Astronet > Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory. Chast' 1

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

16.2.8. Podzemnye metody izucheniya estestvennoi radioaktivnosti.

K etim metodam izucheniya estestvennoi radioaktivnosti, krome gamma-metodov, mozhno otnesti metod podzemnoi registracii kosmicheskih izluchenii myuonov (PRKI), ili geokosmicheskii metod. On osnovan na izuchenii zhestkoi (myu-mezonnoi ili myuonnoi) komponenty kosmicheskogo izlucheniya v gornyh vyrabotkah i skvazhinah. Myuony sostavlyayut znachitel'nuyu dolyu (na urovne - morya okolo 70 %) kosmicheskih luchei, obrazuyushihsya pri prohozhdenii yader pervichnogo izlucheniya v atmosfere. Myuony harakterizuyutsya bol'shoi pronikayushei sposobnost'yu. Odnako iz-za nalichiya dazhe slabogo elektromagnitnogo poglosheniya v veshestve potok myuonov zatuhaet s uvelicheniem glubiny. Zatuhanie opredelyaetsya v osnovnom plotnost'yu porod. Poetomu, naprimer, myuony mogut rasprostranyat'sya v vode na glubiny do 9 km, a v porodah - do 3 - 4 km. Glubinu ih proniknoveniya prinyato ocenivat' v metrah vodnogo ekvivalenta, t.e. v metrah tolshi vodnogo sloya, pogloshenie myuonov v kotorom takoe zhe, kak v izuchaemoi tolshe porod.

Dlya izmereniya potoka myuonov v gornyh vyrabotkah ispol'zuyut geokosmicheskie teleskopy. Oni predstavlyayut soboi nabory kasset (4 shtuki), v kazhdoi iz kotoryh smontirovano do desyati gazorazryadnyh schetchikov (sm. 16.1.1), chto neobhodimo dlya polucheniya uzkoi diagrammy napravlennosti pribora i vysokoi chuvstvitel'nosti. S pomosh'yu special'noi elektronnoi shemy i samopishushego ustroistva v techenie neskol'kih chasov avtomaticheski registriruyut potok myuonov. Nablyudeniya provodyat vdol' vyrabotok s shagom, neskol'ko men'shim glubiny vyrabotki. Teleskopy orientiruyut vertikal'no, chtoby izuchit' potok myuonov, idushih sverhu.

Posle vvedeniya popravok za rel'ef zemnoi poverhnosti dlya kazhdoi tochki rasschityvayut intensivnost' potoka myuonov v edinicu vremeni $I_{ \mu }$ . S pomosh'yu special'nyh graduirovochnyh krivyh grafiki $I_{ \mu }$ vdol' profilei nablyudenii pereschityvayut v glubiny vodnogo ekvivalenta $H_{v}$ . Esli izvestny (po dannym marksheiderskoi privyazki) istinnye glubiny raspolozheniya punktov nablyudeniya $N$ , to mozhno opredelit' srednyuyu plotnost' porod mezhdu zemnoi poverhnost'yu i tochkoi nablyudeniya: $\sigma = N_{v } / N$ .

Takim obrazom, osnovnym parametrom porod, poluchaemym v geokosmicheskom metode, yavlyaetsya srednyaya plotnost' porod nad vyrabotkoi. Izmenenie srednei plotnosti vdol' vyrabotki svidetel'stvuet ob izmenenii litologii, poristosti, treshinovatosti, zakarstovannosti, obvodnennosti porod, nalichii poleznyh iskopaemyh nad vyrabotkoi. Myuonnyi metod yavlyaetsya edinstvennym v yadernoi geofizike, realizuyushim tomograficheskuyu tehnologiyu izucheniya plotnostnogo razreza.

16.2.9. Opredelenie absolyutnogo vozrasta porod.

Dlya opredeleniya absolyutnogo vozrasta gornyh porod ispol'zuyut yadernuyu ili izotopnuyu geohronologiyu. V ee osnove lezhit vyvod o postoyanstve skorosti radioaktivnogo raspada vo vse geologicheskie epohi. Znaya period poluraspada i opredeliv kolichestvo materinskih i dochernih ( $N_{m}$ i $N_{d}$ ) elementov teh ili inyh radioaktivnyh semeistv v gornoi porode, opredelyayut ee vozrast $t_{abs}$ po formule, poluchennoi iz vyrazhenii (6.2) i (6.3):

$t_{abs} = 1,44{T}_{1/2m } \ln [1 + {N}_{d} /{N}_{m} ].$

(6.9)

Etu formulu mozhno primenyat' lish' togda, kogda est' uverennost', chto izluchaemye elementy ne vynosilis' i ne dobavlyalis'. Tochnost' opredeleniya $t_{abs}$ zavisit ot tochnosti analiticheskih, kak pravilo, mass-spektrometricheskih opredelenii kolichestva izotopov $N_{m}$ i $N_{d}$ .

Sushestvuet svyshe desyati yaderno-geohronologicheskih metodov. Pri issledovanii gornyh porod ispol'zuyut ryady radioaktivnyh elementov s bol'shim periodom poluraspada (uranovo-svincovyi, rubidievo-stroncievyi, kalii-argonovyi i drugie metody). Pri izuchenii molodyh gornyh porod, v tom chisle dlya opredeleniya vozrasta arheologicheskih nahodok, primenyayut radioaktivnye elementy s nebol'shim periodom poluraspada (kalii-argonovyi, radiouglerodnyi, ionievo-protakti-nievyi i drugie metody). Vozrast vod opredelyayut po kosmogennomu tritiyu.

Po yaderno-geohronologicheskim izmereniyam meteoritov i obrazov gornyh porod sintez himicheskih elementov v nablyudaemoi chasti Vselennoi zavershilsya okolo 11 mlrd. let nazad, vozrast Solnechnoi sistemy - okolo 4,7 mlrd. let, vozrast Zemli - 4,55 mlrd. let, a vozrast samyh drevnih porod Zemli i Luny prevyshaet 4 mlrd. let. Etimi metodami opredelyayut vozrast kristallizacii izverzhennyh porod i obrazovaniya osadochnyh porod. Cennye rezul'taty dlya opredeleniya paleotemperatur daet izotopnyi analiz kisloroda v rakovinah iskopaemyh morskih organizmov.

16.3. Yaderno-geofizicheskie metody

16.3.1. Obshaya harakteristika.

V iskusstvennyh yaderno-geofizicheskih metodah obrazcy gornyh porod ili stenki gornyh vyrabotok, skvazhin i obnazhenii obluchayutsya s pomosh'yu ampul'nyh istochnikov teh ili inyh radioaktivnyh elementov i ih smesei ili generatorov neitronov. Dlya polucheniya izluchenii raznyh energii istochniki pomeshayut v ekrany-zamedliteli, oslablyayushie izlucheniya (svincovye - dlya gamma-izluchenii, kadmievye ili parafinovye - dlya neitronov). Naibol'shee prakticheskoe primenenie yaderno-geofizicheskie metody poluchili pri geofizicheskih issledovaniyah skvazhin. Nizhe rassmotrim lish' neskol'ko laboratornyh metodov, v kotoryh izuchayutsya obrazcy ili obnazheniya gornyh porod.

16.3.2. Neitronnye metody.

V neitronnyh metodah izuchaemye porody obluchayutsya neitronami pri raznyh energiyah, udaleniyah i vremenah oblucheniya i izmereniya raznyh izluchenii (15.3.3). Rassmotrim nekotorye iz nih.

1. Aktivacionnyi analiz. Sushnost' aktivacionnogo analiza svoditsya k oblucheniyu obrazcov gornyh porod bystrymi ili medlennymi neitronami i izucheniyu navedennoi radioaktivnosti, s obrazovaniem radionuklidov opredelennogo perioda poluraspada. Pri etom izmenyaetsya kak vremya oblucheniya, tak i vremya izucheniya navedennoi al'fa-, beta- ili gamma-aktivnosti. Izmeriv intensivnost' vtorichnogo gamma-izlucheniya dlya raznyh vremen posle okonchaniya oblucheniya, po grafiku zavisimosti ot $I_{n \gamma } (t)$ mozhno ocenit' period poluraspada, a znachit, nalichie togo ili inogo himicheskogo elementa v obrazce. Aktivacionnyi metod harakterizuetsya povyshennoi chuvstvitel'nost'yu k elementam, otlichayushimsya vysokoi aktivacionnoi sposobnost'yu, takim, kak Al, Cd, Cl, Cu, K, Mn, Na, P, Si i dr.

2. Neitronnyi analiz. Neitronnyi analiz gornyh porod svoditsya k oblucheniyu ih medlennymi neitronami i opredeleniyu plotnosti potoka teplovyh neitronov $I_{nn}$ ili intensivnosti vtorichnogo gamma-izlucheniya $I_{n \gamma }$ . Grafiki zavisimosti $I_{nn} (I_{n \gamma } )$ ot rasstoyaniya do istochnika harakterizuyut pogloshayushie svoistva veshestva. Po nim vydelyayut elementy, yadra kotoryh obladayut anomal'no vysokim secheniem poglosheniya medlennyh neitronov (B, Fe, Cd, Cl, Li, Mn, H g, redkozemel'nye elementy i dr.). Shiroko ispol'zuyut avtomobil'nuyu i peshehodnuyu borometricheskie s'emki dlya vyyavleniya bora v sloe tolshinoi do 25 sm.

Na vyyavlenii anomal'no vysokogo secheniya zamedleniya neitronov osnovany metody izucheniya vodorodosoderzhashih porod. V chastnosti, s pomosh'yu vlagomerov opredelyayut vlazhnost' gornyh porod, esli ih plotnost' opredelena drugimi metodami (naprimer, plotnostnoi gamma-gamma-metod).

3. Gamma-spektral'nyi metod. Gamma-spektral'nym metodom izuchayut energeticheskii sostav vtorichnogo gamma-izlucheniya radiacionnogo zahvata $I_{n \gamma }$ . Vozmozhnost' takih issledovanii osnovana na tom, chto kazhdyi element obluchaemoi porody, zahvatyvaya teplovye neitrony, daet $I_{n \gamma }$ opredelennoi energii i spektra. Gamma-spektral'nyi metod primenyayut dlya analiza rud, soderzhashih Fe, Cu, Ni, Al, K, Na i drugie elementy.

16.3.3. Gamma-metody.

K gamma-metodam otnosyatsya metody izucheniya fiziko-himicheskih svoistv gornyh porod putem oblucheniya ih istochnikami gamma-luchei raznyh energii.

1. Fotoneitronnyi analiz. Na obluchenii obrazcov razmel'chennoi gornoi porody zhestkimi gamma-kvantami vysokih energii (svyshe 1 - 2 MeV) i opredelenii intensivnosti vtorichnyh neitronov $I_{ \gamma n}$ osnovan fotoneitronnyi analiz. Povyshenie $I_{ \gamma n}$ nablyudaetsya v prisutstvii berilliya i deiteriya, poetomu fotoneitronnyi analiz naibol'shee primenenie nahodit pri analize soderzhaniya etih elementov i, v chastnosti, pri izuchenii vodonosnyh i neftenosnyh porod, v kotoryh mnogo deiteriya.

2. Plotnostnoi gamma-gamma-metod. Esli gornye porody obluchat' gamma-kvantami s energiei vyshe 0,3 MeV, to v nih preobladaet komptonovskoe rasseyanie, kotoroe prakticheski ne zavisit ot sostava porod i rud, a opredelyaetsya ih plotnost'yu. Intensivnost' $I_{ \gamma \gamma }$ na rasstoyanii svyshe 20 sm ot istochnika izmenyaetsya po eksponencial'nomu zakonu v zavisimosti ot plotnosti. Na etom yavlenii osnovan plotnostnoi gamma-gamma-metod (GGM-P), s pomosh'yu kotorogo opredelyayut srednyuyu plotnost' porod v sloe tolshinoi do 20 sm.

3. Selektivnyi gamma-gamma-metod. Esli gornye porody obluchat' gamma-kvantami energiei, men'shei 0,3 MeV, to proishodit ih fotoelektricheskoe pogloshenie. Opredelyaemyi po $I_{ \gamma \gamma }$ koefficient oslableniya luchei zavisit ot effektivnogo atomnogo nomera porody ( $Z_{ef}$ ), pod kotorym ponimaetsya nekotoryi usrednennyi atomnyi nomer, opredelyaemyi atomnymi nomerami himicheskih elementov v porode ( $Z_{i}$ ), pogloshayushih gamma-luchi, i ih massovymi dolyami ( $q_{i}$ ) v nei, t.e.

${Z}_{ef} \approx \frac{1}{N} \sqrt[3]{\sum\limits_{i=1}^{N} (Z_i q_i )^3},$

gde $N$ - obshee chislo izuchennyh v porode elementov. Na ispol'zovanii etogo yavleniya osnovan selektivnyi gamma-gamma-metod (GGM-S) dlya opredeleniya soderzhaniya v obrazcah, obnazheniyah i stenkah skvazhin i gornyh vyrabotok tyazhelyh elementov (Fe, Hg, Sb, Pb, W i dr.).

4. Rentgenoradiometricheskii metod. Pri obluchenii gornyh porod myagkim gamma-izlucheniem (energiya men'she 0,1 MeV) mozhno nablyudat' harakteristicheskoe rentgenovskoe izluchenie. Na ego izuchenii osnovan rentgenoradiometricheskii metod (RRM) opredeleniya soderzhaniya v porodah mnogih elementov (Fe, Pb, Mn, Mo, Sb, Sn, Cr, W, Zn i dr.). Sushestvuyut i drugie yaderno-fizicheskie metody opredeleniya fiziko-himicheskih svoistv porod na obrazcah i v massive.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Protivosumerechnye luchi i festival' planet Voshod Zemli: video Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Snezhnaya burya 1938 goda v Verhnem Michigane Polet nad nochnoi Zemlei – II Apollon-17: serp Zemli Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [5]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce