CC BY
46
© П.Ю. Холаноаич, О. К Смирнова, Р.И. Яиенко, 2003
УЛК 553
П.Ю. Холанович, О. К Смирнова, Р.И. Яиенко
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ СУЛЬФИЛСОЛЕРЖАШИХ ВОЛЬФРАМОВЫХ МЕСТОРОЖАЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ТАЕЖНОМЕРЗЛОТНЫХ ЛАНЛШАФТОВ РАСЧЛЕНЕННОГО СРЕАНЕГОРЬЯ*
Одной из глобальных проблем современного общества является рациональное использование природных ресурсов с учетом экологических стандартов и ограничений. Исследование техногенных геологических процессов, вызванных воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека на геологическую среду получает все большую актуальность. Среди различных видов инженерно-хозяйственной деятельности по масштабам и интенсивности воздействия на геологическую среду получили добыча и переработка полезных ископаемых.
На основе разработанных В.Т. Трофимовым, В.А. Королевым, А.С. Герасимовой (1995) методологических положений
классификации техногенных
воздействий на геологическую среду, включающей следующий таксономический ряд: класс
(природа воздействия), тип (характер воздействия), вид (конкретное техногенное влияние источника) - применительно к деятельности горно-обогатительных предприятий цветной металлургии может быть предложена упрощенная классификация техногенных воздействий на геологическую среду (таблица).
Своеобразие техногенных воздействий предприятий цветной металлургии на геологическую среду связано с комплексным составом руд месторождений, в которых большинство главных и сопутствующих полезных и потенциально-токсичных элементов представлено сульфидами. Это предопределило доми-
нирующую роль химического воздействия на окружающую среду. Отсутствие рациональных технологий полного извлечения из комплексных руд полезных компонентов обуславливает накопление потенциально-опасных химических элементов в геологической среде, многовариантный характер воздействия техногенно загрязненной среды на состояние растительного и животного мира, на здоровье человека. При этом наиболее токсичными часто оказываются не главные промышленные, а сопутствующие химические элементы, для миграции которых техногенные геологические среды благоприятны. Разработка рудных месторождений резко меняет ландшафтно-геохимическую обстановку не только не территории промплощадок ГОКов, но и на прилегающей площади. Меняется состав лито-, гидро-, биогеохи-мических потоков, формируются специфические геохимические барьеры. Окончание отработки месторождения не означает возврата к первоначальному состоянию природных геосистем. Актуальным становится изучение возможностей экологической реабилитации техногенно измененных геологических сред, что требует исследования структуры, условий функционирования и динамики формирующихся природно-техногенных систем, возможностей прогноза их развития.
Сульфидсодержащие вольф -рамовые месторождения являются одним из ведущих промышленных типов месторождений
вольфрама, среди которых в России есть крупные и гигантские по запасам, длительно разрабатывающиеся объекты (Джи-да, Тырныауз). За более чем 60летнюю историю эксплуатации сульфидно-вольфрамовых месторождений Джидинского рудного поля здесь сложилась мощная природно-техногенная система со сложной структурой, тесно соприкасающаяся с селитебной зоной г. Закаменска, для которого Джидинский ГОК является градообразующим предприятием.
Структурно-функциональные параметры сформированной природно-техногенной системы, источники и факторы техногенного воздействия, механизмы их влияния на структуру и функции подсистем проявлены здесь достаточно отчетливо и являются типовыми для сульфидсодержащих месторождений, расположенных в мерзлотных таежных ландшафтах расчлененного
среднегорья.
Природно-техногенная система Джидинского ГОКа включает иерархическую совокупность блоков - элементов системы, связаных между собой потоками вещества, энергии и информации. Распределение функций между элементами системы, их отношения определяются сложившейся структурой. Для исследования структуры системы использованы принципы ланд-шафтно-геохимичес-ких исследований, сформулированные А.И. Перельманом, М.А. Глазов-ской, В.А. Алексеенко и другими исследователями. Наиболее
крупные элементы природнотехногенной системы - природная и техногенная подсистемы, различающиеся основными формами движения вещества.
На втором иерархическом уровне для природной подсистемы главным классификационным признаком является интенсивность механической и водной миграции, способы и пути поступления химических элементов в ландшафты. В качестве решающего геохимического фактора рассматривается рельеф: степень расчлененности и энергия
* Исследования выполнены при поддержке РФФИ (проект 01-05-97202-р2001байкал
рельефа, соотношения различных элементов его сопряжения. Это позволяет определить также границы приро дно-техногенной системы, которые проведены по водоразделам основных водотоков.
Для среднегорного со склонами средней крутизны ландшафта природной подсистемы отмечается в целом достаточно высокая интенсивность миграции и водообмена, большая роль гравитационных, водно-
гравитационных и солюфлюк-ционных процессов, интенсивная склоновая эрозия, особенно характерная для слабо задернованных склоновых поверхностей южной экспозиции. Во время обильных дождей относительно увеличивается механический снос вещества, особенно интенсивный вдоль эрозионных промоин и русел временных водотоков. На придолинных подножиях формируются предгорные шлейфы и конуса выноса с накоплением вещества на гумусово-дерновом, литологическом и других барьерах. На задернованных и залесенных тенебарь-ерных склонах северной экспозиции снос вещества осуществляется путем медленного со-лифлюкционного движения отложений. При этом на перегибах склоновых поверхностей отмечается накопление солиф-люкционных отложений.
В элювиальных и трансэлювиальных ландшафтах, занимающих большую часть территории, фоновое содержание химических элементов в почвах зависит от состава почвообразующих пород. Повышенные концентрации рудных элементов в рыхлых отложениях и почвах отмечаются вблизи рудопроявлений W, Мо, РЬ, Нд как результат их естественного рассеяния в природные среды. Ореолы аномальных концентраций смещены в сторону движения материала. На крутых южных склонах и слабо выположенных вершинах с разреженной лесной и травянистой растительностью формируются дерново-лесные литогенные почвы со сжатым вертикальным профилем мощностью, не превышающей 10 см. На северных
склонах под лесом со слаборазвитым травянистым покровом также наблюдается небольшая мощность гумусовых горизонтов. Суммарная мощность их (горизонты А и В) в целом составляет 10-20 см.
В аккумулятивно-элювиальных и трансаккумулятивных ландшафтах, занимающих выпо-ложенные поверхности склонов и придолинные участки, доминирует поступление вещества из ландшафтов, расположенных выше. На них развиты дерноволесные насыщенные и карбонатные почвы с гумусовым горизонтом мощностью до 10-15 см. Транссупе раквальные ландшафты локализованы в долинах рек Джида, Модонкуль, Мыргенше-но. Они занимают наиболее низкое гипсометрическое положение и небольшую площадь. Химические элементы в эти ландшафты могут поступать не только из вышерасположенных ландшафтов, но и из аквальных объектов (реки, грунтовые воды).
Речные и подземные воды природной подсистемы имеют гидрокарбонатно-кальциево-магниевый состав с общей минерализацией, не превышающей 0.1-0.2 г/л, рН около 7. Они, так же как и донные отложения поверхностных водотоков, не содержат вредных примесей.
Техногенная подсистема, сложившаяся в результате промышленной деятельности Джидинского ГОКа, включает в себя: сближенные массивы ме-
сторождений комплексных молибденовых и вольфрамовых руд с разрабатывавшими их рудниками (Первомайским. Ин-курским, Холтосонским) и золото-вольфрамовые россыпи (Ивановская. Гуджирская, Мыр-геншено, Холтосонская, Инкур-ская. Барун-Нарынская и др.); транспортные магистрали для перевозки добытой руды на обогатительные фабрики (рельсовая узкоколейная, подвесная канатная и автомобильные дороги); обогатительные фабрики; их промышленные отходы -техногенные месторождения; селитебную территорию г. За-каменска с приусадебными и
дачными участками, сенокосами.
Штокверковое молибденовое Первомайское и сульфидновольфрамовое Инкурское месторождения отрабатывались карьерами. В результате создана система отвалов, где складированы сульфидизированные породы вскрыши и забалансовые руды с некондиционным содержанием металлов. На территории, занятой карьерами и отвалами Первомайского и Инкур-ского рудника, площадью более 2 км2 полностью уничтожен первоначальный ландшафт. Холтосон-ское жильное сульфидновольфрамовое месторождение до глубины 400 м от поверхности вскрыто разведочными, подготовительными, эксплуатационными выработками. На поверхности рудника площадью 5,8 км2 отмечаются провалы по отработанным участкам жил, штольне-вые отвалы сульфидизирован-ных пород с некондиционным содержанием металлов. В округе рудников территория горного отвода площадью 14 км2 вскрыта сетью разведочных канав, шурфов, буровых скважин.
Таким образом, поверхность площадью 22 км2, включающая рудники и прилегающую к ним территорию, нарушена в разной степени горными работами. При проходке горных выработок уже на стадии разведки разрушается растительный покров, изменяются условия стока вод, активизируются эрозионные процессы, увеличивается возможность контакта рудных минералов с воздухом. Г орная масса, извлеченная из природного равновесия в отвалы канав, штолен, карьеров, попадает в поверхностные условия. Это обусловливает существенные изменения механических и минералогических свойств, что способствует увеличению аэри-руемости и водопроницаемости отвального массива. На его поверхности не формируется растительный покров. В результате усиливаются физическое и химическое сернокислотное выветривание, что приводит к увеличению дезинтеграции обломков, высвобождению рудных
минералов, возрастанию скорости окисления сульфидов и скорости растворения продуктов выветривания. Формируются кислые сточные воды в карьерном озере Первомайского карьера, нижние горизонты которого находятся ниже уровня грунтовых вод, а также в р.р. Гуджирка, Инкур, Модонкуль, промывающих отвалы и вбирающих шахтные воды штолен рудника Холтосон.
Золото-вольфрамовые россыпи отмечены в долинах большинства рек и ручьев, стекающих с водоразделов, на которых расположены коренные комплексные месторождения Мо, W и рудопроявления золота. Большинство россыпей отрабатывались с 1883 г. После некоторого перерыва эксплуатация их возобновилась с начала 90-х годов старательскими артелями. Сопровождающие отработку планировка местности для объектов работ, проходка тяжелых и легких горных выработок, дорог, устройство отвалов, накопительных прудов, отстойников, проводка водоводов, пульпопроводов и др. обусловили уничтожение почвенного покрова, изменение горного рельефа местности, загрязнение почвенных растворов, подземных и поверхностных вод. В них отмечается увеличение содержания химических веществ, используемых при бурении скважин, добыче и концентрировании песков (добавки к буровым растворам, взрывчатые вещества, ртуть, цианиды и др.), а также компонентов россыпей, подвергающихся переработке (С^ РЬ, Р, Ве, Си, Мо, Дб, N1, Со, Ъп). Наличие в районе фрагментов площадной мел-палеогеновой коры выветривания, запруд, образовавшихся в результате излияния базальтов в долину р. Джиды, обусловили повышенное содержание илов и глин в приплотиковых фациях речных долин, в том числе в золотоносных пластах, сформированных с участием материала кор выветривания. При разработке россыпей илистые и глинистые фракции попадают в речную воду, значительно по-
вышая ее мутность и минерализацию, заиливая ближайшие почвогрунты. Извлечение из полиминеральных россыпей Джидинского рудного поля только золота приводит к тому, что остальные минералы попадают в складируемые отвалы в составе рыхлых, хорошо перемешанных отложений. При фильтрации через них атмосферных осадков часть минералов растворяется, загрязняя почвенные растворы, поверхностные воды. Почвы, которые в ненарушенном состоянии являются естественным геохимическим барьером, перемешиваются с торфами и песками при вскрытии пласта и перестают выполнять свою санитарную функцию.
Руды коренных месторождений комплексные (Рудные месторождения, 1995). Руды отработанной части Первомайского штокверка, помимо Мо (0,1-0,15 %), содержат в среднем (%): 0,018 ВеО, 0,031 W2O3, 0,024 Си, 0,038 Ъп, 0,04 РЬ. Руды Ин-курского и Холтосонского месторождения близки по минеральному составу, помимо основного компонента W отмечены (%): 0,02-0,56 РЬ, 0,04-0,38 Ъп, 0,03-0,17 Си, 0,003-0,01В1, 0,02-0,05 Ве, 4,2-7,6 Р, до 175 г/т Ад, до 4 г/т Аи. В рудах всех месторождений, кроме того, фиксируются повышенные концентрации С^ Нд, Со, N1, Сг -элементов 1-го и 2 -го классов опасности. Все компоненты руд в несколько меньших концентрациях присутствуют в отвалах сульфидизированных пород и активно участвуют в процессах миграции и концентрирования на геохимических барьерах в геологической среде.
Руды штокверковых месторождений после первичного дробления на территории рудников транспортировались на обогатительные фабрики сначала по рельсовой узкоколейной дороге, позже по построенной в створе с ней подвесной канатной дороге. Руды жильного Холтосонского месторождения транспортировались из откаточных штолен на фабрику по автомобильным дорогам. Пути транспортировки выделяются
контрастными потоками рассеяния руд.
За время работы ГОКа создано два хвостохранилища. Первое - насыпное, сформировано самотечным методом, непосредственно примыкает к промплощадке обогатительных фабрик и к городской застройке г. Закаменска. В юговосточной его части находится спецотвал сульфидного пром-продукта. Заполнение его производилось с 1941 по 1958 гг. Хвостохранилище, называемое также Джидинским месторождением лежалых техногенных песков (Ходанович, 1999), представляет собой линзовидную залежь площадью 660х300 м, средней мощностью 10,6 м. Второе хвостохранилище - гидроотвал, расположено в устье р. Барун-Нарын. Заполнение его начато в 1958 г., прекращено в 1997 г. в связи с прекращением деятельности Джидинского ГОКа. Транспортировка хвостов обогащения в гидроотвал производилась совместно с сульфидным продуктом по пульпопроводу, имеется система оборотного водоснабжения. Хвостохранилище имеет в плане форму равностороннего треугольника, основанием которого служит насыпная плотина, имеющая высоту около 22 м, протяженность - 950 м. Протяженность гидроотвала вверх по долине р. Барун-Нарын - 1700 м. В настоящее время в юговосточной его части сохранился остаток пруда - накопителя.
Оба хвостохранилища сложены несцементированным плохоотсортированным кварцевым песком с примесью обломков зерен полевых шпатов, амфибола, эпидота, более редких флюорита, сульфидов, гюбне-рита, шеелита, берилла. Сульфидный спецотвал представлен пиритовой сыпучкой с примесью зерен сфалерита, галенита, халькопирита, блеклых руд, гюбнери-та, шеелита, сложных сульфосолей В1 и Ад, а также редких тел-луридов Аи и Ад.
На поверхности хвостохрани-лищ отсутствует почвеннорастительный покров. Она расчленена мелкими бороздками
струйчатого размыва, узкими оврагами с крутыми тальвегами, водороинами, что свидетельствует об активных склоновых процессах, сопряженных с линейной флювиальной эрозией. Насыпная дамба гидроотвала также разрушается под влиянием временных водотоков, образующих в сторону р. Модонкуль конуса выноса, небольшие оползни. На поверхности хво-стохранилищ отмечаются специфические дефляционные формы: замкнутые понижения и западины выдувания, поперечные преобладающим северозападным и юго-восточным ветрам, небольшие барханные гряды, бугры. Это особенно характерно для хранилища лежалых хвостов, в приповерхностном слое которого глубиной сантиметры - первые десятки сантиметров отмечается резкое уменьшение количества пылеватых частиц, обогащение крупнозернистой и щебнистой составляющими в результате смыва и выдувания мелких частиц.
Плоскостной смыв материала с поверхности хранилища лежалых хвостов под воздействием неруслового склонового стока дождевых и талых вод направлен к руслу р. Модонкуль в З и СЗ направлении и проходит транзитом через большую часть территории г. Закаменска. Линейный снос песка временными поверхностными водотоками направляется насыпными дамбами и канавой по восточной окраине города на север, в сторону р. Модонкуль. Для дамб использовался материал хвостохранилища. Дамбы и канавы служили также для сбора аварийных сбросов отходов обогащения, транспортировавшихся в гидроотвал по находящемуся гипсометрически выше пульпопроводу.
Наиболее значительной эрозии подверглось хранилище лежалых хвостов обогащения в связи с длительным сроком его существования (58 лет), учитывая время его функционирования до и после консервации по настоящее время. В результате сформировался шлейф переот-ложенных песков, имеющий
сложную в плане конфигурацию, протягивающийся до р. Джиды в целом на 7,5 км. В его пределах можно выделить про-лювиально-аллювиальную, шириной от 50 до 500 м, и дельтовую части. Последняя, называемая Модонкульским месторождением техногенных песков (Ходанович, 1999), сформирована в устье р. Модонкуль, имеет в плане вытянутую на СВ форму, площадь 1х2,5 км, максимальную мощность 2 м. Поверхность ее неровная, отмечаются невысокие валы и понижения, часто заполненные водой.
Материал шлейфа несцемен-тирован, в разрезе его отмечается переслаивание песчаных и песчано-глинистых, глинистых слоев. В целом в направлении сноса материала отмечается уменьшение зернистости песков, улучшение их сортировки. Глинистые и песчано-глинистые прослои обогащены сульфидами, гюбнеритом, шеелитом. Дельтовая часть шлейфа, сложенная, в основном, мелкозернистыми песками, имеет в разрезе тонкую ритмичную, подобную ленточной слоистость, отражающую периодические
крупные разливы воды в дельте. Слойки мощностью до 2 мм, обогащенные глиной, густо насыщены сульфидами, содержат повышенные концентрации гюб-нерита и шеелита.
Для материала обоих хвосто-хранилищ характерны высокие содержания токсичных компонентов, наследующие их концентрации в исходных рудах. Так, для залежи наиболее изученных лежалых песков, по данным анализа керновых проб, отмечаются следующие содержания элементов в среднем (вес. %): 0,002 С^ 0,12 РЬ, 1,54 Р (1-ый класс опасности); 0,02 Сг, 0,002 N1, 0,001 Со, 0,01 Мо, 0,04 Си, 0,001 БЬ (2-ой класс опасности); 0,11 Мп, 0,14 W, 0,07 Бг, 0,02 Ва, 0,005 V (3-ий класс опасности); 0,08 Ъп,
0,003 Ве и др. (потенциально опасные). В пылевой фракции (-0,07 мм) концентрации токсичных элементов выше в 2-5 раз. Для шлейфа переотложен-
ных песков также характерны высокие концентрации этих элементов. Отмечается уменьшение их содержаний по мере увеличения дальности переноса. В песках гидроотвала заметна дифференциация по поверхности и в разрезе концентраций названных элементов - они уменьшаются в ЮВ направлении и на глубину от места сброса пульпы вдоль дамбы.
Литологические и физикомеханические свойства техногенных песков способствуют интенсивному рассеянию их материала, особенно тонких и мелких фракций, загрязнению окружающей природы. Основными процессами при этом являются: ветровой разнос, охватывающий наиболее обширную территорию; плоскостной смыв и линейная эрозия, особенно интенсивные в весенние и летние паводки; аллювиальный снос рекой Модонкуль переот-ложенного материала; антропогенное рассеяние, заключающееся в эпизодическом использовании песков для отсыпки дорог, детских площадок, в строительстве и др. Переносу сульфидов водами на значительное расстояние (7,5 км и более) способствует сохранившаяся на поверхности зерен пленка фло-тореагентов. В разрезе и окрестностях лежалых песков отмечено отчетливое перераспределение С. Высокие его концентрации (до 29 г/т) характерны для приплотиковой части залежи и погребенного почвенного покрова как результат концентрирования С на восстановительном барьере.
По результатам экологогеохимического картирования почв на всей площади выделяется комплексный геохимический ореол высоких содержаний элементов 1-го, 2-го и 3-го класса опасности и потенциально опасных: С^ РЬ, Сг, N1, Со, Си, Мо, БЬ, Мп, W, Бг, V, Ве, Ад, В1. Контрастность аномалий этих элементов усиливается в направлении хвостохранилищ, свидетельствуя о том, что последние являются основным источником загрязнения. Зона загрязнения почв названными
элементами с суммарным коэффициентом их концентрации 32 - > 128 охватывает более половины площади г. Закаменска. Экологическая ситуация на этой территории оценивается как чрезвычайная, опасная и высокоопасная для здоровья человека. Площади сильного и очень сильного загрязнения включают оба хвостохранилища и шлейф снесенных песков.
Результаты опробования снегового покрова свидетельствуют о том, что воздух загрязняется также техногенными песками. Ореол повышенной общей минерализации снеговых вод, достигающий в отдельных пробах 12-160 мг/л, в целом совпадает с ореолом загрязнения почв. В ионном составе снеговых вод повсеместно присутствует сульфат-ион. В составе твердого остатка вод присутствуют химические элементы хвостов: РЬ, Си, Мо, Ъп, Ад, В1.
Воды карьерного озера Первомайского рудника и шахтные воды рудника Холтосон имеют
pH от 1,7 до 3,2. Содержание сульфат-иона в них превышает ПДК от 2 до 7,5 раз. Содержание в них высокотоксичных элементов превышает ПДК: по Ъп от 1,5 до 200 раз, Cd - от 191 до 472 раз, Дб - до 10,8 раза, Р - до 1,5 раз, Си - от 17 до 2000 раз, Сг - от 160 до 447 раз, N1 -до 51 раза.
Загрязнение природных сред отразилось на составе поверхностных вод территории рудников и хвостохранилищ (рр. Ин-кур, Барун-Нарын, Мыргеншено, нижнее течение р. Модонкуль). Они характеризуются pH менее 6, содержание сульфат-иона в них превышает ПДК от 1,5 до 7,9 раз. Содержание взвешенных веществ, Дб, Cd, Р, А1, Сг, Мд, Ре, Си, Ъп превышает ПДК от 2 до 170 раз. По данным опробования донных отложений в этих реках установлены контрастные потоки рассеяния Мо, W, Си, Ве, Ь1, В1, РЬ, Ъп, Ад, Сг, V.
Рассмотрение свойств и процессов сопряженных подсистем разных ступеней иерар-
хии Джидинской природнотехногенной системы позволяет сделать вывод, что при общей чувствительности горных ландшафтов к техногенному воздействию наибольшему изменению подвержены ландшафты речных долин. Здесь концентрируются миграционные потоки вещества большинства техногенных подсистем, обусловившие устойчивые отрицательные а также необратимые изменения природных сред. Наибольшую экологическую опасность представляют собой хранилища отходов обогатительного передела ГОКа -конечный продукт промышленного технологического процесса, вобравший в себя наибольшую энергию техногенеза, а также рудничные воды. Наиболее приемлемым вариантом предотвращения угрозы распространения экологического бедствия является переработка техногенных песков с доизвле-чением полезных компонентов и утилизацией алюмосиликатной основы.
1. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 272 с.
2. Рудные месторождения Забайкалья / Коллектив авторов. Под ред. акад. НПЛаверова. - М.: Гео-информмарк, 1995. - Т. 1, кн. 1. - 192 с.
3. Трофимов В. Т., Королев В.А., Герасимова А.С. Классификация техногенных воздействий на геологическую среду // Геоэкология. 1995, № 6.
----------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Ходанович П.Ю. Лежалые отходы обогащения Джидинского вольфрамо-молибденового комбината как комплексные техногенные месторождения // Состояние и перспективы развития минеральносырьевого и горнодобывающего комплекса Республики Бурятия. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1999.- С. 142-151.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ходанович П.Ю, Смирнова О.К., Яценко Р.И. - Геологический институт СО РАН, Бурятский государственный университет, г. Улан-Удэ.
