Радиоактивность горных пород и руд

Радиоактивность горных пород и руд тем выше, чем больше концентрация в них естественных радиоактивных элементов семейств урана, тория, а также калия-40. По радиоактивности (радиологическим свойствам) породообразующие минералы подразделяют на четыре группы.

Наибольшей радиоактивностью отличаются минералы урана (первичные — уранит, настуран, вторичные — карбонаты, фосфаты, сульфаты уранила и др.), тория (торианит, торит, монацит и др.), а также находящиеся в рассеянном состоянии элементы семейства урана, тория и др. Высокой радиоактивностью характеризуются широко распространенные минералы, содержащие калий-40 (полевые шпаты, калийные соли).

Средней радиоактивностью отличаются такие минералы, как магнетит, лимонит, сульфиды и др.

Низкой радиоактивностью обладают кварц, кальцит, гипс, каменная соль и др.

В этой классификации радиоактивность соседних групп возрастает примерно на порядок.

Радиоактивность горных пород определяется, прежде всего, радиоактивностью породообразующих минералов. В зависимости от качественного и количественного состава минералов, условий образования, возраста и степени метаморфизма их радиоактивность изменяется в очень широких пределах.

Радиоактивность пород и руд по эквивалентному процентному содержанию урана принято подразделять на следующие группы:

• а) породы практически нерадиоактивные (содержание урана менее 10−6%);
• б) породы средней радиоактивности (содержание урана от 10−5% до 10−3%);
• в) высокорадиоактивные породы и убогие руды (содержание урана от 10−3% до 10−2%);
• г) бедные радиоактивные руды (содержание урана от 10−2% до 10−1%);
• д) рядовые и богатые радиоактивные руды (содержание урана свыше 10−1%).

К практически не радиоактивным относятся такие осадочные породы, как ангидрит, гипс, каменная соль, известняк, доломит, кварцевый песок и др., а также ультраосновные, основные и средние породы. Средней радиоактивностью обладают кислые изверженные породы, а из осадочных — песчаник, глина и особенно тонкодисперсный морской ил, обладающий способностью адсорбировать радиоактивные элементы, растворенные в воде.

Рассмотрим некоторые геохимические особенности урана, определяющие его поведение в процессах седиментации. Химические свойства урана, высокая растворимость его соединений позволяет говорить о том, что уран поступает в бассейн седиментации в виде водных растворов. Основными формами нахождения урана могут быть как катионы и анионы, так и электронейтральные соединения. Преобладание той или иной формы зависит от гидрохимической характеристики вод, количества и характера твердой взвеси. Основным регулятором, определяющим распределение урана между гидросферой и толщей отлагающихся илов, являются сорбционные процессы. Максимальной способностью к извлечению урана из водных растворов и прочному удержанию его обладают (по нисходящей): органическое вещество, фосфорит, глинистые минералы, гидроокислы железа и алюминия.

В отличие от урана, торий и его соединения практически не растворяются в воде. Торий поступает в бассейн осадконакопления двумя способами:

в виде обломочных минералов, определяющих накопление тория в песчаниках, алевролитах;

в сорбированной форме, но не в виде водных растворов, как уран, а с коллоидами, сорбированными глинистыми минералами.

Различие форм миграции и седиментогенеза урана и тория в зоне гипергенеза приводит к тому, что отношение содержаний урана и тория (U/Th) может, в определенных случаях, служить для выяснения условий образования осадочных пород. Применение калия-40 для решения подобных задач определяется возможностью использования глинистых минералов, так как калий-40 входит в кристаллическую решетку глинистых минералов, и распределение калия-40 подчиняется процессам формирования минералогических типов или ассоциаций глинистых минералов.

Радиоактивные руды (от убогих до богатых) встречаются на урановых или ураноториевых месторождениях эндогенного и экзогенного происхождения. Их радиоактивность изменяется в широких пределах и зависит от содержания урана, тория, радия и других элементов.

С радиоактивностью горных пород тесно связана радиоактивность природных вод и газов. В целом в гидросфере и атмосфере содержание радиоактивных элементов ничтожно мало. Подземные воды могут иметь разную радиоактивность. Особенно велика она у подземных вод радиоактивных месторождений и вод сульфидно-бариевого и хлоридно-кальциевого типов. Радиоактивность почвенного воздуха зависит от количества эманации таких радиоактивных газов, как радон, торон.