CC BY
5
а Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов
УДК 504.54.062.4 Б01: 10.24412/1728-323Х-2023-6-5-8
МОРФОСТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОГЕОСИСТЕМ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЮЖНОГО УРАЛА
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 изложены результаты исследования техногеосистем медноколчеданных месторождений Южного Урала. Среди наиболее важных выявленных закономерностей выделяются: ландшафтно-морфологическая ярусность, проявляющаяся в форме геоморфологических уровней, сложная система геохимических полей (аномалий), на развитие которых влияют подотвальные воды и карьерные озера, сложная мозаика урочищ, подурочищ и фаций, сформировавшаяся в результате взаимодействия литогеохимических и микроклиматических процессов. Особую роль при формировании техногеосистем сыграла локализация вскрышных пород, бедных руд и хвостов обогащения. В статье отмечается, что особенностями техногенных геосистем рудных месторождений является проявление геохимических аномалий и градиентов, в т. ч. редких и благородных металлов, изоморфность структуры геосистем, слабое проявление стексов при в целом высокой динамичности.
Abstract. The article presents the results of the study of technogeosystems of copper-crusted deposits of the Southern Urals. Among the most important patterns identified are: landscape-morphological tiering, manifested in the form of geomorphological levels, a complex system of geochemical fields (anomalies), the development of which is influenced by sub-basement waters and quarry lakes, a complex mosaic of tracts, sub-tracts and facies, formed as a result of the interaction oflithogeochemical and microclimatic processes. The localization of overburden rocks, poor ores and tailings of enrichment played a special role in the formation of technogeosystems. The article points out that the features of technogenic geosystems of ore deposits are the manifestation of geochemical anomalies and gradients, including rare and precious metals, isomorphism of the structure of geosystems, weak manifestation of stacks with generally high dynamism.
Ключевые слова: техногенные геосистемы, карьерно-отвальные комплексы, морфологическая структура, градиенты концентраций, геохимические поля.
Keywords: technogenic geosystems, quarry-dump complexes, morphological structure, concentration gradients, geochemical fields.
Введение
Недра Южного Урала выделяются большим разнообразием и значительными запасами полезных ископаемых, что позволяет отнести ее в разряд регионов РФ, с высокой долей развития горно-добывающих производств и положительным балансом вывоза минерального сырья. В связи с этим одной из актуальных экологических проблем Оренбургской области является проблема экологической оптимизация недропользования. Последствия многолетней добычи разнообразных полезных ископаемых в Оренбургской области в настоящее время проявляются в виде сформировавшихся сложных карьерно-отвальных техногенных ландшафтных комплексов. Их исследование представляет интерес, как с точки зрения геохимической обусловленности структуры тех-ногеосистем, так и оценки возможностей рекультивации и выявления аномальных концентраций редких химических элементов.
Материалы и методы
При недостаточности д анных по г еохимии г ор-но-технических ландшафтов, а также для выяс-
нения ореолов загрязнения проведен отбор проб почв и поверхностных вод. Общее количество проб для анализа содержания тяжелых металлов (Ni, Cr, As, Cu, Mn, Pb, Cd, Zn) составило 150.
В зависимости от рельефа местности, расположения техногенных объектов схемы отбора проб выглядят следующим образом:
— для определения загрязнения в районе расположения карьеров точки отбора проб закладываются по радиусу, на различных расстояниях от техногенного объекта;
— для выявления загрязнения почв и поверхностных вод на всей площади месторождения и прилегающей территории в зависимости от мор-фоструктуры ландшафта точки отбора проб закладываются по сетке, вне зависимости от схемы расположения техногенных объектов;
— для объектов, расположенных на склоновых поверхностях, точки отбора проб закладываются сверху вниз, пересекая территорию техногенного объекта.
В рамках статьи проведено картографическое обобщение морфологических и парадинами-ческих свойств горно-технических ландшафтов
Оренбургской области в форме их типизации по степени воздействия на окружающие ландшафты, классификация по особенностям морфогене-тических свойств, а также ранжирование по скорости и направленности восстановительных процессов. Особое место занял прогноз изменения ландшафтной структуры на объектах добычи полезных ископаемых.
При этом важное значение для оценки мор-фоструктурных особенностей техногенных геосистем медноколчеданных месторождений имело привлечение данных классификации поверхности по космическим снимкам на основе синтеза различных диапазонов частот, в т. ч. инфракрасных, а также определение динамики вегетационного индекса КБУ1. Учитывая, что для техногео-систем рудных месторождений важное значение приобретают локальные факторы ландшафтной дифференциации — ярусность, инсоляционная асимметрия, для построения профилей и морфо-структурных схем использовались данные георадарной съемки.
Результаты
Ландшафтно-геохимическое профилирование участка техногеосистемы Гайского месторождения, сформировавшегося в результате длительной консервации без глубоких техногенных воздействий (отвал карьера № 2) [1] на основе визуального анализа спутниковых снимков характеризуется выровненной, изоморфной и относительно гомогенной структурой. Северный отвал, располагающийся около карьеров № 1 и № 3, характеризуется более сложной и мелкоячеистой структурой, что свидетельствует об активном использовании для горно-промышленного производства месторождения.
Карьерно-отвальные комплексы небольших месторождений Блявинское и Барсучий Лог при визуальном анализе спутниковой информации показывают меньшую резкость в выраженности границ техногенного ландшафта по сравнению с вмещающими природными геосистемами.
Менее яркие черты границ техногеосистемы отвалов Блявинского месторождения с прилегающими степными ландшафтами определяются как более чем полувековыми сроками завершения разработки месторождения, развитием деф-люкционных и эрозионных процессов, особенно на склонах южной экспозиции с проявляющимся самозарастанием склонов, а также слабыми проявлениями рекультивационных мероприятий на южном отвале [2, 3].
Западный отвал Блявинского месторождения в целом является обширной городской свалкой города Медногорска с достаточно обширным
сукцессионным зарастанием рудеральной растительностью. При этом отмечается, что карьерное озеро Блявинского месторождения быстро увеличилось за последние двадцать лет за счет атмосферных осадков и грунтовых вод [4].
Единственный отвал небольшого отработанного месторождения Барсучий Лог выделяется крупной и глубокой ложбиной, отпрепарированной короткими эрозионными врезами. На отвале проведены рекультивационные мероприятия, в результате которых проведена нивелировка и отсыпка крыши отвала, а также высевание специальных травосмесей.
В гипсометрическом профиле Джусинского месторождения отчетливо выделяется ярусность при складировании вскрышных пород и некондиционных руд, проявление крутосклонных обрывов по бортам отвала, как правило, с одним откосом.
Сопоставление трендов сукцессионного самозарастания отвалов техногеосистемы Гайского месторождения за 20-летний период (2003— 2023 гг.) показывает положительные значения вегетационного индекса КБУ1 [5]. В широтном направлении, с запада на восток значения индекса КБУ1 возрастают. Также повышенные значения индекса образуются вдоль края отвала, формируя узкую кайму.
Южный отвал Гайского месторождения характеризуется ярко выраженной контрастностью южного склона, почти не покрытому растительностью, испытывающему активное эрозионное и денудационное разрушение, самовыщелачивание под действием атмосферных осадков с формированием подотвальных водотоков с выходами техногенных вод [6].
Сравнение трендов вегетационного индекса КБУ1 для Гайского месторождения и месторождения Барсучий Лог показывает слабость и относительную равномерность зарастания склонов отвала последнего, что определяется относительно небольшим сроком восстановительной сукцессии после прекращения горнодобывающего производства. При этом для вод карьера месторождения Барсучий Лог характерна сравнительно низкая минерализация, при относительной слабости самозарастания карьера и фрагментарности растительной сукцессии на склоне карьера южной экспозиции. Ранее отмечались выделяющиеся положительные тренды индекса КБУ1 для склонов отвала по сравнению с окружающими сухостеп-ными сообществами, очевидно, сформировавшимися с участием подотвальных ручьев и склонового стока.
На Джусинском месторождении восстановительная динамика проявляется слабо в связи с активными открытыми разработками. Отчетливо
проявляются положительные тенденции зарастания растительностью на северном склоне отвала, сложенном вскрышными породами, но в целом регенерация биотических компонентов техногео-системы слабо выражена.
Тип техногеосистемы Блявинского месторождения, вследствие неодинакового протекания восстановительных процессов на западном и южном отвалов, имеет как деструктурирующие, так и регенерирующие черты. Для карьера месторождения отмечается активное зарастание откосов бортов на всех уровнях, что подтверждается положительными трендами КБУ1. Для западного и южного отвалов характерна асимметричность трендов зарастания с максимальными значениями вдоль северных склонов. Она определяется повышенной инсоляцией южных склонов, выходами техногенных вод при самовыщелачивании, резкой ярусной дифференциацией вскрышных глинистых пород и некондиционных «бедных» руд.
Обсуждение
Сравнение техногеосистем медноколчедан-ных месторождений восточной части Оренбургской области позволяет выделить среди них как уже сложившиеся со сложной морфологической структурой геосистемы Гайского и Блявинского месторождений, формирующиеся техногеосисте-мы отработанных месторождений Барсучий Лог и Яман-Касы и техногеосистемы действующих карьеров месторождений Летнего, Осеннего, Ве-сенне-Аралчинского, Джусинского, Левобережного. Поскольку разработка колчеданных руд в таких месторождениях еще не успела оказать большого влияния на окружающие степные геосистемы, подотвальные воды, развитие аномальных геохимических геополей и процессы фито-выщелачивания м алозаметны. Формирование тех-ногеосистем медноколчеданных месторождений определяется длительностью как процесса разработки месторождения, так и давностью прекращения горнодобывающих работ, а также размерами месторождения и геолого-минералогическими особенностями оруденения [7, 8]. Характерной особенностью всех вышеперечисленных техноге-осистем месторождений является формирование геохимического ореола концентраций тяжелых металлов [9], длинная ось которого направлена от отвала в сторону местного водотока, дренирующего локальный бассейн, в пределах которого располагается техногеосистема. Это еще раз показывает
о необходимости рассматривать техногеосистемы медноколчеданных месторождений в рамках пара-динамических геосистем бассейнового типа.
Выводы
Таким образом, в Оренбургской области формируется новый тип горно-промышленных геосистем, связанный с рудными месторождениями, на которых велась или ведется добыча руд цветных металлов.
Особенности техногеосистем медноколчедан-ных месторождений проявляются через ряд характерных черт.
Развитие соответствующих техногенных ярусов, нижний уровень которых образуют карьеры и карьерные озера, а верхний — состоящие из нескольких подуровней отвалы или комплексы отвалов. Чрезвычайно значительные для равнинных территорий Зауралья значения амплитуд высотных отметок для техногеосистем месторождений (Гайское — более 400 м; на Блявинское — около 300 м; Барсучий Лог, Летнее, Осеннее, Яман-Касы — около 200 м) определяют активность гравитационных и флювиальных процессов, являются причиной высокой подвижности элементов техногеосистемы. Сложное интерферирующее сочетание геохимического состава отложений отвальных толщ месторождений является одним из факторов сложной мозаичности их элементов и разного проявления сукцессионных процессов. Стабилизирующую роль для техно-геосистем месторождений выполняют карьерные озера, которые определяют значение глубины местного базиса эрозии и залегание зоны суб-аэрального выщелачивания отвальных толщ пород. Характерные черты морфологии техногео-систем медноколчеданных месторождений отражаются через резкое обособление от окружающих степных геосистем, формировании переходных контурных элементов техногеосистем, связанных с подотвальными ручьями и водоемами, развитии технолитоморфной системы фаций и урочищ, коррелирующей с геохимическими свойствами отвальных пород.
Статья подготовлена при поддержке гранта РНФ № 23-27-10006 «Анализ формирования техногенных геосистем в результате разработки рудных месторождений в Оренбургской области в целях рационализации рекультивационных мероприятий».
Библиографический список
1. Гаев А. Я. Охрана и преобразование природы на Гайском ГОК / А. Я. Гаев // Горный журнал. — 1980. — № 9. — С. 31—32.
2. Блинов И. А. Зональность распределения техногенных сульфатов на Блявинском колчеданном месторождении (Южный Урал) / И. А. Блинов, Е. В. Белогуб // Металлогения древних и современных океанов. — 2008. — № 1. — С. 328—333.
3. Цветков Е. В. Источники загрязнения поверхностных вод в районе промообъектов Блявинского рудника / Е. В. Цветков // Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов: Тезисы докладов Международной научной конференции, Пермь, 14—17 декабря 2005 года. — Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2005. — С. 214—215.
4. Гамм Т. А. Условия формирования гидрохимических показателей подземных и поверхностных вод при добыче колчеданных руд открытым способом / Т. А. Гамм, Е. В. Гривко // Экосистемы. — 2021. — № 28. — С. 62—69.
5. Ряхов Р. В. Дешифрация данных дистанционного зондирования как метод анализа восстановительных процессов в пределах карьерно-отвальных ландшафтов / Р. В. Ряхов, С. А. Дубровская, С. Ю. Норейка // Вопросы степеведе-ния. — 2016. — № 13. — С. 74—80.
6. Яндаев Д. М. Оценка возможности очистки технологических вод Гайского горно-обогатительного комбината / Д. М. Яндаев, К. О. Щербакова // Молодежь и наука: Тезисы докладов XVI Международной телекоммуникационной конференции молодых ученых и студентов, Москва, 01 октября — 30 2012 года. Том Часть 1. — М.: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2013. — С. 155—156.
7. Распределение физико-химических параметров в карьерных озерах Блявинского и Яман-Касинского колчеданных месторождений (Южный Урал) / В. Н. Удачин, П. Г. Аминов, Г. Ф. Лонщакова, В. В. Дерягин // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2009. — № 5 (99). — С. 166—172.
8. Рыкус М. В. Геология и палеовулканические условия образования месторождения Летнее (Южный Урал) / М. В. Ры-кус В. И. Сначев // Нефтегазовое дело. — 2019. — Т. 17, № 1. — С. 6—12.
9. Попова Е. А. Экологическое состояние почв территории, прилегающей к месторождению «Осеннее» / Е. А. Попова // Актуальные проблемы геологии, географии, техносферной и экологической безопасности: ХЬШ Студенческая научная конференция геолого-географического факультета, Оренбург, 06—13 апреля 2021 года. — Оренбург: ИП Востриков К «Полиарт», 2021. — С. 73—78.
MORPHOSTRUCTURAL FEATURES OF TECHNOGEOSYSTEMS OF COPPER-PYRITE DEPOSITS OF THE SOUTHERN URALS
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. Gayev A. Ya. Okhrana i preobrazovaniye prirody na Gayskom GOK. Gornyy zhurnal. [Protection and transformation of nature at the Gaysky GOK]. Mining Journal. 1980. No. 9. P. 31—32 [in Russian].
2. Blinov I. A. Zonal'nost' raspredeleniya tekhnogennykh sul'fatov na Blyavinskom kolchedannom mestorozhdenii (Yuzhnyy Ural) / I. A. Blinov, Ye. V. Belogub. Metallogeniya drevnikh i sovremennykh okeanov. [Zonality of the distribution of technogenic sulfates at the Blyavinsky pyrite deposit (the Southern Urals)]. Metallogeny of ancient and modern oceans. 2008. No. 1. P. 328—33 [in Russian].
3. Tsvetkov Ye. V. Istochniki zagryazneniya poverkhnostnykh vod v rayone promoob'yektov Blyavinskogo rudnika. Ekologo-eko-nomicheskiye problemy osvoyeniya mineral'no-syr'yevykh resursov: Tezisy dokladov Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii. [Sources of surface water pollution in the area of promotional facilities of the Blyavinsky Mine]. Ecological and economicprob-lems of the development of mineral resources: Abstracts of reports of the International Scientific Conference, Perm, December 14—17, 2005. Perm, Perm State National Research University. 2005. P. 214—215 [in Russian].
4. Gamm T. A. Usloviya formirovaniya gidrohimicheskih pokazatelej podzemnyh i poverhnostnyh vod pri dobyche kolchedan-nyh rud otkrytym sposobom / T. A. Gamm, E. V. Grivko. Ekosistemy. [Conditions for the formation of hydrochemical indicators of underground and surface waters during the extraction of pyrite ores by open method]. Ecosystems. 2021. No. 28. P. 62—69 [in Russian].
5. Ryakhov R. V. Deshifratsiya dannykh distantsionnogo zondirovaniya kak metod analiza vosstanovitel'nykh protsessov v pre-delakh kar'yerno-otval'nykh landshaftov / R. V. Ryakhov, S. A. Dubrovskaya, S. Yu. Noreyka. Voprosy stepevedeniya. [Decoding of remote sensing data as a method for analyzing recovery processes within quarry-dump landscapes]. Questions of steppe studies. 2016. No. 13. P. 74—80 [in Russian].
6. Yandayev D. M. Otsenka vozmozhnosti ochistki tekhnologicheskikh vod Gayskogo gorno-obogatitel'nogo kombinata / D. M. Yandayev, K. O. Shcherbakova. Molodezh' i nauka: tezisy dokladov XVI Mezhdunarodnoy telekommunikatsionnoy konferentsii molodykh uchenykh i studentov. [Assessment of the possibility of purification of technological waters of the Gay-sky Mining and Processing Plant]. Youth and science: abstracts of the XVI International Telecommunication Conference of Young Scientists and Students, Moscow, October 01 — 30, 2012. Vol. Part 1. Moscow, National Research Nuclear University "MEPhI". 2013. P. 155—156 [in Russian].
7. Udachin V. N., Aminov P. G., Lonshchakova G. F., Deryagin V. V. Raspredeleniye fiziko-khimicheskikh parametrov v kar'yer-nykh ozerakh Blyavinskogo i Yaman-Kasinskogo kolchedannykh mestorozhdeniy (Yuzhnyy Ural). Vestnik Orenburgskogo gos-udarstvennogo universiteta. [Distribution of physico-chemical parameters in the quarry lakes of the Blyavinsky and Yaman-Ka-sinsky pyrite deposits (the Southern Urals). Bulletin of the Orenburg State University]. 2009. No. 5 (99). P. 166—172 [in Russian].
8. Rykus M. V. Geologiya i paleovulkanicheskiye usloviya obrazovaniya mestorozhdeniya Letneye (Yuzhnyy Ural) / M. V. Rykus, V. I. Snachev. Neftegazovoye delo. [Geology and paleovolcanic conditions of formation of deposits of Summer (the South Ural]. Neftegazovoe Delo. 2019. Vol. 17. No. 1. P. 6—12 [in Russian].
9. Popova Ye. A. Ekologicheskoye sostoyaniye pochv territorii, prilegayushchey k mestorozhdeniyu "Osenneye". Aktual'nyye problemy geologii, geografii, tekhnosfernoy i ekologicheskoy bezopasnosti: XLIII Studencheskaya nauchnaya konferentsiya geologo-geograficheskogo fakul'teta. [Ecological state of soils of the territory adjacent to the Osennoye Deposit. Current issues of geology, geography, technosphere and environmental safety: XLIII Student Scientific Conference of the Faculty of Geology and Geography, Orenburg, April 06—13, 2021]. Orenburg, IP Vostrikov K "Polyart". 2021. P. 73—78 [in Russian].
