CC BY
0
УДК 553.435(470.56) Б01: 10.24412/1728-323Х-2024-1-99-102
МОРФОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ГЕОСИСТЕМЫ БЛЯВИНСКОГО МЕДНОКОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В. П. Петрищев, доктор географических наук, ФГБОУ ВО Оренбургский государственный университет, ФГБУН Институт степи ОФИЦ УрО РАН, wadpetr@mail.ru, г. Оренбург, Россия, Г. А. Пономарева, кандидат геолого-минералогических наук, ФГБОУ ВО Оренбургский государственный университет, galy.ponomareva@mail.ru, г. Оренбург, Россия
Аннотация. В статье представлены результаты определение морфогеохимической дифференциации геосистемы Блявинского медноколчедан-ного законсервидованного месторождения. Выделена взаимосвязанная последовательность ландшафтных комплексов. Содержание химических элементов определяли методом атомно-эмиссионного анализа на спектрометре ICP-5000 (Focused Photonics Inc.). Анализ вертикальной структуры техногеосистем проведен по апробированным методических подходам, связанным с анализом концентрации технофильных соединений, формированием сопряженных рядов ландшафтно-геохимических фаций и использованием ландшафтно-геохимических катен для определения границ техногеосистемы и основного направления перемещения загрязняющих веществ. Проведена морфогеохимическая дифференциация геосистемы Блявинского медноколчеданного месторождения и установлены ключевые типоморфные парагенетические элементы техногеокатены отвально-карьерного комплекса. Определено распределение элементов по компонентам ландшафтно-геохимических фаций. Существенные различия выделенных ландшафтно-геохимических фаций заключаются в характеристиках и факторах техногенеза, обусловленных миграцией химических элементов.
Abstract. The article presents the results of the determination of the morphogeochemical differentiation of the geosystem of the Blyavinsky copper-crusted preserved deposit. An interconnected sequence of landscape complexes is highlighted. The content of chemicalelements was determined by atomic emission analysis on an ICP-5000 spectrometer (Focused Photonics Inc.). The analysis of the vertical structure of technogeosystems was carried out using proven methodological approaches related to the analysis of the concentration of technophilic compounds, the formation of conjugate series of landscape-geochemical facies and the use of landscape-geochemical catenae to determine the boundaries of the technogeosystem and the main direction of movement of pollutants substances. Morphogeochemical differentiation of the geosystem of the Blyavinsky copper-crusted deposit was carried out and the key typomor-phic paragenetic elements of the technogeocatene of the dump-quarry complex were established. The distribution of elements by components of landscape-geochemical facies is determined. The essential differences of the identified landscape-geochemical facies are in the characteristics and factors of technogenesis caused by the migration of chemical elements.
Ключевые слова: морфогеохимическая дифференциация, Блявинское медноколчеданное месторождение, западный отвал, карьер, техногеока-тены, георадарная съемка, атомно-эмиссионный анализ.
Keywords: morphogeochemical differentiation, Blyavinskoye copper-crusted deposit, western dump, quarry, technogeocatens, georadar survey, atomic emission analysis.
Введение
Техногенные геосистемы медноколчеданных месторождений как один из вариантов техногенных ландшафтов обладают одной важной особенностью, которая отличает их от техногеосистем нефтегазовых и соляных месторождений — в результате добычи формируются устойчивые г ео-морфологические мезоструктуры — отработанные и действующие рудные карьеры, комплексы отвалов, шламохранилищ [1]. Таким образом, за счет значительных гипсометрических градиентов, достигающих иногда более 1000 м, активизируются практически все межкомпонентные взаимодействия с включением в процесс ландшафто-генеза как сульфидного вулканического тела, так и всего комплекса надрудных пород и посттехногенных образований [2—5].
Изучению техногеосистем медноколчеданных месторождений, как на глобальном уровне, так и на Южном Урале, проводится достаточно давно и касается как аспектов трансформации отдельных природных компонентов и изучения межкомпонентных взаимодействий, так и исследова-
ния морфологических границ и структуры ландшафтов в целом [6—10]. Изучению отвально-карьерных комплексов месторождений посвящены и зарубежные исследования [11—13 и др.].
Материалы и методы
Материалами для исследования техногенных ландшафтно-геохимических комплексов являлись техногеохимические пробы, взятые из западного отвала, стенок карьера, карьерного озера, подот-вальных ручьев Блявинского медноколчеданного месторождения Оренбургской области.
Блявинское месторождение, открытое в 1931 г., находится в Медногорском рудном районе, который расположен в пределах Сакмарской структуры южной части Центрально-Уральского поднятия. Месторождение расположено в северовосточной части одноименной вулкано-депрес-сионной структуры и приурочено к Блявинско-Комсомольскому субвулканическому телу кислого состава. Месторождение представлено 4 линзами массивных колчеданных руд. В 1971 году отработка была приостановлена. Отходы разра-
№ 1, 2024
99
ботки месторождения хранились под открытым небом более 50 лет в условиях резко-континентального климата Южного Урала [14, 15].
Ведущим способом интерпретации основных техногенных миграционных потоков связано с использованием ландшафтно-геохимических ка-тен, увязывающих основные ландшафтно-геохи-мические фации (ЛГХГ). Анализ вертикальной структуры техногеосистем проведен по уже апробированным методических подходам, связанным с анализом концентрации технофильных соединений, формированием сопряженных рядов ландшафтно-геохимических фаций и использованием ландшафтно-геохимических катен для определения границ техногеосистемы и основного направления перемещения загрязняющих веществ.
Содержание химических элементов определяли методом атомно-эмиссионного анализа на спектрометре ICP-5000 (Focused Photonics Inc.). Из группы черных металлов определяли концентрации Fe, Mn, Cr, V, из цветных (условный термин) металлов — те, которые определяют основу цветной металлургии — Al, Mg, Ni, Co, Cu, Zn, Pb, Ca, Sr, Na, K. Из редких металлов определяли редкие щелочные элементы Rb, Cs; из легких редких — Be; из рассеянных металлов те, которые накапливаются, как правило, в сульфидных рудах — Tl, Ga, Cd, Se, As. Также определяли серебро методом атомно-эмиссионного анализа. Из неметаллов определяли B, S, P. Всего было проведено более 1600 элементоопределений.
Результаты
Максимумы концентрации элементов в воде карьерного озера (больше 10 000 мкг/л) установлены для Al, Ca, Си, Mn, Mg, Zn, K, Na, Rb, S. Высокие содержания элементов в воде карьера Блявинского месторождения приходятся на элементы Al, Ca, Cd, Co, Cu, K, Mg, Mn, Na, Rb, S, Sr, Zn, а в иле Al, Ca, Fe, K, Mg, S. Содержания всех указанных элементов в воде карьера выше, чем в иле, за исключением Сs, Р, эти элементы отсутствуют в воде. Т1 и Ве отсутствуют в иле, но и в воде карьерного озера их содержания невелики.
Наряду с опробованием грунта и вод в пределах техногенного ландшафта произвели сбор и анализ всех видов широко распространенных растений (трав) в данной местности. Анализ результатов надземных и подземных частей растений показывает, что в среднем в надземной части накапливается меди больше (0,7488 мг/г), по сравнению с подземной частью (0,3664 мг/г).
В стеблях, листьях и цветках обнаружено от 0,1678 мг/г меди до 1,2626 мг/г. В подземной части растений — от 0,1407 до 0,5452 мг/г. Травянистая растительность слабо аккумулируют медь. Все растения являются многолетними травами, воз-
можно, они произрастают в техногенном ландшафте сравнительно недавно, поэтому содержания меди не превышает ее содержание в грунте, взятом с места произрастания растительного сообщества. Поэтому геохимическая аномалия в грунте более выражена, чем аномалия в растениях. Внешних изменений в изученных растениях не обнаружено.
Сравнительно высокие содержания в растениях наблюдаются для следующих элементов: А1, Са, Си, Бе, К, Mg, Мп, Р, 8. Максимальные содержания приходятся на парагенезис элементов А1, Са, Бе, К, Mg, Р, 8 (больше 1 мг/г).
Донные осадки анализировались по отбору проб со дна Блявинского карьерного озера и донных отложений ручьев западного отвала Блявинского месторождения. Отмечается аномально высокая концентрация в иловых отложениях карьера и подотвальных ручьев А1 (60—100 мг/г), Бе (300—400 мг/г) и 8 (34—35 мг/г). При этом концентрация Сё2+, Си2+, Мп2+, 2п2+ не высокая и держится на уровне 0,7—4,8 мг/г.
Обсуждение
Сопоставление парагенезисов элементов по сравнительно высоким содержаниям в растительности (А1, Са, Бе, Си, К, Mg, Мп, Р, 8), грунтах (А1, Са, Сё, Си, Бе, К, Мв, Мп, Ка, ЯЪ, Р, 8) и воде карьера (А1, Са, Сё, Со, Си, К, Мв, Мп, Ка, ЯЪ, 8, 8г, 2п) свидетельствует об их практически полном совпадении. Следовательно, парагенезис элементов А1, Са, Бе, Си, Мп, Мв, К, 8 является характерным для техногеохимического ландшафта Блявинского месторождения Оренбургской области.
Ландшафтно-геохимический комплекс Блявинского месторождения включает комплекс ландшафтно-геохимических фаций, которые располагаются на различных высотных уровнях, образуя комплекс генетических ландшафтных ярусов. Следует подчеркнуть, что техногеосистема Блявинского месторождения является частью Кат-рала-Кураганского ландшафтного района, входящего в состав Зилаирско-Сакмарской низкогорной ландшафтной провинции Уральской горной страны. Окружающие техногенно-ландшафтный комплекс месторождения псевдонатуральные ландшафты, образованы группой локально элювиальных, трансэлювиальных и локально аккумулятивных фаций, располагающихся на нижних уровнях 380—400 м и верхних геоморфологических уровнях 470 м. Ландшафтно-геохимические фации техногенного происхождения нами разделены на две группы в связи с резко выраженными различиями в гипсометрическом положении и, следовательно, существенными различиями в компонентом составе техногеосистем. Трансэлю-
100
№ 1, 2024
виальные фации Блявинского карьера отнесены к отрицательному и резкоотрицательному уровням в связи с размещением по профилю вниз от 470 до 359 м, то есть до уреза воды в карьерном озере (на 01.05.2021 г.). Фации, расположенные на западном и южном отвалах, а также подот-вальные техногенно-ландшафтные комплексы отнесены к положительным элювиальным, трансэлювиальным и локальном аккумулятивным.
При этом Блявинский карьер, очевидно, играет роль коллектора для большинства тяжелых металлов, но особое значение имеет высокая концентрация редких и рассеянных металлов, в том числе Rb+ (до 27 000 мкг/л) и Сё2+. Концентрация Cd2+, Cu2+, Mn2+, Zn2+ в воде карьера Блявинского месторождения превышает фоновое содержание в миллионы раз! В водах подотваль-ных ручьев и прудов концентрации тяжелых металлов ниже, но, например, концентрация Cu2+ выше фонового в 300 раз. По данным А. Ю. Опе-кунова и соавторов по химическому составу речных вод, прилегающих к Сибайскому карьеру, содержание тяжелых металлов в подотвальных водах снижается при возрастании значения pH, но остаются все равно выше фоновых [@]. Величина рН в карьерном озере Блявинского карьера составляет 2,92. Следует подчеркнуть, что по концентрации Cd2+ и Cu2+ озеро Блявинского карьера характеризуется крайне высокой аномальностью в сравнении с химическим составом рек мира, впадающих в океан.
Выводы
Техногеосистемы медноколчеданных месторождений представляют одну из наиболее высоких экологических опасностей, поскольку среди содержащихся в медноколчеданных рудах эле-
Библиографический список
ментов 1 класс опасности имеют свинец, цинк и кадмий, 2 класс — медь и кобальт. Соответственно, в пределах ландшафтно-геохимической кате-ны Блявинского месторождения выделяются ярусы, обладающие как различной концентрацией химических элементов, так и уровнем экологической напряженности, и развитием опасных техноприродных геологических процессов. Среди таких фаций выделяются аккумулятивные, в которых происходит накопление экологически токсичных веществ, и с включением подотваль-ных водных объектов. При этом дренирование речной системой техногенного ландшафта карь-ерно-отвального комплекса приводит к формированию геохимических барьеров и самоочищению природных вод, а, следовательно, и всей тех-ногеосистемы в целом. Существенные различия выделенных ландшафтно-геохимических фаций заключаются в характеристиках и факторах тех-ногенеза, обусловленных миграцией химических элементов: скорость ионного потока, возраст фации, биопродуктивность, окислительно-восстановительные и кислотно-щелочные параметры компонентов техногенного ландшафта. Отмечается для территорий со степным резко континентальным климатом доминирование водной миграции, а также существенная роль эоловых процессов, влияющих в вовлечение в ореол воздействия токсичных химических элементов техногеосистемы прилегающих природных ландшафтов.
Статья подготовлена при поддержке гранта РНФ № 23-27-10006 «Анализ формирования техногенных геосистем в результате разработки рудных месторождений в Оренбургской области в целяхра-ционализации рекультивационных мероприятий».
1. Петрищев В. П. Экологические последствия разработки медноколчеданных месторождений в степной зоне Южного Урала / В. П.Петрищев, А. В.Чибилев // Проблемы разработки полезных ископаемых и стратегия устойчивого развития регионов России (на примере Воронежской области: Материалы научной конференции. Воронеж: ООО Фирма «Элист», 2014. 122—129.
2. Perelman A. I., Levin V. N. Landscape Geochemistry and the Problems of Genesis, Exploration, and Ecology of Uranium Deposits. Geology of Ore Deposits. — 1999. — Vol. 41, No. 1. — P. 30—35.
3. Willies L. The Industrial Landscape of Rio Tinto, Huelva, Spain. Industrial Archaeology Review. 1989, V. 12. pp. 67—76. DOI: 10.1179/030907289786471937.
4. Leclerc E., Wiersma Y. F. Assessing post-industrial land cover change at the Pine Point Mine, NWT, Canada using multi-temporal Landsat analysis and landscape metrics. Environmental Monitoring and Assessment. — 2017. — Vol. 189, No. 4. — P. 1—19.
5. Макаров А. Б. Техногенные месторождения: особенности исследований / А. Б. Макаров, Г. Г. Хасанова, А. Г. Та-лалай // Известия Уральского государственного горного университета. — Известия Уральского государственного горного университета. 2019. Вып. 3 (55). С. 58—62. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2019-3-58-62
6. Влияние разработки Сибайского месторождения (Южный Урал) на трансформацию потока металлов в подчиненных ландшафтах / А. Ю. Опекунов, М. Г. Опекунова, В. В. Сомов [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 5: География. — 2018. — № 1. — С. 14—24.
7. Борисочкина Т. И. Сопряженный мониторинг ландшафтов в зоне аэротехногенного загрязнения тяжелыми металлами / Т. И. Борисочкина, О. В. Кайданова // Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. — 2009. — № 64. — С. 57—66.
8. Bioconservation Of Technogenic Metals By Birch On Industrial Waste Dumps In Bashkortostan / A. N. Kutliahmetov, Z. Sh. Timerbaeva, A. A. Kulagin, F. F. Iskhakov // European Proceedings of Social and Behavioural Sciences EpSBS: Humanistic Practice in Education in a Postmodern Age (HPEPA 2019), Ufa, 15—16 ноября 2019 года. Vol. 93. — Ufa: Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы, 2020. — P. 637—645.
№ 1, 2024
101
9. Кулагин А. Ю. Ретроспективный анализ формирования ландшафтно-экологического подхода при лесной рекультивации нарушенных ландшафтов / А. Ю. Кулагин // Лесной вестник. Forestry Bulletin. — 2022. — Т. 26, № 6. — С. 48—54.
10. Техногенная трансформация ландшафтов в зоне влияния активно разрабатываемых месторождений полезных ископаемых региона КМА / Т. Н. Фурманова, М. А. Петина, А. Н. Петин, Л. И. Белоусова // Успехи современного естествознания. — 2016. — № 11-2. — С. 422—426.
11. Yusi Hu, Lin Ye, Zhenli Li, Zhilong Huang, Jiawei Zhang. Genesis of fahlore in the Tianbaoshan lead—zinc deposit, Sichuan Province, China: a scanning electron microscopy—energy dispersive spectroscopy study. Acta Geochimica. — 2018. — Vol. 37. — Issue 6. — PP. 842—853.
12. Buckley A. N., Hope G. A., Parker G. K., Steyn J., Woods R. Mechanism of mixed dithiophosphate and mercaptobenzothi-azole collectors for Cu sulfide ore minerals. Minerals Engineering. — 2017. Vol. 109. — P. 80—97.
13. Mua Yufan, Yongjun Peng, Rolf A. Lauten. The depression of pyrite in selective flotation by different reagent systems — A Literature review. Minerals Engineering. — 2016. — Vol. 96—97. — PP. 143—156.
14. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологические условия размещения / В. А. Прокин, В. М. Нечеухин, П. Ф. Сопко и др. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985. — 288 с.
15. Медноколчеданные месторождения Урала: Условия формирования / В. А. Прокин, И. Б. Серавкин, Ф. П. Буслаев и др. Свердловск: УрО РАН СССР, 1992. — 312 с.
MORPHOGEOCHEMICAL DIFFERENTIATION OF THE GEOSYSTEM OF THE BLYAVINSKY COPPER-CRUSTED DEPOSIT
V. P. Petrishchev, Ph. D. (Geography), Dr. Habil, Orenburg State University, Steppe Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, wadpetr@mail.ru, Orenburg, Russia,
G. A. Ponomareva, Ph. D. (Geology and Mineralogy), Orenburg State University, galy.ponomareva@mail.ru, Orenburg, Russia References
1. Petrishchev V. P. Ekologicheskie posledstviya razrabotki mednokolchedannyh mestorozhdenij v stepnoj zone Yuzhnogo Urala [Ecological consequences of the development of copper-crusted deposits in the steppe zone of the Southern Urals] // Problems of mineral development and the strategy of sustainable development of the regions of Russia (on the example of the Voronezh region: Materials of the scientific conference. Voronezh: LLC Firm "Elist", 2014. P. 122—129 [in Russian].
2. Perelman A. I., Levin V. N. Landscape Geochemistry and the Problems of Genesis, Exploration, and Ecology of Uranium Deposits. Geology of Ore Deposits. 1999. Vol. 41, No. 1. P. 30—35 [in Russian].
3. Willies L. The Industrial Landscape of Rio Tinto, Huelva, Spain. Industrial Archaeology Review. 1989, Vol. 12. P. 67—76. DOI: 10.1179/030907289786471937.
4. Leclerc E., Wiersma Y. F. Assessing post-industrial land cover change at the Pine Point Mine, NWT, Canada using multitemporal Landsat analysis and landscape metrics. Environmental Monitoring and Assessment. 2017. Vol. 189, No. 4. P. 1—19.
5. Makarov A. B. Tekhnogennye mestorozhdeniya: osobennosti issledovanij [Technogenic deposits: features of research] / A. B. Makarov, G. G. Khasanova, A. G. Talalai. Proceedings of the Ural State Mining University. 2019. Issue 3 (55). P. 58—62. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2019-3-58-62 [in Russian].
6. Vliyanie razrabotki Sibajskogo mestorozhdeniya (Yuzhnyj Ural) na transformaciyu potoka metallov v podchinennyh land-shaftah [The influence of the development of the Sibay deposit (Southern Urals) on the transformation of the flow of metals in subordinate landscapes] / A. Yu. Opekunov, M. G. Opekunova, V. V. Somov [et al.]. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya. 2018. No. 1. P. 14—24 [in Russian].
7. Borisochkina, T. I. Sopryazhennyj monitoring landshaftov v zone aerotekhnogennogo zagryazneniya tyazhelymi metallami [Coupled monitoring of landscapes in the zone of aerotechnogenic pollution with heavy metals] / T. I. Borisochkina, O. V. Kajdanova. Byulleten' Pochvennogo instituta im. V. V. Dokuchaeva. 2009. No. 64. P. 57—66 [in Russian].
8. Bioconservation Of Technogenic Metals By Birch On Industrial Waste Dumps In Bashkortostan / A. N. Kutliahmetov, Z. Sh. Timerbaeva, A. A. Kulagin, F. F. Iskhakov. European Proceedings of Social and Behavioural Sciences EpSBS: Humanistic Practice in Education in a Postmodern Age (HPEPA 2019), Ufa, 15—16 noyabrya 2019 goda. Vol. 93. Ufa: Bashkirskij gos-udarstvennyj pedagogicheskij universitet im. M. Akmully, 2020. P. 637—645 [in Russian].
9. Kulagin A. Yu. Retrospektivnyj analiz formirovaniya landshaftno-ekologicheskogo podhoda pri lesnoj rekul'tivacii narushen-nyh landshaftov [Retrospective analysis of the formation of a landscape-ecological approach to forest reclamation of disturbed landscapes] / A. Yu. Kulagin. Lesnoj vestnik. Forestry Bulletin. 2022. Vol. 26, No. 6. P. 48—54 [in Russian].
10. Tekhnogennaya transformaciya landshaftov v zone vliyaniya aktivno razrabatyvaemyh mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh regiona KMA [Technogenic transformation of landscapes in the zone of influence of actively developed mineral deposits in the KMA region] / T. N. Furmanova, M. A. Petina, A. N. Petin, L. I. Belousova. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya. 2016. No. 11-2. P. 422—426 [in Russian].
11. Yusi Hu, Lin Ye, Zhenli Li, Zhilong Huang, Jiawei Zhang. Genesis of fahlore in the Tianbaoshan lead—zinc deposit, Sichuan Province, China: a scanning electron microscopy—energy dispersive spectroscopy study. Acta Geochimica. 2018. Vol. 37. Issue 6. P. 842—853.
12. Buckley A. N., Hope G. A., Parker G. K., Steyn J., Woods J. Mechanism of mixed dithiophosphate and mercaptobenzothi-azole collectors for Cu sulfide ore minerals. Minerals Engineering. 2017. Vol. 109. P. 80—97.
13. Mua Yufan, Yongjun Peng, Rolf A. Lauten. The depression of pyrite in selective flotation by different reagent systems — A Literature review. Minerals Engineering. 2016. Vol. 96—97. P. 143—156.
14. Mednokolchedannyye mestorozhdeniya Urala: Geologicheskiye usloviya razmeshcheniya [Copper pyrite deposits of the Urals: Geological conditions of placement] / V. A. Prokin, V. M. Necheukhin, P. F. Sopko, et al. Sverdlovsk: UNC of the USSR Academy of Sciences, 1985. 288 p. [in Russian].
15. Mednokolchedannyye mestorozhdeniya Urala: Usloviya formirovaniya [Copper pyrite deposits of the Urals: Formation conditions] / V. A. Prokin, I. B. Seravkin, F. P. Buslaev et al. Sverdlovsk: Ural Branch of the USSR Academy of Sciences, 1992. 312 p. [in Russian].
102
№ 1, 2024
