УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНОЙ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Криночкина О.К.¹, Стулов В.Г.²

¹Кандидат геолого-минералогических наук, доцент, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, ²Специалист, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева

УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНОЙ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Аннотация

В статье рассмотрены представления авторов о том, как с помощью  математической статистики и ГИС-технологий, применяя современные методы обработки геохимических данных и анализируя инженерно-геологические условия территорий горно-промышленных комплексов возможно избежать необоснованных платежей за негативное воздействие на окружающую среду. Приводится пример появления на территории горнопромышленных комплексов высоких концентраций токсичных элементов в поверхностных и подземных водах, связанных с выходом на дневную поверхность рудопроявлений молибдена, которые раньше были перекрыты четвертичными отложениями. Снос соединений молибдена стал причиной его попадания в поверхностные, а затем и подземные воды.

Ключевые слова: природная геохимическая опасность, горнопромышленные комплексы, токсичные элементы, мониторинг, хвостохранилище.

Krinochkina O.K.¹, Stulov V.G.²

¹PhD in Geology and Mineralogy, Associate professor, National research Moscow State University of Civil Engineering,  ²Specialist, Dmitry Mendeleev University of Chemical Technology of Russia

FACTORING NATURAL GEOCHEMICAL DANGER OF TERRITORIES INTO ASSESSMENT OF NEGATIVE IMPACT OF MINING COMPLEXES ON THE ENVIRONMENT

Abstract

The paper gives recommendations in regards to methods of mathematical statistics and GIS-technologies, application of up-to-date technologies of processing geochemical data that allow avoiding unreasonable payments (damage) for harmful environmental impact. We have considered an example of how at the territories of mining complexes high concentrations of toxic elements appear in open and subterranean waters due to occurrence of molybdenum that comes out to the daylight surface and that used to be blocked by quaternary deposits. Removal of molybdenum compounds has become the reason for getting into open and subterranean waters.

Keywords: natural geochemical danger, mining complex, toxic elements, tailing dump.

Объекты горнопромышленых комплексов (ГПК) располагаются, как известно, на территориях, непосредственно прилегающих к местам разработки полезных ископаемых. Это – обогатительные фабрики (ОФ), хвосто- и шламохранилища и т.д. Их эксплуатация предусматривает создание сети экологического мониторинга и его ведение в пределах горного отвода добывающих и перерабатывающих комплексов и в зоне их воздействия на окружающую среду (ОС). Программа экологического мониторинга (ЭМ) включает обязательное ведение режимных наблюдений за концентрацией токсичных элементов, и их соединений. Последние обычно значительно превышают предельно-допустимые концентрации (ПДК) во многих компонентах природной окружающей среды. Как правило, это - химические элементы, входящие в состав руд, добываемых и перерабатываемых ГПК, а так же химические реагенты, используемые при их обогащении. И вот тут чрезвычайно важно выявить составляющую именно природной и рудогенной геохимической опасности, возникающую за счет природного же обогащения химическими рудными элементами подземных и поверхностных вод, почв и донных отложений. Для этого необходимо учитывать значение природного геохимического фона. Нормирование полученных при ЭМ показателей (концентрацией химических элементов) на местный геохимический фон как раз и позволяет учитывать колебания концентраций именно загрязняющих веществ[1].

Как известно, существуют определенные геохимические провинции, где из-за природных особенностей повышены значения концентраций химических элементов в различных компонентах ландшафта. Например, сухие степи на солонцах и солончаках Алтайского края имеют тенденцию к накоплению – Co, Sr, Mo и Sс, в Северной Осетии  в большинстве изученных элементов ландшафтов наблюдается накопление Аs, Tl, Cu, Zn, Рb, Ba, Mn, B, Li и т.д. [2]. В пределах же ГПК преобладают аномальные геохимические поля (АГП) элементов рудогенного происхождения. Они проявляют себя в той, или иной степени интенсивности, как правило,  во всех геологических средах. Безусловно, наиболее показательно их проявления в депонирующих средах и особенно в донных отложениях.

Довольно часто в процессе эксплуатации горно-промышленных комплексов в составе компонентов окружающей среды появляются химические элементы, не входящие в состав типоморфных ассоциаций рудных месторождений. Причины могут быть различными. Чаще всего так проявляются техногенно-обусловленные геохимические аномалии. Их отличает высокая интенсивность и комплексность. При этом ассоциация элементов в ряду их накопления и выноса не отвечает, как правило, рудно-формационной принадлежности разрабатываемых месторождений. Кроме того, техногенные аномальные геохимические поля имеют, обычно, низкий уровень корреляции химических элементов в почвенном профиле.

Так, например, в зоне влияния хвостохранилища действующей апатит-нефелиновой обогатительной фабрики ОАО «Апатит» Мурманской области в подземных и поверхностных водах, донных отложениях и почвах при мониторинге вышеупомянутых сред стали фиксироваться повышенные концентрации Мо. При картировании прилегающей к ГПК территории, были выявлены рудопроявления этого элемента. До начала эксплуатации Кукисвумчоррского апатит-нефелинового месторождения выходы рудопроявлений молибдена находились гипсометрически выше и были бронированы четвертичными отложениями. Со временем произошло их оползание, коренные породы обнажились и начали разрушаться [3]. При плоскостном смыве и в результате других геологических процессов, в основном, гравитационного характера соединения молибдена попали в донные осадки, а это, при их критическом накоплении способствовало вторичному загрязнению поверхностных вод, что весьма характерно для районов деятельности ГПК, где в донных осадках зачастую накапливаются надкритические концентрации рудных элементов [4].

В результате Мо оказался в числе элементов-загрязнителей, за сверхнормативный сброс  которого предприятие вынуждено увеличить платежи за негативное воздействие на окружающую среду.

Для дифференциации природных и техногенных аномалий химических элементов авторами был предложен ряд инструментов [5], одним из которых является процедура нормирования концентраций химических элементов в горизонте почв В к горизонту - почв А. Затем создаются Карты распределения соотношений  концентраций элементов в горизонтах В/А. Поскольку в почвах горизонта В накапливаются, как правило, рудные элементы, а в почвенном горизонте А – техногенно-обусловленные, подобная процедура позволяет выявить природное накопление (обогащенность) почв отдельными химическими элементами. На рисунке приведена такая карта для молибдена.

Рис.1 - Карта распределения соотношений концентраций молибдена в горизонтах почв В и А

 

Данная карта показывает распределения соотношений концентраций молибдена в горизонтах почв В и А и позволяет локализовать аномалию молибдена рудогенного генезиса. Последний постулат подтверждается и тем, что в пределах тех же контуров локализуются АГП и элементов-спутников молибдена (As, Ag, Zn Cu, Sb, W и ряда редкоземельных элементов).

Кроме того, для обоснования рудогенного генезиса ряда АГП в зоне влияния ГПК «Апатит», который занимается как добычей, так и обогащением  апатит-нефелинового сырья, авторами был проведен факторный анализ (ФА). Для этого в пределах деятельности вышеупомянутого ГПК были отобраны пробы почв. Затем, по результатам масс-спектрометрического анализа ICP-MS был проведен ФА, выполненный методом главных компонент. Этот метод, как известно, наиболее удобен для "сжатия" информации с целью выявления обобщенных характеристик изучаемой природы, или явления. Его основным условием является в то, что главные компоненты независимы, а их число равно числу исходных признаков.

В результате проведения факторного анализа были выявлены две биполярные ассоциации химических элементов,  одна из которых включает P и редкоземельные элементы (Ho, Er, Dy, Tb и другие), а вторая ассоциация (Mn, Fe, Mo, As, Cd и некоторые другие) объединяет элементы, которые накапливаются в почвах в зоне загрязнения и связана, очевидно, с переработкой руд. Причем распределение ассоциации первого ряда элементов показывает, что они находятся в зоне добычи, а вторая ассоциация проявлявленая в зоне транспортировки и обогащения руд, т.е. природа ее является техногенной.

Таким образом, учет местного геохимического фона, использование методов математической статистики, а так же применение современных технологий обработки геохимических данных  позволяет избежать необоснованно завышенных  платежей за негативное воздействие на окружающую среду, если оно обусловлено проявлениями токсичных элементов природного генезиса на территории объектов горно-промышленных комплексов.

Конечно, при этом необходимо еще доказать, что оползни произошли не в результате подрезания склонов в процессе строительства хвостохранилища апатит-нефелиновой обогатительной фабрике второй очереди (АНОФ-2), и не при сейсмическом воздействии от взрывов на карьерах Кировского рудника или других техногенных процессов. Однако этим предположениям есть ряд контраргументов, а именно: строительство хвостохранилища АНОФ-2 и переход на подземный способ добычи (а, следовательно, значительное уменьшение сейсмической нагрузки на ОС)  произошли задолго до активизации вышеописанных оползней. С другой стороны, постепенное увеличение атмосферных осадков по данным Хибинской метеостанции происходит год от года и эта тенденция (изменение климата в сторону его увлажнения), происходит повсеместно, особенно в горных и предгорных районах [6]. А, как известно, активизации оползней в значительной мере способствует переувлажнение склонов и, особенно крутых склонов, имеющих в основании глины, или суглинки.  И именно, в основном, такими породами представлены моренные отложения, перекрывавшие, хоть и незначительным по мощности чехлом коренные породы склона. Таким образом, активизация оползня вероятнее всего связана с природными явлениями и не является техногенно-обусловленной.

Литература

1. Вдовина О.К., Лаврусевич А.А., Высокинская Р.В., Евграфова И.М., Полякова К.С. Роль геохимического фона при оценке инвестиционной привлекательности рекреационных территорий // Вестник МГСУ. 2014. № 8. С. 98-106.
2. Вдовина О.К., Малинина Е.Н., Попова А.Н. Экологическая роль геохимического фона // Журнал «Разведка и охрана недр», г. Москва, ФГУП ВИМС (№7, 2012). С. 61-63.
3. Познанин В.Л., Вдовина О.К., Миронов Н.А. Теоретические основания пространственной дифференциации геологической среды для построения картографических моделей экзогенных геологических процессов // Журнал «Инженерная геология», май, 2006. С. 17-22.
4. Вдовина О.К. Оценка специфических факторов эколого-геологического риска при освоении территорий // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел геологический. № 3, 2008
5. Вдовина О.К., Лаврусевич А.А., Грачева М.К. Дифференциация природных и техногенных геохимических полей в зоне влияния горнорудных комплексов// в сб. Геоэкологические проблемы современности Сборник докладов VII Международной научной конференции, 2015. С. 52-59.
6. Лурье П.М., Панов В.Д. и др. Опасные гидрометеорологические явления на Северном Кавказе. // Материалы VI Международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий». – М.: 2007, с. 263-264

References

1. Vdovina O.K., Lavrusevich A.A., Vysokinskaja R.V., Evgrafova I.M., Poljakova K.S. Rol' geohimicheskogo fona pri otsenke investitsionnoj privlekatel'nosti rekreatsionnyh territorij // Vestnik MGSU. 2014. № 8. S. 98-106.
2. Vdovina O.K., Malinina E.N., Popova A.N. `Ekologicheskaja rol' geohimicheskogo fona // Zhurnal «Razvedka i ohrana nedr», g. Moskva, FGUP VIMS (№7, 2012). S. 61-63.
3. Poznanin V.L., Vdovina O.K., Mironov N.A. Teoreticheskie osnovanija prostranstvennoj differentsiatsii geologicheskoj sredy dlja postroenija kartograficheskih modelej `ekzogennyh geologicheskih protsessov // Zhurnal «Inzhenernaja geologija», maj, 2006. S. 17-22.
4. Vdovina O.K. Otsenka spetsificheskih faktorov `ekologo-geologicheskogo riska pri osvoenii territorij // Bjulleten' Moskovskogo obschestva ispytatelej prirody. Otdel geologicheskij. № 3, 2008
5. Vdovina O.K., Lavrusevich A.A., Gracheva M.K. Differentsiatsija prirodnyh i tehnogennyh geohimicheskih polej v zone vlijanija gornorudnyh kompleksov// v sb. Geo`ekologicheskie problemy sovremennosti Sbornik dokladov VII Mezhdunarodnoj nauchnoj konferentsii., 2015. S. 52-59.
6. Lur'e P.M., Panov V.D. i dr. Opasnye gidrometeorologicheskie yavleniya na Severnom Kavkaze. // Materialy VI Mezhdunarodnoj konferencii «Innovacionnye tekhnologii dlya ustojchivogo razvitiya gornyh territorij». – M.: 2007, s. 263-264