Ядерно-геофизические методы

ЯДЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ (а. nuclear-geophysical methods; н. kerngeo- physikalische Methoden; ф. diagraphie nucleaire; и. metodos nucleo-geofisiсоs) — совокупность геофизических методов, основанных на исследовании естественных и искусственно вызванных полей ядерных излучений в горных породах. Изменение полей излучений и взаимодействие радиоактивных излучений с горными породами зависит от состава и свойств горных пород и насыщающих их флюидов (газа, нефти, воды). Ядерно-геофизические методы используются для изучения состава, геологического строения земной коры, процессов, протекающих в недрах Земли, а также поисков, разведки месторождений полезных ископаемых и контроля их разработки. В отличие от других геофизических методов ядерно-геофизические методы дают непосредственную информацию об элементном и радионуклидном составе изучаемых объектов. 

Ядерно-геофизические методы различают по виду первичного (возбуждающего) и вторичного (регистрируемого) излучения, типу изучаемой ядерной реакции или эффекта взаимодействия излучения с веществом, способу и режиму измерений. Наиболее распространённый из ядерно-геофизических методов гамма-метод основан на измерении интенсивности потока или спектра гамма-излучения естественных радиоактивных нуклидов, содержащихся в горных породах (главным образом гамма-излучения, продуктов распада урана и тория, а также радионуклида К). В интегральном варианте по данным гамма-метода изучают общую гамма-активность горных пород, в спектрометрическом — гамма-активность отдельных радионуклидов и их концентрацию. Гамма-гамма-методом (ГГМ) измеряют поток или спектр рассеянных горных пород гамма-излучения, возникающего при облучении их гамма-квантами внешнего источника. ГГМ применяют в основном для определения плотности горных пород, в первую очередь при геофизических исследованиях скважин.

Нейтронные методы (HM) основаны на облучении горных пород нейтронами внешних источников и регистрации нейтронного или гамма-излучения, возникающего в результате различных реакций взаимодействия нейтронов источника с ядрами элементов, входящих в состав горных пород. Методы, основанные на регистрации естественного нейтронного потока горных пород, не нашли широкого применения. HM включают стационарные и импульсные нейтрон-нейтронные (HHM и ИННМ) и нейтронные гамма- (НГМ, ИНГМ) и нейтронные активационные методы (HAM). Каждая из этих групп методов содержит ряд модификаций. Наиболее информативными являются спектрометрические варианты НГМ, ИНГМ, HAM, в которых по спектрам вызванного нейтронами гамма-излучения определяют элементный состав исследуемых геологических объектов. HM — самые информативные из ядерно-геофизических методов и используются для решения широкого круга геологических задач.

Рентгенорадиометрический метод, применяемый в рудной геофизике, основан на облучении горных пород или руд низкоэнергетическим (до 200 кэВ) гамма-излучением от радионуклидных источников и измерении характеристического рентгеновского излучения атомов. Гамма-нейтронным методом регистрируют фотонейтроны, образующиеся при облучении горных пород гамма-квантами высоких энергий с целью выявления бериллиевых руд. Метод ядерного гамма-резонанса, основанный на эффекте Мёссбауэра, используется при поисках и разведке руд олова и железа.

При проведении ядерно-геофизических съёмок наиболее широко используются гамма-методы (Гамма-съёмка), реже эманационная, радиогидрогеологическая, рентгенорадиометрическая, гамма-нейтронная и др. Для опробования руд применяют гамма-методы, рентгенорадиометрические, нейтронные и гамма-активационные методы. При Геофизических исследованиях в скважинах наибольшим распространением пользуются Гамма-каротаж, Гамма-гамма-каротаж, Нейтрон-нейтронный каротаж и Нейтронный гамма-каротаж. Для изучения динамики подземных флюидов (нефть, вода) и оценки фильтрационных свойств пластов в нефтепромысловой геологии, инженерных и гидрогеологических исследованиях, а также для контроля технического состояния скважин используется метод радиоактивных индикаторов, основанный на закачке трития или радона в скважину и измерении радиоактивности проб воды в соседних скважинах.

Становление ядерно-геофизических методов относится к 20-м гг., когда А. П. Кириковым, Л. И. Богоявленским, А. Г. Граммаковым, Г. В. Горшковым в CCCP были заложены основы поисково-разведочной радиометрии. Дальнейшее развитие ядерно-геофизических методов связано с достижениями ядерной физики, её методов и технических средств. В конце 30-х — начале 40-х гг. были предложены и опробованы нейтронно-активационный анализ (1936, Д. Хевеши, Х. Леви — Венгрия), гамма-каротаж (1937, Г. В. Горшков — CCCP), нейтронный каротаж (1939-41, Б. Понтекорво — США, Я. Г. Дорфман, А. И. Заборовский — CCCP). В концу 40-х — 50-х гг. появились гамма-гамма-каротаж (1947, Ф. Халленбах — ФРГ), рентгенорадиометрический метод (1954, Л. Райфел, Р. Хемфриц — США), импульсный нейтронный каротаж (1955, Г. Н. Флёров — CCCP). В 50-е -60-е гг. сформировались основные направления ядерной геофизики, разработана теория методов и принципы создания аппаратуры, большой вклад в создание и развитие которых внесли советские учёные Ф. А. Алексеев, Ю. П. Булашевич, Д. Ф. Беспалов, Г. М. Воскобойников, Б. Г. Ерозолимский, Б. Б. Лапук, Д. И. Лейпунская, Л. С. Полак, Г. Н. Флёров, Ю. С. Шимелевич, А. Л. Якубович и др.