Metodyka określania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych frakcji pylastej wydzielonej z przedkarpackich utworów mioceńskich

• Autorzy: Skupio Rafał , Łykowska Grażyna

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.10.02

Warianty tytułu

EN

Methodology for defining the concentration of radioactive elements in the silt fraction separated from Carpathian Foredeep Miocene formations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania zostały przeprowadzone na siedmiu próbkach skał mioceńskich pobranych z rdzenia wiertniczego. Wybrany materiał reprezentował piaskowce, mułowce oraz iłowce. Głównym celem pracy było wydzielenie frakcji pylastej (silt) i określenie jej wpływu na poziom radioaktywności skał miocenu zapadliska przedkarpackiego. W badaniach została wykorzystana metoda wydzielania frakcji pylastej opracowana w Zakładzie Geofizyki Wiertniczej INiG – PIB. Do określenia wielkości siltu wykorzystano klasyfikację Wentwortha, przyjmując jego zakres od 4 µm do 63 µm. Wytypowany materiał skalny przygotowywany był wieloetapowo z zastosowaniem metod zamrażania, przesiewania, wirowania i sedymentacji. W celu określenia typu skał i ich własności wykonano badania pomocnicze, w tym analizy mineralogiczne XRD, chemiczne XRF oraz pomiary gęstości właściwej. Dla określenia zawartości naturalnych pierwiastków promieniotwórczych przeprowadzono szereg badań radiometrycznych. Analizy wykonano na niewielkiej liczbie prób z powodu ich długotrwałego przygotowywania oraz ograniczonej dostępności materiału. Wiarygodne wyznaczenie parametrów poszczególnych frakcji ziarnowych wymagało weryfikacji i udoskonalenia zastosowanych metod badawczych. Pomiary radiometryczne określające naturalną zawartość potasu 40K, uranu 238U oraz toru 232Th wykonano w aparaturze RT-50, wyposażonej w trzycalowy kryształ NaI(Tl). W pierwszej kolejności przeprowadzono standardowe analizy wysuszonych i skruszonych próbek iłowców, mułowców i piaskowców mioceńskich. Kolejne pomiary wykonano na wydzielonej frakcji siltowej oraz – w przypadku jednej próbki – także na pozostałych frakcjach (ilastej i piaszczystej). W tym wypadku analizy prowadzone były wielokrotnie z zastosowaniem nowej procedury umożliwiającej wyznaczenie pierwiastków promieniotwórczych w próbkach o niskiej masie. Wyniki pracy pozwoliły na przybliżone określenie naturalnej promieniotwórczości gamma frakcji pylastej (siltu). Istotnym wnioskiem z pracy jest to, że sam silt nie jest bardziej promieniotwórczy od pozostałych składników skały. W pracy podjęto również próbę określenia wpływu zawartości minerałów ciężkich na naturalną promieniotwórczość badanych skał. W tym celu z próbek skał odseparowano minerały o gęstości powyżej 2,85 g/cm3 i ponownie przeprowadzono serię analiz. Otrzymane wyniki były minimalnie zaniżone, jednak na tyle zbliżone do uzyskanych na próbkach przed separacją, że można wyciągnąć wniosek o braku wpływu minerałów ciężkich na całkowitą radioaktywność skał w badanym rejonie.

EN

The research was performed on seven samples of Miocene rocks collected from the core. The selected material was represented by sandstones, mudstones and claystones. The main goal of the work was to separate the silt fraction and to determine its impact on the level of radioactivity of the Miocene rocks of the Carpathian Foredeep. In this study, the silt fraction separation method developed in the Well Logging Department of INiG – PIB was used. Wentworth classification was used to determine the size of the silt, assuming its range from 4 to 63 µm. The selected rock material was prepared in several stages using the methods of freezing, sieving, centrifugation and sedimentation. Additional tests, including mineralogical XRD, chemical XRF and matrix density measurements were performed to determine the rock types and their properties. A number of radiometric tests were performed to determine the content of natural radioactive elements. The analyses were carried out on a small number of tests because of their long preparation and limited material availability. Reliable determination of the parameters of individual grain fractions required verification and improvement of the applied research methods. Radiometric measurements determining the natural content of potassium 40K, uranium 238U and thorium 232Th were carried out in the RT-50 equipped with a three-inch NaI(Tl) crystal. In the first place, standard analyses were conducted for dried and crushed samples of Miocene claystones, mudstones and sandstones. Further measurements were made on the separated silt fraction and in the case of one sample, also on the remaining fractions (clay and sand). In this case, the analyses were carried out repeatedly using a new procedure enabling the determination of radioactive elements in low-mass samples. The results of the work allowed approximate determination of the natural gamma radioactivity of the silt. An important conclusion is that, silt is no more radioactive than the other components of the rock. This paper also attempted the estimation of the impact of heavy mineral content on the natural radioactivity of the Miocene rocks. For tests purpose, minerals with a density above 2.85 g/cm3 were separated from the rock samples and a series of analyses were carried out once again. The obtained results were minimally understated but close enough to the samples before separation. It can be concluded that the heavy minerals in the tested samples do not affect the total radioactivity of the rocks in the research area.

Słowa kluczowe

PL

silt; promieniowanie gamma; miocen; naturalna promieniotwórczość skał; radiometria

EN

silt; gamma ray; Miocene; natural radioactivity in rocks; radiometry

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 10
• Strony: 679--687
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Skupio Rafał

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Łykowska Grażyna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Dudek L., Klaja J., 2016. Geological interpretation of spectral gamma ray (SGR) logging in selected boreholes. Nafta-Gaz, 1: 3–14. DOI:10.18668/NG2016.01.01.
• Gąsior I., Skupio R., Przelaskowska A., Orzechowski M., Zagórska U., Dohnalik M., Kowalska S., 2016. Wykorzystanie pomiarów naturalnej promieniotwórczości skał z zastosowaniem spektrometru Gamma Logger oraz spektrometru Mazar do określenia zailenia utworów starszego paleozoiku. Nafta-Gaz, 10: 790–798. DOI: 10.18668/NG.2016.10.03 .
• Georadis, 2014. RT-50 Laboratory gamma ray spectrum analyser with evaluation program LabCenter. User manual. Edition 12.
• Kowalska S., 2004. Instrukcja wydzielania frakcji ilastej. Instrukcja stanowiskowa IS-06/SW-1, wyd. 02 z 01.02.2004, INiG – PIB, Kraków.
• Kowalska S., 2013. Określenie ilościowego składu mineralnego skał zawierających minerały ilaste metodą Rietvelda. Nafta-Gaz, 12: 894–902.
• Łykowska G., Klaja J., Przelaskowska A., Zagórska U., 2018. Wydzielanie i charakterystyka frakcji pylastej (silt) w skałach mułowcowych zapadliska przedkarpackiego. Nafta-Gaz, 4: 259–269. DOI: 10.18668/NG.2018.04.01.
• Manecki A., Muszyński M., 2005. Rozdzielanie minerałów. Mineralogia. Materiały dydaktyczne AGH, Kraków.
• Rietveld H.M., 1969. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography, 2(2): 65–71.
• Schön J.H. (ed.), 2011. Physical Properties of Rocks: A Workbook. Handbook of Petroleum Exploration and Production, 8. Elsevier.
• Szmańda J.B., Krzemień K., 2008. Uwagi na temat wybranych klasyfikacji frakcjonalnych osadów klastycznych – problem różnic w przedziałach klasowych i nazewnictwie. Landform Analysis, 9: 381–384.
• Środoń J., Drits V.A., McCarty D.K., Hsieh J.C.C., Eberl D.D., 2001. Quantitative analysis of clay-bearing rocks from random preparations. Clays and Clay Minerals, 49(6): 514–528.
• Urbaniec A., 2019. Charakterystyka litostratygraficzna i litofacjalna utworów miocenu zapadliska przedkarpackiego wraz z opisem sedymentologicznym materiału rdzeniowego objętego badaniami. [W:] Klaja J. (kier. zespołu). Opracowanie nowej metodyki dla formacji heterolitowych miocenu zapadliska przedkarpackiego w zakresie badań laboratoryjnych i interpretacji profilowań geofizycznych. Praca INiG – PIB na zlecenie PGNiG; Archiwum Instytutu Nafty i Gazu –Państwowego Instytutu Badawczego, Kraków.
• USGS, 2001. Separation of the silt and clay fractions for X-Ray powder diffraction by centrifugation. Coastal and Marine Geology Program. U.S. Geological Survey Open File Report 01-041.
• Wentworth C.K., 1922. A scale of grade and class terms for clastic sediments. The Journal of Geology, 30: 377–392.
• Zagórska U., Sikora A., Łykowska G., 2019. Badanie wpływu zawartości minerałów ciężkich na naturalną promieniotwórczość skał miocenu zapadliska przedkarpackiego. Nafta-Gaz, 2: 77–82. DOI: 10.18668/NG.2019.02.02 .

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).