Рис. 199, Геофизические диаграммы по скважинам, вскрывшим марганцевые (а), никелевые (б) к хромовые (в и г) руды.

Марганцевые руды: 1 — богатые, 2 — бедные, 3 — сланцы, 4 — никелевые руды, 5 — фелиты, 6 — хромиты, 7

— серпентиниты

Никель. Зоны полиметаллического оруденения выделяются по данным гамма-гамма- метода в плотностном и фотоварианте и при медноникелевом сульфидном оруденении — методами электродных потенциалов и сопротивления. Наиболее эффективным способом диагностики никеля является спектрометрия гамма-излучения радиационного захвата (EvB B > 7,6 МэВ). На этих диаграммах никельсодержащие породы четко выделяются зонами максимумов Inγ (рис. 199, б).

Во многих случаях ванадий генетически связан с ураном. В этих условиях ванадаты выделяются повышением интенсивности естественного гамма-излучения в области линий радия.

§ 112. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Промышленные скопления многих цветных металлов (медь, свинец, цинк, мышьяк, сурьма) представлены сульфидными минералами, часто характеризующимися высокой электропроводностью. Поэтому при выделении сульфидных руд ведущую роль играют методы сопротивления, потенциалов электродных, собственной поляризации и гальванических пар (рис. 200). Участки сульфидного оруденения отмечаются низкими удельными сопротивлениями, обычно положительными потенциалами собственной поляризации, значительными электродными потенциалами и потенциалами гальванических пар. Так как плотность и средний атомный номер сульфидов выше плотности и среднего атомного номера вмещающих пород, зоны сульфидного оруденения проявляются минимумами на диаграммах Inγ и Jγ.

Рис. 200. Примеры изучения сульфидного оруденения.

1 — сульфидное оруденение; 2 — вкрапления сульфидных руд.

В тех случаях, когда сульфидные минералы имеют относительно высокое сопротивление или представлены вкрапленными рудами, выделить их можно методом потенциалов вызванной поляризации по зонам повышенной вызванной электрохимической активности.

Определение металлов, входящих в минеральные ассоциации, представляет более сложную задачу, решаемую в основном ядерными методами исследования скважин. При диагностике и установлении концентрации перечисленных ниже металлов рекомендуются следующие способы

При изучении концентрации меди по актив анионным данным следует остерегаться погрешностей в связи с присутствием алюминия и кремния для короткоживущего изотопа, натрия и калия — для долгоживущего изотопа. Используется также активационный анализ

270

на быстрых нейтронах по изотопу 29B CuB (T1/2 — 9,33 м,ЕYB B — 0,56 МэВ), образующемуся в результате реакции (п, 2п).

Свинец. Для выделения зон свинцового оруденения используют данные гамма-гамма- метода и рентгено-радиографического метода. Участки свинцового оруденения обычно выделяются четкими минимумами на кривых (см. рис. 200) и повышенными значениями спектрального отношения ηРРB B излучений К-серии в области энергий 72—88 кэВ. Для количественной оценки со держания свинца используют параметр ηРB (B ηNB B рис. 201, и) [30].

Рис. 201. Диаграммы радиометрии по рудным (цветные металлы) скважинам.

а— свинец; б — олово; в — ртуть; г — алюминий; д — бериллий; оруденения: / — свинцовое, 2 — ртутное, 3

—оловянное, 4 — бериллиевое, 5 — алюминиевая руда (боксит), 6 — вмещающие породы

Сурьма. Для диагностики участков сурьмяного оруденения широко используют рентгено-радиографический метод по спектральному отношению характеристического излучения в области энергий 26—30 кэВ к рассеянному излучению энергий 45— 55 кэВ.

Олово. Оловянное оруденение наиболее точно устанавливают по данным спектрального отношения ηРРB B в области энергий ЕВB B =25-30 кэВ к интенсивности рассеянного излучения энергий 40—45 кэВ. Зоны оловянного оруденения выделяются также минимумами на диаграммах (рис. 201, б). Перспективно изучение Мессбауэровского поглощения.

Ртуть. Ртуть диагностируется комплексом ядерных методов. Признаком ртутного оруденения является возрастание интенсивности Inу при одновременном снижении /„, тB B (рис. 201,6), что объясняется высоким сечением радиационного захвата ртути. Для выделения ртутного оруденения весьма перспективны импульсные нейтронные методы. Для решения задачи успешно используют комплексирование измерений Iγγ,ФB B , In,TB (B с целью компенсации влияния водородосодержания). Ртутное оруденение проявляется минимумами на кривых

Iγγ,ФB (B рис. 201, б).

Алюминий. Алюминийсодержащие руды по физическим свойствам незначительно отличаются от вмещающих пород. Как следствие этого, комплекс геофизических методов выделения и, промышленной оценки алюминийсодержащих минералов отличается от такового для большинства других цветных металлов, особенно металлов сульфидного оруденения.

По физическим свойствам алюминиевые руды (А12B ОB 3B B > 50 %) близки к аргиллитам. Поэтому рекогносцировочными признаками выделения алюминийсодержащих пород являются многие при знаки, характерные для пород этого класса, — высокие потенциалы собственной поляризации и повышенная естественная гамма-активность Iγ (рис. 201, г). К перечисленным признакам следует добавить повышенную магнитную восприимчивость.

Последующую диагностику алюминийсодержащих пород и количественное определение А12B ОB 3B B выполняют методом наведенной активности Iγ (см. рис. 201, г). Алюминий определяют по интенсивности гамма-излучения распада изотопа 13B AlB (T1/2B B = 2,3 мин, σаB B = 0,22 б, Eγ = 1,78 МэВ), возникающего при радиационном захвате нейтронов. Для исключения погрешностей, вызванных образованием того же изотопа при реакции (п, р) на ядрах кремния (σаB B до 0,42 б) быстрыми нейтронами, в методе наведен ной активности рекомендуется использовать низкоэнергетические источники нейтронов (ЕnB <B 4 МэВ,

271

например, Ро-В, 252P CfP или Sb-Be). Содержание алюминия определяют по экспериментально установленным зависимостям Iγ = f (СAlB )B (см. рис. 198, д)

Промышленная ценность алюминийсодержащих пород резко снижается с увеличением содержания кремния. Поэтому одновременно с определением концентрации алюминия требуется оценивать кремниевый модуль MSÌB B — отношение Al3B OB 3B /SiOB 2B ,B величина которого должна превышать 3. Последнее может быть установлено по соотношению активаций, полученных с источниками быстрых и медленных нейтронов, а также по величине

спектрального отношения находящегося в прямой зависимости от кремневого модуля.

§ 113. РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ

Выявление редких и благородных металлов представляет собой сложную задачу, обусловленную их низкой концентрацией. Благоприятным обстоятельством является резкое различие по ядерным свойствам большинства металлов этой группы и элементов, составляющих вмещающие породы. Наиболее разработана методика выявления бериллия, висмута, прогнозирование присутствия циркония, тантала и ниобия и редкоземельных металлов [27, 30, 32, 33, 50, 51].

Бериллий. Бериллий — единственный (кроме малораспространенного изотопа водорода—дейтерия) элемент с пороговым значением энергии фотоядерной реакции (Еγ = 1,67 МэВ) ниже энергий естественных гамма-излучателей (например, Еγ,SbB B = до 2,09 МэВ). Это предопределяет возможность однозначного вы деления участков скважин, обогащенных бериллием, по данным гамма-нейтронного метода по повышенной плотности образовавшихся нейтронов (рис. 201, д).

Висмут. Прогнозирование висмута при высоком его содержании в геологически благоприятных условиях может быть выполнено по данным метода рассеянного гаммаизлучения в фотоварианте по зонам минимума Iγγ,ФB ;B количественная оценка — по максимумам рентген о-радиографического излучения (ЕНB B =75ч-90 кэВ).

Цирконий. Минералы, содержащие цирконий, обладают повышенной естественной радиоактивностью, поэтому обогащение пород цирконием обычно обусловливает некоторое увеличение составляющей радия в спектре естественного гамма-излучения. Это увеличение типично также для минералов, содержащих ниобий и тантал.

Редкоземельные элементы. Особенность большинства редкоземельных элементов — их аномально высокие сечения радиационного захвата (например, самарий — 6500 б, гадолиний — 46000 б)- Как следствие этого, обогащение пород редкоземельными элементами приводит к уменьшению In,B тB тB B и возрастанию InB γ.B Такие элементы могут быть выявлены методом наведенной активности при условии их достаточной концентрации и отсутствии других, более распространенных элементов, образующих изотопы с близкими периодами полураспада и энергиями гамма-излучений.

§ 114. УРАНО-ТОРИЕВОЕ ОРУДЕНЕНИЕ

Прямым геофизическим методом выявления уранового и ториевого оруденения является метод естественного гамма-излучения. Если уран находится в равновесном состоянии с продуктами его распада, метод естественного гамма-излучения дает возможность определить содержание урана.

Интерпретация диаграмм гамма-излучения с целью выделения и промышленной оценки радиоактивных руд разработана детально. Этот вопрос излагается в курсе ядерной геологии и радиометрической разведки, и ему посвящена специальная литература [30—32]. Поэтому в настоящем учебнике рассматриваются только основные вопросы геологической интерпретации геофизических данных при выделении и изучении радиоактивных руд в разрезах скважин.

272

Участки промышленного уранового и ториевого оруденения выделяются на диаграммах гамма-метода резкими возрастаниями интенсивности /vB B (рис. 202), достигающей сотен и тысяч микро рентген в час, что соответствует эквивалентным концентрациям, исчисляемым десятками и сотнями нкг-экв.Rа/м3P .P

Избыточное содержание урана, находящегося в рудном объекте в равновесном состоянии с продуктами распада, по отношению к его содержанию (обычно кларковому) во вмещающих породах.

При ураново-ториевом оруденении для исключения влияния излучения тория рекомендуется применять метод гамма-спектроскопии. Одна из кривых Iγ регистрируется в наиболее характерном диапазоне энергий излучения радия (Eγ = 1,6-1,9 МэВ), другая — тория (Eγ > 2 МэВ). По данным этих измерений рас считывают эквивалентные содержания радиоактивных элементов:

где Ωγ1B ,B Ωγ2B ,B Aγ,1B ,B Aγ2B B — площади аномалий и пересчетные коэффициенты для излучений соответствующих энергий; η1B иB η2B B — поправка за поглощение в глинистом растворе и колонне. Для диапазона энергий радия поправка η может быть принята равной поправке для интегрального спектра, для гамма-излучения тория — на 10 % ниже.

В большинстве случаев гамма-излучением урана и калия можно пренебречь. Тогда

где ∆QRaB ,B ∆QThB B — избыточные содержания радия и тория в руде отношению к вмещающим породам; γ1B B и γ2B B — урановые эквиваленты тория в первом и втором энергетических диапазонах (определяются экспериментальной

Решив уравнения (451) и (452) относительно ∆QRaB B и ∆QThB ,B получим

При определении содержания урана по данным измерения интенсивности Iγ следует остерегаться погрешностей, которые могут возникнуть вследствие притока радиоактивных вод и эманирования руды.

В этом случае наблюдается возрастание радиоактивности во времени как в исследуемом объекте, так и во вмещающих породах, особенно покрывающих рудное тело

(рис. 202, б}.

Для непосредственного определения уранового оруденения в разрезах скважин начали использовать рентгено-радиографический метод по данным излучения характеристики К- серии и импульсный нейтронный метод с регистрацией нейтронов деления ядер урана.

§ 115. МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Гидрохимические ископаемые — каменная и калийные соли, бораты, гипс и другие — определяются комплексом признаков, указанных в § 85. По этим признакам можно установить главнейшие из гидрохимических ископаемых, пересеченных скважиной.

Хлориды NaCl, KC1 и др. Характеризуются очень высокими электрическими сопротивлениями, низкой продолжительностью проходки, значительным увеличением диаметра скважины, повышенной интенсивностью рассеянного гамма-излучения.

Хлор обладает высоким сечением радиационного захвата, в связи с чем хлориды среди других эвапоритовых пород отмечаются минимумами на диаграммах IniB B TB B и максимумами на диаграммах /птB ,B особенно при регистрации последнего излучения в области энергий, превышающих 5,5 МэВ. Хлористые соли могут быть также диагностированы активационным

методом по изотопам №P СP 1 (Ti/2 = 37 мин, ааB B = 0,61, EvB B = 1,65-5-2,15 МэВ), образующимся в результате (п, 7)-реакции на медленных нейтронах, и 34P СP 1 (Г,/2B B = 33 мин, ааB B = 4,5-Ю-3P ,P EvB B = 3,2 МэВ) — на , быстрых по (п, 2п)-реакции.

273

Калийные соли. Однозначно выделяются увеличением интенсивности естественного гамма-излучения в толще эвапоритовых пород (рис. 203). Наиболее точно эта задача решается по данным спектроскопии излучения в области энергий 1,35—1,5 МэВ.

Рис. 203. Примеры геофизических исследований скважин на месторождениях химического сырья.

1 — бораты; 2 — то же, бедная руда; 3 — калийные соли; 4 — калийные соли обедненные; 5 — галит; 6 — фосфаты; 7 — бариты; 8 — бедная руда; 9 — флюорит; 10 — породы, вмещающие рудные тела

Для расчленения карналитов (К Mg С13B -B 6 Н2B ОB ) и сильвина (КС1), а также выделения бишофита (MgCl2B -B 6H2B O)B рекомендуется регистрировать кривые JfttB B HB ,B выделяющие минимумами бишофит и кэрналит по присутствию значительных количеств кристаллизационной воды.

Сульфаты. Характеризуются высоким электрическим сопротивлением, отсутствием заметных аномалий на кривых низкой интенсивностью /vB .B На диаграммах /,, н!пB {B гипсы выделяются низкими показаниями, ангидриты, наоборот, — высокими. Более однозначно сульфаты, а также участки серного оруденения могут быть выделены по данным спектроскопии излучения в областях энергий 4—5 МэВ (основные линии серы) по спектральному отношению.

Бораты. Интенсивность JntB B ТB 1,B /;!B .B тB B и 3пB B в боратах резко понижена при зондах всех размеров (см. рис. 203). Этот отличительный признак позволяет выделять борсодержащие породы и по экспериментально установленным зависимостям

(при низких содержаниях бора) и по зависимости IrtiB B чB B = I (Св,оаB )B {при его высоких концентрациях) оценивать величину последней (рис. 204).

Рис. 204. Примеры эталонных зависимостей для определения содержании боратов (а) по данным нейтронных методов и флюорита (б) активационным методом.

1 -- тепловые нейтроны; 2 — надтепловые нейтроны

Пирит. Пирит, как и многие другие сульфиды, о которых говорилось в § 112, отмечаются резко пониженным удельным электрическим сопротивлением, высокими значениями электродных потенциалов, потенциалов собственной и вызванной поляризации и гальванических пар. Диагностика пирита облегчается при опре делении наличия железа (см. № 111) и серы.

Флюорит. Флюорит относится к минералам, легко выделяемым активационным методом (см. рис. 203) по изотопу ?N (Ti/2 — = 7,5 с, оаB B = 0,045 б, £7B B = 6,1 — 7МэВ),

образующемуся в результате (п, а)-реакции на быстрых нейтронах.

Фосфориты. Фосфориты обычно генетически связаны с мине ралами, содержащими уран. Это позволяет в большинстве случаев выделять фосфорные руды по данным естественного гамма-излучения (см. рис. 203) и оценивать содержание окиси фосфора по корреляционным связям между /vB B и СР.О,. При. выделении фосфоритов, в кристаллическую

274