Variation of distribution of natural radionuclides in the graptolite argillites plast on the example of the outcrop in the valley of the tyzva river

Borisova K.A., Efremova U.S. (SPbGU, Saint-Petersburg),

Lebedev S.V., associate professor PhD (SPbGU, Saint-Petersburg)

Целью исследований являлось определение содержания естественных радионуклидов (ЕРН) и природной неравномерности их распределения по простиранию и мощности пласта диктионемовых сланцев, выходящих на дневную поверхность в долине р. Тызьва. Река Тызьва протекает по территории Ленинградской области, неподалеку от Павловска, и впадает в реку Славянку. Пробоотбор производился на обнажении в левом борту реки.

Общая мощность коренных пород, выходящих на дневную поверхность после зачистки обнажения, составила 2,4 м. Геологический разрез представлен песком тосненской свиты (видимая мощность 0,25 м), аргиллитом (мощность 1,4 м) и глауконитовыми песками, глинами, мергелями леэтсеской свиты (видимая мощность 0,75 м). Всего по обнажению отобрано 12 проб граптолитовых аргиллитов по сетке 3х4 – 3 вертикальных, 4 – горизонтальных профилей. Расстояние между профилями 40–50 см.

Отобранные в полевых условиях образцы пород высушивались, затем, при необходимости дробились до фракции < 3мм. Удельную активность проб определяли на установке «РАДЭК» в испытательной лаборатории отдела радиационной гигиены ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург». Гамма-спектрометр «РАДЭК» отградуирован в единицах активности радионуклидов по образцовым мерам активности радионуклидов ²²⁶Ra, ²³²Th, ⁴⁰K.

В таблице показаны результаты определения удельной активности проб по радию, торию, калию. Нумерация проб следующая: римскими цифрами обозначены номера вертикальных профилей, арабскими – горизонтальных профилей. Профиль 1 расположен ближе к кровле, 4 – ближе к подошве пласта. ARa, АTh, АК – удельные активности радия, тория, калия, соответственно, Бк/кг.

Таблица

Результаты определения удельной активности проб, Бк/кг

По данным анализов вычислялась также эффективная удельная активность пород (Аэфф). Аэфф – это суммарная удельная активность естественных радионуклидов в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на живой организм [1].

Как видно из результатов анализа проб радионуклиды распределены по простиранию пласта очень неравномерно. Так, в первом вертикальном профиле (обозначен римской цифрой I) по уровню удельной эффективной активности 2 пробы аргиллитов в соответствии с нормативами радиационной безопасности НРБ-99/2009 можно отнести к III классу экологической опасности (740 < Aэфф < 1500 Бк/кг), а 2 – к IV классу (Aэфф > 1500 Бк/кг). При этом минимальное и максимальное значение удельной эффективной активности проб равно 800 и 3780 Бк/кг.

Во втором профиле (римская цифра II), отстоящем от первого всего на 0,5 м, картина распределения активности проб совсем другая: все 4 пробы относятся к III категории экологической опасности при существенно меньшем разбросе минимального и максимального значений активности от 1300 до 1420 Бк/кг.

В третьем профиле (римская цифра III) характер распределения радиоактивных элементов по мощности пласта очень похож на тот, который наблюдается в первом профиле: по 2 пробы III и IV классов экологической опасности при минимальном и максимальном значении эффективной активности проб 790 и 4310 Бк/кг.

Анализ осредненных по каждому горизонтальному профилю данных (по 3 пробы) позволяет выявить следующие закономерности в распределении ЕРН по мощности пласта. Максимальное значение радиоактивности пород зафиксировано в самом близком к подошве пласта горизонте (№4). Здесь среднее значение Аэфф оценивается величиной 3130 Бк/кг. С приближением к кровле пласта значение эффективной удельной активности закономерно уменьшается. Если оперировать нормативами радиационной безопасности, то в направлении от подошвы к кровле пласта порода постепенно переходит из IV категории экологической опасности (1500 < Аэфф < 4000 Бк/кг), в третью (740 < Аэфф < 1500 Бк/кг). Минимальное значение Аэфф составило 830 Бк/кг.

Следует отметить, что основной вклад в Аэфф диктионемовых сланцев вносит радий. Он же и определяет описанную выше закономерность, несмотря на то, что содержание калия, наоборот, увеличивается от подошвы к кровле пласта.

Расчет коэффициента вариации Aэфф по всем 12 пробам аргиллитов показал, что его величина 66% соответствует крайне неравномерному характеру распределения исследуемых элементов в пласте диктионемовых сланцев. Установленный характер природной неравномерности распределения радионуклидов по мощности и простиранию пласта диктионемовых сланцев важен для оценки воспроизводимости данных исследований и, в конечном итоге, достоверности результатов интерпретации геологического разреза.

Пересчет на массовые доли содержания урана, тория и калия по формуле

Qu = ARa/12,04 ppm; QTh = ATh/4,06 ppm; Qk = AK/313 %

показал, что в среднем содержания естественных радионуклидов составляют: U = 128 г/т, Th = 10 г/т, калий 4,5%. Для сравнения отметим, что кларк массовых долей содержания ЕРН в сланцах для урана, тория и калия равен 3,6 г/т, 10,3 г/т и 2,8%, соответственно [2].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). СанПиН 2.6.1.2523-09. М., 2009.

2. Хайкович, И.М. Геофизические поля в экологической геологии: учеб. Пособие / И.М. Хайкович, С.В. Лебедев; под ред. В.В. Куриленко. – СПб.: С.-Петерб. гос. ун-т, 2013. 156 с.