CC BY
22
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
2004 СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА Вып. 19
V. ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 550.46:556.314
A.A. Власова, О.М. Гуман, A.B. Захаров
ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СОЕДИНЕНИЯМИ ГРУППЫ АЗОТА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ НЕРУДНОГО СЫРЬЯ
Азот - элемент с переменной валентностью. В геохимических образованиях его валентность может приобретать значения -3, 0, +1, +2» +3, +5. Это определяет многообразие его вероятных форм в подземных водах. В растворенном сосюянии азот может находиться в подземных водах в виде различных газов (NHj, N2, N2O, NO, NO», N2O3), анионов азотной (NOj") и азотистой (N02*) кислот, катиона NH«* [1].
Рассмотрим загрязнение подземных вод соединениями азота на примере Баженовского месторождения хризотил-асбеста. Карьерная выемка Баженовского месторождения хризотил-асбеста расположена преимущественно в пределах водоносного комплекса зон трещиноватости интрузивных и метаморфических пород ультраосновного состава, имеющего достаточно низкую водообильность. Центральная часть карьера на западе частично дренирует подземные воды водоносного комплекса зон трещиноватости интрузивных пород основного состава, а на востоке - подземные воды водоносного комплекса зон трещиноватости интрузивных пород кислого состава, повсеместно -водоносный комплекс рыхлых покровных отложений [2, 4].
Подземные воды района Баженовского месторождения относятся к категории незащищенных от возможности поверхностного загрязнения ввиду малой мощности покровных рыхлых отложений и натичия в пределах рассматриваемой территории естественных и искусственных обнажений коренных водовмещающих пород.
В связи с интенсивным освскнием территории (разработка месторождения, наличие обогатительных фабрик, завода по изготовлению взрывчатых веществ и многих других промышленных предприятий) состав подземных вод изменяется, причём основными макрокомпонентам и, загрязняющими подземную гидросферу, являются соединения азота.
В качестве источников поступления соединений группы азота в дренажные воды карьера могут быть:
• атмосферные осадки;
• утечки из городских канализационных сетей и водопроводных коммуникаций, расположенных в зоне депрессии карьера.
• подземные воды прилегающих территорий, в том числе сельскохозяйственных;
• взрывные работы, осуществляемые на Центральном и Южном карьерах.
Основные источники загрязнения атмосферных осадков азотом - это газодымовые выбросы промышленных предприятий, выбрасывающих в атмосферу NO, NO2, N20; взаимодействие азота и кислорода при работе автомобильных двигателей. По оценке JI.M. Лифлянд, в состав атмосферных осадков промышленных районов может входить до 60-70 % серной кислоты, до 30-50 % азотной, а доля соляной не превышает 5 %. Окислы азота в загрязнении атмосферы приобретают все большее значение. Особая роль принадлежит автомобильному транспорту. Выбросы оксидов азота при сгорании достигают 33 кг на 1 т дизельного топлива и 20 кг бензинэвого, в то время как при сгорании нефтяного топлива и угля в промышленных установках количеств) оксидов азота составляет от 4 до 14 кг на 1 т [1].
Для изучения состава атмосферных осадков в апреле 2004 г. выполнено опробование снегового покрова вокруг карьера Баженовского месторождения хризотил-асбеста. Результаты опробования приведены в табл. 1.
Вода нейтральная, рН изменяется от 6,90 до 7,35. По макрокомпонентному составу талая вода сульфатно-гидрокарбонатная и хлоридно-гидрокарбонатная, магниево-кальциевая. Доля КН/ составляет от 2 до 6 %-эквивалентов в общем солевом составе воды, доля N0}' и N02" незначительна.
Коммунально-бытовые стоки относятся к околонейтральным бескислородным, бессульфидным водам с высоким содержанием органических веществ и низкими положительными значениями ЕЬ с повышенным содержанием весьма токсичных низших форм азота и N0^. Причина низких значений окислительно-восстановительного потенциала этого типа азотсодержащих подземных вод заключается в расходовании кислорода на окисление органических веществ.
Таблица 1
Содержание соединений азота в снеговом покрове вокруг карьера Баженэвского месторождения хризотил-асбеста
Номер пробы и ее местоположение Содержание соединений азота, мг/л
No6m. N0, NO> NU/
Северо-западный борт карьера 1,00 <0.1 0.035 0.97
Между отвалом 1 и р. Рсфг 1.22 <0.1 0.075 1,14
Восточный борт Северо-Пролстарского карьера 1.17 <0.1 0.033 0.84
Восточный борт Цс1ггрального карьера 0.94 <0.1 0,039 0.90
Юго-восточный борт карьера 0.85 <0.1 0.10 0.75
Юго-западный борт карьера 1.98 <0.1 0.055 1.92
Волы сельскохозяйственных территорий относятся к околонсйтральнь:м кислородным с высокими значениями Eh. Преобладающей формой азота в околонейтральных кислородных подземных водах является NOj". Основная причина увеличения концентраций NOj' заключается в использовании нитратных удобрений, в процессах нитрификации других форм азота, например NH4\ Процесс нитрификации, заключающийся в бактериальном окислении аммиака до нитрата, многостадиен. Он может быть выражен следующей схемой: NHi —» NH2OH —♦ HNO —♦ N0/ —* N0,(1].
Водопритоки на Баженовском месторождении хризотил-асбеста формируются за счет дренирования подземных вод, заключенных в региональной и локальной системах трещин палеозойских пород, талых и дождевых вод, выпадающих на площади карьеров, утечек из водонесуших коммуникаций предприятий и жилого массива г. Асбеста, а также, возможно, за счет привлечения транзитного речного стока. Обводненность месторождения незначительна ввиду слабой фильтрационной Способности водовмещающих пород зоны выветривания и малой ее мощности.
Тальково-карбонатные и тальковые породы, широко развитые на контакте ультрабазитов с гранитоидами, в зонах разломоз и на контактах серпентинитов с дайками, яапяются слабопроницасмыми и даже водоупорными, в особенности по направлению, перпендикулярному сланцеватости. Так, непрерывная полоса тальк-карбонатных пород мощностью 150-400 м на контакте улмрабазитов и гранитоидов приводит к изоляции этих двух смежных водоносных комплексов, что подтверждается различным уровенным режимом и химическим составом подземных вед. Влияние водоотлива за пределы этой полосы распространяется очень слабо [4].
Наибольшую водообильность породы водоносного комплекса зок трещиноватости интрузивных и метаморфических пород ультраосновного состава имеют в пределах ра!вития даек диорит-аплитов, контролирующих зоны тектонических нарушений. С такими участками связано основное поступление воды в горные выработки месторождения.
При проходке горизонтальных дренажных выработок по серпентинитам поступление воды в них было незначительным, а иногда совершенно отсутствовало, но в местах пересечения даек отмечался интенсивный приток в виде непрерывных струй в течение нескольких суток. Борта карьеров обычно сухие, в основном вода фильтруется по прибортовой системе трещин, возникшей под воздействием массовых взрывов, и скапливается на дне карьера. Отмечаются выходы фильтрующейся воды в уступах вдоль тектонически нарушенных зон.
По условиям формирования подземных вод, их циркуляции, лигологическому составу вмещающих пород и водообильностн в пределах рассматриваемого района выделяется 5 водоносных комплексов:
1. Водоносный комплекс спорадически распространенных рыхлых покровных отложений четвертичного возраста, представленный иловатыми супесями и тонкозернистыми песками. Естественный состав вод - гидрокарбонатный кальциевый с минерализацией до 0,3 г/дм1.
2. Водоносный комплекс зон трешиноватости интрузивных пород основного состава, прсдставлснный габбро, габбро-норитами, габбро-амфиболитами, габбро-диабазами и габбро-диоритами. Естественный состав вод-гидрокарбонатный кальциево-магниевый с минерализацией до
0,5 г/дм3.
3. Водоносный комплекс зон трешиноватости интрузивных пород кислого состава, представлен гранитоидами, плагиогнейсами, гнейсами. Естественный состав вод - гидре карбонатный кальциево-магниевый или кальциево-натрневый с минерализацией до 0,3 г/дм\
4. Водоносный комплекс зон трешиноватости интрузивных пород ультраосновного состава и связанных с ними метаморфических образований представлен серпентинитами, перидотитами, пнроксенитами, тальк-карбонатными, тальк-хлоритовыми, тремолито-актинолитовымн и другими породами. Естественный состав вод - гидрокарбонатный кальциево-магниевый и магниевый с минерализацией до 0,7 г/дм\
5. Водоносный комплекс зон трешиноватости метаморфических и вулканогенных образований девона и силура, представленный серицит-кварцевыми, хлорит-кварцевыми, полсвошпат-кварц-серицитовыми сланцами с прослоями песчаников, диабазовыми порфиритами, диабазами, амфибилигами, гнейсами. ЕС1 ее 1 венный сис(ав вид - гидри карбонатный кальциево-магниевый с минерализацией до 0,3 г/дм5.
Взрывные работы на карьере являются еше одним источником посту пления соединений азота в водоносные горизонты. В настоящий момент на карьере применяют водоустойчивые эмульсионные ВВ (порэмит и гранэмит).
Следует отметить постоянное превышение норм ПДК по воде обьсктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования для всех форм азота в водоотливах шахт "Центральная" и "Южная".
В Центральном и Южном карьерах осушение ведется через сеть водоспусюых скважин, пройденных из зон ведения работ в горизонтальные подземные выработки, расположенные под дном карьеров, с последующей откачкой воды на поверхность через стволы двух специатьныч дренажных шахт, расположенных на бортах карьера, - "Центральной-Новой" и "Южной".
С шахты Це»ггратьного карьера сброс воды осуществляется по 2 водоводам в р. Б. Рефт. С шахты Южного карьера сброс воды произзодится на расстоянии порядка 3 км по трем водоводам, а затем по открытой канаве через 1,5 км она попадает в р. Черемшанку - правый приток р. Б. Рефт.
Многолетний водоотлив привел к формированию депрессионной воронки площадью около 30,5 км2. В плане депрессионная воронка вокруг карьера имеет вытянутую субмеридионально (по простиранию пород) форму, согласующуюся с общим расположением открытых выработок и дренажной системой.
По фондовым материалам [3] дренажные воды отличаются содержаниями ионов >Ш/ до 10-15 %-экв/л и N0?" до 10-15 %-экв/л, а также наличием ионов N0/.
В границах депрессионной воронки на территории города Асбеста выполнено единовременное опробование природных вод для изучения в них содержаний соединений группы азота экспресс-методами. Комплекс аналитических определений следующий: I, рН, ЕЬ N11/, N02*, N03'.
При обследовании территории выделены группы подземных и поверхностных вод, отличающиеся по соотношению в них соединений азотной группы (см. рисунок). Доля каждого соединения азотной группы в обшей сумме азота рассчитываюсь по их содержанию в экз. форме.
В трещинных водах, отобранных из скважин коллективных садов, выходов подземных вод в карьере, преобладает нитратная форма соединений азота, что свидетельствует об отсутс~вии свежего загрязнения или удаленности источника загрязнения от места отбора проб. В большинстве проб содержание N1^* менее 20 %; и только вблизи отвалов и завода "Порэмит" доля К'Н/ увеличивается до 90 %, что указывает на натичис источников свежего загрязнения.
Поверхностные воды отличаются постоянным присутствием ионов N11/ до 30-40 % и появлением ионов N02* до 10 %.
Дренажные воды выделяются высокими процентами содержания ионов N02* (до 30 %) и N14/ (до 40 %). По разнице доли N4/ в трещинных водах западного борта карьера (собирающих сток с городской территории) и дренажных вод можно судить о количественной доле свежего загрязнения последних за счет взрывчатых веществ, хтя чего необходимо выполнить полный анатиз воды во всех точках опробования.
ICC*
»49-" е-" ДО»«* 9-: 9-э ^ е-» е-» V* о-ив-и^м»«»«»»^»»»»»-*»»»» »9 »юв-и^тшимацисюсшв Качественная характеристика природных и техногенных вод по содержанию соединений азота
В коммунальных водах стабильно преобладает \Н4* как показатель свежего загрязнения. В чистых трещинных водах, используемых для хозяйственно-гштьсвого водоснабжения (шахта "Водораздельная"), практически отсутствуют показатели свежего загрязнения
Качественный анализ состава соединений азота природных и техногенных вод представлен в
табл. 2.
Таблица 2
Качественная характеристика загрязнения природных и техногенных вод соединениями азота
Тип волы Содержание соединений азота в % от суммы соединений азота в мг-экв
NH,. NO;. NO,.
Трещинные воды:
источников хоз.-питьевого водоснабжения 0-15 0-2 84-:00
ПОДО! вольные 30-95 1-2 4-70
Поровые воды:
загрязненные 55-83 1-2 1545
неза|рязненные 0-8 0-2 9i-:oo
Поверхностные воды 8-40 1-9 51-91
Дренажные воды 36-43 30-34 27-31
Коммунальные воды 95-100 <1 <1
Таким образом, качественный анализ состава соединений азота в природных водах Наженовского месторождения хризотил-асбеста позволяет выделить пять типов воды с различными соотношениями соединений азота.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Крайнов С.П., Закутин В.П., Соломин Г.А. Соединения азота в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения // Гидрогеология и инженерная геология: Обзор. М.: 13ИЭМС, 1989. 66 с.
2. Гуман О.М., Хохряков A.B. Проект локального мониторинга окружающей срелы ОАО "Ураласбест". Том 1. Екатеринбург, 2001.
3. Соколкшн С.Б. Оценка запасов подземных дренажных вод как попутного полезного ископаемого Баженовского месторождения хризотил-асбеста: Отчет о результатах работ научно-производственной геоэкологической фирмы "ГеоС" за 1995-1996 годы / НПГФ "ГеоС", Екатеринбург. 1996.
4. Чемякин В.И., Кощеев В.М. и др. Бажсновское месторождение хризотил-асбеста на Среднем Урале: Отчет по детальной разведке месторождения за 1980-1984 годы с подсчетом запасов хризотил-асбеста и строительного камня по состоянию на 01.01.84 / УПГО "Уралгеология". Асбест. 1984.
УДК (556.3:550.812):628.173
С.Н. Елохнна, К.С. Веприков
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКОВО РАЗВЕДОЧНЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ В ЮГО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Юго-восточная часть Свердловской области по гсоструктурному и геоморфологическому признакам относится к району Зауралья. В административном отношении это Пышминский, Талицкий, Ирбитский, Камышловский. Ьайкаловский. Туринский и Тугулымский районы, наиболее неблагополучные по обеспечению населения питьевой водой. Водохозяйственные особенности района таковы, что централизованное и нецентрализованное хозяйственно-питьевое водоснабжение, в силу загрязненности поверхностных вод, базируется исключительно на ресурсах подземных вод.
В гидрогеологическом отношении район Зауралья принадлежит к Тобольскому артезианскому бассейну, в пределах которого ярусные гидрогеологические структуры имеют повсеместное развитие. В отличие от остальной территории Западно-Сибирской низменности, одним из областей которой является Зауралье, складчатый фундамент здесь занимает более высокие отметки, а олигоцен-миоценовая песчаная толща затегает гипсометрически выше ахтювиатьного водоносного горизонта и не имеет с ним гидравлической взаимосвязи.
На территории Зауратья перспективны для хозяйственно-питьевого водоснабжения три водоносных горизонта:
1. Ахтвиильный водоносный горизонт, приуроченный к долинам современной речной сеш. В силу незначительной мощности атлювиатьных отложений, особенно в Западном Зауратье, ахтювиатьный водоносный горизонт используются преимущественно для водоснабжения небольших потребителей.
2. Олигоценовый водоносный горизонт в отложениях куртамышской и наурзумской свит является первым от поверхности на водораздельных пространствах (ОВГ)-
Накопление континентатьных отложений куртамышской свиты происходило в нижнем-среднем олигоцене. Для свиты характерен невыдержанный фациатьиый состав. Контакт песчано-глинистых отложений свиты с подстилающими чеганскими глинами обычно резкий. Контакт может быть подчеркнут слоем кварцевого гравия [2]. Однако встречаются иные разрезы, в которых наблюдается постепенный переход от чгганских глин через курганские слои мощностью 5-7 м к отложениям куртамышской свиты. Мощность свиты в среднем 10-30 м, иногда достигает 80 м.
В верхнем олигоцене происходило накопление континентальных отложений наурзумской свиты, залегающих часто с размывом на ннжне-среднеолигоценовых породах. В нижних частях верхнего олигоцена преобладают разнозернистые пески и гравий с косой слоистостью, а в верхних -глины монтмориллонит-гидрослюдисто-каолинитового состава. Внешне наурзумскис отложения отличаются от куртамышских по наличию кристаллического каолинита в белых глинах, образующего «монетные» столбики, а также плохой ссртировкой обломочного материала и его преимущественно кварцевым составом. Мощность свиты не превышает 15 м.
Согласно материалам Уралгидроэкспедицни, олигоценовые континентапьные отложения занимают самое верхнее положение в стратиграфическом разрезе, слагая водораздельные участки. Отложения представлены преимущественно водоносными песками с прослоями светло-серых и шоколадно-коричневых глин. Пески кварцевые различной зернистости, но преобладают тонкозернистые с размером зёрен 0,25 - 0,05 мм, содержание которых достигает 75-90 %. Мощность
