Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология

Подождите немного. Документ загружается.

каолина и бентонита: она ниже мировой и составляет

7-15

лет. Геологические за-

пасы галита (поваренной соли) в России практически неисчерпаемые.

Следует обратить особое внимание на природное минеральное сырье, исполь-

зуемое при решении задач охраны окружающей среды. Это минералы группы цео-

литов, одна из

разновидностей

которых - клиноптилолит известен как прекрасный

ионообменник и адсорбент. Его применение в ряде промышленных отраслей и

сельском хозяйстве возможно для оздоровления окружающей среды. Клиноптило-

лит успешно применяется не только для очистки промышленных стоков и ядови-

тых газов, но и для очистки загрязненных водоемов, мест нерестилищ рыб, сор-

бции тяжелых металлов из выхлопных газов автомобилей. В России крупнейшие

месторождения цеолитов известны на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири.

Среди неметаллических полезных ископаемых в отдельную группу можно

выделить минеральное строительное сырье, включающее щебень, гравий, песок

и др Литературных данных о мировой обеспеченности минеральным строитель-

ным сырьем пока не обнаружено. В России потребность в нерудном строительном

сырье во многих регионах удовлетворяется не полностью. Плохо обеспечены щеб-

нем Центральный, Центрально-Черноземный, Волго-Вятский, Западно-Сибир-

ский регионы и другие. В целом потребность страны в цементе удовлетворена; од-

нако его не хватает потребителям в Центральном и Западно-Сибирском экономи-

ческих районах.

Подземные воды как ресурс литосферы, необходимый для функционирова-

ния и развития человеческого общества, переоценить трудно. Это и водоемкие

технологии, и источники энергии, и поливное земледелие, и оазисы как центры

древних цивилизаций в аридных зонах планеты. Их преимуществом как ресурса

по сравнению с поверхностными водами является то, что при наличии регулиру-

ющей емкости они не испытывают существенных сезонных и многолетних коле-

баний (в природных условиях).

Обеспеченность ресурсами подземных вод в целом по России достаточно вы-

сокая. В связи с особой важностью рассмотрим несколько подробнее обеспечен-

ность пресными, минеральными, термальными и промышленными водами.

Пресные подземные воды. В соответствии с ГОСТом 2874-82 к ним относятся

подземные воды с сухим остатком до 1 г/дм

(в некоторых случаях - до 1,5 г/дм

При расчетах обеспеченности ресурсами подземных вод учитываются невостре-

бованные запасы подземных вод, срабатываемые в течение 50 лет. Таким образом,

если допустить, что в течение последующих 50 лет общий отбор подземных вод

увеличится в два раза и составит примерно

35-40

км

/год,

то можно предположить,

что общие эксплутационные ресурсы подземных вод России, составляющие около

230

км

/год,

в результате отбора

невосполняемых

запасов уменьшатся, по Л.С.Яз-

вину (1996), примерно на 15-20

км

/год.

Несомненно, что основной объем пресных подземных вод расходуется на пи-

тьевое водоснабжение. Однако определенная доля пресных подземных вод тратит-

ся на технические нужды, орошение пахотных земель и поливы пастбищ. Пред-

ставление об объемах пресных подземных вод, расходуемых на эти нужды, дает

102

график (рис. 12), построенный по данным

Л.С.Язвина

И.С.Зекцера

для основ-

ных экономических районов России по состоянию на 1 января

1992

г.

Кроме того,

этот рисунок дает представление о неоправданных потерях этого ценного ресурса.

Особенно выделяется по этому показателю Уральский район.

К минеральным лечебным подземным водам относятся подземные воды с вы-

сокой минерализацией, оказывающие на организм человека лечебное воздействие.

Их распространение показано на рис. 13.

Прогнозные и эксплутационные ресурсы подземных минеральных вод характе-

ризуют общую обеспеченность территории бывшего СССР. После распада СССР

наибольшей обеспеченностью минеральными водами, готовыми к промышленному

освоению, характеризуются Северо-Кавказский район России, Грузия и Украина.

К термальным водам относятся подземные воды, приуроченные к естествен-

ным коллекторам геотермальной энергии и представленные природными тепло-

103

носителями (водой, паром и пароводя-

ными смесями). Принимая во внима-

ние истощаемость традиционных ви-

дов энергоресурсов (нефть и газ), ряд

зарубежных экспертов предсказывает

до конца текущего столетия возраста-

ние почти в два раза масштабов ис-

пользования геотермальной энергии.

Для практического использования

термальные воды подразделяются на

несколько классов: низкопотенциаль-

ные (с температурой нагрева 20-

100°С)

используются для теплотехни-

ческих нужд, среднепотенциальные

(100-150°С)

- для теплоснабжения,

высокопотенциальные (более

150°С)-

для выработки электроэнергии. Тер-

мальные воды с более высокой темпе-

ратурой (150-350°С) из-за техниче-

ских трудностей обращения с ними

пока не нашли своего применения.

Обеспеченность России запаса-

ми термальных вод очень высокая.

Из общего количества глубинного

тепла, выделяемого термальными

источниками в атмосферу, 86% при-

ходится на Курило-Камчатскую об-

ласть, около 7% - на область Байка-

льского рифта и лишь 8% - на все

остальные мобильные области кон-

тинентальной коры.

Экологические аспекты освоения

геотермальных ресурсов связаны с ве-

роятностью теплового и химического

загрязнения поверхностных слоев ли-

тосферы, так как термальные воды,

помимо высокой температуры, харак-

теризуются также повышенной мине-

рализацией. Во избежание этого за-

грязнения разработана технология эк-

сплуатации водоносных горизонтов

с обратной закачкой в них использо-

ванных термальных вод.

105

К промышленным водам относятся высокоминерализованные подземные во-

ды глубоких

(1500-3000

м) водоносных горизонтов. Из них в промышленных мас-

штабах получают такие элементы, как натрий, хлор, бор, йод, бром, литий или их

соединения (например, поваренную соль). Интерес к промышленному использо-

ванию вод глубоких водоносных горизонтов в качестве минерального сырья опре-

деляется расширением потребности в редких элементах в различных отраслях хо-

зяйственной деятельности и истощением традиционного рудного сырья. В мире

добывается из промышленных вод 90% от общей добычи брома, 85% - йода, 30% -

поваренной соли, сульфида натрия, лития, 25% - магния, брома и т.д.

Обеспеченность России подземными промышленными водами достаточно

высокая. Они, как правило, приурочены к глубоким частям крупных артезианских

бассейнов.

С.С.Бондаренко

и др. (1988) выделены весьма перспективные на йод

и бром районы в пределах Восточно-Европейской, Западно-Сибирской и Сибир-

ской платформенных областей.

Экологические аспекты разработки промышленных вод связаны с проблемой

утилизации отработанных вод и вероятностью загрязнения вмещающих пород

и дневной поверхности в процессе их добычи и переработки.

Анализ мировой обеспеченности человеческого общества невозобновляемы-

ми минеральными ресурсами позволяет сделать ряд выводов с эколого-геологиче-

ских позиций:

1. Разведанные минеральные ресурсы на Земле ограничены, особенно в верх-

них наиболее удобных для промышленной добычи слоях литосферы, и требуют

постоянного контроля за их использованием с акцентом

на

лимитированный уро-

вень потребления.

2. Степень обеспеченности отдельными видами минеральных ресурсов не-

одинаковая, что может иметь глубокие экологические последствия. По степени

обеспеченности невозобновляемые минеральные ресурсы можно подразделить на

три категории (рис. 14). К категории остро дефицитных относятся минеральные

ресурсы, период обеспеченности которых рассчитан на ближайшие

10-20

лет и за-

пасы которых могут быть исчерпаны при жизни настоящего и следующего челове-

ческих поколений. К ним относятся золото, свинец, кобальт, цинк, олово и алмазы.

Следующая категория охватывает минеральные ресурсы, обеспеченность которы-

ми рассчитана на наступившее столетие. Это нефть, молибден, асбест, медь газ,

титан, вольфрам и ванадий. Третью категорию составляют минеральные ресурсы

условно ограниченные -их запасы условно можно считать пока "практически нео-

граниченными", поскольку при современном уровне потребления их хватит еще

не на одно человеческое поколение, а во времени на несколько сотен лет. Эта кате-

гория включает каменную и калийную соли, марганец, железо, фосфаты, хром,

уран, уголь, алюминий и другие полезные ископаемые.

3. Обеспеченность минеральными ресурсами — динамичный показатель, ме-

няющийся во времени. Чем дефицитнее становится минеральное сырье, тем боль-

ше внимания уделяется его поискам и разведке. В сферу геологических изысканий

вовлекаются все более глубокие слои литосферы и площади шельфа Мирового

106

океана, где открываются новые месторождения дефицитного сырья. Поэтому для

знания современной ситуации и принятия управляющих решений необходим на-

циональный комплексный эколого-геологический мониторинг минеральных ре-

сурсов верхних слоев литосферы.

4. Степень обеспеченности минеральными ресурсами должна осуществлять-

ся с учетом созданных так называемых техногенных месторождений полезных ис-

копаемых и возможностями применения более совершенных технологий по их из-

влечению из породных отвалов, шламохранилищ и отстойников.

5. В целом систему и механизм оценки остаточных запасов минеральных ре-

сурсов можно считать разработанными как в теоретическом, так и практическом

отношении. Вся проблема - в необходимости приоритета их экологической оцен-

ки, а потом уже экономической. А самое главное - необходимость обязательного

использования эколого-геологических оценок при принятии управляющих реше-

ний на уровне государственных, законодательных и исполнительных органов.

Требуется хорошо продуманная стратегия (программа) использования минераль-

ных ресурсов на государственном уровне, учитывающая не только конъюнктуру

сегодняшнего дня, но и возможность социального развития последующих поколе-

ний. Эта задача не геологическая, и мы ее только обозначили. Эколого-геологиче-

ское обоснование для ее решения может быть обеспечено на основе уже выпол-

ненных геологических исследований.

О минеральных ресурсах техногенных месторождений

Неоспоримость положения о скором исчерпании отдельных видов природных

минеральных ресурсов и необходимость новых крупных капиталовложений

в освоение новых месторождений ставят вопрос о целесообразности использова-

ния сырья техногенных месторождений. Обычно под техногенным минеральным

сырьем понимаются отвалы вскрышных и вмещающих пород отработанных мес-

торождений, а также хвостохранилища горно-обогатительных фабрик, где концен-

трация компонентов основной добычи, а также попутных полезных соединений

меньше, чем в разрабатываемых промышленных пластах. Тем не менее, эти ком-

поненты могут быть извлечены с применением новейших технологий. Ежегодно,

по Е.С.Туманову и др. (1991), на земной поверхности накапливается техногенная

масса, содержащая железа 350 млн т, фосфора - 7,4, меди - 5,7, свинца

2,8, бария -

2,5 млн т, урана - 230

тыс.

т, мышьяка -

190,

ртути - 7,9 тыс. т.

Обоснование необходимости использования сырья техногенных месторожде-

ний - это еще один аспект экологической геологии. Утилизация отвалов вскрыш-

ных пород позволяет сокращать их площади и тем самым экономить ресурс геоло-

гического пространства, а извлечение полезных компонентов из хвостохранилищ,

кроме экономической выгоды, способствует очищению поверхностной части ли-

тосферы от вредных для здоровья биоты примесей; особенно это касается тяже-

лых металлов и радиоактивных элементов.

Остро стоит проблема вторичной переработки техногенных масс на крупней-

ших месторождениях ныне дефицитных руд, например, медно-молибденовых.

108

Это обусловлено не только дефицитом меди и молибдена в мире, но также ухудше-

нием качества сырья, вовлекаемого в переработку. С середины шестидесятых го-

дов содержание меди и молибдена в пластах, считающихся промышленными, сни-

зилось вдвое. По прогнозным оценкам, разработка техногенных месторождений

позволила бы на 15-20% расширить сырьевую базу горно-металлургической,

угольной и горно-химической отраслей промышленности. Для производства раз-

личных строительных материалов возможна утилизация до 30% извлеченных

из недр вскрышных и вмещающих пород, а также отходов их обогащения. Однако

фактическое их использование не превышает 4%.

В качестве месторождений техногенного сырья следует также рассматривать

полигоны захоронения радиоактивных отходов. При более высоком уровне разви-

тия технологий они могут служить источником добычи радиоактивных элементов.

В России, по данным Н.П.Лаверова и др.

(1994),

в глубоких горизонтах захоронено

50 млн м

жидких радиоактивных отходов.

С некоторой долей приближения в качестве техногенных месторождений

можно рассматривать полигоны складирования твердых бытовых отходов с целью

добычи метана, свинца, железа, стекла и других компонентов. Особо важное зна-

чение при разработке техногенных месторождений приобретают условия склади-

рования и длительность хранения сырья. Из-за совместного складирования раз-

личных по составу и свойствам пород и бытовых отходов, изменения во времени

их качества, гравитационной дифференциации и сегментации (особенно на хвос-

тохранилищах), их перемешивания первоначальное качество материала суще-

ственно меняется и затрудняет извлечение полезных компонентов.

5.4. Ресурсы геологического пространства*

Определение и структура ресурсов

геологического пространства

Под ресурсом геологического пространства подразумевается геологическое

пространство, необходимое для расселения

существования биоты, в том числе

для жизни

деятельности человека. В общей систематике экологических функ-

ций литосферы (см. рис. 3) структура ресурсов геологического пространства

включает: место обитания биоты, место расселения человека, вместилище назем-

ных и подземных сооружений, место захоронения и складирования отходов, вклю-

чая высокотоксичные и радиоактивные.

Иной подход к структурированию ресурсов геологического пространства от-

ражен на рис.

15.

В нем реализован подход, позволяющий рассматривать литосфе-

ру и в качестве места обитания и расселения разнообразных представителей фло-

* При участии Т.В.Андреевой, Л.А.Цукановой и

Н.Д.Хачинской.

109

ры и фауны, включая человека как биологический вид, и в качестве пространства,

активно осваиваемого человечеством как социальной структурой.

С точки зрения расселения биологических видов, включая человека, ресурс-

ная роль литосферы достаточно очевидна и при умеренном техногенном воздей-

ствии подчиняется закономерностям, относящимся скорее к области биологии

(при расселении человека - к области истории), нежели геологии. В случае ин-

тенсивного освоения территории (урбанизация, гидротехническое и мелиора-

тивное строительство, добыча и переработка полезных ископаемых, сельскохо-

зяйственное освоение и т.д.) вследствие нарушения природного равновесия про-

исходит активное перерасселение и количественное и качественное изменение

биоты. Именно в этом аспекте наиболее отчетливо проявляется взаимосвязь ре-

сурсной функции литосферы с остальными экологическими функциями, так как

в большинстве случаев изменение геохимических, геофизических или геодина-

мических свойств литосферы неизбежно приводит к существенному изменению

ресурса геологического пространства для расселения того или иного биологиче-

ского вида, в том числе человека. Иногда техногенная нагрузка, особенно в ава-

рийных ситуациях, изменяет ресурс территории настолько, что даже человек -

один из наиболее приспособленных биологических видов и, в силу своей техни-

ческой оснащенности, имеющий возможность проживать в чрезвычайно разно-

образных и весьма контрастных обстановках, бывает вынужден изъять эти тер-

ритории из активного освоения и ограничить или совсем исключить проживание

110