Эколого-геологические последствия эксплуатации Микашевичского месторождения строительного камня - Экология геологической среды

Высокой трансформацией геологической среды отличается район разработки крупнейшего в Беларуси месторождения строительного камня "Микашевичи". Месторождение расположено в восточной части Лунинецкого района Брестской области, в 2 км западнее г. п. Микашевичи в междуречье Припяти и Случи. Полезным ископаемым служат породы микашевичского интрузивного комплекса нижнего протерозоя. В настоящее время размеры карьера составляют 1,5 - 1,3 км, его глубина более 120 м, проектная мощность предприятия - 7,5 млн м3 щебня в год. Дальнейшее развитие предприятия предусматривает увеличение площади отработки до 1,7 - 2,5 км и глубины - до 210 м, расчетный срок функционирования составляет примерно 60 лет.

Добываемое на месторождении полезное ископаемое представлено диоритами, гранодиоритами, гранитами. Общая площадь в границах подсчета запасов месторождения составляет 382 га. Кровля кристаллических пород залегает с большим уклоном в северном направлении, в связи с чем мощность вскрышных пород увеличивается с 10-15 м у южного борта выработки до 50-60 м у северного. Породы рыхлой вскрыши представлены песками с примесью супесей, глин и суглинков, торфом и сильнотрещиноватыми выветрелыми гранитами и диоритами.

В процессе работы предприятия возникают сложные эколого-геоло-

Гические ситуации, которые, если не принимать соответствующих мер, могут привести к необратимым изменениям природных компонентов как на данной территории, так и в регионе Центрального Полесья в целом. Проблемы связаны со строительством и разработкой карьера, с вещественным составом добываемых в карьере пород, а также с поступлением в карьер подземных минерализованных вод хлоридного состава. Среди трансформаций геологической среды, определяющих эколого-геологическую обстановку в районе месторождения, выделяются следующие:

Изменения рельефа;

Нарушения гидрогеологических и гидрологических условий;

Преобразования состояния и свойств горных пород;

Нарушения гидро - и геодинамического равновесия в зоне действия карьера.

В результате многолетней добычи камня образована огромная выемка глубиной более 120 м. Породы вскрыши складируются в отвалы, высота которых уже достигает 20 м, общий объем их 3,5 млн т, площадь - около 315 га. Почвенно-растительный слой, используемый в дальнейшем для рекультивации отработанных участков, снимается и размещается на свободных непродуктивных площадях. Отвалы образовали крупные положительные формы рельефа с максимальной высотой 140 м, отрицательно воздействующие на общую экологическую обстановку.

Значительная техногенная нагрузка возникает в результате формирования элементов строительной индустрии: создается новая сложная городская инфраструктура, увеличивается население, расширяются границы г. п. Микашевичи, осваиваются новые сельскохозяйственные земли, происходит вырубка лесов, строятся дороги, сооружены канал и речной порт. Выполнение работ технологического цикла создает сильное шумовое загрязнение.

Разработка месторождения ведется с постоянным водоотливом, вызвавшим снижение уровня подземных вод (УПВ) и изменение водного режима на прилегающих территориях. Значительный по площади и глубине карьер создает понижение УПВ почти всех водоносных горизонтов, развитых в геологическом разрезе. Заболоченное понижение в рельефе существовало и до начала разработки карьера, к тому же выработкой вскрыты залегающие ниже водоносные горизонты, в результате чего образована гигантская воронка депрессии подземных вод. Снижение УПВ влечет за собой иссушение почвы и грунтов на прилегающей территории, высыхание лесов, ухудшение использования сельскохозяйственных земель. Понижение уровня грунтовых вод (УГВ) на 2-8 м привело к исчезновению (пересыханию) двух малых рек на территории месторождения. Водопритоки в карьер из подземных вод составляют в среднем 43,4 тыс. м3/сут, а в периоды ливневых осадков существенно выше (426,8 тыс. м3/сут). Максимальный карьерный водоотлив, нередко превышающий 60 тыс. м3/сут, существенным образом изменил гидродинамические параметры всех водоносных горизонтов, повлек за собой преобразования химического состава подземных и карьерных вод и

В целом дестабилизировал гидрогеологические условия района.

В гидрогеологическом отношении месторождение приурочено к Припятскому гидрогеологическому бассейну и является частью Микашевичско-Житковичского гидрогеологического района. В гидрогеологическом разрезе бассейна выделены три зоны интенсивности водообмена: активного, замедленного и квазизастойного. Тектонические особенности района месторождения обусловливают нарушения гидрогеологической зональности в процессе карьерного водоотлива, так как зоны замедленного и застойного водообмена вовлекаются в зону активного водообмена.

Обводненность месторождения зависит от водообильности водоносных горизонтов. Важную роль при этом играют постоянные водотоки, водохранилища и климатические условия. В разрезе вскрыши и полезного тела месторождения вскрыты водоносный комплекс четвертичных отложений, а также водоносные горизонты в отложениях неогена, палеогена, верхнего девона, верхнего протерозоя и фундамента (рис. 8).

Установлена прямая гидродинамическая связь между всеми подразделениями гидрогеологического разреза. Между водоносными отложениями четвертичного и неогенового возраста отсутствуют значительные по мощности и простиранию прослои водоупорных пород. Водоносный горизонт пинской свиты верхнего протерозоя на площади подсчета запасов отсутствует, однако он непосредственно примыкает к трещиноватым кристаллическим породам.

Грунтовые воды залегают на глубине от поверхности до 2,1 м в зависимости от рельефа местности. Ведение водоотлива из карьера существенно изменило естественные условия водоносного горизонта, образовавшаяся воронка депрессии снизила уровни на расстоянии 1050 м от карьера на 3,5 м (1981 г.). На конец 1998 г. на расстоянии 2 км от карьера УГВ понизился на 11 м, а на расстоянии 3 км - на 2 м.

Основной водоприток в карьер происходит из рыхлых отложений вскрыши и кристаллических пород полезной толщи. В зоне разработки зафиксирован контакт двух водоносных горизонтов с различными водопроводимостями. Анализ материалов водоотлива из карьера показал, что водоприток увеличивается за счет ливневых осадков и талых вод (в 4-8 раз по сравнению с постоянным). Частичное временное подтопление дна карьера на 5-7 см влияет на соблюдение технологии отработки и транспортировки полезного ископаемого и может сказаться на проведении буровзрывных работ. Массовые взрывы в карьере следует проводить с интервалами 5-7 суток, за это время ливневые воды должны быть удалены за пределы карьера.

В 6 км восточнее площади отработки, в зоне действия месторождения, протекает р. Случь. Из других постоянных водотоков на режим ведения водоотлива из карьера могут оказать влияние р. Волхва и магистральные мелиоративные каналы Вальчувка и Ситницкий.

Большое влияние на гидрогеологическую и гидрологическую обстановку района и непосредственно месторождения в настоящее время оказывает хвостохранилище, служащее для отстаивания, осветления и накопления воды перед сбросом в гидросеть, а также при повторном использовании ее в системе оборотного водоснабжения. Песчаная обваловка хвостохранилища способствует фильтрации в водоносный комплекс четвертичных отложений. Количество сточных вод, сбрасываемых из хвостохранилища, зависит от объема карьерного водоотлива и при максимальном водоотливе достигает 62 тыс. м3/сут. Средняя величина сброса составляет 24 тыс. м3/сут.

Карьерные воды загрязнены хлоридами, сульфатами, соединениями железа, цинка, никеля, меди, свинца. Наличие в них взвешенных веществ, нефтепродуктов, хрома обусловлено производственной деятельностью предприятий комплекса ГП "Гранит".

Карьерные воды характеризуются следующим составом (средние концентрации), мг/л: взвешенные вещества - 26,6 (ПДК 15,0); хлориды - 2075,4 (ПДК 1800,0); сульфаты - 322,8 (ПДК 370,0); сухой остаток - 3801,0 (ПДК 3400,0); нефтепродукты - 0,97 (ПДК 0,3); железо - 0,86 (ПДК 0,5); цинк - 0,076 (ПДК 0,01); никель - 0,002 (ПДК 0,01); медь - 0,002 (ПДК 0,004). Стоки сбрасываются в хвостохранилище, откуда попадают в Ситницкий канал. Карьерный водоотлив составляет основной объем стоков, сбрасываемых в водотоки (остальные промышленные стоки составляют менее 1 % по отношению к величине карьерного водоотлива), и поэтому загрязнение хвостохранилища и соответственно общее загрязнение поверхностных и подземных вод определяется составом природных вод карьера. Сбрасываемая в Ситницкий канал вода хвостохранилища по отдельным показателям качества имеет превышение установленных для спецводопользования ПДК (по сухому остатку - в 1,1 раза, по содержанию хлоридов - в 1,2 раза). В целом за период с 1981 г. изменение химического состава карьерных вод по отдельным элементам и соединениям составило (мг/л): хлоридов - 1831,7-3308,6; сульфатов - 299,5-401,0; сухого остатка - 3070,0-5923,6; железа - 0,12-3,0; цинка - 0,06-0,168; никеля - 0,02-0,04 (т. е. содержание химических элементов увеличилось в 1,5-2 раза).

Результатом сброса сточных вод с указанными концентрациями элементов и соединений явилось загрязнение Ситницкого канала. По каналу сточные воды поступают в р. Припять, которая является водотоком рыбохозяйственного значения первой категории.

Таким образом, разработка карьера сопряжена не только с применением специальной технологии горных работ, но и с необходимостью проведения мероприятий по водопонижению с использованием дренажных траншей и скважин, а также с необходимостью применения открытого принудительного водоотлива.

Важной эколого-геохимической проблемой является снижение негативного воздействия так называемой "нулевой" фракции (отсева) на геологическую среду. На конец 1998 г. объем отсева, скопившегося на площадях ГП "Гранит", составляет 2,3 млн т. Химический состав преобладающих в разрезе гранитов, диоритов, гранодиоритов и других пород, добываемых в карьере, помимо основного породообразующего соединения SiO2 (48-78 %), представлен и другими компонентами (Al2O3, Fe2O3, FeO, TiO2, CaO и т. д.). Кроме макроэлементов, в горных породах содержится большое количество микроэлементов.

Образовавшиеся в присущих большим глубинам физико-химических и термобарических условиях устойчивые изоморфные соединения перемещаются в зону гипергенеза, становятся неустойчивыми и распадаются. В зоне гипергенеза горные породы подвергаются комплексному (физическому, химическому и биологическому) воздействию и образуют продукты выветривания, отличающиеся по составу от исходных пород. В первую очередь мигрируют одновалентные (Na+, K+, Li+) и двухвалентные (Ca2+, Mg2+, Fe2+) катионы, более затруднена миграция трех - и четырехвалентных. Наиболее крепкими связями в кристаллической решетке и соответственно механической прочностью обладают соединения высоковалентных катионов (Si4+, W6+ и др.).

Учитывая преобладающую окислительную обстановку, присущую почвенным растворам описываемой территории, и миграционную способность породообразующих химических элементов, можно предположить накопление в поверхностных отложениях большого количества Ba, Sr, Zn, Cr, Pb, Zr, Fe, Mn, Ti, Al. Возможно также активное биогенное накопление Zr, Ba, Mn, Zn, Cu. Таким образом, в районе действия ГП "Гранит" в результате накопления соединений металлов в пойменных отложениях, которые являются геохимическими барьерами, возникают техногенные геохимические аномалии.

В районе исследований развиты преимущественно подзолистые почвы с характерной окислительной обстановкой среды, которые отличаются повышенной реакционной способностью к воздействию техногенных загрязнителей. В итоге степень растворения и поглощения многих химических элементов повышается и, следовательно, увеличивается их токсичность. В условиях миграции и накопления химических элементов значительную роль играет и геоморфологический фактор - в большинстве типов почв пониженных элементов рельефа содержание тяжелых металлов возрастает по сравнению с содержанием последних на приподнятых участках. Помимо горизонтальной миграции, соединения металлов могут перемещаться в более глубокие горизонты в процессе вертикальной инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод, что также загрязняет водоемы и речные системы, питание которых на 40-50 % осуществляется за счет подземного стока.

В последние годы функционирование горного предприятия связано еще с одной важной эколого-геологической проблемой - поступлением в карьер минерализованных хлоридных вод.

Особенности тектонического развития Припятского прогиба и Микашевичского горста предполагают возможность примыкания солесодержащих отложений верхнедевонского возраста к Микашевичско-Житковичскому разлому. Подобное залегание солей может быть непосредственным, если горст сформировался позднее галогенных пород, или осуществляться через толщу прибрежных глинистых образований в случае формирования горста одновременно с формированием соленосных пород. Возможны и оба рассмотренных варианта. Независимо от характера прилегания галогенных пород к разлому в течение десятков миллионов лет происходила диффузия растворенных солей из галогенной толщи и слабоводоносных горизонтов, слагающих Припятский прогиб, в подземные воды трещиноватой зоны Микашевичского горста и, в частности, в зону Микашевичско-Житковичского разлома.

Естественная гидродинамическая активизация зоны распространения повышенной минерализации (зона замедленного водообмена) могла происходить в пермское и триасовое время, когда рассматриваемая территория находилась на высоких абсолютных отметках, а также и в антропогене, в период формирования палеоврезов речных долин, достигающих 100 м и более. В первом случае верхняя граница зоны минерализованных вод понижается, а во втором - повышается. В обоих случаях возникающие гидродинамические процессы способствуют площадному "выравниванию" минерализации подземных вод зоны замедленного водообмена по направлению от Припятского бассейна к Микашевичскому горсту. Следовательно, повышенная минерализация трещинных вод Микашевичского горста распространена повсеместно и характер ее изменения от глубины тот же, что и зависимость минерализации подземных вод (поровых растворов) от глубины для осадочных пород Припятского бассейна.

Понижение уровня подземных вод (в зоне карьера до 120 м) в результате привело к существенному нарушению естественной гидродинамической обстановки и формированию обширной депрессионной воронки, которая затронула территорию Микашевичского горста и Припятского бассейна. В нарушенных гидродинамических условиях значительно активизировались процессы фильтрации подземных вод зон активного, замедленного и, возможно, застойного водообмена. Для зоны замедленного водообмена характерно усиление вертикальной (восходящей) фильтрации на территории, прилегающей к карьеру (центральная часть депрессионной воронки), и горизонтальной фильтрации (по направлению к карьеру) на периферии депрессионной воронки. В обоих случаях будет отмечаться увеличение притока минерализованных подземных вод в карьер. В нарушенных условиях произошла гидрогеологическая активизация ранее гидродинамически уравновешенных зон повышенной водопроводимости: тектонических разломов, участков повышенной трещиноватости кристаллического фундамента, палеоврезов речных долин, гидрогеологических "окон" и т. п. Данное обстоятельство сделало возможным увеличение притока в карьер минерализованных вод девонских и верхнепротерозойских отложений по зонам повышенной проводимости. С увеличением глубины карьера приток минерализованных вод будет возрастать. При достаточно большой глубине карьера (120 м) не исключена возможность прямого вскрытия верхней части зоны замедленного водообмена подземных вод.

Результирующая (конечная) минерализация карьерных вод формируется в процессе смешения минерализованных подземных вод зоны замедленного водообмена, поступающих в карьер по зонам тектонических нарушений и повышенной трещиноватости кристаллического фундамента, и пресных подземных вод зоны активного водообмена, дренируемых карьером. Наибольшую минерализацию (6-8 г/л) и содержание хлора (3765-4665 мг/л) имеют воды из источника на дне карьера, что связано с крупным тектоническим разломом.

Разработан комплекс природоохранных мероприятий, направленных на уменьшение минерализации карьерных вод и снижение негативного влияния их сброса в хвостохранилище и Ситницкий канал на геологическую среду, среди которых важнейшие: разбавление минерализованных карьерных вод пресными; складирование минерализованных карьерных вод в подземных водоносных горизонтах; сброс и складирование минерализованных карьерных вод в хвостохранилище; хозяйственное использование минерализованных вод; уменьшение притока минерализованных вод в карьер. Совершенно очевидно, что предлагаемые мероприятия должны проводиться комплексно.

Кроме того, при разработке обводненных месторождений в условиях водопонижения необходимо применять технологии, обеспечивающие предупреждение загрязнения карьерных вод как при ведении горных работ, так и при сбросе их в гидрографическую сеть района. При выборе варианта технологической схемы ведения горных работ и водоотлива подземных вод должен учитываться прогноз возможных изменений водного режима в прилегающих районах как в процессе ведения горных работ, так и после полной отработки месторождения. В качестве наиболее эффективных технических мероприятий, направленных на создание оптимального водного режима окружающих карьер территорий, рекомендовано устройство оградительных каналов, препятствующих распространению депрессионной воронки.

Эколого-геологические последствия эксплуатации Микашевичского месторождения строительного камня - Экология геологической среды

Похожие статьи