CC BY
291
УДК 553.63
В. В. Куриленко, П. С. Зеленковский
месторождение минеральных солей оз. Баскунчак: геология, особенности современного соленакопления, механизмы природо- и недропользования.
Введение
Месторождение природных минеральных солей оз. Баскунчак (Астраханская область) является уникальным геологическим объектом мирового масштаба, а также Заповедником РФ. Озеро представляет собой так называемую «мульду проседания», образовавшуюся между постоянно воздымающимися из глубин Прикаспийской низменности соляными куполами (штоками). Ценность объекта определяется наличием механизма ежегодного природного восстановления запасов минеральных солей в озере за счет выщелачивания подземными и поверхностными водами пород слагающих солянокупольные структуры и сноса в него высокоминерализованных рассолов. В научной литературе объемы ежегодно восполняющихся запасов озерных минеральных солей получили название (по аналогии с месторождениями подземных вод) естественных ресурсов соленакопления [1].
Непрерывность процесса озерного седиментогенеза в течение всего четвертичного периода, а также огромные запасы галита в соляных куполах (на много порядков превышающие запасы озерной соли) позволяют прогнозировать неизменность восполнения запасов месторождения в течение длительного времени.
При осуществлении рациональной природоохранной политики, т. е. эксплуатации данного месторождения в пределах естественных ресурсов соленакопления, месторождение минеральных солей оз. Баскунчак может существовать и приносить прибыль практически бесконечно долгое время. Именно в этом заключается уникальность оз. Баскунчак.
Препятствием на пути к введению рационального режима эксплуатации на подобных месторождениях, основанного на учете естественных ресурсов соленакопления, является отсутствие соответствующего научно-методического обоснования оценки запасов полезного ископаемого с учетом седиментологического потенциала объекта. К сожалению, до настоящего времени не разработан и не утвержден алгоритм расчета естественных ресурсов соленакопления и эксплуатационных запасов озерных месторождений твердых минеральных солей.
1. Геологическое строение района оз. Баскунчак
Группа соляных озер Прикаспийской низменности, образование которых связано, главным образом, с активной соляной тектоникой в этом регионе, занимает особое место среди прочих месторождений озерной соли в нашей стране. В данном регионе насчитывается более тысячи солянокупольных структур. Накопление минеральных солей в озерах определяется интенсивностью поднятия этих солянокупольных структур.
© В. В. Куриленко, П. С. Зеленковский, 2008
Оз. Баскунчак возникло в западной части Прикаспийской низменности в результате солянокупольной тектоники как компенсационная впадина, имеющая мощность терри-генных и хемогенных отложений свыше 270 м (по геофизическим данным свыше 600 м). Развитие процессов соленакопления определяется интенсивностью привноса солей с подземным и поверхностным стоками в котловину озера. Испарение минерализованных вод обусловило накопление за историческое время мощных соляных толщ.
Баскунчакский массив представляет собой крупную соляную структуру северозападного простирания, свод которой прорывает надсолевые отложения мезозой-неогенового комплекса и отдельными выступами обнажается на поверхности. В его составе выделяются следующие локальные структуры:
• внутренние впадины (Баскунчакская, Долбанская);
• соляные купола (Северо-Баскунчакский, Южно-Баскунчакский, Вактаусский, Кубатаусский).
Поднятие Северо-Баскунчакского, Южно-Баскунчакского, Кубатаусского и Вакта-усского куполов привели к образованию обширной Баскунчакской и меньшей по размеру Долбанской впадин.
Баскунчакская внутренняя впадина расположена в центральной части массива. Она включает котловину оз. Баскунчак, территорию, заключенную между куполами Вак-Тау и Куба-Тау (рис. 1). Баскунчакская впадина ограничена выступами массива: с севера и запада — Северо-Баскунчакским и Вактаусским, с юга—Южно-Баскунчакским и Кубатаусским куполами. Формирование ее началось в триасе, продолжалось с перерывами в мезозое, палеогене и неогене, вплоть до четвертичного периода, что устанавливается по характеру разреза выполняющих ее отложений. Прогибание Баскунчакской внутренней впадины происходило по полукольце-вому разлому, оконтуривающему западное, юго-восточное, юго-западное и южное побережья оз. Баскунчак, и простирающемуся далее к востоку.
Толща озерных отложений четвертичного возраста (мощность более 300 м) представляет собой чередование терригенных пород морского генезиса и соляных пород, образовавшихся в периоды континентальных перерывов.
Долбанская внутренняя впадина расположена в западной части района, с севера и северо-востока она граничит с Северо-Баскунчакским, с юго-востока и юга—Южно-Баскунчакским куполами. Ее размеры незначительны по сравнению с Баскунчакской впадиной.
Соляные купола данного района имеют сходное строение и представлены толщей галита (по геофизическим данным их мощность превышает 800 м), перекрытой в кровле гипсовыми отложениями (мощностью от первых десятков до 80 метров). Глубина залегания «гипсовой шляпы» меняется от 0 до 50 метров.
Северо-Баскунчакский соляной купол охватывает широким полукольцом северное, северо-восточное, северо-западное западное побережье оз. Баскунчак (см. рис. 1)
На дневной поверхности купол выражен кавернозными гипсами, залегающими в его кровле, и окаймляющими оз. Баскунчак. Эта территория получила название Северного гипсового поля (СГП). Поверхность кровли Северо-Баскунчакского соляного купола полого погружается от его центральной части, где имеет наивысшие отметки от +10 м до -15 м в северном и западном направлении под плиоцен-четвертичные отложения. Западный и восточный склоны купола погружаются под углом 45° и 60° в направлении Долбанской и Камыш-Самарской впадин. Общее простирание оси купола — северо-западное, параллельное простиранию Богдо-Чапчачинского вала.
Условные обозначения
Водоносные горизонты: и д I mQ
хвалынских отложений (пески)
нерасчлененнои четвертичной толщи (пески, гравий)
:р.
нижнепермских отложений (закарстованные гипсы)
Водоупорные породы:
П±П N
ТШ
Р
К
|„ " ,, [ пляжевые отложения Соляны купола:
А — Северо-Баскунчакский Б — Южно-Баскунчакский
линия геологического разреза и номер скважины
\ номер геологического разреза
В -Г -
- Куба-Тау Вак-Тау
Рис. 1. Геолого-гидрогеологическая карта-схема района оз. Баскунчак
Галитовые отложения Северо-Баскунчакского купола, располагающиеся в непосредственной близости от дневной поверхности (35-60 м), активно растворяются в процессе своего взаимодействия с подземными водами инфильтрационного генезиса, что и определяет формирование, в основном, хлоридно-натриевого химического состава и повышенной минерализации как подземного, так и поверхностного стоков оз. Баскунчак.
Южно-Баскунчакский соляной купол выделен в юго-западной части района. Он ограничен разломами с севера и северо-востока от Северо-Баскунчакского купола и Баскунчак-ской внутренней впадины, а с юга и юго-востока от Ахтубинской межкупольной впадины. Территория, на морфологию рельефа которой оказало влияние близость к поверхности гипсовых пород Южно-Баскунчакского соляного купола, называется Южным гипсовым полем (ЮГП).
Солянокупольная структура Куба-Тау находится в восточной части района. С севера и северо-востока она граничит с Баскунчакской внутренней впадиной, с юга и юго-запада — с Ахтубинской межкупольной впадиной, в восточном направлении простирается за пределы района. Вактаусский купол расположен в северо-восточной части района и является продолжением Северо-Баскунчакского купола, с которым связан узким перешейком. С юга он по разлому контактирует с Баскунчакской внутренней впадиной, а в северном направлении его склоны погружаются в сторону Камыш-Самарской впадины.
Более глубокое (в сравнении с районом Северно-Баскунчакского купола) залегание толщи галитовых отложений, и их менее активное растворение подземными водами в районе Южно-Баскунчакского купола, определяет и меньшую значимость данной структуры в питании оз. Баскунчак хлористым натрием.
Куба-Таусский и Вактаусский соляные купола вследствие меньших размеров (в сравнении с Северо-Баскунчакским куполом) и периферийного расположения относительно котловины оз. Баскунчак, так же являются структурами, имеющими второстепенное значение в формировании количественных и качественных параметров подземного стока в озеро (рис. 2).
Тектоническое развитие Баскунчакского соляного массива происходило сложно и неравномерно. Если с эпохами континентальных перерывов совпадали периоды активизации его воздымания (роста), то во время морской седиментации, исключая четвертичное время, развитие массива прекращалось. Эвапоритовая седиментация в озере происходила в хазарское, хвалынское время, а также наблюдается и в настоящее время.
Тектоническое поднятие солянокупольных структур, начавшееся в кунгурский век пермского периода, активизировало ответное прогибание территорий, примыкающих к ним, что способствовало, в частности, и образованию котловины оз. Баскунчак.
В четвертичный период рост Баскунчакского соляного массива происходил беспрерывно, при морском и континентальном осадконакоплении. К этому времени относится один из основных этапов тектонического развития района. Перемещения соляных масс вызвали смещение надсолевых толщ по разломам на 600-750 м. В предбакинское время денудационный срез достиг толщи кепрока, расположенной в кровле куполов, (возраст события подтверждается присутствием гальки гипса в основании нижнебакинских отложений [2]). Последующие поднятия соляных куполов, определили вынос каменной соли в зону активного водообмена.
№ скважин
Условные обозначения
| глина Г///к суглинок
1~*+~*~+| галит 1-1 1-1
V
-20
-40
2 -60
о -80
3 ш -100
о -120
-140
-160
О 1 км
<2г
ПУ Ъу
Ъг+Ъу~~~ к гг%
г ("..г
-1 л ТХ+4 ■+
-» -1 -1 -*• 4- 44 * Л*4 4 4 + ♦ Ч Ч +
■+ -* 4 4^ + 4 + 4 + 44 л 4 4 ц. 4
; ' Г / . 4- 1 + + + 4- + -+ 4 4 4 4 4 4
4 44 -1 ^4 -4-^4 •*-*■*■
40
№ скважин
№ скважин
известняк
песок
гипс
уровень поздемных вод илистая глина
| ^ | илистая глина с высоким содержанием галитовои составляющей
Рис. 2. Схема строения горных пород в районе соляных куполов: Северо-Баскунчакский (I), Вак-Тау (III), Южно-Баскунчакский (V), а также области, где солянокупольные структуры отсутствуют (VI). Вертикальный и горизонтальный масштабы не совпадают (Куриленко, Л. 1997)
По данным исследований [2, 3] строение кепрока в разных частях гипсового поля различно: белые, плотные, кристаллические гипсы в северной части Северного гипсового поля (Северо-Баскунчакский купол) переходят в темные тонкослоистые и листовидные разности. Последние содержат глинистые прослойки и шаровидные включения белого гипса, к которым местами присоединяются мелкие шарики белого кальцита. Такое строение толщ гипса обуславливает более слабое, нежели чем у массивного белого гипса, сопротивление к выщелачиванию. В юго-восточной и юго-западной части Северного гипсового поля преобладают массивно-слоистые белые и серые гипсы, среди которых встречаются мелкокристаллические неслоистые разности белого и розового цветов.
Все гипсовые породы характеризуются, в той или иной степени, текстурной и минералогической неоднородностью равномерной по разрезу. Растворение гипса подземными водами происходит по всей толще, что способствовало увеличению его пористости (водопроницаемости). При этом следует иметь в виду, что, если растворимость гипса в пресных водах составляет 2,08 г/л, то в присутствии галита в количествах 125-150 г/л она резко
возрастает до 7,23 г/л. При полном насыщении раствора по хлористому натрию отмечается снижение растворимости гипса до 5,81 [4]. Насыщение подземных вод хлористым натрием одновременно способствовало, как ограничению растворения гипсовых отложений, так и стабилизации в них карстовых процессов.
Взаимодействие подземных вод с породами гипсовой «шляпы» куполов привело к образованию обширной карстовой равнины, в пределах которой зоны развития карстовых процессов соответствуют в плане территориям распространения солянокупольных структур.
Следует также отметить, что растворение каменной соли в пределах Баскунчакского соляного массива одновременно компенсируется его поднятием, а гипсовые породы в силу своей относительно высокой водопроводимости определили транзит минерализованных вод и рассолов в котловину оз. Баскунчак, восполняя, таким образом, его минеральные запасы.
2. Строение осадочной толщи оз. Баскунчак и закономерности эвапоритовой седиментации современных минеральных солей
Котловина озера, как было отмечено выше, представляет собой, так называемую, «мульду проседания», образовавшуюся между воздымающимися из недр Прикаспийской низменности соляными куполами.
Наиболее древние породы котловины оз. Баскунчак, по материалам бурения 1974 г. [2], относятся к осадкам бакинского возраста, залегающим на неогеновых осадках апшеронского времени. Неогеновую систему в районе представляют нерасчлененные осадки среднего миоцена и среднего плиоцена (подъакчагыльская толща) и морские осадки верхнего плиоцена.
В эпохи крупных трансгрессий площадь Каспийского морского бассейна увеличивалась в 2,5 раза по сравнению с современной, причем его уровень в эти периоды мог повышаться более чем на 80 м. (рис. 3).
Цикличность трансгрессивно-регрессивных процессов Каспия находит свое отражение в литологическом разрезе осадочного материала озера, выраженном в чередовании морских (песчаных, глинистых) и континентальных (озерная соль) отложений (рис. 4, 5).
тыс. лет
Рис. 3. Изменение уровня вод каспийского моря в четвертичный период [5]. Трансгрессивные бассейны: 1 — Апшеронский, 2 — Бакинский 3 — Урунджикскский, 4 — Раннехазарский (Гюргянский), 5 — Позднехазарский, 6 — Раннехвалынский, 7 — Позднехвалынский, 8 — Новокаспийский.
Абс. выс. ы2о СО4 Са Мв ЫаС1
м 4.51 2.02 0.83 0.18 91.14
0
-20
-40
-60
-100
-120
-140
-160
-180
-200
-220
-240
-260
-280
-300
-320
-340
-360
-380
^00
^20
5-А
279
Ое
4-А
Абс. выс. м 0
273
! ы2о ЄО4 Са Мв ЫаС1 |
| 13.88 1.83 0.73 0.42 80.32 !
0 її ^ і
і и =
Ы2о ! ео4 Са
14.52 | 0.99 | 2.70
Мв
0.89
і о ,
№С1
82.88
V-*
02
о
і ы2о е 0 I Са Мв ! ЫаС1 |
і 15.75 1.35 , 0.9 0.09 80.26
о
02ї
ы2о ео4 1 Са4 У'МвГ
16.09- 11.27 I 0.96 1о_.511
■І
Ое
Чг-
::Р-
Ы20 і СО4 12.11 і 1.45
Са І Мв ! ШС1 ]
171 [ 0.07 : 81.89 (
0е
Условные обозначения
озерная соль песчаные породы |- - і глинистые породы
279
ЇВ
промышленный пласт соли скважина и ее номер
-20 ^0 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -200 -220 240 260 -280 -3 00 320 340 3 60 -380 ^00 ^20 ^40
Рис. 4. Схематический разрез отложений в пределах котловины оз. Баскунчак по материалам работ по доразведке месторождения [2]
її
0 II
■— ил
Уровень Каспия, абс. выс., м
4-У
л
200
; с
02п
20
I
10
0її
Й
Г
И-
сі:
і
/
/
/
/
и
/
/
й
;\с
гОе
1
0ш|
ЛІ / і
>
ьо
<1
40
5
6
Рис. 5. Слоистость в разрезе озерных отложений оз. Баскунчак, как результат смены условий осадконакопления Регрессивные бассейны и соответствующие им в разрезе соляные отложения: 1 — Венедский,
2 — Челенкенский, 3 — Постраннехазарский, 4 — Позднехазарский, 5 — Ательский, 6 — Енотаевский. [5].
Система озерных отложений включает шесть мощных соляных толщ, начиная с подошвы озерной системы осадочных пород разного возраста, которые соотносятся с периодами континентальных условий в данном районе (см. рис. 5):
• толща соли, мощностью до 20 метров, относящаяся к постбакинской (Венед-ской) регрессии;
• толща соли, мощностью соляных отложений до десяти метров, относящаяся к Челенкенской регрессии, последовавшей за Урунжинской трансгрессией;
• толща соли, мощностью до 60 метров, относящаяся к постраннехазарской регрессии;
• толща соли, мощностью до 35 метров, относящаяся к позднехазарской регрессии;
• толща соли, мощностью до 20 метров, относящаяся к ательской регрессии.
Верхнехвалынская и нижнехвалынская трансгрессии разделены этапом енотаев-ского регрессивного водоема, что и представлено в разрезе соответствующими песчаными, глинистыми и соляными отложениями. Позднехвалынская трансгрессия является последним периодом, когда в исследуемом районе существовали морские условия седи-ментогенеза.
Таким образом, в четвертичное время, в каждую из регрессивных стадий развития Каспийского моря, когда в районе исследования существовали континентальные условия седиментогенеза, происходило накопление соляных пород в акватории озера (см. рис. 5).
В настоящее время, состояние Каспия, относительно его палеоуровней в районе Прикаспийской низменности, следует считать регрессивным (рис. 6). Современные континентальные условия осадконакопления господствуют в исследуемом районе порядка 14 тыс. лет и благоприятствуют продолжению соляного (эвапоритового) седиментогенеза в пределах акватории озера.
Как следует из рис. 6, глобальные изменения трансгрессивно-регрессивных состояний Каспия происходили в четвертичном периоде на протяжении десятков тысяч лет. Современные колебания уровня моря носят локальный характер, и амплитуда их не превышает в течение последнего тысячелетия 5-7 метров.
Отсюда следует, что континентальные условия осадконакопления в данном районе будут сопровождаться активным соляным седиментогенезом и впредь, при условии, что хозяйственная деятельность человека не приведет к необратимым изменениям в механизме эвапоритового накопления солей.
Таким образом, при оценке уровня возможного антропогенного воздействия на данную систему представляется необходимым учет ее восстановительного потенциала.
Абс. выс., м
До н. э., тыс. лет
Н. э., века
Абс. выс., м
Рис. 6. Колебание уровня Каспийского моря за последние 10 тыс. лет. [6]
Р — естественный размах колебаний уровня Каспийского моря при климатических условиях, свойственных субатлантической эпохе голоцена. 1—У — стадии номокаспийской трансгрессии; М — мангышлакская,
Д — дербентская регрессии.
3. Особенности научно-методического обоснования оценки естественных ресурсов соленакопления и эксплуатационных запасов месторождений минеральных озерных солей при их промышленном освоении
Как было отмечено выше, уникальность месторождения оз. Баскунчак определяется наличием механизма естественного восстановления запасов минеральных солей, зависящего от количества и качества питающих озеро поверхностных и подземных вод.
Количественные характеристики как поверхностного, так и подземного стоков характеризуются такими природными факторами: площадь водосбора, интенсивность выпадения атмосферных осадков, их инфильтрационной составляющей, зависят от фильтрационных параметров горных пород вмещающих водоносные горизонты, а также рядом техногенных факторов, например, связанных с возведением на питающих озеро водотоках водорегулирующих сооружений.
Качественные параметры, поступающих в озеро природных вод, зависят, в основном, от их пространственно-временного физико-химического взаимодействия с соляными породами, залегающими в пределах водосборных площадей оз. Баскунчак.
В свою очередь, количество и качество озерных минеральных солей, образующихся в процессе эвапоритовой седиментации, определяются как величиной солнечной радиации, так и водным режимом озера.
При этом, являясь «сухим», оз. Баскунчак в периоды интенсивного выпадения атмосферных осадков характеризуется водным режимом, определяющимся, главным образом, гидрологическими параметрами, а в засушливые летние периоды, когда акватория озера сохраняется только в его наиболее пониженных частях или совсем исчезает, объясняется их гидрогеологическими составляющими. Иными словами в периоды, когда акватория озера практически исчезает, оно превращается в «сухое» солеродное озеро, а именно в резервуар подземных рассолов, который являет собой обособленное геологическое тело, представленное пористыми соляными отложениями, характеризующееся общностью пространственного распределения, перемещения и формирования содержащихся в нем подземных межкристальных рассолов.
Таким образом, когда оз. Баскунчак превращается в «сухое» озеро, в нем можно выделить, в соответствии с его геологическим строением, безнапорный рассольный горизонт, приуроченный к поверхностному (эксплуатируемому) соляному пласту, и напорные подземные рассольные горизонты, соответствующие его погребенным соляным отложениям. При этом все подземные рассольные горизонты являются гидравлически взаимосвязанными, и представляют собой единый водоносный (рассольный) комплекс. Во влажные периоды года оз. Баскунчак представляет собой «рапное» озеро.
основным техногенным воздействием на оз. Баскунчак, как месторождение минеральных солей, является их промышленная добыча из поверхностного соляного пласта, мощность которого достигает 15 м.
Оз. Баскунчак как месторождение эксплуатируется более 100 лет. Объемы добычи в 70—80 гг. XX в. здесь превышали 5 млн. т/год, в настоящее время они составляют
0,9—1,8 млн. т/год (среднее за последние 10 лет — 1,4 млн. т./год). Привнос хлористого натрия с подземными и поверхностными водами, по нашим оценкам, также достигает 1,6 млн. т/год. Отсюда, уровень современной добычи минеральных солей в озере соизмерим с природным восполнением их запасов (естественными ресурсами соленакопления).
Как показала практика эксплуатации месторождения в годы, когда добыча минеральных солей оз. Баскунчак значительно превышала их естественное восполнение запасов (19б9—1989 гг.) годовая добыча составляла от 3,3 до 6,8 млн. т/год, при среднем показателе на этот период — б млн. т/год), в нем отмечалось активное истощение эксплуатируемого (поверхностного) пласта соли и, как следствие, снижение его гипсометрического уровня. Последовавшее за этим понижение соляной поверхности озера относительно среднегодового уровня поверхностной рапы способствовало, в свою очередь, образованию солей с высоким содержанием илового материала и сокращению геологических запасов месторождения.
В связи с тем, что вся инфраструктура солепромысла расположена на поверхности эксплуатируемого соляного пласта, данное обстоятельство часто приводило к негативным последствиям вплоть до остановки работ. Только после того, как годовые объемы добычи солей на месторождении стали сравнимы с величиной их естественного восполнения, перечисленные выше негативные процессы минимизировались.
Величина естественного восполнения запасов минеральных солей в озере (естественных ресурсов соленакопления) находятся в прямой зависимости, как от режима подземных вод, так и режима поверхностных водотоков, питающих озеро, что подтверждают и наши режимные наблюдения.
Общеизвестно, что эксплуатация месторождений полезных ископаемых и озерных минеральных солей, в частности, основана на системе государственных методик оценки их запасов. Однако, в связи с отсутствием в существующих методических рекомендациях по оценке запасов минеральных солей озерного типа, научного обоснования таких понятий, как «естественные ресурсы соленакопления» и «эксплуатационные запасы», а также обоснования их юридического статуса, в практике природопользования возникают трудности в обеспечении и поддержании режима рациональной промышленной эксплуатации месторождений подобного типа.
Так, общий подход к эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых базируется на представлениях о «балансовых запасах» и «оптимальном времени отработки месторождения». Оба эти понятия основаны на аксиоме конечности полезного ископаемого, и полной отработки разведанных и утвержденных общих геологических запасов. Например, в инструкции Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых Министерства природных ресурсов Российской Федерации (ГКЗ) по Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых [7] отмечается что: «в комплексных месторождениях подлежат обязательному подсчету и учету запасы основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых» (п. 1.З); «подсчет и учет запасов и оценка прогнозных ресурсов полезных ископаемых производится в единицах массы или объема» (п. 1.7) [7].
Исходя из данного методического руководства, общий ресурс такого месторождения как оз. Баскунчак ограничен утвержденными общими геологическими запасами минеральных солей, и их отработка имеет определенное конечное время.
В 2007 г. была утверждена новая специальная методика по оценке запасов для месторождений озерных солей. (Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (озерных солей) [8]). В данном документе отражена сложность строения месторождений озерных солей континентального генезиса связанных с соляной тектоникой, которая выражается в тесной связи промышленного пласта и формирующих его подземных вод.
В рассматриваемых «Методических рекомендациях» обращается внимание на значимую роль рассолов (рапы) озер при разработке озерных солей. Для месторождений данного типа рапа определена как возможный (главный) компонент добычи. При этом, расчет запасов как для рапы, так и для солей предлагается производить в статичных единицах, не зависящих от времени (рапы — в единицах объема (тыс. м3) и массы (тыс. т) в контурах месторождения, донных солей — в единицах массы (тыс. т)).
В тех же методических рекомендациях указывается, что для оценки запасов озерных солей и рапы, находящихся в динамическом равновесии, необходимо изучить гидрологические, гидрогеологические, и гидрохимические режимы соляного озера, от которых зависит стабильность состава рапы и донных солей (§57). Там же отмечается, что обязательным условием оценки и разработки озерных месторождений является изучение изменений водно-солевого баланса озера (§61) за длительный период, достаточный для прогноза устойчивости подсчитанных запасов на весь срок его отработки (§64).
Таким образом, в данных методических рекомендациях отражен тот факт, что месторождения озерного генезиса находятся в условиях постоянного формирования своих запасов, а также отмечается, что данный тип месторождений является сложной геологогидрогеологической системой, в которой тесно связаны соляной пласт, подземные и поверхностные воды. Однако, связь соляных ресурсов с подземными и поверхностными водами здесь определена как негативный фактор, инициирующий процессы, препятствующие добыче (растворение и перераспределение разведанных солей, нарушение целостности пласта, его заиливание и т. д.), а именно: «должно быть установлено влияние подземных вод на формирование озерных месторождений солей и оценена возможность отвода их и поверхностных вод отразведуемого месторождения»(§ 63) [8].
отсюда, под рациональным использованием месторождения в указанных рекомендациях понимается только контроль над стабильностью промышленного пласта путем его защиты от воздействия природных вод, при этом возможность восполнения полезного ископаемого за счет привноса солей с подземными и поверхностными водами не рассматривается вовсе. При этом в разделе, посвященном непосредственно подсчету запасов, используются определения методики оценки твердых полезных ископаемых, через прямую ссылку на этот документ (§71).
Таким образом, профильная для данного типа месторождений государственная инструкция не рассматривает явление восстановления запасов полезного ископаемого в числе главных механизмов функционирования месторождения, что, естественно, исключает возможность использования седиментологического потенциала месторождения озерных солей в промышленных целях. В связи с этим в практике природопользования таких месторождений как оз. Баскунчак отсутствуют законодательные основания для введения режима рациональной эксплуатации с учетом представлений о естественных ресурсах соленакопления и эксплуатационных запасах минеральных солей.
Следует отметить, что методические обоснования необходимые для учета естественных ресурсов разработаны и использованы в методике по оценке запасов подземных вод [9].
Принципиальное отличие методик разработки месторождений твердых полезных ископаемых и месторождений подземных вод заключается в динамичной природе последних, которая и учитывается при их эксплуатации. При этом эксплуатационные запасы месторождений подземных вод должны обеспечиваться естественными ресурсами (запасами) подземных вод разрабатываемого горизонта и гидравлически связанных с ним (§1.8) [9].
Под геологическими запасами здесь понимается объем гравитационной воды, заключенной в порах, трещинах, карстовых и других пустотах горных пород, а также упругие запасы подземных вод, высвобождающихся из напорного водоносного горизонта при понижении в нем пластового давления. Величина геологических запасов подземных вод определяется геометрическими размерами и водоотдачей водонасыщенного пласта (§1.8.1). Под естественными ресурсами понимается величина питания водоносного горизонта в ненарушенных эксплуатацией подземных вод гидрогеологических условиях (§1.8.2). Важно отметить, что при оценке эксплуатационных запасов подземных вод расчеты основаны на требовании «не истощения» водоносного горизонта, то есть определении такого уровня добычи (изъятия вод из водоносного горизонта), при котором эксплуатация этого водоносного горизонта возможна предельно долгое время, а изменения его параметров носит локальный характер. То есть добыча направлена не только и не столько на изъятие вод в некотором контуре, а фактически на использование водоносного горизонта как накопителя вод со всей площади водосбора.
Как было показано выше, на месторождении минеральных солей оз. Баскунчак происходит также фактически косвенная эксплуатация природных вод, питающих соляной пласт.
Работами предыдущих лет [1, 10, 11] определена и доказана роль подземных вод как неотъемлемой части системы восполнения запасов минеральных солей в солеродных бассейнах, а также необходимость поддержания в них оптимального гидрогеологического и гидрологического режимов как и в условиях оз. Баскунчак.
Очевидно, что для данного типа месторождений необходима новая комплексная методика по оценке запасов минеральных солей. Она может быть построена на базе существующей [8], в которую должны быть включены инструменты учета естественных ресурсов привноса солей и их эксплуатационных запасов, аналогичные отраженным в методике оценки эксплуатационных запасов подземных вод.
В такой инструкции необходимо учесть способность месторождений минерального сырья к регенерации запасов, которая осуществляется за счет их питания минерализованными водами различного генезиса и последующей эвапоритовой седиментацией соляных минералов в озере. Поэтому представляется возможным применить к месторождениям минеральных солей такие понятия как «естественные ресурсы соленакопления» и «эксплуатационные запасы», с целью характеристики запасов минерального сырья.
Отсюда, под естественными ресурсами соленакопления, по нашему мнению, следует понимать количество минеральных солей, поступающих в солеродный бассейн в естественных условиях с поверхностными и подземными водами за единицу времени. Естественные ресурсы соленакопления равны сумме приходных элементов водно-солевого баланса данного месторождения. При решении практических задач, связанных с разработкой месторождений минеральных солей, возникает необходимость оценки эксплуатационных ресурсов (запасов) минерального сырья, то есть такого его количества, которое в процессе извлечения может быть восполнено за счет естественных (и искусственных) ресурсов соленакопления.
Для месторождений, солевое питание которых осуществляется в результате растворения и вторичного переотложения древних массивов солей, как это происходит в оз. Баскунчак, естественные ресурсы минерального сырья будут определяться активностью привноса в озеро солей поверхностными и подземными водами, а эксплуатационные запасы минерального сырья — интенсивностью протекающего в нем эвапоритового процесса.
Разработка и утверждение таких методических рекомендаций способствовали бы законодательному закреплению за месторождениями озерного генезиса статуса комплексных месторождений, включающих не только минеральные соляные отложения как полезное ископаемое, но и подземные и поверхностные воды, питающие и формирующие эти отложения.
Отсутствие утвержденных методических рекомендаций по оценке запасов месторождений минеральных солей определяет две принципиальные проблемы при эксплуатации подобных объектов. С одной стороны, существует проблема отсутствия алгоритма учета естественных ресурсов соленакопления и эксплуатационных запасов при утверждении объемов добычи на месторождении минеральных солей озерного типа. С другой стороны возникает проблема необходимости санитарной защиты питающих месторождение подземных и поверхностных водотоков от хозяйственной или иной деятельности на примыкающих к месторождению территориях, При этом любые природоохранные инициативы, не имеющие под собой юридической базы, представляются мало эффективными.
В связи с этим в рамках разработки указанных выше методических рекомендаций представляется целесообразным постановка вопроса о теоретическом обосновании экологических характеристик геолого-гидрогеологических условий, которые должны быть положены в основу оценки зон санитарной охраны вокруг месторождений экологически значимых (пищевых) минеральных солей. При этом, также как и при оценке зон санитарной охраны вокруг водозаборов питьевого водоснабжения, такие зоны должны иметь три пояса санитарной защиты. В первый пояс должна входить территория самого месторождений экологически значимых минеральных солей и ценных по бальнеологическим свойствам илов. В пределах этого пояса вводится строгий санитарный режим. Во второй пояс должна включаться территория, поверхностный и подземный сток которой может оказывать влияние на качественный состав вод питающих месторождение. Территория второго пояса определяется временем подтягивания вод из областей, определяющих формирование экологически значимых свойств природных водотоков. Во втором поясе устанавливается санитарный режим ограничения: запрещается любая хозяйственная деятельность, регулируется плотность населения, регламентируется спуск сточных вод, а также планируется благоустройство. В третий пояс должна включаться территория, в пределах которой может разрешаться ограниченная хозяйственная деятельность. Однако ее экологическое воздействие на компоненты природной среды не должны изменять параметры, определяющие формирование экологически значимых свойств природных вод, зафиксированные в пределах первого и второго поясов зоны санитарной охраны.
Проекты зон санитарной охраны месторождений экологически значимых минеральных солей и ценных по бальнеологическим свойствам илов должны составляться на основе специальных санитарных, геолого-гидрогеологических, гидрологических и технических обследований, согласовываться с органами санитарно-эпидемиологического надзора и утверждаться специально уполномоченными на то государственными органами РФ в области экологического контроля и охраны окружающей природной среды.
При использовании комплексной методики по оценке запасов месторождений минерального сырья озерного типа, включающей, наряду с традиционными расчетами, оценку естественных ресурсов соленакопления и их эксплуатационных запасов, величины поверхностного и подземного стоков, определяющих питание озера минерализованными природными водами, должны рассматриваться как неотъемлемая часть месторождения. Введение таких параметров позволит, с одной стороны, обосновать оптимальные уровни добычи минеральных солей, а с другой даст возможность ограничить, в пределах
соответствующих зон санитарной охраны, воздействие со стороны прочих хозяйствующих субъектов на подземные воды. Данная методика определит законодательную базу для введения режимов ограничений хозяйственной и иной деятельности на территориях примыкающих к месторождениям озерного генезиса, что, в свою очередь, обеспечит и защиту процесса сохранения (восстановления) запасов экологически чистых минеральных солей для будущих поколений, в частности, и оз. Баскунчак.
Выводы
1. Месторождение минеральных солей оз. Баскунчак является уникальным объектом мирового масштаба, обладая огромными запасами экологически чистой пищевой соли, оно способно восстанавливать их с течением времени.
2. Образование оз. Баскунчак и приуроченных к нему залежей галита связано с соляной тектоникой. Котловина озера — компенсационная мульда, расположенная между соляными куполами. Непрерывное поднятие куполов, их выщелачивание подземными водами, перенос и переотложение растворенных солей в понижении озера—это цепочка природных процессов, предопределившая накопление огромных залежей галита. Восполнение запасов — это по своей сути постоянно продолжающийся процесс формирования месторождения.
3. Процесс восполнения запасов зависит от ряда природных и антропогенных факторов, в основном, определяющихся режимом подземных и поверхностных вод, а также гидрологическим режимом оз. Баскунчак.
5. По нашим оценкам привнос галита в озеро достигает 1,6 млн.т в год. При современном уровне добычи около 1,1—1,6 млн. т. в год, процесс восстановления запасов способен в достаточной мере покрыть выработку соли.
6. Эксплуатация месторождения, на основе рационального природопользования, возможна только с учетом его естественных ресурсов соленакопления.
7. Ограничение объемов ежегодной добычи определяется эксплуатационными запасами, которые не должны превышать естественные ресурсы соленакопления озера, при условии минимизации антропогенного воздействия на подземные и поверхностные воды, питающие озеро солями.
8. В настоящее время переход к природоохранному рациональному природопользованию затруднен в связи с отсутствием государственной методики подсчета запасов месторождений озерных солей, учитывающей их естественные ресурсы соленакопления и эксплуатационные запасы.
8. Применение комплексной методики позволило бы лимитировать эксплуатационные запасы солей на таких месторождениях уровнем их естественных ресурсов соленакопления, а так же обеспечивать ограничение любой хозяйственной деятельности зоной санитарной охраны, утверждаемой на территории, примыкающей к месторождению экологически значимых (пищевых) минеральных солей, и определяемой с учетом режима подземных и поверхностных вод, питающих озеро солями.
Summary
Kurilenko V. V., Zelenkovskiy P. S. The deposit of Baskunchak Lake mineral salts: geology, features of modem sait accumulation, exploitation mechanisms.
Geology, features of modern evaporate sedimentation and salt accumulation are considered, and science-methodical grounds of ecogeological principles of Baskunchak Lake salt deposit rational use are given. Structure and the main laws of this natural system functioning are considered.
A special attention is paid to the unique characteristic of the deposit, namely — capacity to restore the resources after some time. This phenomenon is called “natural resources of salt accumulation”. According to our field data, estimation of the “natural resources of salt accumulation” value is given. It allows assuming that annual salt output should be limited with the value of exploitation stocks, i.e. with such quantity of salt which can be restored by salt accumulation natural resources of the given deposit.
The causes which create obstacles to rational use of Baskunchak today are shown, the ways of these problems solving are determined, and necessary conditions for going over to such type of exploitation are offered.
Литература
1. Куриленко В. В. Современные бассейны эвапоритовой седиментации. Геология. Гидрогеология. Генезис. Рациональное недропользование и охрана окружающей среды. СПб., 1997. 2. Склярова Э. С., Ковальский Ф. И, Баскунчак-ское месторождение поваренной соли. Отчет о детальной разведке 1971-1975, Астрахань, 1975. 3. Куриленко В. В., Сенов А. С. О гидрогеологических условиях и солевом режиме озера Баскунчак. Отчет НИИ Земной коры. Л., 1988. 4. Короткевич Г. В. Соляной карст. Л., 1970. 5. Свиточ А.А., Селиванов А. О., Янина Т. А. Новейшая история трех морей // Природа, 1999. N° 12. 6. Михайлов В. Н. Загадки Каспийского моря // Соросовский образовательный журнал, 2000. Т 6. Науки о земле, № 4. 7. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (утв. приказом № 40 МПР РФ от 7.03.97). 8. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (озерных солей) (распоряжение МПР РФ от 05.06.2007). 9. Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод. (утв. приказом № 40 МПР РФ от 7.03.97). 10. Валяшко М. Г. Соляные озера. Методы их изучения и пути использавания. М., 1952. 11. Бобко П. С., Васильева Г. А. Гидрогеология соляных месторождений и вопросы их изучения. Л., 1967.
