Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Принципы и технология геоэкологической оценки Михайловского горнорудного района КМА методами космического дистанционного зондирования и наземных исследований

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Кузнецов, Сергей Николаевич

Введение.

1. Общие сведения о районе работ.

1.1. Экономико-географические условия

1.2. Физико-географические условия.

1.3. Основные особенности геологического строения района.

2. Анализ изученности Михайловского промрайона КМА

2.1. Характеристика ранее проведенных инженерно-геологических и геоморфологических исследований.

2.2. Характеристика ранее проведенных геоэкологических исследований

2.3. Обеспеченность изучаемой территории материалами дистанционного зондирования

3. Концепция методология и технология геоэкологических исследований

3.1. Теоретическое обоснование геоэкологических исследований.

3.2. Принципы использования ретроспективной космической информации при геоэкологических исследованиях.

3.3. Технология выполнения сопряженных работ.

3.4. Методика и технология компьютерной подготовки материалов

3.4.1. Создание опорной графической основы.

3.4.2. Техническая подготовка ретроспективных графических материа- 29 лов

3.4.3. Отбор и техническая подготовка материалов дистанционного зондирования.

3.4.4. Тематическое дешифрирование и выявление геоиндикаторов.

3.4.5. Создание фотопланов района работ.

3.5. Основные результаты работ по уточнению методики геоэкологических исследований на эталонном участке в междуречье p.p. Ре-чица - Чернь.

3.6. Обоснование разработки комплекта тематических карт геоэкологического содержания.

3.7. Методика и технология тематической обработки материалов ретроспективных космических съемок и создания тематических 45 карт.

3.8. Методика сопоставительного анализа результатов тематических исследований и создания сводных и итоговых карт.

4. Результаты комплексных геоэкологических исследований.

4.1. Характеристика отобранных МДЗ.

4.2. Водные объекты Михайловского промрайона по состоянию на 1999 г.

4.2.1. Характеристика гидрографической сети. 4.2.2. Искусственные замкнутые водоемы по состоянию на 1999 г.

- 4.2.3. Процессы переработки берегов Копенковского водохранилища

4.2.4. Геоэкологическое состояние Копенковского водохранилища по 78 данным МДЗ.

4.2.5. Динамика заполнения и современное состояние шламохранилища на р. Песочной.

4.3. Экзогенные геологические процессы.

4.3.1. Результаты комплексных исследований ЭГП.

4.3.2. Выявленные индикаторы форм рельефа и ЭГП.

4.3.3. Моделирование рельефа.

4.3.4. Современные экзогенные геологические процессы, выявленные при дешифрировании МДЗ.

4.3.5. Качественная оценка неоднородности Михайловского промрайона по степени активности ЭГП.

4.3.6. Районирование территории по степени активности экзогенных геологических процессов.

4.4. Антропогенное воздействие и его основные факторы.

4.4.1. Результаты составления карты антропогенного воздействия . —

4.5. Классификация основных факторов антропогенного воздействия

4.5.1. Техногенная нагрузка. '

4.5.2. Сельское хозяйство.

4.5.3. Селитебная застройка.

4.5.4. Линейные коммуникации.

4.5.5. Лесное хозяйство.

4.5.6. Водное хозяйство.

5. Комплексная геоэкологическая оценка Михайловского промрайона по результатам сопоставительного анализа результатов тематических исследований.

5.1. Антропогенные факторы влияния на природный территориальный комплекс.

5.2. Развитие ЭГП под влиянием антропогенных факторов.

5.2.1. Общая оценка техногенных процессов.

5.2.2. Техногенная суффозия.

5.2.3. Техногенные оползни и подтопление.

5.3. Геолого-экологическое состояние Михайловского промрайона по степени антропогенного воздействия на природный территориальный комплекс

5.4. Критерии эколого-геологической экспертной оценки территории

5.5. Прогноз возникновения чрезвычайных ситуаций.

5.6. Рекомендации.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Принципы и технология геоэкологической оценки Михайловского горнорудного района КМА методами космического дистанционного зондирования и наземных исследований"

Актуальность работы. Эксплуатация Михайловского железорудного месторождения оказывает многообразное техногенное воздействие на геологическую среду Железногорского района Курской магнитной аномалии. Происходящие в ней изменения негативно влияют на состояние экологических систем в целом. Это требует своевременного комплексного изучения и оценки геолого-экологических последствий горнодобывающей деятельности для принятия наиболее оптимальных, в экологическом отношении, производственных решений. В первую очередь это относится к проведению целевых геоэкологических исследований, достаточных для проектирования режимных мониторинговых исследований объектного, областного и федерального уровней.

Такие задачи решаются при комплексном подходе к изучению природных и техногенных ландшафтов, как сложно построенных и взаимосвязанных материальных систем.

Задачами диссертационной работы являются:

1. Разработка принципов и методологии системной организации геоэкологических исследований горнопромышленных районов с применением данных космического зондирования.

2. Выявление факторов техногенного воздействия на природную среду, как объектов системного геоэкологического мониторинга горнодобывающих районов.

3. Комплексная геоэкологическая оценка Михайловского горнорудного района на площади 1265 км , в масштабе 1:50000.

Защищаемые положения.

1. Основой методики системной организации геоэкологической оценки горнодобывающих регионов является сопряженная обработка космической информации и материалов наземных исследований.

2. Основными геоиндикаторами для оценки техногенного воздействия на природную среду освоенных горнорудных районов являются: положительные и отрицательные формы техногенного рельефа, зеркало подземных и поверхностных вод; почвенно-растительный покров; переотложения извлеченных горных пород; активные проявления природно-техногенных экзогенных процессов.

3. Выявлены аномальные групповые проявления экзогенных геологических процессов различной специфики в динамике их развития во времени и пространстве с начала освоения Михайловского месторождения, что позволило провести районирование территории с выделением благоприятного, удовлетворительного, неблагоприятного и катастрофического состояния окружающей среды.

4. Впервые создана геоинформационная модель природно-техногенной экосистемы территории влияния Михайловского ГОКа, которая является основой для постановки и проведения геоэкологического мониторинга объектного уровня.

Научная новизна

1. Обоснованы принципы и новый концептуальный подход к геоэкологической оценке крупных горнорудных территорий, основанной на сопряженной интерпретации результатов космического зондирования и наземных данных, позволяющей в динамике проследить особенности негативного развития природных и техногенных экзогенных процессов (техногенное преобразование рельефа; техногенное подтопление; истощение подземных вод; береговая абразия; овражная эрозия; плоскостной смыв и засоление почв; деградация растительного покрова; загрязнение водоемов).

2. Впервые на основе выделенных геоиндикаторов экзогенных геологических процессов дана комплексная геоэкологическая оценка современного состояния территории влияния Михайловского ГОКа, которая отнесена к зоне экологического риска и осуществлено ее районирование на количественной основе с выделением площадей катастрофического, неблагоприятного, удовлетворительного и благоприятного экологического состояния.

Практическая значимость

Создана геоиформационная модель территории влияния Мизайловского ГОКа КМА на основе реализации ГИС-технологии комплексной обработки космической и наземной информации для составления серии цифровых монокомпонентных и синтезированных карт геоэкологического содержания.

Системная организация работ обеспечивает ввод, манипулирование и анализ пространственных и географически определенных данных для поддержки принятия решений по рациональному использованию природных ресурсов.

Разработанная и реализованная технология геоэкологической оценки территории на примере Михайловского ГОКа рекомендована для внедрения на других горнопромышленных объектах при проведении мониторинговых исследований объектного уровня.

Практическая значимость работы подтверждается:

- внедрением системной организации подобных исследований на действующих горнодобывающих предприятиях России: ОАО «Фосфорит» (1998г.); ОАО «Беларуськалий» (1998 г.); ОАО «Уралкалий», ОАО «Сильвинит» (19951999г.); ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Апатит» (2000-2001 г.); ОАО «Михайловский ГОК» (2000-2002 г.);

- включением сопряженных результатов работ и их развитие в утвержденной программе «Объектный и территориальный мониторинг геологической среды Михайловского горнопромышленного района КМА на 2001-2005г.г.» (Программа согласована с Комитетом природных ресурсов по Курской области, Комитетом природопользования и геологии Курской области, ОАО «Михайловский ГОК», фирмой «Агрохимбезопасность»).

Фактический материал и методы исследований. В основу диссертаций положены материалы космических съемок, выполненных в летний период 1977, 1989, 1999 г.г. Космические снимки фотографического («Ресурс Ф») и сканерного ("SPOT") типов, высокого разрешения, в цифровом виде. Всего четыре космических кадра: два панхроматических (1977, 1989) , один четырехзо-нальный (1999), один трехзональный (1989).

Территория исследования: 1265 км2 на площади листов N 131 -Г, 132-В, 143-Б, 144-А, в масштабе 1:50000.

В сопоставительном анализе использовались: фондовый материал априорных инженерно-геологических и гидрогеологических съемок; топографические основы разных лет; результаты геохимических исследований, полученные на отдельных участках, в пределах общей площади работ. В диссертации реализованы следующие методы исследований:

- многофакторный кластерный анализ индикаторов объектов исследований при интерпретации космических изображений;

- метод главных компонент дешифрируемых объектов;

- методы ГИС-технологий по оптимизации системы обработки и представления картографической и космической информации;

- опытно-заверочная проверка результатов дешифрирования на эталонном участке; экспертная геоэкологическая оценка.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на 2-ой Международной конференции "Проблемы безопасности жизнедеятельности" (г. Минск, 1997 г.), на 1-ом Всероссийском совещании "Мониторинг ГС на объектах горнодобывающей промышленности" (г. Березники, 1999 г.), на VII -ой Международной конференции пользователей программных продуктов ESRI & ERDAS (г. Москва, 2001г.).

Публикации. По теме диссертации имеется 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из книги: введение, 5 глав, заключение, список литературы из 49 наименований, содержит 136 страниц текста, 30 рисунков и 8 таблиц; папки из 10 графических приложений.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Кузнецов, Сергей Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автором представлены основные результаты геоэкологических исследований Михайловского горнорудного района методами сопряженной обработки материалов космических съемок и наземных данных.

Результаты исследований показали, что применение космических дистанционных методов при геоэкологическом изучении позволяет значительно расширить объем информации о состоянии, развитии и динамике экзогенных геологических процессов.

В настоящей работе впервые для Михайловского промрайона разработана системная организация сопряженной обработки космической и наземной информации с целью оценки геоэкологических особенностей района в детальном масштабе.

При выполнении работ применялась принципиально новая методика сопряженного анализа наземных материалов и результатов тематического дешифрирования МДЗ, эффективность которой подтверждена в ряде других горнорудных районов России.

Рассмотрены основные закономерности проявлений экзогенных процессов различного генезиса, их дислокация и динамика развития во времени и пространстве.

Создана геоинформационная модель геоэкологического содержания, характеризующая экологическое состояние основных компонентов ландшафта и развитие негативных ЭГП на площади Михайловского горнопромышленного района и прилегающих административных районов Курской и Орловской областей.

Положительные результаты проведенных исследований и наработанный опыт применения новых методических приемов в специфических условиях геологической среды КМА открывают большие перспективы для организации объектного и территориального геоэкологического мониторинга Михайловского горнорудного района.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Кузнецов, Сергей Николаевич, Москва

1. Опубликованные

2. Апполонова И.П., Лаврова Г.В. Геологическая карта СССР масштаба 1:200000. Лист N-36-XXXVI (Дмитриев-Льговский). Объяснительная записка. М.: Госгеолтехиздат, 1959. 104 с.

3. Асоян Д.С. Использование космической информации при изучении эрозионных форм рельефа Русской равнины // Географическая интерпретация аэрокосмической информации. М.: Наука, 1988, с. 68-80.

4. Будков В.П., Киянец А.В., Исмаилов К.А. и др. Мероприятия по обеспечению устойчивости отвала № 5 Михайловского ГОКа // Сдвижение и устойчивость горных пород при разработке железорудных месторождений. Белгород, ВИОГЕМ, 1981.

5. Востокова Е.А., Сущеня В.А., Шевченко Л.А. Экологическое картографирование на основе космической информации. М.: Недра, 1988. 223 с.

6. Ганешин Г.С., Соловьев В.В., Чемеков Ю.Ф. Типовая легенда для геоморфологических карт разных масштабов. Л.: Недра, 1972.

7. Геология СССР. Центр Европейской части СССР. М.: Недра, 1971.

8. Голева Р.В. Геоэкологические исследования и охрана недр. Методические основы и принципы геоэкологической типизации по основным видам токсикантов и индикаторам токсичности. М.: МГП «Геоинформмарк», Выпуск 4, 1999. с. 18-29.

9. Голева Р.В., Сенькова Н.Р., Тюленева В.М. Геоэкологические исследования и охрана недр. Опыт оценки состояния окружающей среды на ранних стадиях освоения рудных месторождений. М.: МГП «Геоинформмарк», Выпуск 4, 1995. с.32-41.

10. Геоэкологические исследования и охрана недр. Современное состояние проблемы изучения геоиндикаторов быстрых экологических изменений окружающей среды. М.: МГП «Геоинформмарк», Выпуск 1, 1996.

11. Геоэкологические исследования и охрана недр. Информационный сборник. М.: МГП «Геоинформмарк», Выпуск 1, 1996.

12. Костенко Н.П. Геоморфология. М.: Изд-во МГУ, 1989. 383 с.

13. И.Костенко Н.П., Макарова Н.В., Корчугаяова Н.И. Выражение в рельефе складчатых и разрывных деформаций. М.: Изд-во МГУ, 1999. 120 с.

14. Лунев Б.С., Наумова О.Б. Атлас форм рельефа. Т. 1, 2. Перм. ун-т, Пермь, 1999. 316 с.

15. Методические рекомендации по организации государственного мониторинга экзогенных геологических процессов. М.: ВСЕГИНГЕО, 1997. 39 с.

16. Методические рекомендации по организации режимных гидрогеохимических наблюдений в горнорудных районах. Белгород, ВИОГЕМ, 1981.

17. Методические рекомендации по экранированию хвостохранилищ горно-обогатительных комбинатов черной металлургии. Белгород, ВИОГЕМ, 1987.

18. Павлов И.Н., Прохоров С.П. и др. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия железорудных месторождений КМА. Госгеолтехиздат, М., 1959.

19. Полищук В.Д., Голивкин Н.И., Зайцев Ю.С. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. М.: Недра, 1970.

20. Почвенно-геологические условия Нечерноземья. М.: Изд-во МГУ. 1984. 608 с.

21. Рейтер Ф., Кленгель К., Пашек Я. Инженерная геология. (Пер. с нем.) М.: Недра, 1983. 528 с.

22. Розанов Л.Л. Методика структурно-геоморфологического изучения речных долин. М.: Наука, 1977. 136 с.

23. Скробов А.И. Каталог минеральных вод Курской области (источники, колодцы, буровые скважины). Сведения о химическом составе минеральных вод. ВСЕГЕИ, 1937.

24. Требования к геолого-экологическим исследованиям и картографированию масштаба 1:200000 1:100000. М.: ВСЕГИНГЕО, 1990. 86 с.

25. Требования к геолого-экологическим исследованиям и картографированию масштаба 1:50000 1:25000. М.: ВСЕГИНГЕО, 1990. 127 с.

26. Требования к геолого-экологической экспертизе проектов разработки месторождений твердых полезных ископаемых. М.: ВСЕГИНГЕО, 1993. 18 с,

27. Трофимов В.Т. и др. Теория и методология экологической геологии. М.: Изд-во МГУ, 1997, 368 с.

28. Чалов Р.С., Алибян A.M. и др. Морфодинамика русел равнинных рек. М.: Изд-во МГУ, 1998.288 с.

29. Чатковский В.К. Геология и металлогения фундамента Русской платформы. М.: Наука, 1987. 156 с.

30. Ширяев В.Т., Клюева Р.Ш., Клейменов В.М. Объяснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов Курской области. М., 1985.1. Фондовые

31. Бабушкин В.Д. и др. Изучение естественного и нарушенного режима подземных вод региона КМА и его прогноз до 2000 г. ВСЕГИНГЕО, 1977.

32. Изучение режима подземных вод на территории Михайловского горно-промышленного района. МГОК, Железногорск, 1991.

33. Изучение режима подземных вод на территории Михайловского горно-промышленного района. МГОК, Железногорск, 1992.

34. Исследование и оценка воздействия объектов Михайловского ГОКа на подземные и поверхностные воды и разработка мероприятий, снижающих уровень экологической опасности. ВИОГЕМ, Белгород, 1998.

35. Калашников Г.В., Соколова Н.Е. Отчет о рекогносцировочных работах на керамзитовые глины и суглинки в Михайловском районе Курской области за 1960-61 г.г. 1962.

36. Кичигин Е.В. и др. Выявление геохимического техногенного загрязнения почвенного покрова земельного отвода АО "МГОК" и прилегающих территорий металлополютанта-ми. НПФ "Экотон", Белгород, 1998.

37. Кичигин Е.В., Дыхлин В.В., Чигасова С.П. и др. Оценка современного состояния водных ресурсов Железногорского района Курской области и их прогноз до 2000 года. Белгород, 1988.

38. Комарницкий Н.И. и др. Отчет об инженерно-геологических изысканиях на Михайловском железорудном месторождении КМА за 1959-61 г.г. ЦНИИгоросушение, 1962.

39. Мониторинг геологической среды в Михайловском горнодобывающем районе (систематические гидрогеологические наблюдения за режимом подземных вод в 1996 году). Бурение гидронаблюдательных скважин. НОВОТЭК, Белгород, 1996.

40. Мониторинг геологической среды в Михайловском горнодобывающем районе (систематические гидрогеологические наблюдения за режимом подземных вод в 1997 году). МГОК, Железногорск, 1998.

41. Отчет о предварительной разведке подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Железногорска и Михайловского ГОКа Курской области (по состоянию на 1.05.1973 г.). Курская КГРЭ, с. Черницыно, 1973.

42. Отчет о результатах инженерно-геологических изысканий оползневого участка в районе ст. Челнок и создание гидрогеологических скважин для наблюдения за режимом и составом подземных вод. ВИОГЕМ, Белгород, 1989.

43. Отчет о результатах инженерно-геологических изысканий по созданию гидрогеологических скважин для наблюдения за режимом и составом подземных вод. ВИОГЕМ, Белгород, 1993.

44. Отчет о создании гидрогеологических скважин для наблюдения за режимом и составом подземных зод. ВИОГЕМ, Белгород, 1986.

45. Розановская Е.М., Сурженко B.C., Ишунина Т.А. и др. Отчет о комплексной геолого-гидрогеологической съемке м-ба 1:50000 листов N-36-131-Г, N-36-143-B, N-36-144-A, произведенной в 1959-62 г.г. Курская КГРЭ, М., 1968.

46. Язова Э.А., Язов Ю.М., Гулюкин М.М. Отчет Михайловской гидрогеологической партии о гидрогеологической съемке масштаба 1:200000 листа N-36-XXXVI, произведенной в 1962 г. (Курская и Орловская области). ГСЭ ГУЦР, М., 1963.

47. Папка 1 (графические приложения)прил Наименование Масштаб Кол-во лист.

48. Цифровая модель современного эрозионного рельефа Михайловского промрайона по состоянию на 1999г. 1:50000 1

49. Карта индикационного дешифрирования природного ландшафта 1:50000 1

50. Карта гидрологического состояния Михайловского промрайона 1:50000 1

51. Карта дренируемости почво-грунтов 1:50000 1

52. Карта экзогенных геологических процессов, выявленных по данным наземных исследований 1:50000 1 1

53. Карта активных экзогенных геологических процессов, выявленных по данным дешифрирования космических изображений 1:50000 1

54. Сводная карта проявлений экзогенных геологических процессов 1:50000 1

55. Карта районирования по степени активности экзогенных геологических процессов 1:50000 1

56. Карта антропогенного воздействия на природный территориальный комплекс 1:50000 1

57. Сводная карта геолого-экологического состояния территории 1:50000 1