Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Основные элементы геологического строения рудных полей и особенности распределения полей естественной радиоактивности провинции Лаокай. 5
1.1. Краткий обзор выполненных ранее исследований и обоснования для постановки работ по теме диссертации. 5
1.2. Элементы геологии объектов исследований в провинции Лаокай. 8
1.2.1. Рудное поле Мыонг Хум 9
1.2.2. Рудное поле Бат Сат- Шинь Куен. 10
1 2.3. Рудное поле Лаокай- Кам Дыонг 12
1.2.4. Рудное поле Тхак Бак. 15
1.2.5 Особенности полей естественной радиоактивности в провинции Лаокай 18
Выводы 24
Глава 2. Техника лабораторных и полевых работ, метрология (калибровка и эталонировка аппаратуры) 26
2.1. Введение. 26 2.2. Техника лабораторных измерений в институте ядерной науки и техники CPB(INST) 26
2.3. Техника полевых измерений. 30
2.4. Метрология интегральных и спектральных измерений естественной радиоактивности. 31
Выводы 35
Глава 3. Обработка, анализ и интерпретация результатов полевых исследований 41
3.1. Рудное поле Мыонг Хум 42
3.2. Рудное ноле Бат Сат- Шинь Куен . 50
3.3. Рудное поле Лаокай-Кам Дыонг 60
3.4. Графитовое месторождение Нам Ти 78
3.5. Рудное поле Тхак Бак. 82
Выводы 86
Заключение 87
Библиография
- Элементы геологии объектов исследований в провинции Лаокай.
- Рудное поле Бат Сат- Шинь Куен.
- 2.2. Техника лабораторных измерений в институте ядерной науки и техники CPB(INST)
- Рудное ноле Бат Сат- Шинь Куен
Введение к работе
Исследования естественной радиоактивности в Социалистической Республике Вьетнам (СРВ) имеют достаточно давнюю историю. На первых этапах они проводились с целью поисков и разведки радиоактивных руд, для чего Геологическая экспедиция СРВ выполнила съемку территории Вьетнама в масштабе Ml :500000, Ml :200000, и затем Ml :50000 (для перспективных участков). В результате этих работ были выявлены и разведаны запасы не только радиоактивных руд, но и редких металлов, апатитов, полиметаллов и других видов минерального сырья, с которым генетически связаны повышенные содержания естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ). Все сказанное целиком относится к пограничной с КНР провинции Лаокай (СРВ), находящейся в истоках Красной реки. Провинция переживает бурный экономический рост, связанный как с удобным географическим положением, так и с наличием различных полезных ископаемых и рекреационных ресурсов. Многие полезные ископаемые добываются, вывозятся в другие провинции и за рубеж (в Китай). Исследования, выполненные при участии автора, специалистов ХГГУ, Комиссии по атомной энергии СРВ и других организаций, показали, что радиометрический контроль технологического процесса горного производства или вообще не налажен, или налажен весьма слабо.
Этими же коллективами специалистов проведены радиоэкологические исследования низкофоновых активностей в жилой зоне, в зонах отдыха и туризма (рекреационных зонах), выполнен точечный контроль воды, почвы, воздуха, продуктов питания. Было показано, что систематический радиометрический контроль отсутствует или проводится малочувствительными приборами, не выявляющими аномалий. В тех случаях, когда выявляли аномалии, не исследовали их генетические причины. При оценке доз, как правило, оценивали интегральную дозу по гамма-излучению. Компонентный состав дозы, например, вклад радона, не учитывали (из-за отсутствия необходимых измерений).
Провинция бурно развивается, население быстро растет, однако радиоэкологическая обстановка остается практически неизвестной. Исследования начального этапа (50гт), выполненные малочувствительной аппаратурой, не выявили никаких аномалий фона естественной радиоактивности
Однако наши предварительные исследования показали, что имеются значительные аномалии фона, имеющие урановую природу и связанные с месторождениями полезных ископаемых в данной провинции. Выполненные нами измерения концентраций радиоэлементов в водах показали, что в ряде случаев они значительно превышают фон, поскольку источники питьевого водоснабжения города Лаокай находятся как раз в районах ведения горных работ. Измерения содержания радиоэлементов в организме жителей города Лаокай, выполненные независимой лабораторией в Швеции, показали, что имеются значительные аномалии концентраций урана (в волосах), превышающие в 10 раз фоновые концентрации для жителей других регионов Вьетнама (например, г. Ханой).
Все сказанное потребовало организации геолого-геофизических работ для систематического изучения радиогеоэкологической обстановки в данной провинции. Потребовалось выбрать рациональный комплекс полевых и лабораторных работ для построения карт естественной радиоактивности, для изучения природы радиоактивных аномалий, путей миграции радиоизотопов, источников поступления радиоизотопов в организм жителей региона. Предполагалось, что результаты исследований и рекомендации будут использованы провинциальным правительством для выбора схем развития региона. Предполагалось также, что результаты исследований будут слуогсить моделью для организации и проведения аналогичных радиогеоэкологических исследований в других провинциях Вьетнама. Основные задачи работы 1) Выбор и обоснование комплекса полевых и лабораторных геолого-геофизических исследований для радиогеоэкологического изучения провинции Лаокай,
2) Выбор рациональных масштабов интегральных и спектральных гамма-методов исследования и эманационных съемок для различных объектов (регион, рудник, обогатительная фабрика, населенные пункты и т.д.).
3) Проведение интегральных и спектрометрических измерений гамма-поля в М1:10000 для детализации выявленных аномалий. Проведение измерений содержания радона в воздухе, отбор проб для лабораторных измерений.
4) Создание и обоснование лабораторной системы исследований проб пород, руд, воды, воздуха, включающей международные стандартные образцы МАГАТЭ и международный сопоставительный анализ результатов измерений.
5) Обработка и анализ совокупности полевых и лабораторных результатов, построение набора карт в единой цифровой картографической системе Maplnfo Professional,
6) Выработка и передача для практического использования рекомендаций по дальнейшему развитию провинции Лаокай с учетом выполненных радиогеоэкологических исследований.
Элементы геологии объектов исследований в провинции Лаокай.
Провинция Лаокай является перспективной территорией на целый ряд полезных ископаемых в пределах четырёх известных рудных полей, специализирующихся на редкометальное, медное, графитовое и молибденовое оруденение. С этими типами месторождений, находящихся в стадии освоения, связана повышенная радиоактивность, воздействующая на сотрудников горно-рудных предприятий (персонал), лиц, которые должны работать в контролируемой зоне, и население в целом. К настоящему времени для подобных территорий в СРВ не создана система мер радиационной безопасности, классификация территорий по степени опасности, отсутствует квалифицированный радиационный контроль, медико-демографические исследования и пр. Следует также учесть и такое обстоятельство, что территория провинции Лаокай является заповедной зоной, которую посещают туристические группы не только из Вьетнама, но и из других стран.
Для решения перечисленных задач, контроля за степенью воздействия ионизирующих излучений на окружающую среду, выбора рационального комплекса исследований потребовалось на первом этапе проведение работ по изучению природы радиоактивности. Эта природа, в первую очередь, определяется особенностями геологического строения территории, типами минерализации, составом горных пород района, концентрациями естественных радиоактивных элементов и эманации в них и др. факторами. Такие исследования были проведены при непосредственном участии автора диссертации в пределах рудных полей: Мыонг Хум, Бат-Сат, Шин Куен, Лао-Кай -Кам Дыонг и Тхак-Бак.
Проводились интегральные и гамма-спектрометрические съёмки в масштабах 1:25000 и 1:10000, результаты которых приводятся в тексте диссертации, Исследования сопровождались заверочными геологическими маршрутами, в которых отбирались образцы горных пород и почв, водные пробы и определялась подпочвенная концентрация эманации в эпицентрах аномалий естественной радиоактивности. Кроме этого автором проведен анализ геологического строения рудных полей по опубликованным работам, имеющимся геологическим картам масштабов от 1: 200000 до 1: 10000, основные элементы которого приводятся ниже. 1.2. L Рудное поле Мыонг Кум занимает территорию в 50 кв.км и находится в условиях резко расчленённого рельефа (с абс. отм. до 1500 м.). Основными породами, слагающими водоразделы, являются сильно метаморфизованные породы палеозоя.
Стратиграфически выделяются: кембрийские метаморфизованные известняки, доломиты комплекса Шана, нижний слой которого слагают кварц-серицитовые сланцы с прослоями известняков и доломитов, а также, в меньшей, части кварцевые песчаники и кварциты. Кварц-серицитовые сланцы в своём составе содержат до 40% серицита, 20% биотита, 20-30% кварца и 10% хлорита. Отмечается присутствие скаполита. Кварцевые сланцы и песчаники расслоены, разбиты системами трещин. Общая мощность пород до 500 м. Возраст пород (кембрий) определён по ископаемым остаткам фауны.
Девонские отложения представлены метаморфизованными осадочными породами: кварц-серицитовыми сланцами с содержаниями кварца до 50%, серицита до 30% и каолинита до 20%; каолинизированными известняками с содержаниями каолина до 50%, серицита до 30% и включениями углистых остатков в виде мелких прослоев. Общая мощность толщи девонских отложений до 700 м.
Мощность экспозиционной дозы над этими образованиями по гамма излучению не превышает 25 мкр/час. На рис 2. приведена карта интегрального гамма-поля изучаемого региона, построенная на начальном этапе работ в Ml :25000. Карта явилась основанием для постановки детальных исследований объекта.
Интрузивные породы распространены в СВ и ЮЗ частях рудного поля. Они представлены гранитами и грано-сиенитами серии Мыонг, прорывающими породы кембрия и девона. В составе этих образований отмечаются нефелиновые сиениты, несущие редкометальное оруденение.
Рудное поле Бат Сат- Шинь Куен.
Название получило от наименований городов и занимает территорию в 72 кв.км. Находится в пределах низкогорного рельефа. В геологическом разрезе породы от протерозоя до четвертичного периода. В основании залегают породы протерозойского возраста представленные метаморфизованными кварцевыми, слюдяными, гранат-силлиманитовыми сланцами. В слюдяных сланцах отмечаются прослои графитизированных сланцев и линзы графита.
Выше с тектоническим несогласием залегают кембрийские породы комплекса Кам Дыонг, представленные преимущественно карбонатно-кварцевыми, филлитизированными песчаниками, среди которых залегают линзовидные залежи апатита с содержанием Р2 05 до 18%. Мощность таких образований может достигать первых десятков метров.
Пермские образования комплекса Кам Туй представлены актинолит-альбит-хлоритовыми, актинолит-хлорит-эпидотовыми сланцами общей мощностью от 100 до 120 метров.
Неогеновый комплекс горных пород отмечен в бассейне р. Хонг. Он представлен в нижней части разреза гравийными отложениями, сланцами и песчаниками с линзами каолинита, угля при общей мощности 100-150 м.
Четвертичные аллювиальные отложения отмечаются в долинах рек и на террасах 1,2. уровня. Мощность песчано-гравийных пород с линзами белого каолинита не превышает 3-4 м.
Магматические породы представлены отдельными малыми гранит-порфировыми, горнблендитовыми интрузиями, дайками керсантитов. Мощность экспозиционной дозы над подобными образованиями достигает 30-50 мкр/час.
Основной тектонической структурой является разлом, картируемый вдоль р.Хонг и к которому приурочено месторождение фафита Нам Тхи, в породах отмечаются повышенные концентрации А1203, вдоль разлома на поверхность выходят малые интрузии биотитовых фанитов.
К тектонической зоне Фан Си Пан примыкают карбонатные образования пермско-триасового возраста с линзами и прослоями апатитов.
Таким образом на данном рудном поле основными полезными ископаемыми являются апатитовые и фафитовые залежи, жильно-прожилковое медное оруденение, которые находятся в начальной стадии освоения. Карты интефального гамма-поля в Ml :25000 приведены на рис 4 и 5. Занимает площадь в 8 кв.км. и находится в зоне сильно расчленённого рельефа с абсолютными отметками от 1700 до 2400 метров. Территория относится к национальному заповеднику.
Рудное поле слагают протерозойские сильно метаморфизованные биотитовые и амфиболитовые сланцы общей мощностью до 100 метров, которые обрамляют батолитовую структуру представленную гранитами, плагиогранитами и граносиенитами. В приконтактовый части породы сильно ороговикованы, отмечаются отдельные пегматитовые тела мощностью до 6 метров и протяжённостью до 10-30 метров. На рудном поле развиты многочисленные тектонические нарушения, в которых отмечены зеркала скольжения, милонитизированные зоны. С подобными зонами связывается молибденовая минерализация, имеющая промышленное значение.
Выделяются две рудные зоны с размерами по простиранию 570 м. и мощностью 250 м. при содержании Мо до 0.1%. Зона прослежена до глубины 120 метров. Вторая зона имеет мощность 100 м. и протяжённость 200 м., прослежена до глубины 150 м. с содержанием Мо 0.1%. Руды гидротермального типа и имеют связь с гранитоидами системы Ие Иен Сун.
Следует отметить, что проведенные геологические исследования на территориях описанных выше рудных полей не включали радиометрические работы, поэтому отсутствовали данные по изучению естественной радиоактивности горных пород, возможной генетической связью молибденового оруденения с урановым. В этой связи проведение радиоэкологических исследований в провинции Лаокай на территориях осваиваемых рудных полей представляются чрезвычайно актуальными с точки зрения оценки радиационной безопасности густонаселённой территории СРВ. Обзорные карты гамма-поля приведены на рис 6 и 7.
На территории провинции Лаокай при работах по геологическому картированию в масштабах 1:200000 — 1:50000 проводились маршрутные измерения естественной радиоактивности в интегральном варианте. На некоторых участках редкоземельного оруденения и на месторождении меди эти работы были проведены в более крупных масштабах. В частности ЦИПФГ с 11 участием автора диссертации провёл работы на 13 участках с повышенной радиоактивностью. Эти работы велись по проблеме: Оценка радиационного состояния с целью ограничения воздействий на окружающую среду и население.
На основе этих материалов можно сделать вывод о том, что поле естественной радиоактивности обусловлено геологическим строением провинции Лаокай. Наряду с фоновыми значениями мощности экспозиционной дозы по гамма-излучению в районе обнаружены зоны высоких значений, достигающих величин предельно допустимой дозы вдоль водоразделов, простирающихся в СВ и ЮЗ направлениях и приуроченных к тектоническим зонам, особенно в щ, приконтактовых частях с интрузивными образованиями. При этом отмечена генетическая связь этих аномалий с редкометальным (до 1000 мкр/час) и урановым оруденением (месторождение Шинь Куен и месторождение Мыонг Хум). Для большинства горных пород района радиоактивность соответствует общепринятым значениям и зависимостям.
Техника лабораторных измерений в институте ядерной науки и техники CPB(INST)
Канадская установка Canberra-40 (рис 11) для измерения гамма-активности образцов. Параметры: полупроводниковый детектор из сверхчистого германия HpGe объемом 67 смЗ, относительная эффективность 14%, разрешение 1.85 кэВ на линии 1.33 МэВ (в новой установке ORTEC используется новый детектор объемом 150 смЗ) В установке используется стандартная компьютерная программа обработки сигнала и количественной оценки содержаний элементов, поставленная МАГАТЭ. Эта система обработки спектров называется DART, в ней находится также стандартная база данных гамма-спектров. Вместе с установкой были поставлены стандартные гамма-излучатели и стандартные образцы состава. Использованы две системы стандартов: энергетическая калибровка шкалы производится с помощью набора источников Isotrak QCR9110. Стандартные образцы состава для ЕРЭ (уран, торий, калий) включают RGU_1 , RGTH_1 ,RGK_1, стандартный образец почвы SOIL_6, стандарт состава воды. (Все образцы поставлены МАГАТЭ). Примеры обработки и представления спектров эталонов приведены на рис 8.
Геометрия измерений была плоской, когда образец весом 150г размещался на поверхности детектора (2л —геометрия). В другой геометрии (условно названной Зл —геометрия) предварительно измельченный образец породы весом примерно 600г насыпали в кассету цилиндрической формы и надевали на детектор. Время измерений для геологических образцов составляло 10000 сек, для низкофоновых экологических образцов—80000сек (почти сутки). Институт (INST) является единственной организаций во Вьетнаме, в которой проводятся измерения радиоактивности по международным стандартам. Сотрудникам института (и автору работы) приходится иметь дело с самыми разнообразными пробами природных веществ и искусственных соединений (пробами воды, пищевыми продуктами, почвами, промышленными изделиями и т.д.). Поэтому диапазон активностей, объемы проб и время измерений меняются очень сильно.
Установка сделана низкофоновой, для этого образцы размещаются в защите из старого металла (металла, который был выплавлен до начала ядерных испытаний в 1945г и не содержит искусственных радиоактивных изотопов, выпадающих в результате ядерных взрывов). Для этого была использована сталь из разобранного старого моста, построенного до 1945г. Такие низкофоновые установки очень важны для создания системы низкофоновых экологических измерений в каждой стране. Рис 8,9.
Примеры обработки и построения полупроводниковых гамма-спектров естественной активности приведены на рис 10.
Спектрометрическая установка со сцинтилляционным детектором NaI(76X76mm). Эта установка является стандартной (рис 10). Для работы установки использованы те же самые стандарты состава и стандартные излучатели МАГАТЭ (Standard Source Isotrak QCR9110). Стандартные гамма-излучатели для калибровки энергетической шкалы спектрометров: кобальт-57, кобальт-60, цезий-137, железо-55, америций-241.
Для этих установок ранее существовала система стандартных образцов состава горных пород, которая обеспечивала измерения со средней погрешностью по калию, урану и торию соответственно 15,10, 10% (для горных пород и руд) и 10,30,30% (для пищевых продуктов). В данной работе техника измерений бьша усовершенствована, что позволило снизить суммарную погрешность. Для контроля погрешности измерений бьша использована техника повторных измерений с шифрованными образцами. Результаты показали, что реальная погрешность по калию, урану и торию составляет соответственно 5, 3, 2% для руд и концентратов и 2-5, 10-25, 10-25% для пищевых продуктов, в которых использовали образцы большого веса (10 кг). Кроме того, серия образцов была послана в другие организации (Швеция) для независимых сопоставительных измерений, как это принято в организациях системы МАГАТЭ. В последнее время для таких измерений приобретен новый интегральный прибор RADOS (Finland).
Для рентгено-флюоресцентных исследований использован полупроводниковый кремниевый детектор в виде тонкой пластины с разрешением 180 эВ. Эффективность детектора-18-20%. В качестве источника использован кадмий-109 активностью 2 мКюри. Для тяжелых элементов использован америций-241. Вся система получена из МАГАТЭ в 1992г.
На этой установке определяли легкие элементы (калий, кальций), средние по атомному номеру элементы (ванадий, железо, марганец, медь, цинк, рубидий), и тяжелые элементы (торий, уран, свинец). Погрешность для легких элементов составляет 10-15%, для тяжелых элементов 50%. Для малых концентраций (экологические образцы) время измерения составляет Зч., для геологических проб-ЗОмин. Требуется предварительная подготовка образца (измельчение, приготовление тонких плоских однородных проб).
Для измерений альфа и бета-активности в пробах воды использована японская установка AJoka LSC-6101 с жидкокристаллическим детектором большого объема. Для измерений на специальном нагревателе испаряли 1л воды. Сухой остаток размещали на детекторе для измерений.
Рудное ноле Бат Сат- Шинь Куен
Детальный радиоэкологический анализ этого объекта выполнен потому, что он находится в непосредственной близости от г. Лаокай. Анализ показал, что не наблюдается значительного превышения аномалий над допустимыми пределами, однако рядом с рудником проходит источник питьевого водоснабжения. Поэтому требуется мониторинг вод, который выполнен в работе.
Карты спектрального гамма-поля на графитовам месторождении Нам Ти в горах над Лаокаем (Ml :10000). Не наблюдается значительного превышения аномалий над допустимыми пределами, однако рядом с рудником проходит источник питьевого водоснабжения. Поэтому требуется мониторинг вод, который выполнен в работе.
Карты эквивалентной интегральной годовой дозы на графитовом месторождении Нам Ти в горах над Лаокаем (Ml :10000). Не наблюдается превышения дозы над допустимыми величинами.
Дополнительно к этому выполнен лабораторный анализ 250 проб воды, 100 образцов человеческих волос и т.д.). В результате выполнения работы выявлены ранее неизвестные радиационно опасные зоны провинции Лаокай Вьетнама. Анализ выполнен несколькими независимыми лабораториями (Вьетнам, Швеция), прошедшими сертификацию и сопоставительный анализ по программам МАГАТЭ (Международной комиссии по атомной энергии— IAEA). Эти результаты опубликованы и переданы руководству провинции для принятия решений [24-31,35-37,42-44].
Объект занимает площадь в 8 кв.км. и находится в зоне сильно расчленённого рельефа с абсолютными отметками от 1700 до 2400 метров. Территория относится к национальному заповеднику.
Рудное поле слагают протерозойские сильно метаморфизованные биотитовые и амфиболитовые сланцы общей мощностью до 100 метров, которые обрамляют батолитовую структуру представленную гранитами, плагиогранитами и граносиенитами. В приконтактовый части породы сильно ороговикованы, отмечаются отдельные пегматитовые тела мощностью до 6 метров и протяжённостью до 10-30 метров. На рудном поле развиты многочисленные тектонические нарушения, в которых отмечены зеркала скольжения, милонитизированные зоны. С подобными зонами связывается молибденовая минерализация, имеющая промышленное значение.
Выделяются две рудные зоны с размерами по простиранию 570 м. и мощностью 250 м. при содержании Мо до 0.1%. Зона прослежена до глубины 120 метров. Вторая зона имеет мощность 100 м. и протяжённость 200 м., прослежена до глубины 150 м. с содержанием Мо 0.1%. Руды гидротермального типа и имеют связь с гранитоидами системы Ие Иен Сун.
Радиоэкологические исследования в рекреационной зоне Тхак Бак выполнены впервые, и их результаты оказались неожиданными для организаторов туризма. Они полагали ранее, что в экологически чистом, свободном от промышленности регионе не может быть каких-либо опасностей. Полученные результаты также потребуют принятия управленческих решений. Выводы:
1. Таким образом, установлена и доказана связь между уровнем радиационного фона в некоторых горно-добывающих регионах провинции Лаокай, уровнем содержания урана в подземных водах и аномалиями радиоактивности участков тела жителей данного региона.
2. В качестве обобщения результатов исследований по нескольким регионам провинции Лаокай предложена классификация различных зон по относительной радиационной опасности, связанной с горно-добывающей деятельностью. Классификация включает 5 известных позиций и две позиции, разработанные для данного региона: 1)эквивалентная доза для населения превышает 1 мЗв\год, 2)эквивалентная доза для работников, имеющих дело с радиацией, превышает 5 мЗв\год, 3) эквивалентная доза для профессионалов, имеющих дело с радиацией, превышает 20 мЗв\год, 4) если объект имеет концентрацию урана выше 30 ррт (3 10"5), содержание тория выше 60 ррт (6 10"5) и содержание калия 4810 Бк\кг, то минеральное сырье этого объекта нельзя использовать для изготовления строительных материалов. 5) если объект имеет концентрацию урана выше 295 ррт (3 10"4), содержание тория выше 860 ррт (86 10"5), проживание в регионе опасно. 6)концентрация радона в воздухе превышает 150 мБк\литр (150 EKW) (требуется вентиляция). 7)если альфа- и бета- активность воды превышает соответственно 0.1 и 1 Бк\литр воды (нормы СРВ TCVN5945-1995), то использование воды опасно. региона.
Результаты исследований будут служить моделью для организации и проведения аналогичных радиогеоэкологических исследований в других провинциях Вьетнама.
