CC BY
12
УДК 528.44+504.062 (571.56)+504.05:622 (571.56)
С.Ю. Артамонова, В.Н. Дементьев, Л.И. Разворотнева, С.Н. Олесов
ИГМ СО РАН, Новосибирск
СОЗДАНИЕ ГИС-ПРОЕКТА ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ РАЙОНОВ АЛДАНА (ЮЖНАЯ ЯКУТИЯ) КАК ОСНОВЫ ДЛЯ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
S.Yu. Artamonova, V.N. Dement'ev, L.I. Razvorotneva, S.N. Olesov Institute of Geology and Mineralogy of Siberian Branch RAS (IGM SB RAS) 3 Academian Koptuga., Novosibirsk, 630090, Russian Federation
GIS-PROJECTON OF ALDAN MINING DISTRICT (SOUTH YAKUTIA) AS BASIS FOR RADIOECOLOGICAL MONITORING
Radiogeochemical data obtained in 2005-2008th are enumerated and gathered in GIS-project. GIS-project is based on UTM geo-coded Landcat space photo, WGS-1984. GIS-project has themes of primary data, such as power of the exposure dose of gamma-radiation, contents of radionuclides in water, alluvium, moss and larch tissues. GIS-project will be basis for ecological monitoring.
Золотодобывающая промышленность Алдана является одной из отраслей, оказывающих значительное влияние на местную природную среду. Еще на стадии геологоразведочных работ извлекаются большие объемы пород, зачастую содержащие высокие концентрации разных токсичных элементов и естественных радионуклидов в формах, неравновесных в поверхностных условиях. При выветривании эндогенных минералов отдельные элементы переходят в подвижные формы и активно мигрируют в окружающую среду.
Целью работ было изучение поведения естественных радионуклидов в гипергенных условиях на примере отвалов горных выработок на Эльконских золотоурановых месторождениях Алданского района и создание ГИС-проекта как основу для экологического мониторинга.
Золотоурановые месторождения в бассейне рек Элькон и Б. Ыллымах -правых притоков р. Алдан в пределах так называемого Эльконского горста были открыты в конце 1950-х годов. В 1960-1970 гг. проведена интенсивная геологоразведка: пройдено не менее 18 штолен, подготовлено 4 шахты, местоположение всех радиоактивных отвалов еще не уточнено.
Методика работ. Географические координаты определялись с помощью GPS-навигатора Etrex Garmin с абсолютной погрешностью не более 4-10 м.
Радиометрическая съемка проведена сцинтилляционным радиометром СРП-68-
222 2
01 [8]. Плотность потока Rn (мБк/с*м) и эквивалентной равновесной
222 3
объемной активности (ЭРОА) Rn (Бк/м ) измерялась с помощью радономера «Альфарад» РРА-01М-01 [9-10], погрешность измерений ±40%.
Поведение естественных радионуклидов и токсичных элементов в поверхностных условиях изучено с помощью: 1) прямых измерений, 2) экспериментальных работ. Кроме того, подвижность урана и его дочерних элементов оценена по степени нарушения их радиоактивного равновесия по
ллп 0 1 П 1 0 Л
соотношениям изотопов U/ Ra, Pb/ Ra. Для характеристики пород использован Th/U геохимический маркер.
Для определения содержаний радионуклидов использовались следующие методы:
- Сцинтилляционная гамма-спектрометрия (СГС) в ИГМ СО РАН:
238
измерения проведены по интенсивности гамма-излучения эквивалентного U
226 232 40
(по Ra), Th, K с использованием колодезных низкофоновых сцинтилляционных детекторов с кристаллами иодистый натрия NaI(Tl). При анализе делается допущение, что уран и радий в образцах находятся в состоянии радиоактивного равновесия. Масса навески 200-300 г предел обнаружения составляет 0.4 ppm, относительная погрешность не превышает 10 % [13];
Прямая высокоразрешающая полупроводниковая гамма-спектрометрии (ВПГС) с колодезным ППД в ИГМ СО РАН. Для этого метода достаточно навески в 1-15 г, время измерения, в зависимости от активности определяемых изотопов варьировалось от 1 до 24 часов. Пределы обнаружения не меньше 0.03 Бк, что соответствует содержаниям 238U 0.25 ppm, 232Th - 0.7-1 ppm, при концентрациях выше 4 ppm относительная погрешность составляет не более 10 % [14];
Инструментальный нейтронно-активационный анализ методом запаздывающих нейтронов (ИНАА) на исследовательском ядерном реакторе ИРТ-Т при институте Ядерной физики, г. Томск. Масса навески 5 г,
п
относительная погрешность не превышает 5 %, предел обнаружения 5*10- %.
На станции элементного анализа ВЭПП-3 ИЯФ СО РАН методом рентгено-флюоресцентного анализа на синхротронном излучении (РФА-СИ) и регистрацией на Si(Li) - детекторе определены концентрации в твердых пробах не только ЕРЭ, но и целого ряда других элементов, включая тяжелые металлы и мышьяк [15]. Нижние пределы обнаружения элементов - до 0.1 ppm в зависимости от энергии возбуждения эмиссионных линий, относительная погрешность не более 10-15 %;
Концентрации ЕРЭ и других элементов в водных пробах измерялись с помощью ICP-MS, ICP-AES в ИГМ СО РАН. Предел обнаружения урана и тория составил 0.002 и 0.1 х 10-9 г/мл. Относительное стандартное отклонение при определении концентраций - 20 %. В качестве второго метода определения U в водных пробах использован лазерно-флюоресцентный метод на приборе «Ангара» (АУФ-Ю/MI). В качестве источника возбуждения флюоресценции применяется импульсный лазер ультрафиолетового излучения. Диапазон
8 4
измерения массовой концентрации урана в водном растворе от 2х10- до 1х10-г/л. При измерениях концентраций урана от 10-6 до 10-4 относительная погрешность измерений не превышает 10 %.
Для построения ГИС проекта района исследования использовался программный пакет ArcView 3.3 с дополнительными пакетами Spatial и 3D Analyst, ENVI4.1. За основу ГИС-проекта использованы геокодированные космоснимки Landcat.
Результаты и обсуждение.
Проведенные исследования позволили уточнить местонахождения 8 горных выработок, оконтурить их отвалы и определить площади отвалов. Сделано 1 484 измерений МЭД на СРП-68-01, 135 измерений концентратомером РКП-306, отобрано и проанализировано 49 проб вод, 57 проб почв, донных осадков, материала отвалов, 136 проб растений. Радиометрическая съемка отвала показана на рис. 1.
Рис. 1. Распределение
мощности экспозиционной дозы гамма-излучения на отвале
40-75 мкР/ч 75-150 мкР/ч
>150 мкР/ч
Лабораторные и полевые исследования содержания радионуклидов в материале отвалов и в компонентах среды (воде, мелкоземе береговой зоны водотоков, почвах и тканях растительности) позволили выяснить, что отвалы являются опасными радиационными объектами - источниками загрязнения природной среды не только естественными радионуклидами, но и тяжелыми металлами (таллием, молибденом), мышьяком и сурьмой. При этом концентрации элементов в поверхностных водах не достигают ПДК, только концентрации урана приближены к ПДК 50 мкг/л. Проведенные расчеты показали, что уран интенсивно мигрирует в водной среде по сравнению с другими радионуклидами и токсичными элементами, коэффициент водной миграции урана достигает 4.6.
Загрязнение природной среды происходит тремя путями: 1) миграция радионуклидов и тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы водным путем, а именно механический смыв, в сорбированном виде на поверхности частиц и в виде коллоидов и химически растворенных формах; 2) пылевой перенос ветром; 3) механическое перемещение в пространстве (по склону) под
действием силы тяжести, температурных перепадов (осыпи, курумы). Водная миграция элементов ведет к наиболее дистанционному загрязнению сопряженных экосистем, два вторых вида загрязнения более локальны.
Путем экспериментальных работ определена доминирующая форма нахождения урана в отвалах, в мелкоземе прибрежной зоны водотоков и почвах - гидрооксидная.
Таблица 1. Содержание и и его дочерних элементов, ^ в отвалах горных выработок по данным прямой высокоразрешающей полупроводниковой гамма-
спектрометрии, Бк/кг
№ пробы МЭД, мкР/ч 238и 226Яа 222Яи 210РЬ 232ТЪ
1 ~ 55 47 48 48 57 36,6
2а ~100 1024 1046 760 815 127.5
2б 1310 1503 1022 1117 138.7
2в 1820 2606 1642 1646 199.5
3а ~400 6470 6858 5526 5306 183.9
3б 6530 6877 5333 5093 187.0
3в 7500 8017 6426 5831 201.6
4 ~450 7470 8437 6421 6584 274.2
5 ~600 157970 278759 234928 198917 478.4
Примечание: МЭД - мощность экспозиционной дозы гамма-излучения. Пробы: 1 - вмещающие гранодиориты; 2 - мелкозем окисленных околорудных кварц-адуляровых метасоматитов (а - фракция > 2 мм; б - фракция 1-2 мм; в -фракция < 1 мм); 3 - мелкозем рудных кварц-адуляровых метасоматитов (а, б, в - то же, как в п. 2); 4 - рудный метасоматит; 5 - высокорадиоактивный рудный метасоматит.
Сделаны первые шаги по оценке связывания урана из загрязненных природных вод на различных природных материалах. Выяснено, что уран из воды можно связать с помощью глинистого, торфяного барьеров, или снизить его подвижность при помощи барьера из местных нижнекембрийских известняков.
Необходимо подчеркнуть, что радиоактивные отвалы горных выработок опасны не только в качестве источника гамма-излучения, радиоактивной пыли, техногенного загрязнения поверхностных вод, почв и растений, но и как источники эманации радона и продуктов его распада. ЕРОА особенно высока у
-5
устьев штолен - достигает 16000 Бк/м3. Даже в палатках наблюдается
3 3
накопление радона до ЕРОА до 400 Бк/м , что превышает норму 310 Бк/ м по НРБ-99.
Предложена форма радиационно-экологического паспорта отвалов горных выработок (приложение 3). Все результаты сведены в единый ГИС-проект, который может стать основой радиационно-экологических паспортов изученных отвалов бассейна р. Русская и Холодная.
Авторы искренне благодарят Мельгунова М.С., Степина А.С., Ю.М. Столбова, Ю.П. Колмогорова, С.В. Палесского, И. В. Николаеву, Л.Б. Трофимову за аналитическую работу.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. С.С. Наумов, М.В. Шумилин. Урановые месторождения Алдана // Отечественная геология. - 1994. - № 11/12. - С. 20-23.
2. В.Е. Бойцов, Г.А. Пилипенко, Н.А. Солодов. Месторождения благородных, радиоактивных и редких металлов. - Москва, НИА-Природа, 1999. - С. 146-159.
3. В.М. Терентьев, В.И. Казанский. Эльконский урановорудный район на Алданском щите. Региональная геология и металлогения. - 1999. - №8. - С. 47-58.
4. С.Ю. Артамонова, Ю.П. Колмогоров. Использование результатов РФА-СИ метода при оценке экологического состояния Алданского золотодобывающего района (Якутия) // Поверхность. - 2005. - № 9. - С. 16-20.
5. Титаева Н.А. Геохимия природных радионуклидов в зоне гипергенеза/Проблемы радиогеохимии и космологии. - М.: Наука, 1991. - C. 64-128.
© С.Ю. Артамонова, В.Н. Дементьев, Л.И. Разворотнева, С.Н. Олесов, 2009
