新疆伊犁盆地北緣煤炭重點開發(fā)區(qū)天然放射性水平評價

魏周政， 楊鏡明， 陳曉冬， 李秋實

(核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011 )

新疆伊犁盆地北緣煤炭重點開發(fā)區(qū)天然放射性水平評價

魏周政， 楊鏡明， 陳曉冬， 李秋實

(核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011 )

利用γ能譜儀對新疆伊犁盆地北緣600 km2面積土壤的天然放射性核素進(jìn)行了現(xiàn)場測量，計算γ射線空氣吸收劑量率和年有效劑量，研究結(jié)果顯示，該地區(qū)土壤中放射性核素238U，232Th 和40K比活度分別為 11.12～462.26 Bq/kg，8.08～100.53 Bq/kg，62.6～1774.71 Bq/kg；γ射線空氣吸收劑量率為16.06～241.59 nGy/h，均值為74.18 nGy/h，低于全國(81.50 nGy/h) 和世界( 80.00 nGy /h) 的均值；γ外照射年有效劑量在國家標(biāo)準(zhǔn)限量控制的范圍內(nèi)。調(diào)查區(qū)238U，232Th，40K比活度與局部煤層及其頂板鈾礦化出露關(guān)系比較密切，但煤層及其頂板(如泥巖)鈾礦化厚度和產(chǎn)出規(guī)模有限，其對放射性環(huán)境的影響具有范圍小、不均勻特征。

γ能譜測量; γ射線空氣吸收劑量率; 年有效劑量; 放射性水平

魏周政，楊鏡明，陳曉冬,等.2017. 新疆伊犁盆地北緣煤炭重點開發(fā)區(qū)天然放射性水平評價[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，40(3)：275-278.

Wei Zhou-zheng, Yang Jing-ming ,Chen Xiao-dong, et al.2017. Evaluation of natural radioactivity level in the northern Margin of Yili basin[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 40(3):275-278.

天然輻射分為宇宙射線輻射和巖石(土壤)中天然放射性核素產(chǎn)生的放射性輻射。宇宙射線輻射對人類造成的輻射與海拔、緯度有關(guān)；而天然放射性輻射與該地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)。除突發(fā)核事故外，天然輻射是影響公眾環(huán)境輻射安全的重要放射性源。聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會曾經(jīng)指出天然離子輻射是世界人口所受到的集體劑量的最大的部分，它在人類集體劑量輻射中占80%(曾兵等，2010；曹龍生等，2012)。

UNSCEAR在1982年的報告中指出，地球伽瑪輻射主要產(chǎn)生于地殼表面的巖石、土壤中的天然放射性核素，如鈾系、釷系以及40K等。

伊犁盆北緣地煤、鈾資源豐富，且兩種資源在空間上存在一定的共伴生關(guān)系，由于鈾等放射性元素的同層存在，調(diào)查區(qū)早期的煤礦開發(fā)利用有可能會對周邊環(huán)境造成一定的放射性污染。在國家和自治區(qū)大力提倡的建設(shè)“美麗中國”和“資源開發(fā)可持續(xù)，生態(tài)環(huán)境可持續(xù)”要求下，對伊犁盆地北緣重點煤炭資源開發(fā)區(qū)進(jìn)行天然放射性環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，為調(diào)查區(qū)放射性環(huán)境評價與輻射污染防控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為煤田安全開發(fā)與利用決策提供參考依據(jù)。

1 調(diào)查區(qū)概況

調(diào)查區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州所轄伊寧市、伊寧縣、霍城縣境內(nèi)。調(diào)查區(qū)位于伊犁盆地北部科古琴山南坡山前傾斜帶及沖積平原上，地勢北部、東部高，南部、西部低，海拔高度650～1 150 m，局部地勢切割強(qiáng)烈，地形坡度平緩處2～3°，丘陵區(qū)較陡。

調(diào)查區(qū)跨伊寧凹陷北部褶皺帶東段蘆草溝-霍城凹陷、霍城以東-喀占奇凸起兩個次級構(gòu)造。北部褶皺帶受科古琴山-博洛霍羅山山前區(qū)域性大斷裂和霍城-托開大斷裂的夾持，北部褶皺帶以北為古生界出露區(qū)，以南為中央拗陷帶。

調(diào)查區(qū)地表主要出露中—新生界：中-上三疊統(tǒng)小泉溝群(T2-3xq)、中-下侏羅統(tǒng)水西溝群(J1-2sh)、中侏羅統(tǒng)頭屯河組(J2t)、古近系(E)、新近系(N)和第四系(Q)。含煤地層為中、下侏羅統(tǒng)，煤層自上而下賦存于中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)、下侏羅統(tǒng)三工河組(J1s)和八道灣組(J1b)之中，共含煤34層。調(diào)查區(qū)煤層多、煤質(zhì)優(yōu)良、煤炭資源豐富，規(guī)劃17個礦井及2個露天礦，各井田煤炭總資源量為19 080.05 Mt。

調(diào)查區(qū)早中侏羅世是伊犁盆地含鈾建造形成的主要時期，盆地內(nèi)廣泛發(fā)育的中-下侏羅統(tǒng)含煤巖系中氧化-還原過渡帶附近的巖石是鈾礦的主要賦存層位。區(qū)內(nèi)有新城子、南臺子、干溝、蘇魯、皮里青、克山奇等6個鈾礦(化)點。

2 天然放射性水平評價方法

在本次研究工作中，采用γ能譜儀對新疆伊犁盆地北緣重點煤炭開發(fā)區(qū)600 km2面積進(jìn)行了土壤天然放射性核素測量，工作比例尺為1∶25000，即線距250 m、點距50 m。共采集U，Th，K含量數(shù)據(jù)44 499個。

野外現(xiàn)場測量使用的儀器為FD-3022-I型 γ 能譜儀。探測器為φ2"×2.4"BGO晶體；能量分辨率≤12%；含量測量范圍eU:1×10-6～1 000×10-6(Ur)，eTh: 1×10-6～1 000×10-6(Ur)，eK:0.2%～100%；準(zhǔn)確性符合檢定規(guī)程中相對偏差的要求 eU，eTh (E≤7%)，eK(E≤12%)；使用溫度 (0～+50 ℃)、相對濕度(≤90%)。

γ能譜測量是根據(jù)天然放射性核素的γ射線能量差異，在自然產(chǎn)狀條件下直接確定巖石(土壤或礦石)中γ射線強(qiáng)度(γ射線的空氣吸收劑量率)以及鈾、釷、鉀放射性核素含量的測量方法(章嘩等，1990；周永海等，2013)。在環(huán)境天然放射性水平調(diào)查中，通過計算γ能譜儀測得的40K，214Bi，208Tl的1.46，1.76和2.62 MeV的特征能量范圍內(nèi)的全能峰計數(shù)率，經(jīng)過剝譜，可求得地面土壤中放射性核素40K，232Th，238U的含量，借助放射性核素含量與比活度單位換算關(guān)系(表 1) 換算出40K，232Th，238U 的比活度。進(jìn)而計算距地表1 m高處的空氣吸收劑量率(單位：nGy/h)：

D=KRaCRa+KThCTh+KkCk

(1)

式中，CRa，CTh，CK分別為226Ra，232Th，40K 的比活度，Bq/kg；KRa，KTh，KK分別為226Ra，232Th，40K的換算系數(shù)，在這里分別取0.427，0.662，0.043①UNSCEAR. 1988.Effects and risks of ionizing radiations[R]. New York: United Nations．。

表1 放射性核素含量與比活度單位換算表(程業(yè)勛等，2005)

年有效劑量(Daed)是評價放射性核素伽馬輻射外照射的一個重要指標(biāo)，計算公式為②UNSCEAR. 1993.United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation[R]. New York：Exposure from natural sources of radiation, United Nations.：

Daed=Dr×a1×a2×8760×10-6

(2)

式中，Dr為距地表1 m高處的空氣吸收劑量率；a1為居民在室外的平均居留因子(0.20)；a2為大氣中吸收劑量率與有效劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)(0.70 Sv/Gy)。

3 結(jié)果與討論

為評價調(diào)查區(qū)的天然放射性水平，本文采用放射性核素比活度、γ射線空氣吸收劑量率和年有效劑量指標(biāo)來評價調(diào)查區(qū)環(huán)境放射性水平。由表1中給出的天然放射性元素含量與放射性核素比活度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，得到天然放射性核素238U，232Th，40K的比活度(表 2)。

新疆伊犁盆地北緣煤炭重點開發(fā)區(qū)238U，232Th，40K比活度與局部煤層及其頂板鈾礦化出露關(guān)系比較密切。

表2 土壤中放射性核素含量統(tǒng)計結(jié)果表

(1)新疆伊犁盆地北緣放射性核素238U比活度變化范圍為11.12～462.26 Bq/kg，均值為38.04 Bq/kg，與全國平均值(38.5 Bq/kg)和世界平均值(40 Bq/kg)③UNSCEAR. 2000.United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation[R]. New York：Exposure from natural sources of radiation, United Nations.基本一致。全區(qū)238U比活度變化范圍大，30.87～43.23 Bq/kg之間在調(diào)查區(qū)面積分布廣、連續(xù)性好；43.23～67.93 Bq/kg之間的主要分布在調(diào)查區(qū)中部和東部，規(guī)模較小，呈近南北展布，形狀不規(guī)則；大于67.93 Bq/kg以點狀分布為主，極少數(shù)點大于111.15 Bq/kg，多呈點狀分布面積較小，主要由調(diào)查區(qū)侏羅系局部鈾礦化層出露、鈾異常帶和異常點影響區(qū)內(nèi)地表放射性核素不均勻分布引起。以新城子鈾礦點一帶為例，新城子鈾礦點238U 比活度最大值345.31 Bq/kg，平均值96.58 Bq/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全國平均值(38.5 Bq/kg)和世界平均值(40 Bq/kg)。異常區(qū)以第四系覆蓋為主，局部出露古近系和侏羅系；近東西向斷裂位于異常南部；異常與局部鈾礦化露頭受自然動力(風(fēng)、水)和人類活動(采礦、農(nóng)業(yè)活動、地質(zhì)勘探地表工程)等作用下鈾元素擴(kuò)散有關(guān)，高值異常主要由出露基巖引起。但煤層及其頂板(如泥巖)鈾礦化厚度和產(chǎn)出規(guī)模有限，其對放射性環(huán)境的影響具有范圍小、不均勻特征。

(2)放射性核素232Th比活度變化范圍為8.08～100.53 Bq/kg，均值為44.86 Bq/kg。低于全國232Th的比活度平均值(54.6 Bq/kg)，但高于世界的平均值(40 Bq/kg)。232Th比活度小于40.86 Bq/kg的全區(qū)均有分布，主要分布在調(diào)查區(qū)西南部新城子鈾礦點和南臺子鈾礦點一帶，呈塊狀和短軸橢圓狀分布；40.46～60.69 Bq/kg之間的分布面積廣；大于60.69 Bq/kg，圓狀零星分布，規(guī)模較小。如達(dá)達(dá)木圖一帶，異常區(qū)以第四系覆蓋為主，中部為呈東西走向的煤層燒變巖帶，南部和北部均有侏羅系出露；異常東部發(fā)育有近南北向斷裂。

(3)放射性核素40K比活度變化范圍為62.6～1 774.71 Bq/kg，均值為638.52 Bq/kg。高于全國平均值(584 Bq/kg)和世界平均值(580 Bq/kg)。40K比活度大部分區(qū)域為570.60～697.40 Bq/kg為主，大于824.4 Bq/kg的區(qū)域局部為帶狀分布，主要以單點分布為主，整體為不均勻分布，與地表砂土中母巖鈾、鉀含量較高的砂礫有關(guān)。

根據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)GB188871—200》放射性核素的豁免活度濃度，天然U，Th為1 000 Bq/Kg、40K為100 000 Bq/Kg，調(diào)查區(qū)內(nèi)天然U，Th，40K的比活度值遠(yuǎn)低于豁免活度濃度。

(4)計算得到調(diào)查區(qū)距地表1 m高處的空氣吸收劑量率為16.06～241.59 nGy/h，均值為74.18 nGy/h，略小于全國平均值(81.5 nGy/h)和世界的平均值(80 nGy/h)。只有皮里青一帶、腦蓋吐一帶區(qū)域的空氣吸收劑量率為100～242 nGy/h，其他區(qū)域均小于100 nGy/h，大部分區(qū)域空氣吸收劑量率小于全國和世界平均值。

(5)伽馬外照射年劑量當(dāng)量為0.02～0.3 mSv，其均值為0.09 mSv，低于全國(0.595 mSv)和世界(0.46 mSv)(徐東辰等，2000)。

4 結(jié)論

新疆伊犁盆地北緣天然放射性評價表明，238U，232Th，40K比活度分別為38.04 Bq/kg(11.12～462.26 Bq/kg)，44.86 Bq/kg(8.08～100.53 Bq/kg)，638.52 Bq/kg(62.6～1 774.71 Bq/kg)；空氣吸收劑量率為16.06～241.59 nGy/h，均值為74.18 nGy/h，略小于全國和世界的平均值；伽馬外照射年劑量當(dāng)量為：0.02～0.3 mSv，其均值為0.09 mSv，低于全國評價水平。在國家標(biāo)準(zhǔn)限量控制的范圍內(nèi)，因此，調(diào)查區(qū)天然放射性水平尚屬正常范圍內(nèi)。

地面天然放射性核素水平與全國和世界水平基本一致；238U比活度均值與全國和世界基本一致，232Th比活度均值低于全國均值，但高于世界的均值，40K高于全國和世界均值。核素變化范圍較大，調(diào)查區(qū)局部高鈾異常點主要與區(qū)內(nèi)局部煤層及其頂板鈾礦化出露受自然運力和人類活動(煤礦開采等)影響，但煤層及其頂板(如泥巖)鈾礦化厚度和產(chǎn)出規(guī)模有限，其對放射性環(huán)境的影響具有范圍小、不均勻特征。調(diào)查區(qū)內(nèi)天然U，Th，40K的核素含量低于豁免活度濃度。

通過對新疆伊犁盆地北緣重點煤炭資源開發(fā)區(qū)進(jìn)行天然放射性水平的評價，為調(diào)查區(qū)放射性環(huán)境評價與輻射污染防控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為煤田安全開發(fā)與利用決策提供參考依據(jù)。

曹龍生，楊亞新等.2012.中國大陸主要省份土壤中天然放射性核素含量分布規(guī)律研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)自版，35(2)：167-172.

程業(yè)勛，王南萍，侯勝利，等. 2005.核輻射場與放射性勘察[M]． 北京:地質(zhì)出版社，247-248．

徐東辰, 王衛(wèi)平.2000. 山東黃河口地區(qū)環(huán)境放射性輻射水平及評價[J]. 物探與化探，14(3)：178-183．

曾兵, 葛良全, 劉合凡, 等.2010. 成都經(jīng)濟(jì)區(qū)天然放射性環(huán)境評價[J]. 物探與化探，34(1)：79-84．

章嘩，柴榮洲，石柏慎.1990. 放射性勘查方法[M]. 北京:原子能出版社，56-58．

周永海，楊亞新,等.2013.某鈾礦山奴役治理后輻射環(huán)境狀況調(diào)查與分析[J]. 東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)自版，36(1)：84-87.

EvaluationofNaturalRadioactivityLevelintheNorthernMarginofYiliBasin

WEI Zhou-zheng , YANG Jing-ming , CHEN Xiao-dong , LI Qiu-shi

(Geologic Party No. 216, CNNC, Urumqi, XJ 830011, China)

The natural radionuclides of the soil in the northern margin of the Yili basin in Xinjiang were measured by the ground gamma spectrometer. The gamma-ray air absorption dose rate and the effective dose were calculated. The results showed that the specific activities of radionuclides238U,232Th and40K in the soil were 11.12～462.26 Bq/kg，8.08～100.53 Bq/kg，62.6～1 774.71 Bq/kg. The average of the γ-ray air absorption dose rate was 74.18 nGy / h, which was lower than that of the whole country (81.50 nGy / h) and the world (80.00 nGy / h). As the uranium-bearing outcrops were exposed to natural power and human activities under the uranium diffusion, the local radioactive levels were relatively high. However, the uranium-bearing outcrops were limited in size, and their impact on the radioactive environment is small in size and uneven.

gamma-ray spectrometry; gamma-ray air absorption dose rate; effective dose; radioactive level

X837

A

1674-3504(2017)03-0275-04

2017-07-04

中央返回兩權(quán)價款資金項目(S15-2-LQ01)

魏周政(1963—)，男，高級工程師，主要從事放射性礦產(chǎn)與環(huán)境調(diào)查工作。E-mail: 21yjm@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2017.03.009