放射性核素的分布与迁移-物探copy剖析.ppt

第三章 天然放射性核素的分布与迁移,,为何应用伽马能谱资料可以进行地质填图？ 天然放射性核素的分布有何规律？,本章重点内容,放射性核素的基本特性 放射性核素在自然界的分布 放射性核素的迁移 铀地球化学及成矿地质作用 我国典型铀矿类型,,结合起来讲,放射性核素的基本特性,铀（uranium) 镭（radium) 氡（rndon and thoron) 钋（polonium） 钍（thorium) 钾（potassium, kalium),Potassium,A silver white soft easily metled metal that is a simple substance. It 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.,铀（Z=92）,原子量：238.029 密度为19.05g/cm3 原子体积：12.5cm3/mol 银色金属，具有金属光泽，质较软，易机械加工，化学性质与铁相似，在空气中易氧化，也易溶于酸。

自然界有三个铀的同位素 238U，半衰期：4.47×1010 a 丰度：99.3% 235U，半衰期：7.04×1010 a 丰度：0.7% 234U，半衰期：2.45×1010 a,铀的主要物理化学性质-8种,多价性：+3，+4，+5，+6 在酸性溶液里：U2+、 U3+、 UO2+、 UO22+ 化学活泼性： 铀几乎可以与除了惰性气体元素外所有的元素发生化学反应块状金属铀在室温条件下的空气中可以缓慢地被氧化，形成黑色的UO薄膜；高纯度的金属铀在室温的空气和水中都能自燃 氧化还原性： 金属铀和低价态铀都是强还原剂，能与水强烈反应 在自然界，不存在金属铀和三价铀的化合物铀的主要物理化学性质,两重性 酸性：6+与第六副族元素Cr、Mo、W的同价化合物性质相似，在氧化环境中存在 弱碱性： 4+与第三副族元素的稀土元素的性质相似，在还原环境中存在在深部，与锕系元素共生 亲氧性 失去6个价电子后形成稀有气体原子结构（s2 p6）是一种亲氧元素，不形成硫化物 歧化性 5+铀离子仅能在pH2-4的水溶液中存在 水解性 4+和6+铀离子都容易水解形成氢氧化物 成络性 铀是强络合物形成体，能与无机和有机配位体形成种类繁多的络合物。

迁移和富集！！,镭（Z=88）,原子量：226 密度为5g/cm3 银白色金属，具有金属光泽，在空气中不稳定，易与水作用而形成Ra(OH)2在自然界广泛分布 自然界有四个镭的同位素 226Ra，半衰期：1600 a 224Ra, 半衰期：3.64d 228Ra 223Ra,,元素周期表第Ⅵ周期的零族元素 原子半径：0.13nm 单原子放射性气体分子直径为0.46nm 惰性气体，不活泼，无色无味氡转化为固态的温度约为-113℃熔点为-71℃ 沸点为-62℃氡气的密度比空气要重，0℃1个标准大气压下氡气的密度为9.73×10-3g/cm3 ，常温下氡及子体在空气中能形成放射性气溶胶而污染空气氡（z=86）,,惰性放射性气体，可形成水合物，但自然界不存在氡的氧化物较重要的有三个同位素 自然界有三个氡的同位素 222Rn，半衰期：3.824 d 220Rn, 半衰期：55.3 s 219Rn，半衰期：3.96 s,钋（z=84）,银色金属，具有金属光泽，密度为9.4g/cm3在空气或氧中氧化成黄色氧化物钋及氧化物能溶于酸，生成黄色PoCl4 液体钋盐容易水解而形成胶体，是放射性核素中重容易形成胶体的核素。

自然界有七个氡的同位素，重要的有： 210Po，半衰期：138.4 d 218Po，半衰期：3.05 min,铅（z=82）,深灰色金属，密度为11.35g/cm3 在空气加热熔化生成氧化物PoO，可导致铅中毒 是良好的核辐射防护材料 自然界有七个铅的同位素，其中四个是放射性的，三个是稳定的 老铅，低本底的铅，不含或含水量极少的放射性铅自然界存在的放射性矿物,放射性核素在自然界的分布,在地球壳层中的分布 在岩石中的分布 在土壤中的分布 在地表水中的分布 在地下水中的分布,铀在地壳、地幔和地核中的分布,地壳（0-35km） 地幔（35-2900km） 地核（2900-6371km） 地壳的成分相当于花岗岩和玄武岩成分的平均值；地幔的成分相当于石陨石的成分；地核的成分相当于铁陨石的平均值,,U、Th、Ra的分布随深度的增加而减少 各圈层中钍的含量约为铀的4倍，且稳定 铀在石陨石中的含量高于在铁陨石中的含量,地球各圈层中铀、钍和镭的含量,,地壳,在地球壳层中的分布,P.43 表3-1-1 238U、232Th、40K的分布 地壳上地幔下地幔地核,放射性核素在岩石中的分布,与岩性有关？ 与岩体的地质年代有关？ 与岩体的相带有关？,与岩性有关,P.44 表3-1-2 岩浆岩沉积岩 碱性岩酸性岩 中性岩 基性岩 超基性岩,我国石材产品放射性核素分布特征,与岩石的地质年代有关,P.44 表3-1-3 地质年代越新，含量越高,在土壤中的分布,取决于成土母质 常见值： 238U 2-4 ppm 232Th 8-12 ppm K2O 1-2%,在水中的分布,在海水中极低 在地表水中较低 地下水中较高 在油田水中较高 P.45 表3-1-4,放射性核素在自然界的分布小结,地壳上地幔下地幔地核 与岩性有关（岩浆岩 沉积岩）、与岩体的地质年代有关（年代越新，含量越高）与岩体的相带有关（内部相 边缘相） 土壤中的含量与成土母质有关 在水中的含量极低，地下水地表水海水,放射性核素的迁移,放射性核素的行为 铀的水溶液化学,天然放射性核素的迁移,U、Ra、Th、K特征 U：银色金属，在深部还原带，以四价离子形式存在，沉淀。

在近地表氧化带，以六价（铀酰离子）溶于水，迁移 Th:银白色金属，在深部还原带，以四价离子形式存在，沉淀 在近地表，钍几乎没有迁移天然放射性核素的迁移,Ra:银白色金属，两性元素，很容易进入天然晶体的毛细管和微裂隙中，易被淋滤 在氧化环境下易沉淀 ！！铀镭不平衡,放射性物质在岩石中的行为 形态 U、Th可以形成独立或共生矿物于岩石中 占据晶格中的主要位置； 或以类质同像存在于其他矿物中； 微晶的表面吸附 Ｋ形成含钾矿物 钾长石，云母，高岭石，钾盐,在表生带行为 U 4价 极易氧化为6价 6价 UO22＋ 不均匀 Ra 一般不进入矿物晶格内，不形成独立矿物，容易进入晶体的毛细裂隙和微错位中，转入水中，具有很强的迁移能力导致放射性不平衡),,Th 在表生带以机械风化迁移为主，并富集于残积物，冲积物和滨海沉积物中 (重砂：独居石）,K 极容易从矿物中释放而转入水中，具有很强的迁移能力．水中钾极易被生物吸收，并参与形成次生矿物 在氧化带极易被淋滤，分解，迁移,,Rn: 没有发现化合物，密度为9.27g/L 广泛分布，在浓度差、温度差、压力差作用下迁移,,核素 存在状态 89Sr, 90Sr Sr2+ 悬浮物 103Ru 106Ru 亚硝酸钌铬合物,悬浮物 131I 129I I- IO3-有机化合物 137Cs Cs+悬浮物 144Ce Ce3+,Ce(OH)3胶体,悬浮物 Ra Ra+2 Th Th(HO)4 胶体 U UO2（CO3）3 4－ 239Pu, 240Pu PuO2 2+ PuO2CO3 悬浮物,放射性核素在海水中的主要存在形态,,,放射性核素在海洋中的迁移,90Sr和 137Cs 水平分布：北太平洋比南太平洋高3倍 垂直分布：能达到几千米 100-300m 分布大致均匀 越深越低,,海洋中天然放射性核素的浓度,铀的水溶液化学,铀在水溶液中的行为 水溶液中控制铀行为的因素,铀在水溶液中的行为,氧化 还原 水解：离子电痊越高，水解能力越强 形成各种化合物,水溶液中控制铀行为的因素,温度 体系的氧化还原状态：主要取决于氧化还原电位（Eh值）和氧逸度 酸碱性质（pH值） 其他溶液成分的活性 压力,,,铀成矿地质作用及典型铀矿床类型,铀矿是如何形成的？ 到何处找铀矿？ 用什么方法找铀矿？,铀成矿地质作用及典型铀矿床类型,石油和天然气（化石燃料、沉积型） 生-储-盖 生油岩、储层（砂岩等）、盖层（泥岩等） 研究铀矿床（金属矿、多种类型） 铀源、成矿作用、构造（储矿和控矿）,铀矿床及其主要地球化学特征,铀的迁移和富集 铀的工业品位（可开采） 0.03% 边界品位 0.01% 铀的克拉克值: 10-6 铀一定要迁移、富集后才能成为矿体,,,,在地球漫长的历史长河中，伴随着交错复杂的岩浆作用、沉积作用和变质作用，地壳中的铀经历了曲折而多样的演化过程，造成了局部地区铀含量的增高，形成一些富铀区。

富铀区的铀进一步活化、转移和富集，在局部地段形成铀矿床 铀矿省的概念,铀矿床的分类,按成因分：岩浆岩型、热液型、沉积型、变质岩型 按矿床赋存的围岩种类分： 火山岩型，花岗岩型，砂岩型、含金砾岩型等,我国典型铀矿床,花岗岩型-富矿形成三大条件,1.丰富的铀源和深构造控矿 岩体铀含量大于10ppm 富矿分布在重力（陡变）梯度带中,,2.良好的储矿构造 具有一定规模、相对集中的局部破碎空间 存在某种屏幕的半开放条件 与大断裂或深断裂相连通（理想长数百米至1公里，宽数米至数十米）,,3.较强的还原条件、较高的成矿铀溶液浓度和温度、ph值变化和相对富泥贫硅,铀矿的分散晕和分散流,分散晕 原生晕和次生晕 盐晕的范围一般比矿床大几十倍,分散晕,铀矿床的铀异常是通过物理作用、化学作用和生物作用使铀分散迁移到周围的岩石、土壤、冲积层、地下水和附件的地表水中，在矿床周围形成铀含量偏高区域称为分散晕原生晕和次生晕,原生晕指在矿床形成过程中同时生成铀元素富集的过渡带 次生晕是指矿床或原生晕暴露到地表风化带部分，由于风化和侵蚀作用而形成的次生机械晕和盐晕分散流,矿体和分散晕中的铀，由于剥蚀作用向沉积区作表生迁移，在冲积层和洪积层形成铀含量局部富集地段，成为分散流。

很多矿床就是通过分散晕和分散流发现的地球化学异常,放射性核素在地下水中的富集和迁移,水是放射性核素的载体，地质运动、地球内部的温度差、压力差是水运动的动力放射性物质的水迁移,地气,纳米级金属微粒从地下深部向地表迁移火山岩型铀矿床,江西相山,后生作用中铀的地球化学特征,后生作用是指岩石形成后，在地表水和地下水参与下所发生的变化和改造过程在这种作用下形成的矿床称为后生矿床，如层状氧化带和裂隙淋积型铀矿床皆可归因为该类型矿床后生淋积作用中铀富集的条件,铀源条件 岩性及水动力条件 氧化还原条件 构造条件 物理化学条件,铀源条件,铀的来源 来自矿床外的铀含量高（一般大于10ug/g）的酸性侵入岩、喷出岩、沉积岩和各种被风化剥蚀的矿床及矿化点 来自含矿层本身（铀源层）及其上覆的富铀沉积岩盖层，铀富集成矿与主岩内铀的重新分配有关岩性及水动力条件,该类铀矿床的形成，起主要作用的为层间承压水体系，即由供水、承压水和泄水条件联系起来的含水层和裂隙带不同水动力条件的交替带，即从水强烈交替到缓慢交替的过渡带和泄水区是铀成矿的有利部位氧化还原条件,在含铀地下水运移途中的氧化还原界成，是后生淋积成矿的必要条件卷状矿体均在层间氧化带的尖灭处产生，并与该氧化带的轮廓相吻合。

氧化还原界面的形成与发展与黄铁矿和有机质的。