Спосіб геохімічних пошуків

Изобретение относится к геохимии и космохимии элементов и их ядерных видов и может быть использовано в геологии и горном деле. Первозданный изотопный состав любого химического элемента является природной константой. Затем в результате ядернофизических, физико-химических, биологических и други х процессов изотопный состав элементов претерпевает временные и пространственные изменения, по которым можно прослеживать эволюцию геологических образований в пространстве и времени, изучать массоперенос между геосферами и внутри их, а также определять другие характеристики, не поддающиеся прямым измерениям (Изотопия подземных вод // Гидрогеологические исследования за рубежом / Под ред. Н.А. Маринова. - М.: Недра, 1982. - С.253). Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ геохимических исследований, включающий отбор проб горных пород и последующий их анализ на содержание элементов и их ядерных видов, при реализации которого определяют процентное содержание стабильных изотопов железа и о наличии или отсутствии рудного месторождения в недрах и генетическом типе руд железомарганцевой формации судят по величине изотопного отношения Fe56/Fe54 или Fe57/Fe54 (А.с. СССР №940115, кл. G01V9/00, опубл. 30.06.82, Бюл. №24). Известному способу присущи следующие недостатки. Он применим, в основном, для поиска железорудных месторождений. Кроме того, изотопы железа имеют относительно высокие массовые числа, поэтому их природное фракционирование часто не обнаруживается даже при использовании высокоточной аппаратуры. Предложенный способ направлен на расширение круга поисковых объектов, включая поиск месторождений хромитов, а также на повышение разрешающей способности геохимических ядерных исследований. Для выполнения этой задачи в способе геохимических поисков, преимущественно хромитов, включающем отбор проб горных пород и последующий анализ этих проб на содержание элементов и их ядерных видов, в том числе стабильных изотопов железа, при анализе проб горных пород в качестве элементов используют их изобары с массовым числом A = 54, причем по величине изобарного отношения Cr54/Fe54 судят о наличии или отсутствии хромитов. Применение изобаров требует теоретических разъяснений. Напомним, что изобарами называются атомы с одинаковым массовым числом A, но разными N и Z, где N - число нейтронов в ядре, Z порядковый номер элементов в таблице Д.И. Менделеева (число протонов в ядре). В отличии от изотопов, изобары относятся к разным элементам, поскольку сильно отличаются друг от друга по химическим свойствам. Пример изобар приведен в табл.1. Резкое отличие изобаров по химическим свойствам приводит к несравненно более существенному их разделению в природе по сравнению с разделением изотопов одного элемента. Кроме того, изобары весьма часто оказываются тесно геохимически взаимосвязанными и даже членами одного ряда ядерных превращений. Например, приведенные в табл.1 изобары с A = 40 взаимосвязаны; при радиоактивном распаде изобара K40 путем bраспада образуется изобар Ca40, а при распаде того же K40 путем захвата электрона образуется изобар Ar40 . Предложенный способ для выявления скрытых месторождений полезных ископаемых, в отличии от прототипа, использует не изотопы одного элемента, а изобары двух элементов. Постоянным спутником хрома является железо, в связи с чем все хромитовые руды делятся на маложелезистые, среднежелезистые и железистые. Поэтому для поиска таких руд целесообразно использовать изобарную пару (A = 54) хром - железо. Средние распространенности этих изобаров соответственно равны 2,38 и 5,82%. Хром-54 при этом является самым тяжелым изотопом хрома, а железо-54 - самым легким стабильным изотопом железа. Хромитовые месторождения - в основном первичные и приурочены к областям развития ультраосновных интрузивных пород, представленных чаще всего дунитами и перидотитами. Они возникают, в основном, из остаточных магматических расплавов в позднемагматический этап формирования интрузитов. Поэтому можно предположить, что в результате процессов фракционирования с удалением от скрытого рудногаместорождения содержание хрома-54 в металлометрических пробах будет уменьшаться, а содержание железа54 - увеличиваться. С приближением к залежам должна наблюдаться обратная картина. Результаты эталонных испытаний способапрототипа над крупным Верблюжьегорским хромитовым месторождением приведену в табл.2. Из рассмотрения данных этой таблицы видно, что по величине отношений изотопов железа рудные и нерудные зоны практически неразличимы.Поисковое значение изобаров хрома и железа (предложенный способ) иллюстрируется данными табл.3. Из рассмотренных данных этой таблицы видно, что в делювии над рудными телами величина отношения Cr54/Fe54 находится в интервале 0,407 - 0,410. За пределами рудоносных зон она понижается до 0,399 - 0,405. Таким образом, по изобарному отношению возможно четкое разделение рудоносных и непродуктивных участков. Предложенный способ промышленно осуществим, так как указанные выше изобары могут быть легко определены по стандартным методикам на масс-спектрометрах отечественного производства. В горном деле данный способ может быть использован для обнаружения металлических предметов в погашенных горных выработках, а также для обнаружения подземных коммуникаций и мест утечек канализационных стоков, содержащих хром и железо.