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放射性勘探_图

归档日期:06-12       文本归类:放射性勘探      文章编辑:爱尚语录

  放射性勘探 (核地球物理勘探 ) ? ? ? ? ? ? ? ? 一、放射性勘探 二、理论基础 三、仪器 四、常用测量方法 五、应用条件 六、应用 七、优点 八、不足 一、放射性勘探 ? ——是以介质的放射性差异为 是以介质的放射性差异为 基础, 基础,通过观测和研究放射性 场的变化规律来解决地质问题 的方法. 的方法 ? ——放射性场是随机场 放射性场是随机场. 放射性场是随机场 ? ——放射性衰减符合统计规律 放射性衰减符合统计规律. 放射性衰减符合统计规律 二、放射性勘探理论基础 (一)放射性 1、放射性 某些核素的原子核不稳定, 、放射性——某些核素的原子核不稳定,能自发 某些核素的原子核不稳定 地放出射线而变成另一种核素的原子核, 地放出射线而变成另一种核素的原子核,这种 现象称为放射性(衰变 衰变)。 现象称为放射性 衰变 。 2、核素 具有确定中子数和质子数的元素 、核素——具有确定中子数和质子数的元素,以 具有确定中子数和质子数的元素, A 表示, 为元素符号 为元素符号, 为质子数 为质子数, 为质量数 为质量数, 表示,X为元素符号,Z为质子数,A为质量数, zX 等于中子数加质子数。 等于中子数加质子数。 3、元素 具有确定质子数的一类原子。 、元素——具有确定质子数的一类原子。 具有确定质子数的一类原子 4、同位素 质子数相同, 、同位素——质子数相同,中子数不同,在元素 质子数相同 中子数不同, 周期表中占同一位置的元素。 周期表中占同一位置的元素。 5、放射性核素 具有不稳定原子核的核素。 、放射性核素——具有不稳定原子核的核素。 具有不稳定原子核的核素 (二)放射性衰变类型 ? 在放射性衰变中,产生衰变的核素称为 在放射性衰变中, 母体,经衰变而形成的新核素称为子体 子体。 母体,经衰变而形成的新核素称为子体。 根据衰变效应的差别, 根据衰变效应的差别,可将放射性衰变 分为以下几个类型: 分为以下几个类型: ? 1、α衰变 、 衰变 ? 2、β衰变 、 衰变 ? 3、γ跃迁 、 跃迁 1、α衰变 、 衰变 ? α衰变 衰变——核内放出 射线的过程。 核内放出α射线的过程。 衰变 核内放出 射线的过程 ? α射线 射线——带正电的 粒子流。 带正电的α粒子流 射线 带正电的 粒子流。 4 ? 即 2 H e 流,带正电,其初速为20000Km/S。 带正电,其初速为 。 A z X→ A? 4 z ?2 Y + He 4 2 2、β衰变 、 衰变 ? 2、β衰变 、 衰变 衰变——核内放出 射线或俘获一个轨道电 核内放出β射线 核内放出 射线或俘获一个轨道电 子的过程。 子的过程。 ? β衰变包括:β+衰变、β-衰变、电子浮获。β-衰 衰变包括: 衰变 衰变、 衰变 电子浮获。 衰 衰变、 衰变包括 电子浮获为天然β衰变的主要形式 衰变的主要形式。 变、电子浮获为天然 衰变的主要形式。 ? β-射线 射线——高速(接近光速)电子流,带负电。 高速( 射线 高速 接近光速)电子流,带负电。 A z X→ A z +1 Y + β +ν ? ν 为反中微子 电子浮获 ? ? 电子浮获: 电子浮获 质子过剩←获 层电子 质子过剩 获K层电子 A z X + e → Y +ν ? A z -1 ν ? 为中微子 β-和电子浮获 和电子浮获 ? ? β-和电子浮获:可同时进行。 和电子浮获:可同时进行。 和电子浮获 如 41 19 K 3、γ 跃迁 、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? γ 跃迁 跃迁——原子核从高能级回到低能级, 原子核从高能级回到低能级, 原子核从高能级回到低能级 而发射γ射线的过程。 而发射 射线的过程。 射线的过程 第三激发能级 第二激发能级 激发态 ↓ 放出γ射线 第一激发能级 放出 射线 基 态 基态 γ射线 射线——波长极短的电磁辐射(γ光子)。 波长极短的电磁辐射( 光子)。 射线 波长极短的电磁辐射 光子 γ跃迁 跃迁——只改变能量 跃迁 只改变能量 不改变质量、 不改变质量、电荷数 产生γ与 衰变时 可放出γ射线 衰变时, 射线。 产生 与β衰变时,可放出 射线。 各射线特征表 射线 质量 电性 能量 速度 物质穿透力 物质穿透力 空气穿透力 α射线倍正电子 β射线 近电子 电子 γ射线 小 中性 不同核素,能量不同, 不同核素,能量不同, 可区分不同元素 近光速 1米左右 几百米 小于15 MeV, 4-10MeV,不同核素,能量 小于15 MeV,能谱连 10MeV,不同核素, 续 不同 1/10光速 1/10光速 几mm 3-10cm 小于光速 几cm 1米左右 (三)放射性核素的衰变规律 ? 在核衰变中,放射性核素中的原子数随时间增 在核衰变中, 长而按指数规律减少。 长而按指数规律减少。 N = N 0e ? ? ? ? λt N0—— 为t=0时的原子核数目 时的原子核数目 N —— t 时刻该核素的原子核数目 λ —— 称为衰变常数,单位为 -1 称为衰变常数,单位为s (三)放射性核素的衰变规律 ? 1、半衰期 、 ? T1/2= 0.69315/λ ? 2、衰减完 、 ? N完=N0/1000 ? T完=T1/2/10 (四)放射性系列 ? 1、铀、钍、锕铀系 、 ? 2、4019K,不成系列。 、 ,不成系列。 ? 其半衰期为 1.3×109年。 × ? 发生衰变时,可放出γ与β射线。 射线。 发生衰变时,可放出 与 射线、铀、钍、锕铀系 、 元素 符号 质子数 铀 镭 系 铀 U 92 U U↙ 镤 Pa 91 → Pa↙ → 钍 Th 90 Th Th 锕 Ac 89 镭 Ra 88 钫 Fr 87 氡 Rn 86 砹 At 85 钋 84 铋 Bi 83 铅 Pb 82 铊 Tl 81 → Ra → Rn → Po Po↙ Po↙ → Bi↙ → Bi↙ → Pb Pb Pb Th 钍 系 Th↙ → Ac↙ → Ra Ra → Rn → Po Po↙ → Bi↙ → Pb → Pb↙ Tl U 锕 铀 系 → Pa↙ Th → Th↙ Ac → Ra → Rn → Po Po↙ → Bi↙ → Pb → Pb↙ Tl (五)射线与物质的相互作用 ? 1、α射线与物质的相互作用 、 射线与物质的相互作用 ? (1)电离 氦核( 射线 与电子碰撞, 射线) )电离——氦核(α射线)与电子碰撞, 氦核 电子获足够能量,变为自由电子。 电子获足够能量,变为自由电子。 ? (2)激发 氦核( 射线 与电子碰撞, 射线) )激发——氦核(α射线)与电子碰撞, 氦核 电子获能量不足,电子跃迁到高能级。 电子获能量不足,电子跃迁到高能级。 ? (3)核反应 )核反应——(α,n)反应,产生中子。 ( , )反应,产生中子。 2、β射线与物质的相互作用 、 射线与物质的相互作用 ? (1)电离 ) ? (2)激发 ) ? (3)弹性散射 能量不变, )弹性散射——能量不变,运动方 能量不变 向变化。 向变化。 ? (4)轫致辐射 射线被物质阻止时, )轫致辐射——β射线被物质阻止时, 射线被物质阻止时 速度下降,一部分能量以电磁辐射出去。 速度下降,一部分能量以电磁辐射出去。 3、γ射线与物质的相互作用 、 射线与物质的相互作用 ? ? ? (1)光电效应 ) (2)康普顿效应 ) (3)电子对效应 ) (六)核辐射测量常用的量及单位 1.放射性活度 放射性活度 处于特定能态的一定量放射性核素在 单位时间内发生自发衰变或核跃迁的次 称为活度A, A=dN/dt, SI制 数,称为活度A,即A=dN/dt,在SI制 活度的单位为Bq( 中,活度的单位为 (=1S-1)。 1Ci=3.7×1010Bq × 2.物质 的质量分数 B和质量浓度 B 物质B的质量分数 和质量浓度ρ 物质 的质量分数ω 物质B的质量 与混合物质量m 之比称为物质B 物质 的质量mB与混合物质量 总之比称为物质 的质量 的质量分数ωB,即 ωB = mB / m总 制中, 的单位为: 在SI制中,ωB的单位为:%、ppm、ppb, 制中 、 , 其中1ppm=10-6,1ppb=10-9。 其中 物质B的质量 与混合物体积V 的质量m 物质 的质量 B与混合物体积 总之比称为物 质B的质量浓度ρB,即 ρ B = mB / V总 的质量浓度 ng/ m3、g/L 、 ㎎/L 、ug/L。 / 。 它们的关系为: 它们的关系为: 1 ㎏/m3 =1 g/L;1 g/ m3 =1 ㎎/L ;1 ㎎/ m3 ; / =1 ug/L ρB的SI制单位有:㎏/ 3、g/ m3、㎎/ m3、 制单位有:㎏/ / 制单位有:㎏/m 3.照射量 和照射量率 照射量X和照射量率 照射量 X=dQ/dm, , X的单位在 制中为 ㎏, 的单位在SI制中为 的单位在 制中为C/ 在高斯制中为R(伦琴) 在高斯制中为 (伦琴) 1R=2.58*10-4 C/ ㎏ dt时间内的照射量 与dt之比,称为照射量率 时间内的照射量dX与 之比 之比, 时间内的照射量 & 即 X = dX / dt 照射量率的SI制单位为 制单位为A/ 照射量率的 制单位为 ㎏,高斯制单位 为R/s。常用单位为 。常用单位为R/h,及其分数单位γ,1 , , γ=10-6 R/h。 。 (七)放射性核素分布 1.主要核素: 主要核素: 主要核素 和钾(K)。 铀(U)、钍(Th)、锕(Ac)和钾 。 、 、 和钾 2.核素在岩浆岩中的分布规律: 核素在岩浆岩中的分布规律: 核素在岩浆岩中的分布规律 (1).超基性岩 酸性岩,ωB增加。 超基性岩→酸性岩 超基性岩 酸性岩, 增加。 (2).核素含量与岩浆岩形成时间的关 核素含量与岩浆岩形成时间的关 系:新的岩浆岩核素含量较老的岩浆岩 大。 3.核素在沉积岩中的分布规律: 核素在沉积岩中的分布规律: 核素在沉积岩中的分布规律 (1).沉积岩中核素的含量主要取决于 沉积岩中核素的含量主要取决于 泥质的含量、 泥质的含量、钾的含量和吸附作用的结 果。 (2).泥、页岩中核素含量最高。 泥 页岩中核素含量最高。 (3).砂、砂岩中核素含量次之。 砂 砂岩中核素含量次之。 (4).白云岩、灰岩中核素含量再次之。 白云岩、灰岩中核素含量再次之。 白云岩 (5).石膏、岩盐中核素含量最低。 石膏、 石膏 岩盐中核素含量最低。 4.核素在变质岩中的分布规律: 核素在变质岩中的分布规律: 核素在变质岩中的分布规律 (1).变质岩中核素的含量主要取决于原 变质岩中核素的含量主要取决于原 岩。 (2).在变质岩中,核素一般较分散,含 在变质岩中, 在变质岩中 核素一般较分散, 量比原岩低。 量比原岩低。 5.核素在水中的分布规律: 核素在水中的分布规律: 核素在水中的分布规律 (1).核素在水中的含量一般较低。 核素在水中的含量一般较低。 核素在水中的含量一般较低 (2).氡(Rn)易溶于水,可以解决破碎带问 易溶于水, 氡 易溶于水 题。 三、仪器 ? 仪器部分省略 四、常用测量方法 ? (一)γ测量 测量 1、γ总量测量 、 总量测量 测量γ总量 总量, 测量 总量,主要测214Bi、214Pb、212Pb 、 、 射线Tl等γ射线的贡献,不能区分 、Th 等 射线的贡献 不能区分U、 和K)。 。 2、γ能谱测量 、 能谱测量 可测U、 和 含量 信息更多, 含量, 可测 、Th和K含量,信息更多,解决更 多的地质问题。 多的地质问题。 道 第一道 第二道 道 钾(K)道 道 铀(U)道 道 阀值 1.3~1.6MeV ~ 1.6~2.0MeV ~ 能谱 1.46MeV 0.352、0.609、 、 、 1.12、1.76、 、 、 2.20MeV 2.62MeV 第三道 第四道 钍(Th)道 道 总道 2.0~2.9MeV ~ 30KeV ? (二)α测量 测量 1、α径迹测量 、 径迹测量 射入绝缘固体→辐射损伤 (1)原理: α射入绝缘固体 辐射损伤 )原理: 射入绝缘固体 →留下径迹 化学处理 径迹变大 统 留下径迹→化学处理 径迹变大→统 留下径迹 化学处理→径迹变大 计单位面积径迹数→正比放射性强度 正比放射性强度。 计单位面积径迹数 正比放射性强度。 (2)工作方法 ) 测量示意图见下图: 测量示意图见下图: 杯子 固体 探测器 a.将探测器放入杯子中 天后取出。 将探测器放入杯子中20天后取出 将探测器放入杯子中 天后取出。 b.用NaOH或KOH刻蚀。 刻蚀。 用 或 刻蚀 c.统计 统计1mm2的径迹数。 的径迹数。 统计 d.确定平均值、方差。 确定平均值、 确定平均值 方差。 e.确定异常下限。 确定异常下限。 确定异常下限 f.异常圈定。 异常圈定。 异常圈定 (3)推断解释 ) 2. α卡法 测氡法 卡法(测氡法 卡法 测氡法) (1)制卡片 ) a.吸附氡子体的218Po和214Po的卡片。 的卡片。 吸附氡子体的 和 的卡片 b.原脂渡铝薄膜或自身带静电的材料。 原脂渡铝薄膜或自身带静电的材料。 原脂渡铝薄膜或自身带静电的材料 (2)工作方法 ) 测量示意图见下图: 测量示意图见下图: 杯子 214 吸附 Po P o的卡片 21 8 a.数小时后取出。 数小时后取出。 数小时后取出 b.测卡的 射线强度。 测卡的α射线强度 测卡的 射线强度。 c.确定异常下限。 确定异常下限。 确定异常下限 d.异常圈定。 异常圈定。 异常圈定 e.推断解释。 推断解释。 推断解释 f.解决地质问题。 解决地质问题。 解决地质问题 五、应用条件 1.必要条件:放射性差异 必要条件: 必要条件 放射性的共生、 ①.放射性的共生、伴生矿; 放射性的共生 伴生矿; ②.不同元素组成的岩矿石具有不同的放 不同元素组成的岩矿石具有不同的放 射性含量; 射性含量; 不同时代形成的岩矿石, ③.不同时代形成的岩矿石,放射性含量 不同时代形成的岩矿石 不同; 不同; ④.油、气田具有弱放射性异常; 油 气田具有弱放射性异常; 构造有放射性异常。 ⑤.构造有放射性异常。 构造有放射性异常 2.充分条件: 充分条件: 充分条件 能测量的异常; ①.能测量的异常; 能测量的异常 干扰小, ②.干扰小,仪器灵敏度高; 干扰小 仪器灵敏度高; 环境条件允许。 ③.环境条件允许。 环境条件允许 六.应用 应用 1.寻找放射性矿产 、Th和K); 寻找放射性矿产(U、 和 ; 寻找放射性矿产 2.寻找与放射性相关的矿产; 寻找与放射性相关的矿产; 寻找与放射性相关的矿产 3.破碎带; 破碎带; 破碎带 4.圈定花岗岩体; 圈定花岗岩体; 圈定花岗岩体 5.分层,确定岩性,煤层; 分层, 分层 确定岩性,煤层; 6.找水; 找水; 找水 7.测定密度、孔隙度等; 测定密度、 测定密度 孔隙度等; 8.解决环境问题。 解决环境问题。 解决环境问题 七、优点 1.几乎不受环境影响:化学状态、 几乎不受环境影响:化学状态、 几乎不受环境影响 温度、压力和电磁场等; 温度、压力和电磁场等; 2.直观,易解释; 直观, 直观 易解释; 3.高效、快捷、方便和成本低。 高效、 高效 快捷、方便和成本低。 八、不足 ? 探测深度小。 探测深度小。

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