Содержание к диссертации
Введение
1. Ландшафтно-геохимическая характеристика северо-восточной части Горного Алтая 7
1.1. Геологическое строение 7
1.2. Климат 17
1.3. Подземные воды и гидросеть 20
1.4. Растительность 24
1.5. Основные геохимические ландшафты 27
2. Основные источники загрязнения территории 38
2.1. Промышленная освоенность территории 38
2.2. Рудник «Веселый» 43
2.2.1. Геологическое строение месторождения 43
2.2.2. Минеральный и вещественный состав руд 52
2.2.3. Извлекаемые основные и попутные компоненты 56
2.2.4. Схема извлечения полезных компонентов и способы утилизации отходов. 57
2.2.5. Материальный баланс производства 67
3. Экогеохимическое состояние основных депонирующих сред в зоне влияния горнорудного производства рудник «Веселый» 72
3.1. Методика исследования 72
3.2. Теоретическая база экогеохимии горнорудных территорий 76
3.3. Методы аналитических исследований 84
3.4. Состояние снегового покрова 89
3.5. Состояние почв 95
3.6. Трансформация состава донных отложений местных водотоков 102
3.7. Биобъекты в зоне влияния горнорудного производства 108
3.8. Общая оценка уровней техногенной трансформации территории 115
4. Геохимические аспекты структуры и функционирования природно-технической системы (ПТС) в районе рудника "Веселый" 119
4.1. Понятие ПТС применительно к горнорудным предприятиям 119
4.2. Структура ПТС рудника «Веселый» 123
4.3. Геохимические аспекты развития техногенного загрязнения 127
4.3.1. Илы отстойника 127
4.3.2. Почвы 130
4.3.3. Донные отложения 136
5. Возможности самоочищения местных ландшафтов и практические рекомендации 143
5.1. Самоочищение почв 143
5.2. Самоочищение донных отложений естественных водотоков 147
5.3. Практические рекомендации 150
Заключение 154
Список использованной литературы 156
- Геологическое строение
- Промышленная освоенность территории
- Теоретическая база экогеохимии горнорудных территорий
- Понятие ПТС применительно к горнорудным предприятиям
Введение к работе
Рудник «Веселый» в настоящее время является единственным горнодобывающим предприятием в Республике Алтай, производственная деятельность которого продолжается уже более полувека. Горные районы являются территориями с особой уязвимостью к антропогенному воздействию и с высоким риском экологических и техногенных катастроф. Проблема оценки экологических последствий изменения геохимических циклов элементов под воздействием горнодобывающей промышленности является одной из важнейших в современной геохимии и экологии. Извлеченные из недр и обогащенные в технологических циклах многие металлы приобретают особые токсичные свойства в окружающей среде. Отвалы вскрышных и вмещающих горных пород, шахтные и карьерные руды, стоки и складированные отходы обогатительных производств являются источниками техногенного загрязнения природной среды многими опасными химическим элементами. В условиях возрастающей техногенной нагрузки на окружающую природную среду могут формироваться и реально возникают техногенные геохимические провинции, экологические условия которых требуют пристального исследования (87? 15, 21, 70).
Компоненты руд медь, свинец, цинк, кадмий занимают ведущие места в ряду токсичных химических элементов, угрожающих здоровью человека. К веществам с высокой степенью опасности относятся: Hg, Pb, Cd, Си, Zn. Тех-нофильность многих металлов, т.е. отношение их ежегодной добычи к кларку в земной коре, достигает высоких значений: Си- 1 110 , Zn - 4 10 , Cd- 1 10 , Pb - 2« 109 (100). Известно, что целый ряд массовых заболеваний человека связан с образованием техногенных геохимических аномалий в компонентах окружающей среды: ртуть вызывает нейрологический эффект, кадмий и свинец обладают канцерогенными свойствами; избыток микроэлементов в организме приводит к эндемичным заболеваниям (54).
Вся инфраструктура рудника «Веселый» (карьеры, шахты, золотоизвле-кательная фабрика, отвалы, хвостохранилища, пруды-отстойники) фактически примыкает к селитебной зоне без санитарно-защитной зоны, более того находится гипсометрически выше рабочего поселка. В таких условиях все техногенные миграционные потоки загрязняющих веществ направлены вниз по долине через селитебную зону и далее.
Целью работы являлось оценка механизмов, уровня и масштабов загрязнения компонентов окружающей природной среды тяжелыми металлами в зоне воздействия рудника «Веселый» (Республика Алтай), а также изучение возможностей процессов самоочищения почв и донных отложений исследуе мой территории.
В качестве основных задач исследования предусматривалось:
- изучение содержания тяжелых металлов в снеговом покрове, почвах, донных отложениях, растительности, гидробионтах;
- оценка доли подвижных форм тяжелых металлов в почвах и донных отложениях;
- оценка уровня загрязнения компонентов природной среды тяжелыми металлами и выявление участков с наиболее напряженной экологической обстановкой;
- изучение механизмов техногенного загрязнения и самоочищения почв и донных отложений.
Научная новизна работы. Диссертационная; работа является комплексным исследованием, отражающим состояние окружающей природной среды в зоне воздействия рудника «Веселый». Впервые была изучены подвижные формы соединений Zn, Си, Pb, Cd в почвах и донных отложениях; уровень накопление растениями и гидробионтами тяжелых металлов. Установлены основные источники и механизмы загрязнения компонентов окружающей природной среды тяжелыми металлами; рассмотрены основные аспекты возможностей самоочищения почв и донных отложений.
Практическая значимость работы заключается в экогеохимической оценке состояния окружающей природной среды в районе рудника «Веселый» и выделении зон различного уровня загрязнения тяжелыми металлами. Результаты работ были использованы для выполнения курсовых и дипломных работ в учебном процессе Горно-Алтайского государственного университета, а также в мониторинговых работах по оценке экологической ситуации горнорудных территорий Республики Алтай, проводимых ФГУ «Алтай-Гео».
Фактический материал. Работа выполнена в.рамках совместного гранта Томского и Горно-Алтайского государственных университетов №98-15-03183 РФФИ. При выполнении работы автор использовал материалы, полученные во время полевых исследований, проведенных в 1999-2000 гг. преподавателями и студентами ТГУ и ГАГУ. Руководителем гранта был А.Д. Строителев, заведующий НИЛ экспериментальной и прикладной минералогии ТГУ. В основу диссертационной работы положены результаты анализов 23 проб снегового покрова, 35 проб почв, 36 проб донных отложений, 32 проб растительности, 30 проб рыб.
Определение ионного состава фильтрата снеготалой воды; определение валовых содержаний Zn, Си, Pb, Cd, Hg в почвах, донных отложениях, в растительности, рыбах; определение содержаний подвижных форм Zn, Си, Pb, Cd в почвах, донных отложениях выполнены автором в аналитической лаборатории Горно-Алтайского научно-исследовательского института сельского хозяйства СО РАСХН.
В работе использованы современные физико-химические методы (атом-но-эмиссионная спектрометрия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия, фотоколориметрия и т.д.), с учетом метрологического обеспечения количественного химического анализа (КХА), а также методики, регламентируемые нормативной документацией, утвержденной в установленном порядке для целей мониторинга и экологического контроля (МУ, ПНД.Ф, ГОСТ).
Защищаемые положения:
1. Взаимодействие техносферы горнодобывающего предприятия рудник «Веселый» с окружающей его природной средой происходит на уровне, определяемом инженерной экологией как воздействие. Основными загрязнителями изученных компонентов природной среды (почва, донные отложения, растительность и гидробионты) являются тяжелые металлы-спутники добычи и переработки руд Синюхинского месторождения (Hg, Pb, Си, Zn) 2. В реальных ландшафтно-геохимических условиях района рудника «Веселый» доминирующую роль в почвенной миграции токсичных металлов играют процессы сорбции. Накопление металлов в почвах соответствует ряду Pb Hg Cu, а зональный ореол их техногенного загрязнения оконтуривает техносферу рудника «Веселый» в виде эллипса с длинной полуосью порядка 5 км, вытянутый в направлении основных водных и воздушных миграционных потоков.
3. Наивысшую степень техногенной трансформации и загрязнения в зоне воздействия рудника «Веселый» проявляют донные отложения местных водотоков, основными источниками загрязнения которых являются шахтные и штолъневые вод, сточные воды ЗИФ, продукты разрушения хвостохранилищ и отвалов, первичные и вторичные ореолы рассеяния рудных тел\месторожде-ния. Основными загрязнителями донных отложений в порядке снижения их коэффициентов концентрации являются Cu Zri Pb Cd, образующие две зоны загрязнении: I — среднего и очень сильного комплексного загрязнения Си, Zn, Pb, Cd; и II— среднего и сильного загрязнения Cd.
4. Самоочищение донных отложений водотоков территории проявлено относительно слабо и существенно отстает от развития процессов их техногенного загрязнения, что обусловлено низкой растворяющей способностью слабокислых умеренно-пресных вод рек Синюха и Сейка, небольшой площадью водосборов, невысокими модулями стока и преимущественно непродолжительным сезонным характером развития процессов самоочищения. В межень преобладают процессы аккумуляции загрязняющих веществ как в донных отложениях, так и на береговых сорбционных и механических седиментационных барьерах.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 166 страницах машинописного текста, содержит 41 таблицу, 30 рисунков и список литературы из 141 наименований.
Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной конференции «Экология и рациональное природопользование на рубеже веков. Итоги и перспективы» в 2000 г. (г. Томск); на конференции «Фундаментальные проблемы охраны окружающей среды и экологии природно-территориальных комплексов Западной Сибири» в 2000 г. (г. Горно-Алтайск); на 3-ей Российской биогеохимической школе «Геохимическая экология и изучение таксонов биосферы. Биогеохимическая наука на рубеже XXI столетия» в 2000 г. (г. Горно-Алтайск); на международной конференции, посвященной 60-летию Победы в Великой Отечественной войне в 2005 г. (г. Горно-Алтайск). По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и ценные советы научному руководителю к. г-м. н., проф. А.И.Летувнинкас. На разных этапах работы большую помощь оказывали к.х.н. Г.В. Ларина, к. г-м. н. А.В. Шитов, Ю.А. Неминущий, В.Е. Кац, которым автор выражает искреннюю благодарность.
Геологическое строение
Геологическое строение приведено по изданной в 1973 г. Геологической карте западной части Алтая-Саянской складчатой области масштаба 1:500000, составленной коллективом геологов ЗСГУ под рук. А.Б. Генцингера, В.И. Зи новьева.
Геологическое строение этой территории характеризуется большим многообразием резко отличающихся по химическому составу литологических комплексов (терригенно-кремнисто-карбонатных, вулканогенных, интрузивных) от верхов протерозоя до мезозоя (юра-мел); высокой сложностью пликативных и дизъюнктивных деформаций, определяющих особенности и специфику структурных формирований; различной степенью и видами метаморфизма горных пород; широким спектром полезных ископаемых (рис. 1.1).
А. Протерозойская группа. Наиболее древним в районе работ является докембрийский комплекс в различной степени метаморфизованных пород, обнажающихся в крупных тектонических выступах (горстах) горной системы северо-восточного Алтая. Среди них выделяются среднепротерозойские кварц-альбит-эпидот-амфиболовые и кварц-серицит-хлори т-альбитовце сланцы дже-башской свиты в Телецкой подзоне; верхнепротерозойские рифейские известняки, доломиты, андезито-базальтовые порфириты, кварциты, глинистые и метаморфические сланцы баратальской свиты, в основном, в Бийско-Катунской структурно-формационной зоне. Завершают разрез докембрийских пород вендские, переходящие во времени в нижнекембрийскую, стратифицированные образования: андезито-базальтовые вулканиты, хлорит-серицит-глинистые, глинисто-кремнистые сланцы с горизонтами и линзами песчаников и известняков (манжерокская, сарысазская, каимская свиты) в Катунской и Телецкой струк-турно-формационных подзонах.
Б. Палеозойская группа. Эта наиболее распространенная в регионе группа стратифицированных пород сформирована в каледонское и герцинское время. В обобщенном виде их можно разделить на кембро-ордовик-силурийский осадочный комплекс отложений и девонский существенно осадочно-вулканогенный.
Кембро-ордовик-силурийский комплекс пород, представленный на 70% карбонатно-терригенными отложениями, в основании своего стратиграфического разреза содержит горизонты и пачки андезито-базальтовых вулканитов на уровне нижнего и среднего кембрия (улус-чергинская, усть-семинская, верхне ыныргинская и болыыесийская свиты) в Бийско-Катунской структурно-формационной зоне (СФЗ).
Кроме того, единичные проявления андезито-дацитового вулканизма на уровне тремадокского яруса (агайринская свита) отмечены в Бийско-Катунской СФЗ около с. Чоя (район с. Верх-Бийск). Остальная часть разреза описываемого комплекса, выделенная в составе более десятка наименований свит, представлена преимущественно терригенными (глинистые и кремнистые алевролиты, песчаники, гравелиты, редко конгломераты) и в меньшей мере карбонатными (известняки, доломиты, мергели, известковые алевролиты) отложениями. Причем карбонатные отложения для северо-востока Горного Алтая больше свойственны кембрийской эпохе, где они постоянно ассоциируют с андезито-базальтовыми вулканитами. Среди пород описываемого комплекса можно отметить некоторые характерные черты: так, выделяемая горно-алтайская серия кембро-ордовикских (тремадокских) отложений (аргиллиты, алевролиты, песчаники) в большинстве своем имеет флишоидное строение; аргиллиты и алевролиты комплекса часто превращены в филлитовидные и хлорито-глинистые сланцы. Кроме того, внутри описываемого комплекса периодически появляются красноцветные (лиловые, вишневые, бурые) отложения, отражающие мелководное (лагунно-континентальное) их накопление в аридных условиях.
Девонский существенно-осадочный комплекс пород распространен в северо-восточной части Горного Алтая, заполняя здесь конседиментационные прогибы - Уйменский и Лебедской, либо находится в грабенах в виде останцов тектонических блоков "провалившихся" девонских пород в раздробленный до-девонский фундамент. Строецие этого комплекса пород для каждой СФЗ Горного Алтая весьма специфично и несравнимо друг с другом. Всплеск вулканизма в Уйменском и Лебедском прогибах ознаменовался в среднедевонское время проявлением эффузивных, эксплозивных и эрупивных продуктов извержения, сначала андезитоидных, а затем риодацитовых магм. В поствулканическую эпоху формировались туфогенно-терригенно-осадочные накопления прогибов: туффиты разнообломочные, пелитоморфные и кремнистые, туфоалевролиты, туфопесчаники, туфогравелиты, туфобрекчии) и в меньшей мере чисто осадочные отложения (аргиллиты, алевролиты известковые, кремнистые, глинистые, песчаники, конгломераты, известняки), сформированные в прибрежно-морских (лагунно-континентальных) мелководных условиях.
Девонский вулканизм проявился по разному. Так, в Уйменском прогибе он имел эксплозивный характер с преимущественным накоплением пирокла-стических вулканитов (туфов кислого, среднего и смешанного состава) разноо-обломочных, в т.ч. пепловых, игнимбритовых, агломератовых, а в Лебедском его продукты представлены существенно-кислыми эффузивами. В. Мезозой-кайнозойская группа включает рыхлые отложения в основном пролювиально-аллювиального, элювиально-делювиального, водно-ледникового и прочих генетических типов мел-палеоген-неоген-четвертичного возраста.
Пролювиально-аллювиальные отложения (гравийно-галечно-песчаные, песчано-глинистые) встречаются повсеместно в долинах современных и древних русел рек, выполняя пойменные и террассовые формы рельефа, а также межгорные впадины: Неня-Чумышскую, Кажинскую. Мощность этих отложений определяется условиями их накопления: в долинах рек - от единиц до десятков м, во впадинах - десятки и сотни м (до 700 м в Нене-Чумышской).
Элювиально-делювиальные отложения распространены практически везде на водоразделах, склонах гор, хребтов, т.е. на положительных формах рельефа. Они представлены продуктами коры выветривания горных пород и имеют разнообразный гранулометрический состав: от пелитовых частиц до щебня и глыб. Мощность таких отложений составляет от единиц до нескольких десятков метров.
Водно-ледниковые отложения встречаются только в высокогорной части юго-востока Горного Алтая. Они сформированы и продолжают формироваться с участием водного переноса разрушенных коренных пород, соли- и дефлюкци-онных процессов и ледниковой деятельности (моренные отложения). В целом для рыхлых отложений всех генетических типов петрографический и минералогический составы определяются, главным образом, составом разрушенных коренных пород и перенесенного до места накопления обломочного материала.
Интрузивные образования. В северо-восточной части Горного Алтая известны самые разнообразные по составу и возрасту магматические породы от гранитов до гипербазитов. Самые древние - раннекембрийские, самые молодые - раннекаменноугольные. По составу пород и месту их проявления можно выделить несколько основных групп интрузивных образований: базит-гипербазитовая (габбро-пироксенит-дунитовая), габбро-диорит-плагиогранит-гранитовая, диорит-гранодиоритовая субщелочного уклона. Раннекембрийская базит-гипербазитовая группа пород (перидотиты, пироксениты, дуниты, серпентиниты, горнблендиты, габбро-пироксениты, габбро-диабазы, габбро-диориты) встречается в зонах разломов. В основном это мелкие массивы, за исключением Сеглебирского и Атталыкского в Кондомско-Лебедской подзоне, выход которых на эрозионную поверхность составляет более 60 км .
Промышленная освоенность территории
Административная территория Синюхинского рудного поля располагается в пределах Чойского района, образованного Указом Президиума Верховного Совета РСФСР от 20 октября 1980 г. в Горно-Алтайской автономной области Алтайского края с центром в селе Чоя (Чоя-Шоо - в переводе с алтайского — чугун, последняя руда). В Чойекий район входят сельские администрации: Чой-ская, Паспаульская, Ыныргинская, Верх-Пьянковская, Каракокшинская, Сей-кинская, Уйменская, 18 сел. Численность постоянно проживающего населения составляет по данным Госкомстата на 1 января 2002 г. 9,6 тыс. человек, из них трудоспособного возраста 5,5 тыс. человек, плотность населения 2,1 человек на 1 кв. км. Все статистические данные приведены по состоянию на 1 января 2002 г. [114].
Чойекий район занимает северо-восточную часть Республики Алтай. Тер-ритория его 4507 км , что составляет 4,7% от территории Республики Алтай. Абсолютные высоты над уровнем моря 500-400 м. Простирается с северо-запада от границы с Красногорским районом Алтайского края на юго-восток, на юге граничит с Онгудайским районом, восточная граница с Турочакским районом и западная с Шебалинским и Майминским районами. Подобное размещение района является очень выгодным в перспективе экономического развития.
Важной особенностью экономико-географического положения района является его непосредственная близость к республиканскому центру г. Горно-Алтайску (75 км), ближайшей железнодорожной станции г. Бийску (170 км) и незначительная удаленность от аэропорта (рис. 2.1, 2.2)..
В Чойском районе основным является автомобильный транспорт. Он осуществляет не только внутренние, но и внешние экономические связи и перевозки пассажиров. Работа автомобильного транспорта во многом зависит от состояния автодорог и дорожного хозяйства.
Через районный центр с. Чою проходит вторая по важности в Республике Алтай дорога Бийск - Турочак - Артыбаш длиной 135 км. Эта дорога асфаль тирована и имеет межреспубликанское значение, обеспечивает транспортные связи Турочакского (центра промышленных лесоразработок), Чойского районов (центра золотодобывающей промышленности) с железной дорогой и служит основным путем для туристов к Телецкому озеру.
Все дороги внутреннего значения представлены грунтовыми, которые по техническому оснащению, состоянию и обустройству значительно отстают от достигнутого уровня развития экономики и являются сдерживающим фактором в развитии производительных сил района. В период обильных дождей, снеготаяния, особенно в весенне-осеннее время года, транспортная обеспеченность значительно ухудшается. Плохая дорожная обеспеченность обусловлена особенностями горного рельефа, климата и слабым экономическим развитием района. Обслуживанием дорог района занимается Чойское дорожно-ремонтное строительное управление.
По территории Чойского района протекают крупные реки, - Большая и Малая Иша, Саракокша, эти реки несудоходны.
Вся территория района относится к горно-таежной природной зоне, характеризующейся не особенно благоприятными в Республике Алтай природными условиями, что негативно влияет на перспективное размещение промышленных производств и ведение сельского хозяйства. Всего в районе 3 совхоза животноводческого и молочного направления, 3 промышленных предприятия, 1 молочный завод в с. Чоя.
Налажено производство масла, сыров и молочных продуктов на Чойском молочном заводе (6 тыс. т за 2001 г.); начинает развиваться мараловодство, пчеловодство, животноводство развито слабо, поголовье крупного рогатого скота составляет 398 голов, лошадей 45, поголовья мелкого рогатого скота нет. Повышение продуктивности животноводства в значительной мере зависит от укрепления кормовой базы. Растениеводство имеет только обслуживающее значение. Площадь посевных площадей составляет 2364 гектаров (2,8% от посевных площадей Республики Алтай). Продолжают развиваться сельские крестьянские хозяйства - «Паспаульское», «Карат», «Красносельское» и «Ыныр-га». Лесное хозяйство представляет Чойский лесхоз. Каракокшинское лесоперерабатывающее хозяйство, частные предприятия по переработке леса, базируются в основном на заготовке и первичной переработке леса. Объемы промышленной продукции лесоперерабатывающей промышленности за 2001 г. составляют: вывозка древесины 17,02, производство пиломатериалов 2,55, древе-сины деловой 8,78 тыс.м . Золотодобывающим предприятием цветной металлургии является рудник "Веселый".
За последние годы наблюдается значительное увеличение объема промышленного производства: в 2001 г. было произведено промышленной продукции на сумму 96212 тыс. руб., что составляет 121% от объема произведенной промышленной продукции за 2000 г. Наибольшее увеличение роста производства наблюдается на золотодобывающем предприятии рудник «Веселый» - в год добывается 60 - 63 тыс. м руды, вместо 15-18 прежних, добыча золота в сравнении с 1998 г. возросла на 19%, серебра на 6%, меди на 45%. За 2001 г. рудником «Веселый» было произведено продукции на сумму 94029 тыс. руб., что составляет 97% от всего объема производства района.
Рудник «Веселый» - единственное горное золотодобывающее предприятие в Республике Алтай. В 1947 г. геологами было найдено золото в районе горы Синюха Чойского района, а в 1951 г. создано горнодобывающее предприятие рудник «Веселый». За год работы были добыты первые 35 кг золота. В 1953 г. была построена золотоизвлекательная фабрика (ЗИФ), в 1975-1976 гг. построено новое здание фабрики, обновлено оборудование. В эти же годы рудник подключен к государственной электросети ЛЭП-110. В 1979 г. начата проходка ствола РЭШ-6 глубиной 560 м. В 1983-1986 гг. Синюхинской партией Министерства геологии СССР выявлен новый перспективный участок Фаифа-новский. Сегодня там действуют штольня №13 и карьер №9. Рудник «Веселый» перерабатывает по 80 -100 тыс. т руды в год и в среднем добывает по 300 кг золота в год.
Важнейшими перспективами для будущего развития рудника «Веселый» и всего региона в целом является добыча волластонита - метасиликата кальция Са3[8із09], минерала белого цвета, цепочечной структуры, который встречается в природе, как в чистом виде, так и в сочетании с. другими минералами. Минерал широко используют в производстве пластмасс, керамики, в металлургии, в производстве особого стекла, медицине, строительстве, электродуговой сварке, изготовлении красок и покрытий, шинной промышленности, судостроении и др. Может полностью заменять асбест и все его добавки в промышленности.
Более 90% волластонита в России сосредоточено в Республике Алтай. Содержание его в волластонитовых скарнах месторождения составляет 50 — 70%, основной примесью в которых является гранат-гросуляр (20-40%), в небольших количествах присутствуют кварц и кальцит (5-7%). Волластонит установлен в промышленных концентрациях и в других скарновых объектах Республики Алтай: Чойском, Ульменском, Лебедском, Верхне-Аккаинском, Акту-ринском. По прогнозным ресурсам волластонита они могут быть отнесены к средним и крупным месторождениям. Наиболее перспективным и изученным после Синюхинского в настоящее время считаются волластонйтовые скарны Чойского месторождения. Прогнозные ресурсы волластонита последнего оцениваются в объеме крупного месторождения [26, 27].
В 1999 г. совместно с Правительством г. Москвы учреждено предприятие по добыче и обогащению волластонита (ООО «МКК-Сейка»). Отработка запасов планируется в условиях уже действующего предприятия как самостоятельно, так и попутно с добычей золотосодержащей руды. Планируемая добыча руды 50 тыс. т, выпуск товарной продукции 25 тыс. тонн волластонитовых концентратов ежегодно. Добыча волластонитовых руд на Синюхинском месторождении будет производиться как отдельно карьерным способом, так и попутно с добычей основной руды, что экономит определенное количество средств (взрывчатые вещества, транспорт, электроэнергия и др).
Теоретическая база экогеохимии горнорудных территорий
В мире в среднем добывается 1600 т золота в год. Примерно 10% добытого в год золота приходится на долю России [124]. В 2002 г. в России добыто 158627 кг золота, количество золотодобывающих предприятий составляло 646. Количество предприятий, подобных руднику «Веселый», добывающих от 100 до 500 кг золота, составило 102. Объем добытого такими предприятиями драгоценного металла - 33016,1 кг (20,8% от общего объема добычи золота в России в 2002 г.) [И].
Горнорудная промышленность является одним из наиболее мощных факторов техногенного преобразования окружающей среды. Это проявляется в изъятии и механическом повреждении значительных массивов земель. Добыча и обогащение руд заключается в извлечении и переработке огромных масс горных пород. Современные способы добычи позволяют использовать лишь небольшую часть извлекаемой массы пород. По массе извлекаемого полезного ископаемого рудные месторождения значительно уступают месторождениям угля, нефти, газа.
Рудником «Веселый» ежегодно в среднем добывается 100 тыс. т руды; выход золотоконцентрата - 1500 т, что составляет всего 1,5% использования руды; основная масса добытой руды накапливается в виде отходов, рассеиваемых природными миграционными процессами и являющимися источниками загрязнения окружающей среды химическими элементами.
В изложении относящегося к этой теме материала автор будет обращаться к работам экогеохимиков ИМГРЭ (Геохимия..., 1990), М.И.Воина (1992), Е.Н. Востокова (1998, 2000), А.И. Летувнинкас (2002).
Особенностью антропогенного преобразования природной среды районов горнорудной промышленности является то, что здесь происходит наложение техногенного загрязнения на природные геохимические аномалии - вторичные ореолы и потоки рассеяния в почвах, донных отложениях, растениях, подземных и поверхностных водах. При этом происходит их сложение и значительное усиление негативного воздействия на окружающую природную среду. Экологическая неграмотность местного населения о вероятных экологических последствиях эксплуатации горнорудных предприятий фактически превращает их в заложников ситуации.
Загрязнение природной среды горнорудных районов, его интенсивность и формы проявления зависят от большого числа геолого-геохимических и ландшафтных факторов: геологического строения района месторождения, минерального и химического состав руд, гидрогеологических условий района, типа элементарных геохимических ландшафтов, наличия геохимических барьеров, условий естественной и техногенной миграции компонентов руд, технологией их добычи и обогащения и т.д. [22, 102, 99, 98, 70].
Воздействие горнорудных предприятий на природную среду заключается во включении в техногенные миграционные потоки всех основных цепей распространения загрязняющих веществ: воздушной (дробление, обргащение, хранение отходов); водной (стоки с рудников, шахт; ЗИФ); биогеохимической (угнетение, интродукция, уничтожение, распугивание биоты).
Система эколого-геохимического изучения антропогенных горнорудных ландшафтов разработана геохимиками ИМГРЭ [21]. Эколого-геохимические исследования горнорудных территорий ими рассматриваются в двух аспектах. Во-первых, с позиции оценки состояния окружающей среды горнопромышленных районов и, во-вторых, создания геохимических,основ изучения таких территорий для прогнозирования отрицательного воздействия новых, разведуемых месторождений полезных ископаемых. С этих позиций выявилась следующая логика исследования загрязнения окружающей среды: - изучение концентраций и форм нахождения химических элементов в почвах, природных водах, донных отложениях, твердых отходах, выбросах, стоках; - прослеживание путей и способов миграции химических элементов в окружающей среде, установление природных компонентов, взаимодействующих с миграционным потоком; исследование интенсивности и результатов этого взаимодействия - техногенных геохимических аномалий; - оценка площади распространения техногенных ореолов и потоков рассеяния, установление зональности распределения химических элементов и центров наиболее интенсивного воздействия и результатов этого взаимодействия — техногенных геохимических аномалий; - биогеохимическая оценка воздействия выявленной ассоциации химических элементов на биоту.
Основными источниками загрязнения природной среды, связанными с деятельностью предприятий горнорудной промышленности являются: - пылевые выбросы при открытых горных разработках, загрязняющие атмосферный воздух и образующие, контрастные и значительные по площади геохимические аномалии в почвах, особенно при продолжительной работе предприятий; - дефляция и размывание хвостохранилищ обогатительных фабрик, образующие интенсивные потоки рассеяния в водных системах и сравнительно локальные ореолы рассеяния в почвах; - стоки водоотлива из подземных горных выработок, карьеров, образующие интенсивные и протяженные потоки рассеяния в водных системах; - рассеяние рудного материала при транспортировке, загрязняющее почвы; - организованные и неорганизованные выбросы в атмосферу при процессах обогащения; - природные геохимические аномалии - вторичные ореолы рассеяния в почвах, потоки рассеяния в поверхностных водотоках, гидрогеохимические аномалии в подземных водах.
Наряду с выше перечисленными источниками загрязнения природной среды в районах развития горнодобывающей промышленности характерны процессы механических нарушений природной среды, связанные с развитием инфраструктуры горнодобывающих предприятий. Для рудника «Веселый» характерны все выше перечисленные источники загрязнения. Уровень воздействия горного производства зависит и от способов отработки месторождений. Независимо от способа отработки наибольшему воздействию подвергаются недра и гидросфера. Наиболее щадящим в отношении атмосферы является подземный (шахтный) способ отработки месторождений полезных ископаемых, которая применяется для добычи золота на Синюхинском месторождении. Почвенный покров при любом способе добычи подвергается негативному влиянию этого процесса.
Информацию, предопределяющую экологическую обстановку на осваиваемой территории, рациональнее всего получать на стадии геологоразведочные работ на месторождениях. Предварительную эколого-биогеохимическую экспертизу можно проводить достаточно оперативно. Любое месторождение полезных ископаемых, подготовленное или проектируемое к разработке, снабжено полной информацией о геологическом строении, вещественном составе руд, природных условиях его локализации и т.д [84].
О составе потоков загрязняющих веществ, которые формируются в процессе добычи и обогащения руды, можно судить по распределению химических элементов в рудах и первичных ореолах. Эти же факторы определяют характер природных геохимических аномалий. Пространственные размеры первичных ореолов и количество заключенных в них запасов химических элементов обычно превышают параметры самих рудных тел [103, 5].
В состав первичных ореолов входят как главные рудные элементы, определяющие промышленный тип месторождения, так и ряд сопутствующих элементов, многие из которых являются экологически токсичными и гигиенически опасными. Первичные ореолы при добыче составляют большую часть пустых пород, формирующих наиболее объемные породные отвалы.
Минералого-геохимичесдие и генетические типы месторождений характеризуются определенными ассоциациями типоморфных элементов. По СВ. Григоряну и Ю.А. Саету элементами-индикаторами и характерными элементами - примесями золоторудных типов месторождений являются Au, As, Sb, Pb, Си, Zn, Bi, Hg, Cd и т.д. Добыча и переработка руд приводит, к повышению уровня содержания тяжелых металлов во всех компонентах техногенных ландшафтов и трансформации геохимической структуры природно-аномального ландшафта.
Понятие ПТС применительно к горнорудным предприятиям
Природно-технические системы (ПТС) возникают в результате взаимодействия природных экосистем и промышленных или иных эксплуатируемых человеком объектов (энергетических, строительных, горнорудных, сельскохозяйственных и др.). В результате этого природные экосистемы оказываются под их постоянным воздействием и нередко испытывают существенные преобразования, зависящие как от свойств самих природных экосистем, так и характера и интенсивности техногенных воздействий.
Функционирование ПТС состоит во взаимодействии их основных компонентов, в данном случае природных экосистем и промышленных объектов, путем обмена между ними веществом, энергией и информацией. Иными словами в результате строительства и эксплуатации промышленного предприятия на значительной площади формируется и длительное время действует природно-техническая система [70].
В инженерной экологии [75] выделяют природно-технические системы трех уровней: глобальные (например, Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс); региональные (любое промышленное предприятие); локальные (цех, лаборатория, помещение и т.д.). По этой классификации рудник «Веселый» следует отнести к природно-технической системе регионального уровня.
В общем случае ПТС [87] любого промышленного предприятия, в том числе и горнорудного, включает в себя промышленное звено (промышленные предприятия), аграрное звено, коммунально-бытовое звено. Все объекты ПТС находятся в постоянном взаимодействии. Границами природно-технической системы является граница влияния промышленных, коммунально-бытовых и других предприятий, входящих в состав ПТС.
Гармоническое взаимодействие общества и природы обеспечивается организацией рационального взаимодействия между технологическими процессами действующих промышленных и коммунальных предприятий и экологическими, происходящими в окружающей природной среде.
Главный компонент, определяющий направление и характер функционирования ПТС в целом, - его промышленное звено. В его структурной схеме можно выделить объекты основного и вспомогательного производств.
Продукция промышленного сырья — это та ее часть, которая отправляется за пределы ПТС, а также предназначена для удовлетворения собственных нужд (нужд коммунально-бытового звена и др.). Кроме того, сюда же относятся отходы производства, а также газообразные и пылевидные выбросы промышленных предприятий, которые загрязняют природную среду.
При добыче и переработке полезных ископаемых к объектам основного производства относятся предприятия по добыче (шахты, разрезы, карьеры), фабрики по обогащению руд, заводы по выплавке металлов, а также отвалы и хвостохранилища, где складируются и консервируются некондиционные руды и отходы всего промышленного комплекса. К объектам основного производства относятся и любые другие промышленные предприятия, обеспечивающие выпуск промышленной продукции, отправляемой за пределы ПТС или используемой для удовлетворения собственных нужд. Вспомогательное производство включает в себя промышленные предприятия, деятельность которых связана с обслуживанием основного производства и ремонтом оборудования. Сюда же относятся ремонтно-механическая база, промышленный транспорт, склады готовой продукции, сырья и оборудования.
Коммунально-бытовое звено обеспечивает жизнедеятельность людей, занятых на производстве. Основными объектами коммунально-бытового звена являются организации, обеспечивающие строительство и эксплуатацию жилого фонда, предприятия питания, торговли, общественного транспорта, медицинского обслуживания, культурных и общеобразовательных учреждений. Продукция коммунально-бытового звена - это продукты потребления, различного рода услуги для населения, а также отходы и выбросы, которые образуются на коммунально-бытовых предприятиях.
В структуру агрокомплекса - аграрного звена входят следующие группы предприятий: - сельскохозяйственные (кооперативы, крестьянские хозяйства, подсобные хозяйства, производящие сельскохозяйственную продукцию на полях, садах, огородах и других угодьях, находящихся в зоне влияния промышленных предприятий); - предприятия лесного, лесовосстановительного, охотничьего и других промысловых хозяйств, занятых переработкой продуктов леса в пределах ПТС; - объекты водохозяйственные, рыбного хозяйства; водозаборы и другие гидротехнические сооружения, обеспечивающие водой все промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные предприятия; - предприятия, обеспечивающие восстановление или повышение продуктивности нарушенных земель, сельскохозяйственных, лесных и других угодий, входящих в состав ПТС.
Структура трудовых ресурсов включает в себя персонал, занятый на основном (обеспечивающем выпуск продукции) и вспомогательном производствах, а также нетрудоспособную часть их семей (дети, пенсионеры).
Таким образом, природно-технические системы представляют собой совокупность природных экосистем и различных объектов техносферы, связанных функциональными связями и обменом веществом и информацией.
Уровень взаимодействия природных и техногенных компонентов при-родно-технических систем может быть различным - от весьма слабого до настолько сильного, что один из этих компонентов разрушается и гибнет. В инженерной экологии принято различать три уровня обмена веществом, энергией и информацией между природными и техническими компонентами ПТС.
Взаимодействие - такой процесс обмена веществом, энергией и информацией между промышленным производством и окружающей природной средой, при котором обеспечивается получение полезной промышленной продукции при сохранении оптимального уровня качества природной среды. Предполагается, что в данном случае выделяющиеся из технологического процесса вещества и энергия, включаясь в природные процессы, не приводят к качественным изменениям природной среды. Внешние границы этой зоны обычно оконтуривают зону информационной перестройки.
Влияние - такой процесс обмена веществом, энергией и информацией между промышленным производством и природными компонентами ПТС, в результате которого в окружающей природной среде происходят количественные изменения, не превышающие предельно допустимых значений. Оценка этих изменений производится путем сравнения показателей состояния природных компонентов с их фоновыми значениями. В инженерной экологии внешняя граница зоны влияния обычно проводится по значению контролируемого показателя, составляющему 5% от величины ПДК (рис. 4.1). Внешняя граница зоны влияния обычно оконтуривает зону функциональной перестройки экосистемы.
Воздействие — такой процесс обмена ПТС с компонентами природной среды, в результате которого в последних происходят качественные и количественные изменения, превышающие предельно допустимые нормативы. При этом природный комплекс не может восстановиться самостоятельно. Для этого требуется проведение специальных природоохранных мероприятий. Внешняя граница зоны воздействия проводится по значению контролируемого природного показателя, составляющему одно ПДК (в некоторых случаях 0,8 ПДК). Зона воздействия ПТС соответствует зоне структурной перестройки экосистемы.
