CC BY
69
УДК 502/504
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДОБЫЧИ ПЕСЧАНОГО МАТЕРИАЛА (на примере песчаных карьеров Волгоградской области)
© 2011 г. Н.П. Дьяченко1, Н.М. Хаванская2
1Волгоградский государственный педагогический университет, 'Volgograd State Pedagogical University,
пр. Ленина, 27, г. Волгоград, 400027, Lenin St., 27, Volgograd, 400027,
rector@vspu.ru rector@vspu.ru
2Волгоградский филиал Института управления, 2Volgograd Branch of Institute of Management,
ул. Штеменко, 66 А, г. Волгоград, 400040, Shtemenko St., 66 A, Volgograd, 400040,
miu@vfmiu.ru miu@vfmiu.ru
Рассматриваются проблемы воздействия добычи нерудных строительных материалов (песка) на природные комплексы Волгоградской области, масштабы техногенного преобразования земной поверхности в результате открытой добычи и геоэкологические проблемы, возникающие при этом. Приводится оценка геоэкологической ситуации для основных песчаных карьеров области.
Ключевые слова: песчаный карьер, карьерно-отвальные комплексы, устойчивость геосистем, геоэкологические проблемы, геоэкологическая ситуация.
The article deals problems of influence of nonmetallic building materials (sand) extraction on natural ecosystems of the Volgograd Region. Scales human transformations of a terrestrial surface are considered as a result of open-pit mining and environmental problems arising thus. The estimation of a geoecological situation for the basic sand-pits region is resulted.
Keywords: sand-pit, open-pit-dump complexes, stability of geosystems, environmental problems, geoecological situation.
Геологическое развитие Волгоградской области предопределило формирование на территории полезных ископаемых, преимущественно относящихся к группе минерально-строительного сырья, добываемых открытым способом [1, 2], к которым относятся и разные виды песчаного материала, широко распространенного в Волгоградской области. Открытая разработка полезных ископаемых приносит значительный ущерб природной среде в связи с экстенсивным характером, и благодаря простоте открытой разработки, эксплуатация песчаных месторождений носит широкий характер.
Для реализации задач строительной индустрии продолжается активная эксплуатация недр, что приводит к трансформации естественного рельефа, созданию техногенных форм, нарушению гидрологического режима, эмиссии продуктов и отходов производства во все геосферы. Следует отметить, что основные месторождения песка локализованы вблизи
г. Волгограда (рис. 1) с населением около 1 млн чел. и являются дополнительным техногенным фактором, неблагоприятно влияющим на геосистемы и население. Отсюда вытекает необходимость и значимость проведения геоэкологической оценки геосистем, находящихся в зоне воздействия добывающей промышленности.
Месторождение Орловское-3 расположено в 7 км к северо-востоку от пгт. Городище, в 4,8 км северо-западнее с. Орловка, на пологом (1° - 2°) склоне Приволжской возвышенности. Выявлено и детально разведано в 1961-1962 гг. Запасы -44 780,9 тыс. м3 (2008 г.) [3].
Полезная толща - разнозернистые кварцевые пески ергенинской свиты плиоцена мощностью от 29,3 до 37,3 м. Вскрыша - четвертичные суглинки, реже глины общей мощностью до 10 м. Месторождение эксплуатируется с 1965 г. ОАО «Орловский песчаный карьер». Пик добычи приходился на конец 70-х - начало
Рис.
1. Наложение размещения основных песчаных карьеров Волгоградской области на ландшафтную основу
80-х гг. и составлял около 2 млн м3, в настоящее время проектная мощность не превышает 400 тыс. м3, а фактический объем добычи в 2008 г. составил 607,7 тыс. м3 [3].
Карьер, сформировавшийся в ходе добычи, овальной формы, площадью около 1,2 км2, протяженностью 1,4 км, шириной 800 м (рис. 2). В карьере отчетливо выделяется выработанный участок, где обнажается подстилающая порода. Глубина разработки прорезала
водоносный горизонт, что привело к дренажу подземных вод в днище карьера с образованием водоемов. Активная добыча ведется вдоль южной стенки карьера, о чем свидетельствуют пять выработанных рабочих уступов. Суммарная высота уступов позволяет установить, что глубина карьера в южной разрабатываемой части достигает 50 м.
Для данного карьера характерен следующий спектр геоэкологических проблем: активизация гравигенных процессов (осыпи), уничтожение почвен-но-растительного покрова, нарушение гидрогеологического режима подземных вод; растительность, присущая сухим степям на светло-каштановых почвах, заменяется в днище карьера околоводной.
Чапурниковское месторождение формовочных песков, разрабатываемое ОАО «Чапурниковские формопе-ски», расположено на северовосточной окраине пос. Ча-пурники, что в природном плане соответствует южному окончанию Приволжской возвышенности, угол наклона склона не превышает 1°. Это одно из самых старых разрабатываемых месторождений области (оно выявлено в 1931 г.). Полезная толща представлена белыми кварцевыми песками ергенин-ской свиты плиоцена, пески местами с ожелезнением мощностью от 2 до 40 м. Кроме песка, есть и проявления фигурного песчаника. Вскрышные породы -четвертичные суглинки, супеси, глины и некондици-
Рис. 2. Схема разработки карьера Орловского-3
онные пески общей мощностью от 0 до 20 м.
Площадь карьерной части составляет 0,48 км2, глубина - более 30 м. Объем добычи - 36,5 тыс. т (2008 г.) [3]. Остаток запасов - 7550 тыс. т. Карьер имеет форму полукруга, в центре которого наблюдается истощение полезной толщи и выход на поверхность нижележащих пород. В разрабатываемой северной стенке карьера отчетливо выделяются 3 уступа, не имеющие четких границ, ввиду активного развития осыпей. Отвалы вскрышных пород локализованы на двух участках: во-первых, в
днище самого карьера, во-вторых, на небольшом расстоянии за его пределами. Площадь, занятая отвалами, составляет около 0,1 км2. На дне карьера наблюдается выход подземных вод, сформировавший небольшое озеро. Растительный покров в днище карьера представлен как травянистой растительностью, так и порослью кустарников и деревьев. Отвалы задернованы слабо, что говорит о дефиците увлажненности за пределами карьера.
Главной геоэкологической проблемой являются нарушение почвенно-растительного покрова, активизация неблагоприятных инженерно-геологических процессов в виде осыпей.
Пионерское месторождение расположено у западной окраины Кировского района г. Волгограда, на водоразделе Приволжской возвышенности. Эксплуатируется с 1964 г., в 2008 г. добыча составила 50,0 тыс. м3 [3], остаток запасов - 3991,0 тыс. м3. В настоящее время разрабатывается ОАО «Фирма - ЖБИ-6». Полезная толща -белые ергенинские пески мощностью до 30 м, вскрыша -почвенно-растительный слой, супеси, суглинки.
Карьер имеет прямоугольную форму, площадью 0,6 км2, длиной около 1 км, шириной около 0,8 км. В стенке - два уступа, разработка ведется только у западной стенки, глубина карьера около 20 м. В днище карьера просматривается подстилающая порода, что говорит о выработанности центральной части карьера. Задернованность днища слабая.
Главной геоэкологической проблемой является нарушение природных геосистем, создание техногенного ландшафта и активизация экзогенных геодинамических процессов.
Месторождение Оленье-Тюринское расположено на южном правом склоне балки Тюрина (3° - 5°), у юго-западной окраины с. Оленье, в подзоне каштановых почв. Пески этого месторождения принадлежат к гуровской свите миоцена, речные по генезису, желтые по цвету, средне- и крупнозернистые, с примесью гравия и гальки, текстура косослоистая. Фракция более 1 мм формирует базальный горизонт. Основная фракция - 0,8 мм, присутствуют также 0,6 и 0,4 мм. Самый нижний слой представлен гравием, расположенным на водоупоре, более 1 м. По своим техническим характеристикам пески Оленье-Тюринского карьера относятся к группе строительных.
Глубина сформированного карьера колеблется от 10 до 20 м, выраженных уступов в стенках карьера не наблюдается, что свидетельствует о незначительных объемах добычи. Днище карьера не задерновано. Фактический уровень добычи в 2007 г. составил 43,0 тыс. м3, остаток запасов - 3,6 тыс. м3, что говорит о том, что карьер к настоящему времени выработан и перспектив прироста не имеет.
Главной геоэкологической проблемой Оленье-Тю-ринского карьера является уничтожение почвенно-рас-тительного покрова и развитие геодинамических процессов, в первую очередь представленных осыпями.
Челюскинское месторождение расположено на правом пологом склоне (2° - 3°) в верховьях балки Пичуга, у юго-западной окраины с. Челюскинец, в 8 км от Волгоградского водохранилища. Полезная толща - пески гуровской свиты миоцена, речные по генезису, от желтого до ржаво-бурого цвета, с оже-
лезнением, крупнозернистые по структуре, текстура косослоистая (наблюдается чередование светло-желтых и ржаво-бурых слоев), в нижних слоях с включением гравия. По своим характеристикам челюскинский песок относится к строительным. Вскрышные породы представлены почвенно-растительным слоем, четвертичными супесями и суглинками, общей мощностью до 4 м.
Глубина карьера вместе со вскрышей достигает 25 -30 м. Длина - около 0,8 км, ширина - 0,6 км. В стенке карьера выработано три небольших уступа. Объем добычи в 2008 г. составил всего 20,7 тыс. м3 [3], при остатке запасов 595,5 тыс. м3. Днище и стенки карьера довольно хорошо задернованы, что говорит о неактивном использовании этого месторождения.
По сравнению с вышеописанными в Челюскинском карьере геоэкологические проблемы находятся в стадии затухания, так как наблюдается процесс сукцессии. В пользу этого свидетельствует активное восстановление растительного покрова, охватывающее не только днище, но и стенки, кроме того, глубина разработки не превысила глубину залегания водоносного горизонта и не вызвала нарушения гидрогеологических условий.
Месторождение Орловское формовочных песков расположено в 3 км юго-западнее ж.д. разъезда Орлов-ка. Выявлено в 1932 г., детально разведано в 1938 г. Запасы месторождения - 3628 тыс. т.
Полезная толща представлена песками ергенин-ской свиты плиоцена, мощностью от 5 до 19 м. Пески кварцевые, разнозернистые, с преобладанием средне-зернистых. Вскрыша - четвертичные супеси и некондиционные пески мощностью от 3 до 14 м. В 1987 г. месторождение было законсервировано в связи с низким качеством песков нижних горизонтов месторождения. Перспективы прироста запасов отсутствуют. На сегодняшний день карьер не используется по назначению, однако силами МЧС здесь происходит разминирование снарядов, оставшихся после боев Сталинградской битвы.
Карьер, образовавшийся в процессе добычи, имеет округлую форму диаметром около 0,5 км. Глубина его составляет порядка 20 м. Уступы в стенке карьера отсутствуют. По бортам карьера развиты осыпи. Ввиду того что карьер уже более 20 лет не эксплуатируется, происходит его активное зарастание: днище карьера полностью заросло травянистой и кустарниковой растительностью, даже на практически отвесных стенках карьера местами наблюдается кустар-ничковая растительность. Выход подземных вод не наблюдается, на территории, прилегающей к карьеру, произрастает растительность, типичная для подзоны сухих степей. Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время геоэкологическая ситуация в карьере удовлетворительная, т.е. складывается преимущественно под действием природных факторов, имеющих фоновое значение.
Разгуляевское месторождение песка находится в районе завода ЖБИ-1, на западе ограничивается ж.д. Волгоград - Москва, с южной стороны примыкает к городской черте г. Волгограда. Разведано в 1950-х гг. Полезная толща мощностью от 12 до 25 м - кварце-
вые ергенинские пески плиоцена, мелкозернистые, от белого до желто -рыжего цвета, с включениями кварца диаметром до 5 мм.
Разгуляевский карьер имеет округлую форму, его глубина составляет 20 м, площадь выработки - 0,3 км2. Поскольку карьер законсервирован, и добыча не ведется более 20 лет, то его развитие подчиняется природным законам. В процессе добычи был вскрыт водоносный горизонт, вследствие чего на водоупоре майкопских глин сформировалось озеро, поросшее околоводной растительностью с преобладанием осоки. Наблюдается заболачивание центральной части карьера. В крайней западной части преимущественной является травянистая растительность с порослью древесных пород (в основном тополь). По обнажающейся юго-западной стенке карьера, лишенной растительного покрова, активны осыпи.
Вследствие того, что карьер находится рядом с федеральной трассой М6, на его бортах скапливается бытовой мусор с проезжающего транспорта. И хотя карьер давно не эксплуатируется, т.е. прямое техногенное воздействие на природную среду снижено, геоэкологическая проблема проявляется в связи с тенденцией его превращения в несанкционированное складирование бытовых отходов.
Латошинский песчаный карьер расположен на восточном склоне Приволжской возвышенности севернее Волжской ГЭС, в 1 км от Волги и в 5 км от северной окраины Волгограда, на левом берегу б. Сухая Мечетка. Месторождение разведано в 1951 г.
Полезная толща - пески ергенинской свиты плиоцена. Пески кварцевые, разнозернистые, неоднородные, преимущественно мелкозернистые, косослои-стые по текстуре. Общая мощность до 30 м (средняя 7,5). Вскрыша - почвенно-растительный слой, четвертичные делювиальные суглинки и аллювиальные супеси мощностью до 6 м.
Месторождение эксплуатировалось ЖБИ-2 «Вол-говодстрой». В настоящее время добыча не ведется, запасы песков для гидротехнического бетона отработаны, поэтому промышленное значение месторождение утратило и в настоящее время списано с баланса.
Выработанный карьер представляет собой асим-
по длинной оси около 1,2 км, площадь - около 0,8 км2 (рис. 3). Его западный откос, крутизной до 30°, имеет высоту до 30 м. В стенках карьера нет уступов. На дне карьера на водоупорах майкопских глин сформировалось озеро, занимающее около 40 % днища. Днище и стенки карьера полностью заросли.
Латошинский карьер имеет особенность, выделяющую его среди всех песчаных карьеров области: его восточная часть в настоящее время передана под малоэтажную индивидуальную коттеджную застройку. Сейчас днище карьера застроено почти наполовину, представляя собой урбаноландшафт, а отвалы карьера практически разобраны.
Латошинский карьер - пример перехода горнопромышленного ландшафта в селитебный, поэтому на геоэкологические проблемы, свойственные первому типу (неблагоприятные геодинамические процессы, подтопление), проецируются и другие.
Геоэкологическая оценка представляет собой определение степени пригодности территории для проживания человека и ведения хозяйственной деятельности [4]. Проведение оценки невозможно без анализа экологической ситуации, учитывающей территориальное сочетание геоэкологических проблем, возникающих из противоречий между развитием общества, ограниченностью природно-ресурсного потенциала и возможностью природной среды к восстановлению. Следовательно, геоэкологическая оценка должна быть основана на анализе устойчивости геосистем и спектре геоэкологических проблем, сопровождающих открытую добычу минерально-строительного сырья.
Устойчивость геосистем к техногенному воздействию определяется природными и антропогенными факторами. Поскольку рассмотренные карьеры расположены в Волгограде и его окрестностях, что соответствует восточному склону Приволжской возвышенности, была произведена оценка устойчивости этой территории к техногенному воздействию по методике, предложенной К.И. Лопатиным и С.А. Сладкопевце-вым [5], адаптированной к региональным условиям. Для определения устойчивости были выделены следующие факторы: масштабы загрязнения (по сравнению с ПДК), степень эродированности почв (по потере
гумуса, %), содержание гумуса в почвах, поверхностные отложения (вертикальные связи в системе), уклоны поверхности (горизонтальные связи), глубина залегания подземных вод, гидротермический коэффициент, первичная биологическая продуктивность, структура экологического каркаса (соотношение площадей преобразованных и естественных составляющих геосистем). Полученные результаты свидетельствуют о низкой устойчивости геосистем рассматриваемой территории [6]. Это объясняется следующим:
метричную слабосплюснутую чашу, размер которой
Рис. 3. Схема отработанного Латошинского карьера
- природные комплексы, на территории которых расположены карьеры, испытывают многоплановое влияние антропогенного фактора, в результате воздействия которого сформированы и сельскохозяйственные, и селитебные ландшафты, и, следовательно, устойчивость геосистем уже нарушена;
- низкая устойчивость геосистем также объясняется усложнением природных условий области с севера на юг с увеличением засушливости территории и снижением почвенного плодородия.
Низкая устойчивость способствует динамичному развитию геоэкологических проблем. При разработке строительного сырья открытым способом были выделены типичные геоэкологические проблемы. Общим во всех случаях является первоначальное уничтожение почвенно-растительного покрова и формирование техногенного ландшафта. Следует отметить, что карь-ерно-отвальные комплексы описанных горных выработок по классификации В.И. Федотова [7] являются редуцированными, т.е. практически с отсутствием отвалов. Это объясняется видом самого добываемого сырья, его поверхностным залеганием и, как правило, маломощностью, а иногда и отсутствием вскрышных пород. В отношении геоэкологических проблем следует выделить особенности их проявления в каждом отдельном примере (таблица).
Геоэкологические проблемы, возникающие при добыче песка открытым способом
Проведя качественный анализ и сопоставив устойчивость природных геосистем к техногенным нагрузкам со спектром геоэкологических проблем, возникающих при открытой добыче песка, можно выделить три типа остроты геоэкологической ситуации в районах добычи:
1. Удовлетворительная геоэкологическая ситуация характерна для законсервированных карьеров и карьеров, эксплуатируемых эпизодически. В настоящее время в них наблюдается активное восстановление почвенно-растительного покрова и затухание процессов экзогенной динамики. К ним относятся Челюскинский, Орловский, Разгуляевский карьеры.
Поступила в редакцию_
2. Конфликтная геоэкологическая ситуация свойственна эксплуатируемым карьерам, где нет полного восстановления природных свойств, продолжается развитие неблагоприятных геодинамических процессов (Чапурниковский, Пионерский карьеры).
3. Напряженная геоэкологическая ситуация характерна для самого крупного из приведенных карьеров Орловского-3, так как здесь отмечается активизация процессов экзогенной динамики и нарушение гидрогеологического режима. Сюда же относятся Оленье-Тю-ринский карьер ввиду полного истощения ресурсного потенциала и Латошинский - из-за увеличения антропогенной нагрузки, в результате формирования урба-ноландшафта.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Добыча песка с земной поверхности открытым способом характеризуется следующими особенностями: из-за небольшой мощности полезной толщи, максимум до 30 м, имеются перспективы прироста карьеров не вглубь, а вширь, т.е. экстенсивный способ хозяйствования, захватывающий новые площади. По-логосклоновый рельеф местности и в целом природные условия полуаридной зоны сухих степей не способствуют интенсивному развитию геоэкологических проблем, вызванных открытой добычей. Главные геоэкологические проблемы, вызванные добычей песка, связаны с нарушением гидрогеологического режима, развитием экзогенных геодинамических процессов, уничтожением почвенно-растительного покрова. Законсервированные карьеры представляют особый интерес, так как утрата их прямой функции приводит к другим возможностям их использования. Если в одних случаях они адекватны целям экономики и приносят экономический эффект (Латошинский карьер), то в других - возникает опасность стихийного использования карьеров, например, в качестве несанкционированных свалок. Отсюда вытекает задача рекультивации отработанных карьеров, особенно находящихся в пределах городской черты. Однако, к сожалению, в Волгоградской области этот опыт пока широко не применяется.
Литература
1. Брылев В.А. Эволюционная геоморфология юго-востока Русской равнины. Волгоград, 2005. 351 с.
2. Крупнейшие карьеры Волгоградской области и их геоэкологическое состояние / В.А. Брылев [и др.] // Изв. ВГПУ. 2007. № 6. С. 69 - 74.
3. Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2008 году. Волгоград, 2009. 384 с.
4. Кочуров Б.И. Геоэкология: экодиагностика и эколого-хозяйственный баланс территории. Смоленск, 1999. 154 с.
5. Лопатин К.И., Сладкопевцев С.А. Проблемы геоэкологии. М., 2008. 260 с.
6. Запасы полезных ископаемых по месторождениям Волгоградской области по состоянию на 01.01.2006 г. // Сводный отчетный баланс / Территориальный фонд информации по природным ресурсам и охране окружающей среды МПР России по Волгоградской области. Волгоград, 2006.
7. Федотов В.И. Техногенные ландшафты: теория, региональные структуры, практика. Воронеж, 1985. 192 с.
30 июля 2010 г.
Наименование карьера Геоэкологическая проблема
Орловский-3 Активизация неблагоприятных процессов экзогенной динамики; нарушение гидрогеологического режима
Чапурниковский Активизация неблагоприятных процессов экзогенной динамики
Пионерский »
Оленье-Тюринский »
Челюскинский Геоэкологические проблемы в стадии затухания, наблюдается восстановление почвенно-растительного покрова
Орловский »
Разгуляевский Нарушение гидрогеологического режима; формирование растительности, не свойственной природной зоне
Латошинский Нарушение гидрогеологического режима; затухание проблем, связанных с добычей песка, и развитие новой стадии использования с формированием урбаноландшафта
