14.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЕВЫХ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПОИСКОВ РАДИОАКТИВНЫХ РУД

При поисках радиоактивных руд используют большой комплекс геофизических, геологических и геохимических методов. Во всех случаях ведущее место в поисковых работах занимают радиометрические полевые методы. Независимо от применяемых методов поиски радиоактивного сырья, так же как поиски других элементов, подчиняются общей схеме: а) определение местного фона; б) выявление аномалий; в) выбор рудоносных аномалий. По А.П. Соловову (1985), нижнее аномальное значение концентрации элемента С_а или гамма-активности I_а определяют по формулам

где I, Ĩ - соответственно среднее арифметическое и среднее геометрическое значения активности; С, С̃ - среднее арифметическое и среднее геометрическое значения концентрации; S - среднеквадратическое (стандартное) отклонение; ε - стандартный множитель.

Характеристикой аномалии является ее контрастность - превышение над фоном. Показатель контрастности γ, по А.П. Соловову, - отношение между амплитудой превышения аномалии над фоном и показателем степени устойчивости:

306

γ = 

Cмакс - Cфон

S

 (нормальное распределение)

или

γ = 

1

lg ε

 · lg (

Cмакс

Cфон

) (логнормальное распределение),

Аэрогаммапоиски. Аэрорадиометрические поиски - основные первичные методы в общем комплексе поисковых работ. Они позволяют сравнительно быстро выявить участки, перспективные для постановки наземных поисков.

Наиболее эффективно применение аэрогаммаметода на территориях, характеризующихся сглаженными формами рельефа, сухим климатом, широкими ореолами рассеяния урана. В районах гумидного климата с обильными осадками, плохой обнаженностью, густым лесным покровом, а также в горных районах с сильно расчлененным рельефом аэрогаммапоиски менее эффективны. Сильная увлажненность слоя рыхлых отложений приводит к значительному выщелачиванию урана, что вызывает уменьшение γ-активности на поверхности ореолов рассеяния. Растительность также снижает интенсивность γ-поля вокруг аномальных зон. В горных районах всегда существует опасность полетов. Кроме того, в этих условиях очень трудно соблюдать постоянство высоты полетов, а это приводит к сильным искажениям формы записи и затрудняет выявление рудных аномалий.

При поисках урановых руд чаще всего приходится иметь дело с небольшими по площади (100 - 300 м в диаметре на высоте полета) и неправильными по форме аномалиями. Возможность нахождения рудных аномалий затрудняется также неравномерной радиоактивностью самих аномалий и вмещающих пород. Все это приводит к необходимости проводить полеты на минимальной высоте, чтобы суметь выделить аномальную активность на фоне γ-активности вмещающих пород.

Перед началом площадных аэрогаммапоисков совершают рекогносцировочные аэрорадиометрические маршруты для знакомства с уровнем радиоактивности пород района и геоморфологическими условиями. Непосредственно поисковые работы проводят параллельными маршрутами вкрест простирания основных геологических структур. Длина маршрута 25 - 30 км. В горных районах поиски проводят с помощью вертолетов, а маршруты ориентируют параллельно горным хребтам. Расстояние между маршрутами определяется масштабом съемки так, чтобы расстояние между ними по карте составляло 1 см. Обычно работы ведут в масштабе 1 : 100 000, 1 : 50 000 или 1 : 25 000. Детализацию выполняют в более крупном масштабе, чем основные работы (до 1 : 10 000).

Во всех случаях интерпретации γ-аномалий необходимо учитывать совокупность геологических, геоморфологических, физико-географических, радиометрических и геофизических данных.

307

В том случае, если аэрогамма-аномалия признана перспективной, обязательно проводится ее наземная проверка.

Автогаммапоиски. Автомобильные радиометрические работы предназначены для решения тех же задач, что и пешеходные. С их помощью осуществляют проверку аэрогамма-аномалий, а также при благоприятных условиях производят первичную оценку перспективности территории. Преимущество автогаммасъемки перед пешеходной, как уже упоминалось, заключается в большей производительности, чувствительности аппаратуры, основной недостаток - зависимость от условий проходимости автотранспорта. Существует маршрутная и площадная автогаммасъемка. Маршрутные работы используют главным образом в слабопроходимых районах для рекогносцировки. Площадную (в масштабах от 1 : 25 000 до 1 : 1000) съемку применяют в хорошо доступных для автотранспорта районах. Их выполняют параллельными маршрутами длиной 1 - 4 км. Расстояние между маршрутами, так же как для аэрометода, определяется масштабом работ (для 1 : 25 000 - 250 м, для 1 : 10000 - 100 м и т.д.). Скорость движения должна быть постоянной и для масштаба работ 1 : 25 000 не должна превышать 25 - 30 км/ч, для 1 : 5000 - 8 - 10 км/ч, для 1 : 2000 и детализации аномалий - 3 - 4 км/ч.

Проверка автогамма-аномалий проводится пешеходным γ-методом параллельно с геолого-геоморфологической съемкой. В том случае, если перспективность аномалии подтверждается, ее изучают более детально с помощью детальной пешеходной γ-спектрометрической съемки, литохимического (уранометрического) метода, легких горных работ (шурфы, канавы).

Пешеходные гамма-поиски - простой и самый распространенный метод (рис. 14.1). Он используется на всех этапах поисков урана, начиная от рекогносцировки и кончая предварительной оценкой месторождений, и может быть применен в районах, недоступных для других радиометрических методов.

Для проведения пешеходных γ-поисков наиболее благоприятны хорошо и удовлетворительно обнаженные районы аридной климатической зоны. Рыхлый элювиальный или элювиально-делювиальный покров может вмещать открытые механические и солевые ореолы рассеяния и в связи с этим также благоприятен для радиометрических измерений.

Территории, закрытые аллохтонными рыхлыми отложениями, мало перспективны для проведения γ-поисков на поверхности. В районах гумидного климата верхний слой элювиально-делювиальной толщи обеднен радиоактивными элементами в результате выщелачивания и вследствие этого γ-поиски по поверхности также в большинстве случаев оказываются малоэффективными. В таких районах более благоприятные результаты дают шпуровые γ-поиски. Измерение γ-активности ведут у забоя шпура на глубине до 1 м. Во многих случаях эта глубина оказывается достаточной для

308

Рис. 14.1. Результаты пешеходной гамма-съемки и уранометрической съемки на участке развития ореола рассеяния урана в элювиально-делювиальных отложениях (по Ветрову): 1 - кварцевые порфиры; 2 - урановое рудное тело; 3 - ореол рассеяния; 4 - содержание урана в металлометрических пробах; 5 - γ-активность

выявления ореолов рассеяния ниже обедненного слоя. Аллювиальные, пролювиальные и болотные отложения гумидной климатической зоны могут быть благоприятны для образования в них рассеянных концентраций урана и должны изучаться при поисках.

Выявленная в процессе пешеходных γ-поисков аномалия исследуется в дальнейшем с помощью пешеходной γ-спектрометрии, шпуровой съемки, радоновой съемки. В том случае, если перспективность аномалии подтверждается, на ее площади проводят легкие горные работы, которые также должны сопровождаться измерением γ-активности пород, вскрытых выработками.

Глубинные гамма-поиски. Рассмотренные выше поверхностные γ-методы имеют сравнительно малую глубинность. Поиски месторождений урана этими методами в районах, закрытых наносами аллохтонного типа, не связанными генетически с подстилающими породами, малоэффективны. Для увеличения эффективности поисков урана на закрытых территориях применяются глубинные методы. Простейшим вариантом такого метода является шпуровая γ-съемка, о которой говорилось в предыдущем разделе. Она применяется при детализации поверхностных γ-аномалий и проводится по определенной сети.

Расстояние между точками лимитируется размером и характером аномалии.

309

Для повышения глубинности метода применяют специальные самоходные буровые установки. С помощью вибро- или гидрозадавливателя они позволяют быстро получать шпуры глубиной более 20 м. Глубинные поиски проводят на перспективных площадях в пределах урановых провинций. Основной объект исследования - погребенные ореолы рассеяния. Работы такого типа могут проводиться в районах с удовлетворительной проходимостью для автотранспорта (самоходных установок). Бурение выполняют по определенной сети. Расстояние между профилями при глубинных поисках крупных месторождений выбирают равным 500 - 700 м, мелких и средних месторождений - не более 200 - 300 м, а отдельных рудных тел - 100 м и менее. Расстояние между скважинами по профилю не должно превышать 50 м. Измерение в неглубоких шпурах выполняют каротажным вариантом пешеходного радиометра, в более глубоких - специальными приборами с автоматической регистрацией и детектором, смонтированным в буровой штанге (Мезенцев, 1979).

Перед проведением бурения определяют глубину представительного горизонта - горизонта максимального площадного и достаточно надежного развития вторичного ореола рассеяния, до которого и производится бурение.

Поисковый гамма-каротаж. На всех этапах поисков и разведки месторождений урана, сопровождаемых бурением, скважины исследуются методом γ-каротажа. Поисковый γ-каротаж заключаются в измерении γ-активности пород по разрезу скважины в целях выявления аномалий и оценки нормальных значений γ-поля. Гамма-каротаж при благоприятных условиях позволяет судить о мощности рудного тела и содержании в нем урана. Данные γ-каротажа используют при подсчете запасов.

Истинную мощность рудного тела h_ист определяют по формуле

h_ист = h_вид sin α,

где h_вид - видимая мощность, определенная по диаграмме; α - угол между скважиной и рудным телом.

Содержание урана рассчитывают по уравнению

q = 

S

100 K0h

,

где q - содержание урана, %; S - площадь γ-аномалии на диаграмме, мкР/ч · см), K₀ - пересчетный коэффициент, мкР/ч на 0,01% равновесного урана; h - мощность рудного тела, см.

Пересчетный коэффициент определяется экспериментально для каждого типа детектора, регистрирующей аппаратуры и условий измерения. При количественной интерпретации данных γ-каротажа вводят ряд поправок (на поглощение γ-излучения в буровом растворе и обсадных трубах, влажность, нарушение радиоактивного равновесия в рудах, присутствие Th).

310

Рис. 14.2. Пример радоновой аномалии в урансодержащих сланцах (по Новикову, Капкову, 1965): 1 - гранитогнейсы; 2 - графитоуглисто-кремнистые сланцы; 3 - слюдистые сланцы; 4 - концентрация радона (²²²Rn); 5 - концентрация торона (²²⁰Rn)

Радоновый метод поисков (эманационная съемка). Этот метод предназначен для поисков урановых рудных тел по газовым ореолам рассеяния, содержащим ²²²Rn - продукт распада ²³⁸U (рис. 14.2).

Радоновый метод используют при сравнительно детальных поисках и детализации аномалий, обнаруженных γ-методами. Он является более глубинным, чем поверхностные γ-методы, и позволяет обнаруживать урановое оруденение при мощности наносов, не содержащих механических и солевых ореолов, от 1 до 5 м, в некоторых случаях до 10 м. Если в рыхлых отложениях имеются четко выраженные солевые уран-радиевые ореолы рассеяния, глубинность радонового метода увеличивается в соответствии с размерами ореола. Основную роль в формировании газового ореола играет газопроницаемость перекрывающих оруденение наносов. Если мощность экранирующих радон отложений (глины, сильно увлажненные болотные образования и т.д.) превышает 1,5 - 2 м, постановка обычной радоновой съемки неэффективна. Для ее проведения благоприятны сухие, незаболоченные участки с мощностью достаточно пористых наносов в пределах 1 - 5 м. Выходы коренных пород, каменные осыпи, болота непригодны для постановки этого метода.

311

Методика съемки заключается в отборе почвенного воздуха из шпуров глубиной 0,8 - 1,0 м и измерении в них содержания радона. Шпуры пробиваются, по определенной сетке в зависимости от масштаба работ. При поисковой съемке расстояние между профилями равно 250 м (масштаб 1 : 25 000) или 100 м (масштаб 1 : 10000).

Расстояние между точками по профилю составляет 5 - 10 м. Детальная радоновая съемка проводится по сетке 50 × 5 м (для масштаба 1 : 5000) и 20 × 2 м (для масштаба 1 : 2000). В процессе радоновой съемки активность измеряется сразу же после введения почвенного воздуха в эманационную камеру.

На аномальных участках проводят два-три измерения в каждой точке: непосредственно после введения радона, через 2 мин и через 3 мин, когда весь торон (²²⁰Rn) распадется.

Расчет радона и торона (Тn) можно проводить по формулам

A_Rn = 1,5 (I₁ - 0,5 I₀) j,          А_Rn = (I₂ - 0,2 I₀) j,

A_Rn = 0,8 (I₃ - 0,1 I₀) j,          А_Тh = I₀ j - А_Rn,

где А_Rn, А_Th - активность радона и торона в почвенном воздухе; j - коэффициент эталонирования прибора; I₀, I₁, I₂, I₃ - показания прибора при мгновенных, одно-, двух- и трехминутных отсчетах. Точность определения радона по этим формулам составляет 15 - 20%, торона - 30 - 40%, что вполне удовлетворительно для поисковой практики.

Отношение активностей радона и торона ε = A_Rn/ A_Tn, рассчитанное таким способом, служит критерием отбраковки аномалий. При ε > 1,5 аномалия считается существенно радоновой, при ε ≈ 1 - смешанной, при ε < 0,5 - существенно тороновой.

Радиогидрохимический метод поисков. Радиогидрохимический метод поисков предназначен для выявления водных ореолов рассеяния, образующихся вокруг урановых рудных тел и их литохимических ореолов. Он заключается в опробовании подземных и поверхностных вод на содержание урана, его продуктов распада и элементов-спутников. Среди продуктов распада урана (²³⁸U) для гидрохимических поисков интерес представляет главным образом радон, а в некоторых случаях - ²²⁶Ra и ²³⁴U. Набор элементов-спутников зависит от типа месторождений. Наиболее обычные спутники урана - молибден, свинец, мышьяк, ванадий, фосфор, селен.

312