放射性技術在地質工程中的應用

■楊 偉 ■江西省核工業(yè)地質局二六七大隊，江西 九江 332000

放射性技術被發(fā)現(xiàn)的那一日，便已經開始得到了廣泛應用，無論醫(yī)學航空等領域都得到了廣泛應用，因為放射性元素具有較強的傳統(tǒng)型和穩(wěn)定性，這種穿透能力對于礦物工程有著自己明確的意義，可以為地下礦物進行尋找提供了便利，所以在當代社會發(fā)展放射性技術有著自己明確的意義，也有著十分積極的作用。

1 放射性物探技術工作原理

放射性勘探又稱放射性測量或“伽瑪法”。借助于地殼內天然放射性元素衰變放出的α、β、γ 射線，穿過物質時，產生一系列物理現(xiàn)象，這其中包括熒光等，人們根據(jù)放射性射線的物理性質利用專門儀器(如輻射儀、射氣儀等)，通過測量放射性元素的射線強度或射氣濃度來尋找放射性礦床以及解決有關地質問題的一種物探方法。也是尋找與放射性元素共生的稀有元素、稀土元素以及多金屬元素礦床的輔助手段。放射性物探方法有γ 測量、輻射取樣、γ 測井、射氣測量、徑跡測量和物理分析等。

2 放射性技術在地質工程中的應用

接下來以鈾礦進行物探作為例子，進行放射性技術應用的探討。

2.1 進行地表氡測量

氡元素可以作為鈾礦的測量標準，是因為其具有較大的遷移性，易于檢測。氡氣含量變化代表了鈾礦含量的各種指標。氡氣測量方法是一種直接找礦方法，其原理是優(yōu)于鈾礦中含有較多的氡，根據(jù)氡的遷移進行檢測，擴散和地氣理論。Rn 本身作為鈾元素衰變過程中的一種氣態(tài)惰性核素，其運動能力可以從地底作用到地表，所以可以作為一項測量的標準，也就是來書現(xiàn)階段對于鈾礦的尋找無論采用什么辦法，本質便是對于地域氡的測量。氡測量具有多種辦法，下面重點介紹以下兩種方法:

2.1.1 土壤熱釋光測量法

土壤和沙子之中具有較多的二氧化硅等半導體結晶體，這些結晶礦物都是天然的熱釋光探測器。由于礦物晶體中存在大量的電子和空穴，在放射性元素進行放射之中發(fā)生反應，在使晶體價帶中的電子獲得能量，在沒有外來能量激發(fā)的情況下電子和空穴可長期留在晶體的缺陷中，隨著時間的流逝，電子和空穴積累的越來越多，數(shù)量越來越大，由于礦物晶體累積記錄天然輻射的時間很長，所以對于熱釋光測量法的反應較為強烈，所以可以作為一個物探指標進行比較。對樣品加熱到一定溫度后，礦物晶體的指標逐漸恢復正常，最后將能量釋放出來，釋放方式為光能，測量加熱狀態(tài)下樣品的熱釋光強度就可以研究空間輻射場的分布進行找礦。工作方法是，選定即將進行測量范圍區(qū)域，按照相關規(guī)范要求，在區(qū)域內采取土壤取樣，在室內進行土壤的再一步處理，用高敏熱釋光儀器測量樣品。土壤熱釋光測量法適用于特殊區(qū)域，在西北方面得到了較大程度的利用。

2.1.2 活性炭吸附法

活性炭在化學實驗上較為常用，因為其自身強大的吸附能力，所以往往被用作吸收各種雜物。在進行鈾礦測量時，其具有較強對于氡的吸附能力，所以可以通過活性炭的吸附來確定區(qū)域內氡的含量，以此來判斷鈾礦。利用活性炭進行檢測因為較為簡單，而且活性炭花費不大，對于成本也是一種節(jié)省，而且技術要求較低，工作人員可以獨立完成，在實際生產生活中有著自己的意義，對于鈾礦尋找也是積極的推動作用。

2.2 通過γ 能譜進行測量

γ 能譜測量方法是利用不用地下放射性元素放射出不同的射線，來確定地下各種元素的比例，從而確定鈾礦位置的方法。由于不同環(huán)境條件及不同物質來源所形成的地質體鈾、釷、鉀的含量也有變化，所以三種元素的不同射線也不同。根據(jù)此原理可以通過測量不同地層的放射性強度及鈾、釷、鉀的含量，從而進行相關的礦物尋找過程，在得知分布后，可以進行推導，來推導各種環(huán)境變遷的可能。對于多道譜儀，U—Rfl、Th、K 三個測量道就是三個測量的譜段。由于全譜測量的譜段是通過能量刻度后動態(tài)確定的，因此可克服譜漂而引起的測量誤差。

2.2.1 通過地面γ 能譜進行測量

地面γ 能譜測量主要用于鑒定異常性質和測定巖石中的鈾.釷，鉀的含量前者在異常點(帶)上進行測量，后者是在測區(qū)內按一定的測網進行。因為采用排查尺寸的不同，探查階段分為普查和詳查，兩種辦法所用工具不同，并且同時具有自己的作用。工作方法是，在工作前標定面能譜儀，選擇基點，通過每天定時對于基點的測量記錄數(shù)據(jù)，檢驗各個指標的問題性和變化性，在測點每測量1 分鐘讀數(shù)，讀2～3 次取平均值，與此同時記錄一切相關情況，為了保證測量質量選取10%測點進行自檢測量。

2.2.2 通過汽車γ 能譜進行測量

通過汽車γ 能譜進行測量，具有測量速度快，探測精度高等特點，也根據(jù)這一特點，汽車γ 能譜進行測量較為適合大區(qū)域測量，同時對于其他的測量辦法是一個補充，在實際應用中也被廣泛應用在沒有人煙分布邊境和絕境地區(qū)，對于礦物開采的發(fā)展是一個補充。

2.2.3 通過航空γ 能譜進行測量

人類的進步不僅僅體現(xiàn)在放射性技術成功應用于地質工程中，通過航空γ 能譜進行測量更代表了人類發(fā)展的一個階段，對于鈾礦的排查也是一個空前的進步。前期的航空γ 能譜測量一般在工作程度很差的地區(qū)以成礦構造造山褶皺帶為主攻目標，為后期一些特殊地區(qū)的開采取得了寶貴的第一手資料。通過航空γ 能譜進行測量，對于砂巖型鈾礦有著自己獨特的作用。第一，結合已有的地質資料，利用測得的U、Th、K 元素的放射性場分布趨勢及變化規(guī)律結合砂巖型鈾礦成礦理論進行分析，可以對成礦規(guī)模進行提前預知，預知結果較為客觀準確。第二，研究盆地內地球化學環(huán)境及鈾元素的遷移規(guī)律分析U、Th、K 等天然放射性元素的地球化學特性。不同地球化學環(huán)境以不同方式影響著放射性元素的活動，化學性質穩(wěn)定的Th 元素則不受成巖后期地球化學因索干擾而相對穩(wěn)定，而化學活動性復雜多變的U 元素性質受氧化還原條件控制特別明顯，因此鈾主要在氧化還原過渡帶及富含還原物質的地段或夾層內富集。

3 總結

綜上所述，當前全球面臨著礦產資源供應形勢日益緊張的局面，淺部礦產資源開采已無法滿足日常生產的需求，我們應逐漸轉向深部開采，這也對我國開采工作提出了更為嚴格要求，我們應深入研究放射性物探勘探方法，不斷完善相關技術和理論，合理選擇物質勘探方法技術，切實保障開采人員的生命財產安全，進而緩解我國礦產資源現(xiàn)狀。

［1］曾海權，陳姻.關于放射性技術在地質工程中的應用［J］.房地產導刊，2015，(14).

［2］吳贊華，李忠權，時燕華，等.放射性調查方法在區(qū)域地質環(huán)境評價中的應用［J］.核電子學與探測技術，2013，(12):1552-1556.

［3］劉濤.環(huán)境同位素在地下水研究中的應用［J］.工程地質計算機應用，2012，(2):34-38.