放射性技術(shù)在地質(zhì)工程中的應(yīng)用

■楊 偉 ■江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六七大隊(duì)，江西 九江 332000

放射性技術(shù)被發(fā)現(xiàn)的那一日，便已經(jīng)開始得到了廣泛應(yīng)用，無論醫(yī)學(xué)航空等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，因?yàn)榉派湫栽鼐哂休^強(qiáng)的傳統(tǒng)型和穩(wěn)定性，這種穿透能力對(duì)于礦物工程有著自己明確的意義，可以為地下礦物進(jìn)行尋找提供了便利，所以在當(dāng)代社會(huì)發(fā)展放射性技術(shù)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(shù)工作原理

放射性勘探又稱放射性測(cè)量或“伽瑪法”。借助于地殼內(nèi)天然放射性元素衰變放出的α、β、γ 射線，穿過物質(zhì)時(shí)，產(chǎn)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(zhì)利用專門儀器(如輻射儀、射氣儀等)，通過測(cè)量放射性元素的射線強(qiáng)度或射氣濃度來尋找放射性礦床以及解決有關(guān)地質(zhì)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(cè)量、輻射取樣、γ 測(cè)井、射氣測(cè)量、徑跡測(cè)量和物理分析等。

2 放射性技術(shù)在地質(zhì)工程中的應(yīng)用

接下來以鈾礦進(jìn)行物探作為例子，進(jìn)行放射性技術(shù)應(yīng)用的探討。

2.1 進(jìn)行地表氡測(cè)量

氡元素可以作為鈾礦的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)槠渚哂休^大的遷移性，易于檢測(cè)。氡氣含量變化代表了鈾礦含量的各種指標(biāo)。氡氣測(cè)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(jìn)行檢測(cè)，擴(kuò)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(yùn)動(dòng)能力可以從地底作用到地表，所以可以作為一項(xiàng)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，也就是來書現(xiàn)階段對(duì)于鈾礦的尋找無論采用什么辦法，本質(zhì)便是對(duì)于地域氡的測(cè)量。氡測(cè)量具有多種辦法，下面重點(diǎn)介紹以下兩種方法:

2.1.1 土壤熱釋光測(cè)量法

土壤和沙子之中具有較多的二氧化硅等半導(dǎo)體結(jié)晶體，這些結(jié)晶礦物都是天然的熱釋光探測(cè)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(jìn)行放射之中發(fā)生反應(yīng)，在使晶體價(jià)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(shí)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(shí)間很長，所以對(duì)于熱釋光測(cè)量法的反應(yīng)較為強(qiáng)烈，所以可以作為一個(gè)物探指標(biāo)進(jìn)行比較。對(duì)樣品加熱到一定溫度后，礦物晶體的指標(biāo)逐漸恢復(fù)正常，最后將能量釋放出來，釋放方式為光能，測(cè)量加熱狀態(tài)下樣品的熱釋光強(qiáng)度就可以研究空間輻射場(chǎng)的分布進(jìn)行找礦。工作方法是，選定即將進(jìn)行測(cè)量范圍區(qū)域，按照相關(guān)規(guī)范要求，在區(qū)域內(nèi)采取土壤取樣，在室內(nèi)進(jìn)行土壤的再一步處理，用高敏熱釋光儀器測(cè)量樣品。土壤熱釋光測(cè)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(xué)實(shí)驗(yàn)上較為常用，因?yàn)槠渥陨韽?qiáng)大的吸附能力，所以往往被用作吸收各種雜物。在進(jìn)行鈾礦測(cè)量時(shí)，其具有較強(qiáng)對(duì)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(nèi)氡的含量，以此來判斷鈾礦。利用活性炭進(jìn)行檢測(cè)因?yàn)檩^為簡單，而且活性炭花費(fèi)不大，對(duì)于成本也是一種節(jié)省，而且技術(shù)要求較低，工作人員可以獨(dú)立完成，在實(shí)際生產(chǎn)生活中有著自己的意義，對(duì)于鈾礦尋找也是積極的推動(dòng)作用。

2.2 通過γ 能譜進(jìn)行測(cè)量

γ 能譜測(cè)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(zhì)來源所形成的地質(zhì)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(cè)量不同地層的放射性強(qiáng)度及鈾、釷、鉀的含量，從而進(jìn)行相關(guān)的礦物尋找過程，在得知分布后，可以進(jìn)行推導(dǎo)，來推導(dǎo)各種環(huán)境變遷的可能。對(duì)于多道譜儀，U—Rfl、Th、K 三個(gè)測(cè)量道就是三個(gè)測(cè)量的譜段。由于全譜測(cè)量的譜段是通過能量刻度后動(dòng)態(tài)確定的，因此可克服譜漂而引起的測(cè)量誤差。

2.2.1 通過地面γ 能譜進(jìn)行測(cè)量

地面γ 能譜測(cè)量主要用于鑒定異常性質(zhì)和測(cè)定巖石中的鈾.釷，鉀的含量前者在異常點(diǎn)(帶)上進(jìn)行測(cè)量，后者是在測(cè)區(qū)內(nèi)按一定的測(cè)網(wǎng)進(jìn)行。因?yàn)椴捎门挪槌叽绲牟煌讲殡A段分為普查和詳查，兩種辦法所用工具不同，并且同時(shí)具有自己的作用。工作方法是，在工作前標(biāo)定面能譜儀，選擇基點(diǎn)，通過每天定時(shí)對(duì)于基點(diǎn)的測(cè)量記錄數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)各個(gè)指標(biāo)的問題性和變化性，在測(cè)點(diǎn)每測(cè)量1 分鐘讀數(shù)，讀2～3 次取平均值，與此同時(shí)記錄一切相關(guān)情況，為了保證測(cè)量質(zhì)量選取10%測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自檢測(cè)量。

2.2.2 通過汽車γ 能譜進(jìn)行測(cè)量

通過汽車γ 能譜進(jìn)行測(cè)量，具有測(cè)量速度快，探測(cè)精度高等特點(diǎn)，也根據(jù)這一特點(diǎn)，汽車γ 能譜進(jìn)行測(cè)量較為適合大區(qū)域測(cè)量，同時(shí)對(duì)于其他的測(cè)量辦法是一個(gè)補(bǔ)充，在實(shí)際應(yīng)用中也被廣泛應(yīng)用在沒有人煙分布邊境和絕境地區(qū)，對(duì)于礦物開采的發(fā)展是一個(gè)補(bǔ)充。

2.2.3 通過航空γ 能譜進(jìn)行測(cè)量

人類的進(jìn)步不僅僅體現(xiàn)在放射性技術(shù)成功應(yīng)用于地質(zhì)工程中，通過航空γ 能譜進(jìn)行測(cè)量更代表了人類發(fā)展的一個(gè)階段，對(duì)于鈾礦的排查也是一個(gè)空前的進(jìn)步。前期的航空γ 能譜測(cè)量一般在工作程度很差的地區(qū)以成礦構(gòu)造造山褶皺帶為主攻目標(biāo)，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(jìn)行測(cè)量，對(duì)于砂巖型鈾礦有著自己獨(dú)特的作用。第一，結(jié)合已有的地質(zhì)資料，利用測(cè)得的U、Th、K 元素的放射性場(chǎng)分布趨勢(shì)及變化規(guī)律結(jié)合砂巖型鈾礦成礦理論進(jìn)行分析，可以對(duì)成礦規(guī)模進(jìn)行提前預(yù)知，預(yù)知結(jié)果較為客觀準(zhǔn)確。第二，研究盆地內(nèi)地球化學(xué)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(xué)特性。不同地球化學(xué)環(huán)境以不同方式影響著放射性元素的活動(dòng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的Th 元素則不受成巖后期地球化學(xué)因索干擾而相對(duì)穩(wěn)定，而化學(xué)活動(dòng)性復(fù)雜多變的U 元素性質(zhì)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(zhì)的地段或夾層內(nèi)富集。

3 總結(jié)

綜上所述，當(dāng)前全球面臨著礦產(chǎn)資源供應(yīng)形勢(shì)日益緊張的局面，淺部礦產(chǎn)資源開采已無法滿足日常生產(chǎn)的需求，我們應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)向深部開采，這也對(duì)我國開采工作提出了更為嚴(yán)格要求，我們應(yīng)深入研究放射性物探勘探方法，不斷完善相關(guān)技術(shù)和理論，合理選擇物質(zhì)勘探方法技術(shù)，切實(shí)保障開采人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，進(jìn)而緩解我國礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀。

［1］曾海權(quán)，陳姻.關(guān)于放射性技術(shù)在地質(zhì)工程中的應(yīng)用［J］.房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2015，(14).

［2］吳贊華，李忠權(quán)，時(shí)燕華，等.放射性調(diào)查方法在區(qū)域地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2013，(12):1552-1556.

［3］劉濤.環(huán)境同位素在地下水研究中的應(yīng)用［J］.工程地質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012，(2):34-38.