Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Формирование подземных вод района вольфрам-молибденового месторождения Тырныауз и вопросы охраны бассейна река Баксан от загрязнения

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование подземных вод района вольфрам-молибденового месторождения Тырныауз и вопросы охраны бассейна река Баксан от загрязнения"

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ имени Г. В. ПЛЕХАНОВА

Специализированным совет Д 063.15.07 На правах рукописи

ХАУСТОВ

Владимир Васильевич

УДК 556.314:553.388

ФОРМИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РАЙОНА ВОЛЬФРАМ-МОЛИБДЕНОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТЫРНЫАУЗ И ВОПРОСЫ ОХРАНЫ БАССЕЙНА РЕКИ БАКСАН ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Специальность: 04.00.06 — Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

ЛЕНИНГРАД 1990

/

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии Ленинградского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственного университета.

Научный руководитель — кандидат геолого-мипералогических наук, доцент Мартынова Марина Анатольевна.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Свешников Глеб Борисович; кандидат геолого-мипералогических наук, доцент Никитина Наталия Борисовна.

Ведущее предприятие: Тырныаузский ордена Трудового Красного Знамени вольфрам-молибденовый комбинат.

Защита состоится «<2г. в /ь час. 30 мин. на заседании Специализированного совета Д 063.15.07 при Ленинградском горном институте им. 1Г. В. Плеханова по адресу: 199026 Ленинград, В. О., 21 линия, 2, ауд. //.5У

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского горного института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук, доцент

А. В. Кузьмин

| ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ -

Актуальность проблемы изучения природных вод в аспекте их охраны от загрязнения в настоящее время несомненна.

В последние годы напряжённая водохозяйственная обстановка сложилась в бассейне реки Терек, в большинстве рек которого отмечается довольно высокий уровень загрязнения. Не является исключением и р.Баксан, в верховьях которой расположен Тырныауз-ский вольфрам-молибденовый комбинат /ТШК/.

В процессе эксплуатации.месторождения Тырныауз в окружающую среду было сброшено и продолжает сбрасываться большое количество дренажных вод, содержащих экологически токсичные хими -ческие элементы. Формирование химического состава этих вод определяется как техногенными так и природными факторами. Только на основе детального изучения этих факторов возможна качественная и количественная оценка загрязнения геологической среды и предотвращение его в будущем.

Целью работы является комплексное исследование воздействия ГЕМК на геологическую среду, т.е. определение приоритетных источников загрязнения, оценка степени загрязнения различных природных объектов и разработка конкретных рекомендаций по защите природы от негативных последствий эксплуатации месторождений.

Научная новизна: впервые исследованы условия формирования подземных вод рудного поля Тырныауза и высказано предположение об определяющей роли геодинамических процессов всего Кавкасского региона в формировании химического состава подземных вод нижней гидрогеохимической зоны;

- выявлены закономерности формирования химического состава дренажных вод месторождения как загрязнителя окружающей среда;

- впервые выявлены биогеохимические реакции микроорганизмов донных отложений р.Баксан на загрязнение последних тяжёлыми металлами; '

- впервые изучены сорбционныо свойства бентонитовых глин одного из местных месторождений с целью их возможного исполь-

зования для очистки промстоков ТЕМК. '

Практическое значение работы :

- вшшлено негативное влияние интенсивной разработки месторождения Тырныауэ на окружающую среду, оценены степень и масш- • табы загрязнения;

. - даны методические рекомендации: по осуществлению опережающего бурения скважин для обеспечения безопасности производства горных работ; по привлечению естественных ресурсов трещинно-карстовых вод для целей технического водоснабжения рудника; по использованию подземных вод нижней гидроге охимической зоны в бальнеологических целях с указанием участков и Площадей, перспективных на их обнаружение;

- разработан экспресс-метод индикации загрязнения тяжёлыми, металла!® донных отложений водотоков в горнодобывающих районах;

- разработана-технологическая схема очистки промстоков ТШК на основе применения природных сорбентов - бентонитовых глин.

Методика исследований. Комплекс проведенных исследований включал :

I. Сбор фактических данных - фондовых /режимные 30-летние наблюдения за подземными водами месторождения/, опубликованных и натурных /129 химических анализов речных вод, 83 химических и 20 газовых анализов подземных вод месторождения, 122 спектральных и микробиологических анализов донных отложений и взвешенного вещества р.Баксан, 46 химических анализов горных пород и минералов, 58 анализов водных вытяжек из горных пород/. -'- 2. Аналитические работы, которые включали: а/ лабораторные определения химического cocтaБa¡ подземных вод и поверхностных' вод; б/ спектральный анализ донных отложений, взвешенного вещества речных вод и горних пород; в/ определение суммарного белка в донных отложениях; г/ исследование химической активности горных пород; д/ изучение поглощённого комплекса и сорбцион-ных свойств бентонитовых глин.

/Работы, названные в пунктах в,г,д выполнены лично автором/.

8. Обобщение и -систематизация полученной информации, для чего были использованы метода матетатистик:I /корреляционно-регрессионный, факторный,. кластерный, дискриминантный анализы/ с привлечением вычислительных средств и произведён естественно-исторический анализ полученных результатов.'

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ГН5 ТШК, на ТШК, а также использованы при выполнении хоздоговорной теш И5-92 "Технология предварительной очистки промстоков Ставропольского завода химических реактивов и люминофоров перед закачкой в пласт-коллектор"/НИИ ЗК ЛГУ/.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили одобрение на 5, б, 7 межвузовских конференциях молодых учёных /Ленинград, ЛГУ, 1987-1989/, XXIX Всесоюзном гидрохимическом совещании /Ростов-на-Дону, ГХИ, 1987/, 3 и 4 научных конференциях молодых учёных МГРИ /Москва, 1988-89/, Всесоюзной школе-семинаре по рудопоисковой гидрогеохимии /Чита, 1988/, Всесоюзном семинаре, посвящённом памяти Б.Л.-Личкова /Ленинград, 1989/, научных семинарах кафедры гидрогеологии ЛГУ..

По теме диссертации опубликовано 7 статей и тезисы докладов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 149 с. машинописного текста и содержит 38 табл. и 46рис-. Список литературы включает 318-наименований.

Автор выражает глубокую благодарность"научному руководителю кандидату геолого-минералогических наук, доценту М.А.Марты-новой за постоянную поддержку, многократное обсуждение результатов исследований, ценные замечания и предложения, а также ; всем сотрудникам кафедры гидрогеологии ЛГУ, помогавшим автору консультациями и советами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается состояние геологической и гидрогеологической изученности рудного поля Тырныауза.

Уникальное месторождение вольфрам-молибденовых руд Тырныа-уз издавна привлекало к себе внимание геологов. С консультационной целью месторождение посещали в разное время академики . Д.Н.Щербаков, А.Е.Ферсман, А.Н.Заварицкий, А.Г.Еетехтин, Д.С. Белянкин и др. Однако, несмотря на полувековую историю изучения месторождения до сих пор нет единого мнения по решению многих принципиальных вопросов его геологии.

До 1962 года гидрогеологические работы и исследования в районе месторождения проводились Н.С.Погорельским, С.А.Гатуевым,

О.А.Шагоянцеы, А.И.Кашиным, В.П.Руничём, Ю.П.Масуренковым и др. /гидрогеологическая съёмка, картирование, минеральные води и пр./

Начиная с 1562 года, когда участились случаи прорывов напорных подземных вод в горные выработки, были организованы ра- . боты по систематическому изучению гидрогеологических условий месторождения /В.Н.Иаслов, ДЖВорожбенко, Р.Д.Ворожбенко и др./. В результате .были получены сведения о динамике и химическом составе рудничных вод, построены первые гидрогеологические планы и разрезы месторождения.

Значительный вклад в изучение вопросов гидрогеохимии рудного поля внесли Ю.П.Суетин и И.К.Нежданова. Ими выявлена гидрогеохимическая зональность подземных вод месторождения, определено её практическое значение;

Однако, до настоящего времени условия формирования химического состава рудничных и дренажных вод в полной мере не раскрыты; недостаточно глубоко исследован процесс загрязнения р.Бак-сан сточными водами ТВМК и некоторые другие вопросы.

Во второй главе освещаются физикогеографические условия района месторождения Тырныауз.

Тырныаузское месторождение расположено в одном из отрогов Передового хребта Северного Кавказа - Уллу-Тырныауз-Тау в 45км от вулкана Эльбрус на территории Кабардино-Балкарской АССР. В работе подробно описываются орографические особенности исследуемой территории, гидрографическая сеть и климат. На основании анализа геоморфологии рудного поля, густоты речной сети и скоростей, направления и частот ветров, количеств атмосферных осадков и др., делается вывод о наличии благоприятных природ-' ных условий для вовлечения техногенного вещества в воздушные, водные и механические миграционные потоки и рассеяния его в местных 'ландшафтах.

В третьей главе описываются геологические особенности месторождения Тырныауз. ' ' .

Месторождение образовалось в поздаеальпийскую эпоху'текто- • • но-магматической активизации на краю Скифской плиты.

Главнейшие особенности геологии Кавказа наиболее хорошо согласуются с геодинамической моделью, по которой этот регион рассматривается как океанический' Тетис и его континентальное обрамление, претерпевшие в результате конвергенции плит сложнук,

тектоническую эволюцию вплоть до превращения во внутриматерико-вую горно-складчатую область /В.Е.Хаин,1975,1964; Л.П.Зоненшайн 1979; Г.И.Баранов и И.И.Греков,1980; И.П.Гамкрелидзе, 1982 ; С.И.Дотдуев, 1986 и др./. Современную геодинашческую обстановку региона иллюстрирует рис.1.

Рис. I. Коллизионная структура Большого Кавказа /по В.Е.Хаину,

1984/.

I - докембрийская кора Восточно-Европейского континента; 2 - палеозойский комплекс Скифской плиты; 3 - кора Закавказского и Иранского срединных массивов; 4 - утоненная и переработанная континентальная нора; 5 - кора океанского типа; Б - сланцевая формация; 7 - флишевая формация; 8 -шельфовая терригенно-карбо-натная формация; 9 - моласса; 10 - вулканический пояс; II - деформированные отложения сланцевой формации; 12 - чехол платформ, срединного массива и океанской коры; 13 - деформированные отложения сланцевой формации; ВЕ - Восточно-Европеиский кратон; СК-Скифская плита;-ЕК - Большой Кавказ; ЗК - Закавказский срединный массив; МК - Малый Кавказ /центральная часть/; ГХ - Главный хребет; ЮС - Южный склон Большого Кавказа; ПК - Предкавказский прогиб; НЛ - Куринский прогиб; ИР - Иранский срединный массив.

Рудное поле месторождения Тыршауз приурочено к пересечению двух региональных тектонических структур - субширотной Пшекиш-Тырныаузской мобильной зоны и Транскавказского поперечного поднятия. Оно представляет собой фрагмент крупной складчатой структуры, сложенной вулканогенными, терригеиными и карбонатными породами среднего-верхнего палеозоя, нижней юры и зажатый в жёсткой "раме" древних гранитов, мигматитов и кристаллических сланцев. Таким образом, рудное поле Тырныауза является узлом наибольшей магматической и металлогенической активности Б.Кавказа, что может оказывать существенное влияние на формирование подземных вод глубокой циркуляции.

В различной степени метаморфизованные и сильно дислоцированные вулканогенно-осадочные породы разбиты большим количеством

деъюнктивов разных порядков, прорваны' многочислеиными палеоин-грузиями ультрабазитов, неоинтрузиями: лейкократовых гранитоидов /20-18 млн.лет/, порфировидных гранитов /1.9 млн.лат/, липаритов /1.8-1.5 ылн.лет/, андезитов /1.2 млн.лет/.

. Основные, полезные ископаемые - вольфрам-молибденовые руда связаны с рудоносными скарнами в центральной части рудного поля. Кроме них имеют место небольшие сурьмяные, свшгцово-сурьмяные, оловорудные,¡полиметаллические и другие рудопроявления. Следовательно, геологические и минералогические особенности месторождения свидетельствуют о возможности рассеяния за его пределы широкого опектра рудогенных металлов.

В четвёртой главе анализируется гидрогеологическая ситуация района месторождения и собственно рудного поля.

Основные черти гидрогеологии района Тырныаузского месторождения определяются геоморфологическими, структурными, фациаль-но-литологическими и климатическими его особенностями. Большая часть исследуемой территории вследствие высокого гипсометрического положения и значительной эрозионной расчленённости принадлежит к области активного водообмена с высокой степенью промы-тости пород.

Генеральное.направление подземного стока с юго-запада на. северо-восток. Области питания подземных вод, приуроченных к ■ палеозойским, юрским и меловым горным породам, находятся в горной части. Разгрузка подземных вод, как правило, происходит вдоль эрозионных врезов, а также по крупным тектоническим трещинам и зонам дробления. Б работе-приводится-гидрогеологическая характеристика основных водоносных горизонтов и комплексов, распространённых в районе месторождения Тырныауз. . .

В пределах рудного поля выделены две гидрогеохимическив зоны, различающиеся химическим и газовым составами воды, рН-ЕЬ условиями, температурой и др.

■Верхняя зона, сформированная существенно метеорными водами, __характеризуется ЮОд-Са /Са-М$/ составом * с сухим остатком 0.10.4 г/л. Растворённый газ соответствует атмосферному воздуху, газонасыщенность воды от 20 до 30 мл/л. Микрокомпонентный состав подземных вод выщелачивания соответствует рудной минерализации вмещающих их горных пород. Так, иифильтрационные воды, циркулирующие в скарнированных мраморах и роговиках обогащаются

Wi Mo, As , Cu , Zrt , в гипербазитах - Mo , W , As , Sb , liln, Mi Cu ; в мраморах - следы As , Mo , Cu .

Нижняя гидрогеохимическая зона представлена углекислыми /содержание С02 до 99?6/ HCOg-Cl , CT - НСО3 - Na субтермальными водами с минерализацией до 12 г/л. Карбонатные /по классификации Курнакова-Валяшко/ подземные воды глубоких горизонтов характеризуются газонасыщенностью до 5оо мл/л и более. Они обогащены Rb , Cs , F , ¡7 , В , В г , Fe и. др. Глубинные воды, затронутые процессами разрушения рудной минерализации отличаются высокими концентрациями W, Mo , As , Си , Sn , Sb , Ni , Мп и др.

Чёткой границы между выделенными зонами нет: здесь прослеживается подзона смешанных вод, обязанных своим химическим составом водам верхней и нижней гидрогеохимических зон '/И.К.Нежданова, Ю.П.Суетин, Г.Б.Свешников, 1986/.

Средний показатель обводнённости рудного поля составляет 540 м3/час, с учётом Северного разведочного участка 1710 м3/час. Основное обводнение месторождения связано с притоками трещинно-карстовых вод в горные выработки. С использованием ЭШ /расчёт карбонатно-кальциевого равновесия по программе "VATER", автор В.Н.Озябкин/ оценена растворяющая способность разнотипных подземных вод по отношению к мраморам рудного поля. Наибольшей агрессивностью отличаются подземные воды глубокой циркуляции /дефицит СаСОд - 727 мг/л/, обусловленной градиентами температуры и углекислого газа.

Поступление /прорывы/ трещинно-карстовых вод и трещинно-жильных вод резко увеличивает разовые водопритоки /до 400.л/с/ и негативно отражается на безопасности ведения горных работ, приводит к затоплению горных выработок, машин и оборудования, что сопряжено с материальными потерями. С целью предотвращения подобных явлений в работе даются рекомендации по выбору схемы опережающего бурения при проходческих работах. В то же время на месторождении существует проблема технического водоснабжения. Поскольку трещинно-карстовые воды обычно хорошего качества, то рекомендуется активное привлечение их ресурсов на нужды рудника с указанием перспективных участков для устройства водоотбора.

В последние годы наметилась тенденция к стабилизации водо-притоков по месторождению, что объясняется сработкой основных статических запасов трещинно-карстовых и трещинных вод.

Вследствие увеличения объёмов и фронта горных работ возникли небольшие годовые приросты водопритоков. Они обязаны увеличению поступления подземных вод нижней гидрогеохимической зоны в систему горных выработок /к 1988 году суточный приток глубоких вод. достиг 12514 мэ, что составило около 3096 от общего обводнения.

Углекислые субтермальные воды нижней гидрогеохимической зоны представляют благоприятную среду для накопления и миграции тяжёлых металлов, обладают высокой агрессивностью по отношению К карбонатным породам и сульфидным минералам, оказывают из года в год всё большее негативное влияние на общее обводнение месторождения и форлирование состава дренажных вод. С другой стороны, углекислые вода, не затронутые процессами окисления сульфидных.минеролов, обладают высокими бальнеологическими свойствами. С учётом всего этого выяснение условий формирования подземных вод глубокой циркуляции представляется весьма актуальной задачей.

Пятая глав'а посвящена формированию химического состава рудничных и дренажных вод месторождения.

Наиболее разработанными методами свёрстки большой гидрогеологической информации является факторный и кластерный анализы... /А.Мацощик,1975; А.И.Коротков,1983; А.П.Хаустов,1988 и мн. др./. С помощью факторного анализа и последующего кластирования все зафиксированные к настоящему времени водопроявления в пределах рудного поля Тырныауза были разграничены на три группы, соответствующие выделенным -гидрогеохимическим зонам. Для них получены характеристические отношения ионов: НСОд/СТ и Са/К, с помощью которых возможна идентификация любого нового водопро- ■ явления рудного поля.

С помощью факторного анализа также устанавливается генети- ■ ческая связь между компонентами химического состава подземных вод, внешними факторами, показателями физико-химического состояния среды - то есть решаются задачи формирования химического состава подземных.вод. По результатам классифицирования подъемных, вод были-сформированытри представительные выборки сог-лаоно гидрохимическим зонам, каждая из которых в дальнейшем вновь подверглась факторному анализу. В результате фактор I отразил генеральную тенденцию в формировании химического состава .подзомных вод; которая оказалась различной для вод верхней и

нижней зоны. Для глубоких вод обнаруживается наибольший вклад в этот фактор Na, СП , F, В, К, Rfc> , I, Cs ; для инфильтрацион-ных вод HCOg, Са, SO4, Фактор II отразил процесс смешивания разнотипных подземных вод, фактор III - литологические особенности водовмещающих пород.

•. Подземные воды верхней гидрогеохимической зоны являются типичными метеорными водами выщелачивания, преимущественно сульфатного типа сульфатно-натриевого подтипа /по Курнакову-Валяш-ко/. Анализ миграционных кривых свидетельствует о том, чтб при росте степени минерализации этих вод до I г/л их состав остаётся неизменным.

Помимо состава вмещающих пород на формирование химического состава подземных вод верхней гидрогеохимической зоны существенное влияние оказывает также антропогенный фактор, интенсивно проявляющийся в пределах горных выработок. Это влияние связано с увеличением мощности зоны аэрации и, как следствие, интенсификацией окисления сульфидов, в результате чего происходит обогащение их рудогеннкми металлами и сульфат-ионом.

Подземные воды нижней гидрбгеохимической зоны являются аналогами других гидроуглекислых проявлений Зльбрусской вулканической области.

Большой вклад в изучение углекислых минеральных вод Б.Кавказа внесли А.П.Герасимой, А.Н.Огильви, З.Э.Карстенс, В.П.Рен-гартен, Я.В.Лангваген, Н.А.Григорьев, Н.И.Толстихин, А.М.Овчинников, Ф.А.Макаренко, И.Я.Пантелеев, М.И.Врублевский, Н.С.Погорельский, Ю.П.Масурёнков, Ю.А.Будзинский, С.Р.Крайнов, П.С. Вартанян,'Н.М.Елманова и многие другие.'

Несмотря на длительную историю изучения проблемы, генезиса углекислых минеральных' вод Б.Кавказа до настоящего времени не существует адекватной модели их формирования.

Развитие идей тектоники плит в приложении к наиболее интересному сегменту подвижного Средиземноморского пояса - Кавказу позволило более обоснованно интерпретировать причины кайнозойского магматизма, вулканизма и связанной с ними гидротермальной деятельности /Н.В.Короновский,1979; Л.П.Зоненшайн,1987 и др;/. Автором рассматривается возможный путь формирования углекислых водопроявлений с учётом новейших представлений о геодинамическом режиме Б.Кавказа.

В зонах Заварицкого-Ееньофа в мантию поступает огромное ко-^ личество литосферного материала. Субдуцируемый Закавказский срединный массив содержит значительные объёмы как древних-седимен-тационных вод, так и современных инфильтрационных /рис.1/. Сиа-' лический материал погружается много глубже раздела кора-мантия, существовавшего до коллизии плит и, следовательно, погружённые блоки коры оказываются в РГ-условиях верхней мантии, что способствует их интенсивной дегидратации и отгону летучих в вышележащие горизонты. Происходящая в зонах субдукции. базификация погружённых блоков есть интегральный результат двух процессов: отгонки и выплавления с последующим перемещением на более высокие уровни летучих, а также легкоплавких составляющих; внедрения в дегранитизированную кору основных и ультраосновных расплавов /В.А.Литвиновский,1989 и др./. Прогрессивная тер.м-. ческая эволюция Скифской плиты и генерация кислых расплавов -следствие интенсивного теплоыассопереноса из верхней мантии. При достаточно высоком /15-10 км/ уровне проникновения флюидов и /или/ внедрения глубинного материала и длительном их воздействии на коровый разрез Скифской плиты происходит выделение тепла, генерация воды, С0г> и пр., что в свою очередь создаёт необходимый геотермически! и геохимический фон для возбуждения процессов регионального метаморфизма /вплоть до ультраметамор-' . физма/, палингенеза, анатексиса и гидротермальной деятельнос-■ ти. Следовательно, современные гидроуглекислые проявления в пределах рудного поля Тырныауза /как и всего Эльбрусского вулканического района/ представляют разубоженше /"отработанные"/ и сильно разбавленные инфильтрационныыи водами современные гидротермы. В формировании химического состава их "глубинной"сос-тавляющей повинны, вероятно, флюиды различного генезиса: а/ мантийные; б/ отделившиеся в результате термических преобразований погружающихся блоков коры; в/ образованные в результате дегазации коровых магматических очагов. Многообразие типов углекислых минеральных вод Б.Кавказа обязано также широкому диапазо-

-----'нурроцессов-преобр>азования химического состава глубинного флю----

ида в гипергенных условиях, среди которых, безусловно, следует отметить доминанту смешения и выщелачивания, что находит отражение в результатах факторного анализа.

Состав глубинных флюидов может бить успешно реконструирован

на основе исследований газово-жидких включений /ГКВ/ в минералах горных пород месторождения. Сравнение газового и хш.шческого состава ГЖВ в кварце из эльдауртинского гранита и приуроченных к нему углекислых вод выявило большое их сходство. Из этого явствует, что флюидная субстанция микровакуолей также может принимать участие в формировании солевого состава подземных вод нижней гидрогеохимической зоны, о чём свидетельствуют жёсткая контролирующая роль структур разломов глубокого заложения в локализации месторождений и проявлений углекислых минеральных вод, а также возможность расконсервации ГЖВ только в зонах дробления крупных региональных разломов по депрессионно-вакуумному механизму, подтверждённому экспериментально /В.Н.Труфанов, 1975/.

. Таким образом, источником растворённого вещества подземных вод нижней гидрогеохимической зоны служат мантия /летучие ком-■поненты и флюида магш/, собственно литосфера /горше породы, минералы, ИВ/, гидросфера и атмосфера. Настоящая модель "позволяет интерпретировать высокую абсолютную и относительную хлорид-ность гидроуглекислых проявлений: даже в случае низкой минерализации /1-2 г/л/ они имеют НС0д-С1 состав с содержанием хлора 300-800 мг/л; бороносность, высокие концентрации щелочей и др. В пользу приведённой модели свидетельствуют изотопный состав гелия - 3Не/4Не = 0.8*1.0-Ю-5 /Э.В.Матвеева, И.Н.Толстихин, В.П.Якуцени, 1978/, а также углерода углекислого газа 13С =-15 .■»-25°5»/М.И.Кучер и др., 1969/ минеральных вод. Настоящая схема происхождения углекислых минеральных вод Тырныаузского рудного поля открывает перспективы для обнаружения аналогичных вод в Пределах Восточного и Западного секторов Б.Кавказа. Автором даются рекомендации по оценке перспективности поисковых работ в пределах указанных территорий.

Подзона смешения крайних типов подземных вод выделенных гид. рогеохимических зон пространственно расположена■обычно на глубине 300-500 м от дневной поверхности. Общеизвестно, что при смешении водных растворов с различной концентрацией солей образуются воды нового ионно-солевого состава, из которых в Осадок могут выпадать гипс и /или/ карбонат кальция.

С помощью программного комплекса "1л7АТЕК' /В.Н.0зябкии,1988/ произведено математическое моделирование процесса смешения. Получены составы смесей душ различных пропорций смешения, качест-

венный состав и количественные характеристики образовавшейся при смешение твёрдой фазы. Процесс выпадения кальцита из раствора при моделировании подтверждается многочисленными.натурными наблюдениями автора в горных выработках месторождения. . . .

Поскольку подзона смешения, как правило, пространственно.. совпадает с участками сульфидного оруденения водовмещающих. пород,. то её воды обогащаются сульфат-ионом и металлами при уве-' личении веса сухого остатка вследствие разрушения рудной минерализации. Интенсивность окисления сульфидов обусловлена следующим: I -в силу гипсометрического положения месторождения рудные тела, оказываются в зоне активного водообмена, вследствие чего окисление рудной минерализации /а рудные минералы представлены, в основном, дисульфидами - молибденитом, антимонитом, пиритом и др./ происходит по всей протяжённости последних ;

2 - в результате развития фронта горных работ и увеличения выработанного пространства активизируется дренирование горных.пород и, соответственно, увеличивается мощность зоны аэрации ;

3 - увеличение региональной трещиноватости горных пород как следствие широкомасштабных взрывных работ на карьерах и руднике ТВМК, обусловливающее тесную гидравлическую связь всех видов подземных вод /трещинно-грунтовых, трещинных, трещинно-карсто-вых и трещинно-жильных/; 4 - активная деятельность микроорганизмов - в зоне окисления месторождения широко развиты, помимо прочих, бактерии, окисляющие сурьму, молибден /Н.Н.Ляликова,1976/.

Таким образом, ведущими процессами формирования химического состава вод рассматриваемой подзоны являются смешение подземных вод верхней и нижней гидрогеохимических зон и окисление /химическое, электрохимическое и биохимическое/ сульфидов.

Особое внимание в работе уделено формированию дренажных вод. Объёмы дренажных вод формируются за счёт подземных вод выделенных гидрохимических зон месторождения и, следовательно, "изначальным" химическим составом дренажные стоки^обязаны именно им. При циркуляции дренажных вод по горным выработкам происходит ^дальнейшее изменение их химического состава вследствие наложения следующих техногенных процессов: I - окисление рудной мелочи, рассеянной по выработкам и составляющей одну из основных статей потерь полезного ископаемого, ведущее к обогащению тяжёлыми металлами, сульфат-ионом; 2 - использование взршзчатых

веществ, в результате чего поступают значительные концентрации соединений азота; 3 - применение при отработке месторождения самоходной техники, влекущее- поступление нефтепродуктов. В итоге дренажные воды, которые сбрасываются в поверхностные водотоки района месторождения содержат ряд микрокомпонентов, концентрации которых превышают ЦЦК для водоёмов и водотоков рыбохозяйственно-го значения. Количественное отражение формирования.притоков подземных вод в горные выработки показано на рис. 2,3. •

Рис.2. Изменение во времени и Рис.3. Графики режима водоприто-доля разнотипных подземных вод ков в горные выработки рудника в общем обводнении месторождения (I), Северного разведочного уча-Тырныауз: I -инфильтрационных; ' стка (2) и ход атмосферных осад-2-углекислых минерализованных. ков ( 3)..

В целом, на Тырныаузском месторождении горные выработки имеют невысокую степень обводнённости, в связи с чем' особых проблем, связанных с осушением рудного поля, не возникает. .

Шестая глава посвящена исследованию воздействия Тырны-аузского вольфрам-молибденового комбината на окружающую среду.

В последние годы повсеместно возрос интерес к тяжёлым металлам как загрязнителям природы, поскольку повышение их концентраций в различных природных объектах губительно действует на живой мир. Тяжёлые металлы в отличии от органических загрязняющих веществ не подвержены деструкции - они являются постоянно присутствующими в водш.гс экосистемах, лишь перераспределяясь между их отдельными компонентами: водой, взвешенным веществом, донными отложениями, и биотой. • '

Интенсивное загрязнение р.Баксан в районе ТВМК началось со времени освоения месторождения и весьма скоро негативно отразилось

на водоснабжении нижерасположенных населённых пунктов и рыбном хозяйстве. В работе анализируется гидрохимический режим реки от истока до выхода на равнинную местность,.его вариации под влиянием естественных и техногенных факторов. Общеизвестно, что миграция вещества /в том "исле и загрязнителей/ в речных водах . осуществляется как в растворённых, так и во взвешенных формах. В целом, показатели макросостава речных вод отражают литолого-геохимические особенности. тех структурно-формационных зон, которые пересекает долина р.Баксан. В то же время вниз по профилю реки отмечается увеличение степени минерализации вод, особенно резкое в пределах ТШК,. Наблюдается также возрастание показателя рН речных вод и концентраций в них НСОд в районе карьеров, отвалов пустых пород и наиболее чётко в районе слива осветлённых вод из хвостохранилища. В районе месторождения речные воды загрязняются рудогенными металлами, нефтепродуктами, флотореа- . гентами /цианидами, роданидами, ксантогенатом, терпинеолом и др./, соединениями азота и пр. Микрокомпонентный состав речных вод -ассоциация элементов и их соотношения, также претерпевают рез- ' кие изменения в районе месторождения. Загрязнение речных вод прослеживается далеко вниз по течению /до 60-70 км/ от ТШК, причём ряд элементов превышает ПДК. В целом, вниз по профилю реки происходят процессы самоочищения хвод, что подтверждается рассчитанными средними скоростями выведения элементов из водного потока. Однако, концентрации некоторых элементов /в частности молибдена/ .на значительном удалении от объектов ТШК вновь возрастает в процессе вторичного загрязнения.

В районе месторождения Тырныауз резко увеличивается сток взвешенного вещества р.Баксан - в 3-5 раз по сравнению с фоновым. Изучение распределения микроэлементов во взвешенном веществе по профилю реки позволило выявить, что аномалии, формирующиеся в нём, более стабильные и протяжённые, чем в растворённой форме. ' ________________________

В настоящее,время-твёрдо установлена ведущая роль донных —отложений в потоках загрязнения водотоков химическими элементами /В.J. Presley ,1980; Е.П.Янин, 1982; Ю.Е.Сает,1984/. Донные отложения определённым образом интегрируют геохимические особенности водосборной площади и по их хишческоцу составу можно выделять техногенше потоки и-аномалии. Исследования донных отло—

жений р.Баксан показали, что потоки рассеяния рудогенных металлов в них имеют значительные размеры и высокие концентрации этих элементов с резко варьирующим распределением по профилю. Выявленные интенсивные зоны загрязнения в донных отложениях могут сохраняться долгое время и являться потенциально опасными источниками вторичного загрязнения водной среды.

В целом, распределение тяжёлых металлов по руслу р.Баксан , определяется взага.юдействием двух групп разнонаправленных процессов: I - способствующих выделению элементов из водной толщи /сорбция, осаждение взвеси, коагуляция коллоидов/; 2 - обусловливающих поступление элементов из.донных отложений /десорбция, выщелачивание, взмучивание и пр./.

В целях выяснения биогеохимических реакций живых организмов на загрязнение р.Баксан были выбраны микроорганизмы донных от-•ложений. Представители микромира являются наиболее чувствительными и универсальными из всех известных биоиндикаторов,. йосколь-ку,весьма быстро реагируют на изменение внешних условий. Для исследования воздействия тяжёлых металлов на микроорганиэш специалистами рекомендуется определять их биомассу, а не количество /Р.ВгооЬе5,5.Мс6га+Ь,1984/. О биомассе микрофлоры донных .отложений мы судили по показателю суммарного белка /СБ/, метод определения которого разработан на кафедр грунтоведения и инженерной геологии ЛГУ совместно с лабораторией .биохимической генетики /Т.Н.Нижарадзе и др.,1986/. Концентрация клеточного . белка микроорганизмов независимо от конкретного биологического вида отличается высокой стабильностью и составляет 5СК сухой, биомассы. Установлено, что распределение СБ удовлетворительно коррелирует с распределением тяжёлых металлов -.В!, РЬ , Мо,'_ С г, Си , V/ и др. Наличие стабильных положительных корреляцион-1шх зависимостей между тяжёлыми металлами и СБ /за трёхлетний период наблюдений/ позволили описать их взаимоотношения уравнениями линейной регрессии. Полученные уравнения открывают перспективы использования СБ как интегрального показателя загрязнённости донных отложений'водотоков в горнодобывающих районах, преимущества которого в экспрессности и экономичности.

Длительное загрязнение донных отложений, как правило, приводит к снижению видового количества биоценоза. Однако, вследствие относительно быстрых мутагенных преобразований внутри

данного ценоза происходит естественный отбор наиболее устойчивых резистентных форм микроорганизмов, вследствие чего существующие концентрации тяжёлых металлов в донных отложениях служат .субстратом для устойчивого необиоценоза..Развитие биомассы специфических микроорганизмов увеличивает биологическое поглощение тяжёлых металлов и снижает их миграционные способности.

Анализ источников и путей рассеяния техногенного вещества показал, что основное количество тяжёлых металлов от ТШК поступает в почву в виде пыли посредством эолового разноса. Контуры зоны воздействия пылевыбросов определяются гидрометеорологической ситуацией /скорость, направление и частота ветров/, радиус влияния которой в продольном профиле Баксанской долины составил 10 км, в поперечнике - 2.5 км. Пылевыбросы ТШК имеют полиэлементный состав: парагенную ассоциацию образуют Б?, ЭЬ , Аэ /КК = ЮОООгиЮООп /; Мо,\а/ /КК = 100ц/; 2п, Си /КК=п*10п/ и др. В почвах г.Тырныауза повсеместно установлены техногенные аномалии, характеризующиеся наибольшей интенсивностью на левобережье. р.Баксан, в пределах которого находится основной водозабор г.Тырныауза /И.А.Авессаломова,1984,1986/.

В работе приводится схема основных загрязняющих объектов, которая позволила оценить качественную и количественную стороны техногенного рассеяния вещества во всей технологической цепи ТВМК. Можно констатировать, что практически во всех звеньях последней существуют благоприятные условия для постоянных утечек рудогенных металлов и других загрязнений с пылевыбросами, твёрдым, и жидким стоками. Кроме них имеют место периодически действующие источники: утечки вещества из флотационных'ёмкостей, смыв рудной мелочи атмосферными осадками с промплощадок карьеров, рудника, обогатительной фабрики, а также случайные источники поступления загрязнений: аварийные прорывы трубопроводов___________

гидротранспортной системы и пульпопровода,.аварийные выбросы на обогатительной фабрике-и хвостохралилище, потери при транспортировке концентрата и пр.

Настоящий уровень техники и технологии горного производства недостаточен для активной борьбы с пылением отвалов пустых пород в условиях высокогорья. Следовательно, в реальных условиях действующего ТВМК приоритетным объектом для борьбы с загрязне,-нием окружающей среды могут быть лишь стоки дренажных вод руд-

Ш1ка и осветлённых вод хвостохранилища. Б ра'боте приводится анализ качественного состава и количественных показателей выделенных промстоков ТШК по даннш многолетних наблюдений и делается вывод о необходимости безотлагательной выработки рациональных ■мероприятий по очистке последних в целях ограничения негативного воздействия ТВМК на окружающую среду.

Седьмая глава посвящена исследованию очистки промстоков ТШК с помощью природных сорбентов.

Применяемый в настоящее время на ТШК метод обработки промстоков известковистым молочком не позволяет производить глубокую очистку вода, в связи с чем недоочищенше стоки оказывают губительное воздействие на экологию р.Баксан. В главе приводится критический анализ существующих методов очистки промстоков горнодобывающих предприятий. В силу экономических преимуществ .и экологической чистоты выбор остановлен па методе очистки с помощью неорганических природных сорбентов, в частности бентонитовых глин одного из местных, месторождений.

При выборе глин определяющим фактором является состав их обменных катионов: более предпочтительны Са^+-формы с небольшим коэффициентом набухания и образующие неустойчивые суспензии. Ёмкость поглощения исследуемых бентонитовых глин 55 мг-экв/ЮОг, в составе поглощёшшх оснований абсолютное преобладание Са^+-43.5 мг-экв/100 г. Изучение водных-вытяжек из бентонитовых глин выявило их низкую степень засоленности - 0.07^, гидрокарбонатно-кальциевый состав гипотетических солей и карбонатный тип по классификации Курнакова-Валяшко.

В процессе исследования изучены: сорбция загрязнений бентонитом из модельных растворов тяжёлых металлов; оптимальные рН-условия сорбции; кинетика сорбции загрязнений. Полученные результаты проверены на реальном стоке ТВМК. Настоящие исследования убедительно показали возможность и целесообразность применения ' бентонита для очистки промстоков ТВМК от ионов тяжёлых металлов без увеличения общей жёсткости раствора. Установлены оптимальные условия'для протекания эффективного сорбционного процесса: рН раствора.7, соотношение т':ж как 1:100, время контактирова- 4 ния I сутки. В оптимальных условиях' степень сорбции меди достигает 96?$, вольфрама 86?о, молибдена 0274, мышьяка 40Оставшиеся в растворе осветлённых вод количества рудогенных металлов удовлетворяют требованиям ПДК. .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведённых исследований можно сделать следующие основные выводы и рекомендации.

1. Впервые исследованы условия формирования подземных вод месторождения Тырныауз. Форлирование подземных вод - сложный процесс, в котором принимают участие метеогенные воды /верхняя гидрогеохимическая зона/, эндогенные флюиды, образующиеся на фоне субдукции /поддвига Закавказского срединного массива под Скифскую плиту/. Изотопные составы гелия, углерода углекислого газа

и метана минеральных вод подтверждают идею об участии мантийно-генных флюидов в формировании подземных вод нижней гидрогеохимической зоны рудного поля Тырныауза.

2. Выяснено, что большая роль в формировании подземных вод принадлежит техногенному фактору, под действием которого, увеличивается разгрузка вод нижней гидрогеохимической зоны, активизируется окисление сульфидов и пр., и возникает особый тип вод -дренажные воды. Загрязнение дренажных _вод в пределах горных выработок тяжёлыми металлами, соединениями азота, нефтепродуктами' обязано, прежде всего, окислению рассеяной по горным выработкам рудной мелочи, взрывным работам, применению самоходной техники.

3. Выявлены значительных размеров и интенсивности техногенные аномалии и потоки рассеяния техногенного вещества в дошшх отложениях и водах р.Баксан, подземных водах, почвах, растениях, которые свидетельствуют о сложившейся напряжённой экологической ситуации в..районе вследствие негативного воздействия ТШК на окружающую' среду. В процессах загрязнения 'геологической среды установлен приоритет стоков осветлённых вод хвостохранилища и дренажных вод рудника.

4. В результате проделанной работы даны следующие практические рекомендации :

А. При добыче полезных ископаемых: . . - производить защитное бурение опережающих-скважин при~проходке горных выработок; для выбора схемы опережающего бурения ____должен служить основанием тщательный анализ тектонической обстановки, геологического строения и литологии конкретного участхса;

- активно использовать естественные ресурсы трещинно-карсто-вых вод для целей технического водоснабжения рудника;

- использовать подземные воды нижней гидрогеохимической зоны

в бальнеологических целях;

- произвести кош леке гидрогеодинамических исследований подземных вод глубокой циркуляции с целью выяснения целесообразности использования их для освоения геотермальной энергии с одной ■стороны, промышленного извлечения из них ценных компонентов /Li, Br , В и др./ с другой.

Б. При исследованиях загрязнения природы в других горнодобывающих районах использовать разработанный экспресс-метод индикации загрязнения донных отложений поверхностных водотоков к водоёмов по интегральному показателю - концентрации суммарного белка в них.

В. При ведении региональных гидрогеологических работ анализировать геодинамическую обстановку конкретного региона.

Г. При поисках эффективных методов очистки промстоков ,ГОКов использовать природные неорганические сорбенты. В частности, на ТВМК предлагается экономичный и эффективный метод'сорбции загрязняющих компонентов из промстоков бентонитовыми глинами одного из местных месторождений.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

. I. Хаустов В.В. Исследование гидрогеохимических условий месторождения Тырныауз в связи с загрязнением вод реки Еаксан //Тез. докл. XXIX Всесоюэ. гидрохим. совещ. Т.З.- Ростов-на-Дону, ПХИ, 1987.-с.90-91.

2. Хаустов В.В. О миграции рудных элементов в подземных и поверхностных водах ./на примере одного из скарновых месторождений Северного Кавказа/ .//Вестник Ленингр. ун-та. Сер.7.Геология, география, 1968, №14. -с. .73-79. . .

3.Хаустов В.В. 0 взаимосвязи концентраций тяжёлых металлов с содержанием органического вещества в речных отложениях //Матер. 3 науч.конф.мол.учёных М1ТИ. -М., 1988. - с. 129-134. / Деп. в ВИНИТИ 2,11.88г., Г7851-В88 /.

4. Хаустов В.В. Роль флюидов газово-жидких включений минералов в формировании состава глубоких подземных вод /на примере Тырныаузского вольфрам-молибденового месторождения/ //Матер. 4 науч.конф.мол.учёных МГТИ. -М.,1989. -' II с. /Деп. в ВИНИТИ 20.07.89г., IP 49I9-B89 /.

5. Хаустов В.В., СуетинЮ.П., Неждшюва И.К. Использование-

факторного анализа при изучении формирования химического состава подземных вод месторождения Тырныауз /Северный Кавказ/ //Тез. докл. Всесоюз. школы-семинара по рудопоисковой гидрогеохимии. - Чита, 1988. - с. 62-64.

6. Хаустов В.В., Филонова М.А. О карстообразовании на месторождении Тырныауз //Вестник Ленингр. ун-та. Сер.7. Геология, география, 1989, Р7. -с. 74-76..

1". Хаустов В.В. К вопросу о формировании химического состава подземных вод нижней гидрогеохимической зоны месторождения Тыр-. ныауз /Северный Кавказ/ //Тез. докл. Всесоюз. семинара, посвящ. памяти Б.Л.Личкова. -Л., 1989. -с. 105-107.

к

РТП. Тип.ВИР. Зак.35. Тир.100.1^20009.17.01.90. Бесплатно.