Золото в радиоактивном ореоле

Давно кануло в Лету то счастливое для геологов время, когда выходы богатых руд можно было обнаружить на поверхности. Планета наша детально исследована - и найти рудные залежи с помощью молотка становится все труднее. Кто сейчас помнит, что реки Испании, Италии, Германии, Франции и многих других стран Европы были золотоносными? Остались лишь легенды - о "золоте Рейна", о "золотом руне" Колхиды, об открытых уже в XIX веке безумно богатых россыпях Калифорнии и Австралии, где с десятка квадратных метров можно было нагрести пуд золотых самородков... Кто помнит, что еще в начале XX века алмазы можно было собирать горстями на пляжах африканских рек? Все это действительно было - и ушло в прошлое навсегда.

Между тем потребности в полезных ископаемых не только не уменьшились - они катастрофически быстро растут! В XX веке каждые 10-15 лет происходило удвоение добычи руд металлов, нефти, газа, угля! Глубина буровых скважин и шахт достигла многих километров! В настоящее время фонд месторождений полезных ископаемых, находящихся поблизости от поверхности, практически исчерпан. Это значит, что бредущий наугад геолог-бородач с молотком обречен на неудачу.

Сейчас стратегия геологического поиска кардинально изменилась. Труд многих поколений геологов позволил составить геологические карты всей планеты и выделить на них так называемые металлогенические провинции, объединяющие зоны с определенными типами месторождений полезных ископаемых. Но площадь металлогенических провинций - десятки и сотни тысяч квадратных километров, а площадь рудной залежи редко когда превышает квадратный километр. Как обнаружить эту крохотную точку?

Современный поиск полезных ископаемых в значительной мере опирается на геофизические методы, позволяющие искать руды, не выходящие на поверхность, то есть глубинные аномалии, имеющие сходство с рудными залежами по характеру магнитности, электропроводности, плотности, отражению взрывных волн и т.д. Проверка таких аномалий осложняется тем, что аномальными свойствами нередко обладают и безрудные породы. Поэтому геологи без дорогостоящего бурения не могут оценить их реальную ценность.

Однако без всякого бурения можно дать предварительные заключения об аномалиях радиоактивности, создаваемых повышенными концентрациями урана, тория и калия. Изотопы этих элементов выдают свое присутствие мощным потоком гамма-излучения изотопов радиоактивных элементов - калия, урана и тория. Для "поимки" гамма-квантов физики используют крупные искусственно выращенные кристаллы йодида натрия (Nal), в которые добавлен редкий элемент - таллий. Внешне они не отличаются от прозрачных кристаллов обычной поваренной соли, но обладают способностью ярко светиться под действием гамма-излучения. Интенсивность свечения пропорциональна энергии излучения, это и позволяет определять концентрации калия, тория и урана в горных породах.

Гамма-излучение пробивает более 200 метров земной атмосферы; поэтому аппаратура, установленная на самолете или вертолете, летящем на высоте около 100 метров, способна вести химический анализ прямо в полете. Поскольку гамма-излучение полностью задерживается метровым слоем горных пород, данные анализа относятся только к поверхностным отложениям - и геолог может без всякого бурения разыскать аномалию, взять пробы и оценить ее рудоперспективность.

Геологические службы всех стран начали лихорадочные поиски урановых аномалий после взрывов атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки. "Урановая лихорадка" проводилась в обстановке глубочайшей секретности. В СССР в совершенно секретных отчетах по поискам радиоактивных руд требовалось вместо слова "уран" писать "полевой шпат".

Легкие самолеты с пакетами счетчиков Гейгера, которые реагировали лишь на общее гамма-излучение Земли, поднялись в воздух уже в 1945 году. Но даже такие примитивные приборы позволили найти очень крупные месторождения урана в Африке и на берегу Медвежьего озера в Канаде. Эффективность аэропоиска урановых руд была очевидна. В 1946 году первая аэрогаммасъемка была проведена и в СССР. Теперь отряды геологов двигались уже не вслепую, а для проверки конкретных аномалий; эффективность поисков урана резко увеличилась. Установка на борту самолетов и вертолетов аппаратуры с крупными высокочувствительными кристаллами-датчиками привела к рождению аэрогаммаспектрометрии (АГС) - дистанционного метода химического анализа земной поверхности, позволяющего с большой скоростью определять в горных породах концентрацию гамма-излучателей.

АГС-съемка позволяет экспрессно обследовать огромные территории - сотни тысяч квадратных километров в год. Она сделала реальностью мечту великого русского ученого - академика Владимира Вернадского о создании карты радиоактивности всей планеты Земля.

В современной аппаратуре измерения следуют через доли секунды, одновременно отмечаются высота полета и координаты каждой точки измерения. Все полученные данные кодируются и записываются на магнитную ленту. После полета ленту закладывают в компьютер и вскоре получают готовую геохимическую карту местности, где в изолиниях нанесены содержания калия, урана и тория. При съемке смертоносных ореолов Чернобыля или радиоактивной зараженной зоны на комбинате "Маяк" на Южном Урале, точно так же фиксируется гамма-излучение техногенного изотопа Cs-137. Но нас сейчас интересуют природные радиоактивные элементы. О чем они могут рассказать геологу-разведчику?

Долгое время аэросъемка велась исключительно для обнаружения урановых аномалий - хотя вскоре выяснилось, что настоящие рудные урановые аномалии - явление крайне редкое. Но, исследуя огромные пространства и получая миллионы единиц измерений, геофизики столкнулись с явлением "информационного хаоса". Компьютеры строили в изолиниях три различные карты, на каждой из которых возникали сложные топологические поверхности, которые показывали концентрации калия, тория и урана. Как совместно обрабатывать эти карты и выявлять полезный сигнал? Как разобраться в этом хитросплетении изолиний и выделить рудные аномалии?

Инструкция, ориентированная на поиск урана, предписывала обязательную наземную проверку всех аномалий с высокой суммарной радиоактивностью: при этом калий и торий считались помехами. Проверка неизменно показывала, что такие аномалии связаны с выходами безрудных горных пород, поскольку в процессе поисков выяснилось, что число "настоящих" рудных урановых аномалий очень мало. Эффективность аэрогеофизики резко снизилась, отдачи от дорогостоящего метода поиска стало мало.

В это кризисное для воздушных разведчиков время аэрогеофизическая группа Всесоюзного института минерального сырья (ВИМС) под руководством геофизика Э.Я. Островского начала, казалось бы, малоперспективные работы по изучению радиоактивности месторождений нерадиоактивных руд - золотых, серебряных, оловянных, молибденовых, висмутовых; позже сюда же были подключены бокситы и алмазоносные кимберлитовые трубки. Я в этой группе занимался наземной геологией, призванной объяснить специфику гамма-полей.

Первые же полеты, проведенные в 1967-1968 годах над золото-серебряными и молибденовыми месторождениями Охотского района и Магаданской области, дали сенсационные результаты. Рудные зоны неизменно выделялись с воздуха мощными аномалиями калия. Причем, одного лишь калия! Содержания урана и тория здесь были так резко снижены, что на результирующей карте, отражающей суммарную радиоактивность, никаких аномалий не было и в помине! Исходя из стандартных инструкций, что-либо искать здесь было бессмысленно. Индикатором руды было излучение калия на фоне низкого излучения тория. В дальнейшем работы по этой методике помогли провести успешную разведку золото-серебряных месторождений на Северо-Востоке России, а также на Кураминском хребте и в Кызыл-кумах.

Исследования оловянных, тантал-ниобиевых и редкоземельных месторождений выявили как бы "зеркальную" картину в поведении калия и тория. В рудных зонах этих полезных ископаемых происходила заметная концентрация тория на фоне низкого содержания калия. Накопление тория при низком уровне калия оказалось признаком таких важных полезных ископаемых, как кимберлиты и алюминиевые руды - бокситы.

Тысячи анализов различных горных пород в сочетании с данными аэрогеохимических съемок огромных территорий в различных регионах, таких как Средняя Азия, Северо-Восток России, Якутия, Кольский п-ов, Северный Урал, Монголия и др. позволили установить, что для безрудных горных пород, прежде всего для магматических, характерна высокая положительная корреляция между калием и торием. На базе огромного аналитического материала я оконтурил на диаграмме содержаний калия и тория в горных магматических породах "поле безрудности" (рис. 1), включавшее также основные горные породы земной коры. Теперь анализ на калий и торий позволял дистанционно - с воздуха - отделить безрудные породы от рудоперспективных. В соответствии с диаграммой не следовало тратить время и деньги на проверку даже очень интенсивных радиоактивных аномалий, если они содержали много тория и калия одновременно.

Наоборот, для рудных зон характерна обратная корреляция между калием и торием. Чем дальше уходят измерения от "поля безрудности", тем ближе эти "аномалии корреляций" к руде. Даже относительно слабая ториевая аномалия на фоне резко пониженного калия может оказаться в одном районе - оловорудной зоной, в другом - кимберлитовой трубкой и т.д.

К сожалению, этот современный поисковый метод, позволивший резко ускорить поиск и разведку важнейших месторождений, сейчас, в эпоху развала поисковой геологической службы, созданной в СССР, практически вышел из употребления. Невероятно подорожали "летные часы" авиации, обветшали вертолеты, сделанные 20 лет назад, ушли на покой летчики-ассы, способные крутить виражи на любом рельефе... Как тут не вспомнить, что вертолетами Ми-4 и Ми-8 мы вели съемку среди заснеженных ущелий под ледниками Тянь-Шаня, а на Ми-8 "тянули горизонталь" по грандиозной стене пика Ленина на Памире!