Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эколого-геологическая оценка воздействия комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья на природную окружающую среду

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-геологическая оценка воздействия комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья на природную окружающую среду"

На правах рукописи

Заридзе Мария Геннадьевна

ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ КОМПЛЕКСОВ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ НА ПРИРОДНУЮ ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ (НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ

РОССИИ)

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология» (науки о Земле)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

О з АПР 2014

Екатеринбург - 2014

005546780

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет».

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук,

профессор Косинова Ирина Ивановна

Официальные оппоненты: - Закруткин Владимир Евгеньевич - доктор геолого-

минералогических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Южный федеральный университет», заведующий кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии;

Рыбников Петр Андреевич - кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории экологии горного производства Института горного дела УрО РАН

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный

технологический университет имени В.Г. Шухова»

Защита состоится «29» мая 2014 г. в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, ГСП, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, корпус 3, аудитория 3326.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «28» марта 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.280.01

А.Б.Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Техногенное преобразование компонентов окружающей среды может проявляться на поверхностном приповерхностном, а также глубинном уровнях. Наиболее интенсивно оно проявляется в районах разработки месторождений полезных ископаемых Их разведка, разработка, процессы переработки сырья формируют эколого-геологические системы (ЭГС) горнодобывающего класса, которые характеризуются преобразованием компонентов природной среды как на поверхности, так и в геологическом разрезе. Это обстоятельство является отличительной особенностью данных систем. Вопросы преобразования ЭГС в районах разработки месторождений полезных ископаемых рассмотрены в работах В.Т. Трофимова, О.М. Гуман, О.Н. Грязнова, А.Б. Макарова, ЮВ Шаихиева, И.И. Косиновой, A.B. Захарова и др. Авторы подчеркивают широкии спектр и интенсивность воздействия горнодобывающей деятельности как на абиотическую, так и на биотическую составляющие. Особенно интенсивно оно проявляется в районах открытых разработок месторождений Карьерным способом добывают полезные ископаемые рудные (полиметаллические, черные, редкоземельные, урановые руды и тд) и нерудные (каменный уголь, фосфориты, самородная сера, пески, глины известняки, мергеля, доломиты и т.п.).

В настоящее время детально изученными являются основные направления преобразования компонентов природной среды в зонах влияния разработки месторождений рудного сырья. Отличием месторождений нерудного сырья является их приуроченность к плотнозаселенным районам, так как их продукт используется в строительной индустрии. Нередко контур разработки месторождения располагается в пределах городской черты. Однако исследования влияния разработки данных месторождений на компоненты природной среды носят эпизодический характер и касаются отдельных вопросов природоохранного характера. Особую актуальность данная проблема имеет для Центрального черноземного региона России (ЦЧР), с богатейшим ресурсным потенциалом уникальных черноземов, обеспечивающих устойчивое развитие аграрного сектора экономики России, и наличием значительного количества нерудных полезных ископаемых. В структуре разработки месторождений нерудного сырья ЦЧР карбонатные породы составляют около 30/о, они используются в строительных целях, в сельском хозяйстве, в металлургической промышленности.

Цель работы - эколого-геологическая оценка комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья (КДиП КС) для рационального природопользования территорий.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Проанализировать техногенные комплексы районов разработк месторождений карбонатного сырья (МКС).

2. Определить пространственные характеристики воздействия разработки МКС на компоненты природной среды.

3. Оценить эколого-геологическую систему района разработки Сокольско-Ситовского месторождения известняков.

4. Выявить ведущие элементы преобразования ЭГС и определить основные экологические мишени в зоне влияния разработки.

5. Разработать систему рационального природопользования районов разработки месторождений известняка. Под «экологической мишенью» понимается абиотический или биотический компонент окружающей среды, являющийся объектом, в том числе и потенциальным, негативного воздействия природного либо техногенного характера.

6. Сформировать структуру системы эколого-геологического мониторинга района разработки месторождений известняка.

Объект исследований - эколого-геологические системы зон влияния комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья (КДиП КС).

Предмет исследований - оценка процессов поступления загрязняющих веществ в природную среду, особенности их накопления и миграции в зоне воздействия комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья.

Фактический материал. В основу диссертации положены эколого-геологические исследования автора в рамках ряда НИР, выполняемых на месторождениях карбонатного сырья Липецкой и Ростовской областей. Исследования проводились в период с 2008 по 2013 гг. и включали полевые, аналитические и камеральные работы. Также в диссертационной работе использовались материалы ОАО «Липецкгеология».

В сферу наблюдений были включены: снежный покров (654 пробы), почвенный покров (621 проба), грунты зоны аэрации (по трем скважинам), подземные воды 368 проб за 12-летний период), радиологические исследования (621 точка наблюдения), растительность (621 проба).

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированных методов анализа и статистической обработки фактического материала, а также системного подхода в изучении объекта, использованием общепринятых критериев оценки полученных данных.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки воздействия комплексов районов разработки МКС на компоненты природной среды. В рамках ЭГС данного типа основным фактором преобразования является добыча, переработка карбонатного сырья и производство цементного сырья, что формирует комплексное воздействие на природную среду.

2. Анализ пространственных характеристик воздействия на компоненты природной среды, которые определяются дисперсностью пылевых частиц буровзрывного облака и метеоусловиями района воздействия комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья. Радиус воздействия

составляет 1,2 км, первый максимум накопления пылевых выбросов фиксируется на расстоянии 150-200 м, второй - на 650-800 м.

3. Комплексная эколого-геологическая оценка района разработки Сокольско-Ситовского месторождения известняков. Определение перечня ведущих загрязняющих элементов, транспортирующихся по всем компонентам ЭГС. Система рационального природопользования в зонах функционирования комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья, включающая мероприятия по реабилитации окружающей среды, рекомендации по функциональному освоению территории. Создание системы мониторинга территории.

Научная новизна.

Разработана методика определения воздействия техногенных комплексов районов разработки МКС на компоненты природной среды.

Представлен анализ пространственных характеристик воздействия на компоненты природной среды с определением радиуса данного воздействия.

Впервые дана комплексная эколого-геологическая оценка систем КДиП КС на компоненты природной среды. Определены ведущие элементы преобразования ЭГС, а также обозначены основные экологические мишени в зоне влияния разработки.

Разработана система рационального природопользования районов КДиП КС. Составлены природоохранные мероприятия и система функционального использования территории. Сформированы основные направления эколого-геологического мониторинга в пределах функционирования КДиП КС.

Теоретическая значимость работы определяется комплексным подходом при эколого-геологической оценке влияния КДиП КС. Обоснованы количественные параметры состояния эколого-геологических систем, необходимые для разработки структуры рационального природопользования в пределах данных территорий. Создан алгоритм исследования техногенных комплексов. Использование предлагаемой методики и системы рационального природопользования возможно на предприятиях-аналогах.

Практическая значимость работы определяется установлением радиуса зоны отчуждения на основании количественной оценки состояния эколого-геологической системы в 1,2 км. С помощью методики определения воздействия техногенных комплексов районов ДиП КС установлены ведущие производственные циклы, воздействующие на природную среду, а также определены основные экологические мишени. На основе полученных результатов предложена система эколого-геологического мониторинга. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при эколого-геологической оценке аналогичных предприятий в пределах европейской части России.

Апробация работы. Основные результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались автором на Международной научной конференции, посвященной 90-летию ВГУ (Воронеж, 2008)-Международной научно-практической конференции «Экологическая геология-научно-практические, медицинские и экономико-правовые аспекты» (Воронеж,

2009); 11-й Межвузовской молодежной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2011); Научной сессии Воронежского государственного университета (Воронеж, 2010, 2011); 2-й Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2011, 2013); 7-й Международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях» (Воронеж, 2010, 2011); Молодежном инновационном проекте "Школа экологических перспектив" (Воронеж, 2012, 2013); 7-й Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, 2012); 9-й Общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2013); 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий» (Екатеринбург, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе 3 в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных литературных источников. Объем работы составляет 194 страницы машинописного текста, включающие 91 рисунок, 17 таблиц, 13 формул. Список использованной литературы состоит из 125 наименований (в том числе 4 на иностранном языке).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цель и основные задачи исследования, определяются объект и предмет исследования, указаны научная новизна и положения, выносимые на защиту, приводятся сведения о теоретической и практической значимости работы.

1. Состояние изученности проблемы

В главе на основе современных представлений об эколого-геологических системах горнодобывающего класса, изложенных в работах В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга, В.В. Ржевского, О.М. Гуман, О.Н. Грязнова, И,И, Косиновой, В.В. Куриленко, Ю.Е. Саета, и др., рассматривается широкий спектр научных разработок, направленных на оценку преобразования компонентов природной среды в радиусе влияния рудных месторождений, прогноз развития ситуации, разработку технологических методов и приемов природосберегающих технологий. Меньшая степень изученности формируется в сфере разработок нерудных месторождений.

В структуре разработки месторождений нерудного сырья ЦЧР карбонатные породы составляют около 30 %, они используются в строительных целях, в сельском хозяйстве, в металлургической промышленности. Установлено, что на территории РФ насчитывается порядка 43 цементных

заводов, преобладающая часть которых в технологической цепочке имеет карьер по добыче того или иного нерудного сырья, главным образом карбонатного. Отличительной особенностью месторождений нерудного сырья является их приуроченность к плотно заселенным районам.

Однако исследования эколого-геологических систем месторождений карбонатного сырья носят фрагментарный характер, направлены на изучение отдельных видов преобразования эколого-геологических систем. Имеющиеся работы в основном направлены на усовершенствование экономических параметров разработки месторождений нерудного сырья. Не разработан вопрос по определению воздействия комплексов добычи и переработки карбонатных месторождений, не обозначены пространственные характеристики данного воздействия.

2. Основные направления преобразования эколого-геологических систем в районах разработок местороиедений карбонатного сырья (МКС)

Обозначена специфика циклов техногенных комплексов районов добычи и переработки карбонатного сырья. Сформировано понятие комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья (КДиП КС), которые представляют собой пространственное сопряжение техногенных производственных циклов и природных объектов, обеспечивающих процесс добычи и переработки карбонатного, а также производства цементного сырья.

Разработана методика оценки воздействия комплексов районов разработки месторождений карбонатного сырья на компоненты эколого-геологических систем, базирующаяся на математическом аппарате определения уровней воздействия.

Вероятность вредного воздействия за счет ¡'-го источника на все компоненты ЭГС предлагается рассчитать по следующей формуле:

„ст/Л^ц., (1)

где 1ч„ст - суммарный балл воздействия от ¡'-го источника;

Иобщ. - общий балл воздействия на элементы экогеосистемы в заданной матрице.

Расчет вероятности встречаемости элементов ЭГС, испытывающих значимое воздействие от ¡'-го источника:

Р}2 ~ ГС3нач /'¡общ.эл-в-) (2)

где п,тч - количество элементов экогеосистемы, испытывающих значимое воздействии от ¡'-го источника;

"общ.Эл-. - общее рассматриваемое количество элементов экогеосистемы.

Расчет вероятности значимого воздействия ¡'-го источника на все элементы экогеосистемы:

л=Л1-Р„ (3)

процент значимого воздействия рассчитывался по формуле-

Р = Р,/£Р-т, ' (4)

где Л - вероятность значимого воздействия в столбце/строке матрицы Леопольда;

Б? - суммарное значимое воздействие от всех источников на все элементы экогеосистемы.

Аналогично рассчитывается вероятность значимого воздействия всех источников нау'-й элемент экогеосистемы.

В результате расчетов выявлены основные технологические циклы, оказывающие наибольшую степень воздействия на компоненты ЭГС, а также экологические мишени. Так, анализ показателей степени значимого воздействия показал, что его максимальная проявленность формируется: 1 По технологическим циклам: 2. По компонентам ЭГС:

- Почвы (25,73 %).

- Разработка карьера (46,95 %). - Приповерхностный слой атмосферы

- Производство цемента (26,17 %). (22,08 %).

- Растительность (16,55 %).

Оценка радиуса влияния предприятий КДиП КС на прилегающие территории базируется на анализе дисперсности пылевых частиц буровзрывного облака и метеоусловиях района по добыче карбонатного сырья.

При помощи снеговой съемки выявлена главным образом слабощелочная обстановка. Ореолы основного защелачивания участка определяются западной розой ветров.

Максимальная пылевая нагрузка (Рп) при добыче и переработке известнякового сырья зафиксирована на 100-150 м (крупнодисперсные частицы), а также на расстояниях 600-800 м (тонкодисперсные частицы) (рис. 1). Уровень среднесуточной пылевой нагрузки на исследуемой территории, главным образом, превышает фоновые значения в 5-10 раз, в пределах промышленных зон и карьерных разработок достигает показателей средней умеренно опасной обстановки (до 450 мг/(м2*сут)). Начиная с 850-900 м пылевая нагрузка снижается до нормальных показателей - менее 100 мг/(м2*сут).

Среднесуточная пылевая нагрузка по 6 румбам (средние значения за 4 года)

Рис. 1. Закономерное распределение Р„, обусловленное размерностью частиц (среднестатистические данные за 4 года без учета зон переработки сырья) Выявленный радиус воздействия отработки карьера известняков составляет 1000 м, в условиях комплексного воздействия расположенных рядом двух карьеров радиус увеличивается до 1200 м.

3. Оценка эколого-геологических систем районов разработки месторождений карбонатного сырья (МКС)

В главе приведена характеристика эколого-геологических условий района расположения анализируемого КДиП КС: загрязнения приповерхностного слоя атмосферы по сноухимическому анализу; эколого-геохимическая оценка почвенного покрова; выявлены геоиндикаторы преобразования грунтов зоны аэрации; обозначена эколого-гидрогеохимическая оценка; радиологическая обстановка; исследована растительность как элемент индикации преобразования ЭГС; осуществлен анализ основных форм миграции тяжелых металлов в природных средах района КДиП КС Сокольско-Ситовского месторождения.

На территории Липецкой области породы кристаллического фундамента залегают на глубине 250-780 м, образуя слабонаклонную к северо-западу поверхность, на которой с несогласием залегают породы осадочного чехла. Породы чехла представлены палеозойскими (девон), мезозойскими (юра, мел) и кайнозойскими (неогеновые и четвертичные) отложениями. Известняки Елецкого горизонта девонской системы (03е1) являются основным продуктивным комплексом месторождения. Рудный горизонт представлен глиной буро-коричневого цвета с обломками сильно ожелезнённого окремнелого песчаника юрского возраста. Грунты зоны аэрации сложены переслаиванием песков, супесей, суглинков и глин мелового и четвертичного возрастов. На площади месторождения основным водоносным горизонтом является елецкий, залегающий в известняках одноименного возраста. По категории защищенности В.М. Гольдберга данный водоносный горизонт имеет V категорию защищенности. Важной особенностью разработки Ситовского участка является его непосредственная близость к одноименному водозабору, расположенному в 900 метрах ниже по потоку подземных вод. Карьер находится во второй зоне санитарной охраны.

Эколого-геологические условия района Сокольско-Ситовского месторождения карбонатного сырья характеризуются как благоприятные в структурном (породы разнообразны, имеют выдержанную морфологию, четкие границы в плане и разрезе, благоприятные условия залегания), гидрогеологическом (о чем свидетельствуют положительные показатели характера подземных вод), агрохимическом (почвенные отложения относятся к ненарушенным выщелоченным черноземам), геофизическом (уровень гамма-фона находится в пределах ПДУ), климатическом (климат района умеренно континентальный, с теплым летом и устойчивой зимой) планах. Территории отличаются богатым разнообразием растительного и животного мира. В тектоническом плане ситуация исследуемого участка является неспокойной, так как он расположен на стыке двух тектонических структур, кроме того, она усложняется воздействием буровзрывных работ. В результате возникают нарушения естественного залегания пород и образуются новые трещинные зоны техногенной природы, по которым возможна пространственная миграция загрязняющих элементов.

Выбросы промышленного района Липецк-Грязи в приземный слой

атмосферы во многом формируются за счет производственного цикла ЗАО «Липецкцемент» (данное предприятие занимает ведущую вторую позицию среди общего количества выбросов района) (рис. 2). При этом формируется превышение ПДВ по оксидам углерода, оксидам железа, предельным углеводородам, хрому шестивалентному, марганцу, углероду (сажа), золе углей, пыли гипса, пыли древесной и абразивной и т. д.

В целом твердая составляющая снега представляет собой пеструю картину: пыль по всей исследуемой площади на 60 % (в среднем) состоит из кальцита (ожелезненного и неожелезненного) (рис. 3), мелких частиц железа (гидрогетит, магнетит), а также встречается металлическая стружка (техногенные образованния) (рис. 4), крупные смоляные фрагменты, графит. По содержанию микро- и макрокомпонентов в снеговом фильтрате превышений не выявлено. По микрокомпонентному анализу снеговой пыли зафиксированы повышенные концентрации кобальта, свинца, цинка, хрома и железа.

4- - планируемые посты + - существующие посты о - планируемые точки наблюдения

ПНЗ:

№ 2 ул, Титова, район трубного завода; № 3 ул. Адм. Макарова, район ОАО "НЛМК"; № 4 ЛТЗ, район больницы;

N8 6 ул. Ушинского, район ОАО "ЛМЗ "Свободный сокол";

8 ул. бОлет ССР. 23-й микрорайон; п. Матырский (Дом культуры)вблизи ОЭЗ "Липецк"

п. Силикатный - (стрельбище);

л. Грязи, ул. 18 Партсьезда,81

N810 ул. Гастелло;

N0 11 ул. Краснознаменная;

N8 12. ул. Чехова,

N8 13 пос. Новая Жизнь;

N8 14. ул. 3 Космодемьянской

Рис. 2. Система мониторинга атмосферы района Липецк-Грязи

Рис. 4. Металлическая стружка (составной агрегат из комочков округлой формы, образующих сетку)

Почвенный покров представлен выщелоченным черноземом, по механическому составу отнесен к супеси. Почвы территории сильно загрязнены свинцом, кобальтом, на умеренно-опасном уровне - хромом (повсеместно), слабое загрязнение наблюдается по цинку и железу. Основные конфигурации загрязнения по данным компонентам находятся в соответствии с ореолами основных слабощелочных показателей почв (рис. 5). Увеличение степени загрязнения взаимоувязано с участками, имеющими наиболее высокие показатели рН.

□

Условные обозначения: Слабокислая среда

Изолинии рН, нейтральная среда

Слабощелочная среда \у//\ Раэломные зоны

Рис. 5. Распределение кислотно-щелочных показателей почвенных отложений территории

Динамика изменения концентраций тяжелых металлов в грунтах зоны аэрации по величине СПК показала, что их максимальное загрязнение формируется за счет накопления свинца, кобальта, хрома, меди, бора, ванадия, железа, цинка, которое характерно как для почв, так частично и для вскрышных пород. Отмечается уменьшение значений кларка концентрации (Кк) с глубиной. На глубине 3-4 м (ожелезненные пески) и 16-17 м (рудный горизонт, в пределах которого формируюется значительное количество Ре) выявлено два геохимических барьера, в результате чего в их пределах происходит накопление Со, Сг, Хп, V и природное формирование повышенных концентраций Аб, Ре, Мо, XV.

Биотическая компонента. Деградация растительности происходит вследствие распыления горной массы при разработке, транспортировке, хранении, в результате работы карьерной и транспортной техники, технологического оборудования, а также при водном и поверхностном загрязнении. Растительность района типично лесостепная, представленная лиственными деревьями и разнотравно-луговой травянистой растительностью. В пределах района встречаются луга пойменные, приуроченные к днищам речных долин и балок, и внепойменные (суходолы), занимающие водоразделы

и склоны балок. Выявлено загрязнение растительности до высокоопасного уровня Бе, в умеренно опасном уровне Со, РЬ, Сг (рис. 6-9). Конфигурации загрязнения также совпадают с основными ореолами защелачивания почв. Тератологических изменений не выявлено.

Условные обозначения:

Рис. 6. Схема оценки состояния растительности по содержанию: Реобщ (а), РЬ (б), Сг (в), Со (г).

Масштаб 1:100 ООО

Условные обозначения: Допустимое НВНЦ Высоко опасное

Изолинии коэффициентов концентрации Ре

Условные обозначения:

Разработана генетическая модель формирования ореолов загрязняющих элементов КДиП КС Сокольско-Ситовского месторождения известняков (рис. 7), на основании которой выявлены:

а) природные факторы:

- наличие разломных зон, в пределах которых увеличение концентраций веществ носит природный характер, обусловливается выходом на дневную поверхность рудного горизонта (Ъп, Ре, N1 и т. д.).

б) техногенные факторы:

- наличие в южной зоне крупного цементного завода, что формирует комплексное негативное воздействие на природную среду (Со, РЬ, Zn, Ре);

- присутствие в структуре ГОКа производственных цехов с многочисленными дробильными установками, терриконами (Сг, РЬ, Ре, Мп);

- разработка месторождения буровзрывным способом, в результате чего в зону влияния карьера мигрируют Сг, РЬ, Ре, а также Мп;

- погрузка и транспортировка добываемого сырья, стоянки автомобилей и техники (Хг\, РЬ).

[Мг

Факторы воздействия

Рис. 7. Генетическая модель загрязнения КДиП КС Сокольско-Ситовского месторождения известняков

3. Система рационального природопользования районов КДиП КС. Создание системы мониторинга территории.

Система рационального природопользования районов КДиП КС включает мероприятия по реабилитации окружающей среды, рекомендации по функциональному освоению территории (рис.8). Природоохранные мероприятия:

- правовые (зона отчуждения должна составлять не менее 1,2 км; необходим контроль выполнения требований экологического законодательства);

- защитные (создание охранного целика для водоносного горизонта по всей территории мощностью в 2 м (рис. 9); размещение дробильных заводов, цехов и перерабатывающих предприятий с учетом направления розы ветров;

при рекультивационных работах необходимо учитывать геологическое строение грунтов зоны аэрации);

- инженерные (установка очистных фильтров на трубах цементного завода; борьба с пылеобразованием на дорогах (прокладка искусственных оснований, использование связывающих средств); восстановление природного растительного слоя (ПРС)).

Рис. 8. Схема рационального природопользования Для реабилитации почвенного покрова в пределах зоны отчуждения для очистки от ТМ необходимо применение методов фитоадсорбции, фитоэкстракции, фитодеградации и фитостабилизиции, с высадкой травянисто-сорняковых видов растительности (толерантными к соединениям ТМ являются амброзия, полынь, люцерна, одуванчик, хвощ и т.д.) с последующей

утилизацией загрязненных растений. Не рекомендуется высадка толерантных плодовых и злаковых культур (подсолнечник, горчица, ячмень, овес) в пределах влияния КДиП КС (см. рис. 9)

Функциональное использование данных территорий (см. рис. 9) рекомендуется в лесохозяйственных, водохозяйственных (с учетом выдержанных защитных природоохранных мероприятий), промышленных и транспортных направлениях. Так, в условиях высокой защищенности водоносных горизонтов данные территории возможно использовать в водохозяйственных целях (превышений загрязнителей в водах не выявлено). Водозаборные сооружения рекомендуется устанавливать не ближе 1200 м от комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья.

Условные обозначения:

Функциональное использование:

О

и

и

Зона отчуждения

Зона не рекомендованная для г сельскохозяйственного, селитебного Г и лесохозяйственного освоения

Промышленная зона

Водохозяйственная зона

Природоохранные мероприятия:

Реабилитационная территория, высадка фитоадсорбентов

Охранный целик для водоносного горизонта

Ш Некоторые защитные

и инженерные мероприятия

Схема чколого-геологического мошгторинга:

Стационарные наблюдательные площадки

Рис. 9. Схема рационального природопользования КДиП КС Масштаб 1: 50 ООО

В зоне отчуждения рекомендуется формирование санитарных лесохозяйственных зон. Однако необходимо учитывать высокую способность

мхов и грибов к аккумуляции загрязнителей, следует вводить запрет на сбор ягод и грибов данных лесных зон.

Не рекомендуется использование территорий КДиП КС в сельскохозяйственных, селитебных и лесохозяйственных целях. Их использование для сельскохозяйственных нужд обусловливает негативные последствия для здоровья человека. В этой связи на исследуемой территории необходимо прекратить выращивание ячменя в северной части, которое приурочено к рабочему борту Ситовского карьера.

Эколого-геологический мониторинг в пределах исследуемых комплексов представляет собой следующую систему (см. рис. 9):

1. Использование стационарных наблюдательных площадок, которые позволят обеспечить всесторонний сбор достоверной информации о природной среде в целом либо отдельных ее элементах. Наблюдения на стационарных площадках должны охватывать все компоненты ЭГС.

2. При размещении стационарных площадок учитываются следующие факторы:

- фоновый участок, предназначенный для сравнительных характеристик с ними территорий, испытывающих техногенное воздействие КДиП КС (в частном случае площадка 1).

- участок зоны отчуждения с максимальным уровнем техногенной нагрузки (площадка 2);

- участки расположения экологических мишеней. В исследуемом случае в роли основных экологических мишеней фигурируют селитебные зоны (с. Ситовка, с. Воскресеновка), к которым приурочены 3-я и 4-я наблюдательные площадки;

- участок, контролирующий радиус воздействия комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья. Пятая площадка располагается по господствующему направлению розы ветров в соответствии с границами основных ореолов загрязнения, для контроля максимально возможного изменения их конфигураций.

Заключение

В ходе проведенных исследований были решены все поставленные в работе задачи:

1. Проведен анализ техногенной структуры горнообрабатывающих комплексов по разработке месторождений известняка, включающих технологические циклы по добыче, переработке известняков и производство цемента. Выявлено, что на стадии освоения месторождения наибольшее химическое воздействие на компоненты ОС формируется при снятии почв, строительстве предприятий по переработке КС, пылении в процессе добычи сырья буровзрывным способом, при погрузке и транспортировке горной массы, а также рекультивационных работах, в промышленном цикле при отвалообразовании некондиционной породы, дробильно-сортировочных работах, производстве цементного сырья, обжиге шлама, помоле клинкера. Максимальное воздействие оказывается на приповерхностный слой атмосферы, почвенный покров, растительный и животный мир.

2. Дана оценка эколого-геологической системы района разработки Сокольско-Ситовского месторождения известняков, которая включила анализ абиотических и биотических составляющих природной среды. Установлено, что трансформация природных свойств является как результатом функционирования комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья, так и следствием существующих на территории природных аномалий. Степень загрязнения почвенного покрова достигает высокого уровня, в качестве ведущих загрязнителей здесь выступают хром, свинец, кобальт, цинк, железо. В фитоценозах загрязнение железом достигает высокоопасного уровня, свинец, хром, кобальт содержатся в умеренно опасных количествах. Глубина распространения загрязнения в грунтах зоны аэрации контролируется имеющимися геохимическими барьерами и для исследуемой территории не превышает первых десяти метров (здесь природный генезис имеют аномалии Fe, As, Mo, W, Zn, антропогенный - Pb, В, Си, Co, V, Cr, Fe, Zn). В подземных водах превышения выявлены только по содержанию железа, что обусловлено особенностями геологического строения территории. Также подземные воды отличаются высоким содержанием кальция. Радиационные показатели по всей территории не превышают предельно допустимого уровня, и уровень гамма-фона является удовлетворительным.

3. Обоснована и подтверждена зона негативного воздействия функционирования комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья, которая составляет 1,2 км (зона отчуждения). Наиболее высокое накопление загрязнителей на исследуемой территории формируется вследствие оседания максимальной массы карбонатной пыли на расстояниях 150 и 650 м. По удалению от зоны отчуждения наблюдается снижение пылевого воздействия и соответствующее снижение содержания выявленных загрязнителей.

4. Выявлены ведущие элементы преобразования ЭГС и определены основные, экологические мишени в зоне влияния разработки. Так, максимальный техногенный прессинг в качестве экологической мишени в районе Ситовского карьера испытывают фитоценозы и почвенный покров.

5. Разработана структура рационального природопользования районов разработки месторождений известняка, включившая:

а) природоохранные мероприятия (правовые, защитные и инженерные):

- рекомендуемая зона отчуждения не менее 1,2 км;

- создание охранного целика для водоносного горизонта по всей территории; -

- размещение дробильных заводов, цехов и перерабатывающих предприятий с учетом метеорологических условий;

- борьба с пылеобразованием на дорогах (прокладка искусственных оснований, использование связывающих средств);

- при рекультивационных работах необходимо учитывать геологическое строение грунтов зоны аэрации;

- создание очистных систем, характеризующихся механическим, физико-химическим и биологическим средствами очистки выбросов цементных заводов;

- для уменьшения химического загрязнения почв рекомендовано последовательное применение методов фитоадсорбции, фитоэкстракции, фитодеградации и фитостабилизиции территории;

б) рекомендации по функциональному использованию территорий. Выявлено, что целесообразно использование данных территорий в лесохозяйственных, промышленных, водохозяйственных и транспортных целях. Однако необходимо выведение земель из сельскохозяйственного освоения, исключение использования данных территорий в селитебных целях в радиусе воздействия. Не предусмотрено ограничений по использованию территорий в водохозяйственных целях, в условиях высокой защищенности водоносных горизонтов.

6. Разработаны принципы эколого-геологического мониторинга как ведущего инструмента управления экологической ситуацией, формирующейся в результате функционирования комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья. Данная система базируется на результатах эколого-геологической оценки, позволяет контролировать состояние ЭГС и эффективность природоохранных мероприятий. В пределах системы мониторинга заложено пять стационарных наблюдательных площадок, приуроченных к максимально трансформированной зоне, к основным экологическим мишеням (с учетом пылевого воздействия), к фоновым участкам, к зонам контроля за изменениями радиуса воздействия.

Публикации по теме диссертационной работы:

1. Заридзе М.Г. Трансформация эколого-геохимической функции приповерхностной части литосферы в пределах Ситовского участка Сокольско-Ситовского месторождения известняков / М.Г. Заридзе. // Вестник Воронежского государственного университета. Сер.: Геология. — Воронеж, 2012. — № 2. - С. 199-208.

2. Косинова И.И. Оценка степени преобразования отдельных элементов эколого-геологической системы в районе разработки Ситовского карьера Сокольско-Ситовского месторождения известняков / И.И. Косинова, М.Г. Заридзе // Вестник Воронежского государственного университета. Сер.: Геология. — Воронеж, 2010 .— № 1. - С. 264-269.

3. Косинова И.И. Экспертные методы при оценке эколого-геологических условий районов добычи и переработки карбонатного сырья ! ЛИ. Косинова, О.В. Базарский, М.Г. Заридзе // Инженерная геология. - М., 2013. - №6. - С. 64-69.

4. Мирошникова Е.С. Анализ влияния отработки карьера известняков на качество контактных водоносных комплексов / Е'.С. Мирошникова, М.Г. Заридзе // Экологическая геология: научно-практические, медицинские и экономико-правовые аспекты: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. — Воронеж, 2009,—С. 387-390.

5. Заридзе М.Г. Анализ твердой составляющей снега в зоне влияния ИДиП КС Сокольско-Ситовского месторождения / М.Г. Заридзе, И.И. Косинова,

C.B. Бондаренко // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы : мат-лы 3-й Междунар. науч.-практ конф — Воронеж, 2013. — С. 29-32.

6. Заридзе М.Г. Биогеохимический анализ зоны влияния Ситовского участка Сокольско-Ситовского месторождения известняков / М.Г. Заридзе, Л.Ю. Пастушенко // Материалы научной сессии Воронеж, гос. университета Секция экологической геологии. — Воронеж, 2011 .— Вып. 4. - С. 29-33.

7. Заридзе М.Г. Ведущие загрязнители почвенных и приповерхностных отложений района влияния Ситовского карьера Сокольско-Ситовского месторождения известняков / М.Г. Заридзе, Е.С. Мирошникова // Экологическая геология: научно-практические, медицинские и

; экономико-правовые аспекты : мат-лы Междунар. науч -практ конф _

Воронеж, 2009 — С. 349-352.

8. Заридзе М.Г. Выявление природных и техногенных загрязнителей почвенного покрова участка доразведки Ситовского карьера Сокольско-Ситовского месторождения известняков / М.Г. Заридзе // Мат-лы научной

сессии Воронеж, гос. университета. Секция экологической геологии _

Воронеж, 2010 .— Вып. 3. - С. 155-159.

9. Пастушенко Л.Ю. Загрязнение почвенных отложений в зоне влияния Ситовского карьера Сокольско-Ситовского месторождения известняков / Л.Ю. Пастушенко, М.Г. Заридзе // Мат-лы научной сессии Воронежского государственного университета. Секция экологической геологии — Воронеж, 2011. — Вып. 4. - С. 59-63.

Ю.Заридзе М.Г. Методы снеговой съемки при эколого-геологических исследованиях / М.Г. Заридзе // Экологическая геология: теория, практика

и региональные проблемы: мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ конф _

Воронеж, 2011,—С. 134-137

11.Пастушенко Л.Ю. Обоснование влияния разработки ситовского карьера Сокольско-Ситовского месторождения на прилегающие территории / Л.Ю. Пастушенко, М.Г. Заридзе // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: мат-лы 2-й Междунар. науч.-практ' конф. — Воронеж, 2011. — С. 475-477

12.Заридзе М.Г. Особенности изменения кислотно-щелочных показателей

• почвенного и снежного покрова при разработке карьера известняков (г.Липецк) / М.Г. Заридзе, A.M. Ильичева, A.C. Небогина // Мат-лы

Второго молод, инновац. проекта "Школа экологических перспектив" _

Воронеж, 2013. — С. 111-124.

13.Заридзе М.Г. Особенности распределения тяжелых металлов в грунтах зоны аэрации Ситовского карьера известняков / М.Г. Заридзе, И.И. Косинова, В.В. Петруновский // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. — Семей, Казахстан, 2012. —№ 3(20). - С. 70-76.

Н.Заридзе М.Г. Особенности эколого-геохимической функции литосферы участка доразведки Ситовского карьера Сокольско-Ситовского месторождения известняков / М.Г. Заридзе // Школа экологической

геологии и рационального недропользования: мат-лы 11-й межвуз. молод, науч. конф. — СПб, 2011. — С. 222-224.

15.3аридзе М.Г. Радиационные характеристики района разработки месторождения карбонатного сырья / М.Г. Заридзе, Л.Ю. Пастушенко // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях: мат-лы 7-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Воронеж. - 4.1 Воронеж, 2011. — С 204-208.

16.3аридзе М.Г. Сравнительный анализ эколого-геологического состояния почв Сокольско-Ситовского и Рогаликского месторождения карбонатного сырья / М.Г. Заридзе, А.И. Плотников // Мат-лы молод, инновац. проекта "Школа экологических перспектив". — Воронеж, 2012. — С. 75-83.

'17.Репина. Е.М. Трансформация эколого-геохимических условий в районе месторождений нерудного сырья / Е.М. Репина, М.Г. Заридзе // Месторождения природного и техногенного минерального сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поисков, экологическая геология: мат-лы Междунар. конф., посвящ. 90-летию Воронеж, гос. ун-та. — Воронеж, 2008 .— С. 470-472.

18.3аридзе М.Г. Эколого-геологические условия северной части Липецкого промышленного района / М.Г. Заридзе, И.И. Косинова // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях: мат-лы 6-й Междунар. науч.-практ. конф. — Воронеж, 2010 .— Ч. 1. - С. 196-208.

19.3аридзе МГ. Оценка эколого-геологических систем инфраструктур по добыче и переработке карбонатного сырья / М.Г. Заридзе, И.И. Косинова // Мат-лы 2-й Всерос. науч.-практ. конф. «Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий», 9-12 декабря 2013 г. - Екатеринбург 2013 -С. 133-137.

20.Ильяш В.В. Эколого-гидрогеохимическая оценка состояния подземных вод Сокольско-Ситовского месторождения известняков / В.В. Ильяш, М.Г. Заридзе // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы : мат-лы 3-й Междунар. науч.-практ. конф. — Воронеж 2013 — С. 32-36.

21.Косинова И.И. Геоивдикаторы преобразования грунтов зоны аэрации в. районах инфраструктуры по добыче и переработке карбонатного сырья / И.И. Косинова, М.Г. Заридзе // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации : ОАО "ПНИИИС" -50 лет : мат-лы 9-й общерос. конф. изыскательских организаций — М 2013 .— С. 174-176.

Подписано в печать 27 марта, 2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ.л. 1,0. Тираж 100. Заказ

Издательство ВГУ 394036, г. Воронеж, Университетская пл., 1 ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники изд-ва ВГУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Заридзе, Мария Геннадьевна, Воронеж

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукоп

042014 з ак} ¿ч

Заридзе Мария Геннадьевна

ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ КОМПЛЕКСОВ ПО ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ НА ПРИРОДНУЮ ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ (НА ПРИМЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ РОССИИ)

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология» (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель -доктор геолого-минералогических наук, профессор, И.И. Косинова

Воронеж, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ................................................9

1.1. Современные представления о эколого-геологических системах горнодобывающего класса....................................................................................9

1.2. Общая характеристика месторождений карбонатного сырья...............29

2 ОСНОВНЫЕ НАПРВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РАЙОНАХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ...............................................34

2.1 Специфика структуры комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья.................................................................................................34

2.2 Анализ основных / источников воздействия на элементы эколого-геологических систем.............................................................................................43

2.3 Оценка радиуса влияния предприятий по добыче карбонатного сырья на

прилегающие территории.......................................................................................52

3. ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ РАЙОНОВ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ....................70

3.1 Эколого-геологические условия района Сокольско-Ситовского месторождения известняков...................................................................................70

3.1.1 Физико-географические условия.......................................................70

3.1.2 Неотектонические особенности.........................................................73

3.1.3 Геологическое строение участка месторождения............................78

3.1.4 Гидрогеологическая характеристика.................................................88

3.1.5 Особенности почвенных отложений.................................................92

3.1.6 Экологические аспекты разработки месторождения.......................95

3.2 Сноухимические аномалии в зоне влияния КДиП КС Сокольско-Ситовского месторождения............................................................................98

3.3 Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова..............................108

3.4 Геоиндикаторы преобразования грунтов зоны аэрации..........................125

3.5 Эколого-гидрогеохимическая оценка........................................................132

3.6 Оценка радиационной обстановки............................................................145

3.7 Растительность как элемент индикации преобразования ЭГС..............148

3.8 Основные формы миграции тяжелых металлов в природных средах района КДиП КС Сокольско-Ситовского месторождения...........................158

4 СИСТЕМА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ РАЙОНОВ ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ................................165

4.1 Классификация природных и техногенных факторов экологической опасности.................................................................................................................165

4.2 Структура рационального природопользования районов месторождений карбонатного сырья................................................................................................168

4.3 Система эколого-геологического мониторинга КДиП КС.....................174

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................178

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................................181

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Техногенное преобразование компонентов окружающей среды может проявляться на поверхностном, приповерхностном, а также глубинном уровнях. Наиболее интенсивно оно проявляется в районах разработки месторождений полезных ископаемых. Их разведка, разработка, процессы переработки сырья формируют эколого-геологические системы (ЭГС) горнодобывающего класса, которые характеризуются преобразованием компонентов природной среды, как на поверхности, так и в геологическом разрезе. Это обстоятельство является отличительной особенностью данных систем. Вопросы преобразования ЭГС в районах разработки месторождений полезных ископаемых рассмотрены в работах Фильчакова Ю.В, Ржевского В.В, Косиновой И.И, Захарова А. В. и др. [92-93, 113, 69, 49]. Авторы подчеркивают широкий спектр и интенсивность воздействия горнодобывающей деятельности, как на абиотическую, так и на биотическую составляющие. Особенно интенсивно оно проявляется в районах открытых разработок месторождений. Карьерным способом добывают полезные ископаемые рудные (полиметаллические, черные, редкоземельные, урановые руды и т.д) и нерудные (каменный уголь, фосфориты, самородная сера, пески, глины, известняки, мергеля, доломиты и т.п.).

В настоящее время детально изученными являются основные направления преобразования компонентов природной среды в зонах влияния разработки месторождений рудного сырья. Отличием месторождений нерудного сырья является их приуроченность к плотно заселенным районам, так как их продукт используется в строительной индустрии. Нередко контур разработки месторождения располагается в пределах городской черты. Однако исследования влияния разработки данных месторождений на компоненты природной среды носят эпизодический характер и касаются отдельных вопросов природоохранного характера. Особую актуальность данная проблема имеет для Центрального Черноземного региона России (ЦЧР), с богатейшим ресурсным потенциалом уникальных черноземов, обеспечивающих устойчивое

развитие аграрного сектора экономики России и наличием значительного количества нерудных полезных ископаемых. В структуре разработки месторождений нерудного сырья карбонатные породы составляют около 30%, они используются в строительных целях, в сельском хозяйстве, в металлургической промышленности.

Объект исследований - эколого-геологические системы зон влияния комплексов по добычи и переработке карбонатного сырья (КДиП КС).

Предмет исследований - оценка процессов поступления загрязняющих веществ в природную среду, особенности их накопления и миграции в зоне воздействия комплексов по добычи и переработке карбонатного сырья.

В этой связи научной задачей настоящей диссертационной работы является создание системы рационального природопользования в районах разработки месторождений карбонатного сырья.

Цель работы - эколого-геологическая оценка комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья для разработки основ рационального природопользования территорий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ техногенных комплексов районов разработки месторождений карбонатного сырья (МКС);

2. Определение пространственных характеристик воздействия разработки МКС на компоненты природной среды.

3. Оценка эколого-геологической системы района разработки Сокольско-Ситовского месторождения известняков.

4. Выявление ведущих элементов преобразования ЭГС и определение основных экологических мишеней в зоне влияния разработки. Под «экологической мишенью» понимается абиотический или биотический

компонент окружающей среды, являющийся объектом, в том числе и потенциальным, негативного воздействия природного либо техногенного характера [67].

5. Разработка системы рационального природопользования районов разработки месторождений известняка (РРМИ).

6. Формирование структуры системы эколого-геологического мониторинга района разработки месторождений известняка.

Фактический материал. В основу диссертации положены эколого-геологические исследования автора в рамках ряда НИР, выполняемых на месторождениях карбонатного сырья Липецкой и Ростовской областей. Исследования проводились в период с 2008 по 2013 гг и включали полевые, аналитические и камеральные работы. Также в диссертационной работе использовались материалы ОАО «Липецкгеология» [78].

В сферу наблюдений был включен снежный покров (654 пробы), почвенный покров (621 проба), грунты зоны аэрации (по трем скважинам), подземные воды (368 проб за 12-ти летний период), радиологические исследования (621 точка наблюдения), растительность (621 проба).

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методика оценки воздействия комплексов районов разработки МКС на компоненты природной среды. В рамках ЭГС данного типа основным фактором преобразования является добыча, переработка карбонатного и производство цементного сырья, что формирует комплексное воздействие на природную среду.

2. Анализ пространственных характеристик воздействия на компоненты природной среды, которые определяются дисперсностью пылевых частиц буровзрывного облака и метеоусловиями района воздействия комплексов по добычи и переработке карбонатного сырья. Радиус воздействия составляет 1,2 км, первый максимум накопления пылевых выбросов фиксируется на расстоянии 150-200 м, второй - на 650-800 м.

3. Комплексная эколого-геологическая оценка района разработки Сокольско-Ситовского месторождения известняков. Определение перечня ведущих загрязняющих элементов, транспортирующихся по всем компонентам ЭГС. Система рационального природопользования в зонах функционирования комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья, включающая мероприятия по реабилитации окружающей среды, рекомендации по функциональному освоению территории. Создание системы мониторинга территории.

Научная новизна.

Разработана методика определения воздействия комплексов районов разработки МКС на компоненты природной среды.

Представлен анализ пространственных характеристик воздействия на компоненты природной среды с определением радиуса данного воздействия.

Впервые дана эколого-геологическая оценка комплексов по добыче и переработке карбонатного сырья на компоненты природной среды. Определены ведущие элементы преобразования ЭГС, а также обозначены основные экологические мишени в зоне влияния разработки.

Разработана система рационального природопользования районов добычи и переработки карбонатного сырья. Составлены природоохранные мероприятия и система функционального использования территории. Сформированы основные направления эколого-геологического мониторинга в пределах функционирования данных объектов.

Апробация работы. Основные результаты научных исследований по теме диссертации обсуждались и докладывались автором на Международной научной конференции посвященной 90-летию ВГУ (Воронеж, 2008); Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: научно-практические, медицинские и экономико-правовые аспекты» (Воронеж, 2009); 11-й Межвузовой молодежной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2011); Научной сессии Воронежского государственного

университета (Воронеж, 2010, 2011); 2-й Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2011, 2013); 7-й Международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях» (Воронеж, 2010, 2011); Молодежном инновационном проекте "Школа экологических перспектив" (Воронеж, 2012, 2013); 7-й Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, 2012); 9-й Общероссийской конференции изыскательских организаций «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (Москва, 2013); 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий» (Екатеринбург, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 статья (в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ).

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных литературных источников. Объем работы составляет 194 страницы машинописного текста, включающих 91 рисунок, 17 таблиц, 13 формул и список литературы из 125 наименований.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору И.И. Косиновой за помощь на всех этапах выполнения работы; профессору О.В. Базарскому, доцентам В.В. Ильяшу и A.A. Валялыцикову, преподавателю A.A. Курышеву за помощь и ценные рекомендации при обработке фактического материала. Отдельная благодатность профессору E.H. Самарину и доценту C.B. Бондаренко за содействие в сборе материалов, необходимых для написания работы. А также всем сотрудникам кафедры экологической геологии за замечания и предложения, которые способствовали совершенствованию работы.

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ

Горнодобывающая деятельность один из самых древних видов деятельности человека. Первые карьеры формировались в Древнем Египте в связи со строительством пирамид; в античные времена создавались карьеры по добычи мрамора в больших объемах. До начала 20 века открытая разработка месторождений была затруднена в связи с отсутствием необходимой в цикле добычных работ техники для перемещения и изъятия пород вскрыши и полезных ископаемых. В связи с активным ростом техногенеза в начале 80-х годов горнодобывающие предприятия карьерным способом добывали около 70% рудных, 95% строительных п/и, 20% каменных и 90% бурых углей. В настоящее время добывается и используется около 400 видов минерального сырья [92, 93]. Развитие практически всех отраслей народного хозяйства базируется на основе горнодобывающей деятельности. В результате высокого темпа развития горнодобывающей промышленности сформировались эколого-геологические системы, которые отличаются специфическим направлением преобразования компонентов природной среды. Для сохранения экологического равновесия система природопользования обязана обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов с учетом перспектив развития хозяйственной и производственной деятельности человека.

1.1 Современные представления о эколого-геологических системах

горнодобывающего класса

Учение о эколого-геологических системах разработано ведущими учеными МГУ, СПбГУ, ВГУ и представлено в трудах В.Т. Трофимова, Г.А. Голодковской, В.А. Королева, В.В, Куриленко, И.И. Косиновой и др. [107, 109, 110, 21, 32, 65, 71, 67]. Классификации эколого-геологических систем, предложенные учеными, предполагает собой выделенные четырех основных блоков:

- реальные природные эколого-геологические системы (естественные территории, не нарушенные техногенной деятельностью);

- идеальные природные эколого-геологические системы (прогнозы состояния природной системы в зависимости от возможных путей ее развития);

- идеальные природно-технические эколого-геологические системы (развитие под воздействием антропогенной деятельности человека реальной природной эколого-геологической системы);

- реальные природно-технические эколого-геологические системы (эколого-геологические системы, трансформированные под воздействием техногенеза).

При рассмотрении систем горнодобывающего класса отмечается значительное преобразование приповерхностной части литосферы. Известно, что в процессе добычных работ происходит мощное истощение природных ресурсов (в том числе невозобновимых), угнетение или полное уничтожение почвенного покрова, нарушение естественного залегания земель, нарушение гидрогеологического режима подземных и поверхностных вод, утрата лесных массивов, загрязнение атмосферы.

Систематизация разработок залежей полезных ископаемых приведены работах В.В. Ржевского [92, 93]. В результате их разработки формируются эколого-геологические системы:

1. Поверхностного вида - связанные с разработкой россыпей, строительными породами, значительной части угольных и небольшой части рудных разработок.

2. Глубинного вида, соответствующие большей части рудных, нерудных и частично угольных разработок.

3. Подводного вида, формирующиеся при разработке п.и. в поймах рек и озер. Перспективна подводная добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов.

В рамках эколого-геологических систем горнодобывающего класса фиксируются следующие преобразования приповерхностной части литосферы:

- Эколого-ресурсные: проявляются в нарушении целостности недр, изъятии п/и, отработке горного отвода, изъятии вмещающих и вскрышных пород, перемещением почв, нарушении гидрологического и гидрогеологического режимов, угнетении подземных вод, спровоцированном осушением месторождения, образовании депрессионных воронок.

- Эколого-геохимические: формируются посредствам запыления и загазовывания окружающей среды в результате ведения буровзрывных работ, выемочно-погрузочных операций, транспортирования ископаемого сырья, отвалообраз