Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по земле  

На правах рукописи

АРТАМОНОВА Светлана Владимировна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ

ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ

НА ПРИМЕРЕ ГАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность: 25.00.36. - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Астрахань - 2012

Работа выполнена на кафедре городского кадастра

Оренбургского государственного университета

Научный руководитель:         доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Калиев Асылхан Жолдасбаевич

Официальные оппоненты:         Петин Александр Николаевич

доктор географических наук, профессор,

Белгородский государственный

национальный исследовательский университет,

профессор кафедры географии и геоэкологии

Тюрин Александр Николаевич

кандидат географических наук,

Оренбургский государственный

педагогический университет

доцент кафедры экономической

географии и МПГ

Ведущая организация:         Волгоградский государственный университет

Защита состоится л 30 мая 2012 года в 8.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1 ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан л  апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направить по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, АГУ. ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04.

Факс 8(8512) 52-49-92

Е-mail1: miolin76@mail.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент  М.М. Иолин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Техногеосистемы медноколчеданных месторождений являются одними из наиболее крупных источников геохимической и геоэкологической опасности. Как известно, рудные тела медноколчеданных месторождений полностью состоят из легкорастворимых сульфидов различных металлов. Извлеченные на поверхность сульфиды выводятся из естественного законсервированного состояния, и, попав в окислительные условия, они становятся легкорастворимыми и агрессивными (Чибилев А.А., Мусихин Г.В., Петрищев В.П., 1999), что и является основной причиной геоэкологических рисков в пределах техногеосистемы.

Выделяя по степени геоэкологической опасности месторождения медноколчеданных руд в особую группу объектов недропользования, следует отметить, что в их пределах формируются наиболее глубоко преобразованные горнотехнические геосистемы. Основанием для такого утверждения является как глубина процессов техноморфогенеза, так и формирование разнообразных по форме и концентрации геополей тяжелых металлов.

В качестве ключевого объекта для проведения исследований выбран Гайский промышленный узел, характеризующийся широким спектром техногенных загрязнителей. Горнодобывающее предприятие - Гайский горно-обогатительный комбинат - это крупное предприятие, которое работает уже более 45 лет. Все это время окружающая среда в районе ГОК подвергается массированному техногенному воздействию.

Целью диссертационной работы является комплексная геоэкологическая оценка состояния окружающей среды Гайского промышленного узла со сложными природными и техногенными условиями.

Основные задачи диссертации:

  1. Установить основные факторы формирования геоэкологического состояния природных компонентов района меднорудной промышленности (на примере Гайского промузла).
  2. Провести оценку геоэкологического состояния компонентов окружающей среды, включая почвенный слой, природные воды и растительный покров.
  3. Проанализировать особенности формирования техногеосистем медноколчеданных месторождений.
  4. Разработать рекомендации для стабилизации геоэкологической обстановки в районе ГОК.

Объект исследования: техногеосистемы Гайского медноколчеданного месторождения Оренбургской области.

Предмет исследования: геоэкологическое состояние компонентов техногеосистем Гайского медноколчеданного месторождения и особенности их взаимодействия.

Методы исследования: анализ вертикальной и горизонтальной структур ландшафтного покрова с использованием маршрутного и полустационарного способов организации полевых работ; историко-географический анализ; геоинформационное картографирование с применением пакета Mapinfo 9.5 и данных дистанционного зондирования. Различные методы из так называемых компонентных наук: почвоведения, климатологии, геоморфологии.

Фактический материал, ставший основой диссертационной работы при изучение техногеосистемы Гайского месторождения включает архивные изыскания НПО Гипрозем, отчетные материалы ОАО Гайский ГОК и Оренбургского территориального фонда геологической информации, различные опубликованные источники и фондовые материалы (1976 - 2010гг.). Для получения фактических материалов автором отобрано 490 проб почв и более 200 проб воды.

Теоретической и методологической основой диссертации стали научные труды, наряду с классическими обобщениями в области геохимии, трудами В.И.Вернадского, А.Е.Ферсмана, А.И. Перельмана, В.В. Добровольского, М.А. Глазовской, использовались работы, посвященные формированию геохимических ореолов в корах выветривания, почвах и поверхностных водах месторождений Урала, авторами которых являются А.И. Семячков, Э.Ф. Емлин, А.М. Черняев, А.Н. Попов, В.С. Самарина, А.Я. Гаев, Ю.М. Нестеренко, В.Я. Захарова, Г.Д. Мусихин, А.П. Бутолин, И. И. Гинзбург, А.Ж.Калиев. В.Ф. Куксанов, М.В. Баженова, А.А. Чибилев и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Техногеосистемы медноколчеданных месторождений представляют собой природно-техногенные комплексы с выраженными высокоградиентными геохимическими полями, активными процессами гипер-и гипотехногеоморфогенеза, техноземами и техногенно измененными почвами и растительностью.

2. В условиях сложившихся глубоко трансформированных техногеосистем (Гайского и Блявинского месторождений) наибольшее значение для обострения геоэкологической ситуации имеет формирование техногенного горизонта высокоминерализованных кислых подземных вод на обширной территории отвалов, стоком их в реки и загрязнением почв, грунтов и природных вод.

3. Геохимические ореолы вокруг медноколчеданных месторождений формируются как в результате техногенных процессов, ведущих к формированию техногеохимических аномалий, так и в результате воздействия природных факторов - фильтрации в речные отложения и разбавления грунтовыми водами, снижающими концентрацию технофильных элементов.

Научная новизна.

1. Выявлены особенности формирования техногенной геосистемы Гайского медноколчеданного месторождения.

2. Проанализированы основные процессы формирования техногеосистем медноколчеданных месторождений - техногеоморфогенез, развитие системы техногенных геохимических полей, возникновение техногенных урочищ (родников, ручьев, отвалов, карьеров и т.д.).

3. Проведена классификация техногеосистем медноколчеданных месторождений Оренбургской области.

Практическая значимость работы состоит в оценке геоэкологических последствий освоения медноколчеданных месторождений Оренбургской области, в т. ч. крупнейшего из них - Гайского. Определены возможности улучшения геоэкологической ситуации на глубоко трансформированных техногеосистемах, с учетом системы взаимодействующих геохимических полей и аномалий технофильных веществ.

Результаты полученных исследований используются в региональной программе Оздоровление экологической обстановки в Оренбургской области на 2010-2015гг., а также при разработке программ вузовских учебных курсов Экология, Мониторинг окружающей среды, Геоморфология (раздел Антропогенные факторы формирования рельефа), Ландшафтоведение (разделы Парадинамические геосистемы, Геополя).

Публикации и апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены на конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция Проблемы геоэкологии Южного Урала (Оренбург, 2005); Всероссийская научно-практическая конференция Вызовы XXI века и образование (Оренбург, 2006); Всероссийская научно-практическая конференция Развитие университетского комплекса как фактор повышения инновационного и образовательного потенциала региона  (Оренбург, 2007); Всероссийская научно-практическая конференция Интеграция науки и образования как условие повышения качества подготовки специалистов (Оренбург, 2008); Всероссийская научно-практическая конференция Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога (Оренбург, ОГУ, 2010); Всероссийская научно-методическая конференция Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры (Оренбург, 2012). III Международная научно-практическая конференция Проблемы экологии: наука, промышленность, образование (Белгород, 2006); XI Международная научно-практическая конференция Экология и жизнь (Пенза, 2006); XVIII Международная научно-практическая конференция Экология и жизнь (Пенза, 2010); Международная научная конференция Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации (Оренбург, 2010).

По теме диссертации автором лично и в соавторстве опубликованно14 работ, из них четыре - в изданиях, рекомендованных ВАК.

ичный вклад автора заключается в сборе и обобщении разнообразных опубликованных источников, фондовых и архивных данных, полевых материалов; в планировании и проведении полевых работ; подготовки серии тематических карт; в разработке рекомендаций для стабилизации геоэкологической обстановки в районе ГОК. Вклад автора в выполнении работы составляет более 80%.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность и благодарность:

декану архитектурно - строительного факультета Оренбургского государственного университета к.т.н. А.И. Альбакасову; научному руководителю, заведующему кафедрой городского кадастра архитектурно-строительного факультета Оренбургского государственного университета д.с-х.н., профессору А.Ж. Калиеву за постоянную поддержку и помощь при подготовке диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 157 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 15 таблиц и приложений. Список использованной литературы включает 151 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются цели и задачи, указываются методы и исходные материалы, на основании которых написана диссертация; дается структура работы; отмечается область ее практического использования.

В первой главе Геоэкологические аспекты освоения медноколчеданных месторождений приведен обзор литературных источников, посвященных проблеме экологического воздействия разработки месторождений на различные природные компоненты. Теоретической основой работы стали научные труды В.И. Вернадского, М.А. Глазовской, А.Е. Ферсмана, В.В. Добровольского.

При разработке методики исследования использовались работы Ю.Л Максименко, А.А. Беуса, А.Л. Ковальского, Ю.Е. Саета, В.В. Иванова, В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга, А.И. Семячкова, Э.Ф. Емлина, О.Н. Грязновой, А. Кабата-Пендиаса, И. И. Гинзбурга, А.М. Черняева, А.Н. Попова, Ю.Г. Тютюника.

Формирование техногеосистемы Гайского месторождения освещалось в монографиях и статьях ученых: В.С. Самариной, А.Я. Гаевым, В.Ф. Куксановым, Ю.М. Нестеренко, В.Б. Черняховой, В.Я. Захаровой, Г.Д. Мусихиным, А.П. Бутолиным, М.В. Баженовой, В.П. Петрищевым, А.А. Чибилевым и др. При проведении геоэкологических исследований использовались отчетные материалы ОАО Гайский ГОК и Оренбургского территориального фонда геологической информации.

Во второй главе Методические основы геоэкологической оценки компонентов окружающей среды приведены методические особенности исследования геоэкологического состояния природных компонентов техногеосистем медноколчеданных месторождений.

На первом этапе исследования формировалась информационно-картографическая основа, которая включает сведения о типоморфных геохимических ландшафтах. Для комплексной оценки геоэкологической ситуации обобщались сведения о геологии и геохимических аномалиях, рельефе, природных и техногенно метаморфизованных водах, почвах, растительности. Особое внимание уделялось данным миграции поллютатнтов (Сипливых, Снегирева, Кузнецов,  1973).

Второй этап включает в себя получение оперативной информации полевыми и лабораторными методами. При проведении работ исследовались наиболее информативные для индикации геоэкологического состояния ландшафтные компоненты: почвообразующие породы, в т.ч. техногенные грунты, почвы, растительность, снежный покров, поверхностные и грунтовые воды. Общее количество отобранных проб почв составило - 490, воды - более 200. Анализ концентрации тяжелых металлов проводился атомно-абсорбционным методом (МГА-915), катионно-анионный состав природных вод - методом капиллярного электрофореза (Капель-103 РТ).

На третьем этапе производилась камеральная обработка информации. В основном расчеты велись с применением известных программных продуктов MS Excel, STATISTICA 6.0. При формировании карт и схем применялись ГИС MapInfo 9.5. и Adobe Illustrator. Среди аналитических методов использовались: картографический (анализ и сопоставление информации посредством тематических карт), статистико-математический (построение рядов концентрации тяжелых металлов в геохимических фациях), историко-географический анализ.

В третьей главе Факторы техногенного преобразования природных компонентов на Гайском месторождении установили основные факторы формирования геоэкологического состояния природных компонентов меднорудной промышленности.

Территория Гайского ГОК охватывает долины р. Урал его правого притока р. Губерли и Уральско-Губерлинское междуречье. Междуречье представляет собой слегка всхолмленную и полого наклоненную с востока на запад платообразную равнину. Изучаемый район охватывает западное крыло Магнитогорского прогиба в его южной части. Гайская брахиантиклинальная структура сложена палеозойскими породами баймак-бурибаевской и улутаусской свит.

Площадь карьерно-отвальных земель Гайского ГОК составляет 849 га, в том числе отвалами занято 627 га и карьерами 22 га. Площадь поверхности отвалов составляет 570 га, остальное приходится на откосы отвалов.

Восточнее г. Гая (рис. 1) расположены карьер № 1 глубиной до 380 м с
прилегающими к нему с востока и северо-востока отвалами пустых пород высотой 50-65 м. и прудом-накопителем кислых вод, (в 1 км к северу от пос. Калиновка), а также карьер № 2 с глубиной 300 м с прилегающим к нему с юга отвалом пустых пород и прудом-накопителем кислых вод. Между карьерами находится подземный рудник шахты Южная, а близ карьера № 1 - шахт Клетьевая, Эксплуатационная. Значительную площадь занимают искусственные водоемы. В основном  это пруды-накопители и пруды - отстойники для очистки сточных вод предприятий Гайского ГОК (пруд кислых вод, пруд осветленных вод, хвостохранилище обогатительной фабрики). Выше с. Камейкино расположен пруд на р. Ялангас для хозяйственных нужд. Подобные пруды имеются и в других хозяйствах, в т. ч. для полива садов - огородов г. Гая (так называемый Культурный пруд).

Район Гайского месторождения охватывает часть территории междуречья Урал - Сухая Губерля. В тектоническом плане он принадлежит к западному крылу Магнитогорского прогиба. На Гайском месторождении геохимические ореолы по размерам значительно превосходят рудные тела. Они характеризуются большой полиэлементностью состава, на нем по сравнению с другими медноколчеданными месторождениями существенно возрастает распространенность свинца и бария.

Основное содержание главы составляет характеристика аномалий почвенного покрова и природных вод Гайской техногеосистемы.

Рис. 1. Схема Гайской техногеосистемы со скважинами режимного наблюдения.

Среднее содержание ТМ в почвообразующих породах Гайского экорайона превышает общепринятый Кларк по цинку в 1,6 раз, по свинцу в 4,6 раз, по меди в 2,5 раза, по никелю в 2 раза и по кобальту в 2,5 раза. В районе Гайского месторождения наибольшую опасность представляют загрязненные почвогрунты, илы и техногенные осадки. Весьма опасны сульфаты и хлориды (SO4 и СL), так как они могут мигрировать на большие расстояния, загрязнять поверхностные и подземные воды, превращая их в непригодные для практического использования (А.И. Перельман, 1999). Металлы имеют гораздо меньшую дальность миграции (из-за большого влияния на них рН среды). Однако, накапливаясь в почвах, они резко ухудшают санитарно-гигиенические условия техногеосистемы.

Формирование геохимических аномалий тяжелых металлов обусловлено преимущественно тремя факторами:

1. Расположением в зоне влияния газопылевых выбросов из прилегающей промышленной зоны. Источники выбросов: открытые горные разработки, отвалы пустых пород, обогатительная фабрика и другие предприятия города. Поступление тяжелых металлов происходит с пылью, атмосферными осадками. Исследованиями установлено, что в снежном покрове содержится от 40 до 66 мг/л твердых частиц (пыли). В зависимости удаления от источника загрязнения и розы ветров, объем поступающих пылевых частиц изменяется. Учитывая, что зимние осадки составляют 27% от годовых, рассчитана масса пыли, выпадающая на 1 гектар поверхности. Она составила величину от 600 до 800 кг/га в год.

2. Наличием садово-дачных участков. Они орошаются водами, находящимися под техногенным воздействием. Это вызывает усложнение геохимической обстановки и определяет необходимость санитарно-гигиенического мониторинга в системе почва - поливная вода - растение. Техногенная трансформация химического состава вод вызвана сбросом технологических сточных вод. Наиболее высокая концентрация тяжелых металлов наблюдается в лугово-болотистых и лугово-черноземных почвах, примыкающих к урезу реки Елшанки. Так, в лугово-болотистых почвах ежегодно затопляемых паводковыми водами и покрываемых наносами мелкозема, смытого с участков промышленной зоны, содержание меди в 80 раз выше фонового, цинка в 20 раз, показатель суммарного загрязнения равен 77.

3. Основным фактором формирования Гайской техногеосистемы является техногенный горизонт метаморфизованных подземных вод. На изучаемой территории распространены главным образом подземные воды, приуроченные к зоне трещиноватости эффузивных и вулканогенно-осадочных пород (В.С. Самарина, А.Я. Гаев, Ю.М. Нестеренко, В.Я. Захарова, Г.Д. Мусихин, А.П. Бутолин, 1999г.).

На территории района исследований, кроме основной водной артерии - р. Урал, имеются реки: р.Сухая Губерля которая течет в меридиональном направлении и впадает в р. Губерлю и с севера на юг принимает руч. Ташкут с притоком Ялонгас; река Елшанка начинается на южной окраине Гайского месторождения, имеет также меридиональное направление и впадает в р. Урал в районе г. Орска. К востоку от Гайского месторождения располагается долина р. Колпачка. В сухом русле расположено известное Гайское Купоросное озеро, имевшее в прошлом бальнеологическое значение. Размеры его достигали 6020 м, а ныне практически исчезло.

Изучая геоэкологические проблемы Гайского промузла, А.Я. Гаев и В.Я. Захарова (1993г.) отмечали, что несмотря на принятые меры р.Колпачка и р Елшанка и др. превратились в сточные канавы, угрожающие всему бассейну Урала. По их мнению, в районе карьеров № 1 и 2 источниками загрязнения являлись отвалы карьеров и высокоагрессивные подотвальные воды, пруды - отстойники и накопители, куда сточные воды попадали после известкования, а также твердые отходы (осадки), образующиеся при нейтрализации подотвальных вод, где происходит сорбция ряда компонентов илами, выпадание в осадок.

Анализ концентрации тяжелых металлов в речных водах руч. Ялангаса (рис. 2) отражает стандартный гидрологический режим малых речек и ручьев с минимумом концентрации в весенний период (март-апрель) и менее выраженным минимумом в летний период (июль-август). В изменении концентрации тяжелых металлов также прослеживаются зимние максимумы. Однако, на общую динамику накладываются пиковые значения содержания отдельных загрязняющих веществ. Например, содержание меди в июле и декабре 2001г., мае 2002г. в водах руч. Ялангас.

Рис. 2. Динамика концентрации тяжелых металлов в воде руч. Ялангас (мг/л).

Анализ концентрации меди в период 05.2005г. - 06.2008г показывает (рисунок 4), что геоэкологическая ситуация на Камейкинском и Калиновском участках существенно отличается. На Калиновском участке зафиксировано существование устойчивых во времени техногенных геохимических аномалий, размеры которых варьируют.

Несколько иная ситуация сложилась на наблюдательных скважинах Камейкинского участка. Здесь аномальная концентрация меди отмечалась на скважинах около пруда осветленных вод (10.2005г., 10.2006г.), в долине руч. Ялангас (06.2006г.), у хвостохранилища (10.2007г.), т.е. преимущественно в осенний период как результат повышения концентрации тяжелых металлов при снижении уровня воды в прудах-накопителях.

Следует отметить, что геохимические аномалии повышенной концентрации меди фиксировались постоянно в течение срока наблюдения, но каждый раз происходила смена ее расположения.

Следует отметить, что в отличие от аномалий содержания меди, геохимические аномалии сульфатов более устойчивы во времени и по пространственному охвату, практически не меняя конфигурации. Другая особенность заключается в том, что аномальное содержание сульфатов отмечается как вблизи источника загрязнения, так и на протяжении дренирующего его русла реки, что определяется высокой миграционной подвижностью сульфатных соединений (рис. 5).

В четвертой главе Геоэкологическое обоснование формирования техногеосистем Оренбургской области, которая включает два раздела: 1) сравнительный анализ формирования  техногеосистем Гайского, Блявинского и Летнего медноколчеданных месторождений (рис. 3); 2) классификация техногеосистем медноколчеданных месторождений Оренбургской области.

Рис.3. Медноколчеданные месторождения восточной части Оренбургской области.

Распределение тяжелых металлов в пределах Гайской аномалии соответствует закономерностям формирования парадинамических ландшафтно-геохимических систем (А.И. Перельман, 1999; М.А. Глазовская, 2002), привязанных к элювиально-аккумулятивным уровням. На основе методов кластеризации, основанных на объективной группировке  цифровых показателей концентрации тяжелых металлов в отдельные кластеры, получены ландшафтно-геохимические уровни, отличающиеся по активности миграции и аккумуляции тяжелых металлов (рис. 6).

Рис. 6. Соотношение содержания тяжелых металлов в зоне воздействия Гайского ГОК. Элювиальная фация Ц схема А; Трансэлювиальная фация Ц схема Б; Трансэлювиально-аккумулятивная фация - схема В; Трансаккумулятивная фация - схема Г; Супераквальная фация Ц схема Д.

Рис. 4. Содержание меди в подземных водах техногеосистемы Гайского месторождения: А - в октябре 2005г; Б - в июне 2006г.; В - в октябре 2006г.; Г- в октябре 2007г.

Рис. 5. Содержание сульфат-иона в подземных водах техногеосистемы Гайского месторождения: А - в мае 2005 г; Б - в октябре 2005 г.; В - в мае 2007 г.; Г - в июне 2008 г.

Элювиальная фация техногеосистемы формируется в пределах Гайской геохимической аномалии на уровне 372-385 м и включает водораздельные пространства. Геохимический класс данного уровня - цинково-свинцовый (Zn 4,4 мг/кг, Pb 1,8 мг/кг). При этом на цинк приходится 50% от общего содержания семи анализированных элементов, а на свинец 20% (рис. 6А).

Трансэлювиальная фация охватывает  приводораздельные склоны и представлена гипсометрически выдержанным уровнем на высоте 357-362 м. Геохимический класс здесь сложнее - цинково-свинцово-хромовый (Zn 1,2 мг/кг,  Pb 1,1 мг/кг, Cr 0,8 мг/кг). При этом на цинк приходится 28% общей валовой концентрации, на свинец 26%, на хром - 19% (рис. 6Б). 

Трансэлювиально-аккумулятивная фация включает преимущественно склоновые отложения, расположенные на гипсометрическом уровне 346-352 м. Геохимический класс данной техногеосистемы изменяется на  цинково-свинцово-никелевый (Zn 0,9 мг/кг,  Pb 0,8 мг/кг, Ni 0,7 мг/кг). Распределение тяжелых металлов следующее - цинк - 27%, свинец -24%, никель - 21% (рис. 6В).

Трансаккумулятивная фация охватывает нижние части склонов, расположена на уровне 332-337 м. Геохимический класс - свинцово-хромовый (Pb 1,0 мг/кг; Cr 0,7 мг/кг). При этом долевое участие типоморфных элементов следующее - свинец - 32%, хром - 22%. (рис. 6Г).

Супераквальная фация включает днища балок и оврагов с абсолютными отметками 328-330м. Геохимический класс цинково-медно-никелевый (Zn 0,1 мг/кг;  Cu 0,05 мг/кг; Ni 0,05 мг/кг). Соотношение преобладающих элементов следующее - цинк - 31%, медь и никель по 21%. (рис. 6Д).

Одной из черт техногеосистемы Гайского месторождения является существенные различия между элювиальным и аккумулятивным уровнями, а также резкая выраженность границ техногеосистем, сформировавшихся вследствие горных разработок. (рис. - 7,8)

Рис. 7. Изменение концентрации меди в зависимости от гипсометрических уровней (Н) (ось Х слева в метрах, ось Х справа в мкг/л).

Рис. 8. Изменение концентрации цинка в зависимости от гипсометрических уровней (ось Х слева в метрах, ось Х справа в мкг/л).

Особенность медноколчеданных месторождений, заключающаяся в извлечении на поверхность вулканогенно-осадочных руд с высоким содержанием сульфидов и различных тяжелых металлов, является одной из причин дисгармоничности их по отношению к вмещающим геосистемам степной зоны.

Оценка состояния техногеосистем медноколчеданных месторождений производилась по анализу 11-ти диагностических показателей (табл. 1) техногенной трансформации, выбор каждого показателя обоснован.

Таблица 1

Балльная оценка показателей, определяющих величину техногенной нагрузки на ландшафтные комплексы медноколчеданных месторождений

Показатель

Количественная характеристика показателя и соответствующее ей количество  баллов

Срок эксплуатации месторождения

Менее 5 лет - 1б

От 5 до 10 лет - 2б

От 10 до 20 лет - 3б

От 20 до 30 лет - 4б

От 30 до 40 лет - 5б

От 40 до 50 лет - 6б

От 50 до 70 лет - 7б

Степень гипотехноморфогенеза (глубина, м)

До 20 м - 1б

От 20 до 50 м Ц 2б

От 50 до 100 м Ц 3б

От 100 до 200 м Ц 4б

От 200 до 300 м Ц 5б

Степень гипертехноморфогенеза (высота, м)

До 10 м - 1б

От 10 до 30 м Ц 2б

Более 30 м Ц 3б

Размеры запасов медноколчеданных руд

Малые - 1б

Средние - 2б

Крупные - 3б

Развитие техногенно метаморфизованных грунтовых и поверхностных вод (ПДК по Cu, Zn, S)

До 2 ПДК по 1 элементу Ц 1б

От 2 до 5 ПДК по 1 элементу Ц 2б

До 2 ПДК по 2-3 элементам Ц 3б

От 2 до 5 ПДК по 2-3 элементам Ц 4б

От 5 до 10 ПДК по 1 элементу - 4б

От 5 до 10 ПДК по 2-3 элементам - 5б

Более 10 ПДК по 1 элементу Ц 5б

Более 10 ПДК по 2-3 элементам - 6б

Развитие техноземов (ПДК по Cu, Zn, S)

До 2 ПДК по 1 элементу Ц 1б

От 2 до 5 ПДК по 1 элементу Ц 2б

До 2 ПДК по 2-3 элементам Ц 3б

От 2 до 5 ПДК по 2-3 элементам Ц 4б

От 5 до 10 ПДК по 1 элементу - 4б

От 5 до 10 ПДК по 2-3 элементам - 5б

Более 10 ПДК по 1 элементу Ц 5б

Более 10 ПДК по 2-3 элементам - 6б

Воздействие на местную речную сеть в форме образования гидрохимических аномалий (расстояние, км)

До 1 км - 1б

От 1 до 5 км - 2б

От 5 до 10 км - 3б

Содержание сульфидов в колчеданных рудах (%)

10-20 - 1б 20-30 - 2б   более 30 - 3б

Наличие и объемы отвалов с вскрышными и околорудными породами (млн. м3)

До 10 млн. м3 - 1б;

От 10 до 30 млн.м3 - 2б;

От 30 до 100 млн. м3 - 3б;

Более 100 млн.м3 Ц 4б

Размеры растительных сукцессий по отношению к площади техногеосистемы (%)

До 50% - 1б

От 30 до 50% - 2б

От 30 до 10 % - 3б

До 10% - 4б

Формирование техногенных водоемов (родников, карьерных озер)

1-2 - 1б

2-5 - 2б

Более 5 - 3б

В результате балльной оценки трансформации природных компонентов разработана классификация техногеосистем медноколчеданных месторождений с использованием следующих показателей (табл. 2): срок эксплуатации месторождения (1), степень гипотехноморфогенеза (2), степень гипертехноморфогенеза (3), размеры запасов медноколчеданных руд (4), развитие техногенно метаморфизованных грунтовых и поверхностных вод (5), развитие техноземов (6), воздействие на местную речную сеть в форме образования гидрохимических аномалий (7), содержание сульфидов в колчеданных рудах (8), наличие и объемы отвалов с вскрышными и околорудными породами (9), размеры растительных сукцессий по отношению к площади техногеосистемы (10), формирование техногенных водоемов (11).

Таблица 2

Балльная оценка трансформации компонентов техногеосистем медноколчеданных месторождениях.

Наименование месторождения

Итоговые показатели

Показатели

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Гайское

45

6

5

2

3

6

6

3

3

4

4

3

Блявинское

42

7

4

3

2

6

6

2

3

3

3

3

етнее, Осеннее

14

1

3

2

1

1

1

1

2

1

1

-

Барсучий Лог

24

3

3

2

1

3

3

3

2

2

2

-

Яман-Касы

20

4

3

1

1

2

3

1

2

1

1

1

I класс (30-47 баллов) - составляют техногеосистемы со сложными и стабильными межкомпонентными взаимодействиями, значительной амплитудой гипер- и гипотехноморфных процессов, сложно организованными интерполирующими и интерферирующими геополями разнообразных химических элементов, являющихся компонентами окисляющихся сульфидных руд. Эти техногеосистемы образованы как элювиальными (отвалы околорудных пород), так и супераквальными (карьерные водоемы, техногенные родники и ручьи) геохимическими фациями. Вокруг техногеосистем сложились ореолы техногенно метаморфизованных вод и воздействие на местную речную сеть прослеживается на несколько километров. Техногеосистемы состоят из различных по времени и типу растительных сукцессий и техноземов.  К техногеосистемам I  класса относятся техногеосистемы Гайского и Блявинского медноколчеданных месторождений.

II класс (20-30 баллов) - представляют техногеосистемы мелких медноколчеданных месторождений с небольшими по амплитуде техноморфными процессами, но со сложившимися и стабильными межкомпонентными взаимодействиями. Однако, воздействие на прилегающие геосистемы невелико (не более 3 км), и типологическое разнообразие растительных сукцессий и техноземов существенно ниже, чем у техногеосистем I класса. Техногенные водоемы представлены только карьерными водоемами, а размеры отвалов небольшие как по объему, так и по амплитуде, что определяет меньшую интенсивность взаимодействий внутри геосистемы. Примером техногеосистем II класса являются техногеосистемы месторождений Яман-Касы и Барсучий Лог.

III класс (10-20 баллов) - включает техногеосистемы медноколчеданных месторождений, разработка которых началась относительно недавно. В связи с этим межкомпонентные взаимодействия в них  нестабильны. Техногенные водоемы отсутствуют. Геохимические и гидрохимические поля еще не сложились, а воздействие на окружающие техногеосистемы крайне слабое и фиксируется фрагментарно. Примерами техногеосистем III класса являются Летнее и Осеннее медноколчеданные месторождения.

В пятой главе Проблемы геоэкологической оптимизации горно-техногенных систем  медноколчеданных месторождений приведены результаты анализа процессов эколого-геохимической трансформации техногеосистем медноколчеданных месторождений, предложения и рекомендации по снижению неблагоприятных воздействий на компоненты ландшафтов месторождений.

Анализ техногеосистем медноколчеданных месторождений в восточной части Оренбургской области показывает, что они представляют собой сложные парадинамические системы, связанные с взаимодействием техногенно трансформированных природных компонентов, среди которых ведущее значение имеют горизонты техногенных подземных вод.

Характерными чертами таких техногеосистем является:

1. Наличие нескольких геоморфологических уровней, которые образовались вследствие разработки глубоких и сверхглубоких карьеров, и образования крупных отвалов вскрышных пород и некондиционных руд. Развитие аномальных амплитуд рельефа (на Гайском месторождении более 400 м; на  Блявинском - около 300 м; на Летнем - около 200 м) ведет к активизации экзогенных процессов, резко повышает динамичность геосистемы и приведет ее в состояние устойчивого дисбаланса. Контрастность рельефа горно-техногенных геосистем коррелирует с размерами месторождения и особенностями рудного тела. Характерной особенностью всех горно-техногенных ландшафтов, связанных с карьерными разработками, является близкое взаиморасположение аномальных по высоте и глубине точек рельефа - карьеров и отвалов. 

2. Формирование сложной системы геохимических полей (аномалий). Геохимические поля представляют собой парадинамическую интерференцию (наложение) концентраций химических веществ в различных компонентах ландшафтов рудных месторождений. В частности, на горно-техногенных ландшафтах медноколчеданных месторождений сложность мозаики геохимических полей (в первую очередь, образуемых тяжелыми металлами) определяется временными рамками разработки месторождения, особенностями геологического и гидрогеологического строения месторождения, а также сложностью сформировавшегося техногенного рельефа. Особое значение в формировании геополей имеют выходы подотвальных родников, дренирующих толщу пород и суммирующих все основные химические элементы  горно-техногенного ландшафта. Также существенную роль в образовании гидрогеохимических аномалий выполняют рудничные озера (озера Блявинского, Гайского, Яман-Касинского, Айдырлинского и Айдербакского карьеров), которые фиксируют уровень местного базиса эрозии поверхностных и грунтовых вод и определяют мощность зоны субаэрации техногенного ландшафта. Размеры этой зоны имеют особое значение, поскольку определяют интенсивность протекающих на месторождении геодинамических процессов и тем самым влияют на сукцессионные процессы почв и растительности. В условиях многоуровневой стратификации техногенного рельефа в пределах горно-техногенных ландшафтов формируется несколько базисов эрозии в зависимости от глубины карьеров и размещения эрозионной сети.

3. Формирование сложной структуры техногеосистем за счет разномасштабных субэлементов. В зависимости от проявления геодинамических, геоморфологических и геохимических градиентов устанавливается система разнородных ландшафтных границ, определяющих сложность и разнообразие морфологической структуры горно-техногенного ландшафта. Особенности горно-техногенных ландшафтов медноколчеданных месторождений заключаются в единичном проявлении отдельных видов субэлементов, изоморфности и высокой динамичности по сравнению с природными геосистемами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение особенностей природно-техногенных комплексов медноколчеданных месторождений Оренбургской области, установление основных факторов формирования геоэкологического состояния природных компонентов района и оценка их состояния позволяют подвести общий итог выполненной работы.

Геоэкологические аспекты функционирования техногеосистем медноколчеданных месторождений связаны:

1. С геохимическими ореолами вокруг медноколчеданных месторождений, которые формируются как в результате техногенных процессов, ведущих к формированию техногеохимических аномалий, так и в результате воздействия природных факторов - фильтрации в речные отложения и разбавления грунтовыми водами, снижающими концентрацию технофильных элементов;

2. В условиях сложившихся глубоко трансформированных  техногеосистем (как, например, Гайского и Блявинского месторождений) наибольшее значение для обострения геоэкологической ситуации  имеет формирование техногенного горизонта высокоминерализованных кислых подземных вод на обширной территории отвалов, стоком техногенных вод в реки и загрязнением почв, грунтов и природных вод. При этом границы ореола техногенных вод расширяются в основном за счет миграции высокоподвижных сульфатов и хлоридов, а депонирование токсикантов и развитие высокоградиентных геохимических аномалий связано с накоплением тяжелых металлов в загрязненных почвах (грунтах), техногенных осадках и илах, а также отвалах вскрышных и некондиционных пород;

3. Особенности эколого-геохимической обстановки зависят от сложившихся эндогенных геохимических ореолов, сформировавшихся техногенных ореолов, количественных объемов и состава технофильных веществ. В связи с этим геоэкологическая ситуация на техногеосистемах медноколчеданных месторождений может варьироваться от стабильной до критической и кризисной.

4. В результате проведенных исследований сформулированы следующие рекомендации для оптимизации недропользования в пределах Гайского месторождения:

- необходимо сформировать систему комплексного геоэкологического мониторинга, включающую как существующую сеть гидрогеологических наблюдений, а также пункты сезонного отбора проб поверхностных вод, почв, атмосферного воздуха, снега и растений;

- ведение горных работ за пределами водоохранных зон водоемов, исключение сбросов в водоемы сточных вод и забора вод из поверхностных водоисточников;

- рекультивацию земель предпочтительно осуществлять в 2 этапа: техническая (очистка территории от мусора, восстановление плодородного слоя) и биологическая рекультивация (внесение минеральных и органических удобрений, посев многолетних быстрорастущих трав);

Особенности формирования техногеосистемы Гайского месторождения следует учитывать при минимизации геоэкологического ущерба разработки медноколчеданных месторождений; необходимо признать низкую эффективность рекультивационных мероприятий на Гайском месторождении, поскольку сформировалась устойчивая техногеосистема со сложившимися межкомпонентными взаимодействиями, поэтому особое внимание следует уделять геоэкологическим последствиям недропользования на недавно освоенных месторождениях - Барсучий Лог, Летнее, Осеннее, Джусинское.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией (ВАК):

1. Калиев, А.Ж. О состоянии природно-технических систем Гайского экорайона [Текст] / А.Ж. Калиев, С.В. Артамонова // Вестник ОГУ.-2006. - Т.2. №1. - С. 16-20.

2. Артамонова, С.В. Экологическая оценка качества водоисточников, расположенных в зоне влияния Гайского ГОК [Текст] / С.В. Артамонова, А.Ж. Калиев // Вестник ОГУ. октябрь 2009. - С. 224-225.

3. Артамонова, С.В. Геоэкологические аспекты  классификации техногеосистем медноколчеданных месторождений Оренбургской области [Текст] / С.В. Артамонова, В.П. Петрищев, А.Ж. Калиев // Вестник ОГУ.- 2010.- №12 (118). - С. 190-195.

4. Артамонова, С.В. Факторы техногенного преобразования природных компонентов на Гайском месторождении [Текст] / С.В. Артамонова, А.Ж. Калиев // Вестник ОГУ.- 2011.- №12 (131). - С. 372-373.

Работы, опубликованные в других изданиях:

5. Калиев, А.Ж. Об экологических проблемах промышленных зон Оренбуржья [Текст] / А.Ж. Калиев, С.В. Артамонова // Проблемы геоэкологии Южного Урала. Всероссийская научно-практическая конференция. - Оренбург, 2005. - С. 48-53.

6. Артамонова, С.В. Анализ состояния подземных вод и открытых водоисточников в районе Гайского медноколчеданного месторождения [Текст] / С.В. Артамонова, А.Ж. Калиев // Вызовы XXI века и образование. Всероссийская научно-практическая конференция. - Оренбург, 2006. - С. 5-7.

7. Калиев, А.Ж. О степени воздействия горнодобывающей промышленности на почвенный покров [Текст] / А.Ж. Калиев, С.В. Артамонова, А.Н. Митин // III Международная научно-практическая конференция. Проблемы экологии: наука, промышленность, образование. Вестник БГТУ им. В.Г.Шихова №14. - Белгород, 2006. - С. 43-45.

8. Митин, А.Н. Геохимическое состояние почвенных ресурсов территорий, прилегающих к полигону хранения твердых отходов [Текст] / А.Н. Митин, А.Ж. Калиев, С.В. Артамонова // XI Международная научно-практическая конференция. Экология и жизнь. - Пенза, - 2006. - С.176-178.

9. Артамонова, С.В. О качестве растениеводческой продукции в районе Гайского медноколчеданного месторождения [Текст] / С.В. Артамонова, А.Ж. Калиев // Развитие университетского комплекса как фактор повышения инновационного и образовательного потенциала региона. Материалы всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург, ИПК ГОУ ОГУ, 2007. - С. 3-5.

10. Артамонова, С.В. Особенности формирования Гайской ландшафтно-геохимической аномалии [Текст] / С.В. Артамонова, В.П. Петрищев // Интеграция науки и образования как условие повышения качества подготовки специалистов. Материалы всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург, ИПК ГОУ ОГУ, 2008.- С. 158-161.

11. Артамонова, С.В. К проблеме формирования горно-технических ландшафтов медноколчеданных месторождений Оренбургской области [Текст] / С.В. Артамонова, В.П. Петрищев, А.А. Чибилев // Интеграция науки и практики в профессиональном развитии педагога: материалы всероссийской научно-практической конференции / Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2010. - С. 894-900.

12. Петрищев, В.П. Геоэкологические аспекты изучения техногеосистем медноколчеданных месторождений [Текст] / В.П. Петрищев, С.В. Артамонова // Экология и жизнь: сборник статей XVIII Международной научно-практической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. - С. 88-91.

13. Артамонова, С.В. Эколого-геохимические факторы формирования техногеосистем медноколчеданных месторождений [Текст] / С.В. Артамонова, В.П. Петрищев, А.Ж. Калиев // Сборник материалов международной научной конференции: Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации. - Оренбург: ОГУ, 2010. Часть 7. - С. 123-126.

14. Артамонова, С.В. Проблемы формирования природно-технической системы Гайского месторождения [Текст] / С.В. Артамонова // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Материалы Всероссийской научно-методической конференции; Оренбургский гос. ун-т.- Оренбург: ООО ИПК Университет, 2012. - С. 329-331.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Геоэкологические аспекты освоения медноколчеданных месторождений

    1. Анализ состояния вопроса в области геоэкологической оценки состояния компонентов окружающей среды

1.2 Геоэкологическая изученность состояния компонентов окружающей среды Гайского промузла

2. Методические основы геоэкологической оценки компонентов окружающей среды

2.1 Полевые и лабораторные работы

2.2 Методика обработки информации

3. Факторы техногенного преобразования природных компонентов  на Гайском месторождении

3.1. Техногенез как фактор преобразования природной среды на Гайском месторождении

3.2 Географическое положение и климат

3.3. Геотектоническое строение

3.4. Эндогенные и экзогенные геохимические ореолы пород вулканического массива и коры выветривания

3.5. Геохимические аномалии почвенного покрова

3.6. Формирование гидрогеохимических ореолов

3.6.1. Гидрогеологическое строение и естественный гидрогеохимический фон

3.6.2. Система гидрогеохимического мониторинга на Гайском ГОК

3.6.3. Техногенные факторы метаморфизации поверхностных вод

4. Геоэкологическое обоснование формирования техногеосистем Оренбургской области

4.1. Сравнительный анализ формирования техногеосистем Гайского, Блявинского и Летнего медноколчеданных месторождений

5. Проблемы геоэкологической оптимизации горно-техногенных систем медноколчеданных месторождений

5.1. Анализ процессов эколого-геохимической трансформации техногеосистем медноколчеданных месторождений

5.2. Предложения и рекомендации по снижению неблагоприятных воздействий на компоненты ландшафтов месторождений

5.2.1. Предложения и рекомендации по охране атмосферного воздуха

5.2.2. Предложения и рекомендации по предотвращению и снижению загрязнения поверхностных и подземных вод

5.2.3. Предложения по охране почвенного покрова

5.2.4. Предложения по охране растительности

5.2.5. Предложения по снижению воздействия на животный мир

5.2.6. Предложения и рекомендации по предотвращению и снижению неблагоприятных воздействий на ландшафты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованной литературы

____________________________________________________

Подписано в печать 11.04.12

Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times.

Усл. печ.л. 1,0. Тираж. 100 экз. Заказ № 1160.

Отпечатано в ООО КП - ПолиграфКом,

414000, г. Астрахань, пл. Дж. Рида, 1.

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по земле