Нарушение радиоактивного равновесия в урановых рудах

Нарушение радиоактивного равновесия в урановом ряду связано с процессами раздельной миграции U и продуктов его распада, а также с эманированием руд.

Миграция твердых продуктов распада урана определяется, главным образом, их химичекими свойствами, а миграция радона (эманирование) связана с физическими процессами, определяющими его выделение из породы и движение по капиллярам и трещинам .

Количественно нарушение радиоактивного равновесия характеризуется коэффициентом радиоактивного равновесия Крр, под которым понимают отношение количеств данного изотопа к родоначальнику или предшествующему по ряду распада, причем количество обоих элементов выражают в единицах равновесного с ними урана (табл.1.1). Например, Крр между ураном и радием получают по формуле:

(4.8)

где содержания урана и радия приведены в массовых долях или процентах.

При сохранении радиоактивного равновесия коэффициент равен единице. Если Крр <1, то равновесие сдвинуто в сторону урана, если Крр>1, то – в сторону радия.

В урановом ряду радиоактивное равновесие может быть нарушено между U-238 и U-234, U-238 и Th-230 (Io) и Ra и между Ra и Rn. Практически при гамма-измерениях под нарушением радиоактивного равновесия понимают нарушение между U и Ra.

По нарушению радиоактивного равновесия между U, Io и Ra в некоторых случаях можно определить, с миграцией какого элемента связано нарушение радиоактивного равновесия. Соотношение, близкое к равновесному , между U и Io при нарушении равновесия между Io и Ra указывает на миграцию радия. Если Ra находится в равновесии с Io, а между U и Io нарушено равновесие, то мигрировал уран.

Миграция урана и продуктов его распада происходит по разным схемам. Уран переходит в водную среду при растворении урансодержащих минералов или при диффузии из горной породы в капиллярную воду. Элементы уранового ряда, образовавшиеся при распаде, могут накапливаться в воде капилляров. Дальнейшая миграция урана и продуктов распада зависит от условий перехода из капиллярной воды в гравитационную (свободную) воду. При благоприятных условиях, например, в окислительных средах, уран может дать устойчивые растворимые соединения и мигрировать на значительные расстояния. Радий растворяется, главным образом, в хлоридных водах.

Различают локальные и зональные нарушения радиоактивного равновесия. При локальном нарушении пространственное разобщение урана и радия невелико и сглаживается для больших объемов руды. Локальные нарушения связаны, главным образом, с миграцией радия.

Зональные нарушения связаны с миграцией урана, характером его выноса и накопления. В каждой геохимической зоне радиоактивное равновесие нарушено, преимущественно, в одну сторону. На осадочных урановых месторождениях зональные нарушения радиоактивного равновесия проявляются в водопроницаемых породах при зональном изменении состава вод.

Рис. 4.9.. Положение зональности Крр в общей окислительно-восстановительной зональности на урановом месторождении (по Вершкову, Берикболову, Петрову, Хасанову и др., 2003).

Зональное нарушение радиоактивного равновесия между ураном и радием наблюдается на пластово-инфильтрационных месторождениях урана, связанных с региональными зонами пластового окисления (ЗПО), в том числе и на рассматриваемом месторождении. Вкрест простирания рудных тел Крр закономерно изменяется, образуя три зоны (рис. 4.9, 4.4).

Зона диффузного радиевого ореола в виде узкой полосы (оторочки) окаймляет рудные тела со стороны неокисленных пород, примыкая к рудным телам, как со стороны кровли, так и со стороны подошвы. На месторождении средняя мощность радиевых оторочек обычно равна 0,2-0,5 м, содержание урана в них 0,007-0,009%, содержание радия – 0,010-0,013%.

Зона урановых руд характеризуется смещением радиоактивного равновесия в сторону урана. Минимальные значения коэффициента радиоактивного равновесия наблюдаются, как правило, в центральной части рудного тела. В сторону границ рудных тел Крр постепенно увеличивается, часто превышая 1,0.

Зона остаточных радиевых ореолов примыкает к зоне урановых руд со стороны окисленных пород. На месторождении мощность зоны варьирует от 0,5 до 6 м. Содержания урана в зонах остаточных радиевых ореолов не превышает 0,003-0,005%. Содержание радия колеблется в широких пределах, достигая 0,03% и более.

Рис. 4.10. Отражение нарушения радиоактивного равновесия между ураном и радием на урановом месторождении в данных каротажа методом мгновенных нейтронов деления (МН). Затенена область радиевого ореола

Нарушение радиоактивного равновесия учитывается при определении содержания урана по данным гамма-каротажа (см. п. 4.5). Непосредственно в ГИС нарушение равновесия можно обнаружить, сопоставляя показаний ГК и МН (рис. 4.10).