Геохимия процессов техногенеза Бакальских железорудных месторождений

Филиппова, Ксения Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимия процессов техногенеза Бакальских железорудных месторождений
ВАК РФ 25.00.09, Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геохимия процессов техногенеза Бакальских железорудных месторождений"

На правах рукописи

Филиппова Ксения Александровна

ГЕОХИМИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕХНОГЕНЕЗА БАКАЛЬСКИХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)

Специальность 25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург 2004

Работа выполнена в Институте минералогии Уральского отделения Российской Академии наук.

Научные руководители:

доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН Анфилогов Всеволод Николаевич (Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс)

кандидат геолого-минералогических наук

Удачин Валерий Николаевич (Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс)

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Емлин Эдуард Федорович (УГГТА, г. Екатеринбург) кандидат геолого-минералогических наук

Рябинин Виктор Федорович (Институт геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург)

Ведущая организация: ОАО «Комбинат «Магнезит», г. Сатка, Челябинская область

Защита состоится « 22 » июня 2004 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 004.021.02 Института геологии и геохимии УрО РАН по адресу: 620151, г. Екатеринбург, Почтовый пер., 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии и геохимии им. акад. А. Н. Заварицкого УрО РАН.

Автореферат разослан «оШ » мая 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат геолого-минералогических наук

И. С. Чащухин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В результате разработки многочисленных месторождений полезных ископаемых к настоящему времени образовалось большое количество геотехнических систем (ГТС), в пределах которых происходит активное преобразование природной среды, связанное с добычей, переработкой полезных ископаемых и складированием отходов. Изучение геотехнических систем, их компонентов и процессов, происходящих в них, являются актуальными направлениями исследований в последние десятилетия.

В результате, более чем 200-летнего изучения Бакальских месторождений, детально разработаны вопросы стратиграфии Л вмещающих отложений, размещения месторождений, строения рудных тел, основные вопросы тектоники, магматизма и метаморфизма всего рудного района. Проблема образования кислых рудничных вод в Бакальской ГТС возникла в 80-х годах прошлого столетия.

Система горных выработок и отвалов Бакала не рассматривалась ранее как ' сложная развивающаяся геотехническая система, преобразующая, рассеивающая и концентрирующая минеральное вещество. Изучение этих аспектов • техногенеза имеет большое значение, поскольку дает возможность прогнозировать и контролировать эти процессы.

Бакальская ГТС интересна тем, что при разработке карбонатных железных руд, залегающих в карбонатно-терригенной толще, возникла проблема сернокислого воздействия на природные компоненты. Работа раскрывает актуальную проблему, решение задач которой, на примере конкретного объекта, призвано способствовать прогнозированию экологических 'последствий при разработке месторождений полезных ископаемых.

Цель работы — комплексное исследование формирующейся Бакальской геотехнической системы и образовавшихся в ее пределах новых гидрохимических и минеральных ресурсов с выявлением причинно-следственных связей между компонентами ГТС.

Основные задачи. 1) Изучение истории формирования и развития Бакальской геотехнической системы. Выделение и характеристика этапов развития ГТС.

(••ос. НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА

у о^аЬш

2) Исследование сульфидной минерализации пород Бакальских месторождений, складируемых в отвалы, и продуктов ее окисления как причины формирования кислых рудничных вод.

3) Определение геохимических особенностей различных типов вод, образовавшихся в ГТС.

4) Изучение новых минеральных фаз, сформировавшихся в ГТС, донных осадков поверхностных водотоков как индикатора техногенной нагрузки на природные гидросистемы.

Фактическийматериал иметоды исследований. Основой для исследования послужили материалы, собранные автором и сотрудниками лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии во время полевых работ (1997-2003 гг.) на Бакальских железорудных месторождениях (Челябинская область).

Материал был собран путем отбора проб твердого вещества: пород в отвалах и бортах карьеров (40 проб), сульфидов (50 проб), сульфатов (12 проб), донных отложений водотоков и карьерных озер (20 проб); опробования поверхностных водотоков (152 пробы); поинтервального опробования водных толщ карьерных озер (30 проб).

4 Аналитические исследования проводились в Институте минералогии УрО • РАН (г. Миасс), во Фрайбергской горной академии- (г. Фрайберг, Германия). Аналитические работы включали: химический анализ донных отложений; химический анализ вод; атомно-абсорбционный анализ на приборах "Perkin-Elmer 3110" с пламенным режимом атомизации и "AAnalyst 300 HGA 850" с электротермическим режимом атомизации; рентгенофазовый анализ на дифрактометре ДРОН-2.0; ядерную гамма-резонансную спектроскопию на спектрометре ЯГРС-4М (ИМин УрО РАН, г. Миасс); масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой "Elan 5000" (Горная академия, г. Фрайберг, Германия) Донные осадки и сульфаты были исследованы на сканирующем электронном микроскопе РЭММА-202 MB (ИМин УрО РАН, г. Миасс). Исследование минерального состава сульфидных минералов производилось оптическими методами в аншлифах на микроскопе Axiolab фирмы "Karl-Zeiss" с выполнением микрофотосъемки цифровой камерой "Sony" в отраженном свете. Химический состав сульфидов определялся микрозондовым анализом на приборе JEOL JCXA-733 (ИМин УрО РАН, г. Миасс).

' Личный вклад автора заключается в участии во всех этапах исследований: от сбора фактического материала, участия в аналитических работах, „ до обобщения и интерпретации аналитических данных.

Научная новизна и практическая значимость. Выделены этапы техногенеза для Бакальской ГТС, в соответствии с которыми происходило изменение характера взаимодействия техногенной системы с природными компонентами. Получены оригинальные данные по минеральному составу донных отложений поверхностных водотоков и карьерных озер. На основании постадийных экстракций донных отложений поверхностных водотоков определены формы нахождения микроэлементов, для определения «прочности» их фиксации. Охарактеризованы сульфатные минералы, формирующиеся на испарительном барьере в зоне капиллярной каймы кислых водотоков и в бортах карьеров в зоне капежа пластовых вод.

Впервые получены данные по составу вод карьерных озер, их изменению с глубиной и с течением времени.

Данная работа может служить основой для разработки последующих технологических мероприятий по нейтрализации кислых рудничных вод. На основании выполненных исследований по карьерным озерам возможна разработка рекомендаций по использованию этих гидроресурсов.

Апробация работы. Основные положения,

рассматриваемые в работе, докладывались на: заседаниях международной научной студенческой школы «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2001, 2002), семинарах «Минералогия техногенеза» (Миасс, 2001, 2002), межвузовской молодежной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2001, 2002), I международном симпозиуме «Биокостные взаимодействия: жизнь и камень» (Санкт-Петербург, 2002), Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2002), XX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2003).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 работ, одна работа находится в печати.

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям член-корр. РАН В. Н. Анфилогову и к.г.-м.н. В. Н. Удачину за помощь в организации и выполнении работ, ценные советы и обсуждения; к.г.-м.н. Е. В. Белогуб за ценные консультации. Неоценимая помощь в проведение полевых работ была оказана сотрудниками ОАО «Бакальские рудники» Л. А. Филипповой, В. Б. Кашеваровым (г. Бакал), В. В. Ершовым (ИМин УрО РАН, г. Миасс). Выполнение исследований по карьерным озерам было бы невозможным без участия

В. В. Дерягина, А. В. Дерягина (Челябинский педагогический университет, г. Челябинск). Работы по моделированию форм нахождения элементов в водах карьерных озер были выполнены в сотрудничестве м. н. с. Е. П. Бессоновой и к.г.-м.н., с. н. с. О. Л. Гаськовой (Институт геологии СО РАН, г. Новосибирск). Всем автор выражает свою глубокую признательность. Автор благодарит сотрудников Института минералогии УрО РАН М. Н. Маляренок, Ю.Ф.Томусяк, О.Г.Шмелеву, Г.Ф.Лонщакову, Л. Г. Удачину, П. В. Хворова, Т. М. Рябухину, Н. К. Никандрову, В. А. Котлярова, Е. И. Чурина и Г. Бомбах (Горная академия г.Фрайберг, Германия)- за выполнение аналитических работ; И. Ю. Мелекесцеву и Р. 3. Садыкову за помощь в подготовке материалов диссертации.

Финансовая поддержка оказана Уральским отделением РАН в рамках программ поддержки молодых ученых и аспирантов (гранты 2002,2004 гг.), ФЦП «Интеграция» (грант П0035).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Объем работы 14$ стр., включая 47 иллюстраций, 31 таблицу, 4 приложения. Список литературы включает 129 наименований.

В первой главе кратко излагаются направления в исследовании геотехнических систем.

Во второй главе приводится описание методики полевых работ, методов аналитических исследований, их аппаратурное обеспечение и метрологические характеристики.

В третьей главе дается характеристика объекта исследований - Бакальской ГТС. Она содержит общие сведения и данные о геологическом строении Бакальского рудного поля.

В четвертой главе рассматривается история формирования Бакальской ГТС, с выделением и характеристикой этапов ее развития. Приводится описание структуры и ресурсов Бакальской ГТС.

Пятая глава посвящена сульфидной минерализации пород как причины образования кислых рудничных вод. Охарактеризовано распределение сульфидной минерализации в породах рудоперекрывающей толщи, ее минеральный и микроэлементный составы.

В шестой главе приводится характеристика новых гидрохимических ресурсов, формирующихся в Бакальской ГТС.

Седьмая глава посвящена новым минеральным ресурсам, формирующимся в Бакальской ГТС.

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

Положение /. Начало качественных изменений в характере взаимодействия формирующейся Бакальской геотехнической системы (ПС) с природными компонентами обусловлено добычей сидеритовых руд и поступлением в отвалы пиритсодержащих пород зигальгинской свиты.

Бакальская группа месторождений железных руд расположена на западном склоне Южного Урала. Бакальская свита нижнего рифея (Rib) распространена в южной части Тараташского антиклинория, расположенного в северной части Башкирского мегантиклинория. Бакальская свита расчленяется на две подсвиты: нижнюю (макаровскую), существенно песчано-сланцевую, и верхнюю (бакальскую) - терригенно-карбонатную. Последняя, по литологическим особенностям, делится на десять пачек. К карбонатным пачкам приурочены уникальные по запасам месторождения сидеритов и развитых по ним бурых железняков. Разработка Бакальских месторождений ведется с конца пятидесятых годов XVIII-ro столетия. Вплоть до 70-х годов ХХ-го столетия основным объектом добычи на Бакальских месторождениях были бурые железняки, являвшиеся высококачественной железной рудой с высоким содержанием железа до 53% (среднее содержание 45.6%). Этот период отработки Бакальских месторождений был выделен нами как первый этап техногенеза - техногенез лимонитовой зоны окисления. Он характеризуется тем, что отвалообразование шло за счет преобразованных в зоне гипергенеза вмещающих («пустых») пород в сравнительно небольших объемах. Значительных изменений в контурах водных потоков не происходило, поскольку отработка месторождений велась, в основном, выше уровня подземных вод. Преобразование окружающей среды проявлялось в механическом перемещении пород и, как следствие, изменении ландшафта. Второй этап техногенеза соответствует началу интенсивной добычи сидеритовых руд. Начинается освоение геологического пространства ниже уровня подземных вод. Значительные глубины карьеров (до 300 м) приводят к искажению структуры водных потоков. Формирование отвалов происходит в больших объемах, чем на первом этапе, за счет большого количества скальных вскрышных пород, содержащих вкрапленность сульфидных минералов. В условиях хорошей аэрации и интенсивного водообмена в отвалах происходит химико-бактериальное окисление сульфидов - процесс, широко освещенный в литературе [Смирнов, 1955; Яхонтова и др., 1978; Емлин, 1983; Авдонин, 1984; Nordstrom, 1982 и др.]. Основным агентом, обеспечивающим доставку окислителей и удаление продуктов реакций, служит вода.

Интенсификация процесса окисления происходит при участии в нем тионовых бактерий (ThiobacШus ferrooxidans и ThiobacШus tiooxidans). По опубликованным данным [Удачин и др., 1996] концентрация этих бактерий для Бакала составляет 105-107 на 1 г породы. Инфильтрационные потоки, подпитываемые или питаемые конденсационными водами, растворяют продукты окисления рассеянных сульфидов и транспортируют металлы в виде ионных растворов в основания отвалов, питая подотвальные воды. В условиях кислой среды железо остается преимущественно в растворе, из которого может частично высадиться в виде сульфатных минералов. В геотехнической системе образуются и накапливаются новые минеральные фазы - сульфаты. Происходит перераспределение металлов из сульфидов в сульфатный рассол и водорастворимые сульфаты [Емлин, 1991]. Таким образом, второй этап техногенеза характеризуется не только увеличившимся объемом механического переноса вещества, но и геохимическими изменениями во взаимодействии ГТС с природными компонентами. В геотехнической системе появились новые гидрохимические (карьерные, шахтные, кислые подотвальные воды) и минеральные ресурсы (сульфатные минералы).

В результате длительной эксплуатации месторождений современный гористый рельеф района г. Бакала видоизменился. На площади в 2 тыс. га заскладировано около 365 млн м3 вскрышных пород. Отвалы высотой до 100-180 м размещены.в основном на склонах гор Шуйда, Буландиха, Иркускан, захватывая часть разделяющих их долин (рис. 1). Среди заскладированных пород сланцы составляют порядка 31%, доломиты и известняки — 11%, кварцитовидные песчаники - 32%, диабазы - 5%, делювий и глинистые образования - 21%, конгломераты, «сланцы перемыва» базальной пачки - 0.5%. В настоящее время в материале, которым пополняются отвалы, основной объем приходится на сланцы разного состава (до 40%) и кварцитовидные песчаники (до 35%).

Исследования количественного распределения сульфидной минерализации в породах рудоперекрывающей толщи показали, что наибольшие содержания сульфидной минерализации наблюдаются в породах зигальгинской свиты среднего рифея (рис.2). Максимум (ураганные до 20%) содержания сульфидной минерализации приходится на «сланцы перемыва» - маломощные образования (от сантиметров до первых десятков метров), не имеющие повсеместного распространения. Фоновые содержания сульфидной минерализации в породах рудоперекрывающей толщи составляют 5-7 %.

Рис. 1. Схема расположения карьеров и отвалов Бакальской ГТС.

Составлена Л. Г. Удачиной по материалам ОАО «Бакальские рудники», с дополнениями автора. Условные обозначения: 1 - карьеры; 2 - отвалы; 3 - городская черта; 4 - поверхностные водотоки; 5 - горизонтали; 6 - автодороги; 7 - карьерные озера; 8 - группы отвалов' 1 - Восточно-Буландихинского карьера, 2 — Ново-Бакальского и Восточно-Буландихинского карьеров «Северный», 3 - Центрального карьера, 4 - Восточно-Буландихинского карьера, 5 - южные Петлинского и Восточного карьеров, 6 - шахты «Сидеритовая», 7 - Петлинского карьера, 8 -Петлинского и Ново-Бакальского карьеров.

Минералогические исследования, показали, что сульфидная минерализация пород рудоперекрывающей толщи представлена пиритом. Пириты характеризуются невысоким содержанием элементов-примесей, основными из которых являются Со до 0.1 % и № до 0.07 %, и низким содержанием халькофильных элементов Е (Си, Ъп, РЬ) от 0.009 до 0.020 %. Значение Со/№ - отношения колеблется в диапазоне от 0.25 до 1.14. По этим двум признакам пириты рудоперекрывающей толщи близки к пиритам осадочных пород (Типоморфизм минералов, 1989). За исключением основных элементов-примесей кобальта и никеля, остальные элементы образуют следующий ряд (по убыванию): Си > Ъп > РЬ > Сё. Примеси халькофильных элементов (Си, Ъп, РЬ, Сё) в пиритах обусловлены, вероятно, наличием мельчайших включений собственных сульфидных минералов, не установленных при данных исследованиях.

Рис. 2. Распределение сульфидной минерализации в породах рудоперекрывающей толщи.

Точками показаны стратиграфические уровни отбора проб Каждая проба представляет среднее из 3-5 частных проб, обработанных по методике [Проценко, 1988]

Таким образом, в результате окисления пирита, содержащегося в породах рудоперекрывающей толщи, происходит не только образование сульфатных высокоминерализованных растворов, но и высвобождение металлов-примесей, которые в

дальнейшем вовлекаются в миграционные циклы. Поступление элементов в миграционные циклы происходит и при выветривании пород, складированных в отвалах. По результатам микроэлементного анализа и литературным данным основными элементами-примесями в породах Бакальского рудного поля являются железо и марганец (железо и главным рудообразующим элементом). Их поведение в дальнейшем определяется окислительно-восстановительными условиями среды. Остальные элементы-примеси образуют следующий ряд (по убыванию): Со > № > Сг > Си > Zn > Pb.

Положение 2. Породы, складируемые в отвалах, определяют формирование подотвальных вод с широким спектром химического состава: от нейтральных с низкометалъной нагрузкой до сильнокислых с высоким содержанием металлов. Основными поставщиками сульфат-иона и тяжелых металлов в речные системы являются подотвалъные воды.

Разработка Бакальских месторождений привела к появлению новых типов гидроресурсов: шахтные, карьерные, подотвальные воды.

Шахтные воды - формируются в результате работы системы осушения подземных горных выработок. Весь комплекс горных выработок Бакала располагается в породах карбонатно-сланцевой толщи бакальской свиты. По составу шахтные воды относятся к сульфатно-гидрокарбонатному магниево-кальциевому типу. По сумме содержания металлов (Си, Zn, №, Pb, Cd) воды

относятся к низкометальным. Значение рН шахтных вод колеблется от 6.8 до 8.2. Среднемесячная скорость откачивания вод составляет 357 м3/час. Шахтные воды поступают в коллектор, а затем через ручьи в природные речные системы.

Карьерные озера - сформировались после отработки запасов карьерами и прекращения водоотлива. Большая часть котловин сложена породами карбонатно-сланцевой толщи бакальской свиты и питание озер происходит за счет трещинных (частично карстовых) вод этой толщи. По химическому составу характеризуются как сульфатно-гидрокарбонатные магниево-кальциевые. На всю глубину воды карьерных озер обладают нейтральной реакцией. По сумме содержания металлов (Си, Zn, №, Со, Pb, Cd) воды относятся к низкометальным. В действующих карьерах вода в зумпфах, расположенных в рудовмещающей толще, имеет те же самые характеристики.

Подотвальные воды - формируются в результате обводнения отвалов за счет атмосферных осадков, конденсационных и

фунтовых вод. Состав подотвальных вод определяется литологическим составом пород, складированных в отвалы, процессами их выветривания, окисления, растворения продуктов окисления. Ранее проводимыми исследованиями было выделено 5 участков по периметру отвалов, на которых формируются кислые воды, характеризующиеся низкими значениями водородного показателя (2.87-3.02), высокими содержаниями сульфат-иона и металлов, что предопределяет потенциальную токсичность этих вод. На этих участках старые отвалы, которые были сложены в основном рыхлыми глинистыми породами из зоны выветривания и делювиальными отложениями, пригружены (перекрыты) скальными силикатными разностями - кварцитовидными песчаниками и сланцами, которые содержат сульфидную вкрапленность. Формирующиеся подотвальные воды являются сульфатными магниево-кальциевыми, в то время как речные природные воды относятся к гидрокарбонатно-сульфатным, кальциево-магниевым.

Формирующиеся подотвальные воды поступают в трех основных направлениях: южное - в р. Буланка (183 тыс. м3 за 2003 г.); западное - в р. Сильга (73 тыс. м3); северо-восточное -р. Татарка (92 тыс. м3). По мере удаления от отвалов происходит повышение значений водородного показателя до слабокислого или нейтрального, снижение общей минерализации вод и содержания металлов. Во всех направлениях в максимально удаленных точках опробования воды рек не соответствуют санитарным нормам по 23 показателям: южное направление (расстояние от отвалов 25 км) -рН, Мп; западное направление (4 км) - 804, Мп; северо-восточное направление (7 км) - 804, Мп, Сё.

Для поверхностных водотоков Бакальской ГТС, по результатам четырехлетнего мониторинга, были выделены четыре типа вод (рис. 3): 1) нейтральные (рН - 5.5-9.0), низкометальные (до 1000 мг/л); 2) кислые (рН - 3.0-5.5), низкометальные (до 1000 мг/л); 3) кислые (рН - 3.0-5.5), высокометальные (1000-100000 мг/л); 4) сильнокислые (рН - 1.0-3.0), высокометальные (1000— 100000 мг/л).

Сезонные изменения состава кислых техногенных вод периодов лето - осень выражается в повышении уровня водородного показателя, за счет разбавления кислых вод атмосферными осадками. В связи с повышением уровня рН наблюдается общая тенденция к снижению концентраций металлов в воде. Это объясняется тем, что при повышении рН в осадок, прежде всего, выпадают гидроксиды железа и алюминия,

которые по механизму поверхностной сорбции аккумулируют другие металлы.

О)

и ♦

10000

1000

Сильнокислые, Ультравысоко-метальны» Кислые, Ультравыссго-метальные Нейтральные, Ультравыссютлетальные

Из Я О я § У 2 Снпькскислые, Эхстро-зысскометальньи Кислые, Экстро-выссюметальные Нейтральные, Экстро-выссюсметальные

V л 0} и 1.2 § 1« 1 Сильно- * кислые, Высоко • метальный ч Кислые, >• Высоко--4*» метальные Нейтральные, Высоксметальные

V аГ 2 И 5 £ Н й я Силънскислые, Нижеметальные * • Кислые, Киэкометальны'» ' »»V/.* 1 «А *• ♦ ♦ Нейтральные, Низксметальные

01 23456?85

,Н

01 23456789

рн

Рис. 3. Типы техногенных вод Бакальской ГТС.

По результатам пятилетнего мониторинга (1998-2001, 2003) Использована матричная основа диаграммы [по Р1ит1ее й а1., 2000] Точками показаны поверхностные техногенные воды Бакальской ГТС.

В связи с повышением водородного показателя (при его определенных значениях) изменяется процентное соотношение металлов, мигрирующих во взвешенной и растворенной формах. Наиболее контрастная картина получена для железа. В сильнокислых водах (рН < 3) практически все железо находится в растворенной форме. При повышении уровня водородного показателя увеличивается доля взвешенной формы. При рН - 5.61 доля взвешенной формы для железа составила 99.24 %. Все это хорошо объясняется выпадением гидроокиси железа из раствора при определенных значениях водородного показателя, который в свою очередь может меняться в зависимости от температуры, концентрации раствора и других параметров [Перельман, 1975]. Увеличение количества тонкодисперсных форм в техногенных потоках определяет интенсивную сорбцию микроэлементов.

Таким образом, новые гидрохимические ресурсы Бакальской ГТС, относятся к единому типу - сульфатно-гидрокарбонатному кальциево-магниевому, но отличаются по содержанию металлов и уровню водородного показателя.

Шахтные и карьерные водоотливы не оказывают негативного воздействия на природные гидросети, а основным поставщиком сульфат-иона и металлов являются кислые подотвальные воды. Проблема их формирования и негативного воздействия на речные системы актуальна, прежде всего, для самого г. Бакала и близлежащих рабочих поселков, т.е. имеет локальный характер.

Положение 3. Состав вод карьерных озер определяется литопогическим составом котловин. Молодые карьерные озера характеризуются яркой контрастностью физико-химических параметров приповерхностных и придонных вод. Резкое увеличение концентраций макро- и микроэлементов в водах молодых карьерных озер происходит в верхней части гиполимниона.

На сегодняшний день, на Бакальском рудном поле существует 5 крупных карьерных озер, глубиной от 36 и более 70 метров, на четырех из которых были проведены исследования (табл. 1).

Большая часть котловин исследуемых озер сложена породами карбонатно-сланцевой толщи бакальской свиты. В карьерном озере Юго-Восточное ОГПУ оказалась затопленной толща черных низкоуглеродистых сланцев зигазино-комаровской свиты, содержание органического вещества в которых составляет более 4 % [Крупенин и др., 1993]. Породы, слагающие борта и дно карьерных котловин,- представлены лимонитом, сидеритом, доломитом, известняком, сланцами различного состава, кварцитовидными песчаниками, конгломератами, брекчиями.

Таблица 1

Карьерное озеро возраст, лет в, км2 V, млн. м3 Н наш М Н ср, м- К ем

Ал 28 0.088 3.10 >70.0 35.3 0.50

Охр 16 0.092 2.08 37.5 22.6 0.60

ЮВОГПУ 11 0.093 1.80 32.0 19.3 0.60

ВБ 7 0.183 3.71 40.0 20.3 0.51

Примечание. Карьерные озера: Ал - Александровское; Охр - Охряное, ВБ -Восточно-Буландихинское. 8 - площадь зеркала карьерного озера; V - объем водной массы; Н мю - максимальная гл>бина карьерного озера; Ид, - средняя глубина карьерного озера; К о, - коэффициент емкости.

Рассмотрим механизмы взаимодействия этих пород с водой. Главным источником сульфатов в карьерных водах являются

процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, а также окисление сульфидов и серы: FeS2 + 15/4О2 + 7/2Н2О = Fe(OH)3(TB) + 2SO42* + 4H+ (1)

2S + ЗО2 + 2Н2О = 4Н+ + 2SO42". (2)

Растворение карбонатных пород является источником поступления в воды кальция, магния, гидрокарбонатных и карбонатных ионов. МСО3 + СО2 + Н2О о М(НСО3)2 о М2+ + 2НСО3\ (3)

raeM-Ca2+,Mg2+;

FeCO3 + 5/2Н2О+1/4О2 = Fe(OH)3(TF) + HCO3" + Н+. (4)

Как видно из уравнений 3 и 4, растворение карбонатов идет по одной общей схеме, но при этом кальций и магний не склонны к образованию твердых гидроксидов в рассматриваемых близнейтральных и слабощелочных растворах, в отличие от железа (4). Необходимо отдельно отметить условия, сформировавшиеся в карьерном озере ЮВ ОГПУ. На глубине ниже 20 м водная среда характеризуется отрицательными значениями окислительно-восстановительного потенциала, поскольку кислород расходуется на окисление органического вещества с выделением углекислоты: Сорг) + О2 + Н2О = Н2СО3. (5)

В результате, на исследованных озерах были встречены три основных типа геохимических обстановок, выделяемых для природных вод:

окислительный - характеризуемый значениями Eh + (100-150) мВ (Охряное, Восточно-Буландихинское карьерные озера); переходный окислительно-восстановительный -

определяемый величинами Eh + (100-0) мВ (Александровское, ЮВ ОГПУ (до глубины 20 м) карьерные озера); восстановительный - характеризуемый отрицательными значениями Eh (карьерное озеро ЮВ ОГПУ глубже 20 м).

С глубиной значения водородного показателя постепенно уменьшаются до 6.0 ед. рН в придонных водах. При этом, в карьерных озерах Александровском и Охряном разница между значениями водородного показателя приповерхностного и придонного слоя составила 0.9 и 1.1 ед. рН соответственно. В Восточно-Буландихинском и ЮВ ОГПУ карьерных озерах эта разница составила 2 ед. рН.

Для всех изученных карьерных озер установлена общая закономерность: с глубиной содержания и макро- и микрокомпонентов увеличиваются. Наиболее ярко эта тенденция выражена для молодых карьерных озер (ЮВ ОГПУ и Восточно-Буландихинское). Коэффициенты концентрации некоторых макро-

и микрокомпонентов в придонных слоях относительно приповерхностных приведены в таблице 2.

Таблица 2

карьерное озеро коэффициент концентрации в придонных водах относительно приповерхностных

БО/* нсо, Са2+ Мй2+ Ге Мп

Ал 1.89 1.21 2.50 0.90 0.03 1.25

Охр 1.56 1.76 3.11 1.71 0.8 870

ЮВ ОГПУ 5.93 2.70 6.50 4.65 2348 5348

ВБ 2.96 2.21 2.00 3.27 234 85

Таким образом, три озера (Александровское, Охряное, Восточно-Буландихинское), имеющие похожие геологические ситуации котловин, характеризуются сходными физико-химическими показателями. Карьерное озеро ЮВ ОГПУ отличается как геологическим строением котловины, так и физико-химическими показателями вод.

Три карьерных озера (Александровское, Охряное, Восточно-Буландихинское) имеют разный возраст. В водных толщах этих озер, в распределении физико-химических характеристик наблюдается следующая динамика: чем дольше существует карьерное озеро, тем более равномерное распределение основных характеристик в водной толще. Для молодых озер характерна большая контрастность физико-химических параметров приповерхностных и придонных слоев. Вероятно, можно предположить, что подобная динамика отражает этапы развития карьерных озер Бакала, и с течением времени карьерное озеро приходит в состояние с равномерным распределением основных физико-химических показателей в водной толще. Для подтверждения этого предположения требуются многолетние наблюдения за изменением состава вод карьерных озер.

Почожение 4 Минеральный, и микроэлементный составы аутигенной составляющей донных отложений определяются щелочным и сорбционным барьерами, возникающими в результате взаимодействия кислых техногенных и природных вод.

Изучение минерального состава донных отложений было выполнено с помощью рентгенофазового анализа. В составе серых осадков нейтральных поверхностных водотоков диагностированы терригенные минералы, характеризующие литологический состав площади дренирования: кварц, серицит, хлорит, кислый плагиоклаз. В составе охристых гидроксидно-железистых осадков присутствуют эти же минералы и новообразованные минеральные

фазы, представленные гипсом и железосодержащими минералами оксидно-гидроксидной группы - гетитом и гематитом. Однако, интенсивность пиков этих минералов на дифрактограмме незначительна, что может свидетельствовать как о небольшом количественном содержании данных минералов в осадке, так и низкой степени их кристалличности. Химический анализ донных отложений поверхностных водотоков показал, что содержание железа (Ре203) в охристых осадках достигает 58 %. Это говорит о том, что в составе охристых осадков присутствует рентгеноморфная железосодержащая фаза. По данным мессбауэровской спектроскопии установлено, что главным железистым минералом в осадках является ферригидрит Ре203 * 8Н2О.

Белые охры сложены таким же хлопьевидным осадком, как и бурые, но меньшей мощности (первые мм). Они также рентгеноаморфны, а на энергодисперсионном спектре фиксируются два основных элемента - А1 и 8 (иногда Са и М^). Содержание А12О3 по данным химического анализа достигает 26 %, 803 - менее 2 %.

Таким образом, при поступлении кислых.рудничных вод в речные системы и по мере их разбавления нейтральными водами, уровень водородного показателя повышается и возникает щелочной барьер. В процессе гидролиза в осадок, прежде всего, выпадают гидроксиды железа (рН выпадения 3.8-4.5), алюминия (рН выпадения 4.1-5.0), которые обладают высокой сорбщюнной способностью и становятся коллекторами для других металлов (Си, Ъп, Со, №, РЬ, Сё и др.). При сопоставлении концентраций микроэлементов в донных отложениях карьерных озер и поверхностных водотоков, отмечается их однопорядковые значения. При этом микроэлементы в ферригидритовых охрах образуют следующий ряд убывания содержаний: Мп > Си > Ъп > № > Со > РЬ. В гидроксидноалюминиевых осадках отмечаются в 2-3 раза более высокие содержания халькофильных элементов.

Для определения форм нахождения металлов в осадках была применена методика их стадийного разложения [Tessier, 1979].На основе полученных данных определился ряд общих закономерностей:

1) большая часть элементов сосредоточена в двух формах: металлы, связанные гидроксидами железа и марганца и металлы, связанные силикатной матрицей (в сумме 80-93 %). Накопление металлов в гидроксидах железа и марганца (28-52 %) объясняется сорбционными свойствами последних. Гидроксиды марганца имеют отрицательный заряд и концентрируют преимущественно

катионогенные элементы, в нашем случае металлы. Гидроксиды железа, хотя и имеют положительный заряд, но при наличии примесей органических веществ, гидроокислов марганца, также способны сорбировать катионогенные элементы. Значительные концентрации микроэлементов, связанные с силикатной матрицей (30-65 %), объясняются наличием в донных осадках коллоидного кремнезема и глинистых слоистых силикатов с разупорядоченной структурой, имеющих широкое развитие в зоне гипергенеза и также обладающих высокой сорбционной способностью по отношению к металлам.

2) от 3 % до 18 % металлов связано органической матрицей;

3) для Си, /и, N1 преобладающей формой нахождения является силикатная, для Мп - оксидная форма.

Максимальное концентрирование железа и алюминия в донных отложениях связано с формированием, в результате гидролиза, собственных минеральных фаз. Как было отмечено ранее, интенсивная деятельность железобактерий приводит к тому, что железо в водотоках не рассеивается, а быстро окисляется и концентрируется в донных отложениях. Поскольку у свежеосажденных гидроксидов железа и алюминия структура не сформирована полностью, для них характерны не только сорбционные процессы, но и десорбционные.

Особенностью поведения марганца является то, что в растворенном виде он энергично мигрирует в восстановительных условиях, а в окислительной обстановке он малоподвижен и осаждается, обогащая донные отложения. Концентрирование Си, /и, N1, Со в донных отложениях объясняется их положением в электрохимическом ряду напряжения металлов. Отсутствие РЬ как в транспортирующей, так и в депонирующих средах еще раз подтверждает его малую миграционную способность и растворимость его соединений.

Значительные концентрации металлов в донных отложениях, аморфность и неконсолидированость осадка делает реальной возможность вторичного вовлечения тяжелых металлов из осадков в гидрохимическую миграцию.

При изучении минерального состава донных отложений карьерных озер рентгенофазовым анализом удалось определить следующие минералы: кварц, гипс, доломит. Во всех карьерных озерах происходят процессы формирования аутогенных глин. Появление компактных слюдяных пакетов характеризует начальную стадию упорядоченности новообразованной алюмосиликатной фазы, близкой к смектитовой. В осадках карьерного озера ЮВ ОГПУ присутствуют первичные слоистые

силикаты слюдистого типа. Кварц в осадке имеет терригенное происхождение, в то время как гипс и доломит являются аутогенными. Осаждение гипса возможно, если в растворе будет накоплено достаточное количество сульфат-иона и кальция. Железосодержащие фазы не идентифицируются по причине рентгеноаморфности. Изучение железосодержащих фаз методом мессбауэровской спектроскопии позволило идентифицировать ферригидрит (Ре203 * 8Н2О) в осадках Охряного и Восточно-Буландихинского карьерных озер и акаганеит (Р-Бе00Н) в осадках озера ЮВ ОГПУ. Формирование ферригидритового осадка хорошо объясняется классическими представлениями об условиях его образования [Типоморфизм минералов, 1989; Bigham е! а1., 1990]. Являясь продуктом гидролиза, ферригидрит образуется в условиях быстрого (в основном бактериального) окисления ионов закисного железа, особенно в присутствии катализаторов - кремния, алюминия [Типоморфизм минералов, 1989].

Формирование акаганеита, согласно данным [Bigham е! а1., 1990], происходит в условиях кислой среды (рН- 3.0-4.0), высокого содержания сульфат-иона (8042" - 1000-3000 мг/л) при участии тионовых бактерий (ГА. ¥вггоох1йат). Однако воды придонного слоя карьерного озера ЮВ ОГПУ характеризуются нейтральной реакцией (рН - 6.58), восстановительной обстановкой (БИ —67 мВ) и высоким содержанием сульфат-иона (8042" - 3730 мг/л). Термодинамическое моделирование, выполненное для этого озера, показало возможность формирования гидроксидов железа. Возможно, что условия формирования плохо окристаллизованных гидроксидов железа со структурой, близкой к акаганеиту, более широкие, поскольку в работе [Bigham е! а1., 1990] рассматривается минералообразование в кислых рудничных водах. Микроэлементный анализ донных отложений показал, что основным элементом-примесью является марганец. Остальные металлы образуют следующий ряд убывания содержаний в донных отложениях карьерных озер: Си >(«) Ъп >(«) № > РЬ.

Таким образом, в Бакальской ГТС формирование ферригидрита происходит в двух различных обстановках: в нейтральных условиях карьерных озер и кислых поверхностных водах.

Сульфаты формируются на испарительном барьере, т.е. являются сезонными образованьями, появляющимися при определенных климатических условиях. Кристаллизуются они в виде выцветов, корочек, почковидных агрегатов. Среди сульфатов железа, образующихся в Бакальской ГТС, диагностированы копиапит (Ре2+Бе43+(804)2(0Н)2*20Н20) и ярозит

(КРе3(804)2(0И)6). Остальные изученные сульфаты являются минералами Са, М^ и А1: гипс (Са804*2И20), эпсомит (М^(804)*7И20), пиккеренгит (MgAl2(S04)4*22И20), гексагидрит (Mg(S04)*6И20). Вовлечение литофильных элементов в фазы гидрохимической миграции говорит об интенсивном химическом выветривании породообразующих силикатов. Исследование микроэлементного состава показало, что основным элементом-примесью и в эпсомите (0.8-1.8 %) и в копиапите (0.84 %) является Мп. В эпсомитах, кроме марганца, повышенные содержания определены для Си (0.11-0.25 %) и Бе (0.10-0.46 %). На остальные микроэлементы приходятся сотые доли процента. Они образуют следующий ряд убывания: N1 > Со > /и > РЬ > Сё для эпсомитов и N1 > Со > /и > Си > РЬ > Сё для копиапитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной работе впервые разработка Бакальских железорудных месторождений рассматривалась как формирующаяся ГТС, в пределах которой происходит трансформация минерального вещества, формирование новых ресурсов.

Формирование кислых подотвальных вод и вовлечение металлов в миграционные циклы происходит по классической химико-бактериальной схеме в результате окисления пирита в отвалах вскрышных пород, растворения и выноса продуктов окисления дренирующими водами. Формирование кислых вод происходит локально, на участках отвалов, где складировались породы, содержащие сульфидную минерализацию и не обладающие буферирующей способностью. Окисляющийся пирит пород рудоперекрывающей толщи характеризуется низким содержанием элементов-примесей, которые образуют следующий ряд уменьшения концентраций: N1 > Со > Си > /и > РЬ > Сё.

Показано, что ассоциации техногенных элементов в транспортирующей и депонирующих средах, отражают геохимические особенности пород и руд. Бе, Ми, А1 являются основными минералообразующими элементами и/или основными элементами-примесями в породах Бакальского рудного поля. Их переход в результате выветривания в раствор приводит к повышенным концентрациям этих элементов в водах Бакальской ГТС.

Установлено, что формирующиеся в Бакальской ГТС гидрохимические ресурсы (шахтные, карьерные, подотвальные воды) характеризуются одним химическим составом и относятся к

сульфатно-гидрокарбонатному магниево-кальциевому типу. Шахтные и карьерные воды имеют нейтральную реакцию и являются низкометальными, тогда как подотвальные воды являются кислыми с высоким содержанием металлов. Максимальные коэффициенты концентрации микроэлементов были определены для кислых рудничных вод и придонных вод молодых карьерных озер.

В результате процесса гидролиза на щелочном барьере происходит формирование аморфных гидроксидов железа и алюминия, которые характеризуются повышенными содержаниями Мп, Си и других элементов. Накопление металлов в донных отложениях происходит в результате сорбции их из раствора на гидроксидах железа и алюминия. Реализация этого механизма происходит и в карьерных озерах, и в кислых рудничных водах. В сульфатных минералах, формирующихся на испарительном барьере, основными элементами-примесями, как и в донных отложениях, являются Мп и Си. Установлено, что основными геохимическими барьерами, на которых происходит перераспределение металлов из раствора в твердые фазы, являются: щелочной, сорбционный и испарительный.

Таким образом, на примере разработки Бакальских железорудных месторождений наблюдается перераспределение элементов из исходных пород, складированных в отвалы, вовлечение их в гидрохимическую миграцию и накопление в новобразованных минеральных фазах.

Проблема формирования кислых рудничных вод в Бакальской ГТС хотя и имеет локальный характер, но требует решения. Выполненные исследовательские работы по определению нейтрализационной способности карбонатных пород и различных реагентов, разработанные методики по нейтрализации кислых рудничных вод не были реализованы. Одним из первых мероприятий, направленное на решение этой проблемы, которое можно было бы рекомендовать - это отсыпка русел основных кислых ручьев в непосредственной близости от отвалов карбонатным материалом определенной крупности. По результатам лабораторных испытаний [Ковальчук, 1986, 1988] известняки фракцией 50-60 мм нейтрализуют кислые воды (рН -2.0) за 6-11суток. Выполнение этого эксперимента на одном из участков формирования кислых вод позволит определить эффективность и необходимость проведения подобных работ на всех участках.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Филиппова К. А. Формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках рек на Бакальском железорудном поле (Южный Урал) // Минералогия техногенеза - 2001. Миасс: ИМин УрО РАН,

2001. С. 250-253.

Филиппова К. А. Минеральный и микроэлементный состав донных отложений поверхностных водотоков в зоне деятельности Бакальских рудников (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов- 2001. История месторождений и эволюция рудообразования. Миасс: Геотур, 2001. С. 108-111.

Филиппова К. А. Сульфидная минерализация в породах Бакальских сидеритовых месторождений: распределение и минеральный состав (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов - 2002. Формирование и освоение месторождений в офиолитовых зонах. Миасс: ИМин УрО РАН,

2002. С. 139-144.

Филиппова К. А. Исследование снежного покрова в зоне влияния Бакальской агломерационной фабрики (Южный Урал) // Минералогия техногенеза - 2002. Миасс: ИМин УрО РАН, 2002. С.322-327.

Филиппова К. А. Формирование кислых рудничных вод как результат техногенеза Бакальских железорудных месторождений (Южный Урал) // Школа экологической геологии и рационального недропользования. Материалы III межвузовской молодежной конференции. Санкт-Петербург, 2002. С. 339-341.

Удачин В. Н., Филиппова К. А., Вильямсон Б., Семиколенных А. А. Состав и условия образования органо-седиментационных структур в областях кислого рудничного дренажа // Биокостные взаимодействия: жизнь и камень. Материалы I международного симпозиума. Санкт-Петербург, 2002. С. 132-135.

Филиппова К. А., Дерягин В. В. Карьерные озера Бакальской геотехнической системы (Южный Урал) // Тезисы докладов Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле. Новосибирск, 2002. С. 153154.

Филиппова К. А., Бессонова Е. П., Дерягин В. В. Формы нахождения основных ионов и металлов в водах карьерных озер Бакальских рудников (Южный Урал) // Строение литосферы, и геодинамика. Материалы XX Всероссийской молодежной конференции. Иркутск, 2003. С. 237-238.

Удачин В. Н., Филиппова К. А., Дерягин В. В. Процессы формирования состава воды в карьерных озерах Южного Урала // Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии. Сборник материалов второй Всероссийской научно-практической конференции. Челябинск, 2003. С. 115-118.

д 47 А8

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Филиппова, Ксения Александровна

Введение

1. Состояние проблемы и направления в исследовании геотехнических систем (ГТС)

2. Методика работ

2.1. Методика полевых и пробоподготовительных работ

2.2. Методы определения основных физико-химических показателей и приборы

2.3. Экспериментальные исследования

3. Бакальская ГТС как объект исследований

3.1. Общие сведения

3.2. Геологическое строение Бакальского рудного поля

4. История развития Бакальской геотехнической системы

4.1. Техногенез лимонитовой зоны окисления

4.2. Техногенез сидеритовых залежей и сульфидсодержанщх вмещающих пород

4.3. Структура и ресурсы формирующейся Бакальской ГТС

5. Сульфидная минерализация пород как причина образования кислых рудничных вод

5.1. Распределение и формы нахождения сульфидной минерализации в породах 40 рудоперекрывающей толщи

5.2. Минеральный и микроэлементный состав сульфидов

5.3. Микроэлементный состав пород Бакальского рудного поля

6. Гидрогеохимическая структура Бакальской ГТС

6.1. Краткая гидрогеологическая характеристика Бакальского рудного поля

6.2. Шахтные воды

6.3. Карьерные воды

6.3.1. Оценка форм нахождения макро- и микрокомпонентов в водах карьерных озер 72 методом термодинамического моделирования

6.4. Подотвальные воды

7. Формирование и состав новых минеральных фаз в Бакальской ГТС

7.1. Новообразованные сульфаты

7.2. Донные отложения карьерных озер

7.3. Донные отложения поверхностных водотоков как индикаторы техногенной нагрузки 113 дренируемой площади

7.3.1. Формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках поверхностных водотоков

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геохимия процессов техногенеза Бакальских железорудных месторождений"

Актуальность работы. В результате разработки многочисленных месторождений полезных ископаемых к настоящему времени образовалось большое количество геотехнических систем (ГТС), в пределах которых происходит активное преобразование природной среды, связанное с добычей, переработкой полезных ископаемых и складированием отходов. Геотехническая система есть результат взаимодействия природной геосистемы и технической системы [Емлин, 1991, 1993]. Изучение геотехнических систем, их компонентов и процессов, происходящих в них, являются актуальными направлениями исследований в последние десятилетия.

В результате, более чем 200-летнего изучения Бакальских месторождений, детально разработаны вопросы стратиграфии вмещающих отложений, размещения месторождений, строения рудных тел, основные вопросы тектоники, магматизма и метаморфизма всего рудного района. Проблема образования кислых рудничных вод в Бакальской ГТС возникла в 80-х годах прошлого столетия, в связи с чем, Бакальские рудники стали вести систематические наблюдения за их выходами.

Система горных выработок и отвалов Бакала не рассматривалась ранее как сложная развивающаяся геотехническая система, преобразующая, рассеивающая и концентрирующая минеральное вещество. Изучение этих аспектов техногенеза имеет большое значение, поскольку дает возможность прогнозировать и контролировать эти процессы.

Бакальская ГТС интересна тем, что при разработке карбонатных железных руд, залегающих в карбонатно-терригенной толще, возникла проблема сернокислого воздействия на природные компоненты. Работа раскрывает актуальную проблему, решение которой, на примере конкретного объекта, будет способствовать прогнозированию экологических последствий при разработке месторождений полезных ископаемых.

Основные задачи.

1. Изучение истории формирования и развития Бакальской геотехнической системы. Выделение и характеристика этапов развития ГТС.

2. Исследование сульфидной минерализации пород Бакальских месторождений, складируемых в отвалы, и продуктов ее окисления как причины формирования кислых рудничных вод.

3. Определение геохимических особенностей различных типов вод, образовавшихся в ГТС.

4. Изучение новых минеральных фаз, сформировавшихся в ГТС, донных осадков поверхностных водотоков как индикаторов техногенной нагрузки на природные гидросистемы.

Фактический материал и методы исследований. Основой для исследования послужили материалы, собранные автором и сотрудниками лаборатории минералогии техногенеза и геоэкологии во время полевых работ (1997-2003 гг.) на Бакальских железорудных месторождениях (Челябинская область).

Исследования выполнялись в Институте минералогии УрО РАН по теме «Процессы минералообразования и изменения окружающей среды при добыче и переработке полезных ископаемых» (номер гос. регистрации 01.200.202522) (руководитель Удачин В. И.), входящей в приоритетные направления развития науки, технологии и техники РФ «Экология и рациональное природопользование» № 8; в рамках хозяйственного договора (№ Б/99) с ОАО «Бакальские рудники» по теме «Мониторинг тяжелых металлов в поверхностных водах и донных отложениях в зоне деятельности ОАО «Бакальские рудники»» (ответственный исполнитель К. А. Филиппова).

Аналитические исследования проводились в Институте минералогии УрО РАН (г. Миасс), во Фрайбергской горной академии (г. Фрайберг, Германия). Аналитические работы включали: химический анализ донных отложений (Ю. Ф. Томусяк, О. Г. Шмелева); химический анализ вод (Г. Ф. Лонщакова, JL Г. Удачина, К. А. Филиппова); атомно-абсорбционный анализ (В. Н. Удачин, М. Н. Маляренок, К. А. Филиппова); масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (Г. Бомбах); рентгенофазовый анализ (Т. М. Рябухина), ядерную гамма-резонансную спектроскопию (Н. К. Никандрова). Донные осадки и сульфаты были исследованы на сканирующем электронном микроскопе РЭММА-202 MB (В. А. Котляров). Исследование минерального состава сульфидных минералов производилось оптическими методами в аншлифах на микроскопе Axiolab фирмы "Karl-Zeiss" с выполнением микрофотосъемки цифровой камерой "Sony" в отраженном свете. Химический состав сульфидов определялся микрозондовым анализом (54 определения) на приборе JEOL JCXA-733 (Е. И. Чурин).

Термодинамическое моделирование было выполнено в Институте геологии СО РЛН (г. Новосибирск) м.н.с. Е. П. Бессоновой и к.г.-м.н., с. н. с. О. JI. Гаськовой. Научная новизна и практическая значимость. Выделены этапы техногенеза для Бакальской ГТС, в соответствии с которыми происходило изменение характера взаимодействия техногенной системы с природными компонентами. Получены оригинальные данные но минеральному составу донных отложений поверхностных водотоков и карьерных озер. На основании постадийных экстракций донных отложений поверхностных водотоков определены формы нахождения микроэлементов, для определения «прочности» их фиксации. Охарактеризованы сульфатные минералы, формирующиеся на испарительном барьере в зоне капиллярной каймы кислых водотоков и в бортах карьеров в зоне капежа пластовых вод.

Впервые получены данные по составу вод карьерных озер, их изменению с глубиной и с течением времени.

Защищаемые положения.

1. Начало качественных изменений в характере взаимодействия формирующейся Бакальской геотехнической системы (ГТС) с природными компонентами обусловлено добычей сидеритовых руд и поступлением в отвалы пиритсодержащих пород зигальги некой свиты.

2. Породы, складируемые в отвалах, определяют формирование под отвальных вод с широким спектром химического состава: от нейтральных с низкометальной нагрузкой до сильнокислых с высоким содержанием металлов. Основными поставщиками сульфат-иона и тяжелых металлов в речные системы являются подотвальные воды.

3. Состав вод карьерных озер определяется литологическим составом котловин. Молодые карьерные озера характеризуются яркой контрастностью физико-химических параметров приповерхностных и придонных вод. Резкое увеличение концентраций макро- и микроэлементов в водах молодых карьерных озер происходит в верхней части гиполимниона.

4. Минеральный и микроэлементный составы аутигенной составляющей донных отложений определяются щелочным и сорбционным барьерами, возникающими в результате взаимодействия кислых техногенных и природных вод.

Апробация работы. Основные положения, рассматриваемые в работе, докладывались на: заседаниях международной научной студенческой школы «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2001, 2002), семинарах «Минералогия техногенеза» (Миасс, 2001, 2002), межвузовской молодежной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2001, 2002), I международном симпозиуме «Биокостные взаимодействия: жизнь и камень» (Санкт-Петербург, 2002), Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2002), XX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2003).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Объем работы 145 стр., включая 47 иллюстраций, 31 таблицу, 4 приложения. Список использованной литературы включает 129 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых", Филиппова, Ксения Александровна

Заключение

Показано, что ассоциации техногенных элементов в транспортирующей и депонирующих средах, отражают геохимические особенности пород и руд. Fe, Мп, А1 являются основными минералообразующими элементами и/или основными элементами-примесями в породах Бакальского рудного поля. Их переход в результате выветривания в раствор приводит к повышенным концентрациям этих элементов в водах Бакальской ГТС.

Установлено, что формирующиеся в Бакальской ГТС гидрохимические ресурсы (шахтные, карьерные, подотвальные воды) характеризуются одним химическим составом и относятся к сульфатно-гидрокарбонатному магниево-кальциевому типу. Шахтные и карьерные воды имеют нейтральную реакцию и являются низкометальными, тогда как подотвальные воды являются кислыми с высоким содержанием металлов. Максимальные коэффициенты концентрации микроэлементов были определены для кислых рудничных вод и придонных вод карьерных озер.

В результате процесса гидролиза на щелочном барьере происходит формирование аморфных гидроксидов железа и алюминия, которые характеризуются повышенными содержаниями Мп, Си и других элементов. Накопление металлов в донных отложениях происходит в результате сорбции их из раствора на гидроксидах железа и алюминия. Реализация этого механизма происходит и в карьерных озерах, и в кислых рудничных водах. В сульфатных минералах, формирующихся на испарительном барьере, основными элементами-примесями, как и в донных отложениях, являются Мп и Си. Установлено, что основными геохимическими барьерами, на которых происходит перераспределение металлов из раствора, являются: щелочной, сорбционный и испарительный.

Проблема формирования кислых рудничных вод в Бакальской ГТС хотя и имеет локальный характер, но требует решения. Выполненные исследовательские работы по определению нейтрализационной способности карбонатных пород и различных реагентов, разработанные методики по нейтрализации кислых рудничных вод не были реализованы. Одним из первых мероприятий, направленное на решение этой проблемы, которое можно было бы рекомендовать - это отсыпка русел основных кислых ручьев в непосредственной близости от отвалов карбонатным материалом определенной крупности. По результатам лабораторных испытаний [Ковальчук, 1988ф] известняки фракцией 50-60 мм нейтрализуют кислые воды (рН —2 0) за 6—11 суток. Выполнение этого эксперимента на одном из участков формирования кислых вод позволит определить эффективность и необходимость проведения подобных работ на всех участках.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Филиппова, Ксения Александровна, Екатеринбург

1. Авдонин В. Н. Техногенное окисление сульфидов Красногвардейского месторождения на Урале // Материалы по минералогии Урала. УНЦ АН СССР. Свердловск, 1984. С. 63-69.

2. Авдонин В. Н., Федорова Т. В. Современное (техногенное) минералообразование на колчеданных месторождениях Урала // Новые и малоизученные минералы и минеральные ассоциации Урала. УНЦ АН СССР. Свердловск, 1986. С. 203-206.

3. Авдонин В. Н., Молошаг В. П., Федорова Т. В. Сульфаты цинка: госларит, бойлеит и ганингит в техногенной зоне окисления Дегтярского месторождения // Материалы к минералогии рудных районов Урала. УрО АН СССР. Свердловск, 1988. С. 121-126.

4. Айриянц А. А Сульфидные техногенные системы как источник поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Новосибирск, 1999. С. 20.

5. Алекин О. А. Гидрохимия Ленинград- ГИМИЗ, 1952 - 162 с.

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

7. Анфимов Л. В, Сульман А М , Шур А. С. О метаморфизме сидеритов Бакальского месторождения на Южном Урале // Ежегодник 1976 ИГиГ УНЦ АН СССР Свердловск, 1977. С. 101-103.

8. Анфимов Л. В. Формации и рудоносность нижнего рифея в Бакало-Саткинском горнорудном районе на Южном Урале // ДАН СССР, 1982. Т 265. № 5. С. 1227-1231.

9. Анфимов Л. В., Бусыгин Б. Д., Крупенин М. Т. Закономерности распространения железа в породах рифейской сидеритовой формации Бакала на Южном Урале // Литология и полезные ископаемые, 1984. № 1. С. 136-143.

10. Беус А. А., Грабовская Л. И., Тихонова Н. В. Геохимия окружающей среды. — Москва: Недра, 1976.-247 с.

11. Варлаков А. С. Метаморфизм в связи с диабазами в районе Бакальского рудного поля. Москва: Недра, 1967. 42 с.

12. Гавриленко В. В. Проблемы экологической геохимии и минералогии горнорудных районов // Школа экологической геологии и рационального недропользования.

13. Материалы III межвузовской молодежной конференции. Санкт-Петербург, 2002а. С. 120-122.

14. Гавриленко В. В., Панова Е. Г. Экзогенные преобразования кристаллического вещества как объект экологической минералогии // Биокостные взаимодействия: жизнь и камень. Материалы I международного симпозиума. Санкт-Петербург, 20026. С. 260-263.

15. Гарань М. И. В кн.: Геология СССР. Т XII. Ч 1. Москва: Недра, 1969.

16. Геохимия ландшафтов рудных провинций / Перельман А. И. и др. АН СССР. Наука, 1982.-259 с.

17. Геохимия окружающей среды / Сает Ю. Е. и др. — Москва: Недра, 1990. 335 с.

18. Гордеев В. В. Речной сток в океан и черты его геохимии. Москва: Наука, 1983. -159 с.

19. Гусева Т. В., Молчанова Я. П. и др. Справочник по гидрохимии. — Эколайн, 2000.

20. Давыденко Ю. А. Стратиграфический разрез рудоносной свиты Бакала (Урал) по новым данным. // ДАН СССР, 1962. Т 144. № 5. С. 1109-1113.

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

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

23. Даувальтер В. А. Закономерности осадконакопления в водных объектах европейской субарктики (природоохранные аспекты проблемы). Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук. Москва, 1999. 52 с.

24. Дэна Дж. Д., Дэна Э. С., Пэлаг Ч., Берман Г., Фрондель К. Система минералогии. Т II. Полутом 1. Галоиды, карбонаты, нитраты, иодаты, бораты, сульфаты. Москва, 1953.

25. Елпатьевская В. П. Взаимодействие подотвальных вод полиметаллических месторождений с водами местного речного стока. // География и природные ресурсы. -1997.-№ 2.-С. 57-62.

26. Елпатьевский П. В. Металлоносность вод горнопромышленного техногенеза. // Добыча золота. Проблемы и перспективы. Хабаровск, 1997. С. 326 — 332.

27. Елпатьевский П. В. Природные процессы осаждения металлов из рудничных стоков. // Экологические аспекты развития производительных сил Дальнего Востока. Сб. научных трудов. 1992. — С. 102-106.

28. Емлин Э. Ф. Техногенез — новейший этап геологической истории рудных месторождений Урала // Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1993. - № 5. - С. 43-127.t i * -fc «1. Г 15• i * * f

29. Емлин Э. Ф., Конюхова Н. П. Опыт лабораторного моделирования окисления сульфидных руд в условиях внешних отвалов // Изв. ВУЗов. Горный журнал. 1983.• № 9. С. 20-24.

30. Емлин Э. Ф. Кадмий в геотехносфере Урала. Екатеринбург, 1997. 283 с.

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

32. Жуховицкая A. JI., Генералова В. А. Геохимия озер Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1991. 202 с.

33. Заварицкий А. Н. К вопросу о происхождении железных руд Бакала. Москва: изд-во АН СССР, 1939. 40 с.

34. Зайков Б. Д. Очерки по озероведению. Ленинград: ГИМИЗ, I960. 238 с. 35 Захаров С. Г. Мы изучаем озеро. - Челябинск, 2001. 56 с.

35. Кораблева А. И. Оценка загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами. // ф Водные ресурсы. 1991. -№ 2. — С. 105-110.

36. Крупенин М. Т. Литолого-фациальный состав сидеритовой формации Бакала // Ежегодник 1982. ИГиГ УНЦ АН СССР. Свердловск, 1983. С. 24-30.

37. Крупенин М. Т., Анфимов Л. В. Взаимоотложения сидеритового и магнезитового оруденения в Бакальском рудном поле // Ежегодник 1984. ИГиГ УНЦ АН СССР. Свердловск, 1985. С. 121-123.

38. Крупенин М. Т. Связь формирования бурых железняков с этапами выветривания рифейских осадочных толщ Южного Урала //. Ежегодник ИГГ им. А. Н. Заварицкого УрО РАН. 1990. - С. 134.

39. Крупенин М. Т., Маслов А. В., Рыкус М. В., Сначев В. И. Новые данные о содержании ф Сорг в сланцах нижнего рифея Южного Урала // Ежегодник — 1992. ИГиГ УрО РАН.

40. Екатеринбург, 1993. С. 19-20.

41. Крупенин М. Т., Маслов А. В., Петрищева В. Г., Шерстобитова Л. А. Углеродистые глинистые сланцы рифея — новое для Урала минеральное сырье // Ежегодник — 1993. ИГиГ УрО РАН. Екатеринбург, 1994. С. 45-46.

42. Крупенин М. Т. Условия формирования сидеритоносной бакальской свиты нижнего рифея (Южный Урал). Екатеринбург, 1999. 257 с.

43. Летувнинкас А. И. О количественной характеристике типоморфности химических элементов и комплексности техногенных геохимических потоков в донных отложениях // Геология и геофизика, 1996. Т. 37. № 3. С. 55-61.

44. Линник П. Н. Формы нахождения тяжелых металлов в природных водах — составная часть эколого-токсикологической характеристики водных экосистем. // Водные ресурсы, 1989. № 1. С. 123-133.

45. Линник П. Н., Набиванец Б. И., Брагинский Л. П. Формы существования, основные закономерности превращений и биологическая роль соединений тяжелых металлов в природных водах. // Водные ресурсы, 1987. № 5. С. 84—96.

46. Линник П. Н., Набиванец Б. И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986. - 269 с.

47. Лукашев К. И. Геохимические процессы миграции и концентрации элементов в биосфере. Минск: БГУ им. В. И. Ленина, 1957. - 219 с.

48. Малахов А. Е. Новые данные по геологии Бакальской группы месторождений. // Изв. АН СССР. Сер. геологическая, 1956. № 11. С. 77-91.

49. Нестеренко В. С , Левит А. И. Техногенные загрязнения окружающей среды на Бакальской площади // Проблемы экологии Южного Урала, 1995. № 3. С. 36-45.

50. Обласова Т. В., Авдонин В. Н. Гипергенные процессы на разрабатываемых колчеданных месторождениях Среднего Урала // Оценка перспектив и рациональные методы разведки месторождений цветных металлов Урала. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1993. С. 74-84.

51. Озера Баргузинской долины. Новосибирск. Наука, 1986. — 165 с.

52. Перельман А. И Геохимия ландшафта. Москва: Высшая школа, 1975. - 339 с.

53. Потапов С. С. Изучение минералообразования при добыче нефти и газа // Минералогия техногенеза 2000. Миасс: ИМин УрО РАН, 2000. С. 86-105.

54. Проценко В. Ф. Количественная оценка содержания пирита (сульфидов) в рудах и породах черносланцевых толщ // Зап. Узбекистанского отд. ВМО. Ташкент, 1988. Вып. 41.С. 46^19.

55. Рентгеновская картотека PDF (Powder diffraction files), 1984.

56. Рябинин В. Ф., Шабалина М. А. Взаимодействие хвостов переработки медеплавильного шлака с водой // Ежегодник 2001. ИГиГ УрО РАН. Екатеринбург, 2002. С. 301-304.

57. Сауков А. А. Геохимия. Москва: Наука, 1975. - 480 с.

58. Смирнов С. С. Зона окисления сульфидных месторождений. — Москва: АН СССР, 1955.-331 с.

59. Соловьев Ю. С. Находки галенита на Бакале. // Записки ВМО. 1948. Сер. II. Ч. 77. Вып. 4. С. 322-323.ч в » »

60. Табаксблат JI. С. Кадмий в рудничных водосбросах медно-колчеданных месторождений Урала // Изв. ВУЗов. Геология и разведка, 1988. № 2. С. 79-83.

61. Табаксблат JI. С., Сахарова В. М., Долина И. А. Моделирование комплексообразования в техногенных водах: Учеб. Пособие. Екатеринбург: Изд. УГГГА, 2000. 80 с.

62. 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.

63. Тимесков В. А. Минералогия карбонатных руд и вмещающих их карбонатных пород Бакальского железорудного месторождения на Южном Урале. Изд. Казанского университета, 1963.-213 с.

64. Типоморфизм минералов. Справочник. Москва: Недра, 1989. — 559 с.

65. Трофимов Е. П. Бакал: сквозь призму лет. Челябинск, 1998. — 367 с.

66. Удачин В. Н., Ерохин Ю. В. Роль микробной массы в процессах трансформации минеральных соединений железа // Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия. Тезисы докладов. Сыктывкар, 1996. С. 63.

67. Удачин В. Н., Дерягин В. В. Процессы формирования состава воды в двух карьерных озерах Южного Урала // Школа экологической геологии и рационального недропользования. Материалы II межвузовской молодежной конференции. Санкт-Петербург, 2001. С. 100-102.

68. Филиппова К.А. Формы нахождения тяжелых металлов в донных осадках рек на Бакальском железорудном поле (Южный Урал) // Минералогия техногенеза — 2001. Миасс: ИМин УрО РАН, 2001. С. 250-253.

69. Филиппова К А, Дерягин В.В. Карьерные озера Бакальской геотехнической системы (Южный Урал) // Тезисы докладов Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле. Новосибирск, 2002. С. С. 153-154

70. Филюшкина Ю Г., Ковальчук А. И. Влияние кислых подотвальных вод Бакальского месторождения на речную сеть бассейна реки Юрюзань // Ежегодник-1992. ИГиГ УрО РАН. Свердловск, 1993. С. 154-157.

71. Филюшкина Ю. Г., Ковальчук А. И. Формирование кислых подотвальных вод Бакалького месторождения // Ежегодник-1993. ИГиГ УрО РАН. Екатеринбург, 1994. -С.168-170.

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

73. Чесноков Б. В., Щербакова Е. П. Минералогия горелых отвалов Челябинского угольного бассейна. — Москва: Наука, 1991. — 152 с.

74. Чесноков Б. В. Опыт минералогии техногенеза 15 лет на горелых отвалах угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик Южного Урала // Уральский минералогический сборник № 9. Миасс: ИМин УрО РАН, 1999. С. 138-167.

75. Шварцев С. JI. Гидрогеохимия зоны гииергенеза. Москва: Недра, 1998. — 365 с.

76. Шилькрот Г. С. Механизмы, управляющие химическим составом речных и озерных вод // Изв. РАН. Серия географическая. 1998. № 4. С. 42-58.

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

78. Щербакова Е. П. Минералы класса сульфатов продукт преобразования техногенной серы на поверхности Земли // Уральский минералогический сборник № 6. Миасс: ИМин УрО РАН, 1996. С. 162-166.

79. Щербакова Е. П. Современное минералообразование в техногенных водоемах сульфатного типа (Южный Урал) // Минералогия техногенеза 2000. Миасс: ИМин УрО РАН, 2000. С. 169-171.

80. Щербакова Е. П., Звонарева Г. К., Кораблев Г. Г. Цинк в техногенных сульфатах Южного Урала // Минералогия техногенеза 2002. Миасс: ИМин УрО РАН, 2002. С. 306-309.

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

82. Щербакова Е. П, Звонарева Г. К., Никандрова Н. К. Особенности химизма техногенных копиапитов Урала // Минералогия техногенеза 2003. Миасс. ИМин УрО РАН, 2003. С. 241-245.

83. Щербина В. В. Миграция элементов и процессы минералообразования. — Москва: Наука, 1980.-282 с.

84. ЯнинЕ. П. Техногенные потоки рассеяния химических элементов в донных отложениях// Советская геология, 1988. № 10. С. 101-109.

85. Яницкий А. Л., Сергеев О. П. Бакальские железорудные месторождения и их генезис. Москва: Изд. АН СССР, 1962. - 112 с.

86. Яхонтова JI. К., Груд ев А. П. Зона гипергенеза рудных месторождений. — Москва: Изд. МГУ, 1978.-229 с.

87. Яхонтова Л. К., Грудев А. П. Минералогия окисленных руд. Москва: Недра, 1987. — 197 с.

88. Bachmann Т. М, Friese К., Zachmann D. W. Redox and рН coditions in the water column and in the sediments of an acidic mining lake // Journal of Geochemical Exploration 73. 2001. pp. 75-86.

89. Benvenuti M., Mascaro I., Corsini F., Lattanzi P., Parrini P., Tanelli G. Mine waste dumps and heavy metal pollution in abandoned mining district of Boccheggiano (Southern Tuscany, Italy). // Environmental Geology, April, 1997. 30 (3/4). pp 238-243.

90. Bigham J. M., Carlson L. and Murad E. Schwertmannite, a new iron oxyhydroxysulphate from Pyhasalmi, Finland, and other localities // Mineralogical Magazine, Dec. 1994, Vol. 58. pp. 641-648.

91. Bigham J. M., Schwertmann U., Carlson L. and Murad E. A poorly crystallized oxyhydroxysulphate of iron formed by bacterial oxidation of Fe (II) in acid mine waters // Geochimica et Cosmochimica Acta. Vol. 54. 1990. pp. 2743-2758.

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

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

94. Blowes D. W., Jambor J. L. The pore-water geochemistry and the mineralogy of the vadose zone of sulfide tailings, Waite Almulet, Quebec, Canada. // Applied Geochemistry. Vol. 5. 1990. pp. 327-346.

95. Castro J. M., Moore J. N. Pit lakes: their characteristics and the potential for their remediation // Environmental Geology. 39(11). 2000. pp. 1254—1260.

96. Cyril W. Childs, Katsuhiro Inoue, Chitoshi Mizota. Natural and anthropogenic schwertmannites from Towada-Hachimantai Park, Honshu, Japan // Chemical Geology 144 (1998). pp. 81-86.

97. Davis A., Ashenberg D. The aqueous geochemistry of the Berkeley Pit, Butte, Montana, U.S.A. // Applied Geochemistry. Vol. 4. 1989. pp. 23-36.

98. Eary L. E. Geochemical and equilibrium trends in mine pit lakes // Applied Geochemistry. Vol. 14. 1999. pp. 963-987.

99. Gray N. F. Acid mine drainage composition and the implications for its impact on lotic systems // Wat. Res. 1998. Vol. 32. № 7. pp. 2122-2134.

100. Hochella M. F., Moore Jr. J. N., Golla U., Putnis А. А ТЕМ study of samples from acid mine drainage systems: Metal-mineral association with implication for transport // Geochimica et Cosmochimica Acta. Vol. 63. No. 19/20. 1999. pp. 3395-3406.

101. Hudson-Edwards К. A., Schell С., Macklin M. G. Mineralogy and geochemistry of alluvium contaminated by metal mining in the Rio Tinto area, southwest Spain // Applied Geochemistry. Vol. 14. 1999. pp. 1015-1030.

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

103. Nordstrom D. K. Chemical modeling of acid mine waters in the Western United States // Meting proceedings USGS Water Resources Investigations Report, 1991. № 91 — 403. pp. 534-538.

104. Pestana M. H. D., Formoso M. L. L., TeixeiraE. C. Heavy metals in stream sediments from copper and gold mining areas in southern Brazil // Journal of Geochemical Exploration 58. 1997. pp. 133-143.

105. Plumlee G. S., Smith K. S. et al. Geologic controls on the composition of natural waters and mine waters draimng diverse mineral-deposit types // The environmental geochemistry of mineral deposits. 2000. Vol. 6B. pp. 373-432.

106. Rampe J.J., Runnells D. D Contamination of water and sediment in a desert stream by metals from an abandoned gold mine and mill, Eureka District, Arizona, U.S.A. // Applied Geochemistry, 1989. Vol 4. pp 445-454

107. Shevenell L, Connors K. A., Henry C. D. Controls on pit lake water quality atsixteen open-pit mines in Nevada// Applied Geochemistry. Vol. 14. 1999. pp 669-687.

108. Tempel R. N., Shevenell L. A., Lechler P , Price J. Geochemical modeling approach to predicting arsenic concentrations in a mine pit lake // Applied Geochemistry. Vol. 15. 2000. pp. 475-492.

109. Tessier A., Cambell P. G. C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Analytical Chemistry. Vol. 51. 1979. pp. 256-273.

110. Turekian К. K. The oceans, streams and atmosphere // Handb. Geochim. — Berlin, N. Y., 1969. pp. 297-323.

111. 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, 27, 1996. pp. 286-299.

112. Ковальчук А. И. Рекомендации по устранению отрицательного влияния техногенных факторов на состав речных вод на территории деятельности Бакальского рудоуправления. ПГО «УралРуда» Свердловск, 1986.

113. Ковальчук А И. Рекомендации на проектирование схемы нейтрализациикислых подотвальных вод южных отвалов Восточно-Буландихинского карьера (опытно-промышленный участок на р Дунай) Свердловск, 1988.

114. Максимов Г. С., Филиппова JI. А. Отчет по гидрогеологическим условиям разрабатываемых месторождений Бакальской группы с подсчетом эксплуатационных запасов подземных вод по состоянию на 01.01.1996 г. Бакал, 1996.

115. Научно-технический отчет по теме № 2.100: «Разработка технологии отчистки кислых подотвальных вод от сульфатов». (Под рук. Н Г Жуматовой) ВНИИ ВОДГЕО, Челябинск, 1988

116. Отчет по результатам исследований условий формирования кислых подотвальных вод Бакальского РУ. Екатеринбург, 1995. (Комиссия по охране природы УрО РАН. Бюро экологических экспертиз).

117. Промежуточный отчет: «Исследование техногенного влияния на естественный гидрохимический фон в зоне Бакальского карьера и разработка биоинженерной системы отчистки карьерных вод» (отв. исполнитель В. Ф. Панкратов). РосНИИВХ, Екатеринбург,! 993.

118. Сергеев О. П., Мочалова JI. М. Перспективная оценка Бакальского рудного поля Челябинской области. Бакальская ГРП. 1960.

119. Каталог отобранных проб воды в зоне деятельности ОАО «Бакальские рудники»-п/п Место отбора Дата отбора 1998 10.09.99/ 22.10.99* 2000 2001 20031. Шуйдинские отвалы

120. Восточный склон, приотвальные воды 5563 5577/ 5588

121. Южный склон, приотвальные воды 5564 5578

122. Ручей Отвальный №1 5565 5579/ 5587 2021 В7

123. Юго-восточный склон, приотвальный ручей 5566 5580 2020

124. Юго-восточный склон, приотвальный ручей 5567 5581 2019

125. Восточный склон отвалов к-ров ОГПУ, приотвальные воды 5568 5582/ 5590

126. Восточный склон отвалов к-ров ОГПУ, приотвальный ручей 5583

127. Южный склон отвалов ОГПУ, приотвальные воды 5570 5584/ 5591

128. Южный склон отвалов ОГПУ, приотвальные воды 5571 5585/ 5589 2018

129. Южный склон отвалов ОГПУ, приотвальные воды 5572 5586 2017

130. И Южный склон отвалов ОГПУ, приотвальные воды 2016

131. Результирующий ручей подотвальных ручьев Южного склона Шуйдинских отвалов до впадения в р. Буланку 8442/ 8457 2025

132. Южный склон Шуйдинских отвалов первый подотвальный ручей 2024

133. Южный склон Шуйдинских отвалов второй подотвальный ручей 2026

134. Северный склон, подотвальный ручей 8418 B(W)416 р.Сильга после впадения подотвальных ручьев 8419 B(W)3 В1017 р.Сильга до впадения подотвальных ручьев 8420 B(W)2 В8

135. Северный склон, подотвальный ручей 8421 2001 В9

136. Северный склон, подотвальный ручей 2002

137. Северный склон, иодотвальный ручей 200321 р.Сильга до впадения подотвальных ручьев выше дороги 8422

138. Восточно-Буландихииские отвалы

139. Северный склон, подотвальный ручей 8424 200423 р.Татарка до впадения иодотвального ручья 8423 2005 24 р.Татарка после впадения подотвального ручья 8425 2006 25 р.Татарка у Малосаткинского вдхр. 8426

140. Ручей у останца Шихан 8246 8430/8450 2015

141. Подотвальный ручей в 700 м от поворота в пос. Иркускан (в сторону г. Бакала) 2010

142. Восточный склон, результирующий ручей Восточных подотвальных ручьев 8242 8431/ 8451 2008

143. Восточный склон, руч. Восточный 8432 2009 B(W)14 B6

144. Восточный склон, подотвальный ручей 8243 8433 20071. Иркусканские отвалы

145. Восточный сток реки Гаевой 8434

146. Левый приток 1-го Восточно-Буландихинского ручья 5573

147. Исток 1-го Восточно-Буландихинского ручья 5574 2011

148. Ш-й Восточно-Буландихинский ручей 5576

149. Суммирующий ручей Буландихинских подотвальных ручьев 8435/ 8452 B(W)9 B1536 р. Дунай, мост, южная часть пос. Рудничный 8247 8436 2012 B(W)8 ВЗ

150. Руч. Брусничный до впадения подотвальных вод 2014 Bll

151. Руч. Брусничный после впадения подотвальных вод В12