Ядерно-геофизические методы разведки

Общие сведения. Ядерная геофизика объединяет физические методы поисков и разведки радиоактивных руд и зараженных ядерными отходами сред, то есть естественной и наведенной радиоактивности. Она включает поэлементный анализ горных пород проводимый путем изучения вызванной радиоактивности, что представляет суть ядерно-геофизических методов диагностики. В разведочной геофизике используют методы, связанные с исскуственным облучением горных пород нейтронами или гамма-квантами разных энергий.

Нейтронные методы. Данная группа методов включает активизационный, нейтронный и гамма-спектральный методы.

Активизационный анализ сводится к облучению образцов горных пород быстрыми или медленными нейтронами и излучению наведенной искусственной радиоактивности. При этом изменяется как время облучения так и время изучения наведенной альфа-, бета- или гамма-активности. С помощью изменения интенсивности вторичного облучения по графикам, отражающим зависимости интенсивности от времени можно оценить период полураспада и содержание радиоактивного элемента в образце. Он характеризуется повышенной чувствительностью к элементам, отличающимся высокой активационной способностью, таким как алюминий, кадмий, хлор, медь, калий, марганец, натрий, фосфор, кремний и др.

Нейтронный анализ горных пород сводится к облучению их медленными нейтронами и определению плотности потроков тепловых нейтронов или вторичного гамма-излучения. График зависимости потока тепловых нейтронов или вторичного гамма-излучения от расстояния до источника характеризуют поглащающие свойства. По ним выделяют элементы, ядра которых обладают аномально высоким сечением поглащения медленных нейтронов таких элементов как бор, железо, кадмий, хлор, литий, марганец, ртуть и др. Широко используют пешеходную или автомобильную борометрические съемки для выявления бора в слое мощностью до 25 см.. На выявлении аномально высокого сечения замедления нейтронов основаны методы изучения водородосодержащих пород. В частности, с помощью этого метода производят определения концентрации воды в породах и картируют обводненные зоны открытых новейших и современных разломов.

Гамма-спектрометрическим методом изучают спектральный энергетический состав вторичного гамма-излучения. Возможность таких исследований основана на том, что каждый элемент облучаемой порроды, захватывая тепловые нейтроны дает радиационный захват определенной энергии и спектра. Гамма-спектральный метод применяют для анализа руд, содержащих железо, медь, никель, алюминий, калий, натрий и др. элементы.

Гамма-методы включают фотонейтронный анализ, плотностной гамма-гамма-метод, селективный гамма-гамма-метод и рентгенорадиометрический методы.

Фотонейтронный анализ основан на облучении образцов размельченной горной породы жесткими гамма-квантами высоких энергий и определении интенсивности вторичных нейтронов. Повышение интенсивности втричных нейтронов наблюдается в присутствии бериллия и дейтерия. Поэтому фотонейтронный анализ находит наибольшее применение при анализе содержания этих элементов. Используется широко при изучении водоносных и нефтеносных пород, содержащих в больших колическтвах дейтерия.

Плотностной гамма-гамма-метод заключается в следующем. Если горные породы облучать гамма-квантами слабых энергий, то в них преобладает комптоновское рассеяние. Оно слабо зависит от плотности состава породообразующих минералов, но определяется их плотностью. Интенсивность гамма-гамма излучения на расстоянии свыше 20 см от источника изменяется по экспонентальному закону, в зависимости от плотности. С помощью данного метода можно определять плотность в слое до 20 см.

Селективный гамма-гамма-метод заключается в следущем. Если горные породы облучать гамма-квантами слабых энергий, то происходит их фотоэлектрическое поглощение интенсивности облучения. Коэффициент ослабления лучей зависит от эффективного атомного номера породы. На эффекте этого явления основан данный метод, используемый для определения содержания в образцах, взятых из стенок горных выработок, тяжелых элементов таких как железо,ртуть, суртма, свинец, вольфрам и др.

Рентгенорадиометрический метод заклбючается в облучении горных пород мягким гамма-излучением. В результате можно наблюдать характеристическое рентгеновское излучение. С его помощью можно получать рентгенограммы и определять содержание в породах многих элементов, таких как железо, свинец, марганец, молибден, сурьма, олово, хром, вольфрам, цинк и др.