ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОД ТЕХНОГЕННЫХ ВОДОЕМОВ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОД ТЕХНОГЕННЫХ ВОДОЕМОВ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Научная статья

Чечель Л.П.*

ORCID: http://orcid.org/0000-0002-4150-6871,

Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук, Чита, Россия

* Корреспондирующий автор (lpchechel[at]mail.ru)

Аннотация

Исследован химический состав вод карьерных озер шести рудных месторождений, расположенных в Забайкальском регионе. Максимальной степенью аномальности характеризуются воды в карьерах месторождений, содержащих повышенное количество сульфидных минералов в рудах и вмещающих породах. Это кислые и сильно кислые с высоким содержанием сульфатов и тяжелых металлов (Fe, Al, Zn, Cu, Mn, Ni, Cd и др.) и минерализацией более 2 - 3 г/л воды. Исследование распределения элементов в водной толще одного из карьерных озер показало значительную вертикальную неоднородность, что выражается в существенном увеличении с глубиной минерализации вод, концентраций сульфатов, железа, цинка, свинца, мышьяка и алюминия.

Ключевые слова: месторождения Забайкалья, карьерные озера, техногенные воды, сульфидные руды.

CHEMICAL COMPOSITION OF WATER OF MAN-MADE WATER BASES OF EASTERN TRANSBAIKAL

Research article

Chechel L.P.*

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of SB RAS, Chita, Russia

* Corresponding author(lpchechel[at]mail.ru)

Abstract

The chemical composition of waters of the open-cut lakes of six ore deposits located in the Transbaikal region was studied. The maximum degree of anomaly is characterized by the water in the quarries of deposits containing an increased amount of sulphide minerals in the ores and host rocks. They are acidic and strongly acidic with a high content of sulfates and heavy metals (Fe, Al, Zn, Cu, Mn, Ni, Cd, etc.) and mineralization of more than 2–3 g/l of water. The study of the distribution of the elements in the water column of one of the open-cut lakes showed a significant vertical heterogeneity, which is reflected in a significant increase with the depth of water mineralization, the concentrations of sulfates, iron, zinc, lead, arsenic and aluminum.

Keywords: deposits of Transbaikal, open-cut lakes, industrial waters, sulphide ores.

Введение

Затопление карьеров в местах бывшей горной добычи приводит к образованию техногенных озер, качество вод которых может значительно варьировать в зависимости от геологических гидрогеологических, и ландшафтно-климатических особенностей территорий расположения месторождений (Юрташкина, 2005; Удачин и др., 2008, 2009; Юркевич, 2009; Филиппова и др., 2013, 2014; Castro, 2000; Bachmann, 2001; Ramstedt, 2003; Wilson, 2012; Gammons, 2013 и др.). Такие воды зачастую характеризуются повышенной кислотностью и аномально высокими концентрациями тяжелых металлов и других токсикантов [7, C. 6], [9, C. 44] или напротив, отличаются крайне низкими концентрациями большинства компонентов [10, С. 62].

Объекты и методы исследования

В представленной работе показаны основные отличия химического состава вод шести карьерных озер: вольфрамовых – Бом-Горхонского, Букукинского и Спокойнинского, молибденового – Первомайского, оловополиметаллического – Шерловогорского и литиевого – Завитинского месторождений, расположенных в Западном и Восточном Забайкалье.

В числе основных особенностей геологического строения месторождений выделяются их пространственная ассоциация с гранитными и гранитоидными породами, а также наличие либо отсутствие сульфидной минерализации. Так, в составе рудных жил кварц-гюбнерит-сульфидного Бом-Горхонского и кварц-вольфрамит-сульфидного Букукинского месторождений преобладают – вольфрамит, гюбнерит, молибденит, пирит, сфалерит, галенит, пирротин, халькопирит [5, С. 181], [6, С. 136]. Основные рудные минералы Шерловогорского месторождения – касситерит, пирит, арсенопирит, галенит, сфалерит [2, С. 132]. Первомайского штокверкового – молибденит, пирит, сфалерит, халькопирит, галенит, флюорит [8, С. 150]. Особенностью рудных тел Спокойнинского грейзеново-вольфрамитового месторождения является малое количество в них сульфидов и флюорита, главный рудный минерал в зонах грейзенизации – вольфрамит [3, С. 109]. Жильные минералы Завитинского пегматитового месторождения – сподумен, кварц, альбит, мусковит [1, С. 8].

Химический анализ водных проб выполнялся общепринятыми методами в лаборатории Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (г. Чита) и в аналитическом центре Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск).

Результаты исследования и обсуждение

Исследованные карьерные озера расположены в районах мерзлотной горно-таёжной и лесостепной ландшафтно-климатических зон. В их пределах в естественных условиях формируются слабокислые и околонейтральные ультрапресные и пресные гидрокарбонатные и сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые воды. Изменение условий водообмена и дренирования подземных вод в результате техногенного нарушения геологического пространства в процессе отработки месторождений стало причиной трансформации вод зоны выщелачивания, являющихся основным источником питания карьерных озер. Как следствие, изученные техногенные водоемы имеют существенные отличия от вод, формирующихся в ненарушенных условиях, как по величине водородного показателя, так и по химическому составу (таблица).

 

Таблица 1 – Показатели химического состава вод карьерных озёр

Примечание: н.о. – элемент не обнаружен; прочерк – определение не проводилось; номер пробы: 1 – Букукинское, 2 – Спокойнинское, 3 – Бом-Горхонское, 4 – Первомайское, 5 – Шерловогорское, 6 – Завитинское месторождения.

Наибольшая контрастность химического состава свойственна водам карьерных озер Букукинского, Первомайского и Шерловогорского месторождений, руды которых содержат повышенное количество сульфидных минералов. В районе Букукинского месторождения было опробовано два карьерных озера, одно, из которых расположено на восточном (табл. – проба 1-В), другое – на северном склонах (табл. – проба 1-С) горы Букука. Воды карьеров соответственно кислые и слабокислые пресные и ультрапресные F-SO₄-Al-Fe и SO₄-Ca с повышенными концентрациями тяжелых металлов – Fe, Al, Zn, Cu, Mn, Ni, Cd. Малая величина минерализации и более низкие содержания тяжелых металлов в водах северного карьера объясняются его приводораздельным положением и, как следствие, преимущественным атмосферным питанием.

Аналогично северному карьеру Букуки карьер Бом-Горхонского рудника расположен на водоразделе и в питании его вод высока доля атмосферных осадков. Вода озера слабокислая, ультрапресная, SO₄-Ca с повышенными концентрациями Zn и Al. Преимущественный сульфатный анионный состав вод этих карьерных озер, несмотря на отработку рудных тел, определяется присутствием сульфидных минералов в околожильном пространстве и вмещающих породах [4, С. 271].

Аномальностью химического состава выделяются карьерные озера Первомайского (табл. – проба 4) и Шерловогорского (табл. – проба 5) рудников, кислые и сильно-кислые F-SO₄-Ca-Al и SO₄-Ca, солоноватые по величине минерализации, воды которых содержат десятки и сотни мг/л алюминия, железа, марганца и цинка. Эти металлы по своим абсолютным содержаниям в карьерных водах являются макрокатионами наряду с кальцием, магнием и натрием.

Изучение распределения элементов в водной толще Шерловогорского карьера на глубинах 0, 7 и 14 метров (табл. – пробы 5-0м, 5-7м, 5-14м) показало его значительную вертикальную неоднородность. Отмечен существенный рост значений минерализации и концентраций ионов SO₄^2- в вертикальном разрезе, на порядок возрастают концентрации тяжёлых металлов – Fe, Zn, Pb, As и Al. Закономерное увеличение с глубиной содержаний элементов объясняется отсутствием перемешивания водной толщи озера, в придонном слое которого непосредственно контактирующие с подстилающими породами воды в большей степени подвержены влиянию процессов выщелачивания. И напротив, понижение концентраций компонентов на разных глубинах может быть связано с действием процессов вторичного минералообразования.

Воды карьерных озер Спокойнинского и Завитинского месторождений слабощелочные с повышенной минерализацией, SO₄-Mg-Ca (табл. – пробы 2 и 6). Доминирующие микрокомпоненты в карьерных водах Спокойнинского месторождения – Cd, Mn, Al и W (300 мкг/л), Завитинского месторождения – Fe и Al. Преимущественно сульфатный анионный состав вод озер связан с воздействием двух факторов: геологического – присутствие некоторого количества сульфидных минералов в породах, и климатического – расположение в пределах более засушливой лесостепной ландшафтной зоны.

Заключение

Исследован химический состав вод шести затопленных карьеров в местах бывшей отработки рудных месторождений Забайкалья. Как было показано, степень аномальности состава вод в значительной мере определяется наличием или отсутствием сульфидов в их рудах и вмещающих породах. Наибольшая трансформация химического состава вод зафиксирована в Шерловогорском и Первомайском карьерных озерах. Это кислые и сильно-кислые сульфатные кальциевые и фторидно-сульфатные кальциево-алюминиевые солоноватые по величине минерализации воды, содержащие десятки и сотни мг/л алюминия, железа, марганца и цинка, которые по своим абсолютным содержаниям становятся макрокатионами наряду с кальцием, магнием и натрием. Такие водоемы однозначно непригодны для хозяйственного использования, служат источниками загрязнения подземных вод и нуждаются в очистке. Напротив, возрастание доли атмосферного питания карьерных озер при их размещении на водоразделах благоприятно сказывается на качестве вод.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Владимиров А. Г. Литиевые месторождения сподуменовых месторождений Сибири / А. Г. Владимиров, Н. З. Ляхов, В. Е. Загорский, В. М. Макагон и др. // Химия в интересах устойчивого развития. – 2012. – Т.20. – № 1. – С. 3-20.
2. Гайворонский Б. А. Шерловогорское месторождение. Месторождения Забайкалья (в 2 книгах) / Б. А. Гайворонский. – М.: Геоинформмарк, 1995. – Т. 1. – Кн. 1.– С. 130-133.
3. Гребенников А. М. Спокойнинское вольфрамовое месторождение. Месторождения Забайкалья (в 2 книгах) / А. М. Гребенников. – М.: Геоинформмарк, 1995. – Т. 1. – Кн. 1.– С. 106-116.
4. Замана Л. В. Геохимия дренажных вод горнорудных объектов вольфрамового месторождения Бом-Горхон (Забайкалье) / Л. В. Замана, Л. П. Чечель // Химия в интересах устойчивого развития. – 2014. – Т. 22. – № – С. 267-273.
5. Онтоев, Д. О. Стадийность минерализации и зональность месторождений Забайкалья / Д. О. Онтоев. – М.: Наука, 1974. – 244с.
6. Сизых В. И. Бом-Горхонское вольфрамовое месторождение. Месторождения Забайкалья (в 2 книгах) / В. И. Сизых. – М.: Геоинформмарк, 1995. – Т. 1. – Кн. 1.– С. 134-138.
7. Филиппова К. А. Химический состав вод карьерных озер Южного Урала / К. А. Филиппова, П. Г. Аминов, В. Н. Удачин // Вода: химия и экология. – 2013. – № 7. – С. 3-8.
8. Ходанович П. Ю. Молибдено-вольфрамовые месторождения Джидинского рудного поля. Месторождения Забайкалья (в 2 книгах) / П. Ю. Ходанович. – М.: Геоинформмарк, 1995. – Т. 1. – Кн. 1. С. 149-163.
9. Geller W. Acidic Pit Lakes: The legacy of coal and metal surface mines / W. Geller, M. Schultze, R. Kleinmann, C. Wolkersdorfer eds. – New York: Springe, 2013. – 512 p.
10. Gammons C. H. Geochemistry, water balance, and stable isotopes of a "clean" pit lake at an abandoned tungsten mine, Montana, USA. / C. H. Gammons, B. L. Pape, S. R. Parker et al. // Applied Geochemistry. – 2013. – № 36. – Р. 57-69.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Vladimirov A. G. Litievye mestorozhdeniya spodumenovyh mestorozhdenij Sibiri [Lithium deposits of spodumene deposits of Siberia] / A. G. Vladimirov, N. Z. Lyahov, V. E. Zagorskij, V. M. Makagon i dr. // Himiya v interesah ustojchivogo razvitiya [Chemistry for sustainable development]. – 2012. – Vol. 20. – № 1. – P. 3-20. [in Russian]
2. Gajvoronskij B.A. Sherlovogorskoe mestorozhdenie. Mestorozhdeniya Zabajkal'ya (v 2 knigah) [Sherlovogorskoe field. Deposits of Transbaikalia (in two books)] / B.A. Gajvoronskij. – Moscow: Geoinformmark, 1995. – Vol. I. – Book I. – P. 130-133. [in Russian]
3. Grebennikov A. M. Spokojninskoe vol'framovoe mestorozhdenie. Mestorozhdeniya Zabajkal'ya (v 2 knigah) [Pokojninsko tungsten Deposit. Deposits of Transbaikalia (in two books)] / A. M. Grebennikov. – Moscow: Geoinformmark, 1995. – Vol. I. – Book I. – P.106-116. [in Russian]
4. Zamana L. V. Geohimiya drenazhnyh vod gornorudnyh ob"ektov vol'framovogo mestorozhdeniya Bom-Gorhon (Zabajkal'e) [Geochemistry of drainage waters of mining objects of tungsten deposit Bom-Gorkhon (Transbaikalia)] / L. V. Zamana, L. P. CHechel' // Himiya v interesah ustojchivogo razvitiya [Chemistry for sustainable development]. – 2014. – 22. – № 3. – P. 267-273. [in Russian]
5. Ontoev D. O. Stadijnost' mineralizacii i zonal'nost' mestorozhdenij Zabajkal'ya [Stages of mineralization and zoning of deposits of Transbaikalia] / D. O. Ontoev. – Moscow: Nauka, 1974. – 244 p. [in Russian]
6. Sizyh V. I. Bom-Gorhonskoe vol'framovoe mestorozhdenie. Mestorozhdeniya Zabajkal'ya [Bom Gorodskoe tungsten deposit. Deposits of Transbaikalia (in two books)] – Moscow: Geoinformmark, 1995. – Vol. I. – Book I. – P. 134-138. [in Russian]
7. Filippova K. A. Himicheskij sostav vod kar'ernyh ozer YUzhnogo Urala [Chemical composition of the waters of the southern Ural lakes] / K. A. Filippova, P. G. Aminov, V. N. Udachin // Voda: himiya i ehkologiya [Water: chemistry and ecology.]. – 2013. – № 7. – P. 3-8. [in Russian]
8. Hodanovich P. Yu. Molibdeno-vol'framovye mestorozhdeniya Dzhidinskogo rudnogo polya. Mestorozhdeniya Zabajkal'ya (v 2 knigah) [Molybdenum-tungsten deposits of ore field Dzhidinskoey. Deposits of Transbaikalia (in two books)] – Moscow: Geoinformmark, 1995. – Vol. I. – Book I. – P. 149-163. [in Russian]
9. Geller W. Acidic Pit Lakes: The legacy of coal and metal surface mines / W. Geller, M. Schultze, R. Kleinmann, C. Wolkersdorfer eds. – New York: Springe, 2013. – 512 p.
10. Gammons C. H. Geochemistry, water balance, and stable isotopes of a "clean" pit lake at an abandoned tungsten mine, Montana, USA. / C. H. Gammons, B. L. Pape, S. R. Parker et al. // Applied Geochemistry. – 2013. – № 36. – Р. 57-69.