关于放射性元素地球化学介绍

[拼音]：fangshexing yuansu diqiu huaxue

[外文]：geochemistry of radioactive elements

元素地球化学的一个研究领域。主要研究放射性元素（铀、钍、钾、镭和氡等）在自然界的分布规律、赋存状态、迁移方式、沉淀条件及其地球化学意义。

是目前最主要的核原料，广泛分布于地球的硅铝层中,其丰度为2.5～4ppm。铀在各类岩石中的含量有明显的差别，火成岩中从超基性岩→基性岩→酸（碱）性岩含铀量增高；变质岩中铀含量随岩石变质程度增高而减少；沉积岩中黑色、暗色泥质岩石的铀含量高，石膏、盐岩中最低。土壤中铀含量通常为n×10-7％。海水中的铀含量高于湖水和河水，为3×10-6克／升。

铀在自然界中有4种赋存状态：

（1）铀独立矿物,如沥青铀矿、晶质铀矿、铀黑和铀石；

（2）含铀矿物，如黑稀金矿、锆石等；

（3）吸附态（包括替换其他阳离子形式），如含铀煤、含铀褐铁矿等；

（4）以铀酰(UO2)2+络阳离子形式溶解在水溶液中。

铀是亲氧的变价元素，在氧化条件下以 6价的铀酰(UO2)2+ 络离子形式存在,易溶于水；在还原条件下，铀被还原为4价铀U4+而沉淀。铀的迁移形式有4种：

（1）呈硫酸盐UO2SO4形式；

（2）呈碳酸铀酰络合物Na4[UO2(CO3)3]、Na4 [ UO2 (HCO3)6] 形式；

（3）呈易溶铀－有机质络合物Na4[UO2(CnHmCOOH)]形式；

（4）呈铀的胶溶体[UO2(OH)]形式。在内生高温作用过程中，铀主要为U4+离子，它与锆、钙、稀土、钇、铌、钽、钍、钛等呈类质同象存在，形成含铀的矿物。在热液作用中铀可能以U4+和U6+两种形式迁移，即呈铀酰碳酸盐络合物、卤化物或以硅酸盐络合物形式在酸性溶液中迁移；呈氟碳酸盐络合物形式，在碱性介质中迁移。

当铀在溶液中以(UO2)2+迁移时，遇到亚铁离子Fe2+则被还原为U4+而沉淀，Fe2+被氧化为铁离子Fe3+,于是就产生了红化（即赤铁矿化）。红化是铀成矿作用的一种地球化学特征，也是重要找矿标志。

钍在地壳中分布广泛，其丰度为5.8～11ppm。钍的含量在火成岩中从超基性岩→基性岩→中性岩→酸性岩依次增高；沉积岩中以页岩、粘土岩等碎屑岩钍含量最高；随着岩石变质程度的增高钍含量降低。钍为亲氧元素,在自然界中只有一种价态(TH4+)。钍的化合物挥发性弱，溶解度小。地壳中钍主要以两种形式存在：

（1）钍独立矿物（有40种左右），如钍石、方钍石等；

（2）含钍矿物（近 120种），如钛铀矿、钍氟碳铈矿、变生锆石等。水体中钍的含量极微。在内生过程中，钍的迁移特点与铀相似；而在表生条件下，钍以碎屑形式迁移为主，并在残积物、冲积物中富集。钍在有利条件下形成络合物或有机络合物迁移，也可以胶体形式迁移。

钾在自然界中有3个同位素,即钾-39、钾-40和钾-41，其中钾-40是放射性同位素。钾是典型的亲石元素,在地壳中丰度高，为20900ppm。已知自然界中有122种钾矿物，常见有钾长石、白云母、黑云母、白榴石、海绿石、光卤石等。钾的离子半径为1.33埃，它可以类质同象置换方式与钠、铷、铊、铅、钡等共生。钾集中在地壳上部，尤其是大陆地壳部分。火成岩中，钾含量从超基性岩→基性岩→中性岩→酸性岩而增高。钾易被土壤吸附，在粘土岩、碎屑岩中钾含量很高。钾是有机体中不可缺少的元素,生物体中钾含量均在数千ppm以上（生物体干组织）。

镭是铀、钍衰变产物，常伴随富集于花岗岩圈上部火成岩中。沉积岩中镭主要富集于粘土、页岩和砂岩中,其次是灰岩。由于镭易从岩石、矿物中被淋失,因此水体中普遍含镭，有3种富镭的天然水类型：铀-镭矿床水(2～15×10-8％);矿泉矿化水(n×10-13～2.5×10-11％);油田水(0.018×10-6ppm)。在一般条件下,海水、地下水中的镭高于河水，在垂直分布上随海水深度增加镭的含量增高。镭在自然界中只呈二价(Ra2+),常以类质同象方式进入方解石、重晶石和磷氯铅矿等矿物中。自然界镭的含量极微，极分散，不形成独立矿物。此外，许多铁锰氢氧化物、粘土、软泥和石灰华易吸附镭而使之富集。

氡为镭的衰变产物。氡在地壳中含量甚微，为7×10-12ppm。氡可以存在于大气、土壤、岩石和水体中，它的分布与地壳中的射气作用有关。地下水中的氡含量随温度升高而降低，产生富氡的天然水可能与下列因素有关：

（1）岩石中镭的浓度；

（2）射气系数；

（3）水与含放射性岩石的接触时间；

（4）岩石的水容度与孔隙度；

（5）水和岩石的温度；

（6）水的矿化作用及含盐成分；

（7）岩石吸附氡的能力。

研究放射性元素地球化学的意义：

（1）利用其具放射性的特点，可直接或间接用于研究地质作用的过程、岩石和矿床的形成机理、化学组分的演化，并作为找寻放射性元素矿床和其他矿床的找矿标志；

（2）利用岩石和矿物中铀-238、铀 -235和钾-40等衰变规律测定地质体和地质作用的年龄；

（3）研究地球的热状态、热传导和热历史。

参考书目

1. 中国科学院贵阳地球化学研究所《简明地球化学手册》编译组编译：《简明地球化学手册》，科学出版社，北京，1977。
2. 刘英俊等编著：《元素地球化学》，科学出版社，北京，1984。