Геоэкологические аспекты поведения химических элементов в условиях криогенной зоны окисления на примере Удоканского месторождения

Эпова, Екатерина Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологические аспекты поведения химических элементов в условиях криогенной зоны окисления на примере Удоканского месторождения
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические аспекты поведения химических элементов в условиях криогенной зоны окисления на примере Удоканского месторождения"

На правах рукописи

Эпова Екатерина Сергеевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ КРИОГЕННОЙ ЗОНЫ ОКИСЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ УДОКАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 5 МАП 2014

Томск-2014

005547930

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук, в лаборатории геохимии и рудогенеза.

Официальные оппоненты:

Гаськова Ольга Лукинична, доктор геолого-минералогических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. B.C. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук, лаборатория рудно-магматических систем и металлогении, ведущий научный сотрудник

Гусева Наталья Владимировна, кандидат геолого-минералогических наук, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», проблемная научно-исследовательская лаборатория гидрогеохимии научно-образовательного центра «Вода», старший научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Забайкальский государственный университет», г. Чита

Защита состоится 24 июня 2014 г. в 14:30 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.267.19, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 (Главный корпус, ауд. 243).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке и на сайте федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» www.tsu.ru

Автореферат разослан 21 апреля 2014 г.

Материалы по защите диссертации размещены на официальном сайте ТГУ: ЬМр://\у\ччу.1зи.ш/соп1еп1/пе№з/аплоипсетеп1_оГ_1Ье_(11з5ег1а11оп5_1п Ле^и.рЬр

Ученый секретарь

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Птицын Алексей Борисович

диссертационного совета

Савина Наталья Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы определяется недостаточной изученностью специфики протекания геохимических процессов в условиях криолитозоны, в том числе зоны окисления сульфидных месторождений. Данных по геохимии элементов в условиях многолетнемерзлых пород, которые составляют более 60% территории России, на сегодняшний день явно не достаточно.

Одним из приоритетов современного общества должно быть сохранение благоприятной экологической обстановки. Однако техногенно-преобразован-ные системы, как правило, характеризуются избыточным содержанием токсичных элементов, в том числе, тяжелых металлов. Поэтому одним из важнейших аспектов проблемы сохранения окружающей среды, является изучение подвижности тяжелых металлов в условиях природно-техногенного ландшафта.

В связи с планируемой разработкой Удоканского месторождения исследование геохимических особенностей поведения элементов в условиях криолитозоны приобретает важное значение в прогнозе геоэкологических последствий. Освоение месторождения, с формированием сульфидсодержащих массивов вскрышных пород и забалансовых руд приведёт к интенсификации процессов окисления, как за счет доступа поверхностных вод и свободного кислорода, так и в результате значительного увеличения химически активной поверхности, поскольку горнопромышленные отвалы часто состоят из высокодисперсного рудного материала. Широкое распространение процессов окисления сульфидов способствует изменению уровня кислотности природных вод, что, в свою очередь, активизирует подвижность меди и других тяжелых металлов.

Региональная специфика северного Забайкалья, в свою очередь, определяет необходимость изучения подвижности рудных и сопутствующих элементов в условиях многолетнемерзлых пород. Таким образом, предстоящая (как предполагается, карьерная) разработка Удоканского месторождения не только значительно преобразует ландшафт местности, но и как следствие, повлечет за собой изменение химического состава почв, поверхностных и подземных природных вод, растительности.

Экспериментальное изучение окислительного выщелачивания сульфидных и окисленных медных руд в условиях отрицательных температур позволяет смоделировать протекание гипергенных процессов в условиях многолетнемерзлых пород, а также выявить наиболее значимые их факторы.

Целью данной работы является определение подвижности химических элементов в условиях криогенной зоны окисления Удокана и прогноз геоэкологических последствий предстоящего освоения месторождения.

Основные задачи исследования:

1. Изучить влияние температурного режима, кислотности раствора и прочих факторов на интенсивность протекания процессов окисления.

2. Выявить основные компоненты состава кислых рудничных вод при освоении месторождения.

3. Получить сравнительные данные по подвижности химических элементов удоканских пород и руд.

4. Дать геоэкологическую интерпретацию полученных данных.

5. Предложить возможные пути снижения негативного воздействия сернокислого рудничного дренажа на окружающую среду.'

Объектом данного исследования являются сульфидные и окисленные руды Удоканского месторождения.

Предметом изучения являются криогеохимические процессы как геоэкологический фактор зоны гипергенеза.

Фактический материал и методы исследований.

В основу данной работы положены материалы, отобранные автором и коллегами общепринятыми методами во время полевых сезонов 1982 и 2010 годов на территории участков Западный и Левый борт Наминги Удоканского месторождения меди (пробы руд, пород, вод). Отобранные образцы руд (таблица 1) делились в соответствии с выделенными технологическими сортами на сульфидные (с содержанием окисленных минералов 0-30 %) и окисленные (70— 100 %) (Месторождения Забайкалья, 1995).

Таблица 1 - результаты минералогического анализа руд Удоканского месторождения (ЛИЦИМС, аналитик Е.И. Ищук (г Чита))__

№ п/п Сульфидная руда Окисленная руда

Минералы Содержание, % Минералы Содержание, %

1 Кварц 40 Кварц 37,66

2 Полевые шпаты 38,84 Полевые шпаты 18,23

3 Халькозин 13,87 Брошантит 37,28

4 Магнетит 6,6 Малахит 3,18

5 Лимонит 0,43 Антлерит 2,17

6 Борнит 0,16 Азурит 1,21

7 Брошантит <0,1 Халькозин 0,27

8 Ильменит Хризоколла Ед.зн.

9 Халькопирит Борнит Ед.зн.

Протекание процессов окисления руд Удоканского месторождения исследовалось методом экспериментального моделирования.

В процессе работы по теме диссертации использовались следующие аналитические методы:

- потенциометрические;

- титрометрические;

- атомно-адсорбционная спектрофотометрия и масс-спектрометрия;

- минералогический анализ.

Основа работы. В основу диссертации положены результаты полевых и экспериментальных исследований, проведенных автором в период с 2001 по 2013 год в лаборатории геохимии и рудогенеза ИПРЭК СО РАН и лаборатории экогеологии ИГМ СО РАН. За время работы было проведено 456 экспериментов, отобрано и подготовлено 100 проб руды.

Основные защищаемые положения:

1. Экспериментально показано, что в сернокислых растворах в условиях низких температур подвижность таких элементов как Си, Ад, РЬ, А1, Р, "Л и Ъх

выше; а Са, Ве, Мп, У, Сг, Со, N1, 8г, К, К;а ниже, чем при положительных температурах.

2. Главным фактором криогенного окислительного выщелачивания руд является объем незамерзающего раствора, зависящий от исходной кислотности и температуры.

3. Методами экспериментального моделирования оценены возможные геоэкологические последствия отработки Удоканского медного месторождения: активный вынос Си, РЬ, Ве, А& Сс1, А1 и ряда других потенциально опасных элементов в составе кислых рудничных вод.

Достоверность научных положений обусловлена представительным объёмом проведенных экспериментов, использованием современных аналитических методов и обработкой результатов методами математической статистики.

Новизна результатов исследований состоит в том, что впервые экспериментально доказано существенное возрастание подвижности ряда химических элементов (Си, РЬ, А1, Р, И и 2т) в условиях криогенной зоны окисления Удоканского месторождения и уменьшение объемов выноса таких элементов как Са, Ве, Мп, У, Сг, Со, Бг, К, Ыа; установлено влияние объема незамерзающей жидкой фазы, определяемой исходной кислотностью растворов, на процессы криогенного выщелачивания руд Удоканского месторождения; на основании данных экспериментального моделирования представлен предварительный прогноз геохимического преобразования территории и геоэкологических последствий разработки Удоканского месторождения.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные экспериментальные данные могут быть использованы в криогеотехнологических методах добычи; при разработке новых геохимических методов поиска месторождений полезных ископаемых в криолитозоне; при оценке и прогнозировании масштабов загрязнения окружающей среды подвижными формами тяжелых металлов в результате разработки Удоканского месторождения и его аналогов.

Личный вклад автора. По теме исследования лично автором было проведено 216 экспериментов; сернокислые растворы после выщелачивания были проанализированы автором на содержание меди с помощью ускоренного метода фторо-йодометрического титрования, а также кислотность растворов и в части опытов содержание Си и определялось автором методом потенцио-метрии; во время полевых и лабораторных работ было отобрано и подготовлено 50 проб рудного материала; были обработаны и проанализированы полученные экспериментальные данные.

Апробация работы. Основные результаты исследовательской работы были представлены на: международном совещании «Экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» («Плаксин-ские чтения», Чита, 2002); международной конференции «Сергеевские чтения» (Москва, 2002); второй международной научной конференции «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005); ХУШ-ом всероссийском совещании по подземным водам востока России (Иркутск, 2006); всероссийской конференции, посвященной 50-летию Си-

бирского отделения РАН и 80-летию чл.-корр. РАН Ф.П. Кренделева (Улан-Удэ, 2007); VII-ом международном симпозиуме «Проблемы инженерного мерзлотоведения» (г. Чита, 2007); международном симпозиуме «Изменение климата Центральной Азии: социально-экономические и экологические последствия» (Чита, 2008); конференции молодых учёных «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2009); III всероссийском симпозиуме с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование» и IX всероссийских чтениях памяти акад. А.Е. Ферсмана (Чита, 2010); всероссийском форуме с международным участием «Развитие минерально-сырьевой базы Сибири: от В.А. Обручева, М.А. Усова, Н.Н. Урванцевадо наших дней» (Томск, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа, в том числе 4 в рецензируемых научных изданиях, одна монография в соавторстве и 16 публикаций в материалах международных и всероссийских конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка. Диссертационная работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 15 таблиц. Список литературы и источников включает 159 наименований.

В первой главе дается общая характеристика Удоканского месторождения, в том числе минералого-геохимическая, также рассматриваются особенности образования и развития зоны окисления с учетом специфики многолетне-мерзлых пород.

Во второй главе описана методика постановки экспериментов и приведен анализ полученных данных, который позволил выявить совокупность основных факторов, влияющих на интенсивность процесса окислительного выщелачивания, и определить воздействие каждого в отдельности.

В третьей главе раскрываются геоэкологические аспекты перспективной разработки Удоканского месторождения, приводятся некоторые рекомендации по возможным методам снижения техногенного воздействия.

Благодарности. Автор выражает благодарность д.г.-м.н. А.Б. Птицыну за руководство и помощь в процессе написания диссертации, д.г-м.н. Г.А. Юр-генсону за работу с микрофотографиями шлифов и аншлифов руд Удоканского месторождения и советы. Также автор выражает признательность к.г.-м.н. О.В. Еремину за содействие в постановке экспериментов и химику-аналитику |О.В. Глушенковой) за помощь в проведении титрометрического анализа, к.х.н. Т.И. Маркович и В.А. Абрамовой за эффективное сотрудничество.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Экспериментально показано, что в сернокислых растворах в условиях низких температур подвижность таких элементов как Cu, Ag, Pb, AI, Р, Ti н Zr выше, а Са, Be, Мп, Y, Сг, Со, Ni, Sr, К, Na ниже, чем при положительной температуре.

Длительное время считалось, что толща многолетнемерзлых пород является зоной химического покоя. Однако, современные данные говорят о том, что в объеме мерзлых пород могут происходить существенные преобразования ми-

нералыюго вещества за счет протекания химических процессов (Шварцев, 1973 и 1998; Яхонтова, Грудев, 1978; Юргенсон, 1966, 1973 и 1997; Птицын, 19922009 и др.).

Взаимодействие воды с поверхностью минеральных частиц, а также наличие в ней растворенных солей, понижают температуру замерзания растворов, вследствие чего в мерзлых породах практически всегда присутствует жидкая водная фаза в виде пленочной влаги или в виде переохлажденных концентрированных растворов, благодаря чему возможно протекание химических процессов (Блох, 1969; Ершов, 2002; Общее мерзлотоведение, 1978).

Благодаря наличию жидкой водной фазы толща многолетнемерзлых пород является зоной активного криогенного выветривания, вследствие чего происходит минеральное преобразование пород - процессы криоминералогенеза (Юргенсон, 1997).

Одним из доказательств того, что в многолетнемерзлых породах могут происходить процессы гипергенеза является образование минералов в настоящее время. Так, Г.А. Юргенсон и Ю.П. Безродных (1966) на основании исследования удоканских пород пришли к выводу, что окисление сульфидов происходит в настоящее время прн отрицательной температуре непосредственно в массиве рудного тела.

Г.В. Нестеренко (1977) определяет зону гипергенеза, или зону окисления, как измененную гипергенными процессами приповерхностную часть рудных месторождений и указывает, что изменения, как правило, сводятся к окислению минералов и выносу из них ряда компонентов. И то, и другое характерно для зон окисления сульфидных месторождений благодаря контакту рудной поверхности с поровыми растворами, поскольку в окислительном горизонте сульфидных руд преобладают кислые сульфатные воды рН=1-2 (ГТерельман, 1972), а по некоторым данным, значения рН снижаются до -1-й),46 (Nordstrom, 1991).

Взаимодействие сульфидов с природными растворами и кислородом может приводить к формированию агрессивных кислых растворов (к примеру, в результате реакции (1), способствующих дальнейшему преобразованию минерального состава первичных руд (Птицын и др., 1983; Dubrovsky et al., 1985; Kelly et al., 1988; Ritchie, 1994).

CuFeS2 + 2Fe2 (S04)3 + 2HzO + 302 CuS04 + 5FeS04 + 2H2S04. (1)

Переход тяжелых металлов в подвижное состояние является одной из особенностей зоны криогипергенеза и происходит в результате интенсивно протекающих окислительных реакций.

Так для удоканских руд в процессе окисления характерно интенсивное извлечение следующих микроэлементов - Ag, Sc, Zn, Cd, Sr, Ni, Y, La, Ba; макроэлементов - Cu, Ca, Al, Fe, Mn, Mg, P, K, Na, Pb. Кроме прочего сильнокислыми растворами (рН=1) активно выщелачиваются Be, Cr, Ni, Со и V, менее интенсивно W и Ti.

Зависимость извлечения химических элементов в раствор от типа руды и температурного режима представлена на рисунках 1-4.

Си А1 Са Ре Мп М8 К А& Эс Р

Элементы

РЬ N8 7л Эг

Рисунок 1 - Доли извлечения элементов из сульфидных руд Удоканского месторождения за первые сутки выщелачивания сернокислым раствором с рН=3

а т=-7°с

ш 60 '

1 40 а.

5 20 J

I о-

Си А! Са Ре Мп М«

К А« Эс Р РЬ N3 2п 8г У Элементы

Рисунок 2 - Доли извлечения элементов из окисленных руд Удоканского месторождения за первые сутки выщелачивания сернокислым раствором с рН=3

Ввиду того, что концентрации компонентов отличаются на порядки (от мкг/л до г/л), мы принимали максимальную концентрацию извлечения для каждого отдельного компонента за 100%. Это позволило нам не нагружать рисунок дополнительной информацией, но оценить картину приоритетных условий выщелачивания.

Сравнение пар рисунков 1-2 с 3-4 позволяет выявить динамику процесса окисления на первые и пятнадцатые сутки, а также изменение степени извлечения разных элементов в зависимости от температурного режима.

„120 1

= 100 £

80 -5 60 ■

5 20

X о

1Н ей

В Т=-7°С □ Т=+23=С

К Бс

Элементы

Рисунок 3 - Доли извлечения элементов из сульфидных руд Удоканского месторождения за 15 суток выщелачивания сернокислым раствором с рН=3

Си А1 Са Ие Мп Мв К А» Эс Р РЬ № 7.Т, Бг У

Элементы

Рисунок 4 - Доли извлечения элементов из окисленных руд Удоканского месторождения за 15 суток выщелачивания сернокислым раствором с рН=3

Среди всего комплекса выщелоченных элементов нами было выделено три группы по активности извлечения в раствор в зависимости от температурного режима (рисунок 5).

Рисунок 5 - Деление элементов на группы по степени извлечения в зависимости от температурного режима выщелачивания

В общем, повышенную мобильность в криогенных условиях проявляет большинство из указанных элементов, за исключением Мп, Са, Ре, Ьа и особенно в первые 24 часа эксперимента. С течением времени, через 15 суток выщелачивания, особенно очень кислыми растворами (рН=1), более эффективными для большинства элементов оказываются условия положительных температур, что может быть обусловлено замедленным протеканием химических реакций при низких температурах. Однако, большую подвижность в условиях отрицательных температур, не зависимо от времени выщелачивания, сохраняют Си, А& РЬ, А1, Р,Т1 и Ъх.

Разделение элементов по преимущественному извлечению в условиях положительных и отрицательных температур позволило нам выделить группу активных криогенных мигрантов, которые, по нашему мнению, во многом будут определять состав и химизм кислых рудничных вод в условиях криогенной зоны окисления месторождения Удокан.

Результаты проведенных экспериментов позволили нам выявить группу элементов, миграция которых в условиях отрицательных температур происхо-

дит более интенсивно, чем при положительных температурах, что подтверждает и дополняет некоторые из известных (Макаров, 1998 и др.) и ранее полученных нами результатов (Птицын, 2009), а также открывает новые перспективы исследования миграционных свойств элементов в условиях многолетнемерзлых пород.

Исследование процессов окислительного выщелачивания в условиях низких температур позволило выявить основные факторы, влияющие на извлечение меди, как основного полезного компонента удоканских руд. К ним относятся кислотность исходного раствора, длительность его воздействия на руду, соотношение твердой и жидкой фаз, температура.

Экспериментальные данные по извлечению меди из руд Удоканского месторождения (рисунок 6) выявили прямую корреляцию между увеличением меди в продуктивном растворе и его кислотностью. Такая зависимость вполне объяснима, поскольку для перехода большего количества меди в подвижное состояние требуется большее количество кислоты.

Рисунок 6 - Интенсивность выщелачивания меди в разных температурных условиях в зависимости от концентрации серной кислоты в растворе

Однако, сопоставимые результаты экспериментов по выщелачиванию в условиях положительных и отрицательных температур свидетельствуют о принципиально иных механизмах влияющих на эффективность протекания процессов окисления в условиях многолетнемерзлых пород.

Переход элементов в подвижное состояние в зоне криогипергенеза сульфидных месторождений во многом определяется криогенным концентрированием серной кислоты в растворе, как основного выщелачивающего реагента (Птицын и др., 2009).

Г 25

Т=+20°С х Т=-20°С

I 2

рН исходного С.

ернокислого раствора

Значения коэффициента криогенного концентрирования сернокислых растворов при отрицательных температурах для используемых значений исходных рН представлены на рисунке 7, из которого следует, что со снижением кислотности исходных растворов значения данного коэффициента увеличиваются кратно.

6000 -1 -

5000

4000 ' V' ■ -

3000

2000 - У

1000 - вш | Ив___ -"К ¿с;

о - рН0,6 рН1 рШ рНЗ

■ С-/С+ 6 60 600 ___6000_

Рисунок 7 - Коэффициент криогенного концентрирования растворов при -20°С с различным исходным рН (по Птицын и др., 2009)

Криогенное концентрирование растворов с одной стороны интенсифицирует процессы окисления, в то время как сами отрицательные температуры снижают скорости реакций согласно уравнению Аррениуса. Преобладание того или иного фактора определяет протекание процессов окислительного выщелачивания (Птицын и др., 2009).

Однако значительное извлечение элементов из руд в условиях низких температур определяется не столько концентрированием серной кислоты в растворе в процессе вымораживания, сколько за счет наличия незамерзающих переохлажденных растворов, объем которых зависит от исходной кислотности.

Из диаграммы фазового состояния системы Н20-Н2804 (рисунок 8) видно, что при понижении температуры, например до -20°С, концентрация серной кислоты в переохлажденной жидкой фазе будет всегда одинаковой независимо от исходного уровня рН. При этом объем незамерзающей фазы будет тем больше, чем выше первоначальная кислотность, поскольку на каждую часть серной кислоты приходится определенная доля воды.

Если при положительных температурах наиболее важным параметром выщелачивания можно признать рН растворов, то в условиях низких температур таким параметром следует признать соотношение твердой и жидкой фаз.

Таким образом, наиболее значимым фактором криогенного выщелачивания сульфидных руд является исходная кислотность, определяющая объем реактивного незамерзающего раствора, вторым по значимости - температурный режим.

HjS04. %

Рисунок 8 - Фазовая диаграмма состояния системы Н20 - H2S04 (Справочник..., 1963). Пунктирные линии в левой части диаграммы иллюстрируют механизм буферирования концентрации растворенного вещества (H2S04)

3. Методами экспериментального моделирования оценены возможные геоэкологические последствия отработки Удоканского медного месторождения: активный вынос Си, Pb, Ве, Ag, Cd, AI и ряда других потенциально опасных элементов в составе кислых рудничных вод.

В процессе функционирования горнорудного производства, как правило, формируется техногенная геосистема с характерными чертами: наличие отвалов забалансовых руд и вскрышных пород, хвостов обогащения, потоки кислых рудничных вод, при наличии сульфидных минералов в отвалах, ореолы рассеяния токсичных элементов и пр.

Состояние запасов руд Удоканского месторождения по российской классификации оценивается в 1516339 тыс.т. балансовых руд, к которым относятся руды с содержанием меди более 0,6%; 449129,2 тыс.т. забалансовых руд с содержанием меди 0,2-0,6%. К пустой породе относятся руды с содержанием менее 0,2% меди (Отчет о предварительной ... ,2010 [Электронный ресурс]).

С учетом того, что наиболее распространенным сульфидным минералом месторождения является халькозин, при окислении одной тонны пустой породы будет образовываться около 850 мл серной кислоты.

Разработку месторождения ООО «Байкальская горная компания (БГК)» планирует вести открытым способом (официальный сайт БГК [Электронный

ресурс]). Предполагается организация трех карьеров с вывозом пустых пород в отвалы. По некоторым данным, суммарный объем пород, подлежащий складированию в отвалы, составит порядка 600000 тыс. м3 (с учетом коэффициента рыхления) (http://www.bgk-udokan.ru/; Прошин и др., 2001). При средней плотности горных пород кеменской серии 2650 кг/м3 (Удокан, 2003), масса будет равна 1097647 тыс.т. Исходя из этих данных максимально возможное образование серной кислоты будет равно 929707 тыс. литров.

Безусловно, количество кислоты при окислении сульфидсодержащих отвалов будет существенно меньше в виду того, что не вся масса пустых пород имеет такое содержание сульфидов меди. Кроме того, часть серной кислоты нейтрализуется при реакции с карбонатами.

Тем не менее, данные расчеты позволяют утверждать, что окисление отвалов пустых пород будет способствовать образованию кислых дренажных вод и формированию сернокислого ландшафта на достаточно большой территории. В свою очередь, рассеивание рудных элементов посредством кислых рудничных вод, приведет к геохимическому преобразованию территории и ухудшению экологической обстановки в регионе.

Сульфид содержащие твердые отходы горнорудной и металлургической промышленности (отвалы бедных руд, хвосты обогатительных предприятий, шламы) являются одним из основных источников загрязнения прилегающих территорий. Поэтому весьма важным вопросом при разработке месторождений, особенно на стадии планирования горнодобывающего комплекса, является рациональное размещение отвалов горных пород, разработка и реализация предупредительных мер, а также мониторинг режима вод под отвалами (Михайлов, 1981; Чантурия и др., 2000).

Освоение месторождений сульфидных руд зачастую приводит к формированию сернокислотного ландшафта с повышенным содержанием в водах и на прилегающей территории ряда токсичных элементов. Экспериментальное изучение процессов окисления удоканских руд показало высокую мобильность 26 элементов из 31 проанализированного, девять из которых являются жизненно необходимыми но данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) (Зонхоева, 2010), а двенадцать относятся к элементам I и II классов опасности.

Для оценки уровня потенциального загрязнения полученные опытным путем концентрации сравнивались с предельно допустимыми, что показало превышение допустимых концентраций по 15 элементам, основная часть которых превышает значения ПДК более чем в 4 раза. Сравнение полученных экспериментальным путем концентраций элементов в кислых растворах с предельно допустимыми (ПДК) с учетом класса опасности (ГН 2.1.5.1315-03) выявило ряд потенциальных токсикантов, значительные содержания которых в рудничных водах могут оказать неблагоприятное воздействие на разные компоненты данной геосистемы, к ним относятся Cu, Pb, Be, Ag, Cd, Ni, Zn и др. Кроме того, результаты экспериментов позволяют предположить активную миграцию в сернокислых дренажных растворах элементов, не относящихся к приоритетным загрязнителям, но за счет высоких концентраций также оказы-

вающих токсичное действие на биоту, сюда входят А1, V, Со, Бс, У, Ьа и др. (Иванов, 1997; Перельман, Касимов, 1999).

Таким образом, из всего комплекса мобилизованных компонентов можно выделить несколько групп по потенциальной опасности (рисунок 9).

Рисунок 9 - Деление элементов, извлеченных из руд Удоканского месторождения, на группы по потенциальной опасности

Такое разделение химических элементов на группы по потенциальной опасности можно назвать достаточно условным в связи с тем, что по некоторым элементам, как например редкие и редкоземельные металлы, недостаточно данных (не известны ПДК, не определена биологическая активность, класс опасности), для того чтобы можно было отнести эти элементы в конкретную группу. Кроме того, особенности биологической активности некоторых элементов известны и позволяют отнести их в группу менее опасных. К примеру, такие элементы, как Т1 и Ъх в силу своей биологической инертности были отнесены в группу не опасных, несмотря на превышение ПДК по титану. В то же время медь, хотя и является жизненно необходимым элементом, из-за значительного превышения ПДК (более чем в 6 тысяч раз), при втором классе опасности, была отнесена к опасным токсикантам.

Оценка доли извлечения элементов из сульфидных и окисленных руд основывалась на данных химического анализа. Сравнение полученных результатов с кларками показало значительное превышение концентраций Ре, Си, в руде и незначительные превышения таких элементов как 'П, Сс1, V, Со, из редких - Ъс, Ьа, и, УЬ, Н£ Содержания Ка, К, РЬ, №, 7.п, Сг, Ве, Бс, Та находятся на уровне близком к кларку. Ниже уровня среднего содержания в земной коре концентрации Са, А1, Ва, Бг, Р, Ав и др.

Для расчета показателя потенциальной токсичности месторождения (ПТМ) использовалась методика (Голева и др., 2001), которая на основании кларков концентрации элементов, с учетом коэффициента литотоксичности, позволяет оценить возможную геохимическую нагрузку на геосистему в результате разработки месторождения по формуле:

ПТМ = £(ТлхКК)(, (2)

(«1 '

где ПТМ - потенциальная токсичность рудного месторождения, Тл - коэффициент литотоксичности (приведен для отдельных элементов в (Голева и др., 2001), КК - кларк концентрации, показатель отношения концентрации элемента в рудах месторождения к его кларку.

Рассчитав значения КК элементов, содержание которых в рудах заведомо известно, мы получили индекс потенциальной токсичности равный 0,8-104, что соответствует среднему уровню для медных месторождений (М03-1 104). Однако следует учитывать, что некоторые токсичные элементы не были нами включены в формулу, вследствие отсутствия данных по их содержанию в рудах, к примеру, ртуть, мышьяк, хлор и др. Введение данных по этим элементам в расчеты, скорее всего, приблизит оценку к средней для стратиформных месторождений (1-Ю4). Кроме того, необходимо учитывать, что интенсификация процессов окисления в пределах криолитозоны и повышенная мобильность ряда элементов в условиях отрицательных температур также отразится на уровне токсичности.

Таким образом, разработка Удоканского месторождения приведет к переходу целого комплекса элементов в подвижное состояние в результате протекания процессов окисления. Можно предположить, что физико-химические условия многолет-немерзлых пород будут способствовать интенсификации этого процесса, что, безусловно, скажется на экологическом состоянии территории.

Для предотвращения загрязнения окружающей среды избыточным количеством подвижных форм металлов, в том числе меди и минимизации негативного влияния разработки месторождения, на основании проведенных экспериментальных исследований, а также соотношения рассчитанных кислотопроду-цирующего потенциала руд и нейтрализующего потенциала пород с высоким содержанием С02 по методике (Гаськова, Бортникова, 2007), можно рекомендовать применение щелочных геохимических барьеров с использованием таких вмещающих пород как известковистые песчаники.

Оценка экономической целесообразности проведения таких мероприятий и их рентабельности потребует более детального исследования разных типов вмещающих пород на содержание карбонатов.

Основные выводы

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Экспериментально показано, что интенсивность протекания процессов окисления определяется температурным режимом, уровнем кислотности исходного раствора и, как следствие, объемом незамерзающей жидкой фазы.

2. В составе кислых дренажных вод возможна миграция значительных концентраций потенциально опасных элементов, в том числе Си, РЬ, Ве, Ag, Сс1, А1 и др.

3 Определена группа элементов - Си, Ag, РЬ, А1, Р, и Хт, отличающихся повышенной миграционной способностью в условиях отрицательных темпе-

ратур, а также элементы (Ca, Be, Mn, Y, Cr, Co, Ni, Sr, K, Na) более подвижные в теплых условиях.

4. Освоение Удоканского месторождения приведет к формированию сульфидсодержащих отвалов горных пород с последующ!™ образованием кислых дренажных вод, содержащих значительные концентрации рудных компонентов, что негативно скажется на состоянии геосистемы. Рассчитанный показатель потенциальной токсичности удоканских руд соответствует среднему для месторождений меди, однако, интенсификация процессов окисления в пределах криолитозоны и повышенная мобильность ряда элементов в условиях отрицательных температур увеличит уровень показателя токсичности.

5 Исследование особенностей мобилизации элементов из рудного материала позволяет рекомендовать применение геохимических карбонатных барьеров для нейтрализации кислых дренажных вод, с использованием известкови-стых вмещающих пород Удоканского месторождения. Перспективными могут оказаться также сорбционные геохимические барьеры из природных сорбентов таких, как цеолиты и глины.

Публикации автора по теме диссертации

Статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертаций'.

1. Птицын А.Б. Роль атмосферных выпадений в процессах криогенеза зон окисления сульфидных месторождений / А.Б. Птицын, Т.И. Маркович, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Вестник Северо-Восточного научного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук. - 2005. -№ 1.-С. 33-35.-0,32/0,08 пл.

2. Птицын А.Б. Особенности криогеохимических процессов в зоне окисления сульфидных месторождений (по экспериментальным данным) / А.Б. Птицын, Т.И. Маркович, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Доклады Академии наук. - 2006. -Т. 411, № 3. - С. 381-383. - 0,32 / 0,08 п.л.

3. Птицын А.Б. Моделирование криогеохимических процессов в зоне окисления сульфидных месторождений с участием кислородных соединений азота / А.Б. Птицын, Т.И. Маркович, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Геохимия. - 2007. - № 7. _ с. 795-800. - 0,49 / 0,12 пл.

4. Эпова Е.С. Криогеохимия зоны окисления сульфидного месторождения Удокан (Восточное Забайкалье) [Электронный ресурс] / Е.С. Эпова // Современные проблемы науки и образования : электрон, журнал. - Электрон. текст, дан. — Современные проблемы науки и образования. — 2013. -№ 5 - URL : mvw.science-education.rii/111-10745. - 0,47 пл. (дата обращения 14.04.2014 г.)

Монография в соавторстве:

5. Птицын А.Б. Геохимия криогенных зон окисления / А.Б. Птицын, В.А. Абрамова, Т.И. Маркович, Е.С. Эпова. - Новосибирск : Наука, 2009. - 88 с.-5,5/1,38 пл.

Статьи в других научных гаданиях:

6. Птицын А.Б. Криогеотехнология меди в Забайкалье / А.Б. Птицын, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Плаксинские чтения : экологические проблемы и новые технологии комплексной переработки минерального сырья : материалы международного совещания. - Чита : Изд-во Читан гос. ун-та, 2002. - С. 106-107. - 0,15 / 0,05 пл.

7. Маркович Т.И. К вопросу о механизме криогенного выветривания сульфидов в зоне окисления с участием кислородных соединений азота дождей / Т.И. Маркович, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова, А.Б. Птицын // Минералогия техногенеза - 2003. - Миасс : Изд-во Ин-та минералогии УрО РАН, 2003. - С. 65-78. - 0,84 / 0,21 п.л.

8. Птицын А.Б. Геоэкологические аспекты планируемой разработки Удокан-ского месторождения меди / А.Б. Птицын, Е.С. Эпова // Сергеевские чтения : молодежная сессия : материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрологии (24-25 марта 2003 г.) - М.: ГЕОС, 2003. - Вып. 5. - С. 402-404. - 0,22 /0,11 пл.

9. Павлюкова В.А. Особенности развития криогенной зоны окисления в за-складированных горнопромышленных отвалах / В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке : материалы VII Международного симпозиума 11-15 октября 2004 г. - Биробиджан, 2004. - С. 172-173. - 0,12 / 0,06 п.л.

10. Птицын А.Б. Экологические проблемы природных вод криолитозоны в условиях антропогенного воздействия / А.Б. Птицын, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов : материалы научной конференции 20-24 сентября 2005 г. - Иркутск : Изд-во Ин-та географии СО РАН, 2005. - С. 32-34. - 0,18 / 0,06 пл.

П.Маркович Т.И. Моделирование процессов криогенного выветривания сульфидов в зоне окисления с участием кислородных соединений азота / Т.И. Маркович, А .Б .Птицын, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Материалы Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии : электронный научно-информационный журнал «Вестник отделения наук о Земле РАН» 18-19 апреля 2006 г. - 0,24 / 0,06 пл.

12.Павлюкова В.А. Криогеохимические процессы в зонах окисления как источник загрязнения подземных вод / В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова, Т.И. Маркович // Подземная гидросфера: материалы Всероссийского XVIII совещания по подземным водам востока России 19-23 июня 2006 г. - Иркутск : Изд-во Иркут. гос. тех. ун-та, 2006. - С. 429-431. - 0,17 / 0,06 пл.

13.Птицын А.Б. Криогеохимические процессы в зоне окисления сульфидных месторождений / А.Б. Птицын, Т.И. Маркович, В.А. Павлюкова, Е.С. Эпова // Геохимия и рудообразование радиоактивных, благородных и редких металлов в эндогенных и экзогенных процессах : материалы Всероссийской конференции с иностранным участием, посвященной 50-летию СО РАН и 80-летию чл.-кор. РАН Ф.П. Кренделева. - Улан-Удэ : Изд-во БНЦ СО РАН, 2007. - С. 12-15. - 0,24 / 0,06 п.л.

14.Маркович Т.И. Современные процессы криоминералообразования в зоне окисления сульфидных месторождений / Т.И. Маркович, В.А. Павлюкова,

Е.С. Эпова, А.Б/ Птицын // Минералогия техногенеза - 2007 : научное издание. - Миасс : Изд-во Ин-та минералогии УрО РАН, 2007. - С. 70-79.■ -0,6/0,15 п.л.

15.Эпова Е.С. Моделирование процесса взаимодействия окисленных удо-канских руд с сернокислыми растворами / E.G. Эпова // Проблемы инженерного мерзлотоведения : материалы VII Международного симпозиума, г. Чита, 21-23 ноября 2007 г. - Якутск : Издательство Института мерзлотоведения СО РАН, 2007. - С. 152-155. - 0,19 пл.

16.Маркович Т.И. Влияние кислородных соединений азота на процесс образования брошантита при криогенном выветривании сульфидов меди / Т.И. Маркович, А.Б. Птицын, В.А. Абрамова, Е.С. Эпова // Изменение климата Центральной Азии: социально-экономические и экологические последствия : материалы международного симпозиума (24 октября 2008 г., Чита). - Чита : Изд-во Заб. гос. гуман.-педагогич. ун-та, 2008. - С. 105109. - 0,29 / 0,07 пл.

П.Маркович Т.И. Влияние сезонного колебания температуры на процесс образования брошантита при выветривании сульфидов меди / Т.И. Маркович, В.А. Абрамова, Е.С. Эпова, А.Б. Птицын, Л.И. Разворотнева // Минералогия техногенеза-2009 : научное издание. - Миасс : Изд-во Ин-та минералогии УрО РАН, 2009. - С. 218-223. - 0,3 / 0,06 пл.

18.Эпова Е.С. Геохимические аспекты образования подвижных форм меди в криогенной зоне окисления / Е.С. Эпова // Современные проблемы геохимии : материалы конференции молодых ученых. - Иркутск : Изд-во УРАН Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2009. - С. 190-194. - 0,22 п.л.

19.Эпова Е.С. Геоэкологические аспекты выщелачивания меди из окисленных руд Удоканского месторождения I Е.С. Эпова // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообра-зование : труды III Всероссийского симпозиума с международным участием и IX Всероссийских чтений памяти акад. А.Е. Ферсмана 29 ноября-2 декабря 2010 г. - Чита : Изд-во Заб. гос. гуман.-педагогич. ун-та, 2010. -С. 62-65. -0,2 пл.

20.Юргенсон Г.А. Геоэкологические следствия современного минералообразо-вания / Г.А. Юргенсон, О.С. Сергутская, Е.С. Эпова // Минералогия во всем пространстве сего слова: проблемы укрепления минерально-сырьевой базы и рационального использования минерального сырья : материалы Годичного собрания Российского минералогического общества и Федоровской сессии 2012. - СПб., 2012. - С. 317-319-0,18 / 0,06 пл.

21. Эпова Е.С. Геоэкологические аспекты выщелачивания руд Удоканского месторождения (Восточное Забайкалье) / Е.С. Эпова // Развитие минерально-сырьевой базы Сибири от Обручева В.А., Усова М.А., Урванцева H.H. до наших дней : материалы Всероссийского форума с международным участием, посвященного 150-летию академика Обручева В А., 130-летию академика Усова М.А. и 120-летию профессора Урванцева H.H. / Том. политех, ун-т. -Томск: Изд-во Том. политех, ун-та, 2013. -С. 629-632.-0,18 пл.

Подписано в печать 17.04.2014 г. Формат А4/2. Ризография Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 8/04-14 Отпечатано в ООО «Позитив-НБ» 634050 г. Томск, пр. Ленина 34а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Эпова, Екатерина Сергеевна, Чита

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ, ЭКОЛОГИИ И КРИОЛОГИИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201459573

Эпова Екатерина Сергеевна

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

ДИССЕРТАЦИЯ па соискание ученой степени кандидата геолого-мииералогических наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор А.Б. Птицын

Чита-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 3

1 Геоэкологическая характеристика района Удоканского месторождения 9

1.1 Геолого-географическое описание 9

1.2 Особенности формирования криогенной зоны гинергенеза 19

1.3 Мипералого-геохимическая характеристика руд и пород Удоканского месторождения меди 29

2 Экспериментальное исследование процессов окисления удоканских медных РУД 46

2.1 Методика проведения экспериментов 46

2.2 Диализ экспериментальных данных 54

3 Геоэкологические проблемы отработки сульфидных месторождений, приуроченных к зоне распространения многолетнемерзлых пород 78

3.1 Геоэкологические аспекты поведения химических элементов в условиях криогенной зоны окисления 78

3.2 Возможные геоэкологические последствия разработки Удоканского месторождения 103

Заключение 113

Список использованных источников и литературы 115

Введение

Одним из приоритетов современного общества должно быть сохранение благоприятной экологической обстановки. Однако техногенно-иреобразованные системы, как правило, характеризуются избыточным содержанием токсичных элементов, в том числе, тяжелых металлов. Поэтому одним из важнейших аспектов проблемы сохранения окружающей среды, является изучение подвижности тяжелых металлов в условиях природно-техногепного ландшафта.

повлечет за собой изменение химического состава почв, поверхностных и подземных природных вод, растительности.

Основные задачи исследования:

1. Изучить влияние температурного режима, кислотности раствора, и прочих факторов на интенсивность протекания процессов окисления.

2. Выявить основные компоненты состава кислых рудничных вод при освоении месторождения.

3. Получить сравнительные данные по подвижности химических элементов удоканских пород и руд.

4. Дать геоэкологическую интерпретацию полученных данных.

5. Предложить возможные пути снижения негативного воздействия сернокислого рудничного дренажа на окружающую среду.

Объектом данного исследования являются сульфидные и окисленные руды Удоканского месторождения.

Предметом изучения являются криогеохимические процессы как геоэкологический фактор зоны гипергенеза.

Фактический материал и методы исследований:

В основу данной работы положены материалы, отобранные автором и коллегами, общепринятыми методами, во время полевых сезонов 1982 и 2010 годов на территории участка Западный и Наминга Удоканского месторождения меди (пробы руд, пород, воды, растений). Отобранные образцы руд делились, в соответствии с выделенными технологическими сортами руды на сульфидные

(с содержанием окисленных минералов 0 - 30 %) и окисленные (70 - 100 %) (Месторождения Забайкалья, 1995).

В процессе работы по теме диссертации использовались следующие аналитические методы:

- потенциометрические;

- титрометрические;

- атомно-адсорбционная спектрофотометрия и масс-сиектрометрия;

- минералогический анализ.

Основа работы. В основу диссертации положены результаты полевых и экспериментальных исследований, проведенных автором в период с 2001 по 2013 год, в лаборатории геохимии и рудогенеза ИПРЭК СО РАН (г. Чита) и лаборатории экогеологии ОИГГМ СО РАН (г. Новосибирск). За время работы было проведено 456 экспериментов, отобрано и подготовлено 100 проб руды.

Основные защищаемые положения:

1. Экспериментально показано, что в сернокислых растворах в условиях низких температур подвижность таких элементов как Си, Ag, РЬ, А1, Р, Т\ и Ъс выше, а Са, Ве, Мп, У, Сг, Со, Бг, К, Ыа ниже, чем при высоких температурах.

3. Методами экспериментального моделирования оценены возможные геоэкологические последствия отработки Удоканского медного месторождения: активный вынос Си, РЬ, Ве, Ag, Сё, А1 и ряда других потенциально опасных элементов в составе кислых рудничных вод.

Достоверность научных положений обусловлена представительным объёмом проведенных экспериментов, использованием современных

аналитических методов и обработкой результатов методами математической статистики.

Новизна результатов исследований состоит в том, что впервые экспериментально доказано существенное возрастание подвижности ряда химических элементов (Си, Ag, РЬ, А1, Р, Т1 и 7х) в условиях криогенной зоны окисления Удоканского месторождения, а также сокращение объемов извлечения таких элементов, как Са, Ве, Мп, У, Сг, Со, №, Б г, К, Иа; установлено влияние на процесс криогенного выщелачивания руд Удоканского месторождения объема незамерзающей жидкой фазы определяемой исходной кислотностью растворов; на основании данных экспериментального моделирования дан предварительный прогноз геохимического преобразования территории в результате разработки Удоканского месторождения.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные экспериментальные данные могут быть использованы в криогеотехнологических методах добычи, при разработке новых геохимических методов поиска месторождений полезных ископаемых в криолитозоне, при оценке и прогнозировании масштабов загрязнения окружающей среды подвижными формами тяжелых металлов в результате разработки Удоканского месторождения и его аналогов.

Личный вклад автора. По теме исследования лично автором было проведено 216 экспериментов, в процессе постановки которых была усовершенствована методика; сернокислые растворы после выщелачивания были проанализированы автором на содержание меди с помощью ускоренного метода фторо-йодометрического титрования, а также кислотность растворов и в части опытов содержание Си и А§ определялись автором методом потенциометрии; во время полевых и лабораторных работ было отобрано и подготовлено 50 проб рудного материала; были обработаны и проанализированы полученные данные.

Апробация работы. Основные результаты исследовательской работы были представлены на: Международном совещании «Экологические проблемы

и новые технологии комплексной переработки минерального сырья» («Плаксинские чтения», Чита, 2002); международной конференции «Сергеевские чтения» (Москва, 2002); Второй Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2004); Второй международной научной конференции «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005); XVIII-ом Всероссийском совещании по подземным водам востока России (Иркутск, 2006); Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Сибирского отделения РАН и 80-летию чл. - корр. РАН Ф.П. Кренделева (Улан-Удэ, 2007); VII-ом Международном симпозиуме «Проблемы инженерного мерзлотоведения» (г. Чита, 2007); Международном симпозиуме «Изменение климата Центральной Азии: социально-экономические и экологические последствия» (Чита, 2008); конференции молодых учёных «Современные проблемы геохимии» (Иркутск, 2009); III Всероссийском симпозиуме с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование» и IX Всероссийских чтениях памяти акад. А.Е. Ферсмана (Чита, 2010); Всероссийском форуме с международным участием «Развитие минерально-сырьевой базы Сибири: от В.А. Обручева, М.А. Усова, H.H. Урванцева до наших дней» (Томск, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 21 печатная работа в том числе, 4 в рецензируемых журналах, одна коллективная монография.

В первой главе дается общая характеристика Удоканского месторождения, в том числе минерально-геохимическая, также рассматриваются особенности образования и развития зоны окисления с учетом специфики многолетнемерзлых пород.

Благодарности. Автор выражает благодарность д.г.-м.п. А.Б. Птицыну за руководство и помощь в процессе написания диссертации, д.г-м.н. Г.А. Юргеисону за работу с микрофотографиями шлифов и аншлифов руд Удоканского месторождения и советы. Также автор выражает признательность к.г.-м.н. О.В. Еремину за содействие в постановке экспериментов и химику-аналитику

О.В. Глушенковой за помощь в проведении титрометрического

анализа, к.х.н. Т.И. Маркович (ИГМ СО РАН, г. Новосибирск) и В.А. Абрамовой за эффективное сотрудничество.

1 Геоэкологическая характеристика района Удоканского

месторождения 1.1 Геолого-географическое описание района

Удоканское месторождение меди было открыто в 1949 году Е.И. Буровой и К.К. Денисовым в центральной части Удоканского хребта, который расположен в Каларском районе, на севере Забайкальского края. Границы хребта заходят на территорию Якутии и Амурской области (рисунок 1). Район Удоканского месторождения с момента его открытия был детально исследован и описан (Кренделев и др., 1983; Чечеткин и др., 2000; Наркелюн и др., 1968; Удокан, 2003 и т.д.).

Каллрсюш райоц.

Рисунок 1 - Карта-схема расположения хребта Удокан

Данное месторождение относится к одним из крупнейших в мире стратиформным месторождениям медистых песчаников и расположено в восточной части Олекмо-Витимской горной страны, в центральной части Кодаро-Удоканской металлогенической зоны (рисунок 2), локализовано в

Памингинской брахисинклинали, вытянутой в северо-западном направлении (Геологические исследования..., 1999; Салихов, 2008).

г.'

| рч

II И

» I X

-у

} /> -

Ч- ч

г /

у- А ' ' ' У*

о"1 '

~~1 ^

1 / х . ^

' * "" / Л

I» ^

/ / - -

Н( г --Г

• // >> ■

--^•ц;<'. V

, • X / I \

А • •/. -Л:

"У'

' /х

- /

\ ^^ /

Л » ^

г % г

с- 10 'м

X Л

- - 7 Л

Л '

/ У и + -{

Рисунок 2 - Позиция Удоканского рудного поля в геологических структурах 11амингинского рудного района (по Месторождения Забайкалья, 1995)

1 - огложения венд-раннекембрийской пестроцветной терригенно-карбонатной формации Каларской впадины; 2-4 - осадочно-метаморфизованиые формации раннепротерозойского удоканского комплекса: 2 - памингинской свиты, 3 - сакуканской свиты, 4 - чинейской серии (бутуиской, александровской и читкандинской свит); 5 - горизонты медистых песчаников в составе сакуканской свиты; 6 — горизонты медистых песчаников и алевролитов в составе памингинской свиты; 7 - дайки лампрофиров (а) и габбро-диабазов (б); 8 - граниты и граносиениты ингамакитского интрузивного комплекса; 9 - габброиды чинейского инструзивного комплекса; 10 - граниты и гранодиориты кодарского интрузивного комплекса; 11 -разрывные нарушения; 12 — комплексное благороднометалльно-медное оруденение в эндо- и экзоконтактах массива габроидов чинейского шпрузивного комплекса

Ядро данной структуры сложено породами намингинской свиты, крылья - сакуканской свиты (рисунок 3). Последняя, в пределах месторождения, расчленена на нижнюю (талаканскую) свиту, среднюю и верхнюю подсвиты. Рудовмещающей является верхнесакуканская подсвита, в которой выделяются иодрудная, рудная и надрудная пачки (Бакун и др., 1958; Наркелюн и др., 1968).

7,0 км

Рисунок 3 - Геолого-структурная схема Удоканского месторождения (по Месторождения Забайкалья, 1995)

1 - песчано-аргиллито-алевритовые отложения намингинской свиты; 2-5 — алевролито-аргиллит-песчаные отложения верхнесакуканской подсвиты: 2 -надрудная толща, 3 - рудная толща, 4 - горизонт медистых песчаников (а) и рудные тела медистых песчаников (б), 5 — подрудная толща; 6 - песчаные отложения средней сакуканской подсвиты; дайки: 7 — габбро-диабазов, 8 -лампрофиров и кварцевых порфиров; 9 - разрывные нарушения; 10 -рудоносные стратиграфические уровни и их номера (цифры в кружках); 11 -элементы залегания пород: а - нормальное залегание, б - опрокинутое залегание

На северо-западе брахисинклиналь имеет асимметричную форму - с северо-восточным и юго-западным падением крыльев к шарниру складки под углами 10-30 и 30-70 градусов, соответственно. К юго-востоку, в центральной части месторождения угол падения северо-восточного крыла увеличивается до 40-80°, а юго-западное крыло приобретает опрокинутое падение под углом 4050°. У юго-восточного замыкания брахисинсклиналь сохраняет симметричную форму с падением крыльев к шарниру складки (Месторождения Забайкалья, 1995).

К крупным разрывным нарушениям, пересекающим брахисинклиналь, относятся залеченные дайками габбро-диабазов огромные (мощностью более 100 м) трещины отрыва и разлома (рисунок 3). Главная и Водораздельная дайки пересекают складку с юго-запада на северо-восток и делят ее на три основных блока: западный, центральный и восточный. Помимо мощных разрывных нарушений в рудовмещающих отложениях развита сеть более мелких тектонических трещин (Месторождения Забайкалья, 1995).

Рудоносная пачка сложена метаморфизированными кварцево-полевошпатовыми, полевошпатово-кварцевыми песчаниками и метаалевролитами с кварцево-слюдистым цементом (биотит, мусковит, стилышомелан) в кварцитовидных песчаниках, или с кальцитовым цементом в известковистых песчаниках, а также железистыми песчаниками, и связана постепенными переходами с залегающей выше намингинской свитой, выделяется по проявлению в метаморфизованных песчаниках видимой вкрапленности минералов меди, что соответствует её содержанию 0,1% (Удокан, 2003).

По минерагеническому районированию Удоканское месторождение расположено в Алданской рудной провинции, в редкометалльно-железо-медном минерагеническом поясе, приурочено к докембрийским структурам. По запасам меди (порядка 20 млн.т.) это месторождение занимает второе место в России (после Норильского) (Кулаков, 2002). Удоканское месторожде�

Информация о работе

Эпова, Екатерина Сергеевна
кандидата геолого-минералогических наук
Чита, 2014
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологические аспекты поведения химических элементов в условиях криогенной зоны окисления на примере Удоканского месторождения - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы