Введение к работе
Актуальность работы. Отвалы горных пород, образующиеся при открытой разработке крупных месторождений полезных ископаемых, формируют техногенные элементы рельефа ранга мезоморфоскульптуры и способны оказывать существенное влияние на состояние окружающей среды в процессе их складирования и в период последующего развития. Вовлечение в эксплуатацию рудных месторождений с большеобъемными отвалами вскрьпдных пород весьма актуально для регионов с преобладающим минерально-сырьевым характером экономики, к которым относится и Магаданская область. Изучение условий формирования, состава, строения и свойств отвалов, прогнозирование процессов и оценка возможных негативных последствий их постгенетического развития является актуальной задачей при освоении новых месторождений.
Современные процессы и явления, связанные с отвальными горнопород-кыми комплексами в условиях криолитозоны, рассматривались многими исследователями (Г. И. Бондаренко, А. П. Горбунов, С. Н. Титков, Б. Н. Ржевский, В. И. Гребенец, С. П. Готовцев и многие другие). В настоящее время благодаря использованию современных научных методов расширяется возможность получения дополнительных данных, характеризующих техногенные образования.
Примером комплексного подхода к решению этих задач являются исследования, проведенные при разработке золоторудного месторождения Кубака, расположенного в юго-восточной части Омолонского массива в Магаданской области. Здесь с 1994 по 2004 г. на склонах средней крутизны были сформированы террасированные отвалы вскрышных пород массой более 30 млн т и объемом более 20 млн м3. Большеобъемные отвалы сформированы также при разработке одного из крупнейших месторождений серебра Дукат в Магаданской области, расположенного в характерных геоморфологических условиях перигляци-альной зоны. В ближайшие годы в регионе планируется освоение золоторудного месторождения Наталка с объемом добычи до 40 млн т руды в год.
Полученные на основе многолетних наблюдений данные о составе, строении и температурном режиме имеют важное значение для прогноза динамических свойств отвалов, связанных с возможностью их преобразования в техногенные каменные глетчеры. Природные каменные глетчеры - геологические объекты зонального морфогенеза, широко распространенные в верхнем поясе гор северо-востока Азии и перемещающиеся со скоростью до 1 м/год и более (Титов, 1970; Галанин, 1999; Галанин, 2005). Каменные глетчеры сложены
грубообломочным материалом, сцементированным конжеляционным льдом. На близких гипсометрических уровнях в пределах Омолонского массива нередко развиваются мерзлотные каменные глетчеры, которые в морфологическом и ' литологическом отношении наиболее близки к отвалам.
В условиях горной криолитозоны при промерзании крупноглыбовых отвалов возможно их развитие в высокольдистые и пластически движущиеся образования, сходные по морфологии и динамике с природными каменными глетчерами. Движение каменных глетчеров принимает катастрофический характер при быстром смещении громадных масс ледово-каменного материала, что может представлять серьезную угрозу для природы и человека.
Изучение закономерностей посттёхногенной трансформации отвалов в условиях криолитозоны актуально при проектировании способов их рекультивации и консервации для обеспечения промышленной и экологической безопасности производства.
Диссертация выполнена на стыке приоритетных направлений фундаментальных исследований в области наук о Земле, утвержденных постановлением Президиума РАН № 233 от 01.07.2003:6.20. Изменение окружающей среды и климата: исследования, мониторинг и прогноз состояния природной среды; природные катастрофы, анализ и оценка природного риска, вулканизм.
Объект исследования - отвальные полигоны вскрышных пород горных карьеров месторождения в юго-восточной части Омолонского массива в Магаданской области.
Предмет исследования- состав, строение, температурный режим и динамика отвалов крупнообломочных пород в горных районах криолитозоны.
Цель работы - изучение строения, особенностей формирования, температурного режима и прогноз трансформации отвалов горных пород при разработке месторождений в условиях криолитозоны.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Изучить технологию формирования, геолого-геоморфологические, геокриологические условия, состав и строение отвалов горных пород месторождений Магаданской области.
-
Провести геотермический мониторинг отвалов в ходе их промерзания.
-
Выполнить моделирование возможных пластических деформаций отвалов при различных заданных параметрах их промерзания: температурный режим, литология, льдонасыщенность и климатические условия.
Методика исследования. В маршрутных исследованиях проводились систематические наблюдения за процессом формирования отвалов, их гидрологическим режимом, температурой воздушных потоков, выходящих из отвалов. В ходе наблюдений был организован геотермический мониторинг типовых отвалов по системе специально пробуренных скважин. Наблюдения велись еженедельно с 2000 по 2003 г., обработка результатов выполнялась стандартными статистическими методами.
Защищаемые положения.
-
Отвалы крупнообломочных пород горных карьеров Магаданской области представляют собой гранулометрически неоднородные, интенсивно промерзающие насыпи, имеющие в основании грубообломочный высокопористый горизонт.
-
Температурный режим отвалов определяется тепловым состоянием подстилающих пород, климатическими факторами и явлениями газодинамического обмена воздуха пор и пустот отвала с атмосферным воздухом.
-
Сформированные крупнообломочные отвалы горных карьеров Магаданской области при дальнейшем развитии насыщаются льдом и преобразуются в динамически активные техногенные каменные глетчеры.
Научная новизна:
-
впервые в Магаданской области проведены систематические исследования крупно глыбовых отвалов от начала их формирования на стадии эксплуатации месторождения до его отработки;
-
впервые в регионе проведен многолетний мониторинг температурного режима отвалов по системе специальных геотермических скважин, пробуренных в телах отвалов;
-
впервые проведено моделирование посттехногенной трансформации крупных отвалов месторождений Омолонского массива в техногенные каменные глетчеры в соответствии с геоморфологическими и климатическими условиями района;
-
по-новому оценивается представление о «криогенной консервации» отвалов пустых пород путем их естественного промерзания - оно применимо не во всех случаях: при наличии соответствующих геолого-геоморфологических и климатических условий отвалы могут трансформироваться в динамически активные и опасные в экологическом отношении образования.
Практическое значение работы. Полученные данные о строении, литологии, температурном режиме и современной морфодинамике отвалов использованы при проведении инженерно-геологических и экологических изысканий и экспертиз на этапах разведки, эксплуатации и рекультивационных мероприятий на золоторудных месторождениях Кубака, Биркачан (Омолонский массив), Купол (Анадырское плоскогорье), хромитовом массиве Рай-Из (Полярный Урал).
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конференциях и совещаниях: в 2001 г. на международном научном семинаре «Комплексное решение вопросов финансирования золотодобывающих предприятий и преимущества финансового лизинга» (Иркутск); в 2003 г. на региональной научной конференции «Генезис, классификация и экологическое состояние почв Дальнего Востока России» (Владивосток) и на II региональной научно-практической конференции «Северо-Восток России: прошлое, настоящее, будущее» (Магадан); в 2005 г. на Всероссийской научной конференции «Наука Северо-Востока России - начало века», посвященной памяти академика К. В. Симакова (Магадан).
Личное участие автора. Диссертация представляет результаты 10-летних полевых и камеральных исследований автора в районах освоения коренных месторождений Северо-Востока России. Весь объем работ по сбору первичного материала, статистическому анализу результатов измерений и моделированию движения отвалов выполнен автором либо при его непосредственном участии. Совместно с автором в полевых работах по сбору первичного материала принимали участие к. г. н. М. Н. Замощ и к. г. н. А. А. Галанин, что отражено в совместных публикациях по настоящей теме.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 139 страниц машинописного текста и включает 32 рисунка, 17 таблиц, список цитированной литературы из 110 наименований, включая 13 иностранных.
