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

Подождите немного. Документ загружается.

Торфяники, перекрывающие озерно-аллювиальные и

аллювиальные отложения, характеризуются в основном плохими

фильтрационными свойствами, поэтому они в какой-то мере являются

преградой для проникновения загрязнения в грунтовые воды. В

гипсометрическом отношении обводненные флювиогляциальные

отложения занимают более высокое положение по отношению к

вышеописанным горизонтам, литологически они более однородны, а

фильтрационные свойства их достаточно высоки. Очевидно, что

химические компоненты, мигрирующие с подземным стоком,

накапливаются в грунтовых водах, залегающих гипсометрически ниже.

Довольно широко с поверхности развиты слабопроницаемые или же

спорадически хорошо проницаемые сожские моренные отложения.

Приуроченные к ним грунтовые воды перекрыты более глинистой и

мощной зоной аэрации от 3–5 до 10 м и более. В этом случае

проникновение загрязнения в грунтовые воды может быть затруднено.

На единичных участках мощность отложений сожской морены

достигает 30 м и более. В этом случае напорные воды более надежно

защищены от загрязнения. Особый случай представляют напорные

воды сожско-днепровского водоносного комплекса в местах отсутствия

отложений сожской морены (долины рр. Морочь, Случь, Оресса,

Локнея, нижнее течение р. Волка и др.). На этих участках условия

защищенности напорных вод от загрязнения наиболее

неблагоприятные.

Следует также предположить, что загрязнению подвергается

верхняя часть водоносного горизонта, где происходит инфильтрация, с

которой и проникают загрязняющие вещества. С глубиной начинает

преобладать восходящая фильтрация, обусловленная дренирующим

воздействием реки и препятствующая проникновению загрязнения с

поверхности. Из шламохранилищ и солеотвалов путем вертикальной и

частично горизонтальной фильтрации загрязняющие вещества

мигрируют в нижележащие водоносные комплексы. Ореол засоления

вокруг первых трех рудников удален от источников загрязнения на

расстояние 1150 м и вытянут в сторону долин рр. Сивельга и Случь. По

вертикали засоление проникло в водоносный меловой

нижнесеноманский терригенный горизонт. Солеотвалы и

шламохранилища расположены в пределах Брянчицкой палеодолины,

где отсутствуют моренные отложения сожского горизонта, что не

препятствует солевым растворам проникать по разрезу вплоть до

сеноман-туронской меловой толщи.

Прогноз движения фронта загрязненных вод представляет собой

сложную задачу, связанную с решением вопросов в области

гидродинамики, и не поддается точному расчету из-за влияния многих

факторов, таких как объем поступления в пласт насыщенных рассолов,

учет степени разбавления на пути их движения, наличие местных зон

разгрузки и др. Скорость вертикального массопереноса составляет 0,03–

0,05 м/сут, горизонтального – 0,02–0,03 м/сут (10–18 м/год). Вследствие

насыщения проницаемой зоны в пределах размещения источников

загрязнения скорость горизонтальной миграции солей будет расти (до

70–75 м/год). Таким образом, к 2010 г. в горизонтальном направлении

ореол распространения загрязненных вод в районе 1–3-го РУ составит

около 2 км,

а к 2050 – 5 км, т. е. достигнет долин рр. Сивельга и Случь. В районе

4-го РУ ореол загрязнения подземных вод в горизонтальном

направлении к 2010 г. распространится на расстояние 1250 м, а к 2050

– более чем на 4 км, т. е. приблизится к долине р. Оресса.

Площадное распространение ореола засоленных подземных вод

несет в себе угрозу засоления почв при достижении ими территорий с

глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 2 м (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость засоления почв и грунтов от уровня залегания

засоленных подземных вод:

1 – поверхность земли; 2 – направления движения подземных вод; 3 – уровень

залегания засоленных подземных вод; а – почвы, не подверженные засолению

подземными водами; b – сезонное засоление (в засушливый период года), рассоление

атмосферными осадками грунтов и почвенного покрова; с – устойчивое засоление грунтов

и почв в результате капиллярного подъема засоленных подземных вод; d – разгрузка

засоленных

подземных вод в местную гидрографическую сеть

В зависимости от состава грунтов зоны аэрации, влияющей на

уровень капиллярного поднятия и испарения грунтовых вод (для

условий Солигорского района от 1 до 2 м), происходит периодическое

высаливание хлоридных, натриевых солей в пахотно-почвенном слое в

сухие периоды года, аналогично высаливанию солей (белый налет) на

поверхности солеотвалов и шламовых отходов. При выпадении

атмосферных осадков происходит обратный сброс солей через зону

аэрации. Засоление грунтов и почв минерализованными подземными

водами представляет большую опасность вследствие масштабности

явления и малой

эффективности агромелиоративных мер предотвращения такого

засоления. Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов

в почвах гораздо больше, чем в других частях биосферы, а загрязнение

почв, особенно тяжелыми металлами, практически вечно. Металлы, на-

капливающиеся в почвах, медленно удаляются при выщелачивании,

потреблении растениями, эрозии, дефляции. Период полуудаления тя-

желых металлов сильно варьирует (лет): Zn – от 70 до 510, Сd – 13–1100,

Cu – 310–1500, Pb – 740–5900.

При достижении областей разгрузки засоленных подземных вод

начнется нарастающее засоление поверхностных вод в мелиоративных

каналах, берущих начало вблизи шламохранилищ и солеотвалов, в рр.

Рутка, Сивельга, Случь, Солигорском водохранилище и в р. Оресса ниже г.

Любань, что в итоге приведет к изменению солевого состава воды в р.

Припять.

Минерализация воды в Солигорском водохранилище составляет

0,2–0,4 г/л. В воде водохранилища зафиксировано повышенное

содержание сульфатов (33–38 мг/л), хлоридов (30–38 мг/л),

гидрокарбонатов (215–232=мг/л). Максимальные концентрации

загрязняющих веществ составили: азота аммонийного – 1,30 мг/л (3

ПДК), соединений меди – 0,012 мг/л (12 ПДК), никеля – 0,022 мг/л (2

ПДК), фенолов – 0,005 мг/л (5 ПДК), нефтепродуктов – 1,58 мг/л (31

ПДК).

В целом последствия воздействия горнодобывающей

промышленности на поверхностную и подземную гидросферу

следующие. При оседании поверхности происходят:

 заболачивание и подтопление;

 увеличение поверхностного грунтового стока;

 уменьшение зоны аэрации;

 изменение режима грунтовых и поверхностных вод;

 ухудшение качества вод в результате сброса

высокоминерализованных вод.

При понижении зеркала подземных вод истощается горизонт

грунтовых вод вплоть до его исчезновения, понижается уровень воды

на площадях и в скважинах водозаборов.

4.2. ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

МИКАШЕВИЧСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО КАМНЯ

Высокой трансформацией геологической среды отличается район

разработки крупнейшего в Беларуси месторождения строительного камня

«Микашевичи». Месторождение расположено в восточной части

Лунинецкого района Брестской области, в 2 км западнее г. п. Микашевичи в

междуречье Припяти и Случи. Полезным ископаемым служат породы

микашевичского интрузивного комплекса нижнего протерозоя. В настоящее

время размеры карьера составляют 1,5 · 1,3=км, его глубина более 120 м,

проектная мощность предприятия – 7,5 млн м

щебня в год. Дальнейшее

развитие предприятия предусматривает увеличение площади отработки

до 1,7 · 2,5 км и глубины – до 210=м, расчетный срок функционирования

составляет примерно 60 лет.

Добываемое на месторождении полезное ископаемое представлено

диоритами, гранодиоритами, гранитами. Общая площадь в границах

подсчета запасов месторождения составляет 382 га. Кровля

кристаллических пород залегает с большим уклоном в северном

направлении, в связи с чем мощность вскрышных пород увеличивается с

10–15 м у южного борта выработки до 50–60 м у северного. Породы рыхлой

вскрыши представлены песками с примесью супесей, глин и суглинков,

торфом и сильнотрещиноватыми выветрелыми гранитами и диоритами.

В процессе работы предприятия возникают сложные эколого-геоло-

гические ситуации, которые, если не принимать соответствующих мер,

могут привести к необратимым изменениям природных компонентов как на

данной территории, так и в регионе Центрального Полесья в целом.

Проблемы связаны со строительством и разработкой карьера, с

вещественным составом добываемых в карьере пород, а также с

поступлением в карьер подземных минерализованных вод хлоридного

состава. Среди трансформаций геологической среды, определяющих

эколого-геологическую обстановку в районе месторождения, выделяются

следующие:

 =изменения рельефа;

 =нарушения гидрогеологических и гидрологических условий;

 =преобразования состояния и свойств горных пород;

 =нарушения гидро- и геодинамического равновесия в зоне действия

карьера.

В результате многолетней добычи камня образована огромная выемка

глубиной более 120 м. Породы вскрыши складируются в отвалы, высота

которых уже достигает 20 м, общий объем их 3,5 млн т, площадь – около 315

га. Почвенно-растительный слой, используемый в дальнейшем для

рекультивации отработанных участков, снимается и размещается на

свободных непродуктивных площадях. Отвалы образовали крупные

положительные формы рельефа с максимальной высотой 140 м,

отрицательно воздействующие на общую экологическую обстановку.

Значительная техногенная нагрузка возникает в результате

формирования элементов строительной индустрии: создается новая сложная

городская инфраструктура, увеличивается население, расширяются границы

г. п. Микашевичи, осваиваются новые сельскохозяйственные земли,

происходит вырубка лесов, строятся дороги, сооружены канал и речной

порт. Выполнение работ технологического цикла создает сильное шумовое

загрязнение.

Разработка месторождения ведется с постоянным водоотливом,

вызвавшим снижение уровня подземных вод (УПВ) и изменение

водного режима на прилегающих территориях. Значительный по

площади и глубине карьер создает понижение УПВ почти всех

водоносных горизонтов, развитых в геологическом разрезе.

Заболоченное понижение в рельефе существовало и до начала

разработки карьера, к тому же выработкой вскрыты залегающие ниже

водоносные горизонты, в результате чего образована гигантская

воронка депрессии подземных вод. Снижение УПВ влечет за собой

иссушение почвы и грунтов на прилегающей территории, высыхание

лесов, ухудшение использования сельскохозяйственных земель.

Понижение уровня грунтовых вод (УГВ) на 2–8=м привело к

исчезновению (пересыханию) двух малых рек на территории

месторождения. Водопритоки в карьер из подземных вод составляют в

среднем 43,4 тыс. м

/сут, а в периоды ливневых осадков существенно

выше (426,8 тыс. м

/сут). Максимальный карьерный водоотлив, нередко

превышающий 60 тыс. м

/сут, существенным образом изменил

гидродинамические параметры всех водоносных горизонтов, повлек за

собой преобразования химического состава подземных и карьерных

вод и

в целом дестабилизировал гидрогеологические условия района.

В гидрогеологическом отношении месторождение приурочено к

Припятскому гидрогеологическому бассейну и является частью

Микашевичско-Житковичского гидрогеологического района. В

гидрогеологическом разрезе бассейна выделены три зоны

интенсивности водообмена: активного, замедленного и

квазизастойного. Тектонические особенности района месторождения

обусловливают нарушения гидрогеологической зональности в процессе

карьерного водоотлива, так как зоны замедленного и застойного

водообмена вовлекаются в зону активного водообмена.

Обводненность месторождения зависит от водообильности

водоносных горизонтов. Важную роль при этом играют постоянные

водотоки, водохранилища и климатические условия. В разрезе

вскрыши и полезного тела месторождения вскрыты водоносный

комплекс четвертичных отложений, а также водоносные горизонты в

отложениях неогена, палеогена, верхнего девона, верхнего протерозоя

и фундамента (рис. 8).

Рис. 8. Гидрогеологический разрез Микашевичского месторождения строительного камня:

1 – пески; 2 – песчаники; 3 – алевролиты; 4 – глины; 5 – кора выветривания; 6 – кристаллические породы фундамента;

7 – скважина, интервал опробования; 8 – тектонические нарушения

Установлена прямая гидродинамическая связь между всеми

подразделениями гидрогеологического разреза. Между водоносными

отложениями четвертичного и неогенового возраста отсутствуют

значительные по мощности и простиранию прослои водоупорных

пород. Водоносный горизонт пинской свиты верхнего протерозоя на

площади подсчета запасов отсутствует, однако он непосредственно

примыкает к трещиноватым кристаллическим породам.

Грунтовые воды залегают на глубине от поверхности до 2,1 м в

зависимости от рельефа местности. Ведение водоотлива из карьера

существенно изменило естественные условия водоносного горизонта,

образовавшаяся воронка депрессии снизила уровни на расстоянии 1050

м от карьера на 3,5 м (1981 г.). На конец 1998 г. на расстоянии 2 км от

карьера УГВ понизился на 11 м, а на расстоянии 3 км – на 2 м.

Основной водоприток в карьер происходит из рыхлых отложений

вскрыши и кристаллических пород полезной толщи. В зоне разработки

зафиксирован контакт двух водоносных горизонтов с различными

водопроводимостями. Анализ материалов водоотлива из карьера

показал, что водоприток увеличивается за счет ливневых осадков и

талых вод (в 4–8 раз по сравнению с постоянным). Частичное

временное подтопление дна карьера на 5–7 см влияет на соблюдение

технологии отработки и транспортировки полезного ископаемого и

может сказаться на проведении буровзрывных работ. Массовые взрывы

в карьере следует проводить с интервалами 5–7 суток, за это время

ливневые воды должны быть удалены за пределы карьера.

В 6 км восточнее площади отработки, в зоне действия

месторождения, протекает р. Случь. Из других постоянных водотоков

на режим ведения водоотлива из карьера могут оказать влияние р.

Волхва и магистральные мелиоративные каналы Вальчувка и

Ситницкий.

Большое влияние на гидрогеологическую и гидрологическую

обстановку района и непосредственно месторождения в настоящее

время оказывает хвостохранилище, служащее для отстаивания,

осветления и накопления воды перед сбросом в гидросеть, а также при

повторном использовании ее в системе оборотного водоснабжения.

Песчаная обваловка хвостохранилища способствует фильтрации в

водоносный комплекс четвертичных отложений. Количество сточных

вод, сбрасываемых из хвостохранилища, зависит от объема карьерного

водоотлива и при максимальном водоотливе достигает 62 тыс. м

/сут.

Средняя величина сброса составляет 24=тыс. м

/сут.

Карьерные воды загрязнены хлоридами, сульфатами, соединениями

железа, цинка, никеля, меди, свинца. Наличие в них взвешенных

веществ, нефтепродуктов, хрома обусловлено производственной

деятельностью предприятий комплекса ГП «Гранит».

Карьерные воды характеризуются следующим составом (средние

концентрации), мг/л: взвешенные вещества – 26,6 (ПДК 15,0); хлориды

– 2075,4 (ПДК 1800,0); сульфаты – 322,8 (ПДК 370,0); сухой остаток –

3801,0 (ПДК 3400,0); нефтепродукты – 0,97 (ПДК 0,3); железо – 0,86

(ПДК 0,5); цинк – 0,076 (ПДК 0,01); никель – 0,002 (ПДК 0,01); медь –

0,002 (ПДК 0,004). Стоки сбрасываются в хвостохранилище, откуда

попадают в Ситницкий канал. Карьерный водоотлив составляет

основной объем стоков, сбрасываемых в водотоки (остальные

промышленные стоки составляют менее 1 % по отношению к величине

карьерного водоотлива), и поэтому загрязнение хвостохранилища и

соответственно общее загрязнение поверхностных и подземных вод

определяется составом природных вод карьера. Сбрасываемая в

Ситницкий канал вода хвостохранилища по отдельным показателям

качества имеет превышение установленных для спецводопользования

ПДК (по сухому остат-

ку – в 1,1 раза, по содержанию хлоридов – в 1,2 раза). В целом за

период с 1981 г. изменение химического состава карьерных вод по

отдельным элементам и соединениям составило (мг/л): хлоридов –

1831,7–3308,6; сульфатов – 299,5–401,0; сухого остатка – 3070,0–

5923,6; желе-

за – 0,12–3,0; цинка – 0,06–0,168; никеля – 0,02–0,04 (т. е. содержание

химических элементов увеличилось в 1,5–2 раза).

Результатом сброса сточных вод с указанными концентрациями

элементов и соединений явилось загрязнение Ситницкого канала. По

каналу сточные воды поступают в р. Припять, которая является

водотоком рыбохозяйственного значения первой категории.

Таким образом, разработка карьера сопряжена не только с

применением специальной технологии горных работ, но и с

необходимостью проведения мероприятий по водопонижению с

использованием дренажных траншей и скважин, а также с

необходимостью применения открытого принудительного водоотлива.

Важной эколого-геохимической проблемой является снижение нега-

тивного воздействия так называемой «нулевой» фракции (отсева) на

геологическую среду. На конец 1998 г. объем отсева, скопившегося на

площадях ГП «Гранит», составляет 2,3 млн т. Химический состав

преобладающих в разрезе гранитов, диоритов, гранодиоритов и других

пород, добываемых в карьере, помимо основного породообразующего

соединения SiO

(48–78 %), представлен и другими компонентами

(Al

, Fe

, FeO, TiO

, CaO и т. д.). Кроме макроэлементов, в горных

породах содержится большое количество микроэлементов.

Образовавшиеся в присущих большим глубинам физико-химичес-

ких и термобарических условиях устойчивые изоморфные соединения

перемещаются в зону гипергенеза, становятся неустойчивыми и

распадаются. В зоне гипергенеза горные породы подвергаются

комплексному (физическому, химическому и биологическому)

воздействию и образуют продукты выветривания, отличающиеся по

составу от исходных пород. В первую очередь мигрируют

одновалентные (Na

, K

, Li

) и двухвалентные (Ca

, Mg

, Fe

)

катионы, более затруднена миграция трех- и четырехвалентных.

Наиболее крепкими связями в кристаллической решетке и

соответственно механической прочностью обладают соединения

высоковалентных катионов (Si

, W

и др.).

Учитывая преобладающую окислительную обстановку, присущую

почвенным растворам описываемой территории, и миграционную

способность породообразующих химических элементов, можно

предположить накопление в поверхностных отложениях большого

количества Ba, Sr, Zn, Cr, Pb, Zr, Fe, Mn, Ti, Al. Возможно также

активное биогенное накопление Zr, Ba, Mn, Zn, Cu. Таким образом, в

районе действия ГП «Гранит» в результате накопления соединений

металлов в пойменных отложениях, которые являются геохимическими

барьерами, возникают техногенные геохимические аномалии.

В районе исследований развиты преимущественно подзолистые

почвы с характерной окислительной обстановкой среды, которые

отличаются повышенной реакционной способностью к воздействию

техногенных загрязнителей. В итоге степень растворения и поглощения

многих химических элементов повышается и, следовательно,

увеличивается их токсичность. В условиях миграции и накопления

химических элементов значительную роль играет и

геоморфологический фактор – в большинстве типов почв пониженных

элементов рельефа содержание тяжелых металлов возрастает по

сравнению с содержанием последних на приподнятых участках.

Помимо горизонтальной миграции, соединения металлов могут

перемещаться в более глубокие горизонты в процессе вертикальной

инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод, что также