CC BY
177
THE STUDY OF THE INFLUENCE OF MAGNETIC INDUCTION AMPLITUDE ON SPECIFIC MAGNETIC LOSSES IN CERTIFIED REFERENCE MATERIALS OF ELECTROTECHNICAL STEEL PROPERTIES
V. P. Maluk, V. A. Kataev, M. N. Korobeynikova
The paper investigates the dependence of specific magnetic losses Pyd. on magnetic induction amplitude Bm in certified reference materials (CRMs) of electrotechnical steel properties. This dependence is shown to have power mode Pyd = a • (Bm)b. Parameters a and b of this dependence for 30 units of certified reference materials of three approved CRM types were established. Measurement uncertainties Pyd due to the influence of Bm on Pyd^ were evaluated.
Key words: certified reference materials of electrotechnical steel properties, specific magnetic losses, measurement standard of magnetic loss power, uncertainty of measuring specific magnetic losses.
УДК 504. 55. 574
методологические принципы организации эколого-геологического мониторинга
Основной целью экологического мониторинга геологической среды в процессе природо-недрополъзования является информационное обеспечение управления государственным фондом недр и информирование недропользователей - с целью своевременного принятия управленческих решений, организации эффективной и безопасной системы отработки месторождений и разработки мероприятий по предотвращению необратимых последствий. В статье описаны основные принципы организации такого мониторинга и его отличительные особенности при геолого-разведочных и эксплуатационных работах на месторождениях полезных ископаемых. Сформулированы требования к метрологическому обеспечению опробования компонентов литогенной сферы Земли, результаты которого используют для получения достоверной измерительной информации об экологическом состоянии окружающей природной среды.
Куриленко В. В.
Зав. кафедрой экологической геологии Санкт-Петербургского государственного университета, доктор геолого-минералогических наук, профессор, член ученого совета. Заслуженный эколог РФ, чл.-кор. РАЕН 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 Е-mail: wk_eco@mail.ru
Хайкович И. М.
Ключевые слова: геологическая среда, метрология, мониторинг, природно-техногенная система, стандартный образец, экологическая геология.
Общие требования к организации экогеологического мониторинга
Основные направления экономической политики и планируемый рост валового внутреннего продукта в России, да и в других промышленно развитых странах, во многом связаны с широкомасштабным освоением природных ресурсов. В таких условиях проблема государственного управления и регулирования отношений в области природо- и недропользования приобретает исключительно важное правовое, экономическое и
Профессор кафедры экологической геологии Санкт-Петербургского государственного университета, доктор физ.-мат. наук, старший научный сотрудник. Заслуженный деятель науки РФ 193019, г. Санкт-Петербург, ул. Книпович, 11, корп. 2 Е-mail: imkha@inbox.ru
экологическое значение. А в условиях усиливающихся изменений и загрязнения природной среды проблема контроля природно-техно-генных систем, охраны и рационального использования природных и, в частности, минеральных ресурсов в целях обеспечения оптимальной экологической обстановки приобретает особую значимость. Решение этой проблемы предполагает постоянное наблюдение над происходящими в окружающей среде изменениями
U
путем организации экогеологического мониторинга, понимая под этим термином наблюдение, оценку и прогноз происходящих изменений в эколого-геологи-ческом пространстве и составляющих его компонентах, а также экологическое обоснование превентивных, восстановительных мероприятий и управленческих решений [4, 8].
Экогеологический мониторинг, будучи связанным с мониторингами других природных сред, в частности, с геоэкологическим мониторингом, условиями реализации обратной связи, и осуществляет функции такого контроля, устанавливает изменения, происходящие в пределах экогеологического пространства с учетом влияния взаимодействующих с ним сред, воздействия природных и природно-техногенных процессов, а также соответствующих техногенных объектов [6]. При этом если в качестве основных объектов исследования геоэкологического мониторинга выступают геосферы Земли, то объектами исследования экологического мониторинга являются природные эколого-геологи-ческие системы литогенной сферы и сформированные ими поля (геохимические, гидрогеологические, радиоактивные, магнитные и др. [1]), а в отдельных случаях - распространение в их пределах экологически опасных загрязнителей компонентов природной среды (радиоактивных элементов и материалов, тяжелых металлов и т. п.).
Организационно структура мониторинга представляет собой иерархическую систему, и по пространственному охвату мониторинг подразделяют на фоновый (базовый), глобальный, региональный и импактный (локальный).
Фоновый (базовый) мониторинг - слежение за общебиосферными, в основном природными, явлениями без наложения на них региональных техногенных воздействий. Осуществляется в основном на базе биосферных заповедников.
Глобальный мониторинг - слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях.
Региональный мониторинг - слежение за процессами и явлениями в пределах какого-либо региона, где эти процессы и явления могут отличаться по природным особенностям и техногенным воздействиям от фона, характерного для всей биосферы.
Локальный (импактный) мониторинг - слежение за региональными и локальными техногенными воздействиями в особо опасных зонах и местах.
Общая структура экологического мониторинга приведена на рис. 1 [2].
Исследование особенностей изменений и загрязнения эколого-геологического пространства предполагается осуществлять на межгосударственном, государственном, региональном и локальном уровнях. И если первые три ориентируются на изучение процессов, формирующихся на значительных территориях, например, вследствие атмосферного переноса загрязнителей, то локальный отвечает за установление явлений, возникающих под воздействием конкретных источников экологической напряженности. При этом на федеральном и региональном уровнях организация мониторинга возложена на соответствующие исполнительные органы и регламентируется соответствующими законодательными актами и постановлениями. На локальном уровне ведение государственного мониторинга возлагается (в рамках лицензионного соглашения) на предприятие. Главными задачами мониторинга являются контроль состояния атмосферы, гидросферы, педосферы и биоты в целом, определение основных источников их загрязнений. Содержание каждого уровня экологического мониторинга определяется его видом. С практической точки зрения система мониторинга может быть ориентирована на выявление факторов и источников воздействия. Следовательно, следует различать эколого-геологический мониторинг источников опасных веществ (ингредиентный мониторинг); стационарных точечных источников опасных веществ (шахта, скважина, заводские трубы, котельные и т. п.), передвижных точечных источников (транспорт) и площадных источников (территория разрабатываемого месторождения и др.).
В общей структуре мониторинга окружающей среды (ОС) выделяют радиогеоэкологический, входящий в состав геоэкологического и радиоэкологического мониторингов. И если задачами геоэкологического мониторинга являются постоянное наблюдение, оценка, прогноз и выработка рекомендаций по сохранению ОС или ее части, например, геологической (естественно, в связи и во взаимодействии с другими средами), а радиоэкологического (входящего в биоэкологический мониторинг) - оценка и прогноз влияния радиационной обстановки на здоровье человека, то радиоэкогеологи-ческий мониторинг представляет ту часть мониторинга, которая включает целенаправленное наблюдение, оценку, прогноз и управление радиационной обстановкой среды обитания (литосфера и ее водная и газовая составляющие) человека.
Организация и проведение широкого комплекса эколого-геологических режимных наблюдений определяет необходимость получения представительной
^^^ СеШАес! 1№епсе М^епак № 2, 2013
экологический мониторинг
По масштабам сбора информации
Глобальный Национальный Региональный Локальный
По масштабам ведения
Дистанционный Стационарный
Космический Авиационный Полевой
По объектам информации
Экобиологический Геоэкологический Социоэкологический
Экогеографический Лито-, гидро-, атмо-, педоэкологический
По методам ведения
Биоэкологический Геоэкологический Социоэкологический
Биологический Биогеохимический Медицинский
Биохимический Геохимический Санитарно-гигиенический
Радиобиологический Радиогеоэкологический Психологический
По методам анализа и обобщения информации
Эколого-информационные системы
Геоинформационная карта Биоинформационная карта Социоинформационная карта
Геоэкологическая карта Санитарно-гигиеническая карта Социологическая карта
Экогеологическая карта
Радиогеоэкологическая карта Радиоэкологическая карта
Экологическая карта
Рис. 1. Общий вид и структура экологического мониторинга
информации о колебаниях и изменениях основных параметров компонентов природной среды. В этой связи важным элементом мониторинга является установление и оценка характеристик, определяющих естественное (фоновое) состояние природных объектов. Поскольку оценка фактического и прогнозируемого состояний природной среды является составной частью мониторинга компонентов окружающей среды, то к нему примыкает (на правах самостоятельного направления природополь-
зования) управление их качеством с учетом природно-техногенных последствий природо- и недропользования. В связи с этим мониторинг, включающий наблюдение, оценку и прогноз состояния, а также управление качеством среды, основанное на разработанных природоохранных мероприятиях, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека, являются взаимозависимыми элементами природоохранной деятельности (рис. 2).
Зколого-геологический мониторинг окружающей природной среды (ОПС) г Управление качеством компонентов ОС в процессе природо-и недропользования
1 1 к
Режимные наблюдения за абиотическими и биотическими компонентами ОПС на основе эколого-аналитического контроля опасных химических веществ Регулирование качества ОПС на основе природоохранных мероприятий по природо-и недропользованию, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека
1 г V
Сбор и систематизация данных естественно-природной направленности (фоновые параметры) Сбор и систематизация сведений о природно-техногенных последствиях природо-и недропользования
и V
Анализ и оценка состояния абиотических и биотических компонентов ОПС в естественно-природных (фоновых) условиях Анализ и оценка состояния абиотических и биотических компонентов ОПС с учетом природно-техногенных последствий природо-и недропользования
и V 1 к
Прогноз состояния абиотических и биотических компонентов ОПС с учетом природно-техногенных последствий природо- и недропользования Разработка природоохранных мероприятий по природо-и недропользованию, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека
1 1
Оценка прогнозируемого состояния абиотических и биотических компонентов ОПС с учетом природно-техногенных последствий природо-и недропользования -►
Рис. 2. Блок-схема эколого-геологического мониторинга и управления качеством компонентов
окружающей природной среды
Объектом исследования эколого-геологического мониторинга является система «эколого-геологическое пространство - биота - человек», вследствие чего он должен быть ориентирован как на сбор и систематизацию данных естественно-природной направленности, отражающих фоновые параметры окружающей среды, так и на получение сведений о природно-техногенных последствиях природо- и недропользования с целью разработки природоохранных мероприятий, направлен-
ных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека. В связи с этим иногда целесообразно создание в рамках эколого-геологичес-кого мониторинга специализированных подсистем для наблюдений над содержанием опасных веществ в живых организмах, над антропогенным загрязнением океана, полярных областей, водных объектов, атмосферы, почвы и пр., а также подсистемы эколого-аналитического контроля опасных химических веществ, ориентированной
^^^ СегйАес! |^егепсе М^епак № 2, 2013
на выявление, оценку и наблюдение за источниками и уровнями загрязнений вредными веществами компонентов окружающей среды объектов в результате природного и антропогенного воздействия (прямого, косвенного или катастрофического).
Таким образом, организация эколого-геологического мониторинга предполагает создание и реализацию системы наблюдений, контроля, оценки и прогноза природного и природно-техногенного воздействия на компоненты окружающей среды в процессе природо- и недропользования для целей использования при разработке природоохранных мероприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека.
Основными целями программы эколого-геологичес-кого мониторинга являются:
- определение уровней природного и природо-тех-ногенного воздействия на компоненты окружающей природной среды и выявление потоков опасных химических веществ;
- оценка величин и скоростей распространения потоков опасных химических веществ, загрязнителей и продуктов их превращения;
- использование полученной информации для оценки и прогноза состояния абиотических и биотических компонентов окружающей природной среды;
- получение, обработка и хранение информации о современном состоянии окружающей природной среды для использования при разработке природоохранных мероприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека;
- обеспечение заинтересованных организаций и ведомств информацией о прогнозируемом состоянии окружающей природной среды при управлении качеством ее компонентов в процессе природо- и недропользования с целью обеспечения благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека.
Главными задачами эколого-геологического мониторинга являются:
- проведение режимных наблюдений за абиотическими и биотическими компонентами окружающей природной среды на основе эколого-аналитического контроля опасных химических веществ;
- сбор и систематизация данных естественно-природной направленности (фоновые параметры);
- сбор и систематизация сведений о природно-техно-генных последствиях природо- и недропользования;
- анализ и оценка состояния абиотических и биотических компонентов окружающей природной среды (ОПС) с учетом естественно-природных (фоновых)
условий, а также природно-техногенных последствий природо- и недропользования;
- оценка и прогноз состояния абиотических и биотических компонентов ОПС с учетом природно-техногенных последствий природо- и недропользования для разработки природоохранных мероприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека;
- подготовка своевременной информации о прогнозируемом состоянии окружающей природной среды для использования при управлении качеством ее компонентов в процессе природо- и недропользования с целью обеспечения благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека.
Для решения этих задач следует организовать по крайней мере три основные ее подсистемы.
Первая подсистема должна включать организацию комплекса экологических и эколого-геологических полевых и лабораторных работ, включая отбор проб и эколого-аналитические исследования воздуха, почв и грунтов, природных и подземных вод и донных отложений, а также при необходимости проб биосред на основе создаваемой для этой цели сети станций режимных наблюдений.
Вторая подсистема должна быть ориентирована на проведение комплексных режимных наблюдений за современным состоянием компонентов окружающей природной среды как в пространстве, так и во времени, а также за факторами воздействия, обусловленными природными и природно-техногенными процессами.
Третья подсистема должна представлять собой информационную систему экологически значимых данных, которые непрерывно (перманентно) поступают для хранения, анализа, оценки состояния окружающей природной среды, составления прогнозов и для разработки природоохранных мероприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека.
Итак, первым этапом организации режимных (мониторинговых) наблюдений является создание сети станций режимных наблюдений (наблюдательных постов, скважин и др.). Режимные наблюдения, определяющие в основном состояние компонентов окружающей среды, осуществляются, как было сказано выше, с помощью постоянного контроля и сравнения параметров горных пород, природных вод, донных отложений и др., расположенных на участках, подверженных природно-тех-ногенному воздействию, с фоновыми (естественными) компонентами среды в аналогичных системах, которые формируются под воздействием естественных процессов
и не затронуты природно-техногенным фактором, и результаты режимных (фиксированных по времени и частоте) наблюдений служат основой для установления характера и степени изменения компонентов окружающей среды под влиянием природно-техноген-ного фактора.
Для изучения фоновых значений уровневого режима и химического состава компонентов окружающей среды, выступающих в качестве исходных, по отношению к которым оцениваются природно-техногенные изменения, может быть создана разреженная региональная (фоновая) сеть мониторинга. Природный фон в данном случае выступает в качестве эталона, отклонение от которого указывает на нарушение естественного состояния компонентов экосистем. Пункты фоновой сети наблюдений следует располагать на значительном удалении (не менее 15-25 км) от района интенсивной техногенной нагрузки. В этом случае фоновые пункты желательно создавать на основе существовавшей ранее (опорной) наблюдательной сети, причем предпочтение должно отдаваться станциям (обнажениям, скважинам, водным объектам), имеющим наиболее длинные ряды наблюдений [3].
Пунктов фоновой сети не должно быть много, так как основным требованием, предъявляемым к ним, является их приуроченность к представительным объектам наблюдений, обладающим характерными геологическими, геохимическими, литолого-минерало-гическими, гидрохимическими и биогеохимическими характеристиками.
Сеть наблюдательных пунктов и скважин, охватывающая часть территории, где естественные параметры объектов изменены природно-техногенным воздействием, может быть выделена в качестве специализированной. Основные задачи мониторинга как на региональной, так и специализированной наблюдательной сети следующие:
- систематический контроль и своевременная фиксация особенностей и степени изменчивости основных параметров горных пород, природных вод, донных отложений и др., а также параметров, определяющих биогеохимическое состояние экосистем;
- оценка масштабов изменения геологических, геохимических, литолого-минералогических, гидрохимических и биогеохимических характеристик и изучение их в пространственно-временной системе координат;
- прогноз изменения параметров геологических, геохимических, литолого-минералогических, гидрохимических и биогеохимических характеристик в пространственно-временных координатах;
- осуществление районирования исследуемой территории в зависимости от степени и характера изменения параметров горных пород, природных вод, донных отложений и др., а также параметров, определяющих биогеохимическое состояние экосистем под воздействием техногенной нагрузки;
- разработка рациональной схемы природо- и недропользования с учетом охраны окружающей природной среды, а также природоохранных мероприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий жизнедеятельности биоты и человека.
Следует также иметь в виду, что проведение режимных эколого-геологических наблюдений (отбор проб) на соответствующих объектах наблюдений осуществляется также в фиксированных точках, как по площади, так и по времени. При этом может выделяться некоторая часть наиболее представительных объектов, в пределах которых производится сбор оперативных данных. В этом случае сами представительные объекты и соответствующие точки режимных наблюдений могут представлять собой оперативную сеть наблюдений, с помощью которой добывается оперативная информация об эко-лого-геологических изменениях на соответствующих объектах.
В перспективе служба мониторинга должна стать способной к получению основных характеристик состояния элементов окружающей среды в автоматизированном режиме по всей территории государства. В этом случае станет возможным устанавливать влияние на эти элементы эндогенных, экзогенных, природно-техно-генных и других факторов. Кроме того, разветвленная служба мониторинга должна быть способной (с помощью специалистов-экологов различного профиля) не только своевременно фиксировать происходящие в окружающей среде изменения, но и устанавливать их причины и разрабатывать защитные мероприятия. Служба мониторинга должна также способствовать оперативному применению властными органами экономических и административных санкций к нарушителям природоохранных правил и технологий хозяйственной деятельности.
Метрологическое обеспечение
Основной целью мониторинга геологической среды является, как было сказано выше, информационное обеспечение управления государственным фондом недр и информирование недропользователей с целью своевременного принятия управленческих решений, организации эффективной и безопасной системы отработки месторождений и разработки мероприятий
СегШес! 1^егепсе М^епак № 2, 2013
по предотвращению необратимых последствий. Для контроля степени загрязнения ОПС и своевременного выявления негативных экологических признаков уже на ранних стадиях процесса природо- и недропользования следует оптимизировать сам измерительный процесс и использовать современные методы и средства получения измерительной информации. К тому же, поскольку измерительная информация, получаемая при экогеомониторинге, характеризуется показателями жизнеспособности ОПС и комфортностью проживания в ней человека, то (в соответствии со ст. 13 закона РФ «Об экологической безопасности населения»), она должна быть достоверной и иметь достаточную для практических нужд точность. Это означает, что процесс измерений при экогеомониторинге должен быть научно-методически обоснован, а все средства измерений (СИ), которые используют при экогеологическом контроле и мониторинге ОПС, должны быть метрологически обеспечены и поверены органами Ростехрегулирования РФ с выдачей свидетельства о поверке [10]. Это, в свою очередь, подразумевает наличие эталонной базы для построения градуировочных характеристик используемой аппаратуры и для организации поверок рабочих СИ. При этом можно с уверенностью утверждать, что именно от полноты и качества информации о состоянии ОПС зависит как качество оценки экологической ситуации, так и правомерность рекомендаций по природоохранным мероприятиям и, в конечном счете, эффективность управления природо- и недропользованием.
Отличительная особенность экогеомониторинга процесса природо- и недропользования заключается в том, что измерительная информация о состоянии ОС основана на результатах опробования компонентов литогенной сферы Земли, метрологическое обеспечение которого, в свою очередь, основано на стандартных образцах (СО), адекватно воспроизводящих условия измерений. При этом под термином «опробование» в широком смысле этого понятия обычно понимают исследование состава и свойств компонентов ОПС, основанные как на результатах измерений физических параметров in situ (в условиях естественного залегания), так и на анализе предварительно отобранных геологических проб химическими или физическими методами в условиях полевых или стационарных лабораторий.
Методы опробования, которые используют при организации мониторинга ОПС, удобно классифицировать следующим образом:
- экогеологическое опробование - отбор и подготовка проб с целью получения измерительной информации о физических свойствах и составе вредных для ОПС
химических элементов и их соединений по результатам химических и/или физических анализов проб горных пород, почв, подземных и поверхностных вод, донных отложений и газов [5];
- экогеофизическое опробование - получение измерительной информации о составе и свойствах вредных для ОПС горных пород и руд по результатам измерений физических параметров или характеристик геофизических полей (таких, например, как поле силы тяжести, магнитное, электрическое, электромагнитное, радиоактивное и т. п.) непосредственно в условиях естественного залегания (в том числе «дистанционными» методами).
При экогеологическом опробовании и его разновидностях (экогеохимическом, экобиогеохимическом) СО используют при анализе вещества специально подготовленных проб. Такие СО обычно представляют собой однородные порошковые пробы заданной (известной) крупности и состава; их обычно готовят из материала, состав которого (матрица) идентичен составу подлежащих анализу проб, и используют для измерений методом компарирования, расходуя при этом только часть СО.
Основные требования к аттестуемым параметрам СО, используемым для анализа вещества, которые характеризуют состав и/или свойство СО, сводятся к следующему:
- СО должен иметь такое агрегатное состояние, которое необходимо для его непосредственного использования в конкретном аналитическом методе, поскольку всякие дополнительные операции над СО после его аттестации (перевод в раствор, измельчение и т. д.) могут сопровождаться неконтролируемыми погрешностями и поэтому нежелательны;
- неоднородность распределения параметров в материале СО, которую характеризуют средними квад-ратическими отклонениями значений этих параметров в объеме используемых навесок, не должна превышать требуемой (допустимой) погрешности анализа;
- матрица СО должна иметь состав, близкий по химическим и/или физическим (в зависимости от вида анализа) свойствам к материалу в анализируемых пробах;
- для построения градуировочной характеристики число СО в комплекте должно быть не менее трех, причем значения аттестованных параметров в комплекте СО должны быть равномерно распределены по диапазону анализируемого параметра. В ряде случаев число СО можно сократить до одного, основываясь на методах математического моделирования.
При геофизическом опробовании измерение параметров геофизических полей (таких, например, как поле силы тяжести, магнитное, электрическое, радиоактивное и т. п.) проводят непосредственно в естественных условиях различной аппаратурой и в различное время. Основное требование к СО, которые используются для МО геофизических методов опробования, сводится к следующему: конструкция, состав и свойства СО должны более или менее адекватно воспроизводить измерения параметров геофизических полей в «естественных» условиях. А это означает, что размеры СО должны обеспечивать представительность опробования, то есть размер (объем) СО должен быть выбран из расчета, чтобы обеспечить условия «насыщения» при измерении данного параметра. СО этой группы отличает одно условие - они неделимы и могут быть использованы для градуировки и поверки (калибровки) образцовых и рабочих СИ только как единое целое. Естественно, что в лабораторных условиях невозможно воспроизвести условия измерений дистанционных методов и методов, обладающих большой глубинностью. Логичный выход из такой ситуации - использование в системе МО в качестве СО естественных полигонов и контрольно-поверочных скважин (КПС), адекватно воспроизводящих условия измерений.
Таким образом, СО для МО геофизических методов можно разбить на три категории:
- СО, изготовленные по специальной технологии (физические модели);
- СО, подготовленные на основе специально оборудованных полигонов (так называемые СО-полигоны);
- СО, подготовленные на основе специально выделенных интервалов в контрольно-поверочных скважинах (КПС), расположенных в стабильной геологической и геохимической обстановках.
Стандартные образцы первой и третьей категорий предназначаются для МО методов опробования, глубинность которых 30-50 см и более, а СО третьей категории - для МО дистанционных методов. При этом СО второй и третьей категории представляют собой природные участки и специально оборудованные интервалы в скважинах, параметры которых определяют, как правило, путем передачи размера единиц от эталонных СИ первой категории.
Примером СО первой категории могут служить СО состава и свойств рудных тел естественных радионуклидов, которые предназначены для МО опробования по гамма-излучению скважин, шпуров и обнажений с целью изучения состава и ионизирующих свойств радионуклидов в горных породах [7]. Примером
СО-полигонов могут служить СО-полигоны для метрологического обеспечения аэрогамма-спектрометрии, гравиметрические полигоны и т. д. [9]. Подобный подход позволяет построить Единую систему метрологического обеспечения (ЕСМО), которая призвана обеспечить единство измерений данной физической величины, независимо от используемого метода геофизического опробования. Отметим, что в настоящее время все модификации (виды) радиометрических методов, используемые при радиоэкогеологических исследованиях, охвачены единой системой метрологического обеспечения, что гарантирует единство и требуемую точность результатов радиоэкологических обследований больших территорий [7].
Мониторинг на объектах горнопромышленного комплекса
Хозяйственная деятельность человека, в том числе разведка, отработка месторождений полезных ископаемых и переработка добытых руд в целом могут оказывать негативное влияние на состояние экогеоло-гической системы или на ее элементы - горные породы (литосфера с ее водной и воздушной составляющими), водные бассейны (гидросфера), воздушный бассейн (приземная атмосфера) и, как следствие, на среду обитания. А поскольку ежегодно в мире добываются и перерабатываются миллиарды тон минерального сырья и попутно значительно больше извлекается «пустых» пород, темпы роста потребления минерально-сырьевых ресурсов увеличиваются с каждым годом, то следует признать, что горнопромышленный комплекс в настоящее время является одним из основных источников экологических проблем. В связи с этим реальный переход на путь устойчивого развития возможен лишь в том случае, когда деятельность горно-промышленного комплекса будет ориентирована не только на достижение определенного уровня экономической эффективности, но и на обеспечение экологической безопасности. Принципиальная схема воздействия горного производства на изменения геологической среды показана на рис. 3.
К настоящему времени имеется определенный опыт экогеологического изучения районов освоения месторождений полезных ископаемых. В частности, для отдельных типов месторождений выявлены основные причинно-следственные связи между видами техногенного загрязнения и реакцией геологической среды, разработаны методические основы изучения экологических последствий геологоразведочных работ и последующей отработки месторождений, определено содержание подлежащих оценке последствий добычи и
^^^ СетАеС |^егепсе М^епак № 2, 2013
добыча и переработка минерального сырья
Потребляемое сырье и энергоресурсы
\
Отходы произв горного одства
Горно-обогатительное производство
Металлургический передел
ТЭЦ
Промышленные и бытовые отходы
Отвалы,
хвостохранилища Шламоотвалы Золоотвалы Полигоны
и отстойники
Негативное воздействие на геологическую среду, деградация рельефа
Загрязнение эколого-геологических систем литогенной сферы, поверхностных и подземных вод
Рис. 3. Схема воздействия горного производства на изменения геологической среды
переработки полезных ископаемых, которая включает характеристику ущерба природным объектам, инженерным сооружениям и населению - как занятому на производстве, так и проживающему в прилегающих к объекту населенных пунктах. Однако не всегда и не везде мониторинг месторождений организован на соответствующем научно-методическом уровне.
Эколого-геологический мониторинг месторождений полезных ископаемых является подсистемой ГМСН -
государственного мониторинга состояния недр (геологической среды) и представляет собой его локальный (объектный) уровень. Разработка месторождений полезных ископаемых может осуществляться только на основании лицензии на пользование недрами, в которой должны быть установлены основные требования к мониторингу месторождения и выполнение которых является обязательным для владельцев лицензии.
Ведение объектного государственного мониторинга состояния недр (ГМСН) является функцией предприятия, осуществляющего пользование недрами в рамках лицензионного соглашения или оказывающего техногенное влияние на состояние недр. Организация мониторинга финансируется предприятием за счет собственных средств и осуществляется на основе специальных программ либо собственными службами недропользователя, либо с привлечением на контрактной основе информационно-аналитических центров или геологических предприятий, специализирующихся на решении задач мониторинга. При этом обязательным условием является наличие у структуры, проводящей мониторинговые измерения, свидетельства об аккредитации или сертификата, удостоверяющего, что данная структура имеет право проводить мониторинг в процессе природо- и недропользования.
На основе получаемой в процессе объектного эко-геологического мониторинга информации принимаются решения по управлению добычей минерального сырья, обеспечению условий полноты выемки запасов полезного ископаемого, предотвращению аварийных ситуаций, оценке натуральных показателей для назначения величины компенсационных выплат за причиненный вред, снижению негативных последствий эксплуатационных работ на окружающую природную среду, а также контроль за соблюдением требований, установленных при предоставлении недр в пользование.
В качестве объектов мониторинга в процессе при-родо- и недропользования выступают геологические, гидрогеологические, инженерно-геологические образования, а также приуроченные к ним проявления экзогенных геологических процессов, находящиеся в сфере жизненных интересов человека, в том числе подземные воды; месторождения твердых полезных ископаемых; месторождения нефти и газа, объекты недропользования, не связанные непосредственно с добычей полезных ископаемых.
Объектный мониторинг состояния недр при недропользовании включает:
- оценку текущего состояния геологической среды на месторождении, включая зону существенного влияния его эксплуатации, а также связанных с ним других компонентов окружающей природной среды, и соответствия этого состояния требованиям нормативов, стандартов и условий лицензий на пользование недрами для геологического изучения недр и добычи полезного ископаемого;
- составление текущих, оперативных и долгосрочных прогнозов изменения состояния геологической среды
на месторождении и в зоне существенного влияния его отработки;
- экономическую оценку ущерба с определением затрат на предупреждение отрицательного воздействия разработки месторождения на окружающую природную среду (осуществление природоохранных мероприятий и компенсационных выплат);
- разработку мероприятий по рационализации способов добычи полезного ископаемого, предотвращению аварийных ситуаций и ослаблению негативных последствий эксплуатационных работ на массивы горных пород, подземные воды, связанные с ними физические поля, геологические процессы и другие компоненты окружающей природной среды;
- предоставление органам Госгортехнадзора России и другим государственным органам власти информации о состоянии геологической среды на месторождении полезного ископаемого и в зоне существенного влияния его отработки, а также взаимосвязанных с ней компонентов окружающей природной среды;
- предоставление территориальным органам управления государственным фондом недр данных объектного мониторинга для включения в систему государственного мониторинга состояния недр;
- контроль и оценку эффективности мероприятий по рациональному способу добычи полезного ископаемого, обеспечивающему геоэкологическую безопасность и полноту его выемки и сокращение нерациональных потерь.
Особое внимание на всех этапах поисково-разведочных и эксплуатационных работ на МПИ должно быть уделено воде - ценнейшему природному ресурсу. Вода играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни; огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве; общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ вода служит средой обитания.
Потребности в воде огромны и ежегодно возрастают. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км3. При этом 70 % всего водопотребления используется в сельском хозяйстве.
Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Все более возрастающие потребности промышленности и сельского хозяйства в воде заставляют все страны, ученых мира искать разнообразные средства для решения этой проблемы.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
СетАеС |^егепсе М^епак № 2, 2013
механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
Количественный и качественный состав загрязнителей сточных вод разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в том числе и токсические, и содержащие яды.
Сточные воды 1-й группы изменяют физические свойства воды. Это воды содовых, сульфатных, азотнотуковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд, в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др.
Сточные воды 2-й группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, ухудшаются органолептические показатели воды.
Подземные воды (ПВ), являющиеся одновременно частью недр и частью общих водных ресурсов, являются ценнейшим полезным ископаемым. При постоянно усиливающейся техногенной нагрузке на природную среду возрастает степень отрицательного воздействия на подземные воды, главным из которых является загрязнение грунтовых вод, а при условиях слабой природной защищенности (наличии так называемых гидрогеологических окон) - и нижележащих подземных вод эксплуатируемых горизонтов, особенно в зоне действующих водозаборов ПВ. Мониторинг ПВ включает: - регулярные наблюдения над состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями состояния водных ресурсов, а также за режимом использования водоохранных зон;
- сбор, обработку и хранение сведений, полученных в результате наблюдений;
- внесение сведений, полученных в результате наблюдений, в государственный водный реестр;
- оценку и прогнозирование изменений состояния водных объектов, количественных и качественных показателей состояния водных ресурсов.
При мониторинге ПВ автоматически контролируются:
- состояние уровня ПВ и его изменения во времени (гидродинамические тренды);
- температурный режим ПВ (температура подземных вод в зоне наблюдений либо на изливе - на устье скважины);
- отдельные геохимические показатели ПВ, в частности минерализация, окислительно-восстановительный потенциал, кислотность (РН), содержание токсичных и (или) индикаторных микроэлементов (индикаторов загрязнения бытовыми стоками, межпластовых перетоков, развития нежелательных и опасных гидрогеохимических и биохимических процессов и т. д.).
В состав контролируемых показателей качества подземных вод эксплуатируемого водоносного горизонта входит стандартный перечень микробиологических, санитарно-токсикологических, обобщенных или общих, органолептических и радиологических показателей.
Загрязнение геологической среды нефтепродуктами является одним из самых распространенных и опасных видов загрязнения. Мониторинг месторождений углеводородов (ММУ) как составная часть Государственного мониторинга состояния недр предназначен для оценки текущего геоэкологического состояния разрабатываемых месторождений нефти и газа и их транспортных систем и для прогнозирования изменений этого состояния, включая загрязнение недр нефтепродуктами и теплового воздействия на геологическую среду в районах криолитозоны. Безопасность разработки недр и сбалансированное природопользование должны явиться основным результатом проведения мониторинговых наблюдений и исследований.
Разработка месторождений нефти и газа может осуществляться только на основании лицензии на пользование недрами. В пределах лицензионных участков ММУ представляет собой объектный уровень мониторинга, а за их пределами - территориальный.
К источникам антропогенного воздействия на окружающую среду (в том числе геологическую), не связанным непосредственно с добычей жидких и газообразных углеводородов, относятся:
- сооружения по подготовке, хранению и дальнейшей транспортировке нефти, газа, газоконденсата и воды
(товарные парки, установки комплексной подготовки продукции скважин, газокомпрессорные станции, газоперерабатывающие заводы, нефтеперекачивающие станции, магистральные трубопроводы и др.);
- речные водозаборы, насосные станции и трубопроводы, подающие воду для ППД, других технических и хозяйственно-бытовых нужд;
- сооружения по инженерной защите объектов инфраструктуры от негативного влияния опасных геологических процессов и явлений;
- сбросы попутных нефтегазопромысловых, ливневых сточных и хозяйственно-бытовых вод в поверхностные водотоки и водоемы;
- предприятия автотранспорта и спецавтотехники.
Эти источники антропогенного воздействия оказывают влияние как на геологическую среду (первые от поверхности водоносные горизонты) за счет фильтрации из прудов-отстойников, накопителей сточных вод, утечек из трубопроводов и резервуаров, ливневых стоков промпредприятий; так и на другие компоненты окружающей природной среды (атмосферный воздух, почвы, поверхностные воды, растительность).
На территории месторождения УВС непосредственно или в зоне его активного воздействия, может располагаться месторождение подземных вод, разработка которого осуществляется посредством водозаборных скважин. В этом случае мониторинг подземных вод должен являться одним из главных объектов наблюдений. При этом следует иметь в виду, что нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана: 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.
Основной целью мониторинга на объектах, связанных с добычей, транспортировкой, переработкой и хранением углеводородного сырья является получение информации о масштабах и интенсивности загрязнения геологической
среды нефтепродуктами (а в районах криолитозоны -теплового загрязнения геологической среды) и тенденциях его изменения во времени и пространстве, позволяющих оценить его экологическую опасность, дать прогноз его изменения и принять своевременные меры для нейтрализации опасных процессов.
К участкам недр, используемым в различных целях, и к источникам воздействия на природную (в том числе геологическую) среду, не связанным с добычей полезных ископаемых, относятся:
- породы, характеризующиеся удовлетворительными коллекторскими свойствами для строительства подземных сооружений - нефте- и газохранилищ;
- территории захоронения промышленных и бытовых отходов, радиоактивных, токсичных и других опасных отходов в глубокие горизонты;
- отвалы горных пород, гидроотвалы, склады полезных ископаемых, шламо- и хвостохранилища горнообогатительных комбинатов и фабрик, пруды-отстойники, накопители сточных вод;
- сбросы дренажных и сточных вод в поверхностные водотоки и водоемы;
- участки рекультивации земель;
- опасные инженерно-геологические процессы, сформировавшиеся под воздействием антропогенной деятельности и т. д.
Эти источники антропогенного воздействия оказывают влияние как на геологическую среду, благодаря главным образом утечкам из водонесущих коммуникаций, а также из гидроотвалов, шламо- и хвостохранихищ, с площадок промышленных предприятий, так и на другие компоненты окружающей природной среды. Целью мониторинга таких участков недр является оперативное слежение за показателями состояния недр, в том числе массивов горных пород, ресурсов и качества подземных, в том числе питьевых вод, с целью их рационального и безопасного использования и охраны от загрязнения.
литература
1. Абалаков А. Д. Экологическая геология. Иркутск: Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2007.
2. Беляев А. М. и др. Радиоэкогеология. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2003. 322 с.
3. Куриленко В. В. Основные проблемы экологической геологии и современной экополитики в области рационального при-родо- и недропользования // Сб. статей: СПб.: Изд-во СПбГУ, 1999.
4. Куриленко В. В. Основы управления природо и недропользования. Экологический менеджмент. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. 219 с.
5. Куриленко В. В. и др. Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования водных экосистем / под ред. В. В. Куриленко. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2004. 480 с.
6. Куриленко В. В., Хайкович И. М. Структура экологической геологии и ее взаимосвязь с естественными науками // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 4. С. 64-77.
7. Система метрологического обеспечения и стандартизации радиометрии при изучении состава естественных радиоактивных элементов в горных породах и рудах и поверхностного загрязнения радионуклидами искусственного происхождения: сб. руководящих док. / сост. И. М. Хайкович и др. СПб.: НПО «Рудгеофизика», 1991. 250 с.
^^^ СетАеС |^егепсе М^епак № 2, 2013
8. Трофимов В. Т. и др. Теория и методология экологической геологии. M.: Изд-во Mry, 1997.
9. Хайкович И. М. Стандартные образцы на базе естественных полигонов в системе метрологического обеспечения полевых геофизических методов // Стандартные образцы. 2009. № 2. C. 22-30.
10. Хайкович И. М., Жуковский А. Н., Куриленко В. В. Mетрологическое обеспечение в природо- и недропользовании // Законодательная и прикладная метрология. 2012. № 3. С. 45-50.
METHODOLOGICAL PRINCIPLES FOR ORGANISATION OF ECOGEOLOGICAL ENVIRONMENTAL MONITORING
V. V. Kurilenko, I. M. Khaykovich
The information support of management of public funds and public subsoil mineral resources is the main goal of the environmental monitoring of geological environment in the process of nature and subsoil mining. This information is used for organization of effective and safe system of work out the deposits and the development of measures to prevent irreversible consequences. The article describes the main principles of the organization of such monitoring and its distinctive features in geological exploration and maintenance work on the mineral deposits. The requirements to the metrological assurance of the components of Earth lithogenic sphere sampling are formulated.
Key words: geological environment, metrology, monitoring, natural and technogen systems, standard samples, environmental geology.
