CC BY
52
| УДК 622.349.5 (574)
ИССЛЕДОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД Л КОКШЕТАУСКОГО РЕГИОНА
С.М.Шарапов, В.И. Соловьёв Д.О. Байджанов, А.М.Васильев, Ш.Ж. Касым
Карагандинский государственный технический университет им. Е.А. Букетова
ЦЦ Бул жумыста Квкшетау etfipitfdeei may жыныстарьгныц табиги
till радиоактивтшгт зертеу нвтижемрi кврсетшен
!|§| В данной работе приводятся исследования естественной
|§|| радиоактивности горных пород и руд Кокшетауского региона.
In the given work it is resulted researches of a natural radio-activity of rocks and ores of Kokshetau region.
Горные породы и руды Кокшетауского региона Акмолинской области отличаются чрезвычайным разнообразием состава, возраста и физического состояния. Здесь есть и древнейшие метаморфические комплексы пород протерозойского возраста - кристаллические сланцы, гнейсы, амфиболиты, эклогиты и др., и разнообразные по возрасту и составу интрузивные образования от Кембрийских пироксенитов, серпинтини-тов, габбро и др. до лейкократовых разностей гранитов среднего девона, и осадочно-вулканогенные отложения палеозоя - порфириты, туфы, песчаники, сланцы, алевролиты, известняки и др., мезозойские коры выветривания пород (щебнисто-глинистые, щебнистые, глинистые, каолиновые), и глины, суглинки, пески, галечники, конгломераты и др. породы мезозойской и кайнозойской эр. Имеются в области также и многочисленные месторождения различных полезных ископаемых, начиная от радионуклидов урана и тория, золота, олова, вольфрама и др., кончая месторождениями разнообразных строительных материалов.
В настоящей работе мы поставили себе целью охарактеризовать по естественной радиоактивности не все из вышеназванных горных пород
и руд, что практически и невозможно, а, главным образом, лишь те из них, которые являются основой для производства разнообразных строительных материалов, извлечения химических и других полезных рудных и нерудных компонентов.
Так, глины являются сырьем для производства кирпича, плитки, черепицы, керамзита, керамики, фарфора, фаянса, красок, замазок и др., камень - это облицовочная плитка, блоки, щебень, отсев, фундаменты, бордюры, памятники и др., песок - это руда титана, циркония, олова, золота, урана, алмазов, это бетоны, штукатурки, стекло, это пляжи и др., коры выветривания пород - это руды олова, золота, серебра, титана, редких металлов (тантала и ниобия), вермикулита, апатита, каолина и др..
Необходимость в знаниях о радиоактивности горных пород и руд диктуется, с одной стороны, все возрастающими в Акмолинской области объемами разработок месторождений полезных ископаемых, в особенности местных строительных материалов, а с другой - вообще отсутствием каких бы то ни было обобщений по этому вопросу.
Радиоактивными в Кокшетауском рудном районе могут быть все без исключения из называвшихся ранее горных пород и руд. Это объясняется как геохимическими особенностями радионуклидов урана (радия) и тория (высокая миграционная способность урана, устойчивость некоторых минералов тория к химическому выветриванию и др.), так и спецификой геологического строения региона. В частности, исключительно широким развитием здесь пользуются гранитоидные интрузии, занимающие обширные по площади территории и состоящие из гранитоидов (граниты, гранодиориды, сиениты), обладающих повышенной радиоактивностью (табл.1). Последняя объясняется повышенным содержанием в них радиоактивной минерализацией урана, тория и радиоактивного калия (калий - 40) и продуктов их распада.
Гранитных массивов в пределах Кокчетавского поднятия выявлено гораздо больше (более 50), чем в любом геологическом регионе Казахстана. Здесь зарегистрировано более 40 геологически изученных месторождений камня.
Другими источниками эмиссии радионуклидов в окружающую среду (вмещающие и вскрышные породы, почвы) являются многочисленные месторождения и рудопроявления урана и тория.
В Северо-Казахстанской рудной провинции их выявлено более 100, причем большая их часть приходится на Кокчетавский рудный район.
Таблица 1
Аномальная и фоновая радиоактивность некоторых интрузивных пород Кокчегавского срединного массива
(поданным гамма-каротажа)
№ Наименование горных пород и их возраст Наименование шггрузивных пород Кол-во скважин Радиоактивность в мкр/час
Аномальная Фоновая
тт тах ср тт тах ср
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
I. Девонские интрузии Орлиногорского комплекса
1. Гранит - порфиры, уп Дг-з Карагайский 22 15 153 58 13 150 55
?. Граниты пегматоидные, лейкократовые. у Д2.з Карагайский 15 82 155 112 60 145 94
3 Граниты среднезернистые, биотитовые, у Дз.з Карагайский 13 44 180 102 44 105 81
4 Граниты биотитовые, уг Дг Ускенский 4 87 115 102 60 75 66
5 Граниты мувковитовые, лейкократовые Блоки Аулие и Соседка 3 33 118 67 24 100 50
6. Граниты, у Дг Кадырский блок 5 104 300 154 62 110 86
7. Граниты мутсковит-биотитовые, средпезернисше, у2 Дг Орлиногорский 5 38 108 68 35 98 60
К Граниты биотитовые, лейко- кратовые, порфировидные, У1 Д Сгепновский 8 15 120 52 10 100 41
9 Граниты двухслюдяные, крупнозернистые, У1 Д2 Комтукенский 34 23 228 104 21 120 75
10 Граниты двухслюдяные, среднезернистые, уг Дг Комтукенский 12 52 120 88 30 92 67
11 Граниты лейкократовые, мелкозернистые, у Дз Комтукенский 4 82 117 106 62 90 75
17. Граниты биотитовые. крупно- зернистые, у1 Д> Заозерный 27 16 190 82 13 130 65
13 Гоаниты биотитовые, средне- зернистые, у2 Дг Заозерный 9 35 79 54 31 60 46
II. Ордовик-Силурийские интрузии Зерендинского комплекса
14 Граниты биотитовые, биотитроговообман, уг Оз - в] Субботинский 40 23 100 50 12 90 40
И Граниты, гранодиориты, у- у 3 О* - 81 Субботинский 6 30 55 38 22 51 32
16 Гранодиориты, у- 6 Оз - в] Субботинский 32 17 175 46 15 60 30
17 Гранодиориты биотитовые, у- 6 Оз - Ясновский 2 64 80 70 30 55 42
18. Гранодиориты, у- 5 Оз - Каракамысский 3 12 50 26 10 32 18
19 Гранодиориты, кварцевые диориты, уб- 5 Оз -Й! Светловекий 7 12 30 22 У 28 18
7,0 Диориты, 5 Оз - в) Светловекий 5 10 24 18 8 22 15
71 Диориты, 5 Оз - Корнеевский 3 13 130 59 6 55 28
7? Гранодиориты, у5 03 - в, Корнеевский 4 13 46 19 5 20 12
73 Габбро, Булакская 8 6 23 16 5 18 11
74 Габбродиориты, уйез Булакская 9 10 45 24 7 30 15
75 Габбро-габбро-диориты, V - у5с3 Булакская 5 15 22 18 10 13 12
7.6 Диориты, 8е3 Булакская 3 15 45 33 10 30 20
71 Габбро, уе5 Дайки и силы Обуховской и Булакской зон 2 6 55 31 5 22 14
28. Габбро-диориты, у5ёз Дайки и силы Обуховской и Булакской зон 3 6 94 36 5 22 11
Среди них урано-фосфорные с торием и др. элементами месторождения: Гра-чевское, Тасты-коль, Заозерное и др.; урано-селеновые: Семизбай, Абайское и Чаглинское; урано-ториево-оловянные и др.: Ускен и Февральское. Преобладающее большинство местрождений других металлов и неметаллических полезных ископаемых в области содержит в качестве попутных полезных ископаемых или мешающих (вредных примесей) уран и тории. Среди них следует отметить Васильковское золото-висмут-уран-мышьяковистое, Сырымбетское оловянно-вольфрамо-полиметаллическое с ураном (торием) и др. элементами, Павловское торий-бериллисвое, Обуховскоетитано-циркониевое с радиоактивной минерализацией циркона и монацита. Барчинское вермикулитовое и торий-урановое, Дубравское - апатита с ураново-ториевой минерализацией и др.
Вследствии высокой насыщенности недр Кокшетау месторождениями и рудо-проявлениями радионуклидов, широкой распространенности гранитоидных пород и в результате длительно действовавших процессов химического и физического выветривания, инфильтрации, эвапорации, гидротермальной проработкой и др. в трсщинно или пористо проницаемых зонах, пластах, блоках пород и др. коллекторах происходило накопление радионуклидов во всех горизонтах вмещающих, перекрывающих (вскрышных) горных пород, грунтах и почвах. В результате поисковых геологоразведочных работ, сопровождающихся глубинными наземными и аэрорадиометрическими и гамма-спектроскопическми съемками практически во всех литологических разностях пород, встречающихся в районе, выявлены тысячи поверхностных и глубинных гамма-аномалий различной интенсивности (100-1 ООО мкр/час) природы. Как показывают данные (табл. № 1 и 2), интенсивность радиоактивных аномалий не зависит от состава пород. Интенсивные аномалии, как и месторождения урана (тория), наблюдаются как в рыхлых молодых образованиях (пески, глины, коры выветривания), так и в коренных (скальных) породах различного литологического состава и возраста.
Среди коренных пород наибольшей радиоактивностью обладают девонские интрузивные породы кислого и щелочного (калий содержащие) составов (граниты лейкократовые, биотитовые, мусковитые, гранат-порфиры, сиениты и др.). Их аномальная радиоактивность в среднем составляет 88 мкр/час, а максимальная (А шах) до 300 мкр/час при фоновой в среднем 66 мкр/час и максимальной 145 мкр/час. Средняя аномальная радиоактивность аналогичных по составу пород более древнего ордовик-силурийского возраста составляет 88 мкр/час, а фоновая 36 мкр/час, т.е. примерно в два раза ниже. Во временном интервале от верхнего ордовика до верхнего девона (440-350 млн. лет) естественная радиоактивность возрастает более чем в два раза от 30 до 80 мкр/
Таблица 2
Аномальная и фоновая раяиоашпвность некоторых интрузивных пород Кокчетавского срединного массива
(поданным гамма-каротажа)
оо 00
№ Наименование горных пород и руд Геологический объект К-во определений Радиоактивность в мкр/час
Аномальная Фоновая
тю гаах ср/мод тт шах ср/мод 11ИП тах
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1. Глины Кумдыколь, Сырымбег, Ивановка, Ускен, Конисбай 57 55 1150 213/125 8 60 24/15 2,3 28,7
2. Пески титано- циркониевые Обуховское титано-циркониевое м-ние 21-36 18 197 86/75 2,2 29,2 6,9/75 2,2 29,2
3. Прочие, в т.ч. ураноноеные пески Ускен, Конисбай, Ивановка 26 58 842 187/125 10 90 26,3/17,5 2,0 28,0
4. Коры выветривания по гранитам Сырымбег, Ускен, Ивановка, Лавровка 138 62 1400 164/125 5 150 56/40 1,4 23,2
5. Коры выветривания по осадочным породам (сланцы, аргиллитам и ДР-) Сырымбег, Ускен 61 70 2250 262/100 10 100 33/25 1,9 90,0
6. Коры выветривания пироксенитов Барчинское вермикулитовое м-ние 24 53 305 165/125 12 155 45/20 1,7 12,0
7. Кора выветривания карбонатитов (редкометалльных) Барчинское вермикулитовое м-ние 11 110 1800 543 20 45 39 5,5 45
8. Кора выветривания габбро и габбродиоритов Ускен, Дубровка, Краснокаменка- Славянка 37 80 1700 347/125 10 56 30,0/15,45 2,4 113,5
9. Руды урана Фланги Васильковского м-ния 43 260 2300 628/400 10 180 73/60 3 50
10. Руды урана Южно- Васильковское (Чаглинское) м-ние урана 27 200 3230 895/400 10 40 25/25 8 108 26
11. Р^цы урана м-ние Ускен 32 250 2250 653/300 10 25 59/35,70 3 75,0
12. Руды золота, совмещенные с урановой, урано-ториевой минерализацией Сырымбетское олово-полиметаллическое м-ние 46 98 2400 268/150 8 50 2 2,6 220
13. Руды олова, совмещенные с урановой, ураноториевой минерализацией Сырымбетское олово-полиметаллическое м-ние 51 96 975 260/160 10 166 50/35,55 2,0 29,6
14. Кальцифиры м-ние Жолдыбай 48 - - - 3 36 11,6/10 - -
15. Мрамора м-ние Жолдыбай 40 - - - 3 23 6,9/5 - -
16. Гнейсы в т.ч. очковые м-ние Жолдыбай 31 - - - 12 28 18,8/18 - -
17. Скарны м-ние Жолдыбай 71 - - - 3 28 11,7/9 - -
18. Почвы м-ние Чаглинское 67 19 52 27,6/24 15 22 18/ 17,5 - -
19. Бурый уголь м-ние Кзьипуское 12 2 10 5,5/5 6 35 22,3/27,5 0,1 0,43 ■
I
5
гп
X
1
>
I £
Г)
£
X >
час. и она уменьшается по мере повышения основности пород от гранитов-плагиогранитов до габбро.
Наименьшей радиоактивностью из интрузивных пород обладают кембрийские габбро, габбро-диориты. Аномальные ее значения в среднем составляют 28 мкр/час, а фононы 14 мкр/час, при максимальных, соответственно, 55 и 20 мкр/час. Также низкой радиоактивностью характеризуются и древнейшие протерозойские метаморфические комплексы пород - кристаллические сланцы, гнейсы; эмфиболиты и эклогиты. У последних радиоактивность понижается до первых единиц мкр/час. Среди этой категории пород находятся и основные разновидности декоративных облицовочных и поделочных камней области - каль-цифиры, мраморы, гнейсы и скарны (табл.2). Как видно из табличных данных, они также характеризуются очень низкой радиоактивностью, позволяющей отнести их по радиационно-гигиенической классификации к I классу пород, применяющихся в жилищном и гражданском строительстве без ограничений.
Среди рыхлых пород образовавшихся в результате разрушения и преобразования коренных отложений широким распространением пользуются мезозойские коры выветривания щебнистого, щебнисто-глинистого и глинистого (каолинового) составов. Они развиты в районе практически повсеместно, мощность их колеблется от нуля до первых сотен метров. В подавляющем большинстве случаев юры выветривания наследуют от материнских пород концентрации радиоактивных элементов. В зоне границы кора выветривания - коренные породы радионуклиды в какой-то степени перераспределяются - выщелачиваются (объединяются) или обогащаются. Аномальная радиоактивность образований коры выветривания может достигать значительных величин (1800-2250 мкр/ час) и в среднем варьирует от 164 до 543 мкр/час. Средние фоновые значения колеблются в пределах от 30 до 56 мкр/час. Аномальная радиоактивность превышает фоновую в 3,2-16,5 раз. (табл.2), коры выветривания обычно перекрыты чехлом третичных и четверичных огложений (глины, суглинки, пески, почвы мощностью от 0 до первых десятков метров. Эти породы, как правило, имеют нормальное кларшвое распределение радиоактивных элементов. Но и здесь бывают исключения, когда в отдельных зонах, пластах в результате инфильтрации водных растворов, процессов окисления /восстановления, волной сортировкой и др. происходит накопление урана (Аиртауское месторождение) или тория (Обуховское месторождение).
Из кайнозойских покровных отложений наибольшая радиоактивность у глин (до 11.50 мкр/час), среднее значение аномальной радиоактивности 213 мкр/час, фоновой 24. Среднее превышение аномальной радиоактивности над фоном составляет 9. Некоторые разности глин, например, тем-
ноцветные (до черных) озерные (илистые, до илов), богатые органикой содержат линзы или прелой с рудными концентрациями урана. Радиоактивность песков несколько ниже, но также может достигать значительных величин (до 842 мкр/час) в случаях обогащения их урано-ториевой минерализацией. Самым верхним слоем четверичного покрова является почвеннорастительный. Радиоактивность его обычно низкая, но на отдельных участках над месторождениями и рудопроявлениями урана-то-риевых руд, или там, где к поверхности приближаются или выходит на нее гранитоидные породы она может быть в следствие процессов инсоляции (эвапорации) несколько повышена. В качестве примера в табл.2 приводятся данные по радиоактивности почв над Чаглинским месторождением урана. Максимальная радиоактивность почв здесь достигает 52 мкр/час, что примерно в 3 раза превышает фоновую.
Наибольшей радиоактивностью среди руд обладают коренные урановые руды месторождений Чаглинского, Васильковского и Ускен, а таюке коровое оруденение урана на месторождении Ускен (А мах 2250 мкр/час). Максимальная их радиоактивность в изученных случаях достигает 2250-3230 мкр/час.
Средняя аномальная (Аср) варьирует от 628 до 895 мкр/час. Превышения над фоном колеблется от 10,1 до 26,4 раз. К рудам урана условно могут быть отнесены и ураноносные пески, вскрытые на участках Ивановском и Конысбай в долине р. Чаглинка (Амах 842 мкр/час, Аср 187 мкр/час). Урановое оруденение образовалось здесь в результате инфильтрации уран содержащих растворов в проницаемых отложениях и выпадения из них урана на границе восстановительно-окислительных сред. Подобного типа, так называемое, гидрогенное промышленное урановое оруденение разведено в Юрских конгломератах, песчаниках и алевро-песчаниках в районе оз. Селетытениз на урано-молибден-селеновом месторождении Семизбай.
Примером руд тория служат коры выветривания по пироксенитам и редко-металльным карбонатитам на Барчинском месторождении вермикулита (А мах 1800 мкр/час, Аср 543 мкр/час), являющиеся одновременно рудами вермикулита и апатита (фосфора).
В практике геологоразведочных работ имеются многочисленные примеры совмещения руд золота, олова, вольфрама, алмазов, титана и циркония, редких металлов и др. с радионуклидами, вплоть до промышленных концентраций последних. Так, руды золота Васильковского место-
рождения, совмещенные с урановой или ураноториевой минерализацией по радиоактивности имеют следующие параметры: А мах 2400 мкр/час, А ср 268 мкр/час при среднем превышении аномальной радиоактивности руд над фоном 25,4 раза. Для руд олова Сырымбетского месторождения они соответственно составляют 975, 260 мкр/час и 6,3 раза. Поэтому очевидно, что при извлечении и концентрировании главных компонентов руд и др. месторождений в хвостах обогащения, рудных концентратах повышенная радиоактивность. Причем, радиоактивные элементы входят в кристаллическую решетку циркона. Поэтому улучшить технологические свойства концентрата путем гравитационного разделения в водной среде и избавить от повышенной радиоактивности практически невозможно.
Радиоактивными, как правило, являются и редкометальные руды тантала и ниобия (месторождения Сары-Булак, Лосевское и др.) к тому же вмещающей средой для них служат молодые высокорадиоактивные граниты, содержание урана в которых достигает 9 г/т. (для сравнения в эк-логите 1 г/т, справочник «Требования промышленности к качеству минерального сырья. Уран»),
К важным нерудным полезным ископаемым относятся каменный и бурый угли. Хотя и в Кокшетауской области (ныне Акмолинской) нет крупных месторождений угля, а имеющиеся невелики по запасам и качеству (высокая зольность), сложившиеся в настоящее время тяжелое положение с энергоносителями диктует необходимость разработки местных месторождений угля. Краткие и порой отрывочные сведения о радиоактивности углей почерпнуты нами из отчетов по поисково-разведочным работам, проведенными в области в 50-60-е годы.
Бурые угли наиболее крупного Кзылтуского месторождения имеют пониженную по сравнению с вмещающими породами радиоактивность. Амах - 10 мкр/час, Аср - 5,5 мкр/час, что в 3-4 раза ниже средней радиоактивности вмещающих пород (22,3 мкр/час) см. табл. 2. Каменные угли Ябло-новского месторождения, разрабатывающегося в 40-е годы имеют невысокую радиоактивность (6 мкр/час) и не отличаются по этому параметру от вмещающих пород угленосной толщ (песчаники, алевролиты и сланцы карбона). Каменный уголь Кокчетавского проявления, расположенного в урочище Кызыл Жул-дуз рядом с областным центром, характеризуется повышенной (до 61 мкр/час на фоне 10 мкр/час) радиоактивностью. Общей закономерностью для углей различных угольных бассейнов СНГ является зависимость их радиоактивность
от содержания в них глинистых фракций. Она увеличивается с увеличением их
зольности (концентрацией калия).
Таким образом, совершая обзор сведений по радиоактивности горных пород и руд Кокчетавского рудного районов следует отметить, что абсолютное большинство всех рудных и нерудных полезных ископаемых, получаемых из них концентратов, стройматериалов, художественных и санитарно-техничес-ких изделий, красителей и др. может содержать повышенные концентрации радионуклидов. Радиометрическому обследованию должны подвергаться и горные породы и руды на месте их залегания (скважины, горные выработки, карьеры, хвосты обогащения, отвалы и т.п.) и производимые из них промежуточные и конечные продукты.
Данные обстоятельства не должны служить препятствием широкому использованию богатств земных недр в народном хозяйстве, так как радиометрический контроль на любом по масштабам добывающим или использующим конечную продукцию предприятий организовать в настоящее время технически несложно, материальные затраты при этом невелики, а результаты достаточно всеобъемлющи и объективны. Кроме того, в области имеется большой выбор природных материалов (чем она выгодно отличается от ряда других регионов Республики) и широкая сфера их использования. Следовательно, практически все, что добывается из недр (руды, вмещающие и вскрышные породы, воды и др.) может быть использовано в различных областях народного хозяйства.
Так преобладающее большинство пород, (за редким исключением выявляемым при радиометрическом контроле) древнего метаморфического комплекса (сланцы, гнейсы, мрамора, амфиболиты, эклогшы и др.) интрузивных пород среднего и основного составов (габбро, диориты, дуниты, пироксениты и др.), большинство различных литологичесикх разновидностей осадочных пород палеозоя (сланцы, песчаники, известняки, доломиты и др.) являются с большой гарантией экологически чистыми породами I масса. Продукты их переработки могут использоваться в жилищном, гражданском и промышленном строительстве; в быту, как при внутренних, так и наружных работах и т.д.
Среди пород гранитоиднош рада, атакже некоторых вскрышных пород (глин, грунтов и др.) имеются как низкорадиоактивные, I класса, так и высокорадиоактивные породы II и реже III класса, что в каждом конкретном случае устанавливается радиометрическим методом. Применение таких пород, как и продуктов их переработки ограничивается промышленным строительством, наружными работами, отсыпкой полотна дорог, дамб, плотин, покрываемых нерадиоактивными материалами, работой вне населенных пунктов и т. п.
Руды тяжелых, благородных, цветных и редких металлов, исключая радио-нуклидиые могут быть стерильными (по содержанию последних), так и более высоких категорий (П-У классов), что также выясняется в результате радиаци-онно-гигиенической оценки полезных ископаемых и тогда при их переработке и использовании должны применяться специальные технологии, меры предосторожности, радиационной безопасности и т.д.
И, наконец, руды урана и тория ■ это всегда материалы высших классов, которые не должны использоваться ни в каких видах строительства или сферах народного хозяйства, кроме атомной энергетики или в качестве стратегического сырья,
В практической деятельности, к сожалению, мы сплошь и рядом сталкиваемся с примерами примитивной «в слепую» обработки месторождений полезных ископаемых и использования продуктов их переработки. Известны случаи отсыпки дорог из отвалов забалансовых урановых руд, рассева их вдоль автомобильных трасс, складирования внутри населенных пунктов, закладки радиоактивных фундаментов для жилых домов, использования радиоактивного отсева в качестве «песка» на детских игровых площадках, для засыпки полов, подвалов жилых домов (что приводит к накоплению в них радона), применения радиоактивного щебня для изготовления панельных плит жилых домов, использования радиоактивных титаноциркониевых песков для внутренней штукатурки стен жилых и рабочих помещений, радиоактивных поделочных камней для изготовления внутренних облицовочных покрытий, шкатулок, настольных приборов, брошек, кулонов и т.д., и т.п.
И все же, мы надеемся, что знание и использование полученной информации о естественной радиоактивности горных пород и руд Кок-шетауского рудного района специалистами горнодобывающих и геологоразведочных предприятий, экологической и санитарно-эпидемиологической служб, применение ими современных методик радиацион-но-гигиенической оценки полезных ископаемых и продуктов их переработки, в конечном итоге, приведут к экологически безопасной, грамотной их разработке и использованию горного сырья в народном хозяйстве Республики.
