Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая экология

Диссертационная работа:

Киселев Георгий Петрович. Прогноз месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды уран-изотопными методами : Дис. ... д-ра геол.-минерал. наук : 25.00.11, 25.00.36 Архангельск, 2005 197 с. РГБ ОД, 71:06-4/21

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 8

1. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРТУРЫ ПО РАЗВИТИЮ ИЗОТОПНОЙ ГЕОЛОГИИ 14

1.1. Развитие изотопной геологии. 14

1.2. Краткие сведения об изотопах урана 17

1.3. Основные свойства изотопной пары урана. 20

2. ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА В ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТАХ 24

2.1. Методы выделения суммарного урана из минералов 24

2.2. Методы выщелачивания урана 25

2.3. Радиохимическая подготовка проб для измерений 27

2.4. Выделение урана из природных вод и определение его изотопного состава 28

2.5. Лабораторная радиохимическая очистка урана и подготовка препаратов для физических измерений 29

2.6. Методики выполнения измерения объемной и удельной активности изотопов урана 234 и 238 в пробах природных вод, почв, грунтов, горных пород и строительных материалов альфа-спектрометрическим методом радиохимическим выделением по методикам ВИМС

2.6.1. Назначение и область применения методики определения объемной активности изотопов урана в воде 33

2.6.2. Радиохимическая подготовка проб. 38

2.6.3. Электролитическое осаждение изотопов урана (для платинового анода и дисков диаметром 39мм). 39

2.6.4. Выполнение измерений на альфа- спектрометре. 40

2.6.5. Обработка результатов измерений. 41

2.6.6. Контроль погрешности методики выполнения измерений (рекомендуется для аналитических лабораторий системы МПР РФ) 42

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ И ЯДЕРНЫМИ ПРОЦЕССАМИ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ УРАНА-238 И УРАНА-234 В СИСТЕМЕ ГОРНАЯ ПОРОДА-ФЛЮИД

3.1, Физико-математическая модель динамики изотопов урана на границе горных пород и флюидов 46

3.2, Расчет формирования избытка урана-234 в флюидах за счет ядерных процессов в горных породах 53

3.3, Расчет скорости физико-химического выветривания минералов 57

4. ПРИЧИНЫ ФОРМИРОВАНИЯ НЕРАВНОВЕСНОГО УРАНА В ГОРНЫХ ПОРОДАХ И РУДАХ 60

4.1 Ядерные процессы образования неравновесного урана в горной породе 60

4.2.Уран в горных породах 61

4.3. Изотопный состав урана в урановых минералах и рудах 64

4.4. Изотопный состав урана в горных породах и минералах 66

4.5. Пространственное положение избытка урана-234 в горных породах рудных районов 69

4.5.1. Кадамджайское месторождение. 69

4.5.2. Неравновесный уран в Актюзском рудном поле 74

4.6. Неравновесный уран в ртутных, ртутно-сурьмяных, сурьмяных рудах 78

4.6.1. Хайдарканское рудное поле 78

4.6.2. Изотопы урана в рудах Кадамджайского месторождения 83

4.6.3. Изотопы урана в рудах и горных породах Чаувайского рудного поля 87

4.6.4. Изотопный состав урана в горных породах и рудах Улугтауского месторождения ртути 90

4.7. Общее распределение изотопов урана в рудах и горных породах

5. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПРОГНОЗА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ УРАНИЗОТОПНЫМИ МЕТОДАМИ

5.1. Изотопы урана в атмосферных осадках. 95

5.2. Уран-изотопный состав ледников 96

5.3. Изотопы урана в морях и океанах 97

5.4. Изотопы урана в замкнутых морях и озерах 100

5.5. Формирование и концентрация изотопов урана в реках 103

5.6. Изотопы урана в грунтовых водах 112

5.7. Изотопный состав урана пластовых вод платформенных областей 114

5.8. Распределение изотопного состава урана и его концентрации с глубиной положения подземных вод 116

5.9. Изотопы урана в минеральных и термальных водах 118

5.10. Изотопы урана в водах глубинных разломов 121

5.11. Изотопы урана в подземных водах урановых месторождений 125

5.12. Изотопный состав урана в подземных водах полиметаллических руд 127

5.12.1. Терек-Тереканское рудное поле 127

5.12.2. Актюзское полиметаллическое рудное поле 131

5.13. Изотопы урана в водах сурьмяных, ртутно-сурьмяных и ртутных месторождениях 133

5.13.1. Кадамжайское рудное поле 133

5.13.2. Хайдарканское рудное поле 134

5.13.3. Чаувайское рудное поле 134

5.14. Изотопы урана в водах кимберлитовых трубок 135

6 УРАН-ИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ ПРОГНОЗА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ПРИМЕРЕ ЮЖНО-ФЕРГАНСКОГО РТУТНО СУРЬМЯНОГО ПОЯСА

6.1. Структурно-геологическое строение и металлогения района исследований 137

6.2. Уран-изотопные исследования подземных вод 142

6.3. Методы интерпретации уран-изотопных данных для поисков и прогноза месторождений полезных ископаемых

7. ПРОГНОЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА ПРИМЕРЕ КАВКАЗСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД 161

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 171

Список использованной литературы 174 

Введение к работе:

Владимир Иванович Вернадский предсказал великое будущее изотопной геологии и заложил фундамент этой науки в нашей стране, создал плеяду учеников, соратников и последователей, среди которых много ученых с мировой известностью - А.П. Виноградов, В.Г. Хлопин, И.Е. Старик, Э.Г. Герлинг, В.В. Чердынцев, А.И. Тугаринов, Р.В. Тейс, Е.И. Донцова и другие, которые выдвинули ряд новых глобальных идей весьма актуальных в наше время и, особенно при прогнозах месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды. Особую роль при изучении геологических явлений занимают радиоактивные изотопы, связанные между собой ядерными процессами, одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами, образующие систему материнский-дочерний. К таким изотопным системам относятся изотопы урана.

С момента открытия явления фракционирования четных изотопов урана в природных условиях (эффект Чердынцева-Чалова) прошла половина столетия. В конце семидесятых годов на эту тему вышли в свет основополагающие работы В.В.Чердынцева, Н.Г.Сыромятникова, П.И.Чалова, В.И. Малышева, однако, они не полностью раскрывают современного состояния знаний о механизмах фракционирования изотопов урана в природе, что существенно отражается на интерпретации уран-изотопных данных, полученных при изучении геологических сред.

АКТУАЛЬНОСЬ ТЕМЫ: Обострение экономических и экологических условий в связи с прогрессирующим увеличением техногенной нагрузки на геосферу вызывает необходимость разработки принципиально новых и эффективных методов изучения скоростей изменения природной системы, прогноза развития техногенного и естественного загрязнения окружающей среды, поисков месторождений полезных ископаемых с минимальными горными работами, изучения современной динамики подземных вод и геологических сред и решения других задач. Эти методы должны базироваться на фундаментальных физических явлениях. К таким явлениям относится ядерный распад радиоактивных элементов в геологической среде. Механизмы фракционирования четных изотопов урана в геосфере сопровождаются ядерными и физико-химическими процессами, протекающими параллельно. Это дает основание для использования радиоактивного распада в качестве меры скоростей взаимодействия и преобразования лито- и гидросфер на основе изучения распределения изотопов урана. В связи с этим актуальным является создание теоретической основы и установление реальных механизмов образования неравновесных систем изотопов урана в различных геологических и гидрогеологических условиях для разработки методов решения задач геологии и геоэкологии.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить механизмы формирования неравновесного урана в водах, горных породах и рудах как основы уран-изотопных методов поисков и прогноза руд, определения генезиса подземных и поверхностных вод, прогноза поисков рудных месторождений, мониторинга изменения и загрязнения геологической среды. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1. Исследование механизмов фракционирования четных изотопов урана в системе горная порода-вода для создания теоретической модели перехода изотопов урана из горных пород в воду с учетом ядерных распадов и физико-химического разрушения горных пород.

2. Определение уровней фракционированного урана в атмосферных, ледниковых водах, водах речного стока, морях и замкнутых водоемах, подземных водах для определения их генезиса при прогнозировании загрязнения геологической среды.

3. Исследование изотопного состава урана в горных породах рудных и безрудных зон неурановых руд и рудных минералах для прогнозирования устойчивости геоэкологической среды.

4. Исследование механизмов формирования изотопного состава урана в гидрогеологических системах: грунтовых водах, водах урановых, полиметаллических, редкометалльных, сурьмяных и ртутно-сурьмяных месторождений, глубинных разломов, складчатых и платформенных областей для разработки новых методов прогноза месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды.

5. Определение практического применения уран-изотопной системы (уран-238-уран- 234) в геологических и гидрогеологических исследованиях для прогноза месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды.

Решение перечисленных задач главным образом основано на анализе авторских результатов определения изотопов урана в различных объектах лито- и гидросферы. Для этого были организованы и проведены научные экспедиции на рудные полиметаллические, редкометалльные, ртутные и сурьмяные месторождения Северного, Срединного и Южного Тянь-Шаня, на месторождения пресных, термальных и минеральных подземных вод, пресных и соленых поверхностных вод Средней Азии, Якутии, Прикаспия, Кавказа, Земли Франца Иосифа, Белого, Баренцева и Карского морей и их побережий, а так же на Европейском Севере России, на кимберлитовых трубках "МИР" в Якутии, "Пионерская" и "имени Ломоносова" в Архангельской области, в которых автор участвовал в качестве руководителя и ведущего исполнителя. В различных географических и геологических условиях изучался изотопный состав урана руд и вод и их генезис с целью разработки методов прогноза месторождений полезных ископаемых и мониторинга загрязнения геологической среды. В Институте экологических проблем Севера УрО РАН (г.Архангельск) под непосредственным руководством автора была создана научная лаборатория, оснащенная радиохимическим оборудованием, полупроводниковым альфа-спектрометром, позволяющая проводить изучение изотопов урана в горных породах и воде, по методикам, разработанным в ВИМС (В.И.Малышев). В настоящее время в ИЭПС УрО РАН исследования изотопов урана в природных средах продолжаются.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В процессе многолетних работ были произведены определения концентрации урана и его изотопного состава альфа-спектрометрическим методом в природных водах различных регионов. В средней Азии на 11 рудных полях, где располагается более 30 промышленных полиметаллических, редкометалльных, сурьмяных, ртутно-сурьмяных и ртутных месторождений автором опробовано около 700 источников подземных и поверхностных вод и в них определен уран-изотопный состав. На Челекенском месторождении бром-йодистых горячих рассолов и жидких руд, Кумском и Есентукском месторождениях, месторождениях минеральных и пресных вод в Архангельской области, на Памире, Северном Тянь-Шане, в Якутии - горячих источников, вод глубинных разломов, поверхностных вод, морских и прибрежных вод Севера России автором выполнено более 800 анализов по изотопии урана. Проанализировано более 100 проб руд и горных пород. Кроме этого в работе использовалось большое количество уран-изотопных данных, полученных в России и за рубежом другими авторами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основании системного обобщения уран-изотопных данных в гидро- и литосфере, автором обоснованы механизмы формирования изотопов урана в различных геолого-гидрологических и гидрогеологических условиях. Найденное автором решение задачи перехода четных изотопов урана из горных пород в воду, синтезирующее ядерное и физико-химическое разрушение кристаллической решетки открывает новые возможности уран-изотопных методов при решении геологических и геоэкологических задач с использованием ядерных процессов в качестве критерия современного преобразования лито- и гидросферы. Установлено закономерное увеличение избытка урана-234 в подземных водах скрытых полиметаллических, редкометалльных и ртутно-сурьмяных рудных зон промышленного значения и его снижение в водах окисленных руд, что создало возможность разработать методы прогноза месторождений полезных ископаемых. Установлено широкое развитие неравновесного урана в горных породах и рудах, указывающее на постоянное преобразование рудного вещества с высокими скоростями, сравнимыми с распадом урана-234. Установлено, что в водах активизированных в настоящее время разломов сейсмоактивных зон имеет место возрастание избытка урана-234, а в залеченных разломах изотопный состав имеет фоновые характеристики. Показано практическое применение изотопов урана в различных областях наук о Земле, в частности для определения современного изменения геологической среды, что является основой для прогноза загрязнения геологической среды при антропогенном воздействии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ. Полученные результаты дают широкое представление о механизмах формирования изотопного состава урана в литосфере и гидросфере при их взаимодействии, что позволило автору, совместно с П.И.Чаловым и др. разработать ряд методов использования изотопов урана в науках о Земле, которые внесены в Международный регистр «Intelectual Propery Regist» - метод прогноза скрытых областей концентрации ртутно-сурьмяного оруденения (N54.62E21HT), комплексный уран-изотопный и магнитометрический метод поисков глубинных источников термоминеральных вод (N57.62 G0IHT), определение активизированных зон глубинных разломов по результатам уран-изотопных исследований природных вод (N56.62 GOIHT). Практическое применение разработок производилось в Управлении Кавказских минеральных Вод, г. Ессентуки, в Управлении геологии Республики Кыргызстан при изучении подземных вод Иссык-Кульской и Чуйской впадин, изучении генезиса подземных вод Архангельской области, при поисках и прогнозе ртутно-сурьмяных месторождений в Южном Тянь-Шане, при оценке обводненности рудных месторождений и др. Разработанные методики интерпретации уран-изотопных данных должны найти широкое применение при прогнозе твердых полезных ископаемых и загрязнения геологической среды.

Работа над диссертацией была связана с выполнением госбюджетных тем: "Альфа-спектральные исследования фракционирования изотопов урана, тория, плутония в горных породах, почвах, природных водах с целью решения задач геоэкологии" Регистрационный номер 01.200.115371, "Уран -изотопные альфа-спектральные исследования на Европейском Севере с целью разработки методов контроля загрязнения экосистемы". Регистрационный номер 01.030000720.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. По теме диссертации автором опубликовано более 50 научных работ в различных изданиях, в том числе статьи в ДАН, журналах "Геохимия", "Физика Земли", "Водные ресурсы", "Геология рудных месторождений", "Разведка и охрана недр", "Известиях" НАН Кыргыстана и других рецензируемых изданиях и материалах Российских и международных конференций.

Результаты работ автора докладывались на многих научных форумах: Всесоюзной конференции "Изотопы в гидросфере" - Каменецк-Подольск (1984); Всесоюзной конференции по металлогении Тянь-Шаня - Фрунзе (1988); Всесоюзной конференции "Прогноз землетрясений" -Душанбе-Москва (1988); Всесоюзной конференции "Изотопы в гидросфере" - Каунас (1989); Всесоюзной конференции "Геодинамика литосферы подвижных поясов" - Черноголовка (1988); Свесоюзном съезде гидрогеологов "Проблемы инженерной геологии гидрогеологии и геокриологии районов интенсивной инженерной нагрузки и охраны окружающей среды - Киев (1989); Всесоюзной конференции "Принципы и методы ландшафтно-геохимических исследований миграции радионуклидов" - Суздаль (1990); Intern. Symp. of the Use of Isotope Technigues in Water Reesources Development, Vienna, Austria (11—15 March 1991); Всероссийской конференции Изотопы в гидросфере -Пятигорск (1993); 4-е Международных Ломоносовских чтениях - Архангельск (1995); Международной конференции «Чистая вода» - Апатиты (1996); II Международном семинаре «Минералогия и жизнь» - Сыктывкар (17-22 июня 1998); 3-м Международном конгрессе Баренц-региона "Окружающая среда в Баренцевом регионе". - Киркенес (1996); Международном симпозиуме "Урал Атомный, Урал Промышленный", -Екатеринбург (1996); Europen Geophysical Society, Vienna, Austria (1997); Семинаре в Университете штата Нью Хемпшир - США (1997); XY Симпозиуме по геохимии изотопов им. академика А.П.Виноградова - Москва (24-27 ноября 1998); Симпозиуме по геохимии изотопов им. академика А.П.Виноградова. Москва (20-23 ноября 2001). Международной конференции памяти академика П.Н. Кропоткина. Москва, 20-24 мая 2002 года. XV Международной школе морской геологии. Москва, ИО РАН им. Ширшова, Ноябрь 2003.; II Международной конференции 18 по 22 октября 2004 года «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека».Томск.; Всероссийской конференции с международным участием "Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов" 13-18 сентября 2004 г. - Архангельск.; Международном симпозиуме "Урал Атомный, Урал Промышленный", -Екатеринбург (2005); По теме диссертации издана монография «Четные изотопы урана в геосфере» Екатеринбург, изд. УрО РАН, 1999, 220с. ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Установленная связь физико-химических процессов в экосистеме вода-горная порода и фракционирования 238U и 234U позволяет выполнить количественную оценку скорости разрушения структуры горных пород при оценке устойчивости природной среды под воздействием геологических факторов.

2. Впервые на основании уран-изотопных соотношений распространенного неравновесного урана в рудах установлено современное преобразование рудного вещества « " 234т т месторождении со скоростью, соизмеримой с периодом полураспада и, что позволяет прогнозировать интенсивность проявлений геохимических процессов в миграции элементов и загрязнения ими окружающей среды.

3. Выявлены аномальные величины неравновесного урана в подземных водах неурановых рудных месторождений и доказано увеличение в них избытка 234U в последовательности - безрудные породы - ореолы околорудных метасоматитов - месторождения, что является новым направлением прогнозирования и поисков месторождений полезных ископаемых.

4. Установленная закономерная связь концентрации U и 234U/ 8U формирующихся в воде в результате физико-химических и ядерных процессов является информативным показателем для определения генезиса подземных вод и прогноза загрязнения геологической среды.

БЛАГОДАРНОСТИ. Автор выражает глубокую признательность научному консультанту директору Института экологических проблем Севера УрО РАН, член -корр. РАНФ.Н. Юдахину за советы и замечания. Автор искренне благодарен вице-президенту РАН, академику Н.П. Лаверову за поддержку исследований.

Подобные работы
Кемкина Раиса Анатольевна
Оценка и прогноз загрязнения окружающей среды токсичными элементами при отработке золоторудных объектов : на примере Прасоловского месторождения, о. Кунашир
Минаев Владимир Иванович
Разработка метода оценки морфологии углей для прогноза экологической безопасности их переработки
Южаков Андрей Александрович
Оценка и прогноз антропогенного воздействия на малые реки при разработке месторождений углеводородного сырья
Бабенко Олег Борисович
Геоэкологический прогноз состояния окружающей среды в зоне влияния подземных выработок (На примере Ленинградского месторождения горючих сланцев)
Уздиева Наталья Супьяновна
Исследование и реабилитация геосферы при углеводородном загрязнении вследствие открытого фонтанирования нефтяных скважин :На примере месторождений нефти Чеченской республики
Бенза Елена Владимировна
Технологии обезвреживания загрязнений окружающей среды с использованием искусственного камнеобразования
Морозова Ольга Валерьевна
Разработка метода снижения загрязнения окружающей среды стоками хвостохранилищ с применением технологии кислотного выщелачивания
Смелов Юрий Елисеевич
Пространственно-временная характеристика техногенного загрязнения природной среды Удмуртии
Голубев Александр Александрович
Экологическая реабилитация и мониторинг углеводородного загрязнения геологической среды : на примере аэродромного хозяйства в Московской области
Зеленов Андрей Сергеевич
Комплексная оценка загрязнения окружающей среды на урбанизированных территориях в субъектах РФ

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net