Get 20M+ Full-Text Papers For Less Than $1.50/day. Start a 14-Day Trial for You or Your Team.

Learn More →

Radon Over Kimberlite Pipes: Estimation of the Emanation Properties of Rocks (Lomonosov Diamond Deposit, NW Russia)

Radon Over Kimberlite Pipes: Estimation of the Emanation Properties of Rocks (Lomonosov Diamond... Article  Radon Over Kimberlite Pipes: Estimation of the Emanation  Properties of Rocks (Lomonosov Diamond Deposit,   NW Russia)  Evgeny Yakovlev * and Andrey Puchkov  N. Laverov Federal Centre for Integrated Arctic Research of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,  109 Severnoj Dviny Emb., 163000 Arkhangelsk, Russia; vp‐andrew@list.ru  *  Correspondence: evgeny.yakovlev@fciarctic.ru; Tel.: +7‐931‐401‐41‐08; Fax: +7‐8182‐28‐76‐36  Abstract: In this paper, using the example of the Lomonosov diamond deposit, experimental stud‐ ies of rocks were carried out to assess the main radiation and physical factors affecting the for‐ mation of the radon field over the kimberlite pipes of the Arkhangelsk diamondiferous province.  For various types of rocks, represented by vent kimberlites, tuffaceous‐sedimentary rocks of the  crater and enclosing and overlying sediments, the following were studied: porosity, density, activ‐ ity of radium‐226, activity of radon in a free state, level of radon production, and emanation coef‐ ficient. The research results showed that the greatest amount of radon in a free state is produced  by rocks of the near‐pipe space, represented by the enclosing Vendian V2 deposits and character‐ ized by high values of the emanation coefficient, radium activity, radon production level and po‐ rosity. This fact is associated with the structural and geological features of the near‐pipe space,  which was exposed to the impact of kimberlite magma on the host rocks. The lowest values of  these parameters are characteristic of the kimberlites of the vent facies, which limits the formation  Citation: Yakovlev, E.; Puchkov, A.  Radon Over Kimberlite Pipes:   of free radon in the body of the pipe. The results of the experimental studies create prospects for  Estimation of the Emanation   the development of emanation methods for searching for kimberlite pipes in the conditions of the  Properties of Rocks (Lomonosov  Arkhangelsk diamondiferous province.  Diamond Deposit, NW Russia).  Appl. Sci. 2021, 11, 6065.  Keywords: radon field; kimberlites; Arkhangelsk diamondiferous province; emanation coefficient;  https://doi.org/10.3390/app11136065  radon production rate; porosity; density  Academic Editor: Giuseppe   Lacidogna  1. Introduction  Received: 20 April 2021  Radon is part of the decay chain of the uranium‐238 radioactive family and is con‐ Accepted: 24 June 2021  Published: 29 June 2021  tinuously  formed  in  natural  environments  during  the  radioactive  decay  of  its  parent  isotope, radium‐226, the half‐life of which is about 1600 years [1–5]. Being an inert gas  Publisher’s  Note:  MDPI  stays  neu‐ with a relatively long half‐life (3.82 days), in terms of its physical and chemical proper‐ tral  with  regard  to  jurisdictional  ties, it acts as an optimal indicator for studying many processes occurring in the envi‐ claims in published maps and insti‐ ronment [4,6–8], including several important geological processes [9,10]. This is due to  tutional affiliations.  the fact that radon gas shows the ability to easily migrate in the geological environment  in the gas phase or dissolved in pore waters [3,11–13], forming a radon field with the  appearance  of  emanation  anomalies  in  the  near‐surface  horizons  of  rocks  and  soils  [3,14,15].  In  this  regard,  emanation  methods  began to  be  widely used in  geochemical,  Copyright:  ©  2021  by  the  authors.  geophysical and geodynamic studies to track geological processes [4]. Emanation meth‐ Licensee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  ods are also used in the search for mineral deposits, including kimberlites [16–19]. Ema‐ This article is an open access article  nation studies carried out in the territory of the kimberlite fields of the Arkhangelsk di‐ distributed  under  the  terms  and  amondiferous province (Russian Federation) showed that, in the soil horizons above the  conditions of the Creative Commons  kimberlite bodies, there are increased values of the volumetric activity of radon that are  Attribution  (CC  BY)  license  several times higher than the background values [20]. It was shown that the nature of  (http://creativecommons.org/licenses the distribution of radon over kimberlite pipes has a subcircular structure, which is as‐ /by/4.0/).  Appl. Sci. 2021, 11, 6065. https://doi.org/10.3390/app11136065  www.mdpi.com/journal/applsci  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  2 of 26  sociated with the development of faults and fracturing in the enclosing rocks of the near‐ pipe space [19,21]. Previously obtained data have shown high prospects for the applica‐ tion of emanation methods in the search for kimberlite pipes in the territory of the Ar‐ khangelsk diamondiferous province [22].  However, for a more complete understanding of the specifics of locating explosion  pipes in the field of radon volumetric activity and the development of emanation meth‐ ods to search for kimberlites, it is necessary to conduct detailed studies of the mecha‐ nisms and conditions of radon formation in the rocks that compose the kimberlite body.  The purpose of this study was to study the emanation properties of rocks that make up  the kimberlite pipes of the Arkhangelsk diamondiferous province, so the radiation and  physical parameters of the kimberlites that overlap and the host rocks of the Lomonosov  diamond  deposit  of  the  Arkhangelsk  diamondiferous  province  were  studied.  The  fol‐ lowing radiation and physical parameters were studied: activity of radium‐226, activity  of  radon‐222,  emanation  coefficient,  radon  rate  production,  average  and  true  density,  and porosity. An assessment of the main factors causing the formation of the increased  activity of radon over the pipes has been carried out.  2. Material and Methods  The Lomonosov diamond deposit of the Arkhangelsk diamondiferous province is  located  ~90  km  northeast  of  Arkhangelsk,  forming  a  chain  about  20  km  long  with  a  strike  north–north‐east.  The  deposit  consists  of  six  kimberlite  pipes:  Arkhangelskaya,  Karpinsky‐1, Karpinsky‐2, Pionerskaya, Lomonosovskaya, and Pomorskaya (Verzhak et  al. 2008). Currently, only two pipes (Arkhangelskaya and Karpinsky‐1) are being devel‐ oped by quarries. The location and geological structure of the Lomonosov diamond de‐ posit is shown in Figure 1.  The sampling of rocks was carried out in the quarries of the Arkhangelskaya (N65.2913,  E41.0209) and Karpinsky‐1 (N65.3018, E41.0246) kimberlite pipes, together with the geologist  of the mining plant (Figure 1). In total, 30 rock samples were taken, weighing up to 2 kg  each.  Rocks  are  represented  by  various  types  of  deposits  from  quarries  up  to  186  meters  deep (from top to bottom): overlying Quaternary (Q) and Carboniferous rocks (C2), Vendian  host rocks (V2), tuffaceous sedimentary crater rocks (iD3‐C2) and vent facies kimberlites (iD3‐ C2). A detailed description of the geological structure of the Lomonosov diamond deposit  was presented by Yakovlev (2020) [22]. Typical geology cross‐section of kimberlite pipe of  the Lomonosov diamond deposit is in Appendix B. After delivery to the laboratory, rock  samples were dried in a BINDER E28 drying oven at 105 °C to an air‐dry state. The determi‐ nation of the radiation and physical parameters of the rocks was carried out in the laboratory  of environmental radiology, which complies with the accreditation criteria for testing labora‐ tories established in ISO/IEC 17025. The analytical procedures are described below. Typical  Types of the Studied Rocks from the Lomonosov Diamond Deposit are shown in Appendix  C.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  3 of 26  Figure 1. The location of the study area and the geological structure of the Lomonosov diamond  deposit.  1—Kimberlite  pipe; 2—Quaternary  fluvioglacial  sediments;  3–5—Middle  Carboniferous  sediments:  3—Olmugo–Okunev  suite;  4—Voevchensky  suite;  5—Ursug  suite;  6—Kimberlites:  Upper Devonian–Middle Carboniferous; 7—Upper Vendian sediments; 8—Upper Riphean: Tok‐ minskaya suite; 9—Archean: Belozersky complex.  2.1. Gamma Spectrometry Measurements  The method of gamma spectrometry is widely used to measure gamma radiation  from  radionuclides  of  natural  origin,  including  Ra,  because  it  is  a  universal,  non‐ destructive and easy‐to‐use method, especially at the stages of sample preparation and  in the measurement process [23,24]. To determine radionuclide  Ra in rocks, we used a  semiconductor  gamma‐spectrometric  complex  with  nitrogen  cooling  ORTEC  with  a  GEM 10 P4‐70 HPGe detector (Ametek Ortec, Oak Ridge, TN, USA) complete with lead  shielding. The resolution of the gamma spectrometer along the 1.33 MeV ( Co) line is  1.75 keV, and the relative efficiency is 15%. The measurement geometry was a 1‐L Mari‐ nelli vessel (counting sample).  The activity of the  Ra radionuclide, taking into account the accumulation, was de‐ termined from the radionuclide  Pb (351.93 keV with a quantum yield of 35.60%) and  Bi (609.32 keV with a quantum yield of 45.49%, 1120.29 keV with a quantum yield of  14.92%, 1764.49 keV yield—15.3%).  The  values  of  the activity  of  Ra,  determined  from its  daughter  decay  products,  and  the  activity  of  Ra,  experimentally  determined  from  its  own  gamma  radiation  (186.21 keV), coincided within at least 90%. Both methods of the registration of the  Ra  radionuclide  (by  its  own  gamma  radiation  and  by  the  gamma  radiation  of  its  decay  products) have their own advantages and disadvantages [25].  In the experimental determination of the specific activity of the  Ra radionuclide  from its gamma radiation, the presence of the uranium‐235 radionuclide, with its gam‐ ma radiation energy of 185.72 keV, was taken into account, the activity of which can be  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  4 of 26  determined from the lines 63.29 keV and 92.80 keV ( Th). This experimental method for  the  determination  of  Ra  is  applicable  only  for  natural  environments that are  almost  235 238 always characterized by a constant ratio of  U/ U radionuclides and the presence of a  238 234 radioactive equilibrium between  U and  Th radionuclides [26].  2.2. Radiometric (Emanation) Measurement Method  The  determination  of  the  volumetric  activity  of  radon  was  carried  out  using  a  measuring complex for monitoring radon, thoron and their daughter products “Alfarad  plus” (NPP “Doza”, Moscow, Russia). The measurement geometry was a 5‐L plastic cyl‐ inder (counting sample).  The  measurement  of the volumetric activity  of  Rn  using this measuring  instru‐ ment  is  based  on  the  electrostatic  deposition  of  charged  ions  Po  (RaA)  from  an  air  sample onto the surface of a semiconductor detector. Electrical impulses generated un‐ der the influence of alpha particles on the detector are amplified by a charge‐sensitive  preamplifier, fed to the input of the converter and then processed by the built‐in single‐ board PC computer. The volumetric activity of  Rn is determined by the number of reg‐ istered alpha particles during the decay of RaA atoms deposited on the detector [27].  2.3. Calculation Methods for Assessing the Coefficient of Emanation  The emanation coefficient of radon was determined by two methods: the gamma‐ spectrometric and radiometric (emanation) methods.  First the radionuclide  Ra was measured using a gamma spectrometer. The meth‐ od consists of measuring the gamma activity of samples at various intervals after they  are placed in a hermetically sealed container. In this experiment, counting samples were  prepared in the form of a crushed sample with a grain size of less than 0.5 mm in a 1‐L  Marinelli vessel.  Samples  were  measured daily  for 21 days after they  were sealed in the  Marinelli  vessel. Based on the results of these measurements, the following were determined: the  activity of  Ra, without taking into account the accumulation of its decay products; the  activity of  Ra, taking into account the accumulation of the daughter products of its de‐ cay (DPR); the emanation coefficient; and the period during which the DPR of  Ra enter  a  state  of  radioactive  equilibrium.  After  the  experiment,  the  counting  sample  was  de‐ pressurized, and after 1–2 days, the specific activity of  Ra was measured again.  Based on the results of the experiment, the emanation coefficient of  Rn (its free  state) was determined using the following formula:  𝐴 𝑜𝑛𝑛𝑟𝑖𝑢𝑚𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏 𝐾 1 100  (1) where А226Ra (non‐equilibrium) is the activity of  Ra (in a nonequilibrium state), determined  −1 as the average value of the results of the first and last measurements (unsealed), Bq∙kg ; and  А226Ra (equilibrium) is the specific activity of  Ra (in an equilibrium state), determined as the  −1 average value of the results of the last 5 measurements in a sealed state, Bq∙kg .  At the second stage, rock samples were pre‐dried at a temperature of 40 °C for at  least 24 h. Then the samples were sealed in plastic cylinders with a volume of 5 L for a  period of at least 21 days, and using a radon radiometer, the volumetric activity of  Rn  in  the  airspace  of  this  cylinder  was  determined.  To  prevent  the  leakage  of  radon,  the  joints between each component of the apparatus were sealed with silicone rubber and  glycerin prior to experimentation. This stage was necessary to assess the comparability  with the results of gamma‐spectrometric measurements and calculations of the level of  radon  production,  as  well  as  to  confirm  the  fact  of  the  release  of  Rn  from  rocks  in  quantities corresponding to its free state.  The volumetric activity of  Rn in a cylinder at this stage in the airspace of this cyl‐ inder was calculated according to the following formula:  𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑢𝑚 Appl. Sci. 2021, 11, 6065  5 of 26  𝐴 𝑉 𝐴 1   (2) 2000 𝑉 where  ARn_container  is  the  activity  of  Rn  in  the  free  volume  of  the  plastic  container,  Bq/container; ARn_volume is the volumetric activity of  Rn, calculated from the results of  measurements of the counting sample using a radon radiometer (in this case, the meth‐ −3 od was used for a geometry of a plastic vessel with a volume of 1 L), Bq∙m ; Vcontainer is  the free volume of a plastic container after filling it with a rock sample, l; and Vchamber is  the volume of the chamber of the radon radiometer, l.  According to the results of measurements at the second stage, the emanation coeffi‐ cient of  Rn (its free state) was determined according to the following formula:  𝐴 𝑉 𝐾   (3) 1𝑒 𝑀 𝐴 where KRn is the coefficient of radon emanation; A222Rn is the volumetric activity of radon  −3 3 in a free state in a sealed container, Bq∙m ; V is the free volume of the container, m ; λ =  −6 −1 2.1 × 10  s  is the constant of radon decay; λl is the coefficient of radon leakage under  the conditions of the experiment; M is the total mass of the sample in the container; t is  the time of sealing of the counting sample; and A226Ra is the activity of  Ra in a counting  −1 sample, Bq∙kg .  2.4. Calculation of Radon Production Rate  −3 −1 We  also  calculated  the  radon  production  rate,  P  (Bq∙m ∙h ),  using  the  following  formula [28,29]:  𝑃𝜆𝐾 𝐴 ρ   (4) −6 −1 −3 where λ is the decay constant for radon (2.1∙10  s ) and ρb is the bulk density, kg∙m .  2.5. Assessment of Radon Leakage  One of the important values of the uncertainty of measurements of radon activity in  our experiment is the parameter of radon leakage from the container [23,30]. The estima‐ tion of the radon leakage parameter was carried out in the same geometry as the main  experiment  to  determine the  emanation  coefficient.  Two  plastic containers  with  a  vol‐ ume of 5 L were connected through one hole with a valve. A source of radionuclide  Ra  with high activity was placed in one container. The “inlet” and “outlet” fittings were lo‐ cated on the second container. A system of two containers through fittings was connect‐ ed into one complex with a radon radiometer, an air blower and a dryer.  For the first stage, the experiment was carried out without a valve. The  Ra source  222 226 was placed in container 1 for two weeks.  Rn formed as a result of the decay of  Ra  was distributed in a system of two containers.  For the second stage, the opening connecting the two containers was closed with a  valve, after which the first container with the  Ra source was removed. Then a series of  measurements of the volumetric activity of radon in the second container was carried  out for 10 days every day. Based on the measurement results, the parameter of radon  leakage, λl, was determined in a plastic container using the following formula [30]:  (5) 𝐴 𝐴 𝑒   where λ  is  the  decay  constant  of  radon.  The  experimental  facility  for  assessing  radon  leakage is shown in Figure 2.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  6 of 26  Figure 2. Experimental facility for assessing radon leakage.  2.6. Assessment of Density and Porosity Parameters  The  determination  of  the parameters  of  porosity  and  the average  (bulk)  and true  density of the selected samples was carried out according to the methods below, based  on the works [29,31]. Average (bulk) density was used as a physical quantity determined  by the ratio of the mass of the material to the entire volume it occupies, including pores  and voids. True density is related to the densities of the minerals in the sample and their  relative abundances.  2.6.1. Assessment of Average (Bulk) Density  The average density of the rock sample was determined by coating it with paraffin  about 1 mm thick. For this, the sample, dried to constant weight, was immersed in heat‐ ed paraffin and cooled in air. If bubbles or damage were found during cooling on the  paraffin film, they were smoothed out using a hot metal plate, knife or wire.  The prepared sample was weighed. Then, weighing was carried out on a hydrostat‐ ic balance.  The average density of waxed rock samples of various shapes, ρk1 (g/cm ), was de‐ termined by the formula:   𝜌   𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 (6) 𝜌 𝜌 where m is the dry weight of the sample, g; m′1 is the mass of the waxed sample in air, g;  m′2  is  the  mass  of  the  waxed  sample  in  water, ρw  is  the  density  of  water,  taken  to  be  −3 equal  to  1  g∙cm ;  and ρp  is  the  density  of  paraffin  (can  be  taken  to  be  equal  to  0.93  −3 g∙cm ).  The result was calculated as the arithmetic mean of the test results of five rock sam‐ ples.  2.6.2. Assessment of True Density  Test Preparation  Samples, on which the average density was determined, were used for testing. Each  marked sample was cleaned to remove dust with a brush, ground to a grain size of 5  mm and then mixed. Then, the sample was reduced by quartering to 150 g. Then, this  sample was again ground to a grain size of less than 1.25 mm, mixed and reduced to 30  g. The prepared sample was ground into powder in a porcelain mortar, poured into a  weighing  glass  or  into  a  porcelain  cup,  dried  to  constant  weight  and  cooled  to  room  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  7 of 26  temperature in a desiccator over concentrated sulfuric acid or anhydrous calcium chlo‐ ride, after which two portions of 10 g each were weighed.  Testing  Each  sample  was  poured  into  a  clean  dried  pycnometer,  and  distilled  water  was  poured in such an amount that the pycnometer was filled to no more than half its vol‐ ume. The pycnometer was placed in a slightly inclined position in a sand or water bath  and its contents were boiled for 15–20 min to remove air bubbles. After removing air, the  pycnometer was wiped off, cooled to room temperature, refilled to the mark with dis‐ tilled water and weighed. The pycnometer was freed from the contents, washed, filled to  the mark with distilled water at room temperature and weighed again.  Calculation of test results:  −3 The true density ρw, g∙cm , was calculated by the formula:  𝑚𝜌 𝜌   (7) 𝑚𝑚 𝑚 where  m is  the  weight  of  the  sample of  powder  dried to  constant  weight,  g; ρw is the  −3 density of water, taken to be equal to 1 g∙cm ; m1 is the mass of the pycnometer with dis‐ tilled water, g; and m2 is the mass of the pycnometer with a sample and distilled water  after removing air bubbles, g.  The result was calculated as the arithmetic mean of two parallel tests.  2.6.3. Porosity Assessment  The porosity of the rock samples, ϕ, %, was determined by a calculation based on  the preset values of the true and average density, using the formula:  𝜑 1 100  (8) −3 where ρk  is  the  average  density  of  the  rock,  g∙cm ; ρ  is  the  true  density  of  the  rock,  −3 g∙cm .  3. Results and Discussion  Table 1 shows the general characteristics of the samples under study. Depending on  the facies they belong to, the samples of the studied rocks are subdivided into the fol‐ lowing types: overlying deposits of Quaternary (Q) and Carboniferous (C2) age, enclos‐ ing rocks of the near‐pipe space (V2), tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater facies  (iD3‐C2) and kimberlite vents (iD3‐C2).     Appl. Sci. 2021, 11, 6065  8 of 26  Table 1. General characteristics of the investigated samples.    ID Sample  Rock Type  Geological Age  Overlying Rocks  1  7CA_13  Moraine sand and gravel  Q  2  GGS‐2‐10_1_2  Sandstone  C2  3  GGS _2_10_20_5  Sandstone  C2  4  GGS _2_10_30_0  Sandstone  C2  5  GGS _2_10_54_1  Sandstone, siltstone  C2  Enclosing Rocks of the Near‐Pipe Space  6  16СА_13  Siltstone  V2  7  18СА_13  Siltstone  V2  8 СА_5_16  Sandstone  V2  9 СА_13_16  Sandstone  V2  10 СА_14_16  Sandstone  V2  11 СА_21_16  Sandstone  V2  12 СА_6_16  Sandstone  V2  13 СА_7_16  Sandstone  V2  14 СА_8_16  Sandstone  V2  15 СА_19_16  Sandstone  V2  16  24CA_13  Sandstone  V2  17  40CA_13  Sandstone  V2  18  11CA_13  Siltstone  V2  19  12CA_13  Siltstone  V2  20  21CA_13  Siltstone  V2  Tuffaceous Sedimentary Rocks of the Peripheral Parts of the Crater  21  30СА_13  Tuffite  iD3‐C2  22  31СА_13  Tuffite  iD3‐C2  23 СА_10_16  Tuffite   iD3‐C2  24 СА_12_16  Tuffite  iD3‐C2  25  33CA_13  Tuff  iD3‐C2  Vent Facies Kimberlites  26 СА_16_16  Autolithic breccia  iD3‐C2  27 СА_17_16  Autolithic breccia  iD3‐C2  28  2009_477  Autolithic breccia  iD3‐C2  29  2013_262  Autolithic breccia  iD3‐C2  30  37CA_13  Autolithic breccia  iD3‐C2  3.1. Estimation of the Parameter of Radon Leakage from a Counting Sample  The decrease in radon activity in the experimental model is shown in the Figure 3.  This process occurs due to radioactive decay, as well as radon leakage through the con‐ −7 −1 tainer. The average value of the level of radon leakage was 9.02 ± 0.28%∙10  s .     Appl. Sci. 2021, 11, 6065  9 of 26  Figure 3. Radon leakage parameter assessment results.  3.2. Results of Measurements of Radiation and Physical Parameters  As mentioned earlier, in the first stage, the activity of  Ra was measured daily for  21 days. Based on the results of these measurements, the following were determined: the  activity of  Ra, without taking into account the accumulation of its decay products; the  activity of  Ra, taking into account the accumulation of the daughter products of its de‐ cay; the percentage of radon accumulation (in the “free” state); and the period for which  the daughter decay products of  Ra enter the state of radioactive equilibrium. After the  experiment, the counting sample was depressurized, and after 1–2 days, the specific ac‐ tivity of  Ra was measured again.  To establish the equilibrium of all members of the  Ra series in the samples of the  studied rocks, a time interval from 5 to 10 days is sufficient (Figure 4). When carrying  out further studies with rocks of other types, we consider it possible to reduce the meas‐ urement period to 15 days.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  10 of 26  Figure 4. The nature of the distribution of the activity of  Ra in time after sealing.  The emanation coefficient was calculated using two methods: gamma‐spectrometric  and  radiometric  (emanation).  The  coefficient  of  variation  between  the  results  of  both  methods did not exceed 5–10%. So herein when the emanation coefficient is mentioned it  refers to the one calculated only by the gamma spectrometric method.  In general, the research results are presented in Table 2, in which the following des‐ ignations are used: ARa226—specific activity of  Ra under sealing conditions; Kemanation— coefficient  of  emanation;  AVdens—average  density;  TRdens—true  density;  Porosity— porosity. Additionally, these designations are used later in the text of the article. In ex‐ panded form the results of the study of radiation and physical parameters are shown in  Table A1, Appendix A.  Table 2. Results of measurements of radiation and physical characteristics of samples.  Radiation and Physical Characteristics  ARa226  Kemanation  AVdens  TRdens  Porosity    Range  Mean  Range  Mean  Range  Mean  Range  Mean  Range  Mean  Overlapping  15.88–30.21  22.19  11.09–24.91  17.41  1.83–2.03  1.93  2.38–2.94  2.54  18.47–32.65  23.77  Rocks  Kimberlites  12.42–31.46  17.59  1.76–10.67  7.14  1.74–2.35  2.06  1.83–2.37  2.11  0.46–4.92  2.39  Host Rocks  16.05–63.32  35.52  6.19–29.13  13.94  1.47–2.19  1.89  2.06–2.7  2.42  4.72–40.96  21.11  Tuffaceous  Sedimentary  11.45–48.4  28.81  9.82–34.13  22.34  1.36–1.90  1.73  2.12–2.54  2.28  13.21–36.74  24.04  Rocks  We have identified a wide range in the  Rn emanation coefficient in the studied  rock samples from 3 to 40%. The kimberlites of the vent facies, represented by autolithic  breccias, are characterized by low values of the emanation coefficient, in the range from  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  11 of 26  1 to 8%. In only one case, the value of the emanation coefficient exceeded 10%. Kimber‐ lites  were also  characterized  by a low porosity  from  0.46  to 4.91%,  which agrees  with  previously obtained results for pipes of the Arkhangelsk diamondiferous province [32].  At the same time, kimberlite pipes in Yakutia have been characterized by a wider range  of  porosity  variation  from  3.6  to  12.9%  and  in  rare  cases  exceeding  20%  [33,34].  Vent  kimberlites are characterized by the lowest activity of  Ra among the studied types of  −1 rocks,  varying  from  12.42–15.89  Bq∙kg   (including  sealing),  with  the  exception  of  one  226 −1 sample, in which the specific activity of  Ra was much higher 31.46 Bq∙kg  (sample ID  37СА‐13). It is known that among the magmatic formations, kimberlites are character‐ ized  minimal  content  of  radioactive  elements  [35].  In  addition,  the  kimberlites  of  the  pipes of the Zolotitsky field have been characterized by an extremely low average con‐ −1 226 centration of uranium, 0.67 mg∙kg  [19], which, in terms of the activity of  Ra under  conditions  of  radioactive  equilibrium  in  the  uranium‐238  chain,  does  not  exceed  10  −1 Bq∙kg .  Tuffaceous‐sedimentary  rocks  were  distinguished  by  a  wider  range  of  radiation  and physical parameters. The activity of  Ra in these rocks varies from 11.45 to 48.40  −1 Bq∙kg , the emanation coefficient from 9.82 to 34.13% and porosity from 13.20 to 36.74%.  However, a different picture was observed in the distribution of the studied parameters  in the host Vendian and overlying Quaternary and Carboniferous rocks. Most of these  rocks were characterized by significant porosity (up to 41%) which are in good agree‐ ment with the data given in [32] concerning the study of the host rocks of the Arkhan‐ gelsk diamondiferous province (from 8 to 40%). The host rocks are distinguished by a  226 −1 high level of specific activity of  Ra—up to 63.32 Bq∙kg  and the overlying rocks have a  high level of the emanation coefficient (up to 28%) (Figure 5).  (a)  (b)  (c)   Figure 5. Histogram of radium activity (a), emanation coefficient (b) and porosity (c) for the studied types of rocks.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  12 of 26  The rate of radon production was calculated for the different types of rocks (Table  3). This parameter is one of the most important for assessing radon in its free state.  Table 3. Radon production rate for the studied types of rocks.  −3 −1  Radon Production Rate, Bq∙m ∙h   Range  Mean  Overlapping Rocks  38.88–59.12  52.47  Kimberlites  9.84–18.96  16.15  Host rocks  37.19–132.03  63.88  Tuffaceous Sedimentary Rocks  33.97–139.57  75.39  −3 −1 The minimum level of radon production, from 9.84 to 18.96 Bq∙m ∙h  (Table 3) is  characteristic of kimberlites of the vent facies. Considering the high values of the specific  activity of radium, the emanation coefficient, the level of radon production and porosity,  the enclosing rocks of the near‐pipe space stand out among the other types. In the Ven‐ dian  host  rocks  a  number  of  mineralogical,  structural  and  geochemical  features  were  found. Postmagmatic endogenous bleaching associated with the influence of kimberlites  was found in the host red rocks of the Vendian [21,36–41]. The zones of bleaching oc‐ curred at the contact with magmatic bodies and in tectonic faults were formed as a result  of  the  action  of  reducing  fluids  [42].  These  rocks  with  vein  bleaching  clarification  are  characterized by an increased content of uranium, thorium and potassium, and they are  also  characterized  by  geochemical  anomalies,  specific  mineralogical  associations  and  stable  isotope  anomalies  [21,22,40].  These  rocks  with  vein  endogenous  bleaching  are  characterized by high content of K, Fe, Rb, Zn, Sr, Ni and depleted (light) isotopic com‐ position  of  calcite  carbon  (δ С−4.9  and −5.5‰)  Among  specific  mineralogical  associa‐ tions  the  saponite  and  minerals  of  smectite  group  (including  montmorillonite  and  beidellite) are observed [37,40–43]. The contacts of kimberlites and host rocks have local  tectonic  elements:  zones  of  mylonites,  steep  fractures  and  low‐amplitude  thrusts  [21,40,43–47]. The abundance of fracture zones in the near‐pipe space of kimberlite bod‐ ies is associated with the process of diatreme formation, which influenced the tectonic  structure of the adjacent sediment, resulting in the formation of a system of fractures of  various types [48]. The occurrence of zones of fracturing and faults is associated with the  formation of diatremes as a result of the significant mechanical effect of penetrating gas‐ es  and  melts  on  the  host  rocks  [49,50].  As  a  result,  a  system  of  radial  and  concentric  zones of fracturing and faults with crushing and the vertical movement of blocks of en‐ closing  rocks  has  arisen  in  the  near‐pipe  space  [51].  The  impact  of  kimberlites  on  the  Vendian  rocks,  which  led  to  the  formation  of  fault  zones  in  the  near‐pipe  space,  in‐ creased the fracturing and various mineralogical and geochemical changes, influencing  the radiation parameters of the host rock. Enrichment with uranium (radium) and the  increased  fracturing  of  the  near‐pipe  space  created  conditions  for  the  production  and  advection of radon through the host rock mass. As a result, in the soil horizons above  the kimberlite bodies of the Lomonosov diamond deposit, an increased volumetric activ‐ ity of radon can be observed, several times higher than the background values [20,52]. In  the course of this study, we found that the main source of radon observed in the soil air  above kimberlite pipes is the enclosing Vendian rocks of the near‐pipe space.   To understand the relationship between the studied radiation and physical parame‐ ters, a statistical analysis of the data was performed.  3.3. Statistical Analysis  To study the features of radon emanation in rocks, a correlation analysis of the main ra‐ diation and physical parameters of the samples was performed (Table 4). The following pa‐ rameter was also added to the correlation matrix: ARn222, the volumetric activity of radon in  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  13 of 26  −3 the container, Bq∙m . The values of this parameter were obtained as a result of experimental  work on the accumulation of radon in a sealed container with test samples.  Table 4. Correlation matrix from the studied parameters of the radon emanation.    ARa226  Kemanation  ARn222  AVdens  TRdens  Porosity  ARa226  1           Kemanation − 0.277  1         ARn222  0.350  0.709  1       AVdens  0.054 −0.666 −0.531  1     TRdens  0.092  0.294  0.335  0.155  1   Porosity  0.043  0.753  0.691 −0.648  0.646  1  Number of samples = 30. Correlation is significant at the 0.01 level.  A significant correlation is observed in rocks for Kemanation‐ARn222 (r = 0.709), Kema‐ nation‐AVdens  (r  = −0.666),  Kemanation‐Porosity  (r  =  0.753),  ARn222‐AVdens  (r  = −0.531),  ARn222‐ Porosity (r = 0.691), AVdens‐Porosity (r = −0.648) and TRdens‐Porosity (r = 0.646).  Ra activ‐ ity in rock samples has no significant correlations with any of the parameters suggesting  that it is not the main parameter influencing the formation of a radon field. The lack of  relationships between the content of  Ra and the volumetric activity of radon is proba‐ bly due to the form of  Ra in the minerals that make up the rocks [30,53]. Radon formed  in a solid can enter the surrounding space due to both radioactive recoil and diffusion.  In the case of radioactive decay, radon atoms acquire a certain recoil energy, which they  subsequently lose when moving. Some of the atoms remain in the solid phase making  up so‐called “bound radon”. However, the recoil energy of about 86 keV is enough to re‐ lease atoms outside the crystal lattice, while forming free radon [24].  Taking the above into account, to characterize the territory of Arkhangelsk diamondif‐ erous province according to the distribution of radon, it is advisable to use a complex of two  parameters—the activity of  Ra in soils and rocks and their emanation coefficient.  As can be seen from the correlation data, the main factors in the formation of the  radon  field  are  the  emanation  coefficient  (r  =  0.709)  and  the  porosity  of  the  rock  (r  =  0.691). At the same time, an increase in porosity leads to an increase in the emanation  coefficient (r = 0.753). There is a negative relationship between the average density and  the volumetric activity of radon in a free state (r = −0.531). This is due to the fact that the  method for calculating the average density takes into account the presence of pores in  the rock. At the same time, the true density is characterized by a weak effect on the ema‐ nation coefficient and the volumetric activity of radon.  Additional information for the interpretation of the obtained statistical data on rock  samples is provided by the results of factor analysis (Table 5).  Table 5. Factor loadings matrix for dataset on the studied parameters of radon emanation.  Factor  Parameter  1  2  3  ARa226 −0.040  0.036  0.990  Kemanation  0.876  0.271 −0.256  ARn222  0.776  0.288  0.418  AVdens −0.920  0.248  0.028  TRdens  0.071  0.992  0.054  Porosity  0.774  0.572  0.036  % of Variance  52.81  21.15  17.95  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  14 of 26  On the diagram of factor loads (Figure 6), three groups of factors are distinguished,  which determine the nature of the emanation of radon from rocks. The total variance for  the three factors is 91.91%.  Figure 6. Plot of factor loadings for studied parameters of radon emanation.  The first factor, with a dispersion of 52.81%, includes the radon emanation coeffi‐ cient,  the  volumetric activity  of  radon  in  the  counting  sample  and  the  porosity  of  the  sample. This is due to the fact that these parameters are the main parameters in the pro‐ cess of forming a radon field. This conclusion was made in the conditions of the experi‐ ment and does not take into account other physical factors that can affect the behavior  (gas permeability, humidity, temperature, pressure). The same parameters are involved  in calculating the level of radon production.  The  second  factor,  with  a  dispersion  of  21.15%,  combines  two  parameters—true  density and porosity. The relationship between these parameters is due to the fact that  the porosity is a calculated value and is determined based on the density of the sample.  The third factor is represented by one parameter—the activity of radionuclide  Ra.  The weak determination of the second and third factors is probably associated with  more complex interaction mechanisms during the formation of the radon field; to fully  understand them, additional data are required to determine the geochemical and miner‐ alogical compositions [14].  Based on the results of measuring the volumetric activity of radon in a sealed con‐ tainer and calculating the level of radon production, we built a regression model (Figure  7), which is a linear function of the dependence of two parameters (dependent variable  and  regressor)  and is  characterized  by  regression  coefficients (i.e.,  slope,  coefficient  of  determination).  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  15 of 26  Figure 7. Regression model of the relationship between the volumetric activity of radon and the  level of radon production.  In our experiment, the regression model has the form y = 19.138x − 32.696 and is  characterized by a positive slope equal to 19.138 and a coefficient of determination R  =  0.8786. The positive slope indicates that with an increase in the level of radon production  −3 by 1 unit, the volumetric activity increases by 19.138 Bq∙m . This value is theoretical and  can vary depending on a number of parameters. For this model, it is calculated based on  the results of the measurements of parameters. The value of the constant a = −32.696 in  this case is not taken into account, because under ideal conditions (for example, the ab‐ −3 −1 sence of extraneous sources of radon) at a level of radon production P = 0 Bq∙m  h , the  −3 volumetric activity will also be equal to 0 Bq∙m .  The coefficient of determination shows that the change in the volumetric activity of  radon in the container (dependent variable) by 87.9% is described by the independent  variable (regressor)—the level of radon production—which indicates a sufficient justifi‐ cation for choosing this model. This model more clearly predicts the distribution of ra‐ don based on the results of calculating the radon production rate.  4. Conclusions  Experimental studies were carried out to assess the main radiation and physical fac‐ tors affecting the formation of the radon field over the kimberlite pipes of the Arkhan‐ gelsk diamondiferous province. For this purpose, samples of kimberlites and rocks were  taken from the quarries of the Arkhangelskaya and Karpinsky‐1 pipes of the Lomonosov  diamond deposit. The samples were represented by the main types of rocks exposed by  quarries to a depth of 186 m: overlying Quaternary (Q) and Carboniferous rocks (C2),  host rocks of the Vendian (V2), tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater (iD3‐C2) and  kimberlites of the vent facies (iD3‐C2).  226 222 Radiation (activity of  Ra, activity of  Rn in a free state, emanation coefficient, ra‐ don production rate) and physical (average and true density, porosity) parameters were  determined.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  16 of 26  Among the studied types of rocks, it was found that kimberlites of the vent facies  are characterized by the lowest values of the emanation coefficient, porosity, specific ac‐ tivity of  Ra and the radon production rate. The lowest values of these parameters limit  the formation of free radon in the pipe body.  The largest amount of radon in a free gas state has been produced by rocks of the  near‐pipe space, represented by the enclosing Vendian V2 deposits and characterized by  high values of the emanation coefficient, specific activity of radium, radon production  rate and porosity. This is due to the structural and geological features of the near‐pipe  space, which has signs of the impact of kimberite magma on the host rocks: the devel‐ opment of fracturing as well as structural, mineralogical and geochemical changes. The  overlying and tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater are characterized by interme‐ diate values of the studied parameters.  This  study  advances  the  knowledge  of  using  emanation  methods  for  prospecting  for kimberlite pipes in the territory of the Arkhangelsk diamondiferous province.  Author Contributions: All authors contributed to the study conception and design. Conceptual‐ ization,  validation,  and  writing—original  draft  preparation  were  performed  by  E.Y.  and  A.P.  Methodology was performed by E.Y. and A.P. Formal analysis and investigation were performed  by E.Y. and A.P. Writing—review and editing were performed by E.Y. and A.P. Funding acquisi‐ tion were performed by E.Y. Project administration and resources were performed by E.Y. Super‐ vision  and visualization  were  performed  by  E.Y.  All  authors  have  read  and  agreed  to  the  pub‐ lished version of the manuscript.  Funding: The reported study was funded by RFBR, project number 20‐35‐70060.   Institutional Review Board Statement: Not applicable.   Informed Consent Statement: Not applicable.   Data Availability Statement: The datasets presented in this study can be obtained upon request to  the corresponding author.  Acknowledgments: The authors are grateful to the staff of the Laboratory of Environmental Radi‐ ology of N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research for their invaluable help and  support at all stages of the study.   Conflicts of Interest: The authors declare that they have no conflicts of interest.    Appl. Sci. 2021, 11, 6065  17 of 26  Appendix A  Table A1. Radiation and physical characteristics of studied rocks.  Radiation Parameters  Physical Parameters  Radium‐226 Activity  Radium‐226 Activity  Radium‐226 Activity  Volumetric Activity of  Average  Sample ID  Emanation  Radon Production  True Density **,  (Unsealed Sample),  (Sealed Sample),  (after Opening the  Radon in the Container,  Density **,  Porosity ***, %  −3 −1 −3 Coefficient, %  Rate *, Bq∙m ∙h   g∙cm   −1  −1 −1 −3 −3 Bq∙kg Bq∙kg   Sample), Bq∙kg   Bq∙m   g∙cm   Overlying Rocks  7CA_13  16.43 ± 3.94  20.44 ± 4.91  18.83 ± 5.08  13.75 ± 5.46  658 ± 197  38.88  1.83  2.38  23.11  GGS‐2‐10_1_2  22.33 ± 4.69  26.40 ± 4.22  23.17 ± 4.40  13.83 ± 3.78  1116 ± 335  54.64  1.98  2.94  32.65  GGS_2_10_20_5  16.12 ± 3.71  18.01 ± 3.06  17.57 ± 4.57  23.47 ± 8.02  1120 ± 336  59.12  1.85  2.39  22.59  GGS_2_10_30_0  12.21 ± 3.42  15.88 ± 4.13  11.64 ± 3.38  24.91 ± 10.67  834 ± 250  58.32  1.95  2.50  22.00  GGS_2_10_54_1  26.59 ± 4.52  30.21 ± 4.53  27.13 ± 3.53  11.09 ± 2.42  1637 ± 491  51.41  2.03  2.49  18.47  Enclosing Rocks of the Near‐Pipe Space  16СА_13  37.37 ± 5.98  39.34 ± 5.51  36.44 ± 5.10  6.19 ± 1.35  755 ± 227  37.19  2.02  2.12  4.72  18СА_13  20.05 ± 4.21  22.68 ± 4.08  19.53 ± 5.08  12.74 ± 4.43  802 ± 241  42.38  1.94  2.38  18.49  СА_5_16  11.01 ± 3.19  16.05 ± 3.85  11.74 ± 3.29  29.13 ± 11.82  1235 ± 371  51.96  1.47  2.49  40.96  СА_13_16  22.44 ± 4.94  29.67 ± 6.23  23.42 ± 5.15  22.72 ± 7.60  1822 ± 547  97.85  1.92  2.66  27.82  СА_14_16  25.90 ± 5.96  30.73 ± 4.30  27.82 ± 6.40  12.60 ± 3.73  1105 ± 332  57.37  1.96  2.38  17.65  СА_21_16  56.01 ± 8.96  59.84 ± 7.78  55.69 ± 6.13  6.67 ± 1.25  1059 ± 318  57.33  1.90  2.62  27.48  СА_6_16  35.79 ± 6.80  40.69 ± 6.10  36.55 ± 5.85  11.11 ± 2.68  1186 ± 356  59.12  1.73  2.06  16.02  СА_7_16  21.90 ± 4.16  26.84 ± 5.64  23.51 ± 4.70  15.41 ± 4.92  1241 ± 372  68.48  2.19  2.55  14.12  СА_8_16  25.35 ± 5.83  30.82 ± 4.93  24.30 ± 5.10  19.45 ± 5.65  1624 ± 487  87.46  1.93  2.59  25.48  СА_19_16  28.33 ± 6.80  31.46 ± 5.66  27.75 ± 5.27  10.87 ± 3.13  906 ± 272  50.67  1.96  2.70  27.41  24CA_13  32.01 ± 6.08  35.55 ± 5.33  32.60 ± 4.24  9.13 ± 1.99  1008 ± 302  45.64  1.86  2.12  12.26  40CA_13  32.44 ± 5.84  40.71 ± 6.11  30.30 ± 3.94  22.94 ± 5.01  2367 ± 710  132.03  1.87  2.69  30.48  11CA_13  58.40 ± 9.93  63.32 ± 7.60  59.9 ± 6.59  6.59 ± 1.18  1109 ± 333  64.99  2.06  2.23  7.62  12CA_13  23.37 ± 4.91  26.66 ± 5.60  23.45  ± 4.92  12.19 ± 3.98  962 ± 289  44.96  1.83  2.38  23.11  21CA_13  34.41 ± 6.19  38.47 ± 5.39  33.74 ± 4.72  11.42 ± 2.49  1283 ± 385  60.78  1.83  2.38  23.11  Tuffaceous Sedimentary Rocks of the Peripheral Parts of the Crater  30СА_13  17.85 ± 4.28  27.34 ± 5.19  18.17 ± 5.09  34.13 ± 12.70  2561 ± 768  95.94  1.36  2.15  36.74  31СА_13  19.52 ± 5.08  21.61 ± 3.89  18.92 ± 5.49  11.06 ± 4.15  792 ± 238  33.97  1.88  2.23  15.70  СА_10_16  8.94 ± 3.40  11.45 ± 2.98  8.20 ± 3.53  25.15 ± 13.90  872 ± 262  41.36  1.90  2.54  25.20  СА_12_16  23.13 ± 4.86  35.25 ± 5.29  25.13 ± 5.28  31.55 ± 8.96  3146 ± 944  139.57  1.66  2.35  29.36  33CA_13  44.08 ± 7.93  48.40 ± 6.78  43.21 ± 5.19  9.82 ± 1.99  1288 ± 386  66.11  1.84  2.12  13.21  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  18 of 26  Vent Facies Kimberlites  СА_16_16  11.93 ± 3.10  13.14 ± 3.42  12.21 ± 3.54  8.14 ± 3.49  135 ± 41  15.93  1.97  2.02  2.48  СА_17_16  10.84 ± 3.04  12.42 ± 3.48  11.35 ± 3.52  10.67 ± 4.90  102 ± 31  17.43  1.74  1.83  4.92  2009_477  14.11 ± 3.81  15.89 ± 4.13  15.27 ± 3.82  7.55 ± 3.00  212 ± 64  18.96  2.09  2.16  3.24  2013_262  13.64 ± 3.41  15.03 ± 4.06  14.14 ± 4.10  7.58 ± 3.30  98 ± 29  18.60  2.16  2.17  0.46  37CA_13  31.17 ± 4.99  31.46 ± 4.40  30.64 ± 4.29  1.76 ± 0.38  56 ± 17  9.84  2.35  2.37  0.84  Notes: * The radon production rate was calculated based on the results of measurements of the activity of radium‐226, average density, emanation coefficient; ** The standard devia‐ −3 tion was no more than 0.02 g∙cm ; *** The porosity parameter is calculated based on the results of measurements of the average and true density.  Appendix B  Figure A1. Typical geology cross‐section of kimberlite pipe of the Lomonosov diamond deposit. 1—Quaternary fluvioglacial sediments; 2—Middle Carboniferous sediments (Ursug  suite); 3—Upper Vendian sediments (host rocks of the near‐pipe space); 4—Tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater facies; 5—Kimberlites of the vent facies.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  19 of 26  Appendix C. Typical Types of the Studied Rocks from the Lomonosov Diamond Deposit.  Figure A2. Moraine sand and gravel mix (sample ID 7CA‐13), overlying Quaternary fluvioglacial sediments (Q), Lomonosov diamond deposit.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  20 of 26  Figure A3. Gray sandstone with calcareous and clay cement (sample ID GGS _2_10_20), overlying Middle Carboniferous rocks, Ursug suite (C2ur), Lomonosov diamond deposit.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  21 of 26  Figure A4. Red sandstone (sample ID 24CA_13), Vendian enclosing rocks of the near‐pipe space (V2), Arkhangelskaya pipe.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  22 of 26  Figure A5. Tuff (sample ID 33CA_13), Tuffaceous sedimentary rocks of the crater, Upper Devonian—Middle Carboniferous (iD3‐C2), Arkhangelskaya pipe, Lomonosov diamond de‐ posit.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  23 of 26  Figure A6. Autolithic breccia (sample ID 37CA_13), Vent Facies Kimberlites (diatreme), Upper Devonian—Middle Carboniferous (iD3‐C2), Arkhangelskaya pipe.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  24 of 26  References  1. Sabbarese, C.; Ambrosino, F.; D’Onofrio, A.; Pugliese, M.; La Verde, G.; D’Avino, V.; Roca, V. The first radon potential map of  the Campania region (southern Italy). Appl. Geochem. 2021, 126, 10.1016/j.apgeochem.2021.104890.  2. Giustini, F.; Ciotoli, G.; Rinaldini, A.; Ruggiero, L.; Voltaggio, M. Mapping the geogenic radon potential and radon risk by  using Empirical Bayesian Kriging regression: A case study from a volcanic area of central Italy. Sci. Total Environ. 2019, 661,  doi:10.1016/j.scitotenv.2019.01.146.  3. Miklyaev, P.; Petrova, T. Studies of emanation of clay rocks by radon. Geoecology. Eng. Geol. Hydrogeol. Geocryol. 2010, 1, 13–22.  4. Baskaran, M. Radon: A Tracer for Geological, Geophysical and Geochemical Studies; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2016; p.  260, doi:10.1007/978‐3‐319‐21329‐3.  5. Daraktchieva, Z.; Wasikiewicz, J.M.; Howarth, C.B.; Miller, C.A. Study of baseline radon levels in the context of a shale gas  development. Sci. Total Environ. 2021, 753, doi:10.1016/j.scitotenv.2020.141952.  6. Loisy, C.; Cerepi, A.  Rn as a tracer of water‐air dynamics in the unsaturated zone of a geological carbonate formation: Ex‐ ample  of  an  underground  quarry  (Oligocene  Aquitain  limestone,  France).  Chem.  Geol.  2012,  296–297,  doi:10.1016/j.chemgeo.2011.12.010.  7. Kuo,  T.;  Tsunomori,  F.  Estimation  of  fracture  porosity  using  radon  as  a  tracer.  J.  Pet.  Sci.  Eng.  2014,  122,  doi:10.1016/j.petrol.2014.09.012.  8. Selvam, S.; Muthukumar, P.; Sajeev, S.; Venkatramanan, S.; Chung, S.Y.; Brindha, K.; Babu, D.S.S.; Murugan, R. Quantification  of submarine groundwater discharge (SGD) using radon, radium tracers and nutrient inputs in Punnakayal, south coast of  India. Geosci. Front. 2021, 12, doi:10.1016/j.gsf.2020.06.012.  9. Sahoo, S.K.; Katlamudi, M.; Barman, C.; Lakshmi, G.U. Identification of earthquake precursors in soil 222Rn data of Kutch,  Gujarat,  India  using  empirical  mode  decomposition  based  Hilbert  Huang  Transform.  J.  Environ.  Radioact.  2020,  222,  doi:10.1016/j.jenvrad.2020.106353.  10. Kawabata, K.; Sato, T.; Takahashi, H.A.; Tsunomori, F.; Hosono, T.; Takahashi, M.; Kitamura, Y. Changes in groundwater ra‐ don concentrations caused by the 2016 Kumamoto earthquake. J. Hydrol. 2020, 584, doi:10.1016/j.jhydrol.2020.124712.  11. Moreno, V.; Bach, J.; Zarroca, M.; Font, L.; Roqué, C.; Linares, R. Characterization of radon levels in soil and groundwater in  the North Maladeta Fault area (Central Pyrenees) and their effects on indoor radon concentration in a thermal spa. J. Environ.  Radioact. 2018, 189, doi:10.1016/j.jenvrad.2018.03.001.  12. Tsapalov, A.; Kovler, K.; Miklyaev, P. Open charcoal chamber method for mass measurements of radon exhalation rate from  soil surface. J. Environ. Radioact. 2016, 160, doi:10.1016/j.jenvrad.2016.04.016.  13. Yang, Y.; Li, Y.; Guan, Z.; Chen, Z.; Zhang, L.; Lv, C.J.; Sun, F. Correlations between the radon concentrations in soil gas and  the  activity  of  the  Anninghe  and  the  Zemuhe  faults  in  Sichuan,  southwestern  of  China.  Appl.  Geochem.  2018,  89,  doi:10.1016/j.apgeochem.2017.11.006.  14. Domingos, F.; Pereira, A. Implications of alteration processes on radon emanation, radon production rate and W‐Sn explora‐ tion in the Panasqueira ore district. Sci. Total Environ. 2018, 622–623, 825–840, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.12.028.  15. Pinto, P.V.; Sudeep Kumara, K.; Karunakara, N. Mass exhalation rates, emanation coefficients and enrichment pattern of ra‐ don,  thoron  in  various  grain  size  fractions  of  monazite  rich  beach  placers.  Radiat.  Meas.  2020,  130,  doi:10.1016/j.radmeas.2019.106220.  16. McDowall, G.; Koketso, H. Radon emanometry over some kimberlites and lamproites in Southern and Western Botswana. In  Proceedings of the 53rd EAEG Meeting; European Association of Geoscientists & Engineers; European Association of Geoscientists &  Engineers: Houten, The Netherlands, 1991; doi:10.3997/2214‐4609.201410794.  17. Bobrov, A. Reflections of some features of the fault zones of the Olkhon and southern Angara regions in radon emanations.  Tectonophys. Top. Issues Earth Sci. 2009, 2, 5–9.  18. Magomedova,  A.;  Udoratin,  V.  Volumetric  activity  of  radon  in  pipes  of  explosion  and  magnetic  anomalies  of  the  Middle  Timan. Bull. IG Komi Sci. Cent. Ural Branch RAS 1991, 10, 28–34.  19. Kiselev, G.P.; Yakovlev, E.Y.; Druzhinin, S.V.; Zykov, S.B.; Bykov, V.M.; Ocheretenko, A.A. Uranium even isotopes in kimber‐ lites, enclosing and overburden rocks of the Zolotitskoye ore field (Arkhangelsk diamondiferous province). Russ. J. Earth Sci.  2018, 18, doi:10.2205/2018ES000622.  20. Kiselev, G.P.; Danilov, K.B.; Yakovlev, E.U.; Druzhinin, S.V. Radiometric and seismic study of Chidvinskaya kimberlite pipe  (Arkhangelsk diamondiferous province, North of the East European Craton, Russia). Geofísica Int. 2017, 2, 147–155.  21. Zaripov, N.R. Clarification of the Red‐Colored Rocks of the Zimneberezhny Diamondiferous Region of the Arkhangelsk Prov‐ ince and the Nakynsky Diamondiferous Field of the Yakut Province, Its Connection with the Kimberlite Control Structures.  Ph.D. Thesis, Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting, Moscow, Russia, 2017.  22. Yakovlev, E.Y. Features of radioactive element distribution within the Arkhangelsk diamondiferous province: Possible direc‐ tions for development of isotope–radiogeochemical methods for kimberlite prospecting in complex landscape–geology and  climate conditions of the subarctic zone. Geochem. Explor. Environ. Anal. 2020, 20, 269–279, doi:10.1144/geochem2019‐023.  23. Syam,  N.S.;  Lim,  S.;  Lee,  H.Y.;  Lee,  S.H.  Determination  of  radon  leakage  from  sample  container  for  gamma  spectrometry  measurement of 226Ra. J. Environ. Radioact. 2020, 220–221, doi:10.1016/j.jenvrad.2020.106275.  24. IAEA. IAEA Annual Report for 2013; International Atomic Energy Agency: Vienna, Austria, 2013.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  25 of 26  25. Mauring,  A.;  Gäfvert,  T.  Radon  tightness  of  different  sample  sealing  methods  for  gamma  spectrometric  measurements  of  226Ra. Appl. Radiat. Isot. 2013, 81, doi:10.1016/j.apradiso.2013.03.022.  26. Tsapalov, A.; Miklyaev, P.; Petrova, T. The principle of detecting areas with active geodynamics based on the analysis of the  210Pb/226Ra activity ratio in soil samples. ANRI 2013, 1, 9–11.  27. Afonin,  A.;  Korchunov,  A.  Optimizing  block  parameters  measurements  for  monitoring  radon,  thoron  and  their  daughter  products in various environments. ANRI 2013, 1, 9–11.  28. International  Atomic  Energy  Agency.  Measurement  and  Calculation  of  Radon  Releases  from  NORM  Residues,  Technical  Reports  Series; International Atomic Energy Agency: Vienna, Austria, 2013; Volume 474.  29. Pereira, A.; Lamas, R.; Miranda, M.; Domingos, F.; Neves, L.; Ferreira, N.; Costa, L. Estimation of the radon production rate in  granite rocks and evaluation of the implications for geogenic radon potential maps: A case study in Central Portugal. J. Envi‐ ron. Radioact. 2017, 166, doi:10.1016/j.jenvrad.2016.08.022.  30. Phong Thu, H.N.; Van Thang, N.; Hao, L.C. The effects of some soil characteristics on radon emanation and diffusion. J. Envi‐ ron. Radioact. 2020, 216, doi:10.1016/j.jenvrad.2020.106189.  31. Soniya,  S.R.;  Abraham,  S.;  Khandaker,  M.U.;  Jojo,  P.J.  Investigation  of  diffusive  transport  of  radon  through  bricks.  Radiat.  Phys. Chem. 2021, 178, doi:10.1016/j.radphyschem.2020.108955.  32. Zinchuk, N.; Zinchuk, M. Petrophysical properties of kimberlites and host rocks in prospective territories of the East Europe‐ an platform. Collect. Sci. Work. UkrDGRI 2014, 1, 97–108.  33. Burmistrov,  A.;  Garanin,  K.;  Starostin,  V.;  Yuzhakov,  L.  Comparative  analysis  of  the  petrophysical  parameters  of  the  porphyry kimberlites of the V. Grib pipes (Arkhangelsk region) and Aikhal (Yakutia). Geol. Diam. Present Futur. 2005, 8, 762– 772.  34. Burmistrov, A.; Boguslavskiy, M. Petrophysical properties of kimberlites of the Komsomolskaya pipe and their relationship  with the peculiarities of its material composition, formation conditions and diamond content. Moscow Univ. Bull. Geol. 2009, 4,  215–224.  35. Arbuzov, S.I.; Rihvanov, L.P. Geochemistry of Radioactive Elements; Tomsk Polytechnic University Publishing House: Tomsk,  Russia, 2009; p. 300.  36. Ignatov, P.A.; Novikov, K.V.; Bushkov, K.Y. Reconstruction of faults kinematics in closed areas according to the analysis of  micro‐faults in the core. Geol. Explor. 2011, 3, 55–60.  37. Gunin, A.P.; Ignatov, P.A.; Zaripov, N.R.; Novikov, K.V. Signs of exocontacts of kimberlites in the south of the Zolotitsky di‐ amondiferous field of the Arkhangelsk province. New Ideas Earth Sci. 2013, 1, 310–311.  38. Ignatov, P.A.; Gunin, A.P.; Zaripov, N.R. Connection of Manifestations of Alkaline‐Ultrabasic Magmatism with the Structures of the  Central Type of the East of the Zimneberezhny Area of the Arkhangelsk Region; Sergo Ordzhonikidze Russian State University for  Geological Prospecting: Moscow, Russia, 2013; p. 370.  39. Ignatov,  P.A.  Paleohydrogeological  Conditions  of  Formation  of  Ore  Deposits;  Sergo  Ordzhonikidze  Russian  State  University  for  Geological Prospecting: Moscow, Russia, 2014; p. 265.  40. Zaripov, N.R. Clarification (Gleaning) of Red‐Colored Vendian‐Cambrian Rocks and Its Relationship with Alkaline‐Ultrabasic Magma‐ tism  of  the  Arkhangelsk  Region;  Sergo  Ordzhonikidze  Russian  State  University  for  Geological  Prospecting:  Moscow,  Russia,  2014; p. 170.  41. Ignatov, P.A.; Zaripov, N.R.; Kim, V.; Gunin, A.P. Types of clarified red‐colored kimberlitic host Vendian‐Cambrian rocks of  the Zimneberezhny district of the Arkhangelsk region. Geol. Explor. 2015, 2, 15–21.  42. Ignatov, P.A.; Bolonin, A.V.; Vasilyev, I.D.; Shmonov, A.M.; Fomin, A.A.; Kim, V. Folded and discontinuous deformations in  the host and overlapping strata in the Arkhangelsk kimberlite pipe. Ores Met. 2012, 1, 42–48.  43. Ignatov, P.A.; Bolonin, A.V.; Kalmykov, B.A. Paleotectonic structures of the Zimneberezhny diamondiferous area of the Ar‐ khangelsk Region. Bull. MOIP 2008, 3, 13–20.  44. Ignatov,  P.A.;  Bolonin,  A.V.;  Vasilyev,  I.D.;  Fomin,  A.A.;  Kim,  V.  Contacts  of  the  Arkhangelsk  kimberlite  pipe  and  defor‐ mations of enclosing and overlapping rocks. Geol. Explor. 2009, 5, 28–34.  45. Novikov, K.V.; Ignatov, P.A. Organization of Databases for Twodimensional Analysis of Fluid Fracturing, Tectonic and Mineralization  Features  of  Kimberlite‐Containing  Structures; Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting: Mos‐ cow, Russia 2009.  46. Vasilyev, I.D. Geological Structures in the Near‐Pipe Zone of the Arkhangelskaya Pipe and Their Use to Find Diamond De‐ posits in the Zimneberezhny Area. Ph.D. Thesis, Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting,  Moscow, Russia, 2010.  47. Vasiliev, I.D.; Ignatov, P.A.; Bolonin, A.V.; Shmonov, A.M. Comparison of Sections and Petrochemical Data on the Kimberlitic Strata  of the Lomonosov Diamond Deposit; Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting: Moscow, Russia,  2010; p. 195.  48. Khazanovich‐Wulff, K.K. Diatreme Plumes of Astroblem or “Bolide Model” of the Formation of Kimberlite Pipes; Publishing House  (Printing House) Moscow State University: Moscow, Russia, 2007; p. 290.  49. Nikitin, B.M. Deformation of host rocks during formation of kimberlite pipes. Petrology 1980, 11, 41–49.  50. Milashev, V.A. Pipes; Nedra: Leningrad, Russia, 1984; p. 268.     Appl. Sci. 2021, 11, 6065  26 of 26  51. Malykh, A.V. The Main Features of the Structure of Near‐Pipe Space of Tuff Iron Ore and Kimberlite Pipes of the Siberian Platform;  Ural State University Publishing House: Ural, Russia, 1989; p. 315.  52. Kiselev, G.P.; Yakovlev, E.Y.; Druzhinin, S.V. Experimental‐Methodical and Research Work on the Predictive‐Search Assessment of  Lomonosov  Deposit  Areas  That  Are  Promising  for  the  Search  for  Kimberlite  Pipes  Using  Radiometric  Methods;  Bulatov Publishing  House, Northern Arctic Federal University: Arkhangelsk, Russia, 2016; p. 138.  53. Eakin, M.; Brownlee, S.J.; Baskaran, M.; Barbero, L. Mechanisms of radon loss from zircon: Microstructural controls on emana‐ tion and diffusion. Geochim. Cosmochim. Acta 2016, 184, 212–226, doi:10.1016/j.gca.2016.04.024.  http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png Applied Sciences Multidisciplinary Digital Publishing Institute

Radon Over Kimberlite Pipes: Estimation of the Emanation Properties of Rocks (Lomonosov Diamond Deposit, NW Russia)

Yakovlev, Evgeny; Puchkov, Andrey
Applied Sciences , Volume 11 (13) – Jun 29, 2021
Download PDF
26 pages

Loading next page...
 
/lp/multidisciplinary-digital-publishing-institute/radon-over-kimberlite-pipes-estimation-of-the-emanation-properties-of-BPaYcipThH

References (54)

Publisher
Multidisciplinary Digital Publishing Institute
Copyright
© 1996-2021 MDPI (Basel, Switzerland) unless otherwise stated Disclaimer The statements, opinions and data contained in the journals are solely those of the individual authors and contributors and not of the publisher and the editor(s). MDPI stays neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations. Terms and Conditions Privacy Policy
ISSN
2076-3417
DOI
10.3390/app11136065
Publisher site
See Article on Publisher Site

Abstract

Article  Radon Over Kimberlite Pipes: Estimation of the Emanation  Properties of Rocks (Lomonosov Diamond Deposit,   NW Russia)  Evgeny Yakovlev * and Andrey Puchkov  N. Laverov Federal Centre for Integrated Arctic Research of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,  109 Severnoj Dviny Emb., 163000 Arkhangelsk, Russia; vp‐andrew@list.ru  *  Correspondence: evgeny.yakovlev@fciarctic.ru; Tel.: +7‐931‐401‐41‐08; Fax: +7‐8182‐28‐76‐36  Abstract: In this paper, using the example of the Lomonosov diamond deposit, experimental stud‐ ies of rocks were carried out to assess the main radiation and physical factors affecting the for‐ mation of the radon field over the kimberlite pipes of the Arkhangelsk diamondiferous province.  For various types of rocks, represented by vent kimberlites, tuffaceous‐sedimentary rocks of the  crater and enclosing and overlying sediments, the following were studied: porosity, density, activ‐ ity of radium‐226, activity of radon in a free state, level of radon production, and emanation coef‐ ficient. The research results showed that the greatest amount of radon in a free state is produced  by rocks of the near‐pipe space, represented by the enclosing Vendian V2 deposits and character‐ ized by high values of the emanation coefficient, radium activity, radon production level and po‐ rosity. This fact is associated with the structural and geological features of the near‐pipe space,  which was exposed to the impact of kimberlite magma on the host rocks. The lowest values of  these parameters are characteristic of the kimberlites of the vent facies, which limits the formation  Citation: Yakovlev, E.; Puchkov, A.  Radon Over Kimberlite Pipes:   of free radon in the body of the pipe. The results of the experimental studies create prospects for  Estimation of the Emanation   the development of emanation methods for searching for kimberlite pipes in the conditions of the  Properties of Rocks (Lomonosov  Arkhangelsk diamondiferous province.  Diamond Deposit, NW Russia).  Appl. Sci. 2021, 11, 6065.  Keywords: radon field; kimberlites; Arkhangelsk diamondiferous province; emanation coefficient;  https://doi.org/10.3390/app11136065  radon production rate; porosity; density  Academic Editor: Giuseppe   Lacidogna  1. Introduction  Received: 20 April 2021  Radon is part of the decay chain of the uranium‐238 radioactive family and is con‐ Accepted: 24 June 2021  Published: 29 June 2021  tinuously  formed  in  natural  environments  during  the  radioactive  decay  of  its  parent  isotope, radium‐226, the half‐life of which is about 1600 years [1–5]. Being an inert gas  Publisher’s  Note:  MDPI  stays  neu‐ with a relatively long half‐life (3.82 days), in terms of its physical and chemical proper‐ tral  with  regard  to  jurisdictional  ties, it acts as an optimal indicator for studying many processes occurring in the envi‐ claims in published maps and insti‐ ronment [4,6–8], including several important geological processes [9,10]. This is due to  tutional affiliations.  the fact that radon gas shows the ability to easily migrate in the geological environment  in the gas phase or dissolved in pore waters [3,11–13], forming a radon field with the  appearance  of  emanation  anomalies  in  the  near‐surface  horizons  of  rocks  and  soils  [3,14,15].  In  this  regard,  emanation  methods  began to  be  widely used in  geochemical,  Copyright:  ©  2021  by  the  authors.  geophysical and geodynamic studies to track geological processes [4]. Emanation meth‐ Licensee  MDPI,  Basel,  Switzerland.  ods are also used in the search for mineral deposits, including kimberlites [16–19]. Ema‐ This article is an open access article  nation studies carried out in the territory of the kimberlite fields of the Arkhangelsk di‐ distributed  under  the  terms  and  amondiferous province (Russian Federation) showed that, in the soil horizons above the  conditions of the Creative Commons  kimberlite bodies, there are increased values of the volumetric activity of radon that are  Attribution  (CC  BY)  license  several times higher than the background values [20]. It was shown that the nature of  (http://creativecommons.org/licenses the distribution of radon over kimberlite pipes has a subcircular structure, which is as‐ /by/4.0/).  Appl. Sci. 2021, 11, 6065. https://doi.org/10.3390/app11136065  www.mdpi.com/journal/applsci  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  2 of 26  sociated with the development of faults and fracturing in the enclosing rocks of the near‐ pipe space [19,21]. Previously obtained data have shown high prospects for the applica‐ tion of emanation methods in the search for kimberlite pipes in the territory of the Ar‐ khangelsk diamondiferous province [22].  However, for a more complete understanding of the specifics of locating explosion  pipes in the field of radon volumetric activity and the development of emanation meth‐ ods to search for kimberlites, it is necessary to conduct detailed studies of the mecha‐ nisms and conditions of radon formation in the rocks that compose the kimberlite body.  The purpose of this study was to study the emanation properties of rocks that make up  the kimberlite pipes of the Arkhangelsk diamondiferous province, so the radiation and  physical parameters of the kimberlites that overlap and the host rocks of the Lomonosov  diamond  deposit  of  the  Arkhangelsk  diamondiferous  province  were  studied.  The  fol‐ lowing radiation and physical parameters were studied: activity of radium‐226, activity  of  radon‐222,  emanation  coefficient,  radon  rate  production,  average  and  true  density,  and porosity. An assessment of the main factors causing the formation of the increased  activity of radon over the pipes has been carried out.  2. Material and Methods  The Lomonosov diamond deposit of the Arkhangelsk diamondiferous province is  located  ~90  km  northeast  of  Arkhangelsk,  forming  a  chain  about  20  km  long  with  a  strike  north–north‐east.  The  deposit  consists  of  six  kimberlite  pipes:  Arkhangelskaya,  Karpinsky‐1, Karpinsky‐2, Pionerskaya, Lomonosovskaya, and Pomorskaya (Verzhak et  al. 2008). Currently, only two pipes (Arkhangelskaya and Karpinsky‐1) are being devel‐ oped by quarries. The location and geological structure of the Lomonosov diamond de‐ posit is shown in Figure 1.  The sampling of rocks was carried out in the quarries of the Arkhangelskaya (N65.2913,  E41.0209) and Karpinsky‐1 (N65.3018, E41.0246) kimberlite pipes, together with the geologist  of the mining plant (Figure 1). In total, 30 rock samples were taken, weighing up to 2 kg  each.  Rocks  are  represented  by  various  types  of  deposits  from  quarries  up  to  186  meters  deep (from top to bottom): overlying Quaternary (Q) and Carboniferous rocks (C2), Vendian  host rocks (V2), tuffaceous sedimentary crater rocks (iD3‐C2) and vent facies kimberlites (iD3‐ C2). A detailed description of the geological structure of the Lomonosov diamond deposit  was presented by Yakovlev (2020) [22]. Typical geology cross‐section of kimberlite pipe of  the Lomonosov diamond deposit is in Appendix B. After delivery to the laboratory, rock  samples were dried in a BINDER E28 drying oven at 105 °C to an air‐dry state. The determi‐ nation of the radiation and physical parameters of the rocks was carried out in the laboratory  of environmental radiology, which complies with the accreditation criteria for testing labora‐ tories established in ISO/IEC 17025. The analytical procedures are described below. Typical  Types of the Studied Rocks from the Lomonosov Diamond Deposit are shown in Appendix  C.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  3 of 26  Figure 1. The location of the study area and the geological structure of the Lomonosov diamond  deposit.  1—Kimberlite  pipe; 2—Quaternary  fluvioglacial  sediments;  3–5—Middle  Carboniferous  sediments:  3—Olmugo–Okunev  suite;  4—Voevchensky  suite;  5—Ursug  suite;  6—Kimberlites:  Upper Devonian–Middle Carboniferous; 7—Upper Vendian sediments; 8—Upper Riphean: Tok‐ minskaya suite; 9—Archean: Belozersky complex.  2.1. Gamma Spectrometry Measurements  The method of gamma spectrometry is widely used to measure gamma radiation  from  radionuclides  of  natural  origin,  including  Ra,  because  it  is  a  universal,  non‐ destructive and easy‐to‐use method, especially at the stages of sample preparation and  in the measurement process [23,24]. To determine radionuclide  Ra in rocks, we used a  semiconductor  gamma‐spectrometric  complex  with  nitrogen  cooling  ORTEC  with  a  GEM 10 P4‐70 HPGe detector (Ametek Ortec, Oak Ridge, TN, USA) complete with lead  shielding. The resolution of the gamma spectrometer along the 1.33 MeV ( Co) line is  1.75 keV, and the relative efficiency is 15%. The measurement geometry was a 1‐L Mari‐ nelli vessel (counting sample).  The activity of the  Ra radionuclide, taking into account the accumulation, was de‐ termined from the radionuclide  Pb (351.93 keV with a quantum yield of 35.60%) and  Bi (609.32 keV with a quantum yield of 45.49%, 1120.29 keV with a quantum yield of  14.92%, 1764.49 keV yield—15.3%).  The  values  of  the activity  of  Ra,  determined  from its  daughter  decay  products,  and  the  activity  of  Ra,  experimentally  determined  from  its  own  gamma  radiation  (186.21 keV), coincided within at least 90%. Both methods of the registration of the  Ra  radionuclide  (by  its  own  gamma  radiation  and  by  the  gamma  radiation  of  its  decay  products) have their own advantages and disadvantages [25].  In the experimental determination of the specific activity of the  Ra radionuclide  from its gamma radiation, the presence of the uranium‐235 radionuclide, with its gam‐ ma radiation energy of 185.72 keV, was taken into account, the activity of which can be  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  4 of 26  determined from the lines 63.29 keV and 92.80 keV ( Th). This experimental method for  the  determination  of  Ra  is  applicable  only  for  natural  environments that are  almost  235 238 always characterized by a constant ratio of  U/ U radionuclides and the presence of a  238 234 radioactive equilibrium between  U and  Th radionuclides [26].  2.2. Radiometric (Emanation) Measurement Method  The  determination  of  the  volumetric  activity  of  radon  was  carried  out  using  a  measuring complex for monitoring radon, thoron and their daughter products “Alfarad  plus” (NPP “Doza”, Moscow, Russia). The measurement geometry was a 5‐L plastic cyl‐ inder (counting sample).  The  measurement  of the volumetric activity  of  Rn  using this measuring  instru‐ ment  is  based  on  the  electrostatic  deposition  of  charged  ions  Po  (RaA)  from  an  air  sample onto the surface of a semiconductor detector. Electrical impulses generated un‐ der the influence of alpha particles on the detector are amplified by a charge‐sensitive  preamplifier, fed to the input of the converter and then processed by the built‐in single‐ board PC computer. The volumetric activity of  Rn is determined by the number of reg‐ istered alpha particles during the decay of RaA atoms deposited on the detector [27].  2.3. Calculation Methods for Assessing the Coefficient of Emanation  The emanation coefficient of radon was determined by two methods: the gamma‐ spectrometric and radiometric (emanation) methods.  First the radionuclide  Ra was measured using a gamma spectrometer. The meth‐ od consists of measuring the gamma activity of samples at various intervals after they  are placed in a hermetically sealed container. In this experiment, counting samples were  prepared in the form of a crushed sample with a grain size of less than 0.5 mm in a 1‐L  Marinelli vessel.  Samples  were  measured daily  for 21 days after they  were sealed in the  Marinelli  vessel. Based on the results of these measurements, the following were determined: the  activity of  Ra, without taking into account the accumulation of its decay products; the  activity of  Ra, taking into account the accumulation of the daughter products of its de‐ cay (DPR); the emanation coefficient; and the period during which the DPR of  Ra enter  a  state  of  radioactive  equilibrium.  After  the  experiment,  the  counting  sample  was  de‐ pressurized, and after 1–2 days, the specific activity of  Ra was measured again.  Based on the results of the experiment, the emanation coefficient of  Rn (its free  state) was determined using the following formula:  𝐴 𝑜𝑛𝑛𝑟𝑖𝑢𝑚𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏 𝐾 1 100  (1) where А226Ra (non‐equilibrium) is the activity of  Ra (in a nonequilibrium state), determined  −1 as the average value of the results of the first and last measurements (unsealed), Bq∙kg ; and  А226Ra (equilibrium) is the specific activity of  Ra (in an equilibrium state), determined as the  −1 average value of the results of the last 5 measurements in a sealed state, Bq∙kg .  At the second stage, rock samples were pre‐dried at a temperature of 40 °C for at  least 24 h. Then the samples were sealed in plastic cylinders with a volume of 5 L for a  period of at least 21 days, and using a radon radiometer, the volumetric activity of  Rn  in  the  airspace  of  this  cylinder  was  determined.  To  prevent  the  leakage  of  radon,  the  joints between each component of the apparatus were sealed with silicone rubber and  glycerin prior to experimentation. This stage was necessary to assess the comparability  with the results of gamma‐spectrometric measurements and calculations of the level of  radon  production,  as  well  as  to  confirm  the  fact  of  the  release  of  Rn  from  rocks  in  quantities corresponding to its free state.  The volumetric activity of  Rn in a cylinder at this stage in the airspace of this cyl‐ inder was calculated according to the following formula:  𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑢𝑚 Appl. Sci. 2021, 11, 6065  5 of 26  𝐴 𝑉 𝐴 1   (2) 2000 𝑉 where  ARn_container  is  the  activity  of  Rn  in  the  free  volume  of  the  plastic  container,  Bq/container; ARn_volume is the volumetric activity of  Rn, calculated from the results of  measurements of the counting sample using a radon radiometer (in this case, the meth‐ −3 od was used for a geometry of a plastic vessel with a volume of 1 L), Bq∙m ; Vcontainer is  the free volume of a plastic container after filling it with a rock sample, l; and Vchamber is  the volume of the chamber of the radon radiometer, l.  According to the results of measurements at the second stage, the emanation coeffi‐ cient of  Rn (its free state) was determined according to the following formula:  𝐴 𝑉 𝐾   (3) 1𝑒 𝑀 𝐴 where KRn is the coefficient of radon emanation; A222Rn is the volumetric activity of radon  −3 3 in a free state in a sealed container, Bq∙m ; V is the free volume of the container, m ; λ =  −6 −1 2.1 × 10  s  is the constant of radon decay; λl is the coefficient of radon leakage under  the conditions of the experiment; M is the total mass of the sample in the container; t is  the time of sealing of the counting sample; and A226Ra is the activity of  Ra in a counting  −1 sample, Bq∙kg .  2.4. Calculation of Radon Production Rate  −3 −1 We  also  calculated  the  radon  production  rate,  P  (Bq∙m ∙h ),  using  the  following  formula [28,29]:  𝑃𝜆𝐾 𝐴 ρ   (4) −6 −1 −3 where λ is the decay constant for radon (2.1∙10  s ) and ρb is the bulk density, kg∙m .  2.5. Assessment of Radon Leakage  One of the important values of the uncertainty of measurements of radon activity in  our experiment is the parameter of radon leakage from the container [23,30]. The estima‐ tion of the radon leakage parameter was carried out in the same geometry as the main  experiment  to  determine the  emanation  coefficient.  Two  plastic containers  with  a  vol‐ ume of 5 L were connected through one hole with a valve. A source of radionuclide  Ra  with high activity was placed in one container. The “inlet” and “outlet” fittings were lo‐ cated on the second container. A system of two containers through fittings was connect‐ ed into one complex with a radon radiometer, an air blower and a dryer.  For the first stage, the experiment was carried out without a valve. The  Ra source  222 226 was placed in container 1 for two weeks.  Rn formed as a result of the decay of  Ra  was distributed in a system of two containers.  For the second stage, the opening connecting the two containers was closed with a  valve, after which the first container with the  Ra source was removed. Then a series of  measurements of the volumetric activity of radon in the second container was carried  out for 10 days every day. Based on the measurement results, the parameter of radon  leakage, λl, was determined in a plastic container using the following formula [30]:  (5) 𝐴 𝐴 𝑒   where λ  is  the  decay  constant  of  radon.  The  experimental  facility  for  assessing  radon  leakage is shown in Figure 2.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  6 of 26  Figure 2. Experimental facility for assessing radon leakage.  2.6. Assessment of Density and Porosity Parameters  The  determination  of  the parameters  of  porosity  and  the average  (bulk)  and true  density of the selected samples was carried out according to the methods below, based  on the works [29,31]. Average (bulk) density was used as a physical quantity determined  by the ratio of the mass of the material to the entire volume it occupies, including pores  and voids. True density is related to the densities of the minerals in the sample and their  relative abundances.  2.6.1. Assessment of Average (Bulk) Density  The average density of the rock sample was determined by coating it with paraffin  about 1 mm thick. For this, the sample, dried to constant weight, was immersed in heat‐ ed paraffin and cooled in air. If bubbles or damage were found during cooling on the  paraffin film, they were smoothed out using a hot metal plate, knife or wire.  The prepared sample was weighed. Then, weighing was carried out on a hydrostat‐ ic balance.  The average density of waxed rock samples of various shapes, ρk1 (g/cm ), was de‐ termined by the formula:   𝜌   𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 (6) 𝜌 𝜌 where m is the dry weight of the sample, g; m′1 is the mass of the waxed sample in air, g;  m′2  is  the  mass  of  the  waxed  sample  in  water, ρw  is  the  density  of  water,  taken  to  be  −3 equal  to  1  g∙cm ;  and ρp  is  the  density  of  paraffin  (can  be  taken  to  be  equal  to  0.93  −3 g∙cm ).  The result was calculated as the arithmetic mean of the test results of five rock sam‐ ples.  2.6.2. Assessment of True Density  Test Preparation  Samples, on which the average density was determined, were used for testing. Each  marked sample was cleaned to remove dust with a brush, ground to a grain size of 5  mm and then mixed. Then, the sample was reduced by quartering to 150 g. Then, this  sample was again ground to a grain size of less than 1.25 mm, mixed and reduced to 30  g. The prepared sample was ground into powder in a porcelain mortar, poured into a  weighing  glass  or  into  a  porcelain  cup,  dried  to  constant  weight  and  cooled  to  room  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  7 of 26  temperature in a desiccator over concentrated sulfuric acid or anhydrous calcium chlo‐ ride, after which two portions of 10 g each were weighed.  Testing  Each  sample  was  poured  into  a  clean  dried  pycnometer,  and  distilled  water  was  poured in such an amount that the pycnometer was filled to no more than half its vol‐ ume. The pycnometer was placed in a slightly inclined position in a sand or water bath  and its contents were boiled for 15–20 min to remove air bubbles. After removing air, the  pycnometer was wiped off, cooled to room temperature, refilled to the mark with dis‐ tilled water and weighed. The pycnometer was freed from the contents, washed, filled to  the mark with distilled water at room temperature and weighed again.  Calculation of test results:  −3 The true density ρw, g∙cm , was calculated by the formula:  𝑚𝜌 𝜌   (7) 𝑚𝑚 𝑚 where  m is  the  weight  of  the  sample of  powder  dried to  constant  weight,  g; ρw is the  −3 density of water, taken to be equal to 1 g∙cm ; m1 is the mass of the pycnometer with dis‐ tilled water, g; and m2 is the mass of the pycnometer with a sample and distilled water  after removing air bubbles, g.  The result was calculated as the arithmetic mean of two parallel tests.  2.6.3. Porosity Assessment  The porosity of the rock samples, ϕ, %, was determined by a calculation based on  the preset values of the true and average density, using the formula:  𝜑 1 100  (8) −3 where ρk  is  the  average  density  of  the  rock,  g∙cm ; ρ  is  the  true  density  of  the  rock,  −3 g∙cm .  3. Results and Discussion  Table 1 shows the general characteristics of the samples under study. Depending on  the facies they belong to, the samples of the studied rocks are subdivided into the fol‐ lowing types: overlying deposits of Quaternary (Q) and Carboniferous (C2) age, enclos‐ ing rocks of the near‐pipe space (V2), tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater facies  (iD3‐C2) and kimberlite vents (iD3‐C2).     Appl. Sci. 2021, 11, 6065  8 of 26  Table 1. General characteristics of the investigated samples.    ID Sample  Rock Type  Geological Age  Overlying Rocks  1  7CA_13  Moraine sand and gravel  Q  2  GGS‐2‐10_1_2  Sandstone  C2  3  GGS _2_10_20_5  Sandstone  C2  4  GGS _2_10_30_0  Sandstone  C2  5  GGS _2_10_54_1  Sandstone, siltstone  C2  Enclosing Rocks of the Near‐Pipe Space  6  16СА_13  Siltstone  V2  7  18СА_13  Siltstone  V2  8 СА_5_16  Sandstone  V2  9 СА_13_16  Sandstone  V2  10 СА_14_16  Sandstone  V2  11 СА_21_16  Sandstone  V2  12 СА_6_16  Sandstone  V2  13 СА_7_16  Sandstone  V2  14 СА_8_16  Sandstone  V2  15 СА_19_16  Sandstone  V2  16  24CA_13  Sandstone  V2  17  40CA_13  Sandstone  V2  18  11CA_13  Siltstone  V2  19  12CA_13  Siltstone  V2  20  21CA_13  Siltstone  V2  Tuffaceous Sedimentary Rocks of the Peripheral Parts of the Crater  21  30СА_13  Tuffite  iD3‐C2  22  31СА_13  Tuffite  iD3‐C2  23 СА_10_16  Tuffite   iD3‐C2  24 СА_12_16  Tuffite  iD3‐C2  25  33CA_13  Tuff  iD3‐C2  Vent Facies Kimberlites  26 СА_16_16  Autolithic breccia  iD3‐C2  27 СА_17_16  Autolithic breccia  iD3‐C2  28  2009_477  Autolithic breccia  iD3‐C2  29  2013_262  Autolithic breccia  iD3‐C2  30  37CA_13  Autolithic breccia  iD3‐C2  3.1. Estimation of the Parameter of Radon Leakage from a Counting Sample  The decrease in radon activity in the experimental model is shown in the Figure 3.  This process occurs due to radioactive decay, as well as radon leakage through the con‐ −7 −1 tainer. The average value of the level of radon leakage was 9.02 ± 0.28%∙10  s .     Appl. Sci. 2021, 11, 6065  9 of 26  Figure 3. Radon leakage parameter assessment results.  3.2. Results of Measurements of Radiation and Physical Parameters  As mentioned earlier, in the first stage, the activity of  Ra was measured daily for  21 days. Based on the results of these measurements, the following were determined: the  activity of  Ra, without taking into account the accumulation of its decay products; the  activity of  Ra, taking into account the accumulation of the daughter products of its de‐ cay; the percentage of radon accumulation (in the “free” state); and the period for which  the daughter decay products of  Ra enter the state of radioactive equilibrium. After the  experiment, the counting sample was depressurized, and after 1–2 days, the specific ac‐ tivity of  Ra was measured again.  To establish the equilibrium of all members of the  Ra series in the samples of the  studied rocks, a time interval from 5 to 10 days is sufficient (Figure 4). When carrying  out further studies with rocks of other types, we consider it possible to reduce the meas‐ urement period to 15 days.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  10 of 26  Figure 4. The nature of the distribution of the activity of  Ra in time after sealing.  The emanation coefficient was calculated using two methods: gamma‐spectrometric  and  radiometric  (emanation).  The  coefficient  of  variation  between  the  results  of  both  methods did not exceed 5–10%. So herein when the emanation coefficient is mentioned it  refers to the one calculated only by the gamma spectrometric method.  In general, the research results are presented in Table 2, in which the following des‐ ignations are used: ARa226—specific activity of  Ra under sealing conditions; Kemanation— coefficient  of  emanation;  AVdens—average  density;  TRdens—true  density;  Porosity— porosity. Additionally, these designations are used later in the text of the article. In ex‐ panded form the results of the study of radiation and physical parameters are shown in  Table A1, Appendix A.  Table 2. Results of measurements of radiation and physical characteristics of samples.  Radiation and Physical Characteristics  ARa226  Kemanation  AVdens  TRdens  Porosity    Range  Mean  Range  Mean  Range  Mean  Range  Mean  Range  Mean  Overlapping  15.88–30.21  22.19  11.09–24.91  17.41  1.83–2.03  1.93  2.38–2.94  2.54  18.47–32.65  23.77  Rocks  Kimberlites  12.42–31.46  17.59  1.76–10.67  7.14  1.74–2.35  2.06  1.83–2.37  2.11  0.46–4.92  2.39  Host Rocks  16.05–63.32  35.52  6.19–29.13  13.94  1.47–2.19  1.89  2.06–2.7  2.42  4.72–40.96  21.11  Tuffaceous  Sedimentary  11.45–48.4  28.81  9.82–34.13  22.34  1.36–1.90  1.73  2.12–2.54  2.28  13.21–36.74  24.04  Rocks  We have identified a wide range in the  Rn emanation coefficient in the studied  rock samples from 3 to 40%. The kimberlites of the vent facies, represented by autolithic  breccias, are characterized by low values of the emanation coefficient, in the range from  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  11 of 26  1 to 8%. In only one case, the value of the emanation coefficient exceeded 10%. Kimber‐ lites  were also  characterized  by a low porosity  from  0.46  to 4.91%,  which agrees  with  previously obtained results for pipes of the Arkhangelsk diamondiferous province [32].  At the same time, kimberlite pipes in Yakutia have been characterized by a wider range  of  porosity  variation  from  3.6  to  12.9%  and  in  rare  cases  exceeding  20%  [33,34].  Vent  kimberlites are characterized by the lowest activity of  Ra among the studied types of  −1 rocks,  varying  from  12.42–15.89  Bq∙kg   (including  sealing),  with  the  exception  of  one  226 −1 sample, in which the specific activity of  Ra was much higher 31.46 Bq∙kg  (sample ID  37СА‐13). It is known that among the magmatic formations, kimberlites are character‐ ized  minimal  content  of  radioactive  elements  [35].  In  addition,  the  kimberlites  of  the  pipes of the Zolotitsky field have been characterized by an extremely low average con‐ −1 226 centration of uranium, 0.67 mg∙kg  [19], which, in terms of the activity of  Ra under  conditions  of  radioactive  equilibrium  in  the  uranium‐238  chain,  does  not  exceed  10  −1 Bq∙kg .  Tuffaceous‐sedimentary  rocks  were  distinguished  by  a  wider  range  of  radiation  and physical parameters. The activity of  Ra in these rocks varies from 11.45 to 48.40  −1 Bq∙kg , the emanation coefficient from 9.82 to 34.13% and porosity from 13.20 to 36.74%.  However, a different picture was observed in the distribution of the studied parameters  in the host Vendian and overlying Quaternary and Carboniferous rocks. Most of these  rocks were characterized by significant porosity (up to 41%) which are in good agree‐ ment with the data given in [32] concerning the study of the host rocks of the Arkhan‐ gelsk diamondiferous province (from 8 to 40%). The host rocks are distinguished by a  226 −1 high level of specific activity of  Ra—up to 63.32 Bq∙kg  and the overlying rocks have a  high level of the emanation coefficient (up to 28%) (Figure 5).  (a)  (b)  (c)   Figure 5. Histogram of radium activity (a), emanation coefficient (b) and porosity (c) for the studied types of rocks.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  12 of 26  The rate of radon production was calculated for the different types of rocks (Table  3). This parameter is one of the most important for assessing radon in its free state.  Table 3. Radon production rate for the studied types of rocks.  −3 −1  Radon Production Rate, Bq∙m ∙h   Range  Mean  Overlapping Rocks  38.88–59.12  52.47  Kimberlites  9.84–18.96  16.15  Host rocks  37.19–132.03  63.88  Tuffaceous Sedimentary Rocks  33.97–139.57  75.39  −3 −1 The minimum level of radon production, from 9.84 to 18.96 Bq∙m ∙h  (Table 3) is  characteristic of kimberlites of the vent facies. Considering the high values of the specific  activity of radium, the emanation coefficient, the level of radon production and porosity,  the enclosing rocks of the near‐pipe space stand out among the other types. In the Ven‐ dian  host  rocks  a  number  of  mineralogical,  structural  and  geochemical  features  were  found. Postmagmatic endogenous bleaching associated with the influence of kimberlites  was found in the host red rocks of the Vendian [21,36–41]. The zones of bleaching oc‐ curred at the contact with magmatic bodies and in tectonic faults were formed as a result  of  the  action  of  reducing  fluids  [42].  These  rocks  with  vein  bleaching  clarification  are  characterized by an increased content of uranium, thorium and potassium, and they are  also  characterized  by  geochemical  anomalies,  specific  mineralogical  associations  and  stable  isotope  anomalies  [21,22,40].  These  rocks  with  vein  endogenous  bleaching  are  characterized by high content of K, Fe, Rb, Zn, Sr, Ni and depleted (light) isotopic com‐ position  of  calcite  carbon  (δ С−4.9  and −5.5‰)  Among  specific  mineralogical  associa‐ tions  the  saponite  and  minerals  of  smectite  group  (including  montmorillonite  and  beidellite) are observed [37,40–43]. The contacts of kimberlites and host rocks have local  tectonic  elements:  zones  of  mylonites,  steep  fractures  and  low‐amplitude  thrusts  [21,40,43–47]. The abundance of fracture zones in the near‐pipe space of kimberlite bod‐ ies is associated with the process of diatreme formation, which influenced the tectonic  structure of the adjacent sediment, resulting in the formation of a system of fractures of  various types [48]. The occurrence of zones of fracturing and faults is associated with the  formation of diatremes as a result of the significant mechanical effect of penetrating gas‐ es  and  melts  on  the  host  rocks  [49,50].  As  a  result,  a  system  of  radial  and  concentric  zones of fracturing and faults with crushing and the vertical movement of blocks of en‐ closing  rocks  has  arisen  in  the  near‐pipe  space  [51].  The  impact  of  kimberlites  on  the  Vendian  rocks,  which  led  to  the  formation  of  fault  zones  in  the  near‐pipe  space,  in‐ creased the fracturing and various mineralogical and geochemical changes, influencing  the radiation parameters of the host rock. Enrichment with uranium (radium) and the  increased  fracturing  of  the  near‐pipe  space  created  conditions  for  the  production  and  advection of radon through the host rock mass. As a result, in the soil horizons above  the kimberlite bodies of the Lomonosov diamond deposit, an increased volumetric activ‐ ity of radon can be observed, several times higher than the background values [20,52]. In  the course of this study, we found that the main source of radon observed in the soil air  above kimberlite pipes is the enclosing Vendian rocks of the near‐pipe space.   To understand the relationship between the studied radiation and physical parame‐ ters, a statistical analysis of the data was performed.  3.3. Statistical Analysis  To study the features of radon emanation in rocks, a correlation analysis of the main ra‐ diation and physical parameters of the samples was performed (Table 4). The following pa‐ rameter was also added to the correlation matrix: ARn222, the volumetric activity of radon in  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  13 of 26  −3 the container, Bq∙m . The values of this parameter were obtained as a result of experimental  work on the accumulation of radon in a sealed container with test samples.  Table 4. Correlation matrix from the studied parameters of the radon emanation.    ARa226  Kemanation  ARn222  AVdens  TRdens  Porosity  ARa226  1           Kemanation − 0.277  1         ARn222  0.350  0.709  1       AVdens  0.054 −0.666 −0.531  1     TRdens  0.092  0.294  0.335  0.155  1   Porosity  0.043  0.753  0.691 −0.648  0.646  1  Number of samples = 30. Correlation is significant at the 0.01 level.  A significant correlation is observed in rocks for Kemanation‐ARn222 (r = 0.709), Kema‐ nation‐AVdens  (r  = −0.666),  Kemanation‐Porosity  (r  =  0.753),  ARn222‐AVdens  (r  = −0.531),  ARn222‐ Porosity (r = 0.691), AVdens‐Porosity (r = −0.648) and TRdens‐Porosity (r = 0.646).  Ra activ‐ ity in rock samples has no significant correlations with any of the parameters suggesting  that it is not the main parameter influencing the formation of a radon field. The lack of  relationships between the content of  Ra and the volumetric activity of radon is proba‐ bly due to the form of  Ra in the minerals that make up the rocks [30,53]. Radon formed  in a solid can enter the surrounding space due to both radioactive recoil and diffusion.  In the case of radioactive decay, radon atoms acquire a certain recoil energy, which they  subsequently lose when moving. Some of the atoms remain in the solid phase making  up so‐called “bound radon”. However, the recoil energy of about 86 keV is enough to re‐ lease atoms outside the crystal lattice, while forming free radon [24].  Taking the above into account, to characterize the territory of Arkhangelsk diamondif‐ erous province according to the distribution of radon, it is advisable to use a complex of two  parameters—the activity of  Ra in soils and rocks and their emanation coefficient.  As can be seen from the correlation data, the main factors in the formation of the  radon  field  are  the  emanation  coefficient  (r  =  0.709)  and  the  porosity  of  the  rock  (r  =  0.691). At the same time, an increase in porosity leads to an increase in the emanation  coefficient (r = 0.753). There is a negative relationship between the average density and  the volumetric activity of radon in a free state (r = −0.531). This is due to the fact that the  method for calculating the average density takes into account the presence of pores in  the rock. At the same time, the true density is characterized by a weak effect on the ema‐ nation coefficient and the volumetric activity of radon.  Additional information for the interpretation of the obtained statistical data on rock  samples is provided by the results of factor analysis (Table 5).  Table 5. Factor loadings matrix for dataset on the studied parameters of radon emanation.  Factor  Parameter  1  2  3  ARa226 −0.040  0.036  0.990  Kemanation  0.876  0.271 −0.256  ARn222  0.776  0.288  0.418  AVdens −0.920  0.248  0.028  TRdens  0.071  0.992  0.054  Porosity  0.774  0.572  0.036  % of Variance  52.81  21.15  17.95  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  14 of 26  On the diagram of factor loads (Figure 6), three groups of factors are distinguished,  which determine the nature of the emanation of radon from rocks. The total variance for  the three factors is 91.91%.  Figure 6. Plot of factor loadings for studied parameters of radon emanation.  The first factor, with a dispersion of 52.81%, includes the radon emanation coeffi‐ cient,  the  volumetric activity  of  radon  in  the  counting  sample  and  the  porosity  of  the  sample. This is due to the fact that these parameters are the main parameters in the pro‐ cess of forming a radon field. This conclusion was made in the conditions of the experi‐ ment and does not take into account other physical factors that can affect the behavior  (gas permeability, humidity, temperature, pressure). The same parameters are involved  in calculating the level of radon production.  The  second  factor,  with  a  dispersion  of  21.15%,  combines  two  parameters—true  density and porosity. The relationship between these parameters is due to the fact that  the porosity is a calculated value and is determined based on the density of the sample.  The third factor is represented by one parameter—the activity of radionuclide  Ra.  The weak determination of the second and third factors is probably associated with  more complex interaction mechanisms during the formation of the radon field; to fully  understand them, additional data are required to determine the geochemical and miner‐ alogical compositions [14].  Based on the results of measuring the volumetric activity of radon in a sealed con‐ tainer and calculating the level of radon production, we built a regression model (Figure  7), which is a linear function of the dependence of two parameters (dependent variable  and  regressor)  and is  characterized  by  regression  coefficients (i.e.,  slope,  coefficient  of  determination).  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  15 of 26  Figure 7. Regression model of the relationship between the volumetric activity of radon and the  level of radon production.  In our experiment, the regression model has the form y = 19.138x − 32.696 and is  characterized by a positive slope equal to 19.138 and a coefficient of determination R  =  0.8786. The positive slope indicates that with an increase in the level of radon production  −3 by 1 unit, the volumetric activity increases by 19.138 Bq∙m . This value is theoretical and  can vary depending on a number of parameters. For this model, it is calculated based on  the results of the measurements of parameters. The value of the constant a = −32.696 in  this case is not taken into account, because under ideal conditions (for example, the ab‐ −3 −1 sence of extraneous sources of radon) at a level of radon production P = 0 Bq∙m  h , the  −3 volumetric activity will also be equal to 0 Bq∙m .  The coefficient of determination shows that the change in the volumetric activity of  radon in the container (dependent variable) by 87.9% is described by the independent  variable (regressor)—the level of radon production—which indicates a sufficient justifi‐ cation for choosing this model. This model more clearly predicts the distribution of ra‐ don based on the results of calculating the radon production rate.  4. Conclusions  Experimental studies were carried out to assess the main radiation and physical fac‐ tors affecting the formation of the radon field over the kimberlite pipes of the Arkhan‐ gelsk diamondiferous province. For this purpose, samples of kimberlites and rocks were  taken from the quarries of the Arkhangelskaya and Karpinsky‐1 pipes of the Lomonosov  diamond deposit. The samples were represented by the main types of rocks exposed by  quarries to a depth of 186 m: overlying Quaternary (Q) and Carboniferous rocks (C2),  host rocks of the Vendian (V2), tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater (iD3‐C2) and  kimberlites of the vent facies (iD3‐C2).  226 222 Radiation (activity of  Ra, activity of  Rn in a free state, emanation coefficient, ra‐ don production rate) and physical (average and true density, porosity) parameters were  determined.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  16 of 26  Among the studied types of rocks, it was found that kimberlites of the vent facies  are characterized by the lowest values of the emanation coefficient, porosity, specific ac‐ tivity of  Ra and the radon production rate. The lowest values of these parameters limit  the formation of free radon in the pipe body.  The largest amount of radon in a free gas state has been produced by rocks of the  near‐pipe space, represented by the enclosing Vendian V2 deposits and characterized by  high values of the emanation coefficient, specific activity of radium, radon production  rate and porosity. This is due to the structural and geological features of the near‐pipe  space, which has signs of the impact of kimberite magma on the host rocks: the devel‐ opment of fracturing as well as structural, mineralogical and geochemical changes. The  overlying and tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater are characterized by interme‐ diate values of the studied parameters.  This  study  advances  the  knowledge  of  using  emanation  methods  for  prospecting  for kimberlite pipes in the territory of the Arkhangelsk diamondiferous province.  Author Contributions: All authors contributed to the study conception and design. Conceptual‐ ization,  validation,  and  writing—original  draft  preparation  were  performed  by  E.Y.  and  A.P.  Methodology was performed by E.Y. and A.P. Formal analysis and investigation were performed  by E.Y. and A.P. Writing—review and editing were performed by E.Y. and A.P. Funding acquisi‐ tion were performed by E.Y. Project administration and resources were performed by E.Y. Super‐ vision  and visualization  were  performed  by  E.Y.  All  authors  have  read  and  agreed  to  the  pub‐ lished version of the manuscript.  Funding: The reported study was funded by RFBR, project number 20‐35‐70060.   Institutional Review Board Statement: Not applicable.   Informed Consent Statement: Not applicable.   Data Availability Statement: The datasets presented in this study can be obtained upon request to  the corresponding author.  Acknowledgments: The authors are grateful to the staff of the Laboratory of Environmental Radi‐ ology of N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research for their invaluable help and  support at all stages of the study.   Conflicts of Interest: The authors declare that they have no conflicts of interest.    Appl. Sci. 2021, 11, 6065  17 of 26  Appendix A  Table A1. Radiation and physical characteristics of studied rocks.  Radiation Parameters  Physical Parameters  Radium‐226 Activity  Radium‐226 Activity  Radium‐226 Activity  Volumetric Activity of  Average  Sample ID  Emanation  Radon Production  True Density **,  (Unsealed Sample),  (Sealed Sample),  (after Opening the  Radon in the Container,  Density **,  Porosity ***, %  −3 −1 −3 Coefficient, %  Rate *, Bq∙m ∙h   g∙cm   −1  −1 −1 −3 −3 Bq∙kg Bq∙kg   Sample), Bq∙kg   Bq∙m   g∙cm   Overlying Rocks  7CA_13  16.43 ± 3.94  20.44 ± 4.91  18.83 ± 5.08  13.75 ± 5.46  658 ± 197  38.88  1.83  2.38  23.11  GGS‐2‐10_1_2  22.33 ± 4.69  26.40 ± 4.22  23.17 ± 4.40  13.83 ± 3.78  1116 ± 335  54.64  1.98  2.94  32.65  GGS_2_10_20_5  16.12 ± 3.71  18.01 ± 3.06  17.57 ± 4.57  23.47 ± 8.02  1120 ± 336  59.12  1.85  2.39  22.59  GGS_2_10_30_0  12.21 ± 3.42  15.88 ± 4.13  11.64 ± 3.38  24.91 ± 10.67  834 ± 250  58.32  1.95  2.50  22.00  GGS_2_10_54_1  26.59 ± 4.52  30.21 ± 4.53  27.13 ± 3.53  11.09 ± 2.42  1637 ± 491  51.41  2.03  2.49  18.47  Enclosing Rocks of the Near‐Pipe Space  16СА_13  37.37 ± 5.98  39.34 ± 5.51  36.44 ± 5.10  6.19 ± 1.35  755 ± 227  37.19  2.02  2.12  4.72  18СА_13  20.05 ± 4.21  22.68 ± 4.08  19.53 ± 5.08  12.74 ± 4.43  802 ± 241  42.38  1.94  2.38  18.49  СА_5_16  11.01 ± 3.19  16.05 ± 3.85  11.74 ± 3.29  29.13 ± 11.82  1235 ± 371  51.96  1.47  2.49  40.96  СА_13_16  22.44 ± 4.94  29.67 ± 6.23  23.42 ± 5.15  22.72 ± 7.60  1822 ± 547  97.85  1.92  2.66  27.82  СА_14_16  25.90 ± 5.96  30.73 ± 4.30  27.82 ± 6.40  12.60 ± 3.73  1105 ± 332  57.37  1.96  2.38  17.65  СА_21_16  56.01 ± 8.96  59.84 ± 7.78  55.69 ± 6.13  6.67 ± 1.25  1059 ± 318  57.33  1.90  2.62  27.48  СА_6_16  35.79 ± 6.80  40.69 ± 6.10  36.55 ± 5.85  11.11 ± 2.68  1186 ± 356  59.12  1.73  2.06  16.02  СА_7_16  21.90 ± 4.16  26.84 ± 5.64  23.51 ± 4.70  15.41 ± 4.92  1241 ± 372  68.48  2.19  2.55  14.12  СА_8_16  25.35 ± 5.83  30.82 ± 4.93  24.30 ± 5.10  19.45 ± 5.65  1624 ± 487  87.46  1.93  2.59  25.48  СА_19_16  28.33 ± 6.80  31.46 ± 5.66  27.75 ± 5.27  10.87 ± 3.13  906 ± 272  50.67  1.96  2.70  27.41  24CA_13  32.01 ± 6.08  35.55 ± 5.33  32.60 ± 4.24  9.13 ± 1.99  1008 ± 302  45.64  1.86  2.12  12.26  40CA_13  32.44 ± 5.84  40.71 ± 6.11  30.30 ± 3.94  22.94 ± 5.01  2367 ± 710  132.03  1.87  2.69  30.48  11CA_13  58.40 ± 9.93  63.32 ± 7.60  59.9 ± 6.59  6.59 ± 1.18  1109 ± 333  64.99  2.06  2.23  7.62  12CA_13  23.37 ± 4.91  26.66 ± 5.60  23.45  ± 4.92  12.19 ± 3.98  962 ± 289  44.96  1.83  2.38  23.11  21CA_13  34.41 ± 6.19  38.47 ± 5.39  33.74 ± 4.72  11.42 ± 2.49  1283 ± 385  60.78  1.83  2.38  23.11  Tuffaceous Sedimentary Rocks of the Peripheral Parts of the Crater  30СА_13  17.85 ± 4.28  27.34 ± 5.19  18.17 ± 5.09  34.13 ± 12.70  2561 ± 768  95.94  1.36  2.15  36.74  31СА_13  19.52 ± 5.08  21.61 ± 3.89  18.92 ± 5.49  11.06 ± 4.15  792 ± 238  33.97  1.88  2.23  15.70  СА_10_16  8.94 ± 3.40  11.45 ± 2.98  8.20 ± 3.53  25.15 ± 13.90  872 ± 262  41.36  1.90  2.54  25.20  СА_12_16  23.13 ± 4.86  35.25 ± 5.29  25.13 ± 5.28  31.55 ± 8.96  3146 ± 944  139.57  1.66  2.35  29.36  33CA_13  44.08 ± 7.93  48.40 ± 6.78  43.21 ± 5.19  9.82 ± 1.99  1288 ± 386  66.11  1.84  2.12  13.21  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  18 of 26  Vent Facies Kimberlites  СА_16_16  11.93 ± 3.10  13.14 ± 3.42  12.21 ± 3.54  8.14 ± 3.49  135 ± 41  15.93  1.97  2.02  2.48  СА_17_16  10.84 ± 3.04  12.42 ± 3.48  11.35 ± 3.52  10.67 ± 4.90  102 ± 31  17.43  1.74  1.83  4.92  2009_477  14.11 ± 3.81  15.89 ± 4.13  15.27 ± 3.82  7.55 ± 3.00  212 ± 64  18.96  2.09  2.16  3.24  2013_262  13.64 ± 3.41  15.03 ± 4.06  14.14 ± 4.10  7.58 ± 3.30  98 ± 29  18.60  2.16  2.17  0.46  37CA_13  31.17 ± 4.99  31.46 ± 4.40  30.64 ± 4.29  1.76 ± 0.38  56 ± 17  9.84  2.35  2.37  0.84  Notes: * The radon production rate was calculated based on the results of measurements of the activity of radium‐226, average density, emanation coefficient; ** The standard devia‐ −3 tion was no more than 0.02 g∙cm ; *** The porosity parameter is calculated based on the results of measurements of the average and true density.  Appendix B  Figure A1. Typical geology cross‐section of kimberlite pipe of the Lomonosov diamond deposit. 1—Quaternary fluvioglacial sediments; 2—Middle Carboniferous sediments (Ursug  suite); 3—Upper Vendian sediments (host rocks of the near‐pipe space); 4—Tuffaceous‐sedimentary rocks of the crater facies; 5—Kimberlites of the vent facies.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  19 of 26  Appendix C. Typical Types of the Studied Rocks from the Lomonosov Diamond Deposit.  Figure A2. Moraine sand and gravel mix (sample ID 7CA‐13), overlying Quaternary fluvioglacial sediments (Q), Lomonosov diamond deposit.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  20 of 26  Figure A3. Gray sandstone with calcareous and clay cement (sample ID GGS _2_10_20), overlying Middle Carboniferous rocks, Ursug suite (C2ur), Lomonosov diamond deposit.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  21 of 26  Figure A4. Red sandstone (sample ID 24CA_13), Vendian enclosing rocks of the near‐pipe space (V2), Arkhangelskaya pipe.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  22 of 26  Figure A5. Tuff (sample ID 33CA_13), Tuffaceous sedimentary rocks of the crater, Upper Devonian—Middle Carboniferous (iD3‐C2), Arkhangelskaya pipe, Lomonosov diamond de‐ posit.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  23 of 26  Figure A6. Autolithic breccia (sample ID 37CA_13), Vent Facies Kimberlites (diatreme), Upper Devonian—Middle Carboniferous (iD3‐C2), Arkhangelskaya pipe.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  24 of 26  References  1. Sabbarese, C.; Ambrosino, F.; D’Onofrio, A.; Pugliese, M.; La Verde, G.; D’Avino, V.; Roca, V. The first radon potential map of  the Campania region (southern Italy). Appl. Geochem. 2021, 126, 10.1016/j.apgeochem.2021.104890.  2. Giustini, F.; Ciotoli, G.; Rinaldini, A.; Ruggiero, L.; Voltaggio, M. Mapping the geogenic radon potential and radon risk by  using Empirical Bayesian Kriging regression: A case study from a volcanic area of central Italy. Sci. Total Environ. 2019, 661,  doi:10.1016/j.scitotenv.2019.01.146.  3. Miklyaev, P.; Petrova, T. Studies of emanation of clay rocks by radon. Geoecology. Eng. Geol. Hydrogeol. Geocryol. 2010, 1, 13–22.  4. Baskaran, M. Radon: A Tracer for Geological, Geophysical and Geochemical Studies; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2016; p.  260, doi:10.1007/978‐3‐319‐21329‐3.  5. Daraktchieva, Z.; Wasikiewicz, J.M.; Howarth, C.B.; Miller, C.A. Study of baseline radon levels in the context of a shale gas  development. Sci. Total Environ. 2021, 753, doi:10.1016/j.scitotenv.2020.141952.  6. Loisy, C.; Cerepi, A.  Rn as a tracer of water‐air dynamics in the unsaturated zone of a geological carbonate formation: Ex‐ ample  of  an  underground  quarry  (Oligocene  Aquitain  limestone,  France).  Chem.  Geol.  2012,  296–297,  doi:10.1016/j.chemgeo.2011.12.010.  7. Kuo,  T.;  Tsunomori,  F.  Estimation  of  fracture  porosity  using  radon  as  a  tracer.  J.  Pet.  Sci.  Eng.  2014,  122,  doi:10.1016/j.petrol.2014.09.012.  8. Selvam, S.; Muthukumar, P.; Sajeev, S.; Venkatramanan, S.; Chung, S.Y.; Brindha, K.; Babu, D.S.S.; Murugan, R. Quantification  of submarine groundwater discharge (SGD) using radon, radium tracers and nutrient inputs in Punnakayal, south coast of  India. Geosci. Front. 2021, 12, doi:10.1016/j.gsf.2020.06.012.  9. Sahoo, S.K.; Katlamudi, M.; Barman, C.; Lakshmi, G.U. Identification of earthquake precursors in soil 222Rn data of Kutch,  Gujarat,  India  using  empirical  mode  decomposition  based  Hilbert  Huang  Transform.  J.  Environ.  Radioact.  2020,  222,  doi:10.1016/j.jenvrad.2020.106353.  10. Kawabata, K.; Sato, T.; Takahashi, H.A.; Tsunomori, F.; Hosono, T.; Takahashi, M.; Kitamura, Y. Changes in groundwater ra‐ don concentrations caused by the 2016 Kumamoto earthquake. J. Hydrol. 2020, 584, doi:10.1016/j.jhydrol.2020.124712.  11. Moreno, V.; Bach, J.; Zarroca, M.; Font, L.; Roqué, C.; Linares, R. Characterization of radon levels in soil and groundwater in  the North Maladeta Fault area (Central Pyrenees) and their effects on indoor radon concentration in a thermal spa. J. Environ.  Radioact. 2018, 189, doi:10.1016/j.jenvrad.2018.03.001.  12. Tsapalov, A.; Kovler, K.; Miklyaev, P. Open charcoal chamber method for mass measurements of radon exhalation rate from  soil surface. J. Environ. Radioact. 2016, 160, doi:10.1016/j.jenvrad.2016.04.016.  13. Yang, Y.; Li, Y.; Guan, Z.; Chen, Z.; Zhang, L.; Lv, C.J.; Sun, F. Correlations between the radon concentrations in soil gas and  the  activity  of  the  Anninghe  and  the  Zemuhe  faults  in  Sichuan,  southwestern  of  China.  Appl.  Geochem.  2018,  89,  doi:10.1016/j.apgeochem.2017.11.006.  14. Domingos, F.; Pereira, A. Implications of alteration processes on radon emanation, radon production rate and W‐Sn explora‐ tion in the Panasqueira ore district. Sci. Total Environ. 2018, 622–623, 825–840, doi:10.1016/j.scitotenv.2017.12.028.  15. Pinto, P.V.; Sudeep Kumara, K.; Karunakara, N. Mass exhalation rates, emanation coefficients and enrichment pattern of ra‐ don,  thoron  in  various  grain  size  fractions  of  monazite  rich  beach  placers.  Radiat.  Meas.  2020,  130,  doi:10.1016/j.radmeas.2019.106220.  16. McDowall, G.; Koketso, H. Radon emanometry over some kimberlites and lamproites in Southern and Western Botswana. In  Proceedings of the 53rd EAEG Meeting; European Association of Geoscientists & Engineers; European Association of Geoscientists &  Engineers: Houten, The Netherlands, 1991; doi:10.3997/2214‐4609.201410794.  17. Bobrov, A. Reflections of some features of the fault zones of the Olkhon and southern Angara regions in radon emanations.  Tectonophys. Top. Issues Earth Sci. 2009, 2, 5–9.  18. Magomedova,  A.;  Udoratin,  V.  Volumetric  activity  of  radon  in  pipes  of  explosion  and  magnetic  anomalies  of  the  Middle  Timan. Bull. IG Komi Sci. Cent. Ural Branch RAS 1991, 10, 28–34.  19. Kiselev, G.P.; Yakovlev, E.Y.; Druzhinin, S.V.; Zykov, S.B.; Bykov, V.M.; Ocheretenko, A.A. Uranium even isotopes in kimber‐ lites, enclosing and overburden rocks of the Zolotitskoye ore field (Arkhangelsk diamondiferous province). Russ. J. Earth Sci.  2018, 18, doi:10.2205/2018ES000622.  20. Kiselev, G.P.; Danilov, K.B.; Yakovlev, E.U.; Druzhinin, S.V. Radiometric and seismic study of Chidvinskaya kimberlite pipe  (Arkhangelsk diamondiferous province, North of the East European Craton, Russia). Geofísica Int. 2017, 2, 147–155.  21. Zaripov, N.R. Clarification of the Red‐Colored Rocks of the Zimneberezhny Diamondiferous Region of the Arkhangelsk Prov‐ ince and the Nakynsky Diamondiferous Field of the Yakut Province, Its Connection with the Kimberlite Control Structures.  Ph.D. Thesis, Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting, Moscow, Russia, 2017.  22. Yakovlev, E.Y. Features of radioactive element distribution within the Arkhangelsk diamondiferous province: Possible direc‐ tions for development of isotope–radiogeochemical methods for kimberlite prospecting in complex landscape–geology and  climate conditions of the subarctic zone. Geochem. Explor. Environ. Anal. 2020, 20, 269–279, doi:10.1144/geochem2019‐023.  23. Syam,  N.S.;  Lim,  S.;  Lee,  H.Y.;  Lee,  S.H.  Determination  of  radon  leakage  from  sample  container  for  gamma  spectrometry  measurement of 226Ra. J. Environ. Radioact. 2020, 220–221, doi:10.1016/j.jenvrad.2020.106275.  24. IAEA. IAEA Annual Report for 2013; International Atomic Energy Agency: Vienna, Austria, 2013.  Appl. Sci. 2021, 11, 6065  25 of 26  25. Mauring,  A.;  Gäfvert,  T.  Radon  tightness  of  different  sample  sealing  methods  for  gamma  spectrometric  measurements  of  226Ra. Appl. Radiat. Isot. 2013, 81, doi:10.1016/j.apradiso.2013.03.022.  26. Tsapalov, A.; Miklyaev, P.; Petrova, T. The principle of detecting areas with active geodynamics based on the analysis of the  210Pb/226Ra activity ratio in soil samples. ANRI 2013, 1, 9–11.  27. Afonin,  A.;  Korchunov,  A.  Optimizing  block  parameters  measurements  for  monitoring  radon,  thoron  and  their  daughter  products in various environments. ANRI 2013, 1, 9–11.  28. International  Atomic  Energy  Agency.  Measurement  and  Calculation  of  Radon  Releases  from  NORM  Residues,  Technical  Reports  Series; International Atomic Energy Agency: Vienna, Austria, 2013; Volume 474.  29. Pereira, A.; Lamas, R.; Miranda, M.; Domingos, F.; Neves, L.; Ferreira, N.; Costa, L. Estimation of the radon production rate in  granite rocks and evaluation of the implications for geogenic radon potential maps: A case study in Central Portugal. J. Envi‐ ron. Radioact. 2017, 166, doi:10.1016/j.jenvrad.2016.08.022.  30. Phong Thu, H.N.; Van Thang, N.; Hao, L.C. The effects of some soil characteristics on radon emanation and diffusion. J. Envi‐ ron. Radioact. 2020, 216, doi:10.1016/j.jenvrad.2020.106189.  31. Soniya,  S.R.;  Abraham,  S.;  Khandaker,  M.U.;  Jojo,  P.J.  Investigation  of  diffusive  transport  of  radon  through  bricks.  Radiat.  Phys. Chem. 2021, 178, doi:10.1016/j.radphyschem.2020.108955.  32. Zinchuk, N.; Zinchuk, M. Petrophysical properties of kimberlites and host rocks in prospective territories of the East Europe‐ an platform. Collect. Sci. Work. UkrDGRI 2014, 1, 97–108.  33. Burmistrov,  A.;  Garanin,  K.;  Starostin,  V.;  Yuzhakov,  L.  Comparative  analysis  of  the  petrophysical  parameters  of  the  porphyry kimberlites of the V. Grib pipes (Arkhangelsk region) and Aikhal (Yakutia). Geol. Diam. Present Futur. 2005, 8, 762– 772.  34. Burmistrov, A.; Boguslavskiy, M. Petrophysical properties of kimberlites of the Komsomolskaya pipe and their relationship  with the peculiarities of its material composition, formation conditions and diamond content. Moscow Univ. Bull. Geol. 2009, 4,  215–224.  35. Arbuzov, S.I.; Rihvanov, L.P. Geochemistry of Radioactive Elements; Tomsk Polytechnic University Publishing House: Tomsk,  Russia, 2009; p. 300.  36. Ignatov, P.A.; Novikov, K.V.; Bushkov, K.Y. Reconstruction of faults kinematics in closed areas according to the analysis of  micro‐faults in the core. Geol. Explor. 2011, 3, 55–60.  37. Gunin, A.P.; Ignatov, P.A.; Zaripov, N.R.; Novikov, K.V. Signs of exocontacts of kimberlites in the south of the Zolotitsky di‐ amondiferous field of the Arkhangelsk province. New Ideas Earth Sci. 2013, 1, 310–311.  38. Ignatov, P.A.; Gunin, A.P.; Zaripov, N.R. Connection of Manifestations of Alkaline‐Ultrabasic Magmatism with the Structures of the  Central Type of the East of the Zimneberezhny Area of the Arkhangelsk Region; Sergo Ordzhonikidze Russian State University for  Geological Prospecting: Moscow, Russia, 2013; p. 370.  39. Ignatov,  P.A.  Paleohydrogeological  Conditions  of  Formation  of  Ore  Deposits;  Sergo  Ordzhonikidze  Russian  State  University  for  Geological Prospecting: Moscow, Russia, 2014; p. 265.  40. Zaripov, N.R. Clarification (Gleaning) of Red‐Colored Vendian‐Cambrian Rocks and Its Relationship with Alkaline‐Ultrabasic Magma‐ tism  of  the  Arkhangelsk  Region;  Sergo  Ordzhonikidze  Russian  State  University  for  Geological  Prospecting:  Moscow,  Russia,  2014; p. 170.  41. Ignatov, P.A.; Zaripov, N.R.; Kim, V.; Gunin, A.P. Types of clarified red‐colored kimberlitic host Vendian‐Cambrian rocks of  the Zimneberezhny district of the Arkhangelsk region. Geol. Explor. 2015, 2, 15–21.  42. Ignatov, P.A.; Bolonin, A.V.; Vasilyev, I.D.; Shmonov, A.M.; Fomin, A.A.; Kim, V. Folded and discontinuous deformations in  the host and overlapping strata in the Arkhangelsk kimberlite pipe. Ores Met. 2012, 1, 42–48.  43. Ignatov, P.A.; Bolonin, A.V.; Kalmykov, B.A. Paleotectonic structures of the Zimneberezhny diamondiferous area of the Ar‐ khangelsk Region. Bull. MOIP 2008, 3, 13–20.  44. Ignatov,  P.A.;  Bolonin,  A.V.;  Vasilyev,  I.D.;  Fomin,  A.A.;  Kim,  V.  Contacts  of  the  Arkhangelsk  kimberlite  pipe  and  defor‐ mations of enclosing and overlapping rocks. Geol. Explor. 2009, 5, 28–34.  45. Novikov, K.V.; Ignatov, P.A. Organization of Databases for Twodimensional Analysis of Fluid Fracturing, Tectonic and Mineralization  Features  of  Kimberlite‐Containing  Structures; Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting: Mos‐ cow, Russia 2009.  46. Vasilyev, I.D. Geological Structures in the Near‐Pipe Zone of the Arkhangelskaya Pipe and Their Use to Find Diamond De‐ posits in the Zimneberezhny Area. Ph.D. Thesis, Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting,  Moscow, Russia, 2010.  47. Vasiliev, I.D.; Ignatov, P.A.; Bolonin, A.V.; Shmonov, A.M. Comparison of Sections and Petrochemical Data on the Kimberlitic Strata  of the Lomonosov Diamond Deposit; Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting: Moscow, Russia,  2010; p. 195.  48. Khazanovich‐Wulff, K.K. Diatreme Plumes of Astroblem or “Bolide Model” of the Formation of Kimberlite Pipes; Publishing House  (Printing House) Moscow State University: Moscow, Russia, 2007; p. 290.  49. Nikitin, B.M. Deformation of host rocks during formation of kimberlite pipes. Petrology 1980, 11, 41–49.  50. Milashev, V.A. Pipes; Nedra: Leningrad, Russia, 1984; p. 268.     Appl. Sci. 2021, 11, 6065  26 of 26  51. Malykh, A.V. The Main Features of the Structure of Near‐Pipe Space of Tuff Iron Ore and Kimberlite Pipes of the Siberian Platform;  Ural State University Publishing House: Ural, Russia, 1989; p. 315.  52. Kiselev, G.P.; Yakovlev, E.Y.; Druzhinin, S.V. Experimental‐Methodical and Research Work on the Predictive‐Search Assessment of  Lomonosov  Deposit  Areas  That  Are  Promising  for  the  Search  for  Kimberlite  Pipes  Using  Radiometric  Methods;  Bulatov Publishing  House, Northern Arctic Federal University: Arkhangelsk, Russia, 2016; p. 138.  53. Eakin, M.; Brownlee, S.J.; Baskaran, M.; Barbero, L. Mechanisms of radon loss from zircon: Microstructural controls on emana‐ tion and diffusion. Geochim. Cosmochim. Acta 2016, 184, 212–226, doi:10.1016/j.gca.2016.04.024. 

Journal

Applied Sciences – Multidisciplinary Digital Publishing Institute

Published: Jun 29, 2021

Keywords: radon field; kimberlites; Arkhangelsk diamondiferous province; emanation coefficient; radon production rate; porosity; density

There are no references for this article.