新疆伊犁盆地北缘煤炭重点开发区天然放射性水平评价

魏周政， 杨镜明， 陈晓冬， 李秋实

(核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011 )

新疆伊犁盆地北缘煤炭重点开发区天然放射性水平评价

魏周政， 杨镜明， 陈晓冬， 李秋实

(核工业二一六大队，新疆 乌鲁木齐 830011 )

利用γ能谱仪对新疆伊犁盆地北缘600 km2面积土壤的天然放射性核素进行了现场测量，计算γ射线空气吸收剂量率和年有效剂量，研究结果显示，该地区土壤中放射性核素238U，232Th 和40K比活度分别为 11.12～462.26 Bq/kg，8.08～100.53 Bq/kg，62.6～1774.71 Bq/kg；γ射线空气吸收剂量率为16.06～241.59 nGy/h，均值为74.18 nGy/h，低于全国(81.50 nGy/h) 和世界( 80.00 nGy /h) 的均值；γ外照射年有效剂量在国家标准限量控制的范围内。调查区238U，232Th，40K比活度与局部煤层及其顶板铀矿化出露关系比较密切，但煤层及其顶板(如泥岩)铀矿化厚度和产出规模有限，其对放射性环境的影响具有范围小、不均匀特征。

γ能谱测量; γ射线空气吸收剂量率; 年有效剂量; 放射性水平

魏周政，杨镜明，陈晓冬,等.2017. 新疆伊犁盆地北缘煤炭重点开发区天然放射性水平评价[J].东华理工大学学报：自然科学版，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.

天然辐射分为宇宙射线辐射和岩石(土壤)中天然放射性核素产生的放射性辐射。宇宙射线辐射对人类造成的辐射与海拔、纬度有关；而天然放射性辐射与该地区的地质环境密切相关。除突发核事故外，天然辐射是影响公众环境辐射安全的重要放射性源。联合国原子辐射效应科学委员会曾经指出天然离子辐射是世界人口所受到的集体剂量的最大的部分，它在人类集体剂量辐射中占80%(曾兵等，2010；曹龙生等，2012)。

UNSCEAR在1982年的报告中指出，地球伽玛辐射主要产生于地壳表面的岩石、土壤中的天然放射性核素，如铀系、钍系以及40K等。

伊犁盆北缘地煤、铀资源丰富，且两种资源在空间上存在一定的共伴生关系，由于铀等放射性元素的同层存在，调查区早期的煤矿开发利用有可能会对周边环境造成一定的放射性污染。在国家和自治区大力提倡的建设“美丽中国”和“资源开发可持续，生态环境可持续”要求下，对伊犁盆地北缘重点煤炭资源开发区进行天然放射性环境现状调查，为调查区放射性环境评价与辐射污染防控提供基础数据，为煤田安全开发与利用决策提供参考依据。

1 调查区概况

调查区位于新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州所辖伊宁市、伊宁县、霍城县境内。调查区位于伊犁盆地北部科古琴山南坡山前倾斜带及冲积平原上，地势北部、东部高，南部、西部低，海拔高度650～1 150 m，局部地势切割强烈，地形坡度平缓处2～3°，丘陵区较陡。

调查区跨伊宁凹陷北部褶皱带东段芦草沟-霍城凹陷、霍城以东-喀占奇凸起两个次级构造。北部褶皱带受科古琴山-博洛霍罗山山前区域性大断裂和霍城-托开大断裂的夹持，北部褶皱带以北为古生界出露区，以南为中央拗陷带。

调查区地表主要出露中—新生界：中-上三叠统小泉沟群(T2-3xq)、中-下侏罗统水西沟群(J1-2sh)、中侏罗统头屯河组(J2t)、古近系(E)、新近系(N)和第四系(Q)。含煤地层为中、下侏罗统，煤层自上而下赋存于中侏罗统西山窑组(J2x)、下侏罗统三工河组(J1s)和八道湾组(J1b)之中，共含煤34层。调查区煤层多、煤质优良、煤炭资源丰富，规划17个矿井及2个露天矿，各井田煤炭总资源量为19 080.05 Mt。

调查区早中侏罗世是伊犁盆地含铀建造形成的主要时期，盆地内广泛发育的中-下侏罗统含煤岩系中氧化-还原过渡带附近的岩石是铀矿的主要赋存层位。区内有新城子、南台子、干沟、苏鲁、皮里青、克山奇等6个铀矿(化)点。

2 天然放射性水平评价方法

在本次研究工作中，采用γ能谱仪对新疆伊犁盆地北缘重点煤炭开发区600 km2面积进行了土壤天然放射性核素测量，工作比例尺为1∶25000，即线距250 m、点距50 m。共采集U，Th，K含量数据44 499个。

野外现场测量使用的仪器为FD-3022-I型 γ 能谱仪。探测器为φ2"×2.4"BGO晶体；能量分辨率≤12%；含量测量范围eU:1×10-6～1 000×10-6(Ur)，eTh: 1×10-6～1 000×10-6(Ur)，eK:0.2%～100%；准确性符合检定规程中相对偏差的要求 eU，eTh (E≤7%)，eK(E≤12%)；使用温度 (0～+50 ℃)、相对湿度(≤90%)。

γ能谱测量是根据天然放射性核素的γ射线能量差异，在自然产状条件下直接确定岩石(土壤或矿石)中γ射线强度(γ射线的空气吸收剂量率)以及铀、钍、钾放射性核素含量的测量方法(章哗等，1990；周永海等，2013)。在环境天然放射性水平调查中，通过计算γ能谱仪测得的40K，214Bi，208Tl的1.46，1.76和2.62 MeV的特征能量范围内的全能峰计数率，经过剥谱，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与比活度单位换算关系(表 1) 换算出40K，232Th，238U 的比活度。进而计算距地表1 m高处的空气吸收剂量率(单位：nGy/h)：

D=KRaCRa+KThCTh+KkCk

(1)

式中，CRa，CTh，CK分别为226Ra，232Th，40K 的比活度，Bq/kg；KRa，KTh，KK分别为226Ra，232Th，40K的换算系数，在这里分别取0.427，0.662，0.043①UNSCEAR. 1988.Effects and risks of ionizing radiations[R]. New York: United Nations．。

表1 放射性核素含量与比活度单位换算表(程业勋等，2005)

年有效剂量(Daed)是评价放射性核素伽马辐射外照射的一个重要指标，计算公式为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为距地表1 m高处的空气吸收剂量率；a1为居民在室外的平均居留因子(0.20)；a2为大气中吸收剂量率与有效剂量的转换系数(0.70 Sv/Gy)。

3 结果与讨论

为评价调查区的天然放射性水平，本文采用放射性核素比活度、γ射线空气吸收剂量率和年有效剂量指标来评价调查区环境放射性水平。由表1中给出的天然放射性元素含量与放射性核素比活度的转换系数，得到天然放射性核素238U，232Th，40K的比活度(表 2)。

新疆伊犁盆地北缘煤炭重点开发区238U，232Th，40K比活度与局部煤层及其顶板铀矿化出露关系比较密切。

表2 土壤中放射性核素含量统计结果表

(1)新疆伊犁盆地北缘放射性核素238U比活度变化范围为11.12～462.26 Bq/kg，均值为38.04 Bq/kg，与全国平均值(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。全区238U比活度变化范围大，30.87～43.23 Bq/kg之间在调查区面积分布广、连续性好；43.23～67.93 Bq/kg之间的主要分布在调查区中部和东部，规模较小，呈近南北展布，形状不规则；大于67.93 Bq/kg以点状分布为主，极少数点大于111.15 Bq/kg，多呈点状分布面积较小，主要由调查区侏罗系局部铀矿化层出露、铀异常带和异常点影响区内地表放射性核素不均匀分布引起。以新城子铀矿点一带为例，新城子铀矿点238U 比活度最大值345.31 Bq/kg，平均值96.58 Bq/kg，远远大于全国平均值(38.5 Bq/kg)和世界平均值(40 Bq/kg)。异常区以第四系覆盖为主，局部出露古近系和侏罗系；近东西向断裂位于异常南部；异常与局部铀矿化露头受自然动力(风、水)和人类活动(采矿、农业活动、地质勘探地表工程)等作用下铀元素扩散有关，高值异常主要由出露基岩引起。但煤层及其顶板(如泥岩)铀矿化厚度和产出规模有限，其对放射性环境的影响具有范围小、不均匀特征。

(2)放射性核素232Th比活度变化范围为8.08～100.53 Bq/kg，均值为44.86 Bq/kg。低于全国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的全区均有分布，主要分布在调查区西南部新城子铀矿点和南台子铀矿点一带，呈块状和短轴椭圆状分布；40.46～60.69 Bq/kg之间的分布面积广；大于60.69 Bq/kg，圆状零星分布，规模较小。如达达木图一带，异常区以第四系覆盖为主，中部为呈东西走向的煤层烧变岩带，南部和北部均有侏罗系出露；异常东部发育有近南北向断裂。

(3)放射性核素40K比活度变化范围为62.6～1 774.71 Bq/kg，均值为638.52 Bq/kg。高于全国平均值(584 Bq/kg)和世界平均值(580 Bq/kg)。40K比活度大部分区域为570.60～697.40 Bq/kg为主，大于824.4 Bq/kg的区域局部为带状分布，主要以单点分布为主，整体为不均匀分布，与地表砂土中母岩铀、钾含量较高的砂砾有关。

根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB188871—200》放射性核素的豁免活度浓度，天然U，Th为1 000 Bq/Kg、40K为100 000 Bq/Kg，调查区内天然U，Th，40K的比活度值远低于豁免活度浓度。

(4)计算得到调查区距地表1 m高处的空气吸收剂量率为16.06～241.59 nGy/h，均值为74.18 nGy/h，略小于全国平均值(81.5 nGy/h)和世界的平均值(80 nGy/h)。只有皮里青一带、脑盖吐一带区域的空气吸收剂量率为100～242 nGy/h，其他区域均小于100 nGy/h，大部分区域空气吸收剂量率小于全国和世界平均值。

(5)伽马外照射年剂量当量为0.02～0.3 mSv，其均值为0.09 mSv，低于全国(0.595 mSv)和世界(0.46 mSv)(徐东辰等，2000)。

4 结论

新疆伊犁盆地北缘天然放射性评价表明，238U，232Th，40K比活度分别为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)；空气吸收剂量率为16.06～241.59 nGy/h，均值为74.18 nGy/h，略小于全国和世界的平均值；伽马外照射年剂量当量为：0.02～0.3 mSv，其均值为0.09 mSv，低于全国评价水平。在国家标准限量控制的范围内，因此，调查区天然放射性水平尚属正常范围内。

地面天然放射性核素水平与全国和世界水平基本一致；238U比活度均值与全国和世界基本一致，232Th比活度均值低于全国均值，但高于世界的均值，40K高于全国和世界均值。核素变化范围较大，调查区局部高铀异常点主要与区内局部煤层及其顶板铀矿化出露受自然运力和人类活动(煤矿开采等)影响，但煤层及其顶板(如泥岩)铀矿化厚度和产出规模有限，其对放射性环境的影响具有范围小、不均匀特征。调查区内天然U，Th，40K的核素含量低于豁免活度浓度。

通过对新疆伊犁盆地北缘重点煤炭资源开发区进行天然放射性水平的评价，为调查区放射性环境评价与辐射污染防控提供基础数据，为煤田安全开发与利用决策提供参考依据。

曹龙生，杨亚新等.2012.中国大陆主要省份土壤中天然放射性核素含量分布规律研究[J].东华理工大学学报：自然科学自版，35(2)：167-172.

程业勋，王南萍，侯胜利，等. 2005.核辐射场与放射性勘察[M]． 北京:地质出版社，247-248．

徐东辰, 王卫平.2000. 山东黄河口地区环境放射性辐射水平及评价[J]. 物探与化探，14(3)：178-183．

曾兵, 葛良全, 刘合凡, 等.2010. 成都经济区天然放射性环境评价[J]. 物探与化探，34(1)：79-84．

章哗，柴荣洲，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，杨亚新,等.2013.某铀矿山奴役治理后辐射环境状况调查与分析[J]. 东华理工大学学报：自然科学自版，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

中央返回两权价款资金项目(S15-2-LQ01)

魏周政(1963—)，男，高级工程师，主要从事放射性矿产与环境调查工作。E-mail: 21yjm@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2017.03.009