СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1997 года по МПК G01V9/00 G01V5/00 

Изобретение относится к геохронологии и может быть использовано при оценке природы и относительного времени формирования рудных залежей, при проведении поискоразведочных работ и оценке прогнозных ресурсов месторождений.

Известен способ определения возраста минералов и горных пород, включающий последовательное выделение микровключений газов с помощью импульсного лазера при температуре 18 20^oC. В выделенных газах, где под действием быстрых нейтронов ⁴⁰K переведен в ⁴⁰Ar, определяют отношение ⁴⁰Ar/³⁹Ar [1]
Известен способ определения относительного возврата контактирующих биотит-амфибол-содержащих магматических пород, включающий отбор образцов горных пород, спектрометрирование зерна индикаторного материала в видимом диапазоне длин волн и определение расчетным путем его калоритметрических параметров, проведения тренданализа, и по предварительно построенному графику судят о возрасте горных пород [2]
Известен способ определения подземных урановых отложений, предусматривающий помещение под землю дозиметра в виде тонкого слоя толщиной 5 18 кг/см², который накапливает энергию альфа-частиц, активацию дозиметра с целью освобождения накопленной энергии альфа-частиц, измерение количества освобожденной энергии [3]
Недостатком известных способов является трудоемкость определения возраста горных пород.

Ближайшим аналогом является способ определения возраста горных пород - кварца с помощью термолюминесцентной (ТСЛ) дозиметрии [4] Способ заключается в следующем: отбирают образцы кварца. Нагревают образцы до температуры главного пика термолюминесценции. Измеряют спектр ТСЛ кварца и определяют соответствующую дозу ионизирующего излучения D, поглощенную кристаллами кварца за время их пребывания в недрах земли. При этом делается предложение, что накапливаемая доза не обусловлена излучением атомов урана, которые содержатся в кварце. Для определения возраста кварца необходимо измерить концентрацию атомов урана ²³⁸U В кварце C, после чего время жизни кварца определяют расчетным путем на основании D и C.

Недостатком этого способа является то, что, во-первых, не все минералы, в частности, слюды имеют соответствующие спектры ТСЛ, во-вторых, спектр ТСЛ может быть обусловлен не только распадом атомов ²³⁸U, но и наличием в минералах различных дефектов структуры и примеси, что может внести существенную погрешность при определении времени жизни и, в-третьих, необходима трудоемкая процедура определения концентрации атомов ²³⁸U, что значительно усложняет методику определения возраста.

Для устранения этих недостатков предлагается способ определения возраста горных пород с помощью электретно-термической дозиметрии.

В способе, включающем нагрев обработанных образцов, регистрацию спектра релаксационного процесса, определение по интенсивности максимума дозы излучения, по которой характеризуют запасенную образцом возрастную геологическую дозу, перед нагреванием образцы предварительно поляризуют в коронном разряде, а дозу излучения определяют по интенсивности токов термостимулированной деполяризации поляризованных образцов.

Многие природные минералы, являясь хорошими диэлектриками, могут переходить в электронное состояние и для них может быть зарегистрирован спектр токов термостимулированной деполяризации (ТСД). Поэтому, используя спектр ТСД, можно осуществлять дозиметрию ионизирующих излучений. Это свойство кристаллических природных материалов предлагается использовать для определения возраста горных пород.

Возраст определяется с помощью измерений токов спектров термостимулированной деполяризации электретов, которые получаются после поляризации образцов в коронном разряде. Ранее было экспериментально установлено, что для пластинок слюды мусковит и флогопит, облученных разными дозами ионизирующего излучения, в спектре ТСД имеется радиационно-чувствительный максимум при температуре Т 210^oC и T 180^oC соответственно, амплитуда и площадь которого оказываются пропорциональными дозе поглощенного ионизирующего излучения в интервале доз 0 10 Мрад. Кинетические исследования дозных зависимостей величины максимума ТСД показали прямолинейность графиков для мусковита и флогопита до доз 190 Мрад для мусковита и 130 Мрад для флогопита. Максимум в спектре ТСД отжигается после нагревания образцов слюды в течение 1 ч при температуре 500^oC. В последующем радиационно-чувствительный максимум всякий раз восстанавливается после облучения кристаллов слюды разными дозами ионизирующего излучения. Используя это свойство дозных зависимостей максимума ТСД, на основании результатов измерений мощности дозы излучения в месторождении, которая определялась термолюминесцентным дозиметром из лейкосапфира, удается рассчитать возраст слюды и содержащих ее горных пород.

Способ осуществляется следующим образом.

Исследуемый образец слюды в виде пластинок толщиной 10 30 мкм и площадью 1 2 см² поляризуют в коронном разряде в течение 10 мин. После поляризации исследуемый слюдяной электрет помещают между электродами измерительного устройства и измеряют спектр ТСД при скорости линейного нагрева равной 1^oC/мин. Площадь высокотемпературного максимума спектра ТСД, пропорциональная числу радиационных дефектов, находившейся в кристалле слюды за весь период его пребывания в недрах земли с момента формирования оказывается пропорциональной геологическому возрасту минерала. Затем образец отжигают в течение 1 ч при температуре 500^oC для снятия влияния природного облучения кристалла. Отожженный кристалл облучают фиксированными дозами γ-излучения от 1 до 10 Мрад. Для считывания информации кристаллы поляризуют в электрическом поле коронного разряда, после чего нагревают, регистрируя ток термостимулированной деполяризации. На построенном графике зависимости тока ТСД от дозы облучения находят точку максимума предыдущего измерения тока ТСД (до отжига) и по ней определяют дозу облучения D, запасенную образцом за время пребывания его в земле.

На место вынутых кристаллов слюды располагают термолюминесцентый дозиметр, например, из лейкосапфира, помещенный в воздухонепроницаемый контейнер из оргстекла и выдерживают его в течение 366 суток для определения дозы фонового излучения окружающих горных пород в месте извлечения кристаллов слюды P. Таким образом, если предположить, что мощность дозы излучения в течение пребывания кристалла в слюдосодержащей жиле не изменялась, можно вычислить его возраст
.

Пример. Были проведены эксперименты по определению возраста слюд и содержащих их пород Мамского месторождения. Результаты определения возраста слюд приведены в таблице в сравнении с возрастом, определенным известным аргон-калиевым методом. Как видно из таблицы расхождения результатов незначительные.

По сравнению с известными методами определения возраста горных пород предлагаемый метод при достаточной точности определения значительно упрощает процедуру определения возраста.

Использование: в геохронологии, для оценки природы и относительного времени формирования рудных залежей. Сущность изобретения: образец горной породы поляризуют в коронном разряде, после поляризации измеряют спектр термостимулированной деполяризации (ТСД) при скорости линейного нагрева 1^oC/мин. Затем образец отжигают для снятия влияния природного облучения кристалла. Отожженный образец облучают фиксированной дозой ионизирующего излучения. Затем его поляризуют в коронном разряде, после чего нагревают, регистрируя ток ТСД. По зависимости тока ТСД от известной дозы облучения находят точку максимума предыдущего (до отжига) измерения тока ТСД и по ней определяют дозу облучения, запасенную образцом за время пребывания его в земле, определяют дозу фонового излучения окружающих горных пород в месте извлечения кристаллов образцов и рассчитывают возраст горной породы. 1 табл.

Способ определения возраста горных пород, включающий нагрев отобранных образцов, регистрацию спектра релаксационного процесса, определение интенсивности максимума дозы излучения, который характеризует запасенную образцом возрастную геологическую дозу излучения, отличающийся тем, что перед нагреванием образцы предварительно поляризуют в коронном разряде, а дозу излучения определяют путем измерения интенсивности токов термостимулированной деполяризации поляризованных образцов.