Способ определения скоростей миграции радиоактивных элементов в горных породах Советский патент 1987 года по МПК G01V5/00 

со эо

00 4::

vl Предлагаемый способ предназначен для количественной оценки миграции элементов в современных геохимических процессах, происходящих в збмной коре. Способ может применяться производ ственными и научно-исследовательскими организациями при геохимических исследованиях и разведке месторождений радиоактивного сырья. Известен способ оценки подвижности элементов в современных геохимических процессах по величине миграционной способности или доле вынесенного из какого-либо объема горной породы нещества в единицу времени (Рх): 1 S3rl5 NX dt где Их - общее число атомов элемента X в объеме системы; dNx - доля атомов, перешедших за время t в подвижное состояние. Для решения уравнения (1) в общем виде необходимо знание закона изменекия концентрации данного элемента в горных породах со времен ем, т.е. в течение миллионов лет:. В частном случае, при Рх const. /. X решением уравнения (1) является выраil,,.. Рх - Mia. - t - t, . где lit и Ntg - числа атомов элемента х в моменты времени t, и соответственно. Недостатком известного способа является то, что не известна концентрация, данного элемента в горной породе (Nt,) в прошлом (t(), поэтому точное значение величины Рх установить невозможно. Предлагаемый способ позволяет на основе закона радиоактивного распада по содержанию в некотором объеме двух естественных радиоактивных элементов (материнского и дочернего) одного и того же ряда -распада, находящихся в состоянии установившегося нарушения радиоактивного равновесия, определить скорости привноса или выноса этих элементов.. Существо предлагаемого способа можно пояснить следующим образом. Дифференциальные уравнения измененин во времени в некотором объеме количества атомов двух последовательно превращающихся радиоактивных элементов с учетом их миграции (привноса ипи выноса) имеют, вид и . (3) --- V, -.,N, + ,N, - ft.Nj, (4) где N, и N , Л, H.j и V, и .V-, числа атомов, в исследуемом объеме, постоянные радиоактивного распада и скорости миграции материнского и дочернего элементов соответственно. Решениями уравнений (3) и (4) при постоянных значениях V, и V и наличии радиоактивного равновесия в ряду рассматриваемых элементов в начальный момент времени (t 0) являются выражения+ V,( ) (5) Л,н; -л.м,,. . - - . о,( 1 .v,,(i-. ) v,(i-i-. где NQ, - начальное равновесие количество материнского радиоактивного элемента. Отсюда скорости V. или V через ко,, эффициент радиоактивного равновесия (к), содержание материнского элемента (N), и время протекания геохимического процесса (t) определяется по уравнениям: . . Jj 1 - 1 -Г 1 р( , к . л,-л, - 1 - Для установившихся в земной коре геохимических процессов, т.е. при наличии в системе равновесия в явлениях привноса, выноса и р&спада радиоактивных элементов, скорости V, и Vj не зависят от t и определяются по упрощенным формулам:. V;, г: (.)ИД 1-К) (атомов ед. , времени) или V ТУ, N, (К-О .. Формула в общем виде для опредеgg ления скоростей миграции материнского (Vj ) и любого последующего дочернего элемента (У+п) имеют вид: . V; -«; а Ni(T-K) (11) Vi+nab Ni(K-l) (12) где коэффициенты а и Ъ представляют соотношения постоянных распада материнского- X, и других последующих дочерних элементов А; и определяются решениями дифференциальных уравнений типа (3, 4) для конкретных дочерних элементов (i+n). Например, для материнского элемента - урана 238 и дочернего - урана 234-а - ггв г-) Ь Л,яа для урана 238 и радия 226 гг& Направление движения радиоактивно го элемента (привнос или вынос) опре деляется величиной коэффициента радиоактивного равновесия (К 1 или К «с 1), и следовательно, знаком-перед V, иЛи Vi+n. Пбложительные значения Vi и Vi+n соответствуют привно су материнского или дочернего эле ментов, отрицательные - вьшосу. П р и м е р. На границе геохимического барьера (переход от аллювиальных пестроцветньпс плин к сероцветам) в речных отложениях происходит осаждение урана, вследствие чего в пробах, отобранных из горизонта .сероцветов, наблюдается сдвиг радиоактивного равновесия в сторону избытка урана, т.е. средний коэффициент радиоактивного равновесия К 0,66, Среднее содержание урана в пробах ( ) составляет 2, породы. Геохимический процесс накопления урана по геологическим данным начался в четвертичный период, т.е. при t 10TRQ 226 (периода полураспада радия, равного 1600 лет). Эти данные свидетельствуют о наличии установившегося сдвига радиоактивного равновесия между ураном и радием. По;этому подставив значения К и P,g в 1формулу 10 у-в (1-К) 6,02 .8 , |l (i-K) решенную для случая урана-радия, где 6,02-10 - число Авдгадро, А - атомный вес урана 238, и А 4 постоянные радиоактивного распада иония (торий 230) и радия 226 соответственно, найдем скорость привноса урана 238. Она равна V 1664-10 атомов /год X грамм породы.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ МИГРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ло установившемуся сдвигу радиоактивного равновесия, отличающийся тем, что измеряют в исследуемой пробе современное содержание двух элементов: материнского и дочернего, одного и тогоже естественного радиоактивного ряда, на основании которых устанавливают сдвиг радиоактивного равновесия между материнским и дочерним элементами и по величине сдвига ('К) и содержанию одного из исследуемых элементов, материнского Ni или дочернего Ni+n - определяют величину скорости миграции материнского V, или дочернего Vi+n элемента по формулам V; с:а N1