ сивность окраски ореола зависит от времени облучения. Интенсив­ ность окраски можно измерить в шлифе с помощью микрофото­ метра, активность микровключения — методами радиографии. За­ висимость потемнения минерала от удельной активности устанав­ ливают экспериментально облучением минерала различным коли­ чеством а-частиц. Сравнивая интенсивность окраски образца и эталонного минерала, находят Дозу излучения, которую получил минерал за время существования ореола. Зная удельную актив­ ность микровключения, легко получить время облучения. Метод

184

ие дает точных значений абсолютного возраста, так как содержит много условных допущений. В частности, облучение эталонных минералов не может соответствовать природным условиям облуче­ ния, может отличаться по составу минералов и т. д.

Плеохроические ореолы подвержены отжигу, т. е. легко исче­ зают при нагревании. Таким образом, наблюдаемые в породе плео­

термально-метасоматического типа. Дело в том, что радиоактивное облучение минерала приводит к разрыхлению и изотропизации вещества. Поэтому зоны ореолов оказываются более благоприят­ ными для циркуляции поровых растворов. Так, изучение плеохрои­ ческих ореолов в докембрийских урановых рудах гидротермальнометасоматического типа показало, что ореолы полиостью замеще­ ны вторичными минералами (хлорит, стильпномелан, гидрослюды,, гидроокислы железа). Пределы Диффузии при этих преобразова: ниях оказались ничтожны, что привело к сохранению четких внеш­ ний границ ореолов, а часто — к унаследованию зонального строе­ ния ореола. Автор считает, что изменения, протекавшие в пределах ореолов, являются отражением изменений, происходивших в рудах.

§ 4. МЕТАМИКТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛОВ

Метамиктное состояние свойственно многим минералам. Чаще всего оно проявляется у сложных окислов, содержащих тантал, ниобий, титан, редкие земли (браннерит, эвксенит, фергусонит, поликраз, пирохлор, самарокит и т. д.). Метамиктнымн могут бытьтакже цирконы, ториты, ортиты, торогуммиты и некоторые другие минералы.

нит, уранинит и др.). Считают, что решающим фактором, приво­ дящим к метамнктному распаду, является радиоактивное излучение

В зависимости от состава минерала при застывании может обра­

185

Г Л А В А I X

ПОИСКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА

Для поисков урана используют большой комплекс разнообраз­ ных геологических, геофизических и геохимических методов. Выбор методов в каждом конкретном случае определяется поставленной

.задачей, геологической обстановкой и природными условиями.

Во всех случаях ведущее место при поисках руды занимают полевые радиометрические методы, прежде всего воздушная и на­ земная у-съемки.

Аэрогаммасъемка используется для предварительной оценки перспективности крупных территорий, для поисков открытых орео­ лов рассеяния на больших площадях.

Автогаммасъемка применяется в степных, лесостепных и полу­ пустынных районах, доступных для автотранспорта. В таежных, лесных и горных районах возможны лишь рекогносцировочные автогаммамаршруты по имеющимся дорогам.

Пешеходная гамма-съемка является наиболее распространен­ ным наземным у-методом и используется при работах любой сте­ пени детальности. При глубинных поисках последнее время широ­ кое распространение получило измерение -у-активности ' в скважи­ нах, которое превратилось из вспомогательного в основной поиско­ вый метод.

Аналогичный комплекс радиометрических работ может приме­ няться также и для поисков месторождений тория.

Геохимические методы поисков урана являются специфиче­ скими, их используют для выявления ореолов рассеяния урана.

Литохимические поиски включают в себя опробования по потокам и ореолам рассеяния и измерение в пробах.концентрации урана и его элементов-спутников (Mo, Pb, Си, As и т. д.).

ных ореолов рассеяния урана и обладают сравнительно большой глубинностью. Помимо урана при гидрохимических поисках изу­ чают ореолы некоторых продуктов распада урана (радия, радона) и его элементов-спутников.

Эманационная съемка используется для оконтуривания газо­ вых ореолов рассеяния, создаваемых продуктом распада урана — радоном.

Биогеохимические поиски урана имеют применение при поисках сравнительно неглубоко погребенных ореолов рассеяния. Они основаны на определении урана в растениях и имеют в нашей стране ограниченное применение.

187

Все радиометрические и геохимические методы поисков сопровождаются геологическими работами, а также геофизически­

наиболее часто встречающиеся значения концентраций элементов или радиоактивности, обусловленные кларковым содержанием эле­

типа аномалий: явные и слабые. К явным аномалиям, единствен­ ным критерием которых служит опыт геологических работ, отно­ сятся аномалии, величины которых, безусловно, не свойственны нерудным объектам. Например, •у-актпвность пород в 1000 мкр/час или концентрация урана в 0,л — п%.

Критерием для выделения слабых аномалий служит местный фон. Местным фоном принято считать среднее значение активнос­

188

п о к а з а т е л ь к о н т р а с т н о с т и (у)—отношение между амплитудой превышения аномалии над фоном и показателем сте­ пени его устойчивости:

§ 1. АЭРОГАММАПОИСКИ

Аэрорадиометрические поиски являются основными первич­ ными методами в общем комплексе поисковых работ на уран. Они позволяют сравнительно быстро выявить участки, перспективные для постановки наземных поисков.

Наиболее эффективно применение аэрогаммаметода на терри­ ториях, характеризующихся сглаженными формами рельефа, сухим климатом, широкими ореолами рассеяния урана. В районах гумидного климата с обильными осадками, плохой обнаженностью, гус­ тым лесным покровом, а также в горных районах с сильно расчле­ ненным рельефом аэрогаммапоиски менее эффективны. Сильная увлажненность слоя рыхлых отложений приводит к значительному выщелачиванию урана, что вызывает уменьшение у-активности по поверхности ореолов рассеяния. Растительность, как уже ранее упоминалось, также снижает интенсивность у-поля вокруг аномаль­ ных зон. В горных районах, помимо опасности полетов, очень трудно соблюдать постоянство высоты полетов, а это приводит к сильным искажениям формы записи и затрудняет выявление руд­ ных аномалий.

лета) и неправильными по форме аномалиями. Возможность на­ хождения рудных аномалий затрудняется также неравномерной радиоактивностью как самих аномалий, так и вмещающих пород. Все это приводит к необходимости проводить полеты на минималь­ ной высоте, чтобы суметь выделить аномальную активность на фоне у-активности вмещающих пород.

Перед началом площадных аэрогаммапоисков совершают ре­ когносцировочные аэрорадиометрические маршруты для знакомст­ ва с уровнем радиоактивности пород района и геоморфологически­ ми условиями. Непосредственно поисковые работы проводят парал­ лельными маршрутами вкрест простирания основных геологических структур. Длина маршрутов 25—30 км, минимальная высота полетов для равнин — 25 м, для холмистых территорий — 50 м, для гористой местности — более 75 м. В горных районах поиски про-

189

бортоператор не только следит за работой приборов и отмечает на ленте ориентиры, но также отмечает геологические и геоморфологи­ ческие особенности" местности и сверяет их с имеющимися картами. В случае обнаружения аномалии ее сразу же детализируют серией параллельных маршрутов и уточняют ее контуры. Центр аномалии наносят на топографическую карту, а над самой активной точкой сбрасывают вымпел, чтобы облегчить обнаружение аномалии при наземной проверке.

Регистрацию интенсивности •у-поля в процессе поисков обычно проводят по суммарной у-активности. Определение природы у-ак­ тивности -у-спектральным методом выполняют над аномалиями.

Интерпретация полученных данных - заключается в изучении всей совокупности радиометрических, геофизических, геологических и геоморфологических сведений по аномальным участкам. Очень важное значение имеют сведения по рудоносное™ всей исследуе­ мой территории и характеру ранее выявленных рудопроявлений. Аэромагнитные данные, получаемые, как правило, одновременно с аэрорадиометрическими, помогают в уточнении и выделении но­ вых рудоконтролирующпх структур, малых интрузий, жильных образований и т. д.

Примерами благоприятной геологической обстановки может служить приуроченность аномалии к зонам разломов.и смятия, опе­ ряющим нарушениям, мелким интрузиям, дайкам, кислым эффузнвам, фациям осадочных пород, обогащенных битумами и т. д.

Оценка перспективности аномалии по радиометрическим дан­ ным достаточно сложна. При интерпретации аэрогаммааномалий обращают внимание на.их локальность. Локальность аномалии — один из признаков ее перспективности, так как протяженность аномальных у-полей над рудными зонами, как правило, не превы­ шает 150—250 м. Однако локальность не является достаточным признаком перспективности аномалии. Другими необходимыми признаками перспективности служат превышение приведенной к уровню земной поверхности у-активности над у-актнвностыо вме­ щающих пород и превышение концентрации урана, определенного аэрогаммаспектрометрическим методом, в 2—3 раза по сравнению с окружающими аномалию породами.

Во всех случаях интерпретации у-аномалий необходимо учиты­ вать в совокупности геологические, геоморфологические, физикогеографические, радиометрические и геофизические данные.

В том случае, если аэрогаммааномалия признана перспектив­ ной, обязательно проводится ее наземная проверка.

190