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1、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 i
2、s 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：4.47101
3、0 a 丰度：99.3% 235U，半衰期：7.041010 a 丰度：0.7% 234U，半衰期：2.451010 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
4、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 226R
5、a，半衰期：1600 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，01个标 准大气压下氡气的密度为9.7310-3g/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
6、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。
7、 自然界存在的放射性矿物 放射性矿物矿物名称赋存岩石或矿床 钾矿物正长石和微斜长石 白云母 明矾石 钾石盐，光卤石 酸性火成岩和伟晶岩的主要组份 酸性火成岩和伟晶岩的主要组份 酸性火山岩的饰变 沉积岩是盐岩沉积 钍矿物独居石 方钍石 钍石、铀钍矿 花岗岩、伟晶岩、片麻岩 花岗岩、伟晶岩 砂矿 铀矿物沥青铀矿 钒钾铀矿 脂铅铀矿 花岗岩、伟晶岩及AgPbCu等脉状矿床 砂岩 与沥青铀矿共生 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
8、-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 地球各圈层U/ppmTh/ppmRa/10-10%Th/U 沉积岩 花岗岩 玄武岩 2.6 4.0 1.0 7.0 13.5 4.0 - 1.4 0.34 2.7 3.4 4.0 地幔 地核 0.012 0.013 0.048 0.013 0.0040 0.0010 4.0 4.3 地壳 在地球壳层中的分布 P.43 表
9、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
10、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
11、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。 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
12、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
13、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 核素浓度（Bq/L)核素浓度（Bq/L) 3H 0.02-0.01 222Rn 0.0710-2 14C 0.02 210Pb (0.04-0.25)10-2 40K 11.8 210Po (0.02-0.16)10-2 87Rb 0.11 232Th (0.01-0.29)10-4 238U 0.44 228Ra (0.01-0.37)10-2 234U 0.05 228Th (0.01-0.11)10-3 230Th (0.02-0.52)10-4 235U 0.1910-2 2
14、26Ra (0.15-0.17)10-4 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
15、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 类型铀矿床发现单位发现年代物化探方法 火山岩型江西相山铀矿田 （火山盆地） 三O九大队1957.7航空放射性 花岗岩型 热液型广东211铀矿（ 诸广岩体） 广东地质局 南岭区调队 19561：20万 顺便检查 单铀型陕西蓝
