Геоэкологические условия процессов техногенеза Учалинской геотехнической системы

Шафигуллина, Гульнара Турдибаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологические условия процессов техногенеза Учалинской геотехнической системы
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические условия процессов техногенеза Учалинской геотехнической системы"

На правах рукописи

I ь

Шафигуллина Гульнара Турдабаевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОГЕНЕЗА УЧАЛИНСКОЙ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)

Специальность 25 00 36 — геоэкология

Автореферат диссертации' на соискание ученой степени кандидата геолого-минералоютеских наук

Работа выполнена в Институте геологии Уфимского Научного Центра Российской Академии наук и Институте минералогии Уральского отделения Российской Академии наук

Научные руководители

доктор геолого-минералогических наук Серавкин Игорь Борисович (Институт геологии УНЦ РАН, г Уфа)

кандидат геолого-минералогических наук

Удачин Валерий Николаевич

(Институт минералогии УрО РАН, г Миасс)

Официальные оппоненты —

доктор геолого-минералогических наук Кузькин Вячеслав Иванович (ФГУП ВИМС, г Москва)

доктор геолого-минералогических наук Викентьев Илья Владимирович (ИГЕМ. РАН, г, Москва)

Ведущая организация -

БашкирскийТосударственныйУниверситет(г Уфа)

Защита состоится «23» мая 2008 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д216 005 01 в Федеральном государственном унитарном предприятии Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им Н М Федоровского (ФГУП ВИМС) по адресу 119017 Москва, Старомонетный пер ,31, зал заседания Ученого совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП ВИМСа

Автореферат диссертации разослан » апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук d)f ТН Шурига

Введение

Актуальность работы. Зауралье является основным регионом Башкирии с развитой горнодобывающей промышленностью Здесь расположены медноколче-данные, золоторудные и другие месторождения, многие из которых разрабатываются Самым крупным является Учалинское Cu-Zn-колчеданное месторождение, на основе которого был создан и действует Учалинский горно-обогатительный комбинат — крупнейшее российское предприятие по добыче и переработке сульфидных руд Кроме Учалинского месторождения рудную базу комбината составляют месторождения Верхнеуральского рудного района, частично расположенные на территории Челябинской области С геологической позиции регион хорошо изучен в процессе геологических съемок различного масштаба (1 200000— 1 50000), поисковых, геологоразведочных и тематических работ Несмотря на рад проведенных исследований [Белан, 1997,2003, 2007, Кутлиахметов, 2002], эколого-геохимическая изученность региона недостаточна В первой из выполненных оценок эколого-геохимической обстановки данного района [Белан, 1997] приведена характеристика отдельных компонентов экосистемы (почвы, воды, снег, сельхозпродукция приусадебных участков) с оценкой степени загрязнения территории в сравнении с предельно допустимыми концентрациями В работе А Н Кутлиахметова [2002] рассмотрена специальная проблема ртутного загрязнения территории Среди нерешенных остаются вопросы, связанные с миграцией основных поллютантов-, формами нахождения тяжелых металлов в поверхностных водах, почвах, донных отложениях транзитных и аккумулятивных ландшафтов Отсутствуетхарактерисгика источников эмиссии для кислых рудничных вод и классификационная оценка техногенных водотоков

Настоящая диссертационная работа, выполненная на материалах исследования природно-техногенных ландшафтов Учалинского горнодобывающего района, вклю-чаяг Учалы и прилегающие к нему территории (рис 1), направлена на восполнение вышеперечисленных пробелов и на более углубленное изучение ранее выявленных закономерностей распределения потенциальных токсикантов в процессах загрязнения окружающей среды

«Наследство», оставленное за более чем сорокалетнюю историю отработки Учалинского месторождения, в настоящее время представляет собой большие проблемы для окружающей среды Исследования поверхностных и техногенных вод, донных отложений поверхностных водотоков, почвенного и снежного покровов и лишайников свидетельствуют о широком развитии загрязнения их тяжелыми металлами (Си, Zn, Pb, Ni, Со, Мп) и сульфатами Район вошел в число приоритетных для изучения воздействия горнорудной промышленности на окружающую среду в рамках Зх-летнего проекта MmUrals, финансировавшегося Евросоюзом по научно-технической программе COPERNICUS Часть этих работ посвящена текущей оценке ситуации, а другая часть сфокусирована на приоритетах по предотвращению негативного воздействия вредных факторов Исследования проведены также при поддержке проектов интеграционных исследований УрО РАН — СО РАН («Геохимия окружающей среды горнопромышленных ландшафтов Сибири и Урала») и Министерства образования и науки (проект РНП 2 1 1 1840)

Цель работы — геоэкологическое обоснование процессов изменения окружающей среды, сопровождающих формирование и функционирование Учалинской геотехнической системы (ГТС)

Озеро

Большие

.Учалыг-

ютвал

^водной канал

Для достижения цели решались следующие задачи:

1) изучение состава вод аквальных систем природного и техногенного происхождения, установление их физико-химических параметров (рН, ЕЬ, ионный состав), определяющих условия миграции элементов;

2) выяснение сезонных изменений состава поверхностных вод;

3) изучение донных отложений поверхностных водотоков как одного из индикаторов в комплексной оценке техногенной нагрузки дренируемой площади;

4) оценка распределения валовых содержаний тяжелых металлов по почвенному профилю с учетом местного геохимического фона и их связи с основными физико-химическими параметрами почв;

5) установление форм нахождения тяжелых металлов в почвах, донных отложениях, влекомой взвеси и определение степени потенциальной эколого-токсикологи-ческой опасности химического загрязнения;

6) исследование состава внешних отвалов как поставщика тяжелых металлов в окружающую среду; экспериментально-аналитическая оценка поведения отдельных элементов в породах, слагающих отвалы, с определением класса опасности отходов.

Фактический материал. Основу диссертационной работы составляет фактический материал, собранный автором в течение пяти полевых сезонов в период с 1999 по 2005 гг. в районе Уча-линской ГТС и обработанный автором с помощью сотрудников лаборатории минералогии техно-генеза и геоэкологии Института минералогии УрО РАН. Отобрано и проанализировано (рис. 2): 30 проб монофракций сульфидов, 28 проб пород, 79 гидрохимических проб, 32 пробы донных осадков транзитных водотоков, 27 проб донных отложений озёр, 24 пробы влекомой взвеси, 87 проб почв, 12 проб снегового покрова, 68 проб лишайников.

отстойный пруд со станцией нейтрализации

т 1

Рис. 1. Схема размещения основных объектов Учалинской ГТС и роза ветров метеостанции города Учалы

ОФ — обогатительная фабрика, AMD — рудничный дренаж, 1 — город Учалы, 2 — автодороги, 3 — карьер, 4 — хвостохранилише

Аналитические исследования выполнены в Южно-Уральском центре коллективного пользования по анализу минерального сырья Института минералогии УрО РАН (аттестат аккредитации РОС ru.0001.514.536 Госстандарта РФ). Концентрация металлов во всех исследуемых материалах определялась методом атомно-абсорбцион-ной спектрометрии на приборах «Perkin-Elmer 3110» с пламенным режимом атомиза-ции и «Analyst 300 HGA 850» с электротермическим режимом атомизации (аналитики М.Н. Маляренок, Л.Б. Лапшина). Минералы шлихового опробования донных отложений были исследованы на сканирующем микроскопе РЭММА 202 MB с энергодисперсионным анализатором (аналитик В.А. Котляров).

\Оз. Калкан

с. Учалы

Карагайлы

г. Учалы

■Ъ/'-Буранцы,

£рекпе

/■ Ахуново

Петропавловка

У//Л карьер ШЖ отвалы

отводной канал ЦЦ населенные пункты > I водоемы Пробы;

• — гидрохимические (вода, взвесь) о — донные осадки ■ — почвы о — лишайники

+ — литологические разности отвальной массы (породы, сульфиды)

снег

Рис. 2. Общая схема отбора проб

Для транзитных и транзитно-аккумулятивных участков поверхностных водотоков в условиях техногенеза установлены потенциальные формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях и выполнена оценка соответствия форм фиксации элементов с минеральным составом матрицы (2-е и 3-е защищаемые положения)

При исследовании процессов геохимической трансформации почв выявлен тип механизма ацидификации гумусово-аккумулятивного и верхней части иллювиального горизонтов, выраженный в последовательных этапах растворения накопленных сульфидов, формировании слабокислых почвенных растворов, увеличении доли Н+ и А13+ в составе обменных катионов и повышении миграционной способности халько-фильных элементов в аэрально загрязненных почвах (4-е защищаемое положение)

Практическая значимость работы определяется использованным при исследованиях комплексом методических приемов, которые можно рекомендовать при выполнении мониторинга геотехнических систем Это относится к аналитическим работам по оценке отвальной массы, определению форм нахождения потенциальных токсикантов по результатам селективных химических экстракций, использованию природных биопланшетов для оценки масштабов и уровней аэрального загрязнения

Апробация полученных результатов. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на заседаниях VIII международной научной студенческой конференции «Металлогения древнихи современных океанов—2002» (Миасс, 2002), ХШ молодежной конференции, посвященной памяти К О Кратца «Геология и геоэкология исследования молодых» (Апатиты, 2002,2005), Международной молодежной конференции «Экология 2003» (Архангельск, 2003), УРеспубликанской геологической конференции «Геология, полезные ископаемые и проблемы экологии Республики Башкортостан» (Уфа, 2003, 2006), II конкурсе научных работ молодых ученых и аспирантов УНЦ РАН и АН РБ (Уфа, 2004-2005), «Геоэкология горных геосистем» (Алматы, 2005)

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 254 страницах, содержит 27 таблиц, 67 иллюстраций и список использованной литературы из 154 наименований

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям д-ру г-м н Игорю Борисовичу Серавкину и канд г-м н Валерию Николаевичу Удачину за поддержку и помощь в выполнении данных исследований, за ценные советы и обсуждения Автор выражает искреннюю благодарность коллективу лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Института минералогии УрО РАН за помощь в выполнении аналитических работ Сотрудники этой лаборатории Г Ф Лон-щакова, Л Г Удачина, К А Филиппова, Н И Вализер принимали также активное участие в полевых и лабораторных работах, автор благодарит каждого из них Особую благодарность автор выражает дирекции Института геологии УфНЦ РАН и лично директору, чл-корр РАН, д-ру г-мн ВН Пучкову за постоянную поддержку и помощь в проведении работ по данной тематике Автор благодарит сотрудников Института минералогии УрО РАН П В Хворова, В А Котлярова за помощь в выполнении аналитических работ

Содержание работы и защищаемые положения

В первой главе кратко излагаются основные направления в исследовании геотехнических систем горнорудного профиля Во второй главе дается характеристика объекта исследований — Учалинской ГТС Она содержит общие сведения и данные о геологическом строении Учалинского рудного поля Рассматривается история

формирования Учалинской ГТС, с выделением и характеристикой этапов ее развития В третьей главе приводится описание методики полевых работ, методов аналитических исследований, их аппаратурное обеспечение и метрологические характеристики В четвертой главе содержится характеристика внешних отвалов Учалинского Си—Zn-колчеданного месторождения, являющихся одним из источников эмиссии Охарактеризованы минеральный и микроэлементный состав сульфидов и пород отвальной массы В пятой главе дана гидрохимическая характеристика поверхностных техногенных и фоновых водотоков, геохимическая характеристика донных отложений, рассмотрены формы миграции тяжелых металлов в техногенных водотоках, изменение химического состава вод в зависимости от сезонных колебаний, влияние техногенных вод на природные речные системы, формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях В шестой главе приводится геохимическая характеристика почвенного покрова и содержатся сведения об уровне загрязнения почв по генетическим горизонтам, формам нахождения тяжелыхметаллови связи аномальных концентраций с основными физико-химическими параметрами почв Седьмая глава посвящена лихеноидикации в оценке загрязнения территории при горнопромышленном техногенезе (на примере Учалинской ГТС)

К защите выдвинуты четыре положения, формулировка и обоснование которых приводятся ниже

Основные защищаемые положения.

1. Основным кислотопродуцирующим агентом в отвальной массе Учалинской ГТС, провоцирующим миграцию потенциально токсичных элементов, являются тонкодисперсные агрегаты сульфидов брекчиевидных метасоматитов лежачего бока Учалинского месторождения. Максимальным потенциалом нейтрализации характеризуются буферные метасоматиты с хлорит- и карбонатсодержащими минеральными ассоциациями.

В пределах Учалинской ГТС основная часть отходов добычи руд представлена вмещающими породами алюмосиликатного состава, метасоматитами кварц-сери-цит-хлоригового состава с вкрапленностью сульфидов, сульфидными забалансовыми рудами Для оценки поведения элементов в рудах и вмещающих породах в отвалах Учалинского месторождения была выполнена серия экспериментов, моделирующих поведение субстратов при кислотном воздействии Первый тест — токсичности отвалов - моделирует оценку концентраций потенциально токсичных элементов при воздействии на анализируемый субстрат ацетатного буфера Эта процедура известна как оценка содержаний «подвижных форм элементов» Второй — обобщенный тест выщелачивания — моделирует оценку концентраций потенциально токсичных элементов при воздействии «кислотных дождей» Количественным критерием оценки потенциальной токсичности руд и вмещающих пород в этих тестах является сравнительная характеристика значений, полученных при измерении концентраций элементов в экстрактах в сравнении со 100-кратно увеличенными нормами дня питьевой воды

Вмещающие породы алюмосиликатного состава демонстрируют инертность, что хорошо видно по скачкообразному повышению pH исходного раствора через час после начала контакта раствора с веществом отхода (табл 1) Для измененного базальта (UC151/1) с миндалинами кальцита значение водородного показателя увеличилось почти в 2 раза, что связано с подщелачивающим эффектом СаС03 Значения pH для основных пород (диабазов) UC 151/4 и UC151/5 увеличиваются в 1 5 раза

Таблица 1

Концентрации рассеянных элементов в литологических разностях отвальной массы и результаты тестов по экстракции

Элементы ККТ (мг/л) иС151/1 иС151/3(\«0 1)С151/4 иС151/5 (№8)

ВК Тест! ТестП ВК Тест! ТестП ВК ТестТ ТестП ВК Тест1 ТестП

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

30 80298 0 20 <0 08 327292 5 405 367 79021 <0 08 <0 08 76560 0 07 <0 08

Мп 10 1037 <0 01 <0 01 35 1 07 096 865 0 67 0 57 970 0 05 018

Си 100 66 5 <0 01 <0 01 290 0 25 0 07 180 <0 01 <0 01 123 <0 01 <0 01

Ъа 100 118 <0 01 <0 01 44 0 45 0 36 86 <0 01 <0 01 86 <0 01 <0 01

№ 10 48 <010 <010 31 <0 10 <0 10 29 <0 10 <0 10 31 5 <010 <0 10

РЬ 3 0 08 0 96 19 0 65 05 6 03 031 8 03 -

Сй 1 1 09 0 0006 0 0006 0 97 0 005 0 004 1 0 0 0004 0 0002 0 85 0 002 -

Со 10 - 0 04 <012 - 0 12 018 - 0 02 0 01 - 017 0 03

рН исходного раствора 49 50 49 50 49 50 49 50

рН начальный 8 30 8 76 3 80 3 87 6 07 615 7 10 6 85

рН финальный 8 84 8 50 4 25 4 35 6 70 6.84 7 48 7 14

Продолжение таблицы 1

Элементы ККТ (мг/л) иС154/1 (\тс) 1ГС156 (шз) иС156/1 (\ув)

ВК Тест1 Тест II ВК ТемТ ТестП ВК Тест1 Тест II

1 2 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Ге 30 13023 3 14 2 77 331530 952 887 415915 34 48 34 47

Мп 10 98 0 24 0 26 26 1 18 1 06 86 045 042

Си 100 65 0 06 0 03 741 7 30 6 76 1812 20 62 18 25

гп 100 97 014 015 175 154 32 1423 19 37

№ 10 15 5 <010 <010 27 <0 10 <0 10 24 5 <010 <010

РЬ 3 8 0 63 0 32 0 65 0 37 219 09 1 5

сл 1 0 83 0 003 0 002 0 89 0 015 0 007 4 21 0 031 0 044

Со 10 - 0 03 <012 - 077 0 78 - 010 011

рН исходного раствора 49 50 49 50 49 50

рН начальный 4.10 411 2 75 2 80 3 66 3 80

рН финальный 4 25 4 23 2 85 2 80 3 70 3 73

Для них наиболее важную роль в нейтрализации играет хлорит в связи с буферирующим воздействием магния Содержания всех восьми проанализированных элементов в экстрактах алюмосиликатных пород в несколько раз меньше значений количественного критерия токсичности (ККТ) Это позволяет оценить вмещающие породы с буферирующими минералами как относительно инертную среду в плане потенциального воздействия на водные объекты

Применительно к забалансовым рудам, породам с вкрапленностью сульфидов и к самим сульфидам (в основном пирит) наблюдается иная картина Абсолютные содержания элементов в экстрактах во много раз превышают значения ККТ и их содержания в тестах 1 и 2 для вмещающих пород основного состава Наибольшей подвижностью характеризуются железо и цинк Железо оказалось единственным элементом, для которого наблюдается значительное превышение значения ККТ в сульфидах и сульфидсодержащих породах Для цинка в сульфидно-силикатной брекчии отмечается превышение ККТ в 1 5 раза

Значительно большая активность Fe при выщелачивании отмечается в сульфидно-силикатной брекчии и сульфидах В сульфидах из сульфидно-силикатной брекчии (UC151/3) происходит превышение содержания Fe в 12— 14 раз, в целом в сульфидно-силикатной брекчии (UC156) — в 30—32 раза Содержание Zn (тест 1) в брекчии в 1 5 раза больше количественного ККТ и в 8 раз выше, чем в рудах Повышенное содержание цинка в этой пробе свидетельствует о срастании пирита со сфалеритом (установлено при минераграфических исследованиях), а высокая скорость окисления и высокие абсолютные концентрации Zn в растворе свидетельствуют о реализации механизма электрохимического взаимодействия 2-х сульфидных фаз Сульфидно-силикатная брекчия характеризуется наиболее кислой реакцией среды в экстрактах (рН 2 80—2 85), более кислой, чем руды и пирит В рудах и сульфидах значение рН на 0 8 единиц и в 1 5 раза больше, соответственно

Исходным субстратом в процессе ацидификации являются сульфиды в условиях безбуферных ассоциаций (кварц, серицит), что хорошо видно из графика зависимости сульфидная сера — рН (рис За) И, напротив, главными буферирующими агентами при сернокислотном техногенезе являются Са и Mg в составе кальцита, хлорита и эпидота (рис 36), смещающие рН экспериментальных растворов в область значений выше 7

2. В Учалинской ГТС выделены следующие «генетические» типы техногенных вод.

а) кислые подотвальные воды с рН 2 8-4.5 и высокой тяжелометальной нагрузкой,

б) щелочные воды с высоким рН, низким Eh и низкой тяжелометальной нагрузкой, представленные сипингом из-под дамбы хвостохранилища, в) околонейтральные воды технологического водоема аккумулятивного типа с интегральной характеристикой вод первых двух типов.

Опробование природных и техногенных вод выполнено на значительной территории, позволяющей оценить пространственную изменчивость концентраций тяжелых

Примечание« таблице 1 Основные литологические разности пород, слагающих отвал 151/1 — базальт измененный афировый с редкими миндалинами кальцита, 151/3 — сульфиды из сульфидно-силикатной брекчии, 151/4 —диабаз измененный мшщалекаменный, 151/5—диабаз измененный с прожилком кварца, хлорита и эпидота, 154/1 — рассланцованные кварц-серицитовые мета-сомагиты, 156 — сульфидно-силикатная брекчия, 156/1 — забалансовые массивные сульфидные руды, ККТ — количественный критерий токсичности, ВК — валовые концентрации (ррш)

металлов (см рис 2) В качестве фоновых водотоков приняты малые реки Ерекле, Ямьелга и Кидыш, не подверженные техногенному воздействию Анионно-катионный состав фоновых водотоков выглядит следующим образом (формулы Курлова) — речные воды (р Ерекле, 1999 г, 2002 г)

195

НСО3 83 8С>4~ 14 СГЗ Са 52 М£30 (>1а + К)18 НСОз 63 34 СГ4 25 М§53 Са39 (№ + К)8 ■ речные воды (р Ямьелга, 1999 г)

рН 7 43,

Мш

рН7 00,

НСО3 76 504" 19 СГ 5 Са40 (N8 +К)32 М%2%

132

рН7 46

Из приведенных данных следует, что речные природные воды относятся к гидрокарбонатно-хальциевому и гидрокарбонатно-мягяиевом}' типам, отличаясь в разных реках по катионному составу и минерализации

Исследование индивидуальных фаз из донных осадков рек (шлиховой анализ), выполненное с использованием сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионным анализом, свидетельствуют о наличии исключительно «фоновых»

минералов-концентраторов микроэлементов Каких-либо «аномальных» фаз, содержащих потенциально опасные для окружающей среды микроэлементы, не диагностировано

Принципиально важным в характеристике миграционных циклов элементов является раздельное определение рас-

рН фин

Рис 3 Линии трендов зависимостей содержаний сульфидной серы в отвалах (А) и суммы буферирую-щих петрогенных оксидов (Б) отрН экспериментальных растворов 1 — пробы литологических разностей, 2 — пунктирно-бороздовые пробы отвальной массы

творенных и взвешенных форм Микроэлементный состав взвеси природных водотоков рек Кидыш и Ерекле приведен в таблице 2 Анализ полученных данных показывает, что преобладающей формой миграции для Ре (66—94%) является взвешенная, для Си (84-92%), №(58-84%) и Со (82-87%)-растворенная ДляМпвр Ерекле -взвешенная (84%), в р Кидыш — растворенная (89%)

С целью изучения современного состояния поверхностных вод опробованы техногенные и природно-техногенные водотоки Из техногенных водотоков опробованы подотвальные воды, дренажные технологические воды из-под дамбы хвосто-хранилища, из пруда-отстойника Буйда, а также загрязненные воды на удалении 3— 6 км от источников эмиссии Для классификации вод использована диаграмма рйсМт е! а1,1992] (рис 4), согласно которой воды Учалинской ГТС могут быть подразделены на 5 групп (по степени уменьшения кислотности) I — сильнокислые воды (рН <3 0)

Таблица 2

Процентное соотношение металлов, мигрирующих во взвешенной (II) и растворенной (I) формах в поверхностных водотоках Учалинской ГТС (%)

№ п/п № пробы* pH Eh, mV Fe Mn Си

I II I И 1 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 11С42 7 65 170 0 07 99 93 65 0 35 0 22 0 78 0

2 иС43 4 65 290 29 0 710 98 73 1.27 90 4 96

3 иС44 7 30 152 1 73 98 27 99 17 0 83 70 51 29 49

4 иС45 6 89 163 10 42 89 58 99 44 0 56 93 15 6 85

5 11С46 7 94 174 6 15 93 85 16 24 83 76 84 0 16 0

6 иС47 7 55 209 34 0 66 0 88 5 11 5 92 4 76

7 иС48 6 91 165 63 0 37 0 99 87 0 13 94 82 5 18

Продолжение таблицы 2

№ п/п № пробы* Ni Со pH начала выпадения гидроокисей металлов**

I И I И

1 2 11 12 13 14 15

1 иС42 4 17 95 83 27 97 3 2 48-4 5 — Fe(OH)3

2 иС43 74 63 25 37 93 3 67

3 иС44 43 48 56 52 24 39 75 61

4 11С45 98 52 148 57 14 42 86 5 4 — Cu(OH)2; 5 5 — Fe(OH)2

5 11С46 57 77 42 23 87 08 12 92

6 11С47 84 38 15 62 82 0 18 0 6.7 — Ni(OH)2

7 иС48 93 77 6 23 99 62 0 38 8 5-8 8 — Mn(OH)2

Примечание Формы металлов I — растворенная, И — взвешенная * — расшифровка проб на рис 6, ** — по [Перельман, 1975]

с высоким содержанием металлов, II — слабокислые воды (рН от 3 2 до 5 1) с повышенным содержанием металлов, III — субнейгральные и слабощелочные воды (рН от 5 8 до 8 0) с повышенным содержанием металлов, IV — нейтральные воды (рН от 6 6 до 7 4) с низким содержанием металлов, характеризующие фоновые водотоки, V — сильнощелочные воды (рН > 10 0) с повышенным содержанием металлов

При этом воды первой и второй групп по пространственному положению являются собственно подотвальными, воды третьей группы объединяют часть подотвальных вод, часть вод технологического пруда-отстойника и часть смешанных вод дренажа от хвосгохранилища, воды пятой группы являются исключительно результатом дренажа из-под дамбы хвостохранилшца

По условиям образования можно выделить три контрастных «генетических» типа техногенных вод, возникновение которых обусловлено спецификой технологических процессов при отработке Учалинского месторождения и обогащении руд

Первый тип вод, соответствующий I группе, представлен подотвальными водами северо-восточных и восточных отвалов с низкими значениями рН от 2 5 до 3 0, высоким БЬ от490до 635 тУ Зарегистрированы очень высокие содержания сульфат-иона (3864-25970 мг/л), суммы металлов, в частности Си, Ие, Мп, РЬ и (350-486 мг/л) Соотношение анионов и катионов в этих водах выглядит следующим образом

10204

99 СГ 2 Ре 218 А1 154 1^64

рН2 72

^-зоо

0,1

Сильнокислые

»кислые ""в"

Слабокислые»

* Околонейтральные

г с

♦й-

_____

Сильнощеяочные

ё гР'

"Ш 'В!

0 3 6 9 1

рН

о 1 »2 □ 3 д 4 ш 5 ■ 6 о 7

Рис 4 Классификационная диаграмма химического состава поверхностных вод в зоне деятельности УГОКа Использована основа из (РюМш а1,1992] 1 — подотвальные воды, 2 — технологический водоем-отстойник, 3 — загрязненные воды на удалении более 6 км, 4 — дренажные воды (из-под водохранилища, 5 — незагрязненные (природные фоновые) воды, 6 — оз Бол Учалы, 7 — транзитно-аккумулятивная система — водоотводной канал

В сравнении с природными водами, в кислых подотвальных водах происходит глубокая трансформация состава Такие воды являются сульфатными железо-атоми-ниево-магниевыми Появление сульфат-иона в анионной части и железа и алюминия в катионной в качестве доминирующих свидетельствует о типичном сернокислотном техногенезе Вовлечение в миграционные циклы типичного литофильного элемента — алюминия (до 320 мг/л), свидетельствует о глубокой трансформации геотехнической системы [Емлин, 1994] Силикатные породы, прежде всего хлоритсодер-жащие, представляют собой часть кислотно-щелочного барьера, и на этом барьере реализуется при гидролизе часть современного минералообразования Ренггенофазо-вым анализом установлено, что в составе взвеси вод первого типа, наряду с терриген-ными фазами (кварц, хлорит, пирит), появляются типичные аутигенные минералы (ярозит, гидрогематит) Гидрогематит, благодаря малому размеру индивидов (0 2— 1 мкм), обладает высокой удельной поверхностью и сорбирует преимущественно халькофильные элементы, частично выводя их из миграционных циклов

Второй тип вод, отвечающий III иУгруппам по диаграмме (см рис 4), представлен дренажными водами обводного канала хвостохранилища Они формируются за счет оборотной воды обогатительной фабрики При флотации руд пульпа поступает на хвостохранилшце с двумя отсеками и, при отсутствии хорошо отлаженной системы дренажа, в виде жидкой фазы, в стоки Воды западной части обводного канала сильно различаются по щелочности (рН от 7 до 12) и имеют повышенные содержания 80|~ (от 600 до 5000 мг/л) и металлов, количество которых варьируют в них от 2 3 до 5 1 мг/л Нейтральные и слабощелочные воды (по диаграмме относятся к III группе) образуются при смешении щелочной оборотной воды с сульфидной пульпой хвостохранилища (1 отсек) с рН 5 99 Сильнощелочные воды, присутствующие в обводном канале хвостохранилища второго отсека с рН 11 3 не подвергались смешению с сульфидной пульпой

Из анализа дифрактограмм проб взвеси вод этой 1руппы установлено, что основная аутигенная фаза принадлежит гипсу Формирование гипса в техногенных условиях [Бортникова, 2001] происходит на испарительном и сорбционном барьерах в условиях кислой среды и высокого содержания сульфат-иона В данном случае образование гипса в обводном канале хвостохранилища происходит в слабо щелочной среде (рН 7 65, ЕЬ170 тУ) сульфатного состава (80|" —1815 мг/л) в присутствии кальция (730 мг/л)

Третий тип вод, соответсвующий II и отчасти III группам, формируется в технологическом пруде-отстойнике Буйда, имеющим максимальную глубину 27 м Воды характеризуются слабокислой и субнейтральной средой (рН 4 92—7 03), повышенным содержанием сульфат-иона (2062 мг/л) Поверхностная вода пруда-накопителя в 2004 г характеризовалась слабокислой реакцией среды (рН 5 94) В придонной воде происходит увеличение значения рН на 1 единицу Соотношение анионов и катионов в этих водах выглядит следующим образом

СГ 65 БО^- 34

М]208 -7-г-рН5 94.

их Са 82 (Ма+К)16

Из приведенных данных следует, что воды пруда являются хлоридно-сульфат-ными кальциевыми

В подотвальных водах с рН 4 65 71% железо находится во взвешенной форме, в новообразованных фазах—ярозите и щарогематите (рис 5) При повышении уровня водородного показателя увеличивается доля взвешенной формы Бе (рис 6) В пробах загрязненных с рН 6 89-7 30 доля взвешенной формы для Бе составила 90—98%

Основными формами переноса металлов в составе техногенных вод для Бе является взвешенная, для Мп, Со, № и Си — растворенная, составляющие 65—90% от общего объема миграционных форм

3. Донные отложения поверхностных водотоков и технологического пруда-накопителя являются основными аккумулирующими объектами для тяжелых металлов. Максимумы валовых концентраций халькофильиых элементов приурочены к тонкодисперсным фракциям (< 0.063 мм) донных отложений. Селективным фазовым анализом установлено, что в довяых отложениях в обменной фракции сосредоточено 9% Си и 18% Zn, являющихся потенциальным источником вторичного загрязнения водной среды.

Рис 5 Дифракготрамма взвеси подотвальных вод

Примечание Ш — хлорит, Q — кварц, Р1 — плагиоклаз, l'y — пирит, Уг — ярозит, G — гвдрогематит

IIIPI-

Пробы UC43 UC42 UC44 UC4S UC48 UC47 UC46 рН 4 6S 7 65 7 3 6 89 6 91 7 55 7 94

Рис 6 Процентное соотношение Fe, мигрирующего во взвешенной и растворенной формах

Формы I — растворенная, II — взвешенная UC42 — обводной канал хвостохранинишца, UC43 — подотвальная вода, UC44 — водоотводной канал в пруд, UC45, UC48 — загрязненные воды, UC46, UC47 — фоновые воды

Один из наиболее важных параметров, влияющих на адсорбционную способность тяжелых металлов — размеры частиц донных осадков Для определения микроэлементного состава донных осадков транзитных аквальных систем во фракциях 0 125, О 063 и < 0 063 мм были отобраны пробы из техногенных водотоков в 600 м выше по течению от пруда-накопителя Буйда, из загрязненных рек Буйда (3 пробы) и Кидыш (3 пробы), из фонового водотока — р Ерекле

Для фракции < 0 063 мм более отчетливо, чем дня двух других фракций, фиксируется типоморфный комплекс элементов колчеданных руд Си, Zn и РЬ, а также Ni (рис 7) Тонкодисперсная фракциятехногенных осадков по сравнению с фоном характеризуется высокими содержаниями металлов, в частности, РЬ, Си и Zn Наблюдается увеличение в 2,4 и 7 раз, соответственно

Рис 7 Состав донных осадков р Буйда во фракциях О 125 мм, 0 063 мм и менее О 063 мм выше (а-в — проба иСЗДЗЗ) и ниже (г — иС(яс1)34) по течению от поселка Буйда_

800

в)

80-, _ 600 £

60 [§400

20- шшш 200

0 0

РЬ

0125

Анализ распределе- в) ' ' «0 063

ния металлов в донных 80-> ^ -Ш п<0 063

осадках показал, что максимальные значения концентраций Zn, Cu, РЬ и Со приурочены к участкам техногенных гидроксид-ножелезистых илов в отводном канале выше по течению от пруда-отстойника (рис 8), образование которых происходило десятилетиями за счет смешения кислых подотвальных вод со щелочными водами хвостохранилища в пределах всего обводного канала Сугубо восстановительная обстановка с высоким р Н (9 70) и низким окислительно-восстановительным потенциалом (—22 mV) в верхних частях разреза сменяется на близнейтральную в нижней части разреза (рН 7 81) Основные аутигенные фазы в илах 100000 представлены ассоциацией кальцит—гипс— ферригидрит

Рис 8 График изменения содержания металлов в донных осадках и значения рН вод в зависимости от удаления от источника загрязнения 1,2 — отводной канал в пруд, 3 — пруд, 4, 5 — р Буйла, 6,7, 8 — р Кидыш

10000

1000

я 100

Минеральный состав донных осадков Основными минералами до пруда Буйда являются хромит, рутил, циркон, тремолит, марганцовистый титаномагнетит, серпентин, силлиманит Из новообразованной фазы определен пшс Минеральный состав осадка р Буйда кварц, плагиоклаз, турмалин, сфен, глауконит, эпидот, магнетит, хромит, барит, ильменит, рутил По энергодисперсионным спектрам в 0 5 км ниже от технологического пруда фиксируются частички сульфидов железа размером 5—6 микрон, что позволяет считать (с учетом только параметров размерности) такие частички потенциально опасными Кроме описанных выше минералов, в пробах диагностирован пшс, который является параду с сульфидом железа, отражением техногенного привнося По энергодисперсионным спектрам шлиховых проб донных осадков р Ерекле определены следующие породообразующие минералы — роговая обманка, пироксен, слюды, эпидот и глауконит

Формы нахождения металлов в транзитных водотоках Были исследованы донные осадки отводного канала в пруд, р Буйда и р Кидыш Определялись 5 форм нахождения Си и Ъа по методике селективных экстракций, широко применяющейся в практике геохимических работ [Теввгег, 1979] По формам нахождения металлов в донных осадках можно судить о возможности перевода этих металлов в водную среду В связи с этим были исследованы 5 форм нахождения Си и Ъг\ Из них определены четыре подвижные формы — легкообменная поверхностно-сорбированная (I), легкорастворимые карбонаты (II), металлы, находящиеся в ассоциации с аморфными гидроксидами Бе и Мп (III), органическая (IV) Именно эти 4 формы, при определенных условиях, могут переходить в раствор и являются доступными для гидробионтов Остаточная (V) форма — силикатная, включающая металлы, входящие в кристаллическую силикатную решетку, не переходит в раствор В гидроксидно-железистых илах отводного канала 62% Си и 86% 2п связано с фракцией гидроксидов Бе и Мп, обладающих высокими сорбционными свойствами Остальная часть Си (11 %) и Ъа. (13%) связана с карбонатами, присутствующими в этих илах С органической матрицей связано 26% Си

В 600 м вверх по течению от пруда Буйда для Си (41 %) преобладающей формой нахождения является силикатная, для Тп—гидроксидная Концентрация Си, связанная с силикатной матрицей, объясняется преобладанием в донных осадках алюмосиликатов и кремнезема, диагаостированных рентгенофазовым анализом и по энергодисперсионным спектрам при электронномикроскопических исследованиях

В р Буйда основная часть Си связана с фракцией гидроксидов Бе и Мп (45%) и силикатной матрицей (44%), Ъа — с гидроксидами Бе и Мп (58%) Обменные формы Ъа. составляет 6%, но при высоких валовых концентрациях Ъ\\ такая доля обменных форм, являющихся легкоподвижными и биологически доступными, представляет потенциальную опасность вторичного загрязнения водных систем при минимальном изменении физико-химических параметров водотока

В р Кидыш, после впадения в нее загрязненных вод, для Си преобладает форма, связанная с органической матрицей (55%), для Zn — с гидроксидами Бе и Мп (29%) С карбонатами связано 19% Си и 23% '¿п, обменные формы Си и Ъп составляют 9 и 18%, соответственно, что выделяет этот район реки в разряд самых потенциально опасных участков При изменении физико-химических условий вод, таких как, понижение значения рН, процессы десорбции и ионного обмена, растворение карбонатов, разложение органических веществ и железомарганцевых оксидов,

происходит перевод Си и Тп в водную среду и их вторичное вовлечение из осадков в гидрохимическую миграцию

4. Накопление техногенных Си, Ъл, РЬ в гумусово-аккумулятивных горизонтах аэрально загрязненных почв отвечает коэффициентам концентрации 28,33 и 5, соответственно ЗакислениепочвдорН4.2—3 8, обусловленное появлением в почвенном поглощающем комплексе подвижных Н+ и А13+, приводит к увеличению обменных форм тяжелых металлов с высокой миграционной способностью.

Наибольшей распространенностью в районе Учалинской ГТС пользуются серые лесные почвы, преимущественно под березовыми лесами с хорошо развитым травяным покровом Эти почвы часто близко подстилаются коренными породами, поэтому профиль в этих случаях неполноразвитый В профиле почвы под лесом с травяным покровом выделяется маломощный горизонт лесной подстилки, за ним следует гумусово-аккумулятивный горизонт, переходящий, через иллювиальный горизонт, либо к материнской почвообразующей породе (суглинки) или, через элювий, к коренным породам По механическому составу серые лесные почвы относятся к тяжелым суглинкам Поглотительная способность их высокая Реакция почв чаще всего субнейтральная, реже слабокислая

Влияние загрязнения почв хорошо прослеживается на примере трех почвенных разрезов в районе обогатительной фабрики, перерабатывающей колчеданные руды Почвы техногенных разрезов характеризуются кислой реакцией Количественные параметры в распределении тяжелых металлов по вертикальному профилю почв иллюстрируются на рис 9, где хорошо видно накопление поллютантов в гумусово-аккумулятивных горизонтах Для Си и 7л характерны широкие колебания по всему профилю от 39 до 1537 мг/кг для Си и от 86 до 2455 мг/кг для 2л\, при этом высокие содержания приурочены к верхним субгоризонтам лесной подстилки (А01 и Ао2), являющимся горизонтами-коллекторами пылевых аэрогенных выпадений Содержания Си, 2п и № вниз по профилю резко уменьшаются в 15 раз, но в средней части иллювиального горизонта их содержание незначительно увеличивается Это связано с присутствием в этой части гор В глинистых кутан (пленочных образований), являющихся главным депо сорбированных Си, 2п и N1

Концентрации Си и 2п в верхней части горизонта А в 1 5 раза выше по сравнению с нижней его частью Такое увеличение содержания металлов связано с их выносом атмосферными и почвенными водами из горизонта А, нижний контакт которого изрезанный с языковатыми затеками гумуса, в нижележащий горизонт Миграция Си и 2л из верхних горизонтов почв обусловлена высокой подвижностью элементов в условиях кислой реакции среды почвенного профиля, высокой пороз-ностью гумусово-аккумулятивного горизонта Техногенные почвы имеютрН водный в горизонте лесной подстилки в диапазоне 3 2—4 8, в горизонта АЗ 4—5 3, в горизонт В 3 4—5 5 при хорошо выраженном окислительном состоянии всех горизонтов с ЕЬ 370-450 тУ

Фоновые почвы отличаются от техногенных наличием дернового горизонта Аа с хорошо развитой корневой системой и несколько повышенным содержанием элементов (Си, Тп и N1) в этом горизонте, превышающих ОД К в 1 5 раза В данном случае мы имеем пример природного геохимического барьера с биогенным типом накопления основной части халькофилов в гумусово-аккумулятивном горизонте Фоновые почвы имеют рН водный в горизонте подстилки 6 5—7 1, в горизонте А 6 5—7 4,

. 1/1 • 1/2 • 1/3 1/4

1/5 1/6

1/7

иг/кг

500 1000 15002000 2500

-рН*

-рН КС1 15 22

0 100 200 300 400 500 ЕЬ.тУ

—•—Си

-0-2п 15

-^-РЬ 22

мг/кг

0 50 100 150 200 250

т—■—■—^

-<>-N1 -«-Со Н—Сг

Рис 9 Распределение Си, Ъа,, РЬ, N1, Со и Сг по почвенному профилю разреза иС(в1)1, заложенного в 500 м на СЗ от северной части карьера и в 800 м на СВ от ОФ комбината

в горизонте В 6 2—7 5 при ЕЬ 170—190 шУ Эти параметры характерны для режима функционирования серых лесных почв Южного Урала

По данным селективного фазового химического анализа в техногенных почвах медь, в основном, связана с органическим веществом (42-43%), а остальная часть -с гидроксидами Ре и Мп (20—23%) и силикатной матрицей (20—24%) По сравнению с фоновыми почвами, где обменных форм меди не более 3%, в аэрально загрязненных почвах значительная часть меди (10-11%) находится в обменной форме Большая часть цинка в фоновых почвах находится в силикатной форме (32—74%), в меньшей мере — в органической (8—31%) и связанной с гидроксидами Бе и Мп (11—34%) В техногенных почвах для цинка, в отличие от меди, характерно наличие очень большой доли обменных форм (до 25%) Четвертая часть валовых содержаний, приходящаяся для Zn на обменные формы, свидетельствует о максимальной степени эколого-токсикологаческой опасности этого элемента в техногенных почвах Высокая степень мобильности Zn позволяет предположить его активную миграцию в составе растворов внутрипочвенного стока Напротив, в фоновых почвах в обменной форме цинк практически не обнаружен Таким образом, для Си и Хп основным отличием происходящих процессов техногенного загрязнения является увеличение доли потенциально подвижных форм, «ответственных» за высокую степень эколого-токсикологической опасности Весьма существенна и разница в коэффициентах мобильности меди для природных и техногенных почв, которая достигает 8 раз

В техногенных почвах с кислой реакцией, наряду с типичными обменными катионами (кальций и магний), присутствуют обменный водород и обменный алюминий Количество обменного А13+ варьирует в пределах 0 045-0 86 мг экв/100 г, с максимумом в верхах иллювиального горизонта при низких значениях солевого и водногорН (2 60—3 44) Количество обменного Н+достигает49 мг экв/100 г Обменная кислотность является одним из видов потенциальной кислотности почв и наиболее вредной для растений формой почвенной кислотности [Мякина и др , 1979, Аринушкина, 1970] Ее обуславливает суммарное содержание обменных Н+ и А13+, играющих важную роль в почвенном поглощающем комплексе Обменные А13+ и Н+ прямо коррелируются с величиной рН водного и актуальной кислотности с коэффициентом 0 88 и 0 93, соответственно

Математическая обработка результатов включала расчет суммарного показателя загрязнения и коэффициента концентрации Сущность показателя 2с в том, что он служит дам обобщенной оценки воздействия металлов- загрязнителей и характеризует степень химического загрязнения почв обследуемых территорий с выделением различных классов опасности

Рассеивание твердой фазы пылевых выбросов в направлении господствующих ветров приводит к формированию аномальных (химически загрязненных) почв, основной ареал которых ориентирован в северном, СЗ и СВ направлении от комбината Суммарный показатель загрязнения почв в зоне комбината находится в пределах от 30 до 65 Исключение составляет точка иС(ь1)3,2с которой 6 Причем вклад элементов в суммарное загрязнение примерно одинаков Выделяется чуть более ярко выраженной техногенностью Тп с кк 4 1, Си — 3, РЬ — 2

Максимальное значение Тс, равное 65, характерно для точки иС(п1)1 Наибольший вклад в суммарное загрязнение вносят два элемента — цинк и медь с коэффициентами концентрации 33 и 28, соответственно Влияние техногенного фактора

фиксируется также по РЬ, коэффициент концентрации которого составляет 5 По величине суммарного загрязнения почв (Хс > 32) зона ОФ по экологическому состоянию относится к 4 и 5 группам загрязненных почв

В западном, восточном и ЮЗ направлении от источников загрязнения Хс находится в пределах от 10 до 35 Из элементов наибольшие кк характерны для Хп и Си, наименьшие для РЬ Почвы западной части г Учалы слабо и средне загрязнены (Хс > 8) К востоку от г Учалы-2 2с превышает 16, и почвы по загрязненности относятся к 3 группе В почвах у отвалов загрязнение контролируется как природными, так и техногенными факторами Почвы в ЮЗ направлении отхвостохранилшца относятся к средне и сильно загрязненным почвам, и это согласуется с направлением ЮЗ ветров В юго-восточной части хвостохранюшща почвы, относящиеся к 2 и 3 группам загрязненных земель, содержат медь и цинк, в количествах, превышающих фоновые

В северном направлении в 3—4 км от источника выбросов для двух ключевых точек иС($1)18 и 11С($1)19 Хс составляет 5 и 6, соответственно Здесь, так же как и в предыдущих точках, наибольший вклад в загрязнение вносят Си и Хп Средний коэффициент концентрации по Хп 3 85, а по Си 2 65 Почвы по категории загрязненности относятся к первой группе

Следовательно, накопление Си, Хп и РЬ в гумусово-аккумулятивных горизонтах техногенных почв отвечает коэффициентам концентрации 28,33 и 5, соответственно с Хс почв >64 и относятся к опасной пятой группе по степени загрязненности В северном, северо-восточном и отчасти в западном направлении аномалии загрязнения фиксируются по «розе ветров» от ОФ комбината В юго-западном направлении — от хвостохранюшща

Хорошим индикатором уровня загрязнения воздуха и почвенного покрова является содержание тяжелых металлов в снежном покрове и в лишайниках Анализ содержаний тяжелых металлов в снеговом инфильтрате показывает, что для всех металлов их концентрации не превышают ПДК для питьевых вод Снеговая взвесь состоит из двух различных по происхождению групп 1) тонкодисперсньгх сульфидов, характерных для концентратов ОФ комбината, 2) вторичных фаз, состоящих из алюмосиликатного материала и кальцита Присутствие кальцита в составе взвеси снеговой пыли связано с применением в технологической схеме флотации ОФ комбината реагента извести СаО (в пределах 500—600 г/м3) Алюмосиликатная фаза снеговой взвеси состоит не только из частиц, образующихся при эрозии почв, но и при выпадении техногенной пыли аэральных выбросов комбината

Минеральный состав снеговой взвеси с большим количеством сульфидных фаз подтверждает аэральные выпадения сульфидной пыли из трубы ОФ комбината Наибольшую опасность для окружающей среды представляют собой сульфидные фазы, которые, попадая в почву при снеготаянии, могут окисляться Окисление ведетк освобождению сульфатов, водорода и металлов, таких как Бе, Си, Хп, Сс1, N1, Со и миграции их в почвенные растворы

В качестве индикаторных видов мы выбрали лишайники, имеющие высокую степень встречаемости на данной территории эпифитньге—Яуро&тпш и напочвенные — СШота На территории г Учалы и прилегающей территории выделена зона повышенной концентрации металлов в лишайниках Максимальное загрязнение приурочено к промплощадке УТОК и распространяется от нее на СВ по направлению господствующих ветров

Заключение

В представленной работе на основании комплексных исследований природно-техногенных ландшафтов Учалинской ГТС выполнена оценка геоэкологических условий формирования техногенных аномалий в различных природных средах при освоении 1фупного месторождения

Дана характеристика отвалов Учалинского месторождения как источника формирования гидрохимических аномалий Формирование кислых вод происходит локально, на участках отвалов, где складировались породы с сульфидной минерализацией и не обладающие буферной способностью

Экспериментальными работами обосновано, что исходным субстратом в процессах формирования кислых подотвальных вод являются сульфиды в условиях безбуферных ассоциаций (кварц, серицит) Главными буферизующими агентами при сернокислотном техногенезе являются Са и М§ в составе кальцита, хлорита и эпидота, смещающие рН экспериментальных растворов в область значений выше 7, и, в реальных условиях Учалинской ГТС, приводящие к формированию субнейтральных подотвальных вод

Установлено, что формирующиеся в Учалинской ГТС гидрохимические ресурсы (подотвальные воды, сипинг из-под хвостохранилшц и воды технологического водоема) отличаются по химическому составу и значению водородного показателя Максимальные коэффициенты концентрации микроэлементов были определены для кислых вод

Установлено, что речные природные воды района относятся к щпрокарбонатно-кальциевому и гидрокарбонатно-магниевому типам, отличаясь по катионному составу и минерализации Раздельное определение растворенных и взвешенных форм позволило определить, что преобладающей формой миграции для железа является взвешенная, для меди, никеля и кобальта — растворенная В одной из фоновых рек для марганца установлена преобладающая форма миграции в составе взвеси, а в другой — в виде растворенных форм

В результате типизации техногенных водотоков выделены три «генетических» типа вод Первый тип (подотвальные) представлен ультракислыми сульфатными железо-алюминиево-магниевыми Появление сульфат-иона в анионной части и железа и алюминия в катионной в качестве доминирующих свидетельствует о типичном сернокислотном техногенезе Вовлечение в миграционные циклы типичного литофильного элемента — алюминия, свидетельствует о глубокой трансформации геотехнической системы Второй тип представлен дренажными водами обводного канала хвостохранилища, которые формируются за счет оборотной воды обогатительной фабрики Реакция вод этого типа ярко выраженная щелочная Третий тип вод формируется в технологическом пруде-отстойнике Буйда, имеет слабо кислую реакцию и представлен хлоридно-сульфатными кальциевыми водами

Выявлена приуроченность максимума концентраций тяжелых металлов к тонкодисперсной фракции донных отложений (< 0 063 мм) и природных, и техногенных транзитных водотоков Анализ распределения металлов в донных осадках показал, что максимальные значения концентраций 2п, Си, РЬ и Со приурочены к участкам техногенных гидроксидножелезистых илов в обводном канале выше по течению от пруда-отстойника, сформированных ассоциацией аутигенных фаз кальцит — гипс — ферригидрит Химико-аналитическими процедурами установлено, что основная

часть меди техногенных водотоков связана с фракцией гидроксидов железа и ,марганца и силикатной матрицей, цинка — с гидроксидами железа и марганца Значительная доля обменных форм меди и цинка в составе донных отложений на участках, подверженных техногенезу, свидетельствует о потенциальной опасности вторичного загрязнения водных систем при минимальном изменении физико-химических параметров водотоков

При изучении аэрально загрязненных почв установлено, что почвы техногенных разрезов характеризуются кислой реакцией почвенного профиля Количественные параметры в распределении тяжелых металлов по вертикальному профилю почв свидетельствуют о накоплении аномальных концентраций Си, Zn и РЬ в гумусово-аккумулятивныхгоризонгах Максимальной долей обменных форм характеризуется цинк Высокая степень мобильности Zn позволяет предположить его активную миграцию в составе растворов внутрипочвенного стока

В техногенных почвах с кислой реакцией, наряду с типичными обменными катионами (кальций и магний), присутствуют обменный водород и обменный алюминий, которые формируют высокую величину обменной и гидролитической кислотности и способствуют высокой мобильности халькофилов в условиях кислой среды Проведенные исследования демонстрируют назревшую необходимость выполнения первоочередных хфиродоохранных мероприятий в Учалинской ГТС, связанных, на первом этапе, с организацией системы мониторинга, и, далее, с процессами реабилитации транзитных водотоков и почвенного покрова в зонах техногенного загрязнения

Публикации автора по теме диссертации (девичья фамилия Шафигуллиной ГТ — Джалалова ГТ)

Джалалова Г.Т. Сезонные колебания состава поверхностных вод в зоне деятельности Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОКа) // Металлогения древних и современных океанов-2002 Формирование и освоение месторождений в офиолитовых зонах Миасс ИМин УрО РАН, 2002 С 288-289

Джалалова Г.Т. Сезонные вариации состава поверхностных и подотвальных вод в зоне деятельности Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОКа) // Геология и геоэкология, исследования молодых, 2002 Матер XIII молодежной конф , посвященной памяти К.О Кратца Т 2 Апатиты, 2002 С 143-146

Джалалова Г.Т Современное состояние поверхностных вод в зоне деятельности Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОКа) //Экология 2003 Тез междун конф Архангельск, 2003 С 18—20

Джалалова Г.Т Кислотно-основные свойства почв в районе деятельности Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОКа) // Геология, полезные ископаемые и проблемы экологии Башкортостана Т 2 Уфа, 2003 С 203-206

Вильямсон Б , Удачин В Н, Спиро Б , Дерятан В В , Джалалова Г Т. Процессы изменения состава поверхностных вод при техногенезе в Учалинском горнодобывающем районе // Геология, полезные ископаемые и проблемы экологии Башкортостана Т 2 Уфа, 2003 С 187-194

Удачин В Н, Вильямсон БД, Дерягин В В , Джалалова Г Т Геотехнические системы Южноуральского субрегиона биосферы//Проблемы горных территорий Алматы, 2005 С 38-42

Джалалова Г.Т. О кислотно-основных свойствах почв в зоне влияния комбината (Южный Урал) // Геология, геохронология и геоэкология исследования молодых Матер XVI мол одеж конф , посвященной памяти чл-корр АН,проф К. О Кратца Апатиты, 2005 С 356-360

Джалалова Г.Т. Распределение тяжелых металлов по профилю почв в зоне деятельности Учалинского ГОКа (Южный Урал) // Геология, геохронология и геоэкология исследования молодых Матер XVI молодеж конф, посвященной памяти чл-корр АН,проф КО Кратца Апатиты, 2005 С 361-365

Джалалова Г.Т. Экологическая обстановка г Учалы по данным исследования почв // Материалы II конкурса научных работ молодых ученых и аспирантов УНЦ РАН и АН РБ Уфа Пишем, 2005 С 60-62

Джалалова Г.Т. Гидрохимический состав вод в зоне деятельности Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОК) // Материалы II конкурса научных работ молодых ученых и аспирантов УНЦ РАН и АН РБ Уфа Шлем, 2005 С 62-65

Джалалова Г.Т. Формы нахождения тяжелых металлов в аэрально загрязненных почвах в районе Учалинского горно-обогатительного комбината (УГОК) // Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана Матер межрег конф 27—30 марта 2006 г Т 2 Уфа, 2006 С 190-192

Джалалова Г.Т. Валовое содержание тяжелых металлов в почвах Учалинской геотехнической системы // Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана^ Матер межрег конф 27-30 марта 2006 г. Т 2 Уфа, 2006 С 19*4-197 Шафигуллина Г.Т., Уцачин В Н О формах нахождения элементов в техногенных и фоновых почвах Учалинской геотехнической системы // Башкирский химический журнал 2007 Т 14, №4 С 70-75

Шафигуллина Г.Т., Серавкин И Б , Удачин В Н Геохимическая активность отвальной массы Учалинского месторождения//Разведка и охрана недр 2008 №2 С 50-55

Подписано в печать 04 04 08. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать ризографическая Уел печ л 1,16 Уч -изд л 1,28 Зак 149 Тир 120

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленных оригинал-макетов в ООО «ДизайнПолиграфСервис» г Уфа, ул К Маркса, 37 Тел (347)291-13-61 Эл почта ёканшй^ЬазЬсеН ги

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Шафигуллина, Гульнара Турдибаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Геоэкологические проблемы при освоении рудных месторождений

ГЛАВА II. Краткая характеристика объекта исследований

11.1. Общие сведения о физико-географических особенностях Учалинского района

11.2. Краткая геологическая характеристика Учалинского рудного поля и месторождения

11.3. История формирования Учалинской геотехнической системы

ГЛАВА III. Методика работ

III. 1. Полевой отбор проб

III.2. Методика обработки проб и аналитические работы

ГЛАВА IV. Характеристика отвалов Учалинского месторождения как источника формирования гидрохимических аномалии

IV. 1. Литологический состав отвальной массы 57 IV.2. Минеральный и химический состав сульфидов в отвальной массе

IV.3. Результаты работ по оценке геохимической активности и расчеты класса потенциальной опасности отвалов

ГЛАВА V. Гидрохимия поверхностных вод и геохимия донных отложений в Учалинской ГТС

V.I. Гидрохимия фоновых водотоков 83 V.2. «Генетические» типы поверхностных вод и формы миграции тяжелых металлов Учалинской ГТС

V.3. Изменение химического состава вод в зависимости от сезонных колебаний

V.4. Влияние техногенных вод на природные речные системы

V.5. Химический состав донных отложений и формы нахождения в них тяжелых металлов

ГЛАВА VI. Геохимическая характеристика почвенного покрова 156 , VI.1. Зональные типы фоновых почв Учалинского района

VI.2. Физико-химические параметры почв на исследованной площади

VI.3. Тяжелые металлы в почвах и формы их нахождения

VI.4. Минеральный состав снеговой взвеси

ГЛАВА VII. Лихеноиндикация в оценке загрязнения территории при горнопромышленном техногенезе ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологические условия процессов техногенеза Учалинской геотехнической системы"

Актуальность работы. Зауралье является основным регионом горнодобывающей промышленности Башкирии. Здесь расположены медноколчедан-ные, золоторудные и другие месторождения, многие из которых разрабатываются. С геологической позиции регион хорошо изучен в процессе геологических съемок различного масштаба (1:200000 — 1:500000), поисковых и геологоразведочных работ. Несмотря на ряд проведенных исследований [6, 48] эколо-го-геохимическая изученность региона недостаточна. Впервые выполненная оценка экологической обстановки данного района JI.H. Белан [6] сводится к характеристике компонентов экосистемы (почв, воды, снега, овощей и фруктов). Приведенные материалы свидетельствуют о загрязнении территории г. Учалы и его окрестностей в радиусе 10-12 км медью, цинком, свинцом и кадмием, концентрации, которых в десятки, сотни и тысячи раз превышают фоновые значения и ПДК. Работа А.Н. Кутлиахметова [48], посвященная изучению ртутного загрязнения ландшафтов Учалинского горнорудного района, доказывает, что наиболее интенсивным техногенным источником Hg являются отвалы золото-извлекательных фабрик, перерабатывавших золотосодержащие руды с применением амальгамации. Перечисленные работы были ориентированы, главным образом, на получение информации о пространственном распределении параметров техногенного загрязнения и уровнях воздействия по количественным параметрам. Систематическое изучение геоэкологической ситуации района проводится коллективом лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Института минералогии УрО РАН под руководством В.Н. Удачина. Однако еще остается много нерешенных вопросов, связанных с миграцией, формой нахождения металлов в воде, почве, донных осадках и минералогией техногенных новообразований.

Геология и минеральный состав руд Учалинского месторождения, добыча руд и технология их обогащения на Учалинском горно-обогатительном комбинате (УГОК) охарактеризованы в работах И.Б. Серавкина и др. [54, 78].

Настоящая диссертационная работа, выполненная на материале Учалин-ского горнодобывающего района (включая г. Учалы и прилегающие к нему территории), направлена на восполнение этого пробела и на более углубленное изучение ранее выявленных закономерностей распределения потенциальных токсикантов и процессов, приводящих к.загрязнению окружающей среды.

Учалинский горнодобывающий район (географические координаты условного центра 54°30' северной широты, 59°44' восточной долготы) имеет ключевое значение в- экономике региона, так как по добыче цинка Учалинский комбинат является лидером, а по объемам поставок медного концентрата занимает третье место в России. Собственно г. Учалы и его градообразующее предприятие - ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (УГОК) является административным и экономическим центром этого района с развитой инфраструктурой добычи и переработки руд.

На юго-восточной окраине г. Учалы находится Учалинский карьер и отвалы вскрышных пород, ориентировочное количество которых составляет около 185 млн. т. Юго-западнее карьера расположено хвостохранилище, вмещающее 28 млн. т сульфидно-силикатного материала, а к северу - обогатительная фабрика (ОФ) УГОКа. Отвалы пород и некондиционных руд и отходы обогащения- вблизи карьера и города обусловили формирование сильнокислых (рН менее 3) подотвальных вод и сильнощелочных (рН более 8) вод хвостохрани-лища.

Наследство», оставленное за более чем сорокалетнюю историю отработки Учалинского месторождения, в настоящее время представляет собой большие проблемы для окружающей среды. Исследования поверхностных и техногенных вод, донных отложений поверхностных водотоков, почвенного и снежного покровов и лишайников свидетельствуют о широком развитии загрязнения их тяжелыми металлами (Си, Zn, Pb, Ni, Со, Мп) и сульфатами. Район вошел в число приоритетных для изучения воздействия горнорудной промышленности на окружающую среду в рамках Зх-летнего проекта MinUrals, финансируемого Евросоюзом в рамках научно-технической программы

COPERNICUS. Часть этих работ посвящена текущей оценке ситуации, а другая часть сфокусирована на приоритетах по предотвращению негативного воздействия вредных факторов. Исследования проведены также при поддержке проекта интеграционных исследований УрО РАН - СО РАН («Геохимия окружающей среды горнопромышленных ландшафтов Сибири и Урала») и Министерства образования и науки (проект РНП.2.1.1.1840).

Цель работы - геоэкологическое обоснование процессов, сопровождающих изменение окружающей среды при функционировании Учалинской геотехнической системы (ГТС).

Для достижения цели решались следующие задачи:

1) Изучение состава вод аквальных систем природного и техногенного происхождения, определение их физико-химических параметров (рН, Eh, ионный состав), определяющих условия миграции экологически опасных элементов.

2) Выяснение сезонных изменений состава поверхностных вод и влияние этих процессов на поведение экологически опасных элементов.

3) Изучение состава и свойств донных отложений поверхностных водотоков как одного из индикаторов в комплексной оценке техногенной нагрузки дренируемой площади.

4) Оценка распределения валовых содержаний тяжелых металлов по почвенному профилю с учетом местного геохимического фона и их связи с основными физико-химическими параметрами почв.

5) Установление форм нахождения тяжелых металлов в почвах, донных осадках и влекомой взвеси и определение степени эколого-токсикологической опасности химического загрязнения.

6) Исследование состава внешних отвалов как поставщика тяжелых металлов в окружающую среду. Экспериментально-аналитическая оценка поведения отдельных элементов в породах, слагающих отвалы, определением класса опасности отходов.

Фактический материал. Основу диссертационной работы составляет фактический материал, собранный и обработанный автором с помощью сотрудников лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии Института минералогии УрО РАН в период с 1999 по 2005 гг. в районе Учалинской ГТС.

Этот материал базируется на результатах отбора в течение пяти полевых сезонов и аналитических исследованиях: 30 проб монофракций сульфидов, 28 проб пород, 79 гидрохимических проб, 32 пробы донных осадков транзитных водотоков, 27 проб донных отложений озер, 24 пробы влекомой взвеси, 87 проб почв, 12 проб снегового'покрова, 68 проб лишайников. Аналитические исследования выполнены в Южно-Уральском центре коллективного пользования по анализу минерального сырья Института минералогии УрО РАН (аттестат аккредитации РОС ru.0001.514.536 Госстандарта РФ). Концентрация металлов во всех исследуемых материалах определялась методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборах «Perkin-Elmer 3110» с пламенным режимом атоми-зации и «Analyst 300 HGA 850» с электротермическим режимом атомизации (ИМин УрО РАН, г. Миасс, аналитики М.Н. Маляренок, Л.Б. Лапшина). Минералы шлихового опробования донных отложений были исследованы на сканирующем микроскопе РЭММА 202 MB с энергодисперсионным анализатором (ИМин УрО РАН, г. Миасс, аналитик В.А. Котляров).

Основные защищаемые положения.

1. Основным кислотопродуцирующим агентом в отвальной массе Учалинской ГТС, провоцирующим миграцию потенциально токсичных элементов, являются тонкодисперсные агрегаты сульфидов брекчиевидных метасома-титов лежачего бока Учалинского месторождения. Максимальным потенциалом нейтрализации характеризуются буферные метасоматиты с хлорит- и кар-бонатсодержащими минеральными ассоциациями.

2. В Учалинской ГТС выделены следующие «генетические» типы техногенных вод: а) кислые подотвальные воды с рН 2.8-4.5 и высокой тяжелометальной нагрузкой; б) щелочные воды с высоким рН, низким Eh и низкой тяжелометальной нагрузкой, представленные сипингом из-под хвостохранилищ; в) околонейтральные воды технологического водоёма аккумулятивного типа с интегральной характеристикой вод первых двух типов.

3. Донные отложения поверхностных водотоков и технологического пруда-накопителя являются' основными аккумулирующими объектами для тяжелых металлов. Максимумы валовых концентраций халькофильных элементов приурочены к тонкодисперсным фракциям (<0.063 мм) донных отложений. Селективным фазовым анализом установлено, в донных отложениях в обменной фракции сосредоточено 9% Си и 18% Zn, являющихся потенциальным источником вторичного загрязнения водной среды.

4. Накопление техногенных Си, Zn и РЬ в гумусово-аккумулятивных горизонтах аэрально загрязненных почв отвечает коэффициентам концентрации 28, 33 и 5, соответственно. Закисление почв до рН 4.2-3.8, обусловленное появлением в почвенном поглощающем комплексе подвижных ЕГ и А13+, приводит к увеличению обменных форм тяжелых металлов с высокой миграционной способностью.

Научная новизна. На обширном аналитическом материале выяснен основной кислотопродуцирующий агент отвальной массы (1-е защищаемое положение), установлены закономерности миграции тяжелых металлов в растворенной и взвешенной формах в транзитных поверхностных водотоках природных участков и зон техногенеза Учалинской ГТС. Продемонстрирована возможность оценки степени геохимической активности отвальной массы с использованием экспериментально-аналитических процедур в масштабе исследования от крупнообъемных интегральных проб через масштаб литологических разностей до уровня минерального индивида. Для транзитных и транзитно-аккумулятивных участков поверхностных водотоков в условиях техногенеза установлены потенциальные формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях и выполнена оценка соответствия форм фиксации элементов с минеральным составом матрицы (2-е и 3-е защищаемые положения).

При исследовании процессов геохимической трансформации почв выявлен тип механизма ацидификации гумусово-аккумулятивного и верхней части иллювиального горизонтов, выраженный в последовательных этапах растворения накопленных сульфидов, формировании слабокислых почвенных растворов, увеличении доли н- и А1 в составе обменных катионов и повышении миграционной способности халькофильных элементов в аэрально загрязненных почвах (4-е защищаемое положение).

Практическая значимость работы определяется использованным при исследованиях комплексом методических приемов, которые можно рекомендовать при выполнении мониторинга геотехнических систем. Это относится к аналитическим работам по оценке отвальной массы, определению форм нахождения потенциальных токсикантов по результатам селективных химических экстракций, использованию природных биопланшетов для оценки аэрального переноса.

Апробация полученных результатов. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на: заседаниях VIII международной научной студенческой конференции «Металлогения древних и современных океанов -2002» (Миасс, 2002), XIII молодежной конференции, посвященной памяти К.О. Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых» (Апатиты, 2002, 2005), Международной молодежной конференции «Экология 2003» (Архангельск, 2003), V Республиканской геологической конференции «Геология, полезные ископаемые и проблемы экологии Республики Башкортостан» (Уфа, 2003, 2006), II конкурсе научных работ молодых ученых и аспирантов УНЦ РАН и АН РБ (Уфа, 2004-2005), «Геоэкология горных геосистем» (Алматы, 2005).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 254 страницах, содержит 27 таблиц, 67 иллюстраций, 36 приложений и список использованной литературы из 154 наименований.

Благодарности. Выражаю глубокую благодарность научным руководителям д.г.-м.н. Игорю Борисовичу Серавкину и к. г.-м.н. Валерию Николаевичу Удачину за поддержку и помощь в выполнении данных исследований, за ценные советы и обсуждения. Автор выражает искреннюю благодарность коллективу лаборатории геоэкологии и техногенеза Института минералогии УрО РАН за помощь в выполнении аналитических работ. Сотрудники этой лаборатории: Г.Ф. Лонщакова, Л.Г. Удачина, К.А. Филиппова, Н.И. Вализер принимали также активное участие в полевых и лабораторных работах, автор благодарит каждого из них. Особую благодарность автор выражает дирекции Института геологии УНЦ РАН и лично директору чл.-корр. РАН, д.г.-м.н. В.Н. Пучкову за постоянную поддержку и помощь в проведении работ по данной тематике. Работа выполнена при финансовой поддержке программы MinUrals № ICA-2-CT-2000-10011. Автор благодарит сотрудников Института минералогии УрО РАН П.В. Хворова, В.А. Котлярова за выполнение аналитических работ.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Шафигуллина, Гульнара Турдибаевна

Выводы. В донных отложениях транзитной и «аккумулятивной» систем концентрации тяжелых металлов халькофильной группы (Си, Zn, Pb, Cd, Ва) в несколько раз (для Cd, Ва) и в десятки раз (для Си и Zn) превышают фоновые. Но техногенная природа таких высоких содержаний в донных отложениях принципиально различна. К югу от источника загрязнения мы имеем перемещенные в паводковые периоды тонкодисперсные гидроксидно-железистые осадки, обладающие высокой сорбцией металлов и аккумулированные в технологическом водоеме.

В донных отложениях «аккумулятивной» системы природного происхождения аномальные концентрации металлов объясняются поступлением тонкозернистых продуктов пылевой составляющей при аэральном переносе от технологического процесса и при отработке карьера. Элементы Ni и Со во всех точках по разрезу обнаруживают узкий диапазон концентраций (мг/кг) от 26 до 44 для Ni и от 11 до 16 для Со, что укладывается в природные вариации содержаний этих металлов.

ГЛАВА VI. Геохимическая характеристика почвенного покрова VI.1. Зональные типы фоновых почв Учалинского района

По геоморфологическому районированию территории Башкортостана Учалинский район относится к Зауральскому пенеплену. В связи со сложностью условий почвообразования почвенный фон Учалинского района характеризуется большим разнообразием типов и разновидностей, включающих серые лесные почвы, черноземы и др. Наибольшую распространенность получили серые лесные почвы, преимущественно под березовыми лесами с хорошо развитым травяным покровом. Эти почвы часто близко подстилаются коренными породами, поэтому профиль в этих случаях неполноразвитый. В профиле почвы под лесом с травяным покровом выделяется небольшой задернованный горизонт лесной подстилки, за ним следует перегнойно-аккумулятивный горизонт, переходящий к коренным породам.

В типе серых лесных почв восточных предгорий преобладает подтип темно-серых лесных почв. Подтип же серых лесных почв приурочен к верхним частям склонов и имеет много общего с темно-серыми лесными почвами, отличаясь от последних меньшей развитостью гумусового горизонта и всего почвенного профиля. По механическому составу серые и темно-серые почвы относятся к тяжелым суглинкам. Поглотительная способность их высокая. Реакция почв слабокислая.

На рассматриваемой территории черноземы представлены черноземами выщелоченными. Основным отличительным признаком черноземов выщелоченных является вымытость карбонатов за пределы гумусового горизонта, характерным морфологическим признаком — наличие гумусового горизонта значительной мощности и вскипание от 10% соляной кислоты за его пределами. По мощности гумусовых горизонтов эти почвы среднемощные (50-60 см). На делювиальных и элювиоделювиальных образованиях почвенный профиль хорошо дифференцирован. При формировании на элювии коренных материнских пород, залегая большей частью на повышенных элементах рельефа, черноземы выщелоченные отличаются пониженной мощностью гумусовых горизонтов. По механическому составу они относятся к пылевато-иловатым тяжелым суглинкам.

Неоднородность и сложность почвенного покрова обусловлена также разнообразием состава почвообразующих пород. Вся предгорная полоса сложена вулканогенными породами: порфиритами, андезитами, диабазами, туфами и туфобрекчиями. На юго-восточной окраине Учалинского района развиты магматические породы кислого состава [64].

Описания морфологий фоновых почв следующих разрезов: UC(sl)4, UC(sl)5 и UC(sl)48 приведены в пр. 26.

Для фоновых почв были рассчитаны кларки концентрации (КК) - отношение среднего содержания микроэлементов в почве к условному мировому кларку почв [53]. Данный показатель характеризует местные геохимические особенности почвенного покрова (табл. 21).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной работе на основании комплексных исследований при-родно-техногенных ландшафтов Учалинской ГТС выполнена оценка геоэкологических условий формирования техногенных аномалий в различных природных средах при освоении крупного месторождения.

Дана характеристика отвалов Учалинского месторождения как источника формирования гидрохимических аномалий. Формирование кислых вод происходит локально, на участках отвалов, где складировались породы с сульфидной минерализацией и не обладающие буферной способностью.

Экспериментальными работами обосновано, что исходным субстратом в процессах формирования кислых подотвальных вод являются сульфиды в условиях безбуферных ассоциаций (кварц, серицит). Главными буферирующими агентами при сернокислотном техногенезе являются Са и Mg в составе кальцита, хлорита и эпидота, смещающие рН экспериментальных растворов в область значений выше 7, и, в реальных условиях Учалинской ГТС, приводящие к формированию субнейтральных подотвальных вод.

Установлено, что формирующиеся в Учалинской ГТС гидрохимические ресурсы (подотвальные воды, сипинг из-под хвостохранилищ и воды технологического водоема) отличаются по химическому составу и значению водородного показателя. Максимальные коэффициенты концентрации микроэлементов были определены для кислых вод.

Установлено, что речные природные воды района относятся к гидрокар-бонатно-кальциевому и гидрокарбонатно-магниевому типам, отличаясь по ка-тионному составу и минерализации. Раздельное определение растворенных и взвешенных форм позволило определить, что преобладающей формой миграции для железа является взвешенная, для меди, никеля и кобальта — растворенная. В одной из фоновых рек для марганца установлена преобладающая, форма миграции в составе взвеси, а в другой - в виде растворенных форм.

В результате типизации техногенных водотоков выделены три «генетических» типа вод. Первый тип (подотвальные) представлен ультракислыми сульфатными железо-алюминиево-магниевыми. Появление сульфат-иона в анионной части и железа и алюминия в катионной в качестве доминирующих свидетельствует о типичном сернокислотном техногенезе. Вовлечение в миграционные циклы типичного литофильного элемента - алюминия, свидетельствует о глубокой трансформации геотехнической системы. Второй тип представлен дренажными водами обводного канала хвостохранилища, которые формируются за счет оборотной воды обогатительной фабрики. Реакция вод этого типа ярко выраженная щелочная. Третий тип вод формируется в технологическом пруде-отстойнике Буйда, имеет слабо кислую реакцию и представлен хлорид-но-сульфатными кальциевыми водами.

Выявлена приуроченность максимума концентраций тяжелых металлов к тонкодисперсной фракции донных отложений (<0.063 мм) и природных, и техногенных транзитных водотоков. Анализ распределения металлов в донных осадках показал, что максимальные значения концентраций Zn, Си, РЬ и Со приурочены к участкам техногенных гидроксидно-железистых илов в обводном канале выше по течению от пруда-отстойника, сформированных ассоциацией аутигенных фаз: кальцит-гипс-ферригидрит. Химико-аналитическими процедурами установлено, что основная часть меди техногенных водотоков связана с фракцией гидроксидов железа и марганца и силикатной матрицей; цинка — с гидроксидами железа и марганца. Значительная доля обменных форм меди и цинка в составе донных отложений на участках, подверженных техногенезу, свидетельствует о потенциальной опасности вторичного загрязнения водных систем при минимальном изменении физико-химических параметров водотоков.

При изучении^ аэрально загрязненных почв установлено, что почвы техногенных разрезов характеризуются кислой реакцией почвенного ^профиля. Количественные параметры в распределении тяжелых металлов по вертикальному профилю почв свидетельствуют о накоплении аномальных концентраций меди, цинка и свинца в гумусово-аккумулятивных горизонтах. Максимальной долей обменных форм характеризуется цинк. Высокая степень мобильности Zn позволяет предположить его активную миграцию в составе растворов внутрипоч-венного стока.

Проведенные исследования демонстрируют назревшую необходимость выполнения первоочередных природоохранных мероприятий в Учалинской ГТС, связанных, на первом этапе, с организацией системы мониторинга, и, далее, с процессами реабилитации транзитных водотоков и почвенного покрова в зонах техногенного загрязнения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Шафигуллина, Гульнара Турдибаевна, Москва

1. Айриянц А. А. Сульфидные техногенные системы как источник поступления тяжелых металлов в окружающую среду: Автореф. дис. . канд. геолого-минерал, наук. Новосибирск, 1999. — 20 с.

2. Алекин О. А., Семенов А. Д., Скопинцев. Б. А. Руководство по химическому анализу вод суши. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1973. -269 с.

3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почвы. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: МГУ, 1972. - 486 с.

4. Балашов Ю.А. Геохимия редкоземельных элементов. — М.: Наука, 1976. 267 с.

5. Баранов Э. Н., Засухин Г. Н., Карпухина В. С. и др. О формах нахождения меди, цинка, свинца и других элементов в пирите из ореолов колчеданных месторождений // Геохимия. 1972. № 10. - С. 1245-1256.

6. Белан Л.Н. Экогеохимия ландшафта горнорудного района (на примере города Учалы): Автореф. дис. . канд. геолого-минерал, наук. — М., 1997. 14 с.

7. Белан Л.Н., Крылатов В.А., Кутлиахметов А.Н. Экологическое состояние почвенного покрова города Учалы и его окрестностей // Современные экологические проблемы. Уфа, 1998. — С. 166-175.

8. Белан Л.Н. Геоэкология горнорудных районов. — Уфа: БашГУ, 2003. -178 с.

9. Белан Л.Н. Геоэкологические основы природно-техногенных экосистем горнорудных районов Башкортостана: Автореф. дисс. . д-ра геолого-минерал. Наук. М.: ВИМС, 2007. 51 с.

10. Бортникова С. Б. Геохимия тяжелых металлов в техногенных системах (вопросы формирования, развития и взаимодействия с компонентамиэкосферы): Автореф. дисс. . д-ра геолого-минерал, наук. Новосибирск, 2001. С. 48.

11. Брагинский Г.Я., Мырлян Н.Ф. Оценка потенциальной устойчивости почвы Молдавской ССР к воздействию техногенной меди // Почвоведение. 1990. № 1. - С. 109-115.

12. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. М.: Научный мир, 2002. - 336 с.

13. Викентьев И.В. Условия формирования и метаморфизм колчеданных руд. — М.: Научный мир, 2004. 338 с.

14. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. -М.: АН СССР. 1957.-237 с.

15. Возбуцкая А.Е. Химия почвы. Изд-е 2-е, переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1964. - 397 с.

16. Геохимия окружающей среды / Сает Ю.Е., Ревич Б.А, Янин Б.П. М.: Недра, 1990. - 335 с.

17. Гирфанов В.К., Ряховская Н.Н. Микроэлементы в почвах Башкирии и эффективность микроудобрений. М.: Наука, 1975. - 172 с.

18. Голева Р.В. Значение геоэкологической типизации рудных месторождений* по видам и индикаторам загрязнений для организации охраны окружающей среды // Геоэкол. исслед. и охрана недр. -1999. № 1. С. 29-34.

19. Голева Р.В., Куприянова И.И. и др. Минералого-геохимические исследования форм нахождения токсичных веществ в ореолах техногенных аномалий // Метод реконструкции. № 117. HCOMGMM: ВИМС.- 1997.-41 с.

20. Голева Р.В., Иванов В.В, Куприянова И.И., Маринов Б.Н., Новикова М.И., Шпаков Е.П., Шурига Т.Н. Экологическая оценка потенциальной токсичности рудных месторождений (методические рекомендации). М., 2001.-53 с.

21. Гольбрайхт А.И. Роль тионовых бактерий в окислении сульфидных руд некоторых месторождений Восточного Казахстана// Микробиология. 1970. Т. 39, вып. 1. - С. 139-145.

22. Даувальтер В. А. Загрязнение донных отложений бассейна реки Пасвик тяжелыми металлами // Геоэкология. 1997. № 6. - С. 43-53.

23. Даувальтер В. А. Закономерности осадконакопления в водных объектах европейской субарктики (природоохранные аспекты проблемы): Автореф. дисс. . д-ра географ, наук. М., 1999. 52 с.

24. Даувальтер В. А. Концентрации металлов в донных отложениях закисленных озер // Водные ресурсы. 1998. Т. 25. № 3. - С. 358-365.

25. Даувальтер В.А. Оценка токсичности металлов, накопленных в донных отложениях озер // Водные ресурсы. — 2000. № 4. С. 469-476.

26. Даувальтер В.А. Тяжелые металлы в донных отложениях озерно-речной системы оз. Инари р. Пасвик // Водные ресурсы. - 1998. Т. 25. - С. 494-500.

27. Добровольский В.В. География почв с основами почвоведения. М.: Просвещение, 1976. - 287 с.

28. Емлин Э.Ф. Геодинамические процессы на активно разрабатываемых колчеданных месторождениях Урала. Свердловск: НТО горное, 1984. -73 с.

29. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. — Свердловск: Уральского университета, 1991. 256 с.

30. Жидеева В.А., Васенев И.И., Щербаков А.П. Фракционный состав соединений Pb, Cd, Ni, Zn в лугово-черноземных почвах загрязненных выбросами аккумуляторного;завода // Почвоведение. -2002. -С.725-733.

31. Зайнуллин Х.Н., Ибатуллин Р.И, Минигазимов И.Н. Обращение с отходами промышленного потребления. Уфа, 2005. - 295 с.

32. Ильин В.Б., Сысо А.И., Байдина Н.Л., Конарбаева Г.А., Черевко А.С. Фоновое количество тяжелых металлов в почвах юго-западной Сибири// Почвоведение. 2003. № 5. - С. 550-556.

33. Калинин Б.Д. и др. Экологический контроль тяжелых металлов- в объектах окружающей среды // Экология и промышленность России. -2001. №5.-С. 32-34.

34. Калинников В.Т., Макаров В.Н., Макаров Д.В. Пути снижения отрицательного влияния на окружающую среду сульфидсодержащих отходов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2002. №5. - С.425-435.

35. Каравайко Г.И, Кузнецов С.И., Голомзик А.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд. М.: Наука, 1972. - 248 с.

36. Каравайко Г.И., Мошнякова С.А. Роль тионовых бактерий в окислении сульфидных руд Cu-Ni месторождений Кольского полуострова // Изв. АН СССР. Серия биологическая. 1972. № 3. - С.314-325.

37. Карпухина B.C., Баранов Э.Н. Формы нахождения элементов-индикаторов в ореолах колчеданных месторождений. М.: Наука, 1983.- 156 с.

38. Кашапов Р.Ш., Курамшина Н.Г., Магадеев М.Ш., Фахретдинова Г.Р. Экология и безопасность жизнедеятельности Башкирского Зауралья. -Уфа: БГПИ, 1999.-97 с.

39. Кашин В.К., Иванов Г.М. Никель в почвах Забайкалья // Почвоведение. 1995. № 10. - С. 1291-1298.

40. Кашин В.К., Иванов Г.М. Свинец в почвах юго-западного Забайкалья //Почвоведение. 1998. №12. - С. 1502-1508.

41. Ковальский В.В., Андрианова Г.А. Микроэлементы в почвах СССР. -М.:Наука, 1970. 179 с.

42. Коробова H.JI. Пространственное варьирование показателей кислотно-основного состояния горной лесной слабооподзоленной супесчаной почвы Урал-Тау // Проблемы экологии Южного Урала. 2003. №1. -С. 18-21.

43. Кузькин В.И. Оценка инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей на основе анализа тектонических структур и техногенных изменений: Автореф. дисс. . д-ра геолого-минерал, наук. М.: ВИМС, 1998. 34 с.

44. Кузькин В.И., Ярг Л.А., Кочетков М.В. Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при разведке. М., 2001. - 153 с.

45. Кузькин В.И., Самсонов Б.Г., Россман Г.И., Петрова Н.В. Инженерно-геологические, гидрогеологические и геоэкологические исследования при разведке и эксплуатации рудных месторождений (методические рекомендации. М., 2002. - 119 с.

46. Кутлиахметов А.Н.* Ртутное загрязнение ландшафтов горнорудными предприятиями Башкирского Зауралья// Автореф. дисс. . кандидата геолого-минерал, наук. Свердловск, 2002. 23 с.

47. Ладонин Д.В., Решетникова С.И., Садовникова Л.К., Нежданова А.А. Активность ионов меди в загрязненных и фоновых почвах в условиях модельного эксперимента // Почвоведение. — 1994. №8. С. 46-52.

48. Ладонин Д.В. Влияние техногенного загрязнения на фракционный состав меди и цинка в почвах// Почвоведение. 1995. №10. - С. 12991305.

49. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах проблемы и методы изучения // Почвоведение. - 2002. №6. -С. 682-692.

50. Макеев О.М. Микроэлементы в почвах Сибири и Дальнего Востока. -М.: Наука, 1973. 150 с.

51. Малюга Д.П. Биогеохимический метод поисков рудных месторождений. Д.: АН СССР, 1963. - 264 с.

52. Минеральные ресурсы Учалинского горно-обогатительного комбината/ И.Б. Серавкин, П.И. Пирожок, В.Н. Скуратов и др. Уфа: Башк. кн. изд., 1994. - 328 с.

53. Мырлян Н.Ф., Богдевич О.П., Бурятинская B.C. Экспериментальное изучение миграции меди и трансформации ее форм нахождения в почвах // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрология. Геокриология. 1999. №3. - С. 211-217.

54. Новоучалинское месторождение медно-цинковоколчеданное месторождение Южного Урала / Г.Н. Пшеничный, М.Я. Волькинштейн и др. Уфа: УНЦ РАН, 1999. - 390 с.

55. Опекунов А.Д. Экологическое нормирование. Мин-во природных ресурсов РФ. Всерос. науч.-исслед. институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана. М., 2001. 216 с.

56. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1985. - 367 с.

57. Орлов Д.С. Химия почв. М.: МГУ, 1992. - 399 с.

58. Переломов Л.В., Пинский Д.Л. Формы Mn, РЬ и Zn в серых лесных почвах среднерусской возвышенности // Почвоведение. 2003, №6. - С. 682-691.

59. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1975. — 342 с.

60. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафтов. М.: Астерия-2000. 1999. - 768 с.

61. Посохов Е.В. Общая гидрохимия. Л.: Недра, 1975. - 208 с.

62. Почвы Башкортостана. Т.1: Эколого-генетическая и агропроизводственная характеристика / Хазиев Ф.Х, Мукатанов А.Х., Хабиров И.К. и др. Уфа: Гилем, 1995. - 384 с.

63. Прохоров В.М., Громова Е.А. Влияние рН и концентрации солей на сорбцию Zn почвами // Почвоведение. 1971. №4. - С. 75-80.

64. Родникова И.М., Скирина И.Ф., Христофорова Н.К. Оценка воздушной среды в Лазовском заповеднике (Приморский край) методами лихеноиндикации // Ботанический журнал. 1998. Т. 83. №5. - С. 48-56.

65. Россман Г.Н., Петрова Н.В., Самсонов Б.Г. Экологическая оценка рудных месторождений (методические рекомендации) /«Минеральное сырье», № 9. м.: ВИМС, 2000. 150 с.

66. Роуэлл Д.Л. Почвоведение: Методы и использование / Пер. с анг. Е.К. Кубиковой; Под ред. и с предисл. Б.Н. Золотаревой. М.: Колос, 1998. 486 с.

67. Свешников Г.Б., Рысс Ю.С. Электрохимические процессы на сульфидах и их геохимическое значение // Геохимия. 1964. №3. '-С.208-217.

68. Смирнов С.С. Зона окисления сульфидных месторождений. М.-Л.: АН СССР, 1955.-332 с.

69. Табаксблат Л.С., Сахарова В.М., Долина И.А. Моделирование комплексообразования в техногенных водах: Учеб. пособие. -Екатеринбург: Изд. УГГГА, 2000. 80 с.

70. Табаксблат Л. С., Умаров М.У. Содержание металлов в рудничных водосбросах как источника преобразования окружающей среды горнорудных районов // Водные ресурсы. 1991. № 2. - С. 158-167.

71. Термодинамика геохимических процессов: Сб. статей/ Пер. с англ. И нем. С.Д. Малинина и др. Под ред. и с предисл. В.В. Щербины. М.: изд-во иностр. лит., Л 960. — 270 с.

72. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение/ Под редакцией М.М. Овчаренко. М., 1997. - 290 с.

73. Удачин В.Н., Ерохин Ю.В. Роль микробной массы в процессах трансформации минеральных соединений железа // Минералогия ижизнь: биоминеральные взаимодействия. Тезисы докладов. Сыктывкар, 1996. С. 63-65.

74. Удачин В.Н., Дерягин В.В., Лонщакова Г.Ф. Накопление рудных концентраций халькофильных и сидерофильных элементов в донных отложениях озер под влиянием антропогенного фактора // Метал, древних и современных океанов 99. Миасс: ИМин, 1999. - С. 228-231.

75. Учалинский горно-обогатительный комбинат на рубеже XXI века / И.А.Абдрахманов, П.И. Пирожок, А.В. Чадченко и др. Уфа: Полиграфкомбинат, 1999. -304 с.

76. Хазиев Ф.К. и др. Экотоксиканты в почвах Башкортостана. -Уфа, Гилем, 2000. 62 с.

77. Хазиев Ф.Х., Зинатуллин С.Г. Содержание подвижных форм Cd, РЬ и Hg в почвах лесостепной зоны Башкортостана //Башкирский экологический вестник. 2000. № 2 (9). - С. 23-25.

78. Хамитов Р.А., Чернов А.П., Меньшиков В.Г. Анализ состояния отходов добычи и обращения твердого минерального сырья. Методы и пути переработки техногенных месторождений / Башкирский экологический. -2000. № 3 (10). С.8-10.

79. Химия почв. М.: Наука, 1992. 230 с.

80. Филлипова К. А. Геохимия процессов техногенеза Бакальских железорудных месторождений (Южный Урал): Автореф. дисс. . кандидата геолого-минерал, наук. Екатеринбург, 2004. 23 с.

81. Фомин Г. С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. Москва, 2000. - 839 с.

82. Чащина Н.М., Кухарчук JI.E., Щукина Т.М. Микроорганизмы вод, контактирующих с отвалами обогащения кварц-сульфидно-вольфрамовых руд // Экология. 1986. № 2. - С. 17-22.

83. Чертов О.Г., Лянгузова И.В., Кордюкова Е.В. Подвижность тяжелых металлов в загрязненных гумусово-иллювиальных подзолистых почвах //Почвоведение. 1985. № 5. - С. 50-56.

84. Шварцев C.JI. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. — М.: Недра, 1998. -365 с.

85. Шварцев C.JL, Рассказов Н.М., Савичев О.Г. Состав и формы миграции элементов в природных водах бассейна среднего течения р.Томь//Геология и геофизика.- 1997. Т.38. № 12. С. 1955-1961.

86. Шляпников Д. С., Демчук И. Г., Окунев П. В. Минеральные компоненты донных отложений озер Урала. — Свердловск: Изд. -Уральского университета, 1990. 102 с.

87. Щербакова Е.П., Иванова Т.К. Проблема сохранения минерального разнообразия техногенных объектов // Минералогия техногенеза — 2001. Миасс: ИМин, 2001. С. 246-249.

88. Энерглин У и Брили JI. Аналитичсекая геохимия./ Перевод с англ. Канд. г.-м. н. Н.П. Попова. Под ред. канд. г.-м. н., проф. В.В. Щербины. Л.:Недра, Ленинград, отделение, 1975. - 296 с.

89. Язиков Е.Г., Голева Р.В., Рихванов Л.П., Дубинчук В.Т., Шатилов А.Ю. Минеральный состав пылеаэрозольных выпадений снегового покрова Томской агропромышленной агломерации // Зап. ВМО. 2004. №5. С.53-62.1. Справочные издания

90. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990. - 480 с.

91. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. Справ, в 6 кн. (под ред. Э.К. Буренкова). М.: Недра, 1994. Кн. 1: s-элементы. 304 с. Кн. 2: Главные р-элементы. — 303 с.

92. Мякина Н.Б., Аринушкина Е.В. Методическое пособие для чтения результатов химических анализов почв. М.: МГУ, 1979. - 62 с.

93. Нормативно-методические издания

94. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды от 15.06. 2001. №511.- М., 2001. 8 с.

95. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия. М.: Мин-во охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 1992. - 59 с.

96. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве. СанПиН 42-128-4433-87 / Минздрав СССР. М., 1988. 24 с.

97. СанПиН 4630-88 «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения».

98. Санитарные правила по определению класса опасности токсичных отходов производства и потребления. СП 2.1.7.1386-03. Москва. 2003. 22 с.1. Фондовая литература

99. Анисимов И.С. и др. Отчет по геологическому доизучению Северо-Учалинской площади, масштаб 1: 50 000. Уфа, 1983. Т.1.

100. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан в 1993 г. / Госкомэкология Республики Башкортостан по экологии и природопользованию. Уфа, 1994. - 182 с.

101. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды РБ в 1994 г. / МЧС и Минприроды РБ. Уфа, 1995. - 99 с.

102. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды РБ в 1995 г. / МЧС РБ. Уфа, 1996. - 143 с.

103. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды РБ в 1996 г. / МЧС и ЭБ РБ. Уфа, 1997. -229 с.

104. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды РБ в 1997 г. / МЧС РБ. Уфа, 1998. - 262 с.

105. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды РБ в 1998 г. / МЧС РБ. Уфа, 1999. - 301 с.

106. Государственный доклад. О состоянии окружающей среды РБ в 1999 г. / Госкомэкология РБ. Уфа, 2000. - 256 с.

107. Государственный доклад. О состоянии и использовании земель Республики Башкортостан за 2001 г. / Госкомэкология Республики Башкортостан по экологии и природопользованию. Уфа, 2002. - 102 с.

108. Государственный доклад. О состоянии окружающей природной среды РБ в 2002 г. / Госкомэкология Республики Башкортостан по экологии и природопользованию Уфа, 2003. - 177 с.

109. Исследование по созданию системы экологического мониторинга Зауралья (промежуточный). Книга 1. Уфа, 1995. 103 с.

110. Предельно-допустимый сброс (ПДС) веществ, поступивших в водный объект со сточными водами ЗАО «УГОК». Учалы, 1997. - 184 с.

111. Терещенко С.М. Отчет гидрологической партии по гидрологическим и гидрохимическим работам 1958 года. Материалы к гидрогеологической карте СССР масштаба 1:500 000 / Годовой отчет. Т. 1. Уфа, 1958.

112. Терещенко С.М. Отчет о результатах гидрологической съемки масштаба 1:200 000, проведенный Учалинской гидрологической партией в 1960-61 гг. / Годовой отчет. Т. 1. — Уфа, 1961.- 104 с.1. Иностранная литература

113. Astrom M., Astrom J. Geochemistry of stream water in a catchments in Findland affected by sulphidic fine sediments // Applied Geochemistry. 1997. Vol. 12. P. 593-605.

114. Bigham J. M., Schwertmann U., Pfab G. Influence of pH on mineral speciation in a bioreactor simulating acid mine drainage // Applied Geochemistry. 1996.Vol. 11. P. 845-849.

115. Bigham J. M., Schwertmann U., Carlson L. Mineralogy of precipitates formed by the biogeochemical oxidation of Fe (II) in mine drainage // Catena supplement. 1992. Vol. 21. P. 219-232.

116. Brannval M.L. Bindler R., Emteryd O., Renberg I. Vertical distribution of atmosperic pollution lead in Swedish boreal forest soils // Water, Air and Soil Pollution. 2001. Focus 1. P. 357-370.

117. Caboi R., Cidi R., Cristini A., Fanfani L., Massoli-Novelli R., Zuddas P. The abandoned Pb-Zn mine of Ingurtosu, Sardinia (Italy) // Engineering Geology. 1993. Vol. 34. P. 211-218.

118. Dudka S., Piotrowska M., Chlopecka A., Witek T. Trace metal contamination of soils and crop plants by the mining and smelting industry in Upper Silesia, South Poland // Journal of Geochemical Exploration. 2001. Vol. 52. P. 237-250.

119. Doyle F.M. Acid mine drainage from sulphide ore deposits // Sulphide deposits their origin and processing. Inst. Min and Metal. 1990. P. 301310.

120. Haley P.J. Pulmonary toxicity of stables and radioactive lanthanide // Health Phys. 1991. Vol. 61(6). P.809-820.

121. Hawksworth D.L., Rose F. Lichens as pollution monitors. London, 1976. 60 P

122. Henderson P. General geochemical properities and abundance of the rare earth element // Hendersom P(Ed), rare Earth Element Geochemistry. Amsterdam: Elsevier Science Publishers. 1984. P. 1-32.

123. Hindar A., Lydersen E. Extreme acidification of a lake in southern Norway causediby weathering of sulphide-containing bedrock // Water, Air and Soil Pollution. 1994. Vol. 77. P. 17-25.

124. Hirano S., Suzuki K.T. Exposure, metabolism and toxity of rare earth» and related compounds // Environ. Health Perspect. 1996. Vol. 104(suppl.l). P. 85-95.

125. Lee C.H., Lee H.K., Lee J'.C. Hydrogeochemistry of mine, surface and groundwaters from the Sanggok mine creek in the upper Chungji Lake, Republic jn Korea// Environmental Geology. February 2001. Vol. 40 (4-5). P. 482-494.

126. Lee H.C., Lee H.K. Hydrochemical monitoring and heavy metal contaminations at the Narim mine crek in the Sulcheon district, Republic of

127. Korea // Environmental Geochemistry and Health. 2001. Vol. 23. P. 347372.

128. Lindsay W.L. Zinc in soils and plant nutrition. Adv. Agron., 24, 147, 1972.

129. Livingstone D.A. Chemical composition of rivers and lakes // Geol.Surv. Prof, papers. 1963. P. 440.

130. Marques M.J., Martinez E., Rovira J.V., Ordonez S. Heavy metals pollution of aquatic ecosystems in the vicinity of a recently closed underground lead-zinc mine (Basque Country, Spain) // Environmental Geology. 2001. Vol. 40. P. 1125-1137.

131. Martin J.M., Whitefield4M. The significance of the river input of chemical elements to the ocean // Trace Metals in Sea Water (Wong, C.S., Boyle, E., Bruland, K.W., Burton, J.D., and Goldberg, E.D., (eds.)): Plenum Press, Ney York, 1983. P. 265-296.

132. Miller E.K., Fridland A.J. Lead migration in forest soils. Response to changing atmospheric inputs // Environmental Science Technology. 1994. Vol. 28. P. 662-672.

133. Monterroso C., Macias F. Drainage waters affected by pyrite oxidation in a coal mine in Galicia (NW Spain): Composition and mineral stability // The Science of the Total Enviroment. 1998. Vol. 216. P.121-132.

134. Nash T.N., Gries C. The response of lichens to atmospheric deposition with an emphasis on the arctic // The Science of the Total Environment. 1995. Vol. 160/161. P. 737-747.

135. Nordstrom D. K. Aqueous pyrite oxidation and the consequent formation of secondary iron minerals // Science society of America special publication. 1982. № 10. P. 37-56.

136. Protano G., Riccobono F. High contents of rare earth elements (REEs) in stream waters of a Cu-Pb-Zn mining area // Environmental'Pollution. 2002. Vol. 117. P. 499-514.

137. Puckett K.J., Finegan E.J. An analysis of the element content of lichens from the Nortwest Territories, Canada. Canadian Journal of Botany. 1980. Vol. 58. P. 2073-2089.

138. Shaw S.C., Groat L.A., Jambor J.L. Mineralogical study of base metal-tailings with various sulfide contents, oxidized in laboratory columns and field lysimeters // Envorenmental Geology. 1998. V. 33. № 2-3. P.209-217.

139. Simonetti A., Gariepy C., Carignan J: Tracing sources of atmospheric pollution in Western Canada using the Pb isotopic composition and heavy metal abundances of epiphytic lichens // Atmospheric Environment. 2003. Vol. 37. P. 2853T2865.

140. Sposito G., Lund L.J., Chang A.C. Trace metal chemistry in Arid-zone Field Soils Amended with, Sewage Sludge: 1. Fractionation of Ni, Cu, Zn, Cd, and4 Pbf Solid Phases // Soil Sci. Soc. Am. J. 1982 V. 46 № T. P. 260264.

141. Taylor S.R., McLennan S.M. The geochemical evolution of the continental crust. Reviews in Geophysics. 1995. Vol. 33. P. 241-265.

142. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Analytical chemistry. 1972. V. 51. №7. P. 844-851.

143. Turekian K.K. The oceans, streams and atmosphere 7/ Handb. Geochim., Berlin, N.Y. 1969. P. 297-354.

144. US Environmental Protection Agency. Synthetic precipitation leaching procedure (SPLP): method 1312. In: Test Methods for Evaluating Solid Waste, SW-846, 3rd Edition. Revision, September 1994.

145. US Environmental Protection Agency. Toxicity Characteristic leaching procedure (TCLP): method 1311. In: Test Methods for Evaluating Solid Waste, SW-846, 3rd Edition. Revision III, December 1996.

146. Yanful E.K., Orlandea M.P. Controlling acid drainage in a pyritic mine waste rock. Part II: geochemistry of drainage // Water, Air, and Soil Pollution. 2000. Vol. 124. P. 259-284.

147. Yu J.-Y. Pollution of Oshepcheon Creek by abandoned coal mine drainage in Dogyae area, eastern part of Samcheok coal field, Kangwon-Do, Korea // Environmental Geology. 1996. Vol. 27. P. 286-299.

148. Zanzari A. R., Caboi R., Cidu R., Cristini A., Fanfani L., Zuddas P. Hydrogeochemistry in the abandoned mining area of Tafone Graben (Italy): environmental implication // Water-Rock Interaction. 1995. P. 905-908.

149. Каталог отобранных проб воды, взвеси и донных осадков в зоне Учалинской ГТС

150. Дата отбора, номера п эобп/п Место и номера точек отбора 4.08.99 04.2001 07-08.2001 04.2002 07.2002 04.2005 07-08.2005

151. Подотвальные воды СВ отвала (1*) 19, 20 79 109 112

152. Под отвальные воды ЮВ отвала (2*) 28 113

153. Подотвальные воды южного отвала (25*) 29 80 105

154. Подотвальные воды центрального отвала (оз. Малые Учалы) (3*, 4*, 26*) 1 22, 23, 27 108 114 42****

155. Обводной канал хвостохранилища (5*-8*) 2 21 84, 85, 86 107 111 42****

156. Станция нейтрализации (9*-10*) 3 24, 25 83 106 115

157. Водоотводной канал в пруд Буйда (13*) 4 26 32, 32**, 89 44* * * * 150**

158. Озеро Большие Учалы (11*) л 88 209,209***, 209**

159. Примечание: * номера точек отбора проб в приложении 2-3, ** - донные осадки; *** - поровые воды; **** - вода + взвешенные вещества.

160. Схема отбора гидрохимических проб в зоне Учалинской ГТС (1999 г., 2001-2002 гг., 2005 г.)

161. Обогатительная Щк фабрика,.-.,у/Ш V1. ходы абрики1. Карьер1. Киостохра-j нилищс Л/!1. Хвост о хранилище 21. Отстойный прудсо станцией--Iнейтрализации1. Какал

162. Границы городской черты Поверхностные воды1. U*** Дороги• Номера точек отбора проб

163. Примечание: номера точек отбора проб см. в пр. 1.

Информация о работе

Шафигуллина, Гульнара Турдибаевна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологические условия процессов техногенеза Учалинской геотехнической системы - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы