Ядерно-физические методы разведки

Эти методы основаны на использовании искусственных радиоактивных источников. Изучению подвергаются образцы горных пород, стенки горных выработок, скважин и обнажений посредством их облучения гамма-квантами или нейтронами. Облучать можно также с помощью специальных генераторов нейтронов. Для получения гамма-квантов или нейтронов разных энергий их помещают в экраны-замедлители (свинцовые — для гамма-излучений, кадмиевые или парафиновые — для нейтронов). Меняя источники облучения, их энергию, длительность облучения, изучая разные ядерные реакции источников облучения с электронами и ядрами атомов облучаемых горных пород и руд, можно получить информацию о их химическом составе, физико-механических свойствах, степени насыщенности пород разными флюидами (нефть, вода). Число ядерно-физических методов велико и каждый из них нацелен на решение определенных геологических задач.

К радиоизотопным гамма-методам относятся методы изучения физико-химических свойств горных пород путем облучения их источниками гамма-квантов разных энергий.К ним относятся фотонейтронный анализ, или гамма-нейтрониный метод (ГНМ), плотностной гамма-гамма (ГГМ-П), селективный гамма-гамма метод (ГГМ-С), рентгенорадиометрический метод (РРМ), и радиоизотопные нейтронные методы, включающие: 1)активациопный анализ(НАК), который сводится к облучению образцов руд быстрыми или медленными нейтронами и изучению наведенной искусственной радиоактивности, 2) нейтронный анализ(ННМ и НГМ), основанный на облучении изучаемых объектов медленными нейтронами и определению плотности потока тепловых нейтронов или интенсивности вторичного гамма-излучения, 3) гамма-спектральный нейтронный анализ(ГН-С), заключающийся в изучении спектрального энергетического состава вторичного гамма-излучения радиационного захвата J_nγ.

В заключение следует привести основные ядерно-физические свойства элементов, используемые при геологических, геохимических и геофизических исследованиях.

 

· Проектное задание раздела 2-А.

1. Дать определение ядерной геофизики, ее разделов, методов и области применения.

2. Дать общую характеристику естественной радиоактивности минералов, горных пород и руд.

3. Раскрыть сущность гамма-лучевых и нейтронных свойств горных пород.

4. Объяснить принципы устройства и назначения аппаратуры, применяемой в радиометрии.

5. Рассказать назначение приборов для ядерно-физических исследований горных пород и руд.

6. Дать характеристику основных методов радиометрии.

7. Объяснить для решения каких задач применяется радиометрия.

8. Раскрыть особенности эманационной съемки.

9. Объяснить назначение радиоизотопных гамма-гамма методов.

10. Раскрыть сущность радиоизотопных нейтронных методов.

 

· Тесты рубежного контроля раздела 2-А.

1.

Вопрос: Какие существуют типы взаимодействия гамма-излучения с веществом?

Ответ: Два типа – естественное и искусственное. Ядерные реакции, приводящие к альфа-, бэта- и гамма-излучению. Ослабление в породах гамма-излучения вследствие фотоэффекта, комптоновского эффекта, эффекта образования электрон-позитронных пар и фотоядерных взаимодействий.

2.

Вопрос: Какие основные показатели нейтронных и гамма-лучевых свойств пород?

Ответ: Мощность экспозиционной дозы. Интенсивность естественного и искусственного гамма излучения, длина замедления быстрых и время жизни тепловых нейтронов. Скорость замедления гамма-квантов и нейтронов в горных породах. Частота спектров гамма- и нейтронного излучения.

3.

Вопрос: Что собой представляет аппаратура для измерения радиоактивности?

Ответ: Радиоэлектронные приборы имеющие выносной датчик поля и измерительный блок. Счетчики Гейгера - Мюллера, полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные счетчики, термолюминесцентные кристаллы. Индикаторы альфа-, бэта- и гамма-активности.

4.

Вопрос: В чем особенности аэрогаммарадиометрической и аэрогаммасспектрометрической съемок?

Ответ: В картировании радиоактивных залежей. В изучении радиационного фона территорий. В получении данных о составе радиоактивных элементов на исследуемой площади. В использовании летательных аппаратов с целью мелкомасштабного картирования территорий для обнаружения зон повышенной радиоактивности.

5.

Вопрос: Какие самые сильные поглотители гамма-квантов и нейтронов?

Ответ: Метаморфические и магматические горные породы. Бетонные сооружения. Свинец для гамма-квантов и водород для нейтронов.

 

· Критерии оценки по разделу 2-А.

Коллоквиум.

 

· Литература к разделу 2-А.

Основная:

1. Геофизика: учебник /Под ред. В.К. Хмелевского. - М.: КДУ, 2007. – С. 174-190.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. – М.: Недра, 1988. – С. 202-222.

Дополнительная:

1. Разведочная ядерная геофизика. Справочник геофизика. М.: Недра, 1988. С. 7-216.

2. Скважинная ядерная геофизика: Справочник геофизика /Под ред. О.Л.Кузнецова, А.Л.Поляченко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1990. – С.6-31, 307-311.

3. Вахромеев Г.С. Экологическая геофизика: Учеб. Пособие для вузов. – Иркутск: ИрГТУ, 1995. С. 101-109.

 

Раздел 2-Б - Терморазведка

ТЕМА: Тепловое поле Земли и его циклические изменения. Региональные, поисково-разведочные и инженерно- гидрогеологические термические исследования.

 

Терморазведка – раздел разведочной геофизики, основанный на изучении распределения в земной коре преимущественно естественных и реже искусственно созданных тепловых полей специальными приборами при проведении аэро-, аква- и наземных геофизических съемок в рамках региональных геотермических исследований и поисково-разведочных геотермических работ.

Тепловое поле, равно как и другие физические поля, связывают с материальной средой, в которой возникают и взаимодействуют тепловые потоки. Последние, воздействуя на материальные, в частности природные объекты, определяют их тепловой режим, обусловливая деформацию теплового поля.

Земля, как природный объект, представляет собой тепловой космический модуль, характеризующийся тепловым полем. Это поле складывается из постоянного внутреннего поля Земли (основное поле) и переменного теплового поля, присущего земным оболочкам (литосфере, гидросфере и атмосфере). Основным параметром теплового поля является температура.

Тепловое поле Земли формируется под действием следующих энергетических процессов:

1) Солнечная энергия (получаемая и переизлучаемая обратно);

2) Геотермическая потеря теплоты;

3) Энергия, теряющаяся при замедлении вращения Земли;

4) Упругая энергия, высвобождающаяся при землетрясениях.

Одним из главных источников современной тепловой энергии в земной коре является радиоактивный распад долгоживущих изотопов. Источником тепла является также процесс дифференциации вещества мантии.

Есть физический смысл характеризовать тепловое поле посредством параметров потенциала U и напряженности Е. Однако в результате сложившихся многолетних представлений оперируют понятиями теплового потока, геотермической ступени и др. В большинстве случаев изучают тепловой поток. Он обозначается Q, единица измерения Вт/м², формула – уравнение теплопроводности:

(78), где

- коэффициент теплопроводности (Вт/м*К), - вертикальный градиент изменения температуры К/м. Знак «-» указывает на убывание температуры.

Зональность земных недр по распределению теплового потока изучена недостаточно в силу отсутствия инструментов проникновения вглубь геосфер.