10-маъруза. Қудуқларни ўрганишнинг радиоактив усуллари. Радиоактивликни ўлчаш бирликлари. Табиий радиоактивлик. Чўкинди тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги.

Радиоактив усуллар тоғ жинсларининг табиий, ёки уларда сунъий равишда ҳосил қилинган радиоактивликни ўлчашга асослангандир. Радиоактив усулларни ядровий усуллар ҳам деб аталади, чунки ўрганилаётган физикавий ҳодисалар модда  ядроларининг ўзгариши билан боғлиқдир. Радиоактив усулларнинг бошқа геофизик (масалан, электрик) усуллардан афзаллиги, уларни очиқ қудуқларда, ҳамда мустаҳкамловчи қувурлар туширилганда ва қудуқ деворлари билан мустаҳкамловчи қувур оралиғи цементланганда ҳам ўтказиш мумкин. Сизлар билан олдинги дарсларда танишган электр усулларини эса, фақат очиқ қудуқларда ўтказиш мумкин.

 Табиий радиоактивлик.

Табиий радиоактив усули ГК да тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги ўрганилади. Радиоактивлик нима? Радиоактивлик айрим атом ядроларининг ўз-ўзидан парчаланишига ва ушбу парчаланишни  a, b ва g-нурларини тарқатиш билан бир пайтда содир бўлишига айтилади.

Альфа a-нурлар гелий атоми He₂⁴ нинг ядроси бўлиб, иккита протон ва иккита нейтрондан иборатдир. Альфа нурлар мусбат зарядланган заррачалар бўлиб, массаси 6.598· 10 ^{-12 г. ва тезлиги 1.39}·10⁹ дан-2.05·10⁹ м¤ с тенгдир. Турли радиоактив элементларнинг a-нурларининг кинетик энергияси 3.99 дан-8.785 МэВ гача бўлган оралиқда ётади.

Альфа нурларнинг энергияси  атомларни ионлаштириш учун сарфланади. Юқори энергияли a-нурларининг жисмлардан ўтиш қобилияти ҳавода 11.5 см.ни ташкил қилади. Бу масофани ўтган a-нурлар ўз энергияларини батамом йўқотади. Қаттиқ жисмларда эса, бу ўтиш масофаси микронлар билан ўлчанади.

Бета  b -нурлар электрон ва позитрон оқимларидан иборат бўлиб, массалари 0.9035·10^-27г. ва заряди 4.77·10^-10 электростатик бирликка тенгдир. Бета нурларнинг тезлиги 0 дан 0.998 ёруғлик тезлигигача ўзгариши мумкин. Бета нурлар жисмлардан ўтаётганларида, уларнинг энергиялари жисм атомларини ионлаштиришга ва уларни қўзғатишга сарфланади. Массаларининг кичкиналиги туфайли b- нурлар, a-нурларига қараганда жисмларда кўпроқ масофани ўтиш қобилиятига эгадирлар, лекин бу масофа тоғ жинсларида 8-9 мм. ни ташкил қилади.

Қудуқ шароитида a ва b -нурларни ўлчаб бўлмайди, чунки бу икки нурнинг  ҳам жисмлардан ўтиш қобилияти жудаям кичкина ва қудуққа туширилган пўлат ғилофли зондларимиздан ҳисоблагичга этиб келолмайдилар.

Гамма g-нурлар юқори частотали электромагнит нурланиш бўлиб, жисмлардан ўтиш қобилияти a ва b -нурларига қараганда анча каттадир. Агарда  b-нурлар бирнеча мм. Қалинликдаги тоғ жинсларидан ўтганларида, a-нурлар бирнеча микрон қалинликдаги тоғ жинсларидан ўтганларида бутунлай ютилсалар, g-нурларнинг бутунлай ютилиши учун 1 м. га яқин қалинликдаги тоғ жинси керак. Ҳавода бу масофа 1300-1400 м.ни ташкил этади.

Гамма нурларининг энергияси бошқа ядро заррачаларининг энергияси каби электрон – вольт (эВ) ёки миллион электрон-вольт (МэВ) да ўлчанилади.1эВқ1.602.10  ^-19    Дж.

Гамма нурларнинг энергияси Е_g  Планк доимийлиги-h ва n гамма нурларининг частотасининг кўпайтмасига тенгдир, яъни:

Е_g=hn=hс ¤l                                       (10.1)

Формулада; h-Планк доимийлиги -6.62·10^-34 Дж·с;

n- g-нурларининг частотаси;

l- g-нурларининг тўлқин узунлиги;

с- ёруғлик тезлиги.

Табиий радиоактив элементларнинг g-нурларининг энергияси 0.05-3 МэВ оралиғида  бўлади.

Гамма нурларининг жисмлардан ўтиш қобилиятининг юқорилиги қудуқларда тоғ жинсларининг табиий радиоактивлилигини ушбу нурларнинг интенсивлигини ўлчаш билан аниқлаш имконини беради.

Радиоактивликни ўлчаш бирликлари. 

Модданинг абсолют (мутлоқ) радиоактивлиги Бк (Беккерел) деб 1с. да содир бўлган парчаланиш сонига айтилади.Агарда 1 с. да 1 дона парчаланиш содир бўлган бўлса уш бу модданинг радиоактивлиги 1 Бк (Беккерел) деб қабул қилинади

Геофизикада СИ системасидан ташқари радиоактивликни ўлчаш бирлиги  деб кюри (Си) қабул қилинган. 1 Си радиоактивликка шундай радиоактив моддалар миқдори олинадики, уларда 1 сек. ичида 3.7·10¹⁰ радиоактив парчаланиш кузатилади, бу 1 г. Ra да 1 сек ичида содир бўлган парчаланишга тенгдир. Демак 1 г. Ra нинг радиоактивлиги 1 Си га тенгдир. Си катта бирлик бўлиб, амалиётда мингдан бир улуши mCи, миллиондан бир улуши mkCи ишлатилади.

Тоғ жинсларидаги радиоактив элементларнинг концентрацияси г экв Ra ¤ г тоғ жинси да ўлчанилади. Бу катталик тоғ жинслари таркибидаги радиоактив элементлар концентрация миқдорини 1 г. Ra ни парчаланганда 1 сек да ҳосил қилган гамма нурларининг интенсивлиги билан солиштиради. Бу бирлик жуда катта бирлик бўлиб, амалда унинг 10¹² дан бир улуши ишлатилади. Масалан чўкинди тоғ жинсларидан гилларда радиоактив элементларнинг концентрацияси 30-50· 10^{-12 г экв Ra} ¤ г га тенг бўлиши мумкин.

Тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги.

Тоғ жинслаининг табиий радиоактивлиги уларнинг таркибидаги радиоактив элементлар: уран U₉₂²³⁸  ва унинг парчаланганда ҳосил бўлган радий Ra₈₈²²⁶ , торий Th₉₀ ²³²  ва калийнинг радиоактив изотопи К₁₉⁴⁰  ларнинг миқдорига боғлиқдир. Қолган радиоактив элементлар: рубидий Rb, самарий Sm, лантан La, лютеций Lu ва бошқаларнинг тоғ жинсларидаги миқдори жудаям кам  ва шунинг учун уларнинг тоғ жинсларининг табиий радиоактивлигига қўшган ҳиссалари сезиларли даражада эмас.

Радиоактив элементлар уран, торий ва калийнинг тоғ жинсларининг таркибидаги миқдори, уларнинг шаклланаётган шароитлардаги физикавий ва кимёвий муҳитга боғлиқдир. Шунингдек тоғ жинси шаклланиб бўлгандан сўнгги иккиламчи ўзгаришларга боғлиқдир.

Энг катта радиоактивликка магматик тоғ жинслари эгадирлар. Метаморфик тоғ жинсларида ўртача ва чўкинди тоғ жинсларида энг кичкина радиоактивлик кузатилади.

Чўкинди тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги катта оралиқда ўзгаради ва бу ўзгариш уларнинг таркибида юқорида қайд қилинган радиоактив элементлар уран, торий ва калийларнинг миқдорига боғлиқдир.

Чўкинди тоғ жинсларининг орасида энг катта радиоактивликка (калий тузларидан ташқари) гиллар эгадир. Гил ва гилли сланецларнинг бошқа чўкинди тоғ жинсларига нисбатан юқори радиоактивликка эгалигини қуйидаги сабабларга асосланиб тушунтириш мумкин: 1) уран, торий ва калий гил заррачалари орқали бошқа тоғ жинсларига нисбатан яхши сорбция қилинади; 2) гиллар  таркибида калий, торий ва олти валентлик уран минералларининг мавжудлиги.

Айниқса гилларнинг радиоактивлиги, агарда улар уран конларининг яқинида, уларнинг оксидланиш зоналари  атрофида пайдо бўлсалар, юқори бўлади.

Уран бирикмаларининг тоғ жинслари билан биргаликда чўкинди ҳолига келиши муҳитда қайтарилиш реакцияси кетаётганда, органик моддалар миқдорининг кўплигида жуда фаоллашади. Органик моддаларнинг адсорбция қилиш қобилияти катта бўлгани учун, улар теварак атрофдаги сувли муҳитдан олти валентлик уранни адсорбция қилиб, уни тўрт валинтлик уранга қайтаради. Тўрт валентлик ураннинг бирикмалари сувда эримайди, чўкинди тоғ жинсларида яхши сақланиб қолади. Шунинг учун ўз таркибида органик моддаларни сақлаган тоғ жинслари (уларнинг тоғ жинсларида мавжудлиги уларни қорамтир рангларга бўяйди) органик моддалари йўқ тоғ жинсларига нисбатан радиоактивлиги кўпроқ бўлади.

Гил ва гилли тоғ жинсларининг радиоактивлигининг юқорилиги уларнинг таркибида 6.5 % гача калийнинг борлиги ҳамдир.

Ўта чуқур сувли ҳафзаларда ҳосил бўлган гилларнинг таркибидаги радиоактив элементлар концентрацияси

50·10^{-12 г экв Ra}¤ г ва ундан ортиқроқдир.

Контенентал ва саёз сув ҳафзаларида ҳосил бўлган гилларда радиоактив элементлар концентрацияси 3 дан 20·10^{-12 г экв Ra}¤ г га тенгдир.

Қумтошлар, асосан, паст радиоактивликка эгадирлар. Уларда радиоактив элементлар концентрацияси 0.7÷

÷1.5·10^{-12 г экв Ra}¤ г оралиғида бўлади. Қумтошларнинг радиоактивлиги уларнинг таркибида гил заррачаларининг миқдорига қараб ортиб боради.

Карбонат тоғ жинслари, денгиз оҳактошлари, доломитлар одатда кам радиоактивликка эгадир. Оҳактошларда радиоактив элементлар концентрацияси 0.6÷1.9·10^{-12 г экв Ra}¤ г оралиғида бўлади Карбонат тоғ жинслари, аксарият, оксидланиш муҳитларида шаклланади, шунинг учун улар кам радиоактивликка эга бўладилар.

Мергеллар тоза оҳактошларга нисбатан радиоактивликлари юқори бўлади ва баъзан радиоактивликлари гилларнинг радиоактивлигига яқин бўлиши мумкин.

Калий тузлари силвин-КCl, карналит- KClMgCl_2, таркибларида калий бўлганлиги сабабли, юқори радиоактивликка эгадирлар.

Қолган гидрокимёвий чўкинди тоғ жинслари- галит, ангидрит, гипс карбонат тоғ жинслари каби оксидланиш шароитларида шаклланишади, шунинг учун бу тоғ жинслари кам радиоактивликка эгадирлар. Галит (ош тузи) да радиоактив элементлар концентрацияси 0.5÷2.0·10^{-12 г экв Ra}¤ г оралиғида, ангидритда эса радиоактив элементлар концентрацияси 0.5·10^{-12 г экв Ra}¤ г бўлади.

Расм 10.1

Расм 10.1 да: 1- ош тузи; 2- калий тузи; 3- гил; 4- диаметри ювилган гил; 5- гипс; 6- ангидрит; 7- кичик ғовакли оҳактош; 8- юқори ғовакли оҳактош ва қумтош; 9- газга тўйинган; 10- нефтга тўйинган; 11- сувга тўйинган; 12-метаморфик тоғ жинслари.

Юқорида қайд қилинган чўкинди тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги расм 10.1 да келтирилган гамма каротаж диаграммаларининг схематик кўринишида ўз исботини топмоқда. Бу диаграммада гамма каротажнинг энг юқори кўрсаткичи калий тузлари, гиллар, катта диаметргача ювилган гиллар ва метаморфик тоғ жинсларида кузатилмоқда. Энг паст радиоактивлик эса гипс, ангидрит, газ нефт ва сувга тўйинган қумтош ёки оҳактошларда кузатилмоқда.

Шундай қилиб умумий хулоса қилсак кам радиоактивликка эга бўлган тоғ жинслари қуйидагилардир: яхши сараланган, бўш цементланган, мономинерал кварц қум ва қумтошлари, алевролитлар, тоза оҳактошлар, доломитлар, ош тузи, ангидритлар, гипслар, аксарият кўмирлар, нефт-газга тўйинган тоғ жинслари.

Ўртача радиоактивликка эга бўлган тоғ жинслари эса қуйидагилардир: гилли тоғ жинслар, гилли қум ва қумтошлар, алевролитлар, айрим мергеллар, гилли оҳакатош ва доломитлар, шунингдек, таркибида органик моддалар бўлган тоғ жинслари.

Юқори радиоактивликка эга бўлган тоғ жинслари қуйидагилардир: калий тузлари, монацит қум ва қумтошлар, чуқур сув ҳафзаларида ҳосил бўлган гиллар ва лойқалар.

Умуман олганда тоғ жинсларининг табиий радиоактивлиги таркибидаги гилларнинг миқдорига боғлиқ бўлиб, гиллар ортиши билан радиоактивлик ҳам ортиб боради. Бу ҳолат табиий радиоактивлик усули билан тоғ жинсларининг гиллилигини аниқлаш имконини беради.

 катта ўқитувчи Абдулла Набихоновнинг "Қудуқларни геофизик усулларда ўрганиш" қўлланмасидан