 |
|
Геологические предпосылки гамма-съемки
Первичным объектом поисков месторождений урана является ореолы рассеяния рудных тел, которые, как правило, значительно больше размеров выходов рудных залежей и поэтому их легче обнаружить с поверхности. В настоящее время процесс поиска месторождений радиоактивных полезных ископаемых выглядит следующим образом. При помощи аэрогаммаспектрометрии, которая проводится с самолета или вертолета, выделяются площади с повышенными содержаниями U, Th, K и аномальными значениями интенсивности гамма-излучения. Затем эти перспективные аэроаномалии подтверждают при помощи наземной (пешеходной) гамма-съемки и других методов радиометрии. На различных стадиях поисков применяются и другие виды геофизической съемки, кроме того, для выявления ореолов рассеяния радиоактивных элементов широко используется геохимия. Обнаруженные и локализованные радиоактивные аномалии заверяют бурением. Результатом радиометрических работ является построение карт изолиний гамма-активности (см. ниже), графиков интенсивности и карт-гафиков гамма-поля.
Вероятность обнаружения радиоактивного объекта зависит от значения нормального фона и пределов его колебания. Величина нормального фона определяется интенсивностью излучения пород, перекрывающих аномальное тело и значением натурального фона прибора (космическое излучение и загрязнение прибора радиоактивными элементами). Натуральный фон учитывается только при геологическом картировании (когда необходимо получить истинное значение интенсивности излучения горных пород). Колебания нормального фона объясняются изменениями содержания радиоактивных элементов в породах. При гамма-съемке важно правильно учесть и оценить минимальное аномальное значение радиоактивности – нижний предел выделяемой аномалии. Проще говоря, величину излучения, которая позволяет дать ответ на вопрос: есть ли аномалия или нет. Если в какой-либо точке профиля, полигона показания прибора превышают минимальное аномальное значение, вас можно поздравить: обнаружена аномалия. На практике считается, что аномалия – это величина, превышающая значения нормального фона в 3 раза и уверенно выделяемая не менее чем в 3 точках на профиле. В радиометрии же, в связи со стратегическим значением уранового сырья, аномалии подлежали и подлежат заверки и изучению, если обнаружены хотя бы в одной точке. Всегда лучше обнаружить ложную аномалию, нежели её пропустить! В пределах площади распространения пород одного или схожего петрографического состава значение нормального фона изменяются незначительно. Нижний предел гамма-аномалии (Iа) возможно оценить и определить математически по величине нормального фона (Iнф) с учетом колебания (флюктуации) данного значения (σнф):
Ia=Iнф+3σнф[мкР/ч],
Для определения нормального значения гамма-поля в пределах распространения пород одного типанеобходимо произвести измерения не менее чем в 30 точках на достаточно представительной площади, прилегающей к изучаемому участку, где заведомо известно, что аномалия отсутствует. За значение интенсивности, соответствующее нормальному фону, принимают среднее арифметическое из полученных результатов:
[мкР/ч],
Где 
– сумма всех значений нормального фона, а N – число точек измерения. Флюктуация нормального фона рассчитывается по формуле, и является ничем иным как среднеквадратическим отклонением:
[мкР/ч],
Где 
– 1,2,3…n-ое значение нормального фона, Iнфизмеренного на 1,2,3…n-ой точки участка, Iнф - среднее значение нормального фона (см. выше), N-число точек измерения. Пример расчета минимального аномального значения Iа будет приведен ниже.
Нормальный фон пород колеблется обычно от единиц до 20 мкР/ч, редко достигая 50 мкР/ч. Самые низкие значения для осадочных горных пород фиксируются над болотными отложениями (до 5 мкР/ч), каменными солями (до 3 мкР/ч), карбонатными образованиями (до 10 мкР/ч). Наибольшее значения характерны для глин и некоторых типов сланцев – до 20 мкР/ч. Низкими значениями среди магматических пород отличаются ультраосновные и основные породы, а повышенными гранитоиды и пегматиты (до 50 мкР/ч).
Наглядным примером различия радиоактивности магматических и осадочных пород является график интенсивности гамма-излучения, полученный учащимися Школьного Факультета на Северном Кавказе близ Белореченского месторождения, генетически приуроченного к Даховской горст-антиклинали (Рис. 5). Крылья структуры сложены терригенными образованиями юрского периода, а ядро палеозойскими гранитами. Над ними и наблюдаются максимальные значения гамма-активности. При этом правое крыло аномалии более пологое, что может указывать, соответственно, и на более пологую границу раздела двух комплексов. В районе 13-17 пикетов профиля наблюдается слабоамплитудная аномалия гамма-активности. Она, вероятно, связана с небольшим апофизом гранитного состава, перекрытым маломощным слоем осадочных отложений (эта структура была вскрыта в результате буровых работ при поисках месторождения радиоактивных полезных ископаемых).
Рис.5 Схематический разрез Даховской горст-антиклинали (Северный Кавказ) и график интенсивности гамма-излучения над структурой.
Непосредственно и само Белореченское месторождение, некогда разведывавшееся на уран, было выявлено в начале при помощи гамма-съемки.
Рис.6 Карта изолиний гамма-активности центральной части
Белореченского месторождения.
Методика работ
В реальных полевых условиях любые радиометрические работы начинаются с эталонирования (градуирования) прибора, что необходимо для получения точного результата. Суть эталонировки сводится к получению графиков зависимости показаний прибора в условных единицах (деление шкалы радиометра, импульсы в минуту) от интенсивности излучения точечного радиевого источника с известной массой, выражаемой в мкР/ч. Провести самостоятельно данную операцию сложно, так как для этого нужен эталонный источник Ra, который достать весьма непросто. Градуирование радиометра должно проводиться регулярно, во время длительных работ, не менее раза в месяц.
Перед началом маршрутных наблюдений и в процессе маршрута производятся измерения интенсивности гамма-излучения при помощи контрольного эталона, прикрепленного сбоку к корпусу радиометра. Если по данным этого контроля чувствительности получают, что значения радиоактивности эталона сильно колеблется, то необходимо проградуировать прибор или же он не исправлен.
При отсутствии возможности градуировки прибора, всегда, после длительного простоя радиометра, необходимо проводить замеры с помощью контрольного эталона, который поставляется в комплекте с прибором, что бы избежать ошибок и быть уверенным в его работоспособности прибора.
Работа с прибором начинается с проверки заряда батарей и целостности сцинтилляционного детектора (см. выше). Близ начала профилей или в лагере, на участке распространения однотипных пород с относительно постоянным значением радиоактивности, устраивается контрольный пункт (КП), где перед началом и после окончания работ, проводятся измерения интенсивности гамма-излучения. Измерения на КП осуществляются исключительно для контроля корректности работы прибора и выявления изменений интенсивности гамма-излучения на площади работ. Кроме того, после окончания работ рекомендуется проверить прибор путем нажатия кнопки «контр» (см. раздел «Аппаратура»).
В начале работ на новой площади определяются значения нормального гамма-поля Iнф, флюктуацию нормального поля σнф и нижний предел аномальной гамма-активности Iа, мкР/ч (минимальное аномальное значение). Результаты заносятся в журнал.
Чем больше измерений проводится для определения радиоактивности горных пород, тем точнее получается его значения. Стоит отметить, что на каждом пикете Ii можно (а зачастую даже необходимо) проводить более чем одно измерение, как правило, три. При этом значение интенсивности гамма-излучения на каждом пикете (ПК) осредняется и складывается из результатов всех трех измерений. Делается это для улучшения точности результатов съемки.
Измерения следует начинать при положении переключателя диапазонов «30». На каждом пикете и снятии отсчета необходимо установить радиометр в положение «2,5», трубку прибора, не прикладывая дополнительных усилий, чтобы его не повредить, прижать к поверхности земли (стенки штольни, обнажению и т.д.). Примерно через 3–5секунд, когда стрелка радиометра успокоится и можно записывать результат измерения.
Если стрелка зашкалит в крайнем правом положении, необходимо переключить диапазон измерений, а так же установить прибор в положение «5», что позволить более точно определить интенсивность аномалии (измерения в режиме «5» так же проводятся над слаборадиоактивными разрезами). Большинство радиометров позволяют более или менее точно измерять интенсивность гамма-излучения непосредственно в одной конкретной точке (к которой прижата трубка радиометра). Чем выше гильза прибора находится над пикетом, тем меньшее значение будет зафиксировано. Однако площадь эффективного действия радиометра, то есть поверхность, с которой происходит сбор сигнала, увеличится.
Таблица 2. Журнал радиометрических работ
Журнал радиометрических работ №____
Дата:_________________________
Название участка:_______________
Профиль №:/шаг съемки____________________
Прибор:________________________
Оператор:____________________ Вычислитель:________________
Iкп=10 мкР/ч – перед началом работ Iкп=11 мкР/ч – после окончания работ |
Важным моментом корректного выявления аномалий является их детализация. По сути это процесс, служащий для уточнения её формы и размеров. Для подробного оконтуривания эпицентра аномалии проводят дополнительные измерения.
Существуют различные способы детализации. Основные из них это «Площадная» и «Крестом».
При детализации «Крестом» через эпицентр аномалии проводится 2 перпендикулярных профиля, на линиях которого через равный шаг промеряются значения интенсивности гамма-излучения (Рис.8). Данный способ позволяет существенно сэкономить время работ, однако им нельзя абсолютно правильно выявить форму аномалии, так как отсутствуют значения по диагонали от эпицентра.
Для более точного оконтуривания аномалии проводят площадную микросъемку по сети дополнительных профилей (Рис.9). Это повышает точность работ, но значительно увеличит время измерений.
Рис. 8. Пример детализации
аномалии «крестом»
Рис.9. Пример площадной
детализации аномалии
Рис.10. Пример детализации аномалии «крестом» с дополнительными
измерениями по диагонали от эпицентра аномалии
В обоих случаях все замеры ведутся до выхода интенсивности гамма-излучения в фоновые значения. При детализации аномалий возможно использовать совмещенный вариант, когда к двум основным перпендикулярным профилям, проведенным через эпицентр, добавляется ряд дополнительных значений по диагонали от аномалии (Рис.10).
Коротко требования к методике маршрутных радиометрических наблюдений юных геологов можно изложить следующим образом:
1. Перед началом работ проверить исправность прибора СРП-68-01, заряд батареи, путем вышеописанных операций с прибором.
2. Осуществить замер интенсивности g-излучения на КП Iнф, мкР/ч. Результаты заносятся в журнал. Произвести, по возможности, не менее 30 измерений интенсивности g-излучения на площади прилегающей к полигону, профилям. Определить значения нормального гамма-поля Iнф, флюктуацию нормального поля σнф и нижний предел Iа, мкР/ч (минимальное аномальное значение). Результаты заносятся в журнал.
3. Далее следует приступить к работе непосредственно на территории полигона, профиля. Задача съемки – выявить аномалии, построить карту изолиний интенсивности g-излучения в выбранном вами масштабе. Для этого необходимо произвести измерение на каждом из пикетов.
4. В случае обнаружения аномальных значений гамма-излучения (то есть при показаниях радиометра превышающих или равных минимальному аномальному значению Iа, мкР/ч), проводятся детализационные работы. Масштаб съемки, сеть наблюдений выбираются по усмотрению оператора, в зависимости от ожидаемой величины аномалии и её площади. При этом измерения ведутся до выхода интенсивности гамма-излучения в фоновые значения.
5. По окончанию гамма-съемки производится измерение интенсивности g-излучения на КП Iнф, мкР/ч. Результаты заносятся в журнал.