Губин В.Н., Ковалев А.А., Сладкопевцев С.А., Ясовеев М.Г. Экология геологической среды

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5. Фрагмент геоэкологической карты центральной части Белорусского Полесья

Анализ новейших геодинамических процессов имеет практическое

значение в решении эколого-геологических проблем Солигорского

горнопромышленного района.

З аг р я з н е н ен и е ко м п о н ен т о в г е о л о г и ч е с ко й с р е д ы .

Основными техногенными процессами, определяющими изменения

геологической среды в Солигорском промышленном районе, являются

подземная отработка калийных горизонтов и складирование на

поверхности земли отходов извлечения калийной соли из добытой

руды. При переработке сильвинитовых руд на предприятиях ПО

«Беларуськалий» около 75 % их объема переходит в отходы.

Складирование на поверхности земли значительных объемов отходов

обогащения (твердые галитовые – в солеотвалы, пульпообразные

глинисто-солевые шламы – в шламохранилища) вызывает негативные

изменения всех компонентов природной среды (рис. 5). Техногенные

образования создали в районе г.=Солигорска внушительный по

размерам промышленный ландшафт, состоящий из солеотвалов

(перепады высот до 115 м) и пространств шламохранилищ с

ограждающими дамбами высотой до 15 м. Солеотвалы,

шламохранилища, дамбы, мульды оседания поверхности, карьеры,

мелиоративные каналы и другие техногенные объекты образуют

техногенный комплекс, не имеющий себе равных в республике по

своим размерам и масштабам отрицательного воздействия на

геологическую среду. На декабрь 1998 г. в солеотвалах четырех

рудоуправлений ПО «Беларуськалий» на площади 470=га накопилось

свыше 570 млн т галитовых отходов. Шламохранилища занимают 816

га территории и содержат более 65 млн т глинисто-солевых шламов. В

то же время необходимо отметить, что разным видам утилизации

подвергается всего лишь 5–6=% годового объема поступления отходов.

Следовательно, тенденция накопления отходов добычи и переработки

сохранится и в дальнейшем, если не будут приняты кардинальные

меры по изменению технологии добычи и переработки калийных руд.

Техногенная нагрузка вызвала негативные изменения во всех

компонентах геологической среды. Преобладают следующие процессы:

загрязнение атмосферного воздуха, почвенного покрова,

поверхностных и подземных вод; подтопление и заболачивание

территории, техногенный соляной карст; осадочные деформации –

осадки под солеотвалами (литификация и уплотнение пород в их

основании); фильтрационная консолидация в накопителях твердых и

жидких отходов; ветровая эрозия поверхности терриконов.

Выбросы из дымовых труб сильвинитовых обогатительных фабрик,

вынос солей в результате ветровой эрозии солеотвалов, растворение

солеотвалов под действием атмосферных осадков с образованием

избыточных рассолов, а также отжатие из солеотвалов первичной рапы

приводят к выпадению компонентов загрязнителей на поверхность

почв. В засоленных почвах преобладают хлориды натрия, калия и

кальция (NaCl, KCl, CaCl

), в менее засоленных – соли кальция

(Ca(HCO

)

и CaSO

). В результате газопылевых выбросов

обогатительных фабрик и ветровой эрозии солеотвалов загрязнение

распространяется на значительные территории, прилегающие к

калийным комбинатам. Преобладающее в течение года направление

ветра (западное и северо-западное) смещает ореол загрязнения в

восточном направлении. Мощность осаждения солевых частиц

составляет 100 г/га в сутки (в год мощность выбросов калийного

комбината составляет примерно 600 т). Общая площадь засоленных

почв около 900 га, из которых на долю загрязнения пылегазовыбросами

приходится 85 %, остальная территория засолена рассолами

солеотвалов.

Оседая на почве, пылегазовыбросы загрязняют солями и тяжелыми

металлами верхний плодородный пахотный горизонт. Погодные

условия и наличие растительности существенно сказываются на

содержании хлоридов и других загрязняющих веществ в верхних слоях

почвы. Максимальное загрязнение наблюдается весной, когда нет

сплошного растительного покрова, а количество осадков минимальное.

По этой причине оседающая из дымовых отходов солевая пыль и

тяжелые металлы накапливаются на поверхности почвы.

Осенью выпадающие на поверхность почвы соли растворяются

под действием осадков и мигрируют из верхних слоев в более

глубокие. В результате минеральные заболоченные почвы в нижней

части пахотного горизонта имеют пониженное содержание тяжелых

металлов. Эта закономерность особенно хорошо выражена у дерново-

глеевых суглинистых почв, для которых содержание тяжелых

металлов в нижней части существенно ниже по сравнению с

поверхностным слоем (0–5 см). На распределение тяжелых металлов

по глубине влияют почвообразовательные процессы, нисходящие и

восходящие водные потоки и т. д. В почвах с высокой степенью

восприимчивости к загрязнению наличие мощного природного

сорбента – торфа – допускает аккумуляцию практически всех

химических элементов I и

II классов опасности (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Co, Cr). Близость зеркала

грунтовых вод и песчаное подстилание способствуют проявлению

скользящей плоскости капиллярных вод и поднятию их каймы или на

поверхность, или по направлению к верхнему корнеобитаемому

почвенному горизонту. В результате наиболее активно процессы

накопления протекают в верхней и нижней частях профиля. Среди

почв с умеренной восприимчивостью основным аккумулятором

загрязнителей является верхний горизонт. Отмеченные

закономерности более четко выражаются при обобщении данных по

генетическим типам почв. Содержание тяжелых металлов с глубиной

преимущественно уменьшается для основных типов почв, но

возрастает с увеличением степени заболоченности, т. е. для типов

почв, характерных для пониженных элементов рельефа.

Крайне негативное воздействие на геологическую среду оказывают

места солевых отходов – солеотвалы и шламохранилища.

Складируемые на земной поверхности солевые отходы

выщелачиваются в результате воздействия атмосферных осадков.

Дождь и снег выпадают на незащищенную поверхность солеотвалов и

шламохранилищ и образуют избыточные (не используемые в

технологическом процессе) рассолы, насыщенные NaCl и в меньшей

степени KCl. Минерализация этих рассолов составляет 260–350=г/л, что

близко к солесодержанию пластовых рассолов глубоких водоносных

горизонтов. В результате исследований установлено, что образование

избыточных рассолов достигло в настоящее время объема около 6,3

млн м

в год. При этом их объем ежегодно увеличивается, что связано с

расширением площадей под складирование отходов. При сохранении

существующей технологии проведения горных работ и обогащения

руды на момент отработки запасов калийных солей (2070–2090 гг.) из

четырех шахтных полей годовой объем образования рассолов составит

около 10,0 млн м

. Несмотря на защитные экраны, накапливающиеся

хлоридно-натриевые насыщенные рассолы фильтруются в

подстилающие грунты и водоносные горизонты, что подтверждается

многолетними режимными гидрохимическими и геофизическими

наблюдениями, а также выходом из строя ряда скважин на водозаборах

из-за загрязнения пресных подземных вод. За время существования

калийных производств в подземные воды поступило около 35 млн т

хлоридно-натриевых рассолов, в составе которых кроме соединений

хлора, натрия, калия, магния содержатся Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cd и

другие элементы, что связано с химическим составом как природного

сырья, так и образующихся отходов.

Сложная эколого-геологическая ситуация в Солигорском

промрайоне вызвана загрязнением подземных вод. В зоне активного

водообмена особенно велика роль грунтовых и поверхностных вод в

растворении, транзите и аккумуляции поступающих в нее различных

химических элементов и соединений. Пресные подземные воды

наиболее подвержены интенсивному техногенному загрязнению в связи

с отсутствием в геологическом разрезе Солигорского района

региональных глинистых водоупоров.

Площадное загрязнение подземных вод сформировалось в районах

солеотвалов и шламохранилищ (ореол засоления более 15 км

). Фронт

загрязнения подземных вод практически повсеместно продвинулся за

контуры солеотвалов и шламохранилищ на расстояние от 100 до 500 м и

имеет стабильную тенденцию к расширению площади засоления.

Существенно, что именно через водную фазу идет прямая миграция

загрязняющих компонентов к человеку, поэтому качество воды является

центральным звеном в оценке экологического благополучия территории.

Исследования степени загрязнения пресных подземных вод

водоносного комплекса антропогеновых отложений в районе 4-го РУ

ПО «Беларуськалий» (рис. 6) показали, что в непосредственной

близости от предприятия воды грунтового водоносного горизонта

содержат максимальное количество загрязнителей по сравнению с

фоновым содержанием в них последних на расстоянии 20–30=км от

рудоуправления. Фоновое содержание Na составляет 22,9=мг/л, а

вблизи рудоуправления – 126,0 мг/л, соответственно K – 4,1–106,26 мг/

л, Ca – 57,0–131,1=мг/л, Mg – 3,8–45,2 мг/л, Cl – 28,2–211,4 мг/л.

Следовательно, по сравнению с фоном содержание этих элементов

увеличено в 2–6 раз, а по некоторым соединениям (SO

и NO

) в 20–100

раз.

Показателем уровня аномальности содержания элементов в

подземных водах является коэффициент концентрации К

, который

рассчитывается как отношение содержания элементов в исследуемом

объекте (С) к среднему фоновому его содержанию (С

= С/С

В данном случае К

составляет 2–10. Отмечается также

повышенное содержание Zn, Pb, Ni, Cd, Co, Cu (К

= 2–8). Наиболее

опасны в биогеохимическом отношении Cd, Cu, Ni, Co, Cr, Mo, V, Zn.

Обычно эти элементы в малых количествах содержатся в природных

водах, анализ их содержания позволяет судить об интенсивности

миграции и о тенденциях в перераспределении микроэлементов на

данной территории.

Рис. 6. Схема движения загрязненных подземных вод в районе ПО «Беларуськалий»:

1 – солеотвалы; 2 – а – водопроницаемые пески, б – слабопроницаемые супеси, суглинки,

глины, алевриты, алевролиты; 3 – границы: а – геологических подразделений, б – между

проницаемыми и непроницаемыми отложениями; 4 – направление потока загрязненных вод:

а – выявленное, б – невыявленное

В исследуемых водах обнаружены Cu, Zn, Pb, Ni, Cd, Co, Mn.

По уровню средних содержаний в водах они образуют ряд Zn > Pb,

Mn > Ni > Cu > Co > Cd, на расстоянии 20–30 км от рудоуправления

ряд несколько иной: Mn > Zn > Pb > Cu > Ni, Co > Cd.

По В. М. Гольдбергу, состояние подземных вод в зоне влияния

калийных комбинатов относится ко II (с негативными изменениями,

С=3–5 С

) и III (кризисное состояние, С 5–10 С

) классам состояния, а

по некоторым химическим элементам – к IV классу (бедственное

состояние, С >10 С

Характер миграции химических элементов, поступающих в

подземные воды в районе ПО «Беларуськалий», свидетельствует о том,

что они могут накапливаться на различных геохимических барьерах (в

том числе и в растениях, организмах животных и человека).

Легкоподвижные и подвижные мигранты проникают в более глубокие

водоносные горизонты (по вертикали загрязнение проникло в

палеогеновые киевский и харьковский водоносные горизонты в районе

4-го РУ) или же на значительные расстояния от очагов загрязнения

(ореол засоления вокруг 4-го РУ распространился на 550 м от

источника загрязнения и вытянулся в юго-восточном направлении).

Элементы, относящиеся к слабоподвижным мигрантам, накапливаются

в очаге загрязнения, образуя повышенные концентрации последних.

Химический состав проб подземных вод из скважин в районе 4-го

РУ существенно отличается от вод грунтовых колодцев. В целом

напорные воды содержат меньшее количество компонентов

загрязнения. В то же время происходят значительные изменения

химического состава подземных вод во времени. Систематические

(режимные) исследования загрязнения вод хозяйственно-питьевого

назначения показали прогрессирующее их загрязнение. Увеличение

содержаний характерно для большинства показателей, в том числе

для калия, натрия, тяжелых металлов. Выявлены резкие различия

степени загрязненности вод колодцев и скважин. Так, средние

содержания химических компонентов в водах колодцев и скважин

составили соответственно: Na – 60,91 и 7,3=мг/л; K – 59,50 и 1,18; Mg

– 20,68 и 13,84; хлоридов – 112,22 и 58,72; сульфатов – 85,4 и 3,04;

нитратов – 84,0 и 0,61 мг/л. Имеются существенные различия и для

содержания тяжелых металлов: Ni – 10,42 и 5,2 мкг/л; Сu – 16,5 и 5,8;

Mn – 45,0 и 32,6; Zn – 111,9 и 62,2; Cd – 5,58 и 3,4 мкг/л.

С начала работы 1-го РУ (1963–1964) по 1989–1990 гг. произошло

изменение качества подземных вод. За 25 лет содержание почти всех

химических элементов возросло в 2–4 раза.

Исходя из того, что запасы калийных солей на Старобинском

месторождении позволят работать 4-му РУ еще около 80 лет, то за этот

период времени в подземные воды может поступить, если не принять

радикальные меры, дополнительно более 100 млн т различных

химических элементов, что приведет к повышению их минерализации

и увеличению площадей загрязнения в направлении потока грунтовых

вод.

Формирование гидрогеохимической обстановки в зонах влияния

солеотвалов, шламохранилищ и рассолосборников определяется

гидрогеологическими особенностями рассматриваемой территории,

климатом, масштабами и способом складирования солеотходов.

Конвективный массоперенос солей является основным видом миграции

солей в подземных водах. Накопление солей в подземных водах

подчиняется закону вертикальной гидрохимической зональности –

более соленые воды располагаются у основания первого от

поверхности сожско-днепровского водоносного горизонта, менее

соленые – в верхней его части. Иногда песчаные «окна» служат путями

миграции засоленных вод в более глубокие горизонты. Над первым от

поверхности водоупором (днепровская морена) формируются ореолы

соленых вод весьма существенного солесодержания (до 98 г/л).

Граница раздела пресных и засоленных вод не обязательно четкая, при

этом продвижение засоленных вод иногда не совпадает с латеральной

фильтрацией пресных. Это явление объясняется различными уклонами

водоупорных пластов, наличием местных зон разгрузки подземных вод

типа погребенных долин, фильтрационной неоднородностью

водовмещающих пород и др. Рассолы на пути движения вытесняют

пресные воды и в силу своей большей плотности постепенно

опускаются к подошве пласта. Сформировавшийся ореол засоления со

временем растекается по подошве пласта.

Степень защищенности подземных вод от загрязнения определяется

наличием и мощностью региональных глинистых и суглинистых толщ.

Выделяются три категории защищенности подземных вод: защищенные,

условно защищенные и незащищенные. Для грунтовых водоносных

горизонтов первая категория определяется наличием в зоне аэрации

суммарной мощности прослоев глин более 10 м, или более 100 м

суглинков, или более 50 м суглинков с прослоями глин общей мощностью

более 5 м; вторая категория – 3–10=м глин, или 30–100 м суглинков, или

более 15 м суглинков с прослоями глин общей мощностью более 1,5 м;

третья категория=– при меньших значениях мощностей глин и суглинков

или их отсутствии.

Для напорных вод первая категория защищенности обусловлена

наличием первого местного водоупора мощностью более 10 м, или

залегающих над ними суглинков мощностью более 30 м, или более 15 м

при наличии глинистых прослоев общей мощностью более 1,5 м; вторая

категория – мощностью первого местного водоупора 3–10 м, или

вышележащих суглинков 30 м, или 15 м при наличии глинистых прослоев

общей мощностью 1,5 м; третья категория соответствует меньшим

значениям водоупорных пород или полному их отсутствию. Исходя из

этого, грунтовые воды, а также напорные, залегающие под первым от

поверхности местным водоупором (отложениями сожской морены),

распространенные на исследуемой территории, отнесены к третьей

категории защищенности.

Таким образом, сожский моренный горизонт не представляет

надежной защиты от поверхностных загрязнений для нижележащего

водоносного комплекса сожско-днепровских водно-ледниковых

отложений.

Грунтовые воды в Солигорском районе распространены повсеместно

и приурочены к болотным, озерно-аллювиальным, флювиогляциальным

и внутриморенным отложениям. Критериями для определения степени

естественной защищенности грунтовых вод, как упоминалось выше,

являются мощность и фильтрационные свойства зоны аэрации.

Маломощная зона аэрации (0–5 м), представленная в основном хорошо

проницаемыми породами, не может защитить от загрязнения грунтовые

воды. Этим обстоятельством объясняется значительный уровень их

загрязнения продуктами деятельности человека. В колодцах,

расположенных в пределах населенных пунктов, содержание нитратов,

калия, кадмия, компонентов микробиологического загрязнения

превышает ПДК в несколько раз.

Наиболее подвержены загрязнению грунтовые воды аллювиальных

отложений, врезы долин, древние долины, где малые мощности зоны

аэрации способствуют активности поверхностного и подземного

стоков, питающих эти воды, одновременно загрязняя их тем, что

собрано с территории водосборов. Установлен факт увеличения

минерализации грунтовых вод от водоразделов к дренам. Загрязнение

увеличивается во время обильных осадков. Во многие реки

производится сброс недостаточно очищенных вод, а во время паводков

создаются условия подпора грунтовых вод и происходит их питание за

счет речных вод. Грунтовые воды озерно-аллювиальных отложений

приурочены к замкнутым понижениям и перекрыты маломощной зоной

аэрации (до 1,5 м), что создает благоприятные условия для боковой и

вертикальной инфильтрации атмосферных осадков и увеличивает

степень незащищенности этих вод.