1、,第三章 天然放射性核素的分布與遷移,為何應(yīng)用伽馬能譜資料可以進(jìn)行地質(zhì)填圖？ 天然放射性核素的分布有何規(guī)律？,本章重點(diǎn)內(nèi)容,放射性核素的基本特性 放射性核素在自然界的分布 放射性核素的遷移 鈾地球化學(xué)及成礦地質(zhì)作用 我國典型鈾礦類型,結(jié)合起來講,放射性核素的基本特性,鈾（uranium) 鐳（radium) 氡（rndon and thoron) 釙（polonium） 釷（thorium) 鉀（potassium, kalium),Potassium,A silver white soft easily metled metal that is a simple substance. It

2、is found in nature in large quantities, but only in combination with other substance, such as in plants and rocks, and it is necessary to the existence of all living things.,鈾（Z=92）,原子量：238.029 密度為19.05g/cm3 原子體積：12.5cm3/mol 銀色金屬，具有金屬光澤，質(zhì)較軟，易機(jī)械加工，化學(xué)性質(zhì)與鐵相似，在空氣中易氧化，也易溶于酸。 自然界有三個(gè)鈾的同位素 238U，半衰期：4.471010

3、 a 豐度：99.3% 235U，半衰期：7.041010 a 豐度：0.7% 234U，半衰期：2.451010 a,鈾的主要物理化學(xué)性質(zhì)-8種,多價(jià)性：+3，+4，+5，+6 在酸性溶液里：U2+、 U3+、 UO2+、 UO22+ 化學(xué)活潑性： 鈾幾乎可以與除了惰性氣體元素外所有的元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。塊狀金屬鈾在室溫條件下的空氣中可以緩慢地被氧化，形成黑色的UO薄膜；高純度的金屬鈾在室溫的空氣和水中都能自燃。 氧化還原性： 金屬鈾和低價(jià)態(tài)鈾都是強(qiáng)還原劑，能與水強(qiáng)烈反應(yīng)。 在自然界，不存在金屬鈾和三價(jià)鈾的化合物。,鈾的主要物理化學(xué)性質(zhì),兩重性 酸性：6+與第六副族元素Cr、Mo、W的同價(jià)化合

4、物性質(zhì)相似，在氧化環(huán)境中存在。 弱堿性： 4+與第三副族元素的稀土元素的性質(zhì)相似，在還原環(huán)境中存在。在深部，與錒系元素共生。 親氧性 失去6個(gè)價(jià)電子后形成稀有氣體原子結(jié)構(gòu)（s2 p6）。是一種親氧元素，不形成硫化物。 歧化性 5+鈾離子僅能在pH2-4的水溶液中存在。 水解性 4+和6+鈾離子都容易水解形成氫氧化物 成絡(luò)性 鈾是強(qiáng)絡(luò)合物形成體，能與無機(jī)和有機(jī)配位體形成種類繁多的絡(luò)合物。遷移和富集！,鐳（Z=88）,原子量：226 密度為5g/cm3 銀白色金屬，具有金屬光澤，在空氣中不穩(wěn)定，易與水作用而形成Ra(OH)2。在自然界廣泛分布。 自然界有四個(gè)鐳的同位素 226Ra，半衰期：1600

5、 a 224Ra, 半衰期：3.64d 228Ra 223Ra,元素周期表第周期的零族元素 原子半徑：0.13nm 單原子放射性氣體分子直徑為0.46nm 惰性氣體，不活潑，無色無味。,氡轉(zhuǎn)化為固態(tài)的溫度約為-113。熔點(diǎn)為-71。 沸點(diǎn)為-62。氡氣的密度比空氣要重，01個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氡氣的密度為9.7310-3g/cm3 ，常溫下氡及子體在空氣中能形成放射性氣溶膠而污染空氣。,氡（z=86）,惰性放射性氣體，可形成水合物，但自然界不存在氡的氧化物。較重要的有三個(gè)同位素。 自然界有三個(gè)氡的同位素 222Rn，半衰期：3.824 d 220Rn, 半衰期：55.3 s 219Rn，半衰期：3.

6、96 s,釙（z=84）,銀色金屬，具有金屬光澤，密度為9.4g/cm3。在空氣或氧中氧化成黃色氧化物。釙及氧化物能溶于酸，生成黃色PoCl4 液體。釙鹽容易水解而形成膠體，是放射性核素中重容易形成膠體的核素。 自然界有七個(gè)氡的同位素，重要的有： 210Po，半衰期：138.4 d 218Po，半衰期：3.05 min,鉛（z=82）,深灰色金屬，密度為11.35g/cm3。 在空氣加熱熔化生成氧化物PoO，可導(dǎo)致鉛中毒。 是良好的核輻射防護(hù)材料。 自然界有七個(gè)鉛的同位素，其中四個(gè)是放射性的，三個(gè)是穩(wěn)定的。 老鉛，低本底的鉛，不含或含水量極少的放射性鉛。,自然界存在的放射性礦物,放射性核素在自

7、然界的分布,在地球殼層中的分布 在巖石中的分布 在土壤中的分布 在地表水中的分布 在地下水中的分布,鈾在地殼、地幔和地核中的分布,地殼（0-35km） 地幔（35-2900km） 地核（2900-6371km） 地殼的成分相當(dāng)于花崗巖和玄武巖成分的平均值；地幔的成分相當(dāng)于石隕石的成分；地核的成分相當(dāng)于鐵隕石的平均值,U、Th、Ra的分布隨深度的增加而減少 各圈層中釷的含量約為鈾的4倍，且穩(wěn)定 鈾在石隕石中的含量高于在鐵隕石中的含量,地球各圈層中鈾、釷和鐳的含量,地殼,在地球殼層中的分布,P.43 表3-1-1 238U、232Th、40K的分布 地殼上地幔下地幔地核,放射性核素在巖石中的分布,

8、與巖性有關(guān)？ 與巖體的地質(zhì)年代有關(guān)？ 與巖體的相帶有關(guān)？,與巖性有關(guān),P.44 表3-1-2 巖漿巖沉積巖 堿性巖酸性巖 中性巖 基性巖 超基性巖,我國石材產(chǎn)品放射性核素分布特征,與巖石的地質(zhì)年代有關(guān),P.44 表3-1-3 地質(zhì)年代越新，含量越高,在土壤中的分布,取決于成土母質(zhì) 常見值： 238U 2-4 ppm 232Th 8-12 ppm K2O 1-2%,在水中的分布,在海水中極低 在地表水中較低 地下水中較高 在油田水中較高 P.45 表3-1-4,放射性核素在自然界的分布小結(jié),地殼上地幔下地幔地核 與巖性有關(guān)（巖漿巖 沉積巖）、與巖體的地質(zhì)年代有關(guān)（年代越新，含量越高）與巖體的相帶

9、有關(guān)（內(nèi)部相 邊緣相） 土壤中的含量與成土母質(zhì)有關(guān) 在水中的含量極低，地下水地表水海水,放射性核素的遷移,放射性核素的行為 鈾的水溶液化學(xué),天然放射性核素的遷移,U、Ra、Th、K特征 U：銀色金屬，在深部還原帶，以四價(jià)離子形式存在，沉淀。 在近地表氧化帶，以六價(jià)（鈾酰離子）溶于水，遷移。 Th:銀白色金屬，在深部還原帶，以四價(jià)離子形式存在，沉淀。 在近地表，釷幾乎沒有遷移。,天然放射性核素的遷移,Ra:銀白色金屬，兩性元素，很容易進(jìn)入天然晶體的毛細(xì)管和微裂隙中，易被淋濾。 在氧化環(huán)境下易沉淀 ！鈾鐳不平衡,放射性物質(zhì)在巖石中的行為 形態(tài) U、Th可以形成獨(dú)立或共生礦物于巖石中 占據(jù)晶格中的主

10、要位置； 或以類質(zhì)同像存在于其他礦物中； 微晶的表面吸附。 形成含鉀礦物 鉀長石，云母，高嶺石，鉀鹽,在表生帶行為 U 4價(jià) 極易氧化為6價(jià) 6價(jià) UO22 不均勻 Ra 一般不進(jìn)入礦物晶格內(nèi)，不形成獨(dú)立礦物，容易進(jìn)入晶體的毛細(xì)裂隙和微錯(cuò)位中，轉(zhuǎn)入水中，具有很強(qiáng)的遷移能力。(導(dǎo)致放射性不平衡),Th 在表生帶以機(jī)械風(fēng)化遷移為主，并富集于殘積物，沖積物和濱海沉積物中 (重砂：獨(dú)居石）,K 極容易從礦物中釋放而轉(zhuǎn)入水中，具有很強(qiáng)的遷移能力水中鉀極易被生物吸收，并參與形成次生礦物。 在氧化帶極易被淋濾，分解，遷移,Rn: 沒有發(fā)現(xiàn)化合物，密度為9.27g/L 廣泛分布，在濃度差、溫度差、壓力差作用下

11、遷移,核素 存在狀態(tài) 89Sr, 90Sr Sr2+ 懸浮物 103Ru 106Ru 亞硝酸釕鉻合物,懸浮物 131I 129I I- IO3-有機(jī)化合物 137Cs Cs+懸浮物 144Ce Ce3+,Ce(OH)3膠體,懸浮物 Ra Ra+2 Th Th(HO)4 膠體 U UO2（CO3）3 4 239Pu, 240Pu PuO2 2+ PuO2CO3 懸浮物,放射性核素在海水中的主要存在形態(tài),放射性核素在海洋中的遷移,90Sr和 137Cs 水平分布：北太平洋比南太平洋高3倍 垂直分布：能達(dá)到幾千米 100-300m 分布大致均勻 越深越低,海洋中天然放射性核素的濃度,鈾的水溶液化學(xué),

12、鈾在水溶液中的行為 水溶液中控制鈾行為的因素,鈾在水溶液中的行為,氧化 還原 水解：離子電痊越高，水解能力越強(qiáng) 形成各種化合物,水溶液中控制鈾行為的因素,溫度 體系的氧化還原狀態(tài)：主要取決于氧化還原電位（Eh值）和氧逸度 酸堿性質(zhì)（pH值） 其他溶液成分的活性 壓力,鈾成礦地質(zhì)作用及典型鈾礦床類型,鈾礦是如何形成的？ 到何處找鈾礦？ 用什么方法找鈾礦？,鈾成礦地質(zhì)作用及典型鈾礦床類型,石油和天然氣（化石燃料、沉積型） 生-儲(chǔ)-蓋 生油巖、儲(chǔ)層（砂巖等）、蓋層（泥巖等） 研究鈾礦床（金屬礦、多種類型） 鈾源、成礦作用、構(gòu)造（儲(chǔ)礦和控礦）,鈾礦床及其主要地球化學(xué)特征,鈾的遷移和富集 鈾的工業(yè)品位（

13、可開采） 0.03% 邊界品位 0.01% 鈾的克拉克值: 10-6 鈾一定要遷移、富集后才能成為礦體,在地球漫長的歷史長河中，伴隨著交錯(cuò)復(fù)雜的巖漿作用、沉積作用和變質(zhì)作用，地殼中的鈾經(jīng)歷了曲折而多樣的演化過程，造成了局部地區(qū)鈾含量的增高，形成一些富鈾區(qū)。富鈾區(qū)的鈾進(jìn)一步活化、轉(zhuǎn)移和富集，在局部地段形成鈾礦床。 鈾礦省的概念,鈾礦床的分類,按成因分：巖漿巖型、熱液型、沉積型、變質(zhì)巖型 按礦床賦存的圍巖種類分： 火山巖型，花崗巖型，砂巖型、含金礫巖型等,我國典型鈾礦床,花崗巖型-富礦形成三大條件,1.豐富的鈾源和深構(gòu)造控礦 巖體鈾含量大于10ppm 富礦分布在重力（陡變）梯度帶中,2.良好的儲(chǔ)礦

14、構(gòu)造 具有一定規(guī)模、相對(duì)集中的局部破碎空間 存在某種屏幕的半開放條件 與大斷裂或深斷裂相連通（理想長數(shù)百米至1公里，寬數(shù)米至數(shù)十米）,3.較強(qiáng)的還原條件、較高的成礦鈾溶液濃度和溫度、ph值變化和相對(duì)富泥貧硅,鈾礦的分散暈和分散流,分散暈 原生暈和次生暈 鹽暈的范圍一般比礦床大幾十倍,分散暈,鈾礦床的鈾異常是通過物理作用、化學(xué)作用和生物作用使鈾分散遷移到周圍的巖石、土壤、沖積層、地下水和附件的地表水中，在礦床周圍形成鈾含量偏高區(qū)域稱為分散暈。,原生暈和次生暈,原生暈指在礦床形成過程中同時(shí)生成鈾元素富集的過渡帶。 次生暈是指礦床或原生暈暴露到地表風(fēng)化帶部分，由于風(fēng)化和侵蝕作用而形成的次生機(jī)械暈和鹽

15、暈。,分散流,礦體和分散暈中的鈾，由于剝蝕作用向沉積區(qū)作表生遷移，在沖積層和洪積層形成鈾含量局部富集地段，成為分散流。 很多礦床就是通過分散暈和分散流發(fā)現(xiàn)的。-地球化學(xué)異常,放射性核素在地下水中的富集和遷移,水是放射性核素的載體，地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、地球內(nèi)部的溫度差、壓力差是水運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。,放射性物質(zhì)的水遷移,地氣,納米級(jí)金屬微粒從地下深部向地表遷移。,火山巖型鈾礦床,江西相山,后生作用中鈾的地球化學(xué)特征,后生作用是指巖石形成后，在地表水和地下水參與下所發(fā)生的變化和改造過程。在這種作用下形成的礦床稱為后生礦床，如層狀氧化帶和裂隙淋積型鈾礦床皆可歸因?yàn)樵擃愋偷V床。,后生淋積作用中鈾富集的條件,鈾源條件 巖

16、性及水動(dòng)力條件 氧化還原條件 構(gòu)造條件 物理化學(xué)條件,鈾源條件,鈾的來源 來自礦床外的鈾含量高（一般大于10ug/g）的酸性侵入巖、噴出巖、沉積巖和各種被風(fēng)化剝蝕的礦床及礦化點(diǎn) 來自含礦層本身（鈾源層）及其上覆的富鈾沉積巖蓋層，鈾富集成礦與主巖內(nèi)鈾的重新分配有關(guān)。,巖性及水動(dòng)力條件,該類鈾礦床的形成，起主要作用的為層間承壓水體系，即由供水、承壓水和泄水條件聯(lián)系起來的含水層和裂隙帶。不同水動(dòng)力條件的交替帶，即從水強(qiáng)烈交替到緩慢交替的過渡帶和泄水區(qū)是鈾成礦的有利部位。,氧化還原條件,在含鈾地下水運(yùn)移途中的氧化還原界成，是后生淋積成礦的必要條件。卷狀礦體均在層間氧化帶的尖滅處產(chǎn)生，并與該氧化帶的輪廓

17、相吻合。 氧化還原界面的形成與發(fā)展與黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)的氧化、厭氧菌的活動(dòng)及次生硫化物的富集密切相關(guān)。,構(gòu)造條件,地殼隆起造成的蝕源區(qū)和下降產(chǎn)生的沉積區(qū)適當(dāng)配合，系后生淋積成礦的必要條件。故穩(wěn)定地臺(tái)的邊緣活動(dòng)區(qū)、平緩背斜的兩翼、富鈾巖體內(nèi)部的斷陷盆地、以及富鈾巖層內(nèi)部的層間破碎帶等部位對(duì)成礦有利。,物理化學(xué)條件,鈾以UO2+2及其與配位體結(jié)合而生成的鉻離子形式遷移，由于還原與吸附等作用，鈾沉淀并富集成礦。所以，鈾成礦主要受Eh、pH，鈾離子及配位體的濃度控制。,后生淋積鈾礦床的地球化學(xué)分帶,具明顯的分帶性 從地表向下依次分為地表氧化帶、層間氧化帶、鈾礦化帶和還原帶。,鈾礦產(chǎn)資源概況,鈾礦儲(chǔ)量最多的

18、國家：加拿大 2000年，占全世界的34% 其次是：澳大利亞、哈薩克斯坦、俄羅斯和美國等,鈾礦勘查方法,？,薩斯喀徹溫省不同找礦階段及不同用途的方法技術(shù)研究項(xiàng)目,我國的鈾資源 根據(jù)我國正在做的第二輪全國鈾資源潛力預(yù)測(cè)評(píng)價(jià),從目前掌握的信息來看，我國具有相當(dāng)數(shù)量的鈾礦資源，新資源量將超過200萬噸。(到2010年將獲得最新數(shù)據(jù)。) 到2020年，我國保有鈾資源儲(chǔ)量可以保障目前核電規(guī)劃發(fā)展的需要。,我國的鈾生產(chǎn)量 2008年6月經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織核能署（OECD/NEA）和國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）聯(lián)合出版的紅皮書鈾2007：資源，生產(chǎn)和需求中估計(jì):中國在2006年生產(chǎn)了約750噸鈾。 一般認(rèn)為,地質(zhì)勘探由普查-詳查正式提交儲(chǔ)量,約需10年左右時(shí)間;礦山建設(shè)需要4年左右