Реферат: Эколого-геохимическая оценка горнорудного района (на примере Садоно-Унальской котловины, республика Северная Осетия-Алания)

Изучаемый район (рис. 1) находится в долине между Боковым и Скалистым хребтами (Садоно-Унальская котловина), в бассейне р. Ардон и ее притоков (р.р. Уналдон, Майрамдон). Садоно-Унальская котловина выработана регрессивной эрозией рек в области распространения легко поддающихся денудации песчано-сланцевых толщ средней юры. Здесь преобладает эрозионно-аккумулятивный рельеф. Территория характеризуется средне-высокогорным рельефом: перепады высот - от 900 до 3000 м над уровнем моря. Скалистый хребет сложен, в основном, верхнеюрскими и нижнемеловыми известняками и доломитами, Боковой - нижнеюрскими сланцами и докембрийскими гранитами.

Водные системы района - типичные горные реки с ярко выраженным ледниковым режимом, маломинерализованные (200 мг/л), нейтральные (рН - 6,5-7,4), по преобладающим ионам имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав.

Долина р. Ардон в районе работ в поперечном профиле асимметрична: левый борт крутой, образован скальными выходами осадочных пород средней юры и оползневыми отложениями г. Кион-Хох (по нему проходит шоссейная дорога "Транскам"); правый -более пологий, представлен серией разноуровневых аккумулятивных и цокольных речных террас. Террасы сложены валунно-галечными отложениями с гравийно-песчанистым заполнителем и перекрыты слоем суглинка, нередко лессовидного характера. На правом берегу расположено сел. Унал, разделяющееся на Верхний и Нижний, и учебно-научная база МГУ им. проф. А.П. Соловова (в сел. Н. Унал).

Долина реки Ардон в районе сел. Унал характеризуется своим особенным микроклиматом; она находится в дождевой "тени" под защитой Скалистого хребта. Средняя температура самого теплого месяца, июля, составляет +16°С, самого холодного, января, -2°С. Годовое количество осадков составляет 300-400 мм с наибольшим выпадением летом и осенью.

Район относится к горно-степной зоне, занимающей межгорныедепрессии между Скалистым, Боковым и Водораздельными хребтами. В депрессиях под влиянием сухого и относительно теплого климата сформировались своеобразные горно-степные почвы под разреженным травянистым покровом и горно-луговые почвы под хорошо развитой субальпийской разнотравной растительностью (почвообразующие породы -известняки). По характеру почвы имеют сходство с черноземами и даже каштановыми почвами (преимущественнона террасах р. Ардон). По долинам больших рек от Бокового до Скалистого хребтов развиваются коричневые горные лугово-степные почвы с ковыльно-злаковой растительностью. Кроме того, в пределах долины выделяются склоновые горно-лесо-луговые бурые оподзоленные и перегнойно-карбонатные почвы.

Сельское хозяйство в районе имеет профилирующее плодово-овощное и животноводческое направление. Здесь широко развиты яблонево -грушевые сады, имеющие местное промышленное значение. Среди овощных и зерновых сельскохозяйственных культур наибольшим распространением пользуются картофель, кукуруза, бобовые. Промышленность в большей степени связана с добычей, обогащением и переработкой полезных ископаемых. Главная транспортная <артерия> - Транскавказская автомагистраль (ТРАНСКАМ) - проходит по левому борту долины р. Ардон.

Практически более половины горной территории Осетии относится к республиканским заказникам, на базе которых в 1967 году организован Северо-Осетинский Государственный заповедник.

В Северной Осетии известны проявления более 45 видов полезных ископаемых. Их образование тесно связано с региональной зональностью области, причем отдельные геолого-тектонические зоны определяют металлогенический облик и размещение рудных и нерудных полезных ископаемых.

Садонский рудный район, в пределах центральной части которого находится изучаемая территория, характеризуется сложной блоково-глыбовой структурой и двухъярусным строением. Месторождения локализуются как в нижнем (Садон, Згид, Холст, Архон, Октябрьское, Буронское), так и в верхнем (Левобережное, Какадур-Ханикомское) структурных ярусах. Преобладающей формой рудных тел являются массивные плитообразные, реже ветвящиеся субвертикальные жилы, приуроченные к мощным зонам дробления и разломов. Размеры жил самые различные - протяженность 10n-100n м, мощность от 0,1 м до n м. Главными минералами руд являются сфалерит, галенит, пирит, пирротин, халькопирит; второстепенными - арсенопирит, марказит, магнетит; жильными - кварц, кальцит. Помимо основных полезных компонентов - Pb и Zn - промышленное значение в комплексе имеют Ag,Cd,In,Cu. Распределение полезных компонентов в руде неоднородно: среднее содержание Pb колеблется от 0,42 до 12,8% , Zn - от 1,87 до 26,2% . В отдельных обогащенных местах содержание этих элементов достигает 50%.

В районе действовали и продолжают действовать большое количество рудников Садонского свинцово-цинкового комбината. Со всех месторождений руды поставляются на Мизурскую горно-обогатительную фабрику (МГОФ), расположенную в 8-10 км южнее сел. Унал вверх по течению р. Ардон в пос. Мизур. Официально она была открыта в марте 1929 года и в настоящее время является главным источником техногенного загрязнения окружающей среды в районе. При нормальном обеспечении МГОФ за сутки перерабатывала до 20000 тонн руды. Полученные в результате селективной флотации свинцовые и цинковые концентраты содержат: Pb, Bi, Sb, Ag, Au, Cu, Zn, Co, As (свинцовый); Zn, Cd, Co, Pb, S, Sb, Ag, Fe, In (цинковый). Концентраты транспортируются в г. Владикавказ для выплавления металлов на заводе <Электроцинк>.

Хвосты до 1 января 1984 года складировались в чаше временного хвостохранилища, расположенного в узкой боковой долине (левый приток р. Ардон) над г. Мизур. С 1929 по 1984 гг. МОФ работала в режиме зимнего хранения хвостов, и сбрасывала их в реку Ардон в паводковый период. Попадание шахтных и производственных стоков в реку привело к сильному загрязнению речной воды и донных отложений Pb, Zn, Cu, Cd, Ag на всем ее протяжении, поэтому встал вопрос о постройке нового хвостохранилища.

Хвостохранилище, расположенное в долине р. Ардон в 500 м севернее сел. Унал, как и большинство источников техногенного загрязнения (ГОК, часть отвалов и штолен) исследуемого района находятся в густонаселенном районе.

Специализированные эколого-геохимические работы на территории Северной Осетии начались с 1982 г. после решения Мингео СССР о проведении исследований по проблеме <Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов> от 31.03.1981 г. Среди них можно выделить работы Центральной опытно-методической геохимической экспедиции (ЦОМГЭ) ИМГРЭ (сел. Ниж. Бирагзанг) в различные годы. В предшествующих работах столь комплексного исследования с изучением состояния растительности не проводилось; основной причиной формирования почвенных аномалий на нижних террасах р. Ардон назывались арыки, а вклад ветровой эрозии хвостохранилища оценивался, как минимальный.

Глава 2. Методика исследований.

Полевые исследования в районе Унальского хвостохранилища проводились в 1989-2004 г.г. и включали в себя:

эколого-геохимическое картирование территории с опробованием почв, вод и донных отложений водотоков;

мониторинговые исследования в районе Унальского хвостохранилища с опробованием почв, растительности, поверхностных вод, рудничных вод, отвалов, сухой части поверхности хвостохранилища и пылевых выпадений.

Почвенные пробы отобраны по 9-ти профилям, ориентированным вкрест простирания предполагаемой техногенной аномалии. Сеть опробования составляла 200x50 м., пробы отбирались с поверхности (10-15 см). Для изучения проникновения загрязнения на глубину проходились шурфы глубиной до 1 м с погоризонтным опробованием с интервалом 0,2 м. Опробование донных отложений проводилось из русел р.р. Майрамдон и Уналдон из песчано-глинистой фракции руслового аллювия с шагом 100 - 250 м. Пробы воды отбирались по разреженной сети: расстояние между пунктами 1000 - 1500 м.

Опробование рудничных вод проводилось в местах их излияния из штолен, а также из рек в 100 м выше и ниже по течению от места впадения рудничных вод.

Опробование представительных видов растительности (листьев и плодов яблонь, картофеля, кукурузы, спилов деревьев) проводилось параллельно с отбором почвенных проб (на нижних террасах р. Ардон - с каждой 3-й почвенной пробой, на остальной территории - с каждой 5-7-й). Опробование хвостохранилища проводилось с поверхности по периметру (по сухой части), шаг опробования 100м.

Для оценки количества пылевых выпадений в 1998 - 2000 г.г. использовались смывы с листьев и плодов яблони, в 2003 пыль собиралась в специальные емкости с водой. После фильтрации через фильтр <синяя лента>, анализировались как твердая, так и жидкая фазы атмосферных выпадений.

Для определения концентраций химических элементов в пробах почв, донных отложений, отвалов, сухой части хвостохранилища и растительности использовался приближенно-количественный спектральный анализ, который выполнялся в лаборатории Опытно-методической экспедиции (ОМЭ) (г. Александров). Лаборатория имеет свидетельство об аттестации и обеспечена необходимыми государственными стандартами и образцами.

В пробах почв, отвалов, сухой части хвостохранилища и донных отложений определялись содержания 36 химических элементов: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, Ag, Mn, As, Sb, W, Sn, Bi, Ba, Sc, Ti, Li, Be, Nb, Y, Yb, Zr, Hf, La, Ce, Cd, In, P, Ge, Ga, Sr, Ta, Tl и B, предварительное истирание проб проводилось в той же лаборатории. Определение содержаний 12 химических элементов в пробах растительности проводилось после их предварительного сухого озоления: Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, V, Mo, Ag, Mn, Sn и Sr. Все метрологические характеристики анализов, проведенных в ОМЭ, не превышали допустимых пределов, предусмотренных действующими инструкциями.

Концентрации микроэлементов в пробах воды, пылевых смывах, вытяжках из почв, пыли и шлама хвостохранилища определялись атомно-абсорбционным анализом на спектрометре AAS-3 фирмы Карл Цейсс Йена с дейтериевым корректором в пламени воздух - ацетилен (кафедра геохимии, МГУ). Предварительная подготовка проб проводилась в лаборатории кафедры геохимии МГУ.

Для разделения растворимых и взвешенных форм тяжелых металлов в природных водах проводилась их фильтрация через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Гидропробы концентрировались методом упаривания в присутствии хлорной (HClO4) и азотной (HNO3) кислот, в соотношении 1:3. Пробы пыли и водной взвеси озолялись при t - 400°C (с добавлением капли HNO3), разлагались плавиковой (HF) и хлорной (HСlO4) кислотами. Подвижные формы тяжелых металлов извлекались из почв вытяжкой ацетатно-аммонийного буфера (ААБ) с рН = 4,8. Отношение твердой фазы к жидкой = 1:10.

Изучение форм нахождения микроэлементов в пыли, почвах, шламе хвостохранилища проводилось методом последовательных вытяжек, методами рентгенофазового, минералогического и микрозондового анализов.

В отдельных пробах пыли и почв для детального сравнения содержаний микроэлементов между аномалиями использовался количественный спектральный анализ (спектральная лаборатория кафедры геохимии, МГУ) и инверсионный вольтамперометрический (химическая лаборатория кафедры геохимии, МГУ).

Макросостав природных вод определялся методом объемного химического анализа по стандартным методикам [Руководство , 1977], измерение pH проводилось в момент отбора проб полевым pH-метром. Макросостав почв определялся методом силикатного анализа в лаборатории ЛОГС (геологический факультет, МГУ), содержания Сорг., N, S определялись методом сухого сжигания в ВНИИ Защиты растений.

Обработка и количественная интерпретация геохимических данных осуществлялась с помощью программного пакета "Gold digger" (разработан на кафедре геохимии МГУ).

При обработке геохимических данных производилось определение параметров фона (СФ - фоновые концентрации и ф - стандартный множитель), минимально-аномальных концентраций (Смин.ан.), средних содержаний в контуре аномалий (Сан. ср.), коэффициентов концентрации (Кс) химических элементов [Справочник , 1990], пылевая нагрузка [Сает и др., 1990]. Доля подвижных форм металлов от их валовых (общих) концентраций определялась по формуле: доля п.ф.% = (СI / СII)*100%, где СI - содержание химического элемента в почвенной вытяжке, СII - валовое содержание химического элемента в почве.