РАДИОНУКЛИДЫ 210Pb и 210Po КАК ВОЗМОЖНЫЕ ИНДИКАТОРЫ УРАНОВЫХ ОРУДЕНЕНИЙ

Урановые руды - природные минеральные образования, содержащие уран и его соединения в концентрациях, при которых их промышленное использование технически возможно и экономически целесообразно. Урановую руду можно представить состоящей из двух групп элементов: группы урана 238U (от урана до радия) и группы радия 226Ra (от радия до конечного продукта распада радия – стабильного свинца 206Pb).

Содержание урана в горных породах может быть определено по содержанию долгоживущих продуктов распада радона свинцу (210Pb) и полонию (210Po).

Выбор и перспективность использования 210Pb и 210Po в качестве индикаторов урановых руд определяется тем, что эти радионуклиды, во-первых, являются продуктами распада 238U (Рисунок 1); во-вторых, завершают процесс радиоактивного распада в ряду 238U и, как ядра многократной отдачи, наименее связаны с минеральными матрицами, то есть более подвижны; в-третьих, имеют относительно небольшие периоды полураспада (22,3 года и 138,4 суток соответственно),  что не позволяет им  мигрировать на большие расстояния от рудных тел  и «привязывает» их аномалии к источнику; в-четвертых, являются продуктами распада 222Rn, проникающего от залежей урана в приповерхностные почвенные горизонты, где и концентрируются [4].

Однако измерение только содержаний 210Po и 210Pb не дает качественно новой информации по сравнению с экспозиционными эманационными методами, поэтому перспективным является использование изотопно- почвенного метода (ИПМ), разработанного во Всероссийском институте минерального сырья (ВИМС) в 1980 – 1986 гг. [3].

В ИПМ использован принципиально иной подход, основанный на особенностях миграции 210Po и 210Pb как самостоятельных элементов, со свойственными каждому из них радиационными и геохимическими характеристиками. Эти различия в условиях многофазности геологической среды определяют высокую вероятность закономерных изменений радиоактивного равновесия между 210Po и 210Pb в ряду: рудное тело - подземные воды - вмещающие горные породы - почвенный горизонт [2].

Принципиальное значение для эффективного применения ИПМ имеет выбор представительного для опробования горизонта. Обычно почвенный профиль представлен тремя генетическими горизонтами: гумусовым («А»), иллювиальным («В») и почвообразующим («С»).

Представительным для опробования является иллювиальный горизонт «В», поэтому глубина отбора проб составляет от 0,3 - 0,4 м и более.

В геологической среде источниками 210Pb и 210Po являются геохимически специализированные на уран горные породы (граниты, кислые эффузивы и др.) и формирующиеся на них почвы, локальные радоновые потоки в зонах разломов, техногенное радиоактивное загрязнение, а главным образом урановые руды.

Формирование аномальных ореолов 210Pb и 210Po в иллювиальном горизонте почв может происходить за счет четырех основных механизмов:

1.     Накопление 210Pb и 210Po при радиоактивном распаде 222Rn (T1/2 = 3,82

суток), постоянно поступающего из глубины к поверхности по ослабленным зонам перекрывающих толщ. Стационарный восходящий газовый поток многие годы поддерживает процесс образования и накопления 210Pb и 210Po в минеральных фазах с высокой сорбционной ёмкостью, в том числе и в иллювиальном горизонте «В» почвы. В этом случае образуются повышенные концентрации 210Pb и 210Po (аномальные значения МП), но при фоновых значениях ИП, т.е. 210Po/210Pb ~ 1. Таким образом, формируются аномалии мультипликативного параметра (МП), обусловленные особенностями тектонического строения района, проницаемостью перекрывающих толщ. Аномалии могут быть как рудные, так и безрудные, являясь по существу экспозиционным аналогом эманационного метода, но с гораздо более высокой степенью осреднения потоков радона во времени (5 - 10 лет).

2.     Самостоятельная миграция 210Po и 210Pb от мощного глубоко залегающего источника при наличии таких благоприятных факторов, как напорные подземные воды, гидравлическая взаимосвязь водоносных горизонтов, высокие коэффициенты фильтрации и капиллярно-диффузионного переноса. При этом из урановых руд происходит преимущественное выщелачивание подземными водами 210Po по отношению к 210Pb, в силу радиационно-физических и геохимических особенностей радионуклидов, с формированием ореолов каканомальных концентраций (МП), так и аномально высоких радионуклидных соотношений (ИП > 1). Образование таких совмещенных аномалий МП и ИП возможно лишь в случае наличия крупного источника продуктов распада 238U на глубине, то есть рудного тела.

3.     Обогащение почвенного горизонта радиоактивными элементами за счет их концентрирования при активных испарительных и сорбционных процессах в приповерхностной части геологического разреза. Такие аномалии характерны для зон аридного климата. В этом случае фиксируются весьма высокие значения МП, сопровождаемые повышенными и аномальными концентрациями 238U и (или) 226Ra. Однако значения ИП при этом остаются в пределах фоновых (210Po/210Pb ~ 1). Аномалии этого типа, как правило, не имеют прямой связи с рудными телами урана на глубине.

4.     Выход рудных зон непосредственно под маломощные рыхлые отложения. При этом, как и в предыдущем случае, в опробуемом почвенном горизонте фиксируются аномалии МП при повышенных содержаниях 238U, 226Ra и 222Rn. Изотопный параметр ИП при этом имеет фоновые значения, так как отсутствует буферная зона между источником и почвой для дифференцированной миграции 210Pb и 210Po и формирования неравновесного отношения между ними.

Аномалии ИП (210Po/210Pb > 1) при фоновых значениях МП не являются информативными, так как в большинстве случаев обусловлены высокой погрешностью определения радионуклидов при их небольших содержаниях в пределах фоновых полей.

Таким образом, ИПМ в благоприятных условиях позволяет выявлять глубокозалегающие урановые руды.

Список литературы

1.     Бахур А.Е., Овсянникова Т.М., Мануилова Л.И., Зуев Д.М., Стародубов А.В., Гулынин А.В. Радиоизотопные методы при поисках урановых месторождений // Материалы VII Международной научно- практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности», Алматы, 25 – 27 сентября 2014 г.

2.     Бахур А.Е., Коноплев А.Д., Зуев Д.М., Овсянникова Т..М., Стародубов А.В., Мануилова Л.И., Гулынин А.В., Гребенкин Н.А., Донец В.В. Разведка и охрана недр. Изотопно-почвенный метод и его модификации при поисках слепого уранового оруденения. ФГУП ВИМС, 2011. с. 52-59

3.     Малышев В.И., Соколова З.А., Бахур А.Е. и др. Способ поисков месторождений / Авторское Свидетельство СССР № 215783, заявка класс G01V5/00 № 3087677/24-25, приоритет от 23.04.84 г. – 1984.

4.     Медведев А.А., Посеренин А.И., Кувезин С.Н. Комплекс радиометрических методов при поисках слепых урановых оруденений / А.А. Медведев // Actualscience. 2015. Т.1. №1. с. 11-12.