Гидрогеохимическая трансформация Липовской геотехногенной системы

Бизяев, Николай Алексеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Гидрогеохимическая трансформация Липовской геотехногенной системы
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Гидрогеохимическая трансформация Липовской геотехногенной системы"

На правах рукописи

БИЗЯЕВ Николай Алексеевич

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛИПОВСКОЙ ГЕОТЕХНОГЕННОЙ СИСТЕМЫ

Специальность: 25.00.36 - «Геоэкология»

005045920

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

1 4 КЮН 2012

Екатеринбург - 2012

005045920

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный

руководитель — Коротеев Виктор Алексеевич

доктор геолого-минералогических наук, академик РАН

Официальные

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

Институт геологии УНЦ РАН, зав. лабораторией гидрогеологии и

геоэкологии, зам. директора по науке

Иванов Юрий Константинович, кандидат геолого-минералогических наук,

Институт геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого УрО РАН, заведующий группой гидрогеологии и геоэкологии

Ведущая организация - Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, г. Москва

Защита состоится 26 июня 2012 года в 14:30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30. (3-е учебное здание, ул. Хохрякова, 85, конференц-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат разослан 25 мая 2012 года

Учёный секретарь диссертационного совета

оппоненты:

Абдрахманов Рафил Фазылович,

доктор геолого-минералогических наук ,

Введение

Актуальность проблемы. В последнее время в рамках техногенеза активно развивается ряд новых научных направлений, в том числе гидрогеохимия техногенеза. Задача этого направления - изучение поведения химических элементов гидролитосферы под воздействием техногенеза.

В настоящее время важны вопросы гидрогеохимической трансформации природных вод, обусловленной комплексным воздействием природных и техногенных факторов. Анализ устойчивости и соотношений комплексных соединений в разнообразных гидрогеохимических средах является объективным и информативным способом гидрогеохимических прогнозов.

Цель и задачи исследования. Апробация метода гидрогеохимического моделирования для оценки перераспределения химических элементов при эволюции геотехногенной системы, разработка теоретических и методических основ моделирования процессов техногенного изменения гидролитосферы.

В задачи исследования входили: обобщение данных по преобразованию гидросферы геотехногенной системы; анализ изменения химического состава гидросферы в различные этапы техногенного развития; разработка термодинамической модели преобразования гидросферы и миграции Со, Ре.

Фактический материал. Основой для исследования послужили материалы, собранные автором во время полевых работ, и анализ литературных, в том числе фондовых, данных. Натурный материал был собран путем пробоотбора пород в бортах карьеров, донных отложений карьерных озер; опробования подземных и поверхностных вод (более 450 проб).

Методы исследования. Работа заключалась в обобщении и анализе наблюдений за режимом и составом гидросферы Липовской геотехногенной системы методами гидрогеохимического моделирования с использованием программного комплекса гидрохимических расчётов «Нус1гоОеО-32».

Аналитические работы. Включали химические анализы поверхностных и подземных вод (спектрофотометрический и колориметрический метод). Минеральный состав донных отложений карьерных озёр установлен рентгенометрическим и спектральным флуоресцентным методами.

Научная новизна. Впервые создана комплексная гидрогеохимическая модель преобразования геотехногенного объекта с учетом миграции типоморфных химических элементов силикатно-никелевого оруденения. Выделены этапы техногенеза для Липовской геотехногенной системы. Определены формы нахождения микроэлементов в природных водах и получены данные по изменению с течением времени химического состава гидросферы объекта.

Структура и состав работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения: 1. Описание орогидрографических и геологических особенностей Липовской геотехногенной системы; 2. Характеристика геотехногенной структуры и её эволюции; 3. Гидрогеохимический аспект преобразования гидросферы геотехногенной системы; 4. Моделирование гидрогеохимических взаимоотношений на основе законов химической термодинамики; 5. Оценка устойчивости соединений

типоморфных элементов рудоносной коры выветривания в гидросфере геотехногенной системы.

Диссертация изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 77 рисунков, 20 таблиц, включая 3 приложения. Библиографический список включает 115 литературных источников, в том числе 6 зарубежных изданий.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы вошли в проект мониторинга геологической среды территории ОГУ «Природно-минералогический заказник «Режевской», опубликованы в материалах конференций, в том числе: «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону, 2007), «Всероссийское литологическое совещание» (Екатеринбург, 2008), «Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского» (Пермь, 2008-2012), «Сергеевские чтения» (Москва, 2009).

Диссертационная работа выполнена под научным руководством действительного члена РАН, доктора геол.-минерал, наук В.А. Коротеева. Автор выражает глубокую благодарность за всестороннюю помощь и поддержку профессору, доктору геол.-минерал, наук Л.С. Табаксблату. Большую помощь в изучении Липовской геотехногенной системы оказали сотрудники кафедры минералогии Уральского горного университета - профессор, доктор геол,-минерап. наук Э.Ф. Емлин и доцент, канд. геол.-минерал, наук В.И. Кайнов. Помощь в сборе фактического материала оказали сотрудники ОГУ «Природно-минералогический заказник «Режевской» С. Л. Волохин и Е. В. Минеева.

Защищаемые положения

1. Облик природных вод в пределах геотехногенной системы определяется гидрогеохимической активностью коры выветривания и регулируется процессами взаимодействия с карбонатными породами. Воды карьерных озёр формируются подземными водами, связанными с ними гидродинамическим и гидрохимическим взаимодействием.

2. Наибольшей миграции подвержены типоморфные химические элементы, дислоцированные в материале-заполнителе карстовых депрессий. В настоящее время в карьерных озёрах накапливается сорбированный никель, что обусловлено его перераспределением между компонентами гидролитосферы.

3. Техногенное вмешательство в Липовской геотехногенной системе практически полностью нейтрализовано, последствия его воздействия максимально устранены. Геотехногенная система в настоящее время в гидрогеохимическом отношении представляет структуру, по своим характеристикам приближенную к фоновым природным геосистемам.

Общие сведения о Липовской геотехногенной системе

Литоосновой Липовской

геотехногенной системы (рис. 1) служит месторождение силикатно-никелевых руд. Разработка его проводилась с 1960 по 1991 год, открытым способом.

Рис. 1. Ситуационный план Липовской геотехногенной системы:

1 - автодороги; 2 - внешние отвалы; 3 — карьерные выемки; 4 - карьерные озёра; 5 - приотвальные озёра; 6 — трансаккумулятивные озёра;

7 - автоморфные озёра; 8 - кусты водозаборных скважин эксплуатируемых (А) и выведенных

из работы (Б); 9 - водораздел поверхностных вод; 10 - исток р. Бобровки.

В геологическом плане месторождение приурочено к группе небольших пластообразных тел серпентинитов общей площадью около 2,5 км2, мощностью от 30 до 300 м и протяжением до 2 км, залегающих в пределах Мурзинско-Аду некого антиклинорного поднятия, сложенного метаморфизованными осадочными и эффузивно-пирокластическими толщами позднепротерозойско-кембрийского возраста (Ферштатер, 2001). Рудовмещающей является мезозойская латеритная кора выветривания мощностью до 200 м (Кудряшов, 1975).

В 1991 г. месторождение было отработано, дренажные воды рудника были признаны годными для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Липовский водозабор подземных вод - основной источник водоснабжения г. Реж. Эксплуатационные запасы подземных вод составляют 13,82 тыс. м3/сут. по категории А, при этом 80 % запасов формируется за счет карьерных озер.

На месторождении развит один водоносный горизонт, приуроченный к палеозойскому фундаменту, корам выветривания и рыхлым песчано-глинистым отложениям мезокайнозоя, подземные воды трещинно-карстовые, безнапорные (Письменская, 1985). Статический уровень до начала водопонижения находился на отметках 215-221 м. Питание водоносного горизонта происходит за счёт атмосферных осадков, разгрузка осуществляется в долинах рек Реж и Липовка.

Карьер 6

карьер 8

Первое защищаемое положение

Облик природных вод в пределах геотехногенной системы определяется гидрогеохимической активностью коры выветривания и регулируется процессами взаимодействия с карбонатными породами. Воды карьерных озёр формируются подземными водами, связанными с ними гидродинамическим и гидрохимическим взаимодействием.

Гидродинамическое взаимодействие подземных и карьерных вод

Поверхностная и подземная гидросферы геотехногенной системы связаны через карьерные озёра, которые по сути своей являются преобразованными подземными водами. Однако, хотя озёра и представляются аквальными системами техногенного происхождения, они сопоставимы с природными.

В 1989 году начал действовать питьевой водозабор на базе двух «кустов» водопонизительных скважин Липовского рудника. К моменту закрытия рудника была сформирована депрессионная воронка площадью порядка 30 км2 с нижней отметкой динамического уровня подземных вод +85 м (рис. 2,а).

Гидродинамический режим постепенно стабилизировался, произошло восстановление уровня подземных вод (рис. 2,6). Под влиянием метеорных вод уровень зеркала подземных вод в участках положительных форм рельефа повысился, что создало трансаккумулятивные и автоморфные озёра.

Рис. 2. Вид депрессионной воронки Липовской геотехногенной системы в 1990 г. (а) и форма зеркала подземных вод Липовской геотехногенной системы в 2006 г. (б)

Таблица 1

Гидродинамическая взаимосвязь озера в карьере Л-4-5 и скважин водозабора

Год наблюдений

2003 2005 2008

21500

Глубина озера, м

Дебит скважин, м3/сут.

Объём воды в озере, млн. м3

15000

14000

19000

9500

При выполаживании депрессионной воронки из-за нерациональной схемы консервации в карьерных выработках начали образовываться озёра. Сейчас они занимают 193 га, а их суммарный объём более 12 млн м3. Озеро 4-5 карьера находится в гидродинамической связи с кустом водозаборных скважин «Верхний» (Кецко, 1996), о чём свидетельствуют режимные наблюдения (табл. 1). Кроме того, отмечено понижение уровня воды в озере карьера Л-4-5 при работе куста скважин «Верхний».

Химический состав гидросферы Липовской геотехногенной системы

На долю подземных вод в миграции химических элементов, приходится 54,3 % (Волков, 1992) от общего гидрогеохимического баланса геотехногенной системы. Изменение водных потоков при отработке месторождения, а впоследствии водозабор изменили пути миграции химических элементов.

Трещинные воды серпентинитовых массивов по химическому составу резко выделяются повышенным содержанием М§2+. Кроме того, в них происходит смещение карбонатного равновесия в сторону повышения рН до 8,2. Гидрокарбонатно-кальциевые подземные воды формируют свой химический состав в пределах карбонатных массивов. Однако они гидродинамически связаны с водами серпентинитовых массивов.

Взаимосвязь подземных вод и карьерных озёр может быть отображена схемой, представленной на рис. 3.

, Испарение Поверхностный

\Склоновые Атмосферные осадки сток

Подтопление и\\процессы

обводнение бортов и склонов \

Отток подземных вод к центру депрессионной воронки

Смешение вод

Биологическая активность и биохимические процессы

Смешение вод

Приток подземных вод

Взаимодействие в системе ■эода-порода"

Физико-лимнологические процессы

Взаимодействие в системе "вода-порода"

Техногенно-преобразованное литогенетическое основание

Химические и биохимические процессы в донных осадках

Рис. 3. Модель взаимосвязей в гидросфере Липовской геотехногеннои системы

На контакте подземных вод с корой выветривания протекают физико-химические и биохимические процессы. При соприкосновении подземных вод с минеральными веществами происходит переход твердых веществ в раствор. В

соответствии с термодинамическим принципом необратимости самопроизвольных процессов (по закону Гиббса), развитие системы происходит в направлении уменьшения свободной энергии (формирования насыщенных растворов).

Состав вод зоны активного водообмена (в пределах коры выветривания) является отражением геохимических процессов от момента перевода вод поверхностного происхождения в подземный сток. Так как водовмещающими на месторождении являются в основном закарстованные мраморы, известняки и трещиноватые магматиты, большое значение на формирование состава вод оказывают процессы растворения минералов, входящих в состав пород водовмещающего комплекса (карбонаты).

Первичным источником никеля в гидросфере являются ультраосновные породы. Миграция никеля осуществляется в различных формах, в том числе ионной, для которой ведущими являются карбонатные и гидрокарбонатные ионы (т.е. ионная миграция сопряжена с карбонатным равновесием воды). Кроме того, происходит аккумуляция никеля на карбонатном геохимическом барьере по периферии массивов мраморов и известняков.

Расчёты форм миграции элементов и ионов и построение диаграмм их устойчивости в координатах активностей и величин ЕЬ - рН, расчёты вероятных форм переноса базируются на теории Дебая-Хюккеля (Гаррелс и др., 1968). Правомерность расчётов у обусловлена и весьма низкими величинами ионной силы (0,005 - 0,010 моль/дм3). Для вычислений использовано уравнение:

-1£У = А1{-2241 (1)

где у - средний коэффициент активности; - валентности ионов; А - коэффициент, зависящий от температуры и диэлектрической проницаемости; У-ионная сила раствора.

Уменьшение растворения карбонатных пород (увеличение индекса неравновесности) приводит к снижению минерализации циркулирующих вод (рис. 4), причём даже при самых незначительных диапазонах её снижения при росте степени разбавления это приводит к весьма малым величинам ионной силы рассматриваемых растворов. Влияние также оказывает изменение величины рН (рис. 5), что регламентируется системой карбонатного равновесия.

1,°1--- I I I I I I I

0.9--—----—=_

^ 0,8--------

к о,7----V-------

|о,е--------

£0,4--^Г^Т____

£о,з----•__-_

| 0,2-----__

-----------

Рис. 4. Зависимость значений индекса неравновесности от минерализации вод: • - подземные воды; о - поверхностные воды

- В- °

-1 К

1°

и п.

"Ъг с •

Индекс неравновесности

рн

1 Г.

—«А. » і * % " О • Ж. о •' ** т

—%—"г (Я? о (Я о с 'во

0,5

1.0 1,5 2,0 2,5 Индекс неравновесности

3,0

3.5

Рис. 5. Зависимость значений индекса неравновесности от рН: • - подземные воды; о - поверхностные воды

Расчёты комплексообразования показывают, что миграция макрокомпонентов в подземных водах Липовской геотехногенной системы осуществляется преимущественно в виде простых катионов и анионов основной матрицы ионного состава (сульфатные и гидрокарбонатные формы). Роль комплексных соединений незначительна. Формы миграции микрокомпонентов в подземных водах разнообразны, но количество захватываемых ими долей в общей массе переносимых в воде соединений весьма мало и не превышает 0,00п %.

Таблица 2

Степень насыщения вод по отношению к некоторым минералам

МИНЕРАЛ Гётит Брусит Кальцит Доломит Магнезит Сидерит Ангидрит Гипс Диопсид

Вход водовода 18,82 -1,93 4,67 2,23 -5,84

Выход водоканала 17,63 -1,48 -0,86 0,51 4,33 -2,63 4,82 2,38 -4,39

Куст "Верхний" 0,41 4,3 1,86

Куст Л-4-5 -0,59 4,65 2,21

С кв. 1 18,04 -1,49 4,55 2,11 -4,1

С кв. 3 20,11 -2,02 4,52 2,07 -6,64

Скв. 6 17,00 -1,35 4,22 1,78 -3,65

С кв. 7 17,68 -1,57 4,11 1,67 -4,21

Скв. карьера 4-5 14,24 1,37 -4,18 4,99 2,55

Верховое болото -0,90 3,47 1,03

Озеро карьера 4-5 16,01 -1,23 -0,26 1,61 4,83 -3,62 4,24 1,80 0,46

Озеро карьера 6 17,24 -0,06 -2,78 4,80 2,36

Озеро карьера 7 16,91 -0,54 -3,09 4,18 1,74

Озеро карьера 8 19,12 -2,24 -0,96 -0,01 3,90 -1,52 4,80 2,36 -6,36

Озеро на отвалах 16,30 0,62 -2,91 4,95 2,51

Река Бобровка -0,07 4,54 2,10

Река Липовка 14,68 0,79 -4,23 5,28 2,84

Количество форм миграции и их соотношение в поверхностных водах несколько иное. Миграция макрокомпонентов осуществляется почти целиком в виде свободных ионов, более равномерно и в заметно большей доле. Положительные значения индексов неравновесности (табл. 2) свидетельствуют о способности системы к участию в минералообразовании; отрицательные же значения индекса неравновесности - о способности воды определённого состава и свойств к их разрушению (недонасыщенность).

Диаграммы полей устойчивости (рис. 6-9) позволяют оценить степень равновесия вод с группами минералов (Зверев, 2007): все воды Липовской геотехногенной системы недонасыщены относительно первичных алюмосиликатов (альбита, мусковита, полевых шпатов), а также вторичных алюмосиликатных минералов (гиббсита, талька, хлорита). Выше отмечалась недонасыщенность по отношению к основным карбонатным, сульфатным минералам и гидроксидам железа, 1_д([№']/1Н']) которые также служат источником

13" 12 11 10

обогащения гидросферы.

76543210--

Рис. 6. Диаграмма равновесия в координатах активностей, система «НС1-Н20-Ыа20-А120з-8Ю2-С02»:

о - поверхностные воды

-5,0 -4.5 -4,0 -3,5 -3,0 -2,5 -2,0

1.д[НдЗЮ,)

і-д([к-ині)

Рис. 7. Диаграмма равновесия в координатах активностей, система «НС1-Н20-К20-А1203-8Ю2-С02»: о - поверхностные воды

-2

-6-5-4-3 -2 -1 о

ЬдІН.БіО.]

На диаграммах (рис. 6-9) отражена равновесность с каолинитом и монтмориллонитом. Кроме того, слабая тенденция к насыщению воды относительно гидрослюд (иллит-1).

Рис. 8. Диаграммы равновесия в координатах активностей, система «НС1-Са0-Са0-А120з-8Ю2-С02»: • - подземные воды; о - поверхностные воды

1-д([МдгТ/1НТ) 16

Рис. 9. Диаграммы равновесия в координатах активностей, система «НС1-М§0-Са0-А1203-8Ю2-С02»: • - подземные воды; о - поверхностные воды

', Мд-х/1орит

1 Насыщение матёзитаь \пви Р £.<?,= Ю" И?

2 0 ! М^мрнтіЛориллонит і \ оо§ і

Гиббсит 1 ... і„ 1. : \ 00 5; і \ 5І г: \ ї: й) • \ 0) і \ 2; оз» \ 0) • 2!Каолинит\о-; ш: ъ! з' А' і! хЧ з| |\ Л і п ' \ го га \ ХІ X ! \ 1 и^ і;п и.

6,0 -5,5 -5.0 -4

Ьд[Н4!

Рассмотренные гидрохимические среды контролируют процессы преобразования минерального вещества и происходят в направлении выноса химических элементов вмещающих пород. Значительная часть алюмосиликатных минералов в природных водах Липовского месторождения оказывается неравновесна, в отличие от каолинита и монтмориллонита, существование которых сопряжено с наличием карбонатов.

Второе защищаемое положение

Наибольшей миграции подвержены типоморфные химические элёменты, дислоцированные в материале-заполнителе карстовых депрессий. В настоящее время в карьерных озёрах накапливается сорбированный никель, что обусловлено его перераспределением между компонентами гидролитосферы.

Перераспределение никеля в гидросфере геотехногенной системы

Со времени окончания горных работ происходит заполнение карьерных котловин искусственными водоёмами. Стабилизация концентраций никеля в карьерных озёрах (являющихся техногенно-преобразованными подземными водами) установлена в начальный период их формирования в 1990-92 гг. В дальнейшем отмечалось колебание содержания никеля в гидросфере геотехногенной системы. В настоящий момент при постоянном увеличении объёма карьерных озёр наступил второй этап гидрогеохимической стабилизации. Концентрация никеля в подземных водах не превышает 0,05 мг/дм3, а в карьерных озёрах составляет 0,014-0,120 мг/дм (табл. 3). При этом общее количество никеля в поверхностных водах геосистемы увеличилось. Снижение концентрации объясняется стабилизацией выноса ионов № из силикатных форм при смещении термодинамических параметров среды миграции и преобладании его выноса из органно-минеральных форм.

Миграция никеля осуществляется в принципиально различных формах: коллоидной, взвешенной и диссоциированной ионной. Миграция во взвешенном состоянии осуществляется совместно с частицами выветрелого серпентинита и других никельсодержащих минералов. Эта форма переноса занимает значительное место в процессах геохимической миграции никеля. Наряду с коллоидной формой миграции, никель мигрирует в форме неорганических соединений в диссоциированном виде и в форме комплексных соединений. Поступление этого элемента в транспонирующую среду определяется несколькими фазами: никель выносится из силикатов, в которых находится в сорбированной и связанной форме, а также в этом участвуют органоминеральные комплексы в углисто-глинистых отложениях карстовых коллекторов.

На химизм циркулирующих подземных вод наиболее влияют переотложенные коры выветривания. Углисто-глинистые осадки в карстовых коллекторах содержат хелатные никель-органические комплексы. Переотложение органических кислот приводит к обогащению углистого вещества ионами никеля и связыванию его с радикалами гуминовых и фульвокислот (Бугельский, 1970). В приповерхностных гидрогеологических условиях в зоне активного водообмена гуматы никеля выпадают из раствора. В настоящее время перераспределению никеля и других элементов в карстовом выполнении способствуют лигниты. Их органическое вещество при захоронении создавало местные восстановительные условия, способствовавшие развитию сульфатредуцирующих процессов в природных водах и приведшие к образованию вкрапленности пирита. В процессе инфильтрации происходит смена кислотной среды от слабокислой (рН4-6) к слабощелочной (рН 8-9), с одновременным уменьшением ЕЬ от 800 до 100 мВ. Очевидное для никеля комплексообразование с присутствующими в воде гуминовыми и фульвокислотами, удерживающими его в растворённом виде, при такой трансформации уничтожается.

Таблица 3

Концентрация никеля (мг/дм3) в гидросфере Липовской геотехногеиной системы

Активная стадия техногенеза (подземные воды) Куст СКВ. 39, 52, 56 0,025 (0,008-0,040) Стадия активного техногенеза (подземные воды природного фона) Район Липовского месторожд. 0,003 (0,001-0,007)

Куст 'Верхний" 0,018 (0,001-0,096) Останинский массив 0,012 (0,004-0,020)

Куст СКВ. 51,54, 57 0,032 (0,001-0,120) Верхний Уфалей 0,012 (0,002-0,030)

Регрессивная стадия (подземные воды) Скважина 39-В 0,043 (0,018-0,094) Регрессивная стадия (поверхностные воды) Озеро в карьере Л-4-5 0,101 (0,001-0,211) Регрессивная стадия (поверхностные воды природного фона) Речные воды 0,022 (0,019-0,026)

Куст 'Верхний" 0,029 (0,004-0,056) Озеро в карьере Л-6 0,030 (0,005-0,060) Природное озеро 0,003

Куст Л-4-5 0,079 (0,002-0,190) Озеро в карьере Л-7 0,078 (0,003-0,342) Верховое болото 0,010

Озеро в карьере Л-8 0,028 (0,001-0,146) Дождевая вода 0,001

Трансаккумулятивные озёра 0,026 (0,009-0,042)

Автоморфные водоёмы 0,013

Приотвальное озеро 0,006

Стадия самопроизвольной рекультивации (подземные воды) Скважина 39-В 0,016 (0,010-0,020) Стадия самопроизвольной рекультивации (поверхностные воды) Озеро в карьере Л-4-5 0,062 (0,021-0,150) Самопроизвольная рекультивация(поверхи, воды природного фона) Речные воды 0,026 (0,020-0,030)

Куст "Нижний" 0,029 (0,020-0,045) Озеро в карьере Л-6 0,029 (0,001-0,076) Природное озеро (0,040-0,050)

Куст "Верхний' 0,023 (0,020-0,026) Озеро в карьере Л-7 0,029 (0,010-0,079) Верховое болото (0,040-0,050)

Куст Л-4-5 0,056 (0,022-0,072) Озеро в карьере Л-8 0,021 (0,010-0,039)

Трансаккумулятивные озёра 0,032 (0,020-0,080)

Автоморфные водоёмы 0,013 (0,010-0,015)

Приотвальное озеро 0,028 (0,025-0,030)

Приведены средние значения в мг/дм , в скобках - экстремальные минимальные и

максимальные значения

В карстовых воронках с содержанием органического вещества в составе заполнения никель-органические комплексы преобладают, но здесь же происходит и переотложение никеля: выносящийся из лигнитов ион никеля в форме фульватов задерживается в зонах иных геохимических условий (смена рН), где обнаруживает повышенные содержания (табл. 4).

Таблица 4

Содержание металлов и кремния в лигните по данным спектрального анализа

Содержание, 10'3 %

Элемент Органо-флюидолитит Лигнит Аутогенные выпотевания

зона транзита кислородных вод зона застойных вод (восстановит, среда)

Мп 10-70 50-300 5-200 5

Бе 0,3-1 1-3 0,3-1 1

Со 3-10 1 0,4-5 1,5

№ 40-500 5-18 7-18 3

Геосистема в карстовых воронках

В пределах карстовых воронок развивается геохимически своеобразная система (рис. 10). Инфильтрация атмосферных осадков и поступление кислородных вод

обеспечивает миграцию

N¡804. Одновременно часть растворённого кислорода расходуется на окисление органических веществ и пирита. При инфильтрации обеднённых кислородом вод в нижние горизонты

окислительная обстановка сменяется восстановительной. В прослоях углистого вещества, в особенности с содержанием вкрапленности пирита, образуется Н2Я. Это приводит к формированию сероводородного барьера.

Рис. 10. Схема образования миллерита в карстовой воронке

В созданных анаэробных условиях сульфид-ион участвует в связывании ионов N1 . При этом достигается насыщение вод сульфидами никеля и отложение миллерита аутогенным путём в глинистом веществе карстового заполнителя. Процесс образования миллерита идёт по реакции:

N¡804 + Н23 — N¡81 + 2Н+ + БО,,2"

Устойчивость комплексных соединений N1, Ре, Мп в природных водах Лнповской геотехногенной системы

и увеличении рН он переходит в диссоциированную гидроксидную при рН=4,6. При дальнейшем увеличении щёлочности до рН=6,4 в появляется

В настоящее время прогресс в использовании диаграмм ЕЬ — рН при изображении условий устойчивости минералов успешно используется в гидрогеохимическом моделировании (Гаррелс и др., 1968).

Двухвалентный никель (рис.11) представлен несколькими формами: при окислительных условиях в воде существует ион №2+, при снижении окислительного потенциала форму уже гидросфере

устойчивая форма

комплекса N¡(011)2,

существующего в водной среде до рН= 11,58, далее устойчив ион N¡024". Сульфаты и карбонаты № перекрывают на диаграмме поле гидроксидных форм.

Рис. 11. Соотношение устойчивости между соединениями никеля в природных водах Липовской геотехногенной системы: • - подземные воды; о — поверхностные воды

Устойчивость №4+ соответствует N¡02 и представлена полем в верхней части диаграммы выше поля устойчивости воды, а №3+ в воде устойчив в виде №(0Н)3.

Диаграмма в координатах ЕЬ-рН для миграционных форм железа (рис. 12) свидетельствует, что в условиях физико-химических характеристик природных вод в пределах Липовской геотехногенной системы Ре(ОН)2 окисляется до Ре(ОН)3 при

более высоком потенциале ЕЙ, чем окисление Ре304 до Ре203. Положение Бе + (водн.) отражает его содержание в системе при минимальных значениях рН.

При величинах ионной силы <0,2 весь растворённый в водах С02 обусловлен содержанием комплекса РеСО30 - единственной из всех возможных карбонатных форм железа, близкой к нижней границе устойчивости воды.

Рис. 12. Соотношение устойчивости между соединениями железа в природных водах

Липовской геотехногенной системы: • - подземные воды; о - поверхностные воды

Гидрогеохимия марганца зависит от форм его нахождения в растворах при определённых значениях ЕЬ-рН (рис. 13) и концентрации самого элемента. Для растворённого в воде марганца основное значение в миграции имеет неорганическая форма его нахождения, при этом марганец слабо образует комплексы. Значение также имеет малая растворимость гидроксидных форм Мп и относительно высокая гидрозакисных соединений. При этом в водах преобладает Мп (до 80 % от всех возможных для него степеней окисления).

Миграция марганца осуществляется преимущественно собственными ионами закисной формы, а комплексы представляются по характерным анионным формам, определяющим макрокомпонентный состав вод (МпБО* и (МпНС03) ). Характер окисления указанных форм свидетельствует о присутствии лишь закисного марганца (Мп2+) и его комплексных соединений в природных водах Липовской геотехногеннои

системы.

При изменении активности ионов, особенно при смещении рН в сторону увеличения щёлочности, Мп(НС03)2 выпадает в осадок Мп(ОН)2, даже при недонасыщенности воды по отношению к карбонатной и гидрокарбонатной форме. Нейтральный комплекс Мп(НС03)2 при

увеличении содержания растворённого кислорода выводится из раствора в виде Мп(ОН)4, меняя степень окисления

марганца с 2+ до 4+.

МпО/

Рис. 13. Соотношение устойчивости между соединениями марганца в природных водах Липовской геотехногенной системы:

• — подземные воды; о - поверхностные воды

Анализ диаграмм устойчивости (рис. 11-13) выявил, что более окисленными являются поверхностные воды при их активной циркуляции. Регулирование прогрессирующей гидрохимической трансформации системы возможно при направленной смене ЕЬ - рН условий в её пределах.

Установленная моделированием минералообразующая роль природных вод Липовской геотехногенной системы подтверждена выявленными аутогенными минералообразующими системами, эпизодически проявляющимися на карьере Л-4-5.

Полученные данные аналитических исследований подтвердили связь анионного состава вод месторождения и образующихся минеральных фаз. Рентгенометрическим и рентгеноспекгральным флуоресцентными методами в эфемерных образованиях выявлены сульфаты Ре и №.

По результатам спектрального анализа установлены главные минералы, присутствующие в эфемерных образованиях - сульфаты никеля и железа.

Гидрохимический ресурс никеля

Являясь концентраторами типоморфных для месторождения металлов, карьерные озёра обуславливают значительные вариации комплексообразования. Колебание содержания №, Со, Ре в подземных водах объяснимо подпитыванием подземных вод карьерным озером. Содержание никеля в подземных водах Липовской геотехногенной системы составляет 0,004-0,4 мг/дм3, а в водах карьерных озёр 0,020,04 мг/дм3, что стабильно и не превышает ПДК в 100 мкг/л.

Концентрация никеля в карьерных водах с 1990 года снизилась, а общее количественное содержание никеля увеличилось. В вертикальной стратификации карьерных озёр заметно снижение концентрации никеля сверху вниз и увеличение концентрации иона БЮД Придонный слой воды в озёрах представляет собой суспензию. В связи с этим включается процесс связывания ионов металлов коллоидным кремнезёмом и глинами в придонных участках и перевод металлов в донные осадки.

Концентрации никеля в поровых водах донных отложений выше, чем в воде карьерных озёр (табл. 5), это создаёт предпосылки к вторичной мобилизации части накопившихся в осадках ионов никеля. За счёт этого в озёрах происходит обогащение силикатной матрицы донных отложений сорбированными формами никеля, что приводит к появлению вторично-обогащённых никелем минералов (особенно чётко это выражено для Са-монтмориллонита, причём при увеличении концентрации растворённого кремнезёма он становится более устойчивым).

Таблица 5

Содержание никеля в карьерных озёрах Липовского месторождения

Объект Объём воды, млн м3 Средняя концентрация никеля в воде, мг/л Количество никеля в озере, т

Озеро в карьере Л-4-5 9,20 0,03 0,276

Озеро в карьере Л-6 1,20 0,03 0,036

Озеро в карьере Л-7 1,30 0,03 0,039

Озеро в карьере Л-8 0,50 0,03 0,015

Всего по месторождению 12,20 0,03 0,366

Вторичное вовлечение сорбированного никеля в водную миграцию возможно только при смещении равновесия между твёрдой фазой и водой, обеспечивающего диффузию ионов даже в условиях геохимических барьеров.

Третье защищаемое положение

Техногенное вмешательство в Липовской геотехногенной системе практически полностью нейтрализовано, последствия его воздействия максимально устранены. Геотехиогенная система в настоящее время в гидрогеохимическом отношении представляет структуру, по своим характеристикам приближенную к фоновым природным геосистемам.

Эволюция Липовской геотехногенной системы

В ныне существующую геотехногенную систему (Кецко, 1996) входят четыре отработанных карьера, отвалы и озёра, возникшие на месте карьеров. Природные компоненты этой системы - литооснова и водоносный горизонт.

Техногенный этап эволюции Липовской системы с 60-х годов XX в. отчётливо делится на стадии (Емлин, 1991). Первая стадия соответствовала разведке и разработке месторождения, формированию депрессионной воронки.

На регрессивной стадии развития системы менялся химический состав поверхностных и подземных вод при растворении вещества; превалирование центробежных подземных потоков привело к подъёму их уровня и формированию карьерных озёр.

Ныне геотехногенная система находится на третьей стадии развития и близка к фоновый экзогенной геосистеме. Самопроизвольные геодинамические процессы прекратились к 2008 г., геотехногенная система вступила в стационарную стадию. Карьерные озёра (табл. 6) в настоящее время приближены по своим гидрохимическим и лимнологическим параметрам к природным. Их термальный режим связан с годовым климатическим циклом. В распределении температуры по глубине наблюдается аналогия с природными.

Таблица 6

Параметры карьерных озёр Липовской геотехногенной системы

Карьерное озеро Основные параметры

Площадь зеркала воды, млн м2 Объём водной массы, млн м3 Глубина, м Коэффициент ёмкости, 1/м Абсолютная отметка уреза воды Температура воды летом, °С Интервал глубин термоклины летом, м Температура воды зимой, °С Интервал глубин термоклины зимой, м

Поверхность Придонный слой Поверхность Придонный слой

Карьер Л-4-5 0,25 9,2 110 0,027 176,3 20 13 ' 5-12 0 20 13

Карьер Л-6 0,05 1,2 35 0,044 182,0 20 12 3-7 0 20 12

Карьер Л-7 0,06 1.3 36 0,042 183,0 20 11 3-10 0 20 11

Карьер Л-8 0,04 0,5 30 0,083 196,5 22 9 2-8 0 22 9

В результате своей эволюции геотехногенная система представляет собой отграниченную в гидрогеохимическом отношении структуру, обязанную своей уникальностью техногенезу: несмотря на то, что система является открытой для потоков вещества и энергии, по комплексу химических процессов взаимодеиствия она обособлена от окружающего геохимического ландшафта.

Выявлена положительная гидрогеохимическая трансформация подземных вод Липовского месторождения при его самопроизвольной рекультивации в течение короткого промежутка времени. В карьерных озёрах наблюдаются процессы самоочищения (Дривер, 1985), приводящие к локализации и частичном нейтрализации гидрохимического загрязнения (рис. 14).

Озеро карьера б "СВ2'-

ш СГ мд» .1 ■ г

■1 Г 1 ■ Я10! 1

"ии N0,' I |

В пн,-

N02'

1-д к

1,50

1.00 0,50 0.00 -0,50 -1,00 -1,50

Озеро карьера 8

К*

в М> нГ» £¿1-

сг

■"щ

--"О/ И

-II.

^ 1

--В-

■ МИ,' ■

Рис 14 Коэффициент концентрирования некоторых ионов в водах карьерных озер по Ношению к среднему составу подземных вод Липовской геотехногеннои системы

В озёрах начали формироваться донные отложения (табл. 7), состоящие из материала, привносимого площадным смывом, временными водотоками, материалом обрушения бортов и продуктами химической эрозии. Химическое осаждение в озёрах на начальном этапе их формирования не было проявлено, однако в последующее время стало основным процессом формирования донного осадка. Формирование тонкодисперсных фаз при механической эрозии грунтов бортов карьерных озёр повлияло на способность осадка к ионному обмену и поглощению микроэлементов. Значительные концентрации микроэлементов в донных отложениях связаны с силикатной матрицей, это можно объяснить наличием в донных осадках коллоидного кремнезема и глинистых минералов, обладающих высокой сорбционной способностью к катионам металлов (Шварцев, 1998).

Таблица 7

Минеральный состав донных отложений карьерных озёр

Липовской геотехногенной системы _

Минеральная фаза Содержание минеральной фазы, %

Озеро Л-4-5 Озеро Л-6 Озеро Л-7 Озеро Л-8

Кварц 30-50 20-30 20-30 10-30

Полевой шпат 0-5 0-15 0 0-5

Амфибол 0-5 10-25 0-15 0-5

Тальк 5-10 5-10 5-10 10-15

Хлорит 0-5 0-5 0-5 0-5

Каолинит 10-25 5-25 10-15 0-5

Монтмориллонит 10-25 5-20 5-20 0

Кальцит 0-5 0 0-5 5-30

Доломит 0-5 0 0-5 0-5

Гётит 10-25 5-30 10-30 10-25

Выводы

Выполаживание депрессионной воронки на Липовском месторождении привело к частичной нейтрализации техногенного влияния на стадии самопроизвольной рекультивации, ионный сток приближен к фоновому.

Техногенное вмешательство практически полностью нейтрализовано. В результате своей эволюции геотехногенная система представляет собой отграниченную в гидрогеохимическом отношении структуру, обязанную своей уникальностью техногенезу.

Поверхностная и подземная гидросфера Липовской геотехногенной системы связаны через карьерные озёра. Воздействие приотвальных, трансаккумулятивных и автоморфных озёр на преобразование грунтовых вод не проявлено. Влияние имеют вмещающие породы, причём взаимодействия их с водой взаимообуславливающие.

Расчёт комплексообразования позволил заключить, что трансформация химического состава гидросферы при техногенной эволюции нарушает равновесное состояние системы «вода-порода» относительно первичных и вторичных минералов -большинства породообразующих минералов, составляющих водовмещающие среды.

Поверхностные воды равновесны с магнезитом, каолинитом, имеют слабую тенденцию к насыщению относительно гидрослюд, по отношению к которым

подземные воды недонасыщены, но равновесны помимо каолинита и магнезита с кальциевыми и частично с магниевыми разностями монтмориллонита. В карьерных озёрах происходит образование донных отложений с участием химических элементов, привносимых подземными водами. Концентрация никеля, как и прочих металлов в донных отложениях, связана с силикатной матрицей, что объяснимо наличием коллоидного кремнезёма и глинистых минералов. Аморфность и неконсолидированность отложений обеспечивает вторичное вовлечение в гидрохимическую миграцию никеля при изменении равновесия в системе «вода-порода». Соосаждение никеля происходит с оксидами железа и марганца.

Значительное недонасыщение вод относительно конгруэнтно растворимых минералов, а также вторичных водорастворимых фаз - сульфата магния, гидрокарбоната натрия, карбоната, гидрокарбоната и сульфата никеля - проявлено, однако на участках испарительных геохимических барьеров возникают зоны

аутогенной минерализации.

Миграция химических элементов в подземных водах осуществляется в виде собственных простых ионов. Роль комплексных соединений малозначительна. В поверхностных водах из комплексных соединений элементов преобладают гидрокарбонатные формы переноса, а микрокомпоненты обнаруживают значимыми и

карбонатные формы.

Моделирование взаимоотношений поверхностных и подземных вод с минеральными фазами подтвердило переход в раствор катионов типоморфных металлов из сорбированной силикатной формы. Кроме того, значительная часть ионов никеля, привносимая подземными водами в карьерные озёра, мигрирует из

карстовых коллекторов.

Несмотря на постоянный водоприток в карьерные озёра подземных вод, разбавление талыми водами и атмосферными осадками, состав их смещается в сторону повышения концентраций типоморфных элементов-металлов. При сохранении термодинамического равновесия во вмещающих средах содержание никеля в подземной гидросфере с течением времени закономерно уменьшается. В гидросферу переходит миграционно-способный никель. Его аккумуляция на геохимических барьерах обеспечивает окончательный спад концентрации в водах. Затопление карьерных выработок озёрами имеет положительный аспект, проявленный в локализации и частичной нейтрализации гидрохимического загрязнения. Таким образом, техногенно-преобразованная система, пройдя несколько стадий развития, в гидрогеохимическом плане приближена к природному фону.

Заключение

По итогам работы выявлена положительная гидрогеохимическая трансформация подземных вод Липовского месторождения при его самопроизвольной оеетльтавации Учитывая целесообразность применения метода

Р™Ро~ического моделирования для выявления трансформации гидросферы геогехногенной системы, можно рекомендовать его для аналогичных объектов.

" но включение данной методики в программы исследования при решении вопросГо переориентации дренажных вод разрабатываемых месторождении дая хозяйсгаенно-питьевого водоснабжения. Это оправданно, в частности, для районов с дефицитом качественных подземных вод: Оренбургская, Челябинская, Свердловская область, республика Башкортостан.

Список работ по теме диссертации

Статья, опубликованная в журнале, входящем в перечень ВАК:

1. Табаксблат J1.C., Бизяев H.A. Гидрогеохимическая трансформация Липовского месторождения силикатного никеля (Средний Урал) в условиях регрессивной стадии его техногенеза // Литосфера, 2008, № 6. С. 73-81.

Статьи, опубликованные в научных журналах:

2. Бизяев H.A. Гипергенная минерагения никеля на Липовском месторождении подземных вод // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 11. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2008. С. 243-250.

3. Бизяев H.A. Гидрогеологическое преобразование Липовской геотехногенной системы // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сб. науч. ст. Вып. 12. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2009. С. 305-310.

4. Бизяев H.A. Преобразование гидросферы Липовской геотехногенной системы в результате активированных техногенезом гидрогеохимических процессов // Ежегодник-2009. Тр. ИГГУрО РАН, вып. 157. Екатеринбург, 2009. С. 108-112.

5. Бизяев H.A. Гидрохимический ресурс никеля в гидросфере Липовского месторождения // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 13. Пермь: изд. Перм. ун-та. 2010. С. 306-311.

6. Бизяев H.A. Миграция никеля в условиях гидрогеохимической трансформации Липовской геотехногенной системы // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сб. науч. ст. Вып. 14. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2011. С. 204-210.

7. Бизяев H.A. Минералообразование на испарительном барьере в карьерных озёрах Липовского месторождения // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 15. Пермь: изд. Перм. гос. нац. ун-та, 2012. С. 93-99.

8. Бизяев H.A. Гидрогеологическая эволюция Липовской геотехногенной системы // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сб. науч. ст. Вып. 15. Пермь: изд. Перм. гос. нац. ун-та, 2012. С. 385-392.

Тезисы докладов и материалы конференций:

9. Бизяев H.A. Черты гидродинамики Липовской геотехногенной системы // Тезисы докладов Третьей Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле. Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 2006. С. 34-35.

10. Бизяев H.A. Гидрогеохимия Липовской геотехногенной системы на регрессивной стадии техногенеза // Материалы IV Научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону, 2007. С. 76-80.

11. Бизяев H.A. Гидрогеохимия железа и марганца некоторых техногенных объектов Урала // Уральская минералогическая школа-2007. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2007. С. 56-59.

12. Бизяев Н.А Минералообразующая роль природных вод Липовского месторождения // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2008. 3 с.

13. Бизяев H.A. Минерагения в биокосной системе карстовых коллекторов на Липовском месторождении // Структура и разнообразие минерального мира: материалы международного семинара. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2008. С. 333-334.

14. Бизяев H.A. Влияние карьерных озёр на гидрогеохимическую трансформацию Липовской геотехногенной системы // Материалы 6-й межрегиональной конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера». Воркута, 2008. С. 435-439.

15. Бизяев H.A. Биоэкологический аспект геотехногенной системы // Актуальные проблемы экологической геологии. Наука и образование. Материалы четвёртой международной конференции. СПб: изд. СПбГУ, 2008. С. 71-73.

16. Бизяев H.A. Обеспечение безопасности ресурсопользования на примере силикатно-

никелевых месторождений Среднего Урала // Культура безопасности: проблемы и перспективы: ■ материалы второй международной научно-практической конференции.

Екатеринбург. ГОУ ВПО «Урал. гос. пед. ун-т». Екатеринбург, 2008. С. 33-36.

17 Бизвев H.A. Гипергенетические процессы Липовского месторождения на регрессивной стадии его техногенеза // Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли. Материалы V Всероссийского литологического совещания. Том I. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. С. 76-79.

18 Бизяев H.A. Моделирование поступления органно-минеральных форм никеля в природные воды из лигнитов Липовской геотехногенной системы // Тезисы докладов Четвёртой Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле. Новосибирск, ИГМ СО РАН, ИНГГ СО РАН. 2008 г. 4 с.

19 Бизяев H.A. Насыщенность природных вод Липовского месторождения по отношению к некоторым алюмосиликатным минералам // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник трудов XII международного симпозиума. Томск: изд. ТПУ, 2008. С. 240-242.

20 Бизяев H.A. Ялышева А.И. К гидрогеохимическому мониторингу подземных и карьерных вод Липовской геотехногенной системы // Проблемы геологии и освоения

. недр: Сборник научных трудов XII международного симпозиум имени акад. М.А. Усова. Томск: изд. ТПУ, 2008. С. 242-243.

21 Бизяев H.A. Никель в гидросфере Липовского месторождения // VII Межрегиональная научно-практическая конференция: «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий». Уфа. ИГ УНЦ РАН. 2008. С. 290-292.

22 Бизяев H.A. Особенности ландшафта Липовского силикатно-никелевого месторождения на регрессивной стадии техногенеза // Международный научно-промышленный симпозиум «Уральская горная школа - регионам». Уральский государственный горный университет. Екатеринбург: изд-во УМУ, 2009. С. 20-21.

23 Бизяев H.A. Гидрохимическое преобразование карьерных озёр Липовскои геотехногенной системы // Материалы I Всероссийской конференции памяти акад. А П. Карпинского. СПб: ФГУП ВСЕГЕИ, 2009. 4 с.

24 Бизяев H.A. Принцип мониторинга и оценки геохимического риска техногенного объекта // Социально-экономические проблемы горной промышленности, строительства

и энергетики. Тула, 2009. 5 с.

25 Бизяев H.A. Техногенная гидрохимическая эволюция карьерных озер // Лгалого-геологические проблемы урбанизированных территорий: материалы Второй Всероссийской конференции. Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2009. С. 182-184.

26 Бизяев H.A. Формы миграции элементов в водах Липовской геотехногеннои системы // Уральская минералогическая школа-2009. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2009. С. 87-91.

27 Ялышева А.И., Бизяев H.A. Оценка геохимического риска для геотехногенных систем // Сергеевские чтения. Моделирование при решении геоэкологических задач. Выпуск 11. Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. М.: ГЕОС, 2009. С. 249-251.

28 Бизяев H.A. Мониторинг и оценка воздействия геотехногенного объекта // Международный научно-практический симпозиум «Уральская горная школа -регионам», Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2010. С. 40-42.

Подписано в печать.¿Ь~.2012 г. Печать на ризографе. Бумага писчая. Формат 60x84 1/16. Гарнитура Times New Roman. Печ. л. Тираж 100 экз. Заказ n_J_.

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Бизяев, Николай Алексеевич

Введение.

Защищаемые положения.

1. Общий раздел.

1.1. Общие сведения о Липовской геотехногенной системе.

1.2. Характеристика природных условий.

1.2.1. Орогидрография.

1.2.2. Современный ландшафт Липовской геотехногенной системы.

1.2.3. Климатические характеристики.

1.3. История изучения района Липовской геотехногенной системы.

1.3.1. Геологическая изученность.

1.3.2. Гидрогеологическая изученность.

1.3.3. Характеристика Липовской геотехногенной системы как техногенного объекта.

Освоение Липовского месторождения силикатного никеля.

Исследования Липовской геотехногенной системы после закрытия силикатно-никелевого рудника.

1.4. Геологическое строение района.

1.4.1. Общие сведения.

1.4.2. Стратиграфия и литология.

1.4.3. Интрузивные и метаморфогенные образования.

1.4.4. Коры выветривания ультрабазитов.

1.4.5. Тектоника.

1.4.6. Геоморфология.

1.4.7. История геологического развития.

1.4.8. Генезис Липовского силикатно-никелевого месторождения.

1.4.9. Полезные ископаемые Липовской геотехногенной системы.

1.5. Гидрогеологические условия.

1.6. Геоэкологические особенности Липовской геотехногенной системы.

2. Эволюция Липовской геотехногенной системы.

2.1. Разграничение этапов техногенного развития.

2.2. Геомеханические процессы и карьерные озёра.

2.3. Карьерные озёра.

2.4. Термальный режим карьерных озёр.

3. Химический состав гидросферы Липовской геотехногенной системы.

3.1. Формирование химического состава гидросферы геотехногенной системы.

3.2. Влияние органических соединений на миграцию металлов в пределах зоны гипергенеза Липовской геотехногенной системы.

3.3. Геохимическая система в карстогенетических отложениях.

4. Моделирование процессов связанных с гидрогеохимической миграцией.

4.1. Химический состав природных вод, использованный при моделировании комплексообразования.

4.2. Комплексообразование в гидросфере геотехногенной системе.

4.3. Результаты моделирования комплексообразования.

4.4. Степень насыщения вод по отношению к минералам.

5. Устойчивость комплексных соединений типоморфных элементов-металлов рудоносной коры выветривания в природных водах Липовской геотехногенной системы.

5.1. Применение метода ЕЙ - рН диаграмм.

5.2. Эфемерные образования в зоне капиллярных кайм карьерных озёр

Липовской геотехногенной системы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Гидрогеохимическая трансформация Липовской геотехногенной системы"

Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учится.

Леонардо да Винчи

Актуальность проблемы. Пытаясь понять законы природы, человечество не может всецело контролировать и эксплуатировать природный объект, не нарушая его структуру и целостность связей в его пределах. Академик А. Е. Ферсман определил техногенез, как геохимическую деятельность человечества, то есть группу явлений перераспределяющих химические элементы на Земле. В настоящее время под этим термином понимают процессы преобразования геологической среды техническими средствами под управлением человека. Воздействие техники подчинённой человеку, на современном этапе развития общества, приводит к закономерному преобразованию окружающей среды - формированию геотехногенных систем. То есть открытых динамичных структур, включающих природный объект (геологическую среду) и техногенный источник воздействия.

В последнее время в рамках техногенеза активно развивается ряд новых научных направлений, в том числе гидрогеохимия техногенеза. Задача этого направления - изучение поведения химических элементов под воздействием техногенных факторов в различных физико-химических условиях гидролитосферы.

На многих водозаборах Среднего Урала наблюдается тенденция в изменении химического состава подземных вод в процессе их эксплуатации. Это тесно связано с преобразованием подземной и поверхностной гидросферы при техногенном воздействии и влияет на геохимическую трансформацию многих компонентов близлежащих ландшафтов. Последствия могут заключаться в невозможности использования водозабора при ухудшении качества вод в результате техногенного вмешательства, активизирующего взаимодействия литосферы и гидросферы.

В центре горнопромышленного Урала техногенное воздействие на природную среду создало множество динамических структур. Липовская геотехногенная система, расположенная в Режевском районе Свердловской области не является исключением. Началом для её создания послужила разведка Липовского месторождения силикатно-никелевых руд в 1958 г. Активная стадия техногенеза соответствовала времени отработки рудника (с 1960 года). В 1989 году при истощении запасов руд на основе кустов водопонизительных скважин рудника, месторождение было переориентировано и, началась эксплуатация Липовского месторождения подземных вод. Геотехногенная система при этом перешла на новую стадию развития, однако техногенные источники энергии продолжают оказывать влияние.

Ныне в составе Липовской геотехногенной системы четыре отработанных карьера, отвалы вскрышных пород, карьерные озёра, возникшие при выполаживании депрессионной воронки и приотвальные водоёмы. Кроме того, техногенными компонентами являются гидрогеологические скважины.

Начиная с 70-х годов XX века одной из первых работ по проблемам рекультивации и рационального использования ресурсов Липовской геотехногенной системы, явилась работа О. Г. Кецко [112]. Целью работы было исследование техногенеза как совокупности природных и технических процессов и явлений, связанных с освоением ресурсов Липовского месторождения, экологическое и экономическое обоснование основных направлений рационального природопользования всеми видами ресурсов Липовской геотехногенной системы. В настоящее время, при резко возросшем внимании к проблемам техногенеза, многие вопросы остаются нерешёнными. Важны, в частности, для Урала вопросы гидрогеохимической трансформации природных вод, обусловленной комплексным воздействием природных и техногенных факторов. При этом актуальными, в связи с прогрессом методов и технологии физико-химического моделирования стало выявление и анализ термодинамическими расчётами разнообразных форм миграции элементов, многие из которых активизируются благодаря техногенезу. Анализ устойчивости и соотношений комплексных соединений в разнообразных гидрогеохимических средах, является объективным и информативным способом гидрогеохимических прогнозов.

Цели и задачи исследования. Гидрохимия подземных вод - не что иное, как функция химической мобилизации элементов из вмещающих пород, поэтому изучение формирования и эволюции карьерных озёр значимо для прогноза преобразования гидросферы и разработки системы управления геотехногенным объектом на разных стадиях развития.

В настоящее время отсутствует удовлетворительная качественная и количественная гидрогеохимическая модель преобразования геотехногенной системы. В результате нет данных об изменении или стабилизации качества воды на действующем водозаборе - при процессах трансформация химического состава гидросферы, в контексте интенсивности его эксплуатации и технической схемы.

Цель данной работы - апробация метода гидрогеохимического моделирования к оценке перераспределения химических элементов при эволюции геотехногенной системы, разработка теоретических и методических основ для качественного и количественного моделирования процессов изменения качества воды на водозаборах гидродинамически связанных с техногенно преобразованной гидролитосферой.

В задачи исследования входили:

1) обобщение фактических и литературных данных по вопросам преобразования гидросферы Липовской геотехногенной системы;

2) натурные исследования, опробование и химико-аналитические исследования;

3) сравнительный анализ изменения химического состава подземных и поверхностных вод геотехногенной системы в различные этапы техногенного развития;

4) разработка термодинамической модели преобразования гидросферы с учетом миграции ионов никеля, кобальта и железа.

Объект исследования. Липовская геотехногенная система - месторождение подземных вод, функционирующее на литооснове силикатно-никелевого рудника. Месторождение используется для водообеспечения города Реж. За время его эксплуатации неоднократно изменялись как гидрохимические, так и гидродинамические показатели.

Фактический материал. Строение Липовской геотехногенной системы довольно подробно освещено в научной литературе и публикациях, режимные наблюдения за динамикой и составом подземных и поверхностных вод и величиной водоотбора на объекте проводятся с начала его освоения, однако достаточно разрознены. В течение всей эволюции в пределах геотехногенной системы действовало три куста водопонизительных скважин вскрывающих породы палеозойского фундамента и мезозойской коры выветривания. Основой для исследования послужили материалы, собранные автором во время полевых работ и анализ литературных, в том числе фондовых данных. Натурный материал был собран путем пробоотбора твердого вещества: пород в отвалах и бортах карьеров, донных отложений водотоков и карьерных озер; опробования подземных вод и поверхностных водотоков (включая водные толщи карьерных озер). Всего было проанализировано более 450 проб поверхностных и подземных вод.

Методы исследования. Работа заключалась в обобщении и анализе многолетних наблюдений за режимом и составом поверхностных и подземных вод Липовской геотехногенной системы методами гидрогеохимического моделирования с использованием программного комплекса гидрогеологических и гидрохимических расчётов «Нус1гоОеО-32» разработанного в Томском политехническом университете. Создавалась гидрогеохимическая модель объекта и области миграции химических элементов первоначально дислоцированных в водовмещающей среде. По результатам моделирования выполнен прогноз эволюции гидросферы техногенной структуры. Предоставлены материалы для разработки программ мониторинга Липовского месторождения и аналогичных объектов.

Аналитические работы. Включали химические анализы поверхностных и подземных вод (спектрофотометрический и колориметрический метод в сертифицированных лабораториях по утверждённым принятым методикам). Минеральный состав донных отложений карьерных озёр установлен рентгенометрическим и спектральным методом. Состав эфемерных аутогенных минеральных фаз установлен рентгенометрическим и спектральным флуоресцентным методами.

Исследования химического состава подземных вод проводились по трём кустам скважин: куст «Верхний», куст «Нижний» и куст «Л-4-5». В настоящее время эксплуатационными являются кусты «Верхний» и «Л-4-5», а куст «Нижний» выведен из работы. Оценка состояния поверхностных вод проводилась путём исследования воды карьерных, автоморфных, эвтрофицированных трансаккумулятивных и приотвальных озёр, а также воды рек Бобровки и Липовки (по двум створам), в долинах которых происходит разгрузка подземного водотока.

Такая методика даёт основание сопоставить изменение химического состава подземных вод с изменением состава поверхностных. Это обстоятельство в последнее время актуально по причине привлечения ресурсов озера в карьере Л-4-5 в общий баланс водоотбора (в количестве 80 %). Гидрогеохимическое моделирование соотношений в системе «вода-порода» было выполнено с использованием компьютерных технологий - программный комплекс гидрогеологических и гидрохимических расчётов «НуёгоОеО-32».

Научная новизна. Создана комплексная гидрогеохимическая модель преобразования геотехногенного объекта на разных стадиях развития, с использованием методов гидрохимического моделирования с учетом преобразования и миграции типоморфных химических элементов силикатно-никелевого оруденения. В ходе проведенного исследования и в результате моделирования получены выводы, касающиеся месторождений подземных вод находящихся в сходных геологических и геоэкологических условиях. Выделены этапы техногенеза для Липовской геотехногенной системы, в соответствии с которыми происходило изменение соотношений в системе «вода-порода». Получены данные, но химическому составу подземных вод и термодинамическим параметрам гидролитосферы, определены формы нахождения микроэлементов в природных водах геотехногенного объекта. Получены данные по составу вод карьерных озер, их изменению с течением времени.

Структура и состав работы. Структура работа построена из введения, пяти глав и заключения: 1. Описание орогидрографических и геологических особенностей Липовской геотехногенной системы; 2. Характеристика геотехногенной структуры и её эволюции; 3. Гидрогеохимический аспект, рассмотрение факторов преобразования гидросферы геотехногенной системы; 4. Моделирование гидрогеохимических взаимоотношений на основе законов равновесной химической термодинамики; 5. Оценка устойчивости соединений типоморфных элементов рудоносной коры выветривания в гидросфере геотехногенной системы.

Состав работы - 170 страниц, 77 рисунков, 20 таблиц, включая 3 приложения. Библиографический список включает 115 литературных источников, в том числе 6 зарубежных изданий.

Практическая значимость. Разработанная гидрогеохимическая модель преобразования гидросферы и результаты работы применимы в программах мониторинга геотехногенных систем и проектах рекультивации техногенных объектов. В работе дан прогноз стабилизации и конечного химического состава подземных вод при переходе геотехногенного объекта на стационарную стадию развития, что в итоге переводит объект в аналог фонового природного. Доказано, что повышение уровня подземных вод приводит к активизации миграции элементов находящихся ранее в изолированной геохимической обстановке, а затопление карьерных выработок локализует и нейтрализует гидрохимическое загрязнение.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были изложены в 30 публикациях, вошли в проект мониторинга геологической среды территории ОГУ «Природно-минералогический заказник «Режевской». Также были доложены и опубликованы в сборниках тезисов на региональных, всероссийских и международных конференциях и семинарах, в том числе: Научно-практическая конференция «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону, 2007), Межрегиональная научно-практическая конференция «Освоение минеральных ресурсов Севера» (Воркута, 2008), Международный научный симпозиум им. акад. М. А. УСОВА (Томск, 2008), Международная конференция «Актуальные проблемы экологической геологии» (Санкт-Петербург, 2008), Сибирская международная конференция молодых учёных по наукам о земле (Новосибирск, 2006, 2008), Уральская горнопромышленная декада, (Екатеринбург, 2007 - 2010), Уральская минералогическая школа (Екатеринбург, 2007, 2009), Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского (Пермь, 2008-2012), Всероссийское литологическое совещание (Екатеринбург, 2008), «Сергеевские чтения» (Москва, 2009), Всероссийская научно-практическая конференция «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (Екатеринбург, 2009).

Результаты исследований использовались при составлении проекта мониторинга геологической среды ОГУ «Природно-минералогический заказник «Режевской», а также фигурируют в ежегодных отчётах о его деятельности.

Диссертационная работа выполнена под научным руководством действительного члена РАН, академика, доктора геол.-мин. наук В. А. Коротеева. Автор выражает глубокую благодарность за советы и всестороннюю помощь профессору кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского горного университета, доктору геол.-мин. наук Л. С. Табаксблату. Большую помощь в изучении истории развития Липовской геотехногенной системы оказали сотрудники кафедры Минералогии, петрографии и геохимии Уральского горного университета -профессор, доктор геол.-мин. наук Э. Ф. Емлин и доцент, канд. геол.-мин. наук В. И. Каинов, которым автор благодарен за консультации и ряд ценных критических замечаний. Помощь в сборе фактического материала и натурные исследования оказали директор ОГУ «Природно-минералогический заказник «Режевской» С. Л. Волохин и научи, сотр. Е. В. Минеева.

Защищаемые положения

2. Наибольшей миграции подвержены типоморфные химические элементы, дислоцированные в материале заполнителе карстовых депрессий. В настоящее время в карьерных озёрах накапливается сорбированный никель, что обусловлено его перераспределением между компонентами гидролитосферы.

3. Техногенное вмешательство на Липовской геотехногенной системе практически полностью нейтрализовано, последствия его воздействия максимально устранены. Геотехногенная система в настоящее время в гидрогеохимическом отношении представляет структуру, по своим характеристикам приближенную к фоновым природным геосистемам.

1. Общий раздел

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Бизяев, Николай Алексеевич

Заключение

В настоящее время на месторождениях минерального сырья образованы десятки дренажно-осушительных систем. Многие из них продолжают функционировать на стадиях активного и/или регрессивного техногенеза. Большинство таких геотехногенных систем оказывают влияние на геохимическую трансформацию близлежащих ландшафтов. Для Липовского месторождения (Липовской геотехногенной системы) стадия активного техногенеза соответствовала периоду добычи силикатно-никелевых руд, при этом гидрогеохимическая структура начала преобразовываться (при формировании депрессионной воронки). В период активного водопонижения вовлекались в круговорот большие объёмы грунтовых и трещинных вод, что привело к переносу веществ и ускорению водной миграции элементов. При максимальных объёмах водоотлива неравновесность системы возрастала и на регрессивном этапе техногенеза привела к формированию своеобразных карьерных озёр. При этом (на регрессивной стадии развития системы) преобразовывался химический состав поверхностных и подземных вод. Выполаживание депрессионной воронки и изменение водных потоков привело к частичной нейтрализации техногенного влияния на стадии самопроизвольной рекультивации, а модуль ионного стока постепенно начал приближаться к фоновому.

Техногенное вмешательство практически полностью нейтрализовано, последствия его воздействия максимально устранены. В результате своей эволюции геотехногенная система представляет собой отграниченную в гидрогеохимическом отношении структуру, обязанную своей уникальностью техногенезу. Природные воды в её пределах составляют «чуткую» равновесную систему, что наиболее актуально для подземной гидросферы и миграции в ней растворённых комплексных форм никеля.

При взаимодействии минералов с водой в раствор переходят подвижные в геохимической обстановке элементы, основными «управляющими» параметрами при этом служат обусловленные интенсивностью взаимодействия в системе «вода-порода» равновесие и насыщенность. Определённое значение принадлежит рН и скорости движения воды. Рассчитанная для оценки форм миграции ионная сила растворов весьма низкая, что вполне оправданно позволило применить, для расчётов коэффициентов активности комплексов, «предельное» уравнение Дебая-Хюккеля.

Расчёт комплексообразования и изучение гидрогеохимии природных вод геотехногенной системы позволило заключить, что трансформация химического состава гидросферы при техногенной эволюции нарушает равновесное состояние системы «вода-порода» относительно первичных и вторичных минералов. Воды в пределах рассматриваемой системы являются* недонасыщенными относительно первичных и вторичных алюмосиликатов, т. е. большинства породообразующих минералов составляющих водовмещающие среды. Все эти минералы служат источником обогащения вод на протяжении всего времени их циркуляции.

Поверхностные воды равновесны с магнезитом, каолинитом, имеют слабую тенденцию к насыщению относительно гидрослюд, к которым подземные воды недонасыщены, но равновесны помимо каолинита и магнезита с кальциевыми и частично с магниевыми разностями монтмориллонита. В карьерных озёрах происходит образование донных отложений с участием химических элементов, привносимых подземными водами. Концентрация никеля, как и прочих металлов в донных отложениях, связана с силикатной матрицей, что объяснимо наличием коллоидного кремнезёма и обладающих высокой сорбционной способностью к металлам глинистых минералов (каолинит, Са-монтмориллонит, магнезит, 1У^-хлорит обнаруженные в осадках полностью или частично сорбируют микроэлементы-металлы из гидросферы). Аморфность и неконсолидированность отложений делает реальным вторичное вовлечение в гидрохимическую миграцию никеля при изменении равновесия в системе «вода-порода». Соосаждение никеля происходит с оксидами железа и марганца.

Значительное недонасыщение вод относительно конгруэнтно растворимых минералов (кальцита, флюорита, гипса, гидроксида окисного железа), а также вторичных водорастворимых фаз - сульфата магния, гидрокарбоната натрия, карбоната, гидрокарбоната и сульфата никеля проявлено, однако на участках испарительных геохимических барьеров возникают зоны аутогенной минерализации.

Миграция химических элементов в подземных водах осуществляется в виде собственных простых ионов. Роль комплексных соединений малозначительна, представлены они преимущественно сульфатными и в меньшей степени гидрокарбонатными формами, что согласуется с основным анионным составом вод. В поверхностных водах из комплексных соединений элементов преобладают гидрокарбонатные формы переноса, а микрокомпоненты помимо гидрокарбонатных форм обнаруживают значимыми и карбонатные формы.

Система «вода-порода» неравновесна в зоне дезинтегрированных серпентинитов. Степень неравновесности между минеральным составом вмещающей среды и инфильтрующейся водой постоянна, вынос никеля в миграционные потоки стремится к минимуму. Подвижность никеля в нижних зонах коры выветривания практически не изменяется, поступление в потоки миграции с подземными водами, при техногенно-преобразованном режиме фильтрации, имеет характер выноса из концентрационных рудовмещающих сред в виде неорганических комплексов, неустойчивых в данных окислительно-восстановительных и рН условиях. Повышение уровня подземных вод приводит к активизации миграции элементов-металлов дислоцированных в ранее изолированной геохимической обстановке в направлении мест разгрузки подземной гидросферы (карьерные озёра)

Основной типоморфный элемент Липовской геотехногенной системы - никель, устойчив в водной среде в степени окисления 3+ в форме миграции №(ОН)з, в степени окисления 2+ в форме свободного иона №2+ при окислительных условиях, а при снижении окислительного потенциала и увеличении рН в гидроксидной, сульфатной и карбонатных формах. Вследствие небольшой подвижности в щелочных условиях и средней в кислых и нейтральных, свободный ион №2+ занимает до 0,07 % от всех форм миграции элементов в подземных водах месторождения. Неорганические комплексные соединения никеля в подземных водах присутствуют в двух формах: карбонатной (7 % от суммы обнаруженных миграционных форм этого элемента, что составляет 0,006 % общего количества форм миграции всех элементов) и сульфатной (N¡804°). Последняя занимает одно из ведущих мест (86 % от суммы форм миграции никеля). Прочие комплексы №2+ в подземной гидросфере не имеют значимых концентраций.

Не смотря на постоянный водоприток в карьерные озёра подземных вод, разбавление талыми водами и атмосферными осадками, состав их смещается в сторону повышения концентраций типоморфных элементов-металлов. При сохранении термодинамического равновесия во вмещающих средах содержание никеля в подземной гидросфере с течением времени закономерно уменьшается. В гидросферу переходит миграционно-способный никель. Его аккумуляция на геохимических барьерах обеспечивает окончательный спад концентрации в водах. Затопление карьерных выработок озёрами в какой-то мере имеет положительный аспект, проявленный в локализации и частичной нейтрализации гидрохимического загрязнения. Таким образом, техногенно-преобразованное месторождение, пройдя несколько стадий развития, в гидрогеохимическом плане приближено к природному фону.

Моделирование взаимоотношений поверхностных и подземных вод с минеральными фазами подтвердили переход в раствор катионов типоморфных металлов из сорбированной силикатной формы. Кроме того, значительная часть ионов никеля привносимая подземными водами в карьерные озёра, мигрирует из карстовых коллекторов заполненных углисто-глинисто-песчаным материалом и лигнитами.

Данная работа показывает положительную гидрогеохимическую трансформацию подземных вод Липовского месторождения при его самопроизвольной рекультивации, в течение относительно короткого промежутка времени. Учитывая целесообразность применения метода гидрогеохимического моделирования для оценки степени загрязнения подземных и поверхностных вод техногенно-преобразованных объектов, в особенности типоморфными рудными элементами можно рекомендовать его для прогноза трансформации гидросферы геотехногенных систем на аналогичных месторождениях (месторождения силикатно-никелевых руд Уфалейского типа).

Актуально включение данной методики в программы исследования при решении вопроса о переориентации дренажных вод разрабатываемых месторождений, находящихся на завершающем этапе отработки, для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Такое обстоятельство оправданно, в частности, для районов с дефицитом качественных подземных вод (Оренбургская, Челябинская, Свердловская область, республика Башкортостан).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Бизяев, Николай Алексеевич, Екатеринбург

1. Акинфиев Н. Н., Баронецкая J1. Д., Осмоловский И. С., Швец В. М. Физико-химическая модель формирования состава вод отвалов горнодобывающих предприятий // Геоэкология, № 5,2001. С. 411-419.

2. Александрова JI. Н. Современные представления о природе гумусовых веществ и их органо-минеральных производных // Проблемы почвоведения. М.: изд. АН СССР, 1962. С. 77-100.

3. Алексеев В. А., РыженкоБ. Н., Шварцев С. JI. и др. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода. Т. 1. Система вода-порода в земной коре: взаимодействие, кинетика, равновесие, моделирование. Новосибирск: изд-во СО РАН, 2005. 244 с.

4. Алексеев В. А., Рыженко Б. Н., Шварцев С. JI. и др. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода. Т. 2. Система вода-порода в условиях зоны гипергенеза. Новосибирск: изд-во СО РАН, 2007. 389 с.

5. БелогубЕ. В., Щербакова Е. П., Никандрова Н. К. Сульфаты Урала. Распространённость, кристаллохимия, генезис. М.: Наука, 2007. 160 с.

6. Бизяев H.A. Гидрохимический ресурс никеля в гидросфере Липовского месторождения // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сб. науч. ст. Вып. 13. Пермь: изд. Перм. ун-та. 2010. С. 306-311.

7. Бизяев H.A. Мониторинг и оценка воздействия геотехногенного объекта // Международный научно-практический симпозиум «Уральская горная школа -регионам», Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2010. С. 40-42.

8. Бизяев H.A. Биоэкологический аспект геотехногенной системы // Актуальные проблемы экологической геологии. Наука и образование. Материалы четвёртой международной конференции. СПб: изд. СПбГУ, 2008. С. 71-73.

9. Бизяев H.A. Влияние карьерных озёр на гидрогеохимическую трансформацию Липовской геотехногенной системы // Материалы 6-й межрегиональной конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера». Воркута, 2008. С. 435-439.

10. Бизяев H.A. Гидрогеологическая эволюция Литовской геотехногенной системы // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сб. науч. ст. Вып. 15. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2012. С.385-392.

11. Бизяев H.A. Гидрогеологическое преобразование Липовской геотехногенной системы // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 12. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2009. С. 305-310.

12. Бизяев H.A. Гидрогеохимия железа и марганца некоторых техногенных объектов Урала // Уральская минералогическая школа-2007. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН,2007. С. 56-59.

13. Бизяев H.A. Гидрогеохимия Липовской геотехногенной системы на регрессивной стадии техногенеза // Материалы IV Научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону, 2007. С. 76-80.

14. Бизяев H.A. Гипергенная минерагения никеля на Липовском месторождении подземных вод // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып.11. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2008. С.243-250.

15. Бизяев H.A. Миграция никеля в условиях гидрогеохимической трансформации Липовской геотехногенной системы // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 14. Пермь: изд. Перм. ун-та, 2011. С. 204-210.

16. Бизяев H.A. Минерагения в биокосной системе карстовых коллекторов на Липовском месторождении // Структура и разнообразие минерального мира: материалы международного минералогического семинара. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2008. С. 333-334.

17. Бизяев H.A. Насыщенность природных вод Липовского месторождения по отношению к некоторым алюмосиликатным минералам // Проблемы геологии и освоения недр: Сборник трудов XII международного симпозиума. Томск: изд. ТПУ,2008. С. 240-242.

18. БизяевН.А. Никель в гидросфере Липовского месторождения // VII Межрегиональная научно-практическая конференция: «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана, Урала и сопредельных территорий». Уфа. ИГ УНЦ РАН. 2008. С. 290-292.

19. Бизяев H.A. Преобразование гидросферы Липовской геотехногенной системы в результате активированных техногенезом гидрогеохимических процессов // Ежегодник-2009. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 157. Екатеринбург, 2009. С. 108-112.

20. Бизяев H.A. Техногенная гидрохимическая эволюция карьерных озёр // Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий: материалы Второй Всероссийской конференции. Екатеринбург: изд-во УГГУ, 2009. С. 182-184.

21. Бизяев H.A. Формы миграции элементов в водах Липовской геотехногенной системы // Уральская минералогическая школа-2009. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2009. С. 87-91.

22. Бизяев H.A. Черты гидродинамики Липовской геотехногенной системы // Тезисы докладов Третьей Сибирской международной конференции молодых учёных по наукам о Земле. Новосибирск: ОИГГМ СО РАН, 2006. С. 34-35.

23. Борисов М. В., Шваров Ю. В. Термодинамика геохимических процессов. М.: изд-во МГУ, 1992. 256 с.

24. Браунлоу А. X. Геохимия. Пер. с англ. М.: Недра, 1984. 463 с.

25. Бугельский Ю. Ю. Гидрогеохимия никеленосных кор выветривания и миграция никеля в современных экзогенных условиях // Никеленосные коры выветривания Урала / под ред. И. В. Павлова. М.: Наука, 1970. С. 229-263.

26. Бугельский Ю. Ю. О возможности миграции никеля в комплексных соединениях с низкомолекулярными органическими кислотами // Кора выветривания, вып. 10. Геология и минералогия коры выветривания. М.: Наука, 1968. С. 216-224.

27. Буданов Н. Д. Гидрогеология Урала. М.: Наука, 1964. 304 с.

28. Букаты М. Б. Рекламно-техническое описание программного комплекса HydroGeo. М.: ВНТИЦ, 1999. 5 с.

29. Вершинин А. С. Геология, поиски и разведка гипергенных месторождений никеля. М.: Недра, 1993. 304 с.

30. Войткевич Г. В., Закруткин В. В. Основы геохимии. М: Высшая школа, 1976. 368 с.

31. Волков С. Н., Емлин Э. Ф., Кецко О. Г. Город Реж и его окрестности: природа, техника, человек. Реж Екатеринбург. 1992.150 с.

32. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп. Под ред. В. А. Филатова и др. Л.: Химия, 1988. 512 с.

33. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V-VIII групп. Под ред. В. А. Филатова и др. Л.: Химия, 1988. 508 с.

34. Гавич И. К. Гидрогеодинамика. М.: Недра, 1988. 349 с.

35. Гаррелс Р. М., Крайст Ч. Л. Растворы, минералы, равновесия. Пер. с англ. М.: Мир, 1968. 368 с.

36. Геология СССР. Том 12. Пермская, Свердловская, Челябинская и Курганская области. Часть 1. Геологическое описание. Книга 1. М.: Недра, 1969. 724 с.

37. Геология СССР. Том 12. Пермская, Свердловская, Челябинская и Курганская области. Часть 1. Геологическое описание. Книга 2. М.: Недра, 1970. 304 с.

38. Геохимические обстановки техногенной трансформации рудничных вод // Доклады РАН, т. 361. № 1998. С. 97-99.

39. Гидрогеология СССР. Том 14. М.: Недра, 1972. 398 с.

40. Гинзбург И. И. и др. Древняя кора выветривания на ультраосновных породах Урала. Ч. 1. Труды ИГН., Вып. 80. М.: изд. АН СССР, 1946. 54 с.

41. ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Использование и охрана вод. Основные термины и определения. М.: ИПК изд. стандартов, 2004. 8 с.

42. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. М.: ИПК изд. стандартов, 1982. 10 с.

43. Григорьев Н. А. Введение в минералогическую геохимию. Екатеринбург: изд. УрО РАН, 1999. 303 с.

44. Дривер Дж. Геохимия природных вод. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. 440 с.

45. Емлин Э. Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. Свердловск: изд. УрГУ, 1991. 256 с.

46. Емлин Э. Ф., Вахрушева Н. В., Кайнов В. И. Самоцветная полоса Урала, Режевской государственный природно-минералогический заказник. Путеводитель. Екатеринбург Реж: изд. AT-group, 2002.156 с.

47. Емлин Э. Ф., Конюхова Н. П., ИпановВ. Ю. Геохимические аспекты процесса урбанизации на Урале. Свердловск: изд. УрГУ, 1988. 56 с.

48. Зверев В. П. Подземные воды земной коры и геологические процессы. 2-е изд. М.: Научный мир, 2007. 256 с.

49. Зверев В. П. Роль подземных вод в миграции химических элементов. М.: Недра, 1982. 184 с.

50. Иванов В. В. Экологическая геохимия элементов. Кн. 4, главные d-элементы. М.: Недра, 1996. 416 с.

51. Иванова В. П. и др. Термический анализ минералов и горных пород. М: Недра, 1974.399 с.

52. Керн Р., Вайсброд А. Основы термодинамики для минералогов, петрографов и геологов. Пер. с англ. М.: Мир, 1966.280 с.

53. Корчагина Ю. Н., Четверикова О. П. Методы исследования рассеянного органического вещества осадочных пород. М.: Недра, 1976. 231 с.

54. Коры Выветривания Урала. Сборник трудов под ред. Гузовского Л. А. Саратов, 1969. 402 с.

55. Крайнов С. Р., Рыженко Б. Р., Швец В. М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: Наука, 2004. 677 с.

56. Крайнов С. Р., Швец В. М. Основы геохимии подземных вод. М.: Недра, 1980. 405 с.

57. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. РавделяА. А. М.-Л.: Химия, 1965.159 с.

58. Кузнецов С. И., Иванов М. В., ЛяликоваН. Н. Введение в геологическую микробиологию. М.: Недра, 1963. 239 с.

59. Лебедев А. В. Методы изучения баланса грунтовых вод. М.: Недра, 1976. 223 с.

60. Лехов А. В. Физико-химическая гидрогеодинамика. М.: изд. КДУ, 2010. 500 с.

61. Линник П. Н., Набиванец Б. И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 272 с.

62. Мануйлов Л. А., Клюковский Г. И. Физическая химия и химия кремния. М.: Высшая школа, 1962. 312 с.

63. Матвеева Л. А. Некоторые вопросы разложения минералов простыми органическими кислотами // Кора выветривания, вып. 10. Геология и минералогия коры выветривания. М.: Наука, 1968. С. 234-248.

64. Мироненко В. А. Динамика подземных вод. М.: Недра, 1983. 358 с.

65. Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжёлые металлы в природных водах. Контроль и оценка влияния. М.: Мир, 1987. 283 с.

66. Никеленосные коры выветривания Урала. Под ред. Н.В.Павлова. М.: Наука, 1970. 286 с.

67. Овчинников Л. Н. Полезные ископаемые и металлогения Урала. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998.412 с.

68. Палкин С. В., Рыбникова Л. С. Государственный мониторинг подземных вод на Среднем Урале // Известия ВУЗов. Горный журнал. Уральское горное обозрение, № 5,1995. С. 49-64.

69. Перельман А. И. Геохимия эпигенетических процессов (зона гипергенеза). М.: Недра, 1965. 272 с.

70. Перельман А. И. Геохимия. М: Высшая школа, 1989. 528 с.

71. Перельман А. И., Касимов Н. С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000,1999. 764 с.

72. ПитьеваК. Е. Гидрогеохимия (формирование химического состава подземных вод). М.: изд. МГУ, 1978. 328 с.

73. Попов В. С., Богатов В. И., Петрова А. Ю., Беляцкий Б. В. Возраст и возможные источники гранитов Мурзинско-Адуйского блока, Средний Урал: ЯЬ-Бг и Бт-Ш изотопные данные // Литосфера, № 4,2003. С. 3-18.

74. Резников А. А., Муликовская Е. П., Соколов И. Ю. Методы анализа природных вод. М.: Недра, 1970.488 с.

75. Рид Дж. Карбонаты. Минералогия и геохимия. Пер. с англ. М.: 1982. 376 с.

76. Рудные месторождения СССР. В 3-х томах. Под ред. акад. Смирнова В. И. Том 2. М.: Недра, 1974. 392 с.

77. Рыженко Б. Н. Термодинамика равновесий в гидротермальных растворах. М.: Наука, 1981. 191 с.

78. Самарина В. П. О Функциональном подходе к классификации геоэкологических систем // Вестник Воронежского университета. Геология. № 1, Воронеж, 2004. С. 174-175.

79. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. 103 с.

80. Сигов А. П. Металлогения мезозоя и кайнозоя Урала. М.: Недра, 1970. 296 с.

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

82. Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. В 3-х томах. Т. 1. Типы литогенеза и их размещение на поверхности Земли. М.: изд. АН СССР, 1962. 212 с.

83. Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. В 3-х томах. Т. 2. Закономерности состава и размещения гумидных отложений. М.: изд. АН СССР, 1962. 574 с.

84. Табаксблат JI. С., Бизяев Н. А. Гидрогеохимическая трансформация Липовского месторождения силикатного никеля (Средний Урал) в условиях регрессивной стадии его техногенеза// Литосфера, № 6,2008. С. 73-81.

85. Тагильцев С. Н. Геомеханические основы гидрогеологической стратификации скальных массивов Урала // Известия ВУЗов. Горный журнал. Уральское горное обозрение, № 5,1995. С. 75-79.

86. Талалай А. Г., Макаров А. Б., ЦыпинЕ. Ф. Техногенные образования. Опыт исследований // Известия ВУЗов. Горный журнал. Уральское горное обозрение, № 3, 2004. С. 88-90.

87. Федорова Т. К. Физико-химические процессы в подземных водах. М.: Недра, 1985. 181с.

88. Ферштатер Г. Б. Гранитоидный магматизм и формирование континентальной земной коры в ходе развития Уральского орогена // Литосфера, № 1,2001. С. 62-85.

89. Черняев А. М., Напримеров В. В. Водные ресурсы Урала // Известия ВУЗов. Горный журнал. Уральское горное обозрение, № 5, 1995. С. 13-49.

90. Шахов И. С. Запасы воды и водообеспеченность на Урале // Известия ВУЗов. Горный журнал. Уральское горное обозрение, № 5,1995. С. 1-13.

91. Шварцев С. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Недра, 1998.366 с.

92. Шварцев С. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра, 1978. 288 с.

93. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. М.: Недра, 1973. 192 с.

94. Birch F., Schairer J. F., SpicerH. С. Handbook of Physics constants, Geol. Soc. Am., Spec. Pap. № 36,1942.280 p.

95. ColmerA. R., HinkleM. E. The role of microorganisms in acid mine drainage // Science. Vol. 106. 1982. pp. 236-253.

96. FelmyA. R., WeareJ. H. Calculation of multicomponent ionic diffusion from zero to high concentration. The system Na-K-Ca-Mg-Cl-S04-H20 at 25 °C. Geochim. Cosmochim. Acta, 1991. Vol. 55. No. 1. pp. 113-190.

97. Hem J. D. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. 3-rd. ed. / U.S. Geol. Surv. Water Supply Paper. 1985. No 2254. 250 p.

98. Plummer L. N., BusenbergE. The solubility of calcite, aragonite and vaterite in CO2-H20 solutions between 0-90 °C and an evaluation of the aqueous model for the system CaC03-C02-H20. Geochim. Cosmochim. Acta, 1982. Vol. 46. No. 6. pp. 1011-1040.

99. 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.

100. Фондовые и рукописные источники

101. Геологическая карта района Липовского никелевого месторождения, масштаба 1:50000 (приложение к отчёту Уральской гидрогеологической экспедиции), 1977.

102. Геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1000000 (новая версия). Лист 0-40, (41) Екатеринбург, Объяснительная записка, СПб.: 1997. 252 с.

103. Государственный природно-минералогический заказник «Режевской». Отчет о проделанной работе за 2001 год. Реж, 2001. 65 с.

104. Дутова Е. М. Гидрогеохимия зоны гипергенеза Алтае-Саянской складчатой области. Автореф. дисс. доктора геол.-мин. наук, Томск, 2005. 46 с.

105. ЕлохинаС. Н. Проект (программа) мониторинга окружающей среды на территории Природно-минералогического заказника «Режевской». Екатеринбург, 2009. 88 с.

106. Емлин Э. Ф., Волков С. Н. Пояснительная записка к комплекту карт по оценке эколого-геохимического состояния бассейна р. Реж (Режевской фрагмент). Екатеринбург, 1992. 43 с.

107. Кецко О. Г. Техногенез Липовского месторождения силикатного никеля (Средний Урал). Автореф. дисс. кандидата геол.-мин. наук, Екатеринбург, 1996. 23 с.

108. КудряшовА. М. Геологические особенности Липовского месторождения и их роль в локализации силикатно-никелевого оруденения. Автореф. дисс. кандидата геол.-мин. наук, Свердловск, 1975. 36 с.

109. Письменская Л. Ф. Отчет о поисковых гидрогеологических работах для хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Реж Свердловской области, Каменск-Уральской гидропартией в 1979-1982 гг. Свердловск, 1985. 129 с.

110. Табаксблат Л. С. Гидрогеохимия микроэлементов минеральных месторождений Урала (техногенный аспект). Автореф. дисс. доктора геол.-мин. наук. Тюмень, 1999. 48 с.

Информация о работе

Бизяев, Николай Алексеевич
кандидата геолого-минералогических наук
Екатеринбург, 2012
ВАК 25.00.36

Диссертация

Гидрогеохимическая трансформация Липовской геотехногенной системы - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы