CC BY
54
УДК 551.35+551.312.3
А.Л. Бобко1, В.В. Иванченко1, И.Н. Малахов'
О ВЛИЯНИИ ТЕХНОГЕННОГО ТВЕРДОГО СТОКА РЕК НА ПРОЦЕССЫ ОСАДКОИЛКОПЛЕНИЯ В ДНЕПРО-БУГСКОМ ЛИМАНЕ
Рассмотрен вопрос о влиянии современных изменений в гидрологическом режиме стоков Днепра и Ингульца на минеральное разнообразие донных осадков в Днепро-Бугском лимане. Показано, что техногенные и техногенно преобразованные минералы, образующиеся при обогащении и переработке железных руд Кривого Рога, не попадают в низовье Днепра и Днепро Бугскии лиман с водами Ингульца, а образуют техногенные россы пи гематит - магне титового состава в южной части Криворожского бассейна. Вследствие уменьшения твердого стока рек в низовьях Днепра, в лимане усиливаются эрозионные процессы и происходит переотложение ил ьменит рут ил цирконовых россыпей.
Введение
В работах Иноземцева Ю.И., Котловской Ф.И., Лисицына А.П., Мас-лакова H.A., Митропольского АЛО., Наседкина Е.И., Шнюкова Е.Ф. и др.
| 1-3, 5, *>, 8-10] установлено, что одним из главных факторов, обусловливающих разнообразие минерального состава осадков прибойной и шельфовой зоны Днепро-Бугского лимана является транспортирующая роль Днепра и Буга, в формирование стока которых значительный вклад вносят их притоки — Ингулец, Ингул, Саксагань, Висунь.
Русла этих рек пересекают Криворожский железорудный бассейн. Поэтому представляет интерес оценка влияния техногенных процессов в геологической среде Кривбасса на динамику и минеральный состав шельфовых отложений Северного Черноморья. Влияние Ингульца, самого большого правого притока Днепра в нижней, незарегулированной части, на осадко-накопление в Днепро-Бугском лимане обусловлено несколькими причинами:
а) естественный гидродинамический режим Днепра нарушен каскадами водохранилищ и другими гидротехническими сооружениями. Ежегодно от 20 до 45 млн т терригенного материала не достигают шельфа и Днепро-Бугского лимана. По данным Б.И. Новикова в днепровских водохранилищах аккумулируется от 75,2 (Каневское) до 99,5 (Каховское) процентов твердого стока. В сумме около 40 млн т в год [7];
б) природный сток Ингульца существенно зависит от сбросов предприятий горно-металлургического комплекса Криворожского железо-
г А.Л.Бобко1 .В.В. Иванченко1. И.Н.Малахов1.
1 Отделение морской геологии и осадочного рудобразования НИПМ НАН Украины.
рудного бассейна. В декабре-январе в районе Кривого Рога происходят регулярные залповые сбросы 15-18 млн м3 шахтных и отстоя шламовых вод с минерализацией 6-8 г/л. За сбросом соленых вод происходит промывка русла пресными водами, как правило, в двойном объеме (28-30 млн м3) [4J;
в) весенне-летний полив рисовых полей в низовьях Ингульца резко снизил объем летнего стока. Кроме того, на участке Садовое (устье реки) Снигиревка (120 км) весной и летом действует “антирека”: воды Ингульца и Днепра от устья двигаются вспять на 80 120 км. Такого рода деятельность человека может повлиять на ход природных геологических процессов в Днепро-Бугском лимане.
Проблема, индикатор, объект
Исследованиями ПІнюкова Е.Ф., Иноземцева Ю.И., Маслакова H.A., Котловской Ф.И. [8, 10] установлена связь пород Украинского щига с россыпями северо-западного побережья Черного моря. Изотопный возраст монацита из россыпей определен в 2,2 млрд лет, что соответствует возрасту пород Украинского щита. Согласно схематической карте терригенно-мине-ралогических провинций Черного моря, Днепро-Бугский лиман относится к гранат-циркон-ильменитовой провинции. В составе пород Криворожского бассейна среди рудных минералов доминируют магнетит и гематит. Данные минералы имеют большой удельный вес и являются россынеобразующими. Пример таких магнетитовых россыпных проявлений как Анапское, Чорох-Рионское, Бургасское [ 11 j позволяет надеяться на нахождение подобных в районе разгрузки рек, пересекающих Криворожский бассейн.
В настоящей статье, в качестве индикатора возможных проявлений техногенеза принят минеральный состав терригенного материала, поступающего в лиман.
Объектом исследований послужили донные и береговые отложения на западном берегу Кинбуриской косы и в реке Ингулец в районе Кривого Рога и при впадении в Днепр.
Современные отложения Днепро-Бугского лимана исследованы в средней части западного берега Кинбурнской косы, от с. Покровское до с. Збурьевка (около 12 км).
Отобрано 8 проб песка в прибойной, пляжной и абразионной частях берега, а также в шурфах. Прибрежная зона сложена средне- и мелкозернистым, светложелтым песком, с примесью суглинка до 20%. В прибойной зоне практически непрерывно, на протяжении 5-6 км, начиная от 3 км севернее с. Покровское и до южной околицы с. Героевское (Прогнои) отмечен прослой темнофиолетового цвета с лиловым оттенком, шириной от 10 до 30 см. В отложениях косы отмеченные прослойки встречаются повсеместно в береговом обрыве на высоте над уровнем лимана до 0,8 м, в шурфах, на мелководье на расстоянии 3-5 м от берега. Первичное полевое наблюдение объясняло цвет значительным присутствием гранатов до 30%. Шлиховой метод исследования песков показал присутствие в них до 15 17% тяжелой темноцветной фракции. При этом в магнитную фракцию переходит около 1% пробы.
Гранулометрический состав проб кварцевых песков достаточно однороден. Около 98% составляет фракция >0,5-0,315 мм. Фракция меньше 0,25 составляет 1,38%. На остальные приходится не более 0,62%. Под микроскопом в отобранных пробах выявлены минералы, представленные в табл. I.
Таблица 1
Петрографический и .минеральный состав современных отложений Дненро-Бугского лимана (Кинбурнская коса)
Компоненты осадка Содержание, (объемные %) Компоненты осадка Содержание, (объемные %)
горные породы: турмалин 1
метапесчаники и кварциты 1 ставролит 6
катаклазиты 1 андалузит 2
листеи зн.
минералы: роговая обманка зн.
кварц 26 эпидот 1
гранат 30 апатит зн.
ильменит 28 монацит зн.
леПкоксен 3 ортит зн.
рутил 1 берилл зн.
магнетит зн. микроклин зн.
гетит зн. плагиоклаз зн.
ВСЕГО 100
Как видно из таблицы 1, в песчаных отложениях Кинбурнской косы доминируют раскрытые минеральные частицы, а редкие сростки представлены обломками метаморфических пород. Среди минералов преобладают гранат, ильменит и кварц. В заметных количествах присутствуют также ставролит, андалузит, турмалин и эпидот. Минеральные зерна, как правило, хорошо окатаны (рис. 1).
Минеральный состав современных отложений р. Ингулец изучен в двух профилях, пройденных по дну реки в южной части Кривого Рога, ниже сбросов горных и металлургических предприятий, и на участке впадения реки в Днепр. Влияние материала, произведенного горными и металлургическими предприятиями, на формирование русловых отложений реки наиболее ярко проявлено в районе балки Грушеватой (южная часть Криворожского бассейна). Гранулометрический состав осадка представлен на диаграмме (рис. 2.)
В классе крупностью >10-1 мм доминируют породы и бедные руды железисто-кремнистой формации (рис. 3). Угловатые частицы преобладают над окатанными, за исключением мелкогравийных сланцевых зерен. Рудные минералы в них представлены в основном магнетитом, слабо затронутым мартитизацией. Это обусловило значительный, до 56,5 мае. % выход
Рис. I Кварц (I). гранат (2). ильменит (3) и ставролит (4) в песках Кинбурнской косы.
(Прозрачный шлиф. Никачи париняельиы Увел Oft'')
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0 10.0
0.0
Рис 2. Гранулометрический состав лонных отложений р. Ингулен в южной части Криворожскою
бассейна (балка Грушеватаи)
$
/// *
Клас, мм
а б
Рис. 3. Угловатая частина нсконлннионного магнетитового кварцита (а); скругленные зерна хлоритового (темно-серое) и талькового (светло-серое) сланцев (б) Бинокуляр. Увел. 5Ч
магнитной фракции. Однако общее содержание железа невелико, поскольку частицы представлены в основном бедными магнетит-кварцевыми сростками.
В классе крупностью 1-0,1 мм присутствуют как полиминеральные агрегаты, так и раскрытые мономинеральные зерна, представленные магнетитом, реже кварцем и гематитом. Выход магнитной фракции увеличился до 65,8 мае. % (в классе >0,25 0,1 мм до 82 мае. %).
В классе крупностью <0,1 мм доминируют мономинеральные частицы. Преобладает кварц, менее распространен магнетит. Зерна гематита и гетита встречаются реже. Характерной примесью является пирит в виде угловатых зерен, реже яркожелтых с сильным блеском, не затронутых лимонитиза-цией идиоморфных кристаллов кубического или пентагон-додекаэдриче-ского габитуса. Выход магнитной фракции составляет 43,6 мае. %.
В отложениях р. Ингулец зерна магнетита, мартита, кварца, а также их сростков в основном угловатые, занозистые. По морфологическим особенностям, гранулометрическому и минеральному составу они соответствуют продуктам обогащения магнетитовых кварцитов горно-обогатительных комбинатов Кривого Рога.
В тонкозернистых классах осадка обнаружены экзотические компоненты, происхождение которых связано с деятельностью Криворожского металлургического комбината: зерна шлака, обломки огнеупоров, рудные (магнитные) и силикатные шарики, иглы и шины, частицы обмасленных шламов, чешуйки графита и др. (рис. 4).
Петрографический и минеральный состав донных отложений реки Ингулец в южном районе Криворожского бассейна (балка Грушеватая) приведены в табл. 2. Ниже по течению реки содержание техногенного и техногенно переработанного материала снижается. Его диагностика, вследствие незначительного содержания, становится проблематичной.
104
Таблица 2
Петрографический и минеральный состав донных отложений реки Ингулец в южном районе Криворожского бассейна (балка Грушеватая)
Компоненты осадка Содержание, обьсмн. % Компоненты осалка Содержание, обьсмн "о Компоненты осадка Содержание, обьсмн. %
Техноген но пепреработанн ые руды и горные породы: пирротин зн. опал, халцедон зн.
кварцит железистый 41 кварц 24 кальцит зн.
кварцит слюдистый 2 плаг иоклаз зн. сидерит зн.
гетит-мартитовая руда зн. биотит зн. гипс зн.
сланцы 3 куммингтонит зн.
песчаники зн. гранат зн. техногенный материал:
известняк биогенный 5 ильменит зн. 1 нлак мсталлургическнй зн.
рутил зн. обломки огнеупоров зн.
минералы: лейкоксен зн. металлургическая ныль зн.
магнетит 20 циркон 311. силикатное стекло зн.
гематит 3 апатит зн. граф« п \ктапл\рп р«еский зн.
гетит зпидот зн. обмасленный шлам зн.
пирит зн. хлорит зн. каменный уголь зн.
ВСЕГО 100
ГЕОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ МИРОВОГО ОКЕАНА
Рис. 4 Частииы пористого метяллурі ического шлака и огнсуиоря в лонных отложениях р. Мнгулси
(южный район Крнвбасса). Бинокуляр. Увсл. 5х
В пробах, отобранных на 0,7-1,2 км ниже впадения Ингульца в Днепр (с. Садове), рудные минералы (магнетит, гематит, мартит, гидроксиды железа) наблюдаются лишь в отдельных знаках, в виде пылеватых частиц, класса меньше 0,05 мм. Техногенно переработаны нерудные минералы представлены: остроугольным кварцем, сростками кварца с магнетитом, амфиболами. Природные осадки состоят из органических и глинистых частиц, хорошо окатанного кварца и силикатов (около 1 %), карбонатов (1 -1,5%). Диаграмма, отражающая гранулометрический состав пробы представлена на рис. 5.
3* 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Рис 5. I ранулометрический состав лонных отложений ниже Ми гул ей кого лимана (с. Садове)
8.7
4.0
ІҐ
42.1
Клас, мм
Обсуждение результатов исследования
В отложениях участка р. Ингулец на юге Криворожского железорудного бассейна прослеживаются три группы компонентов: 1) природные, 2) техногенно переработанные, 3) техногенные (см. табл. 2).
Природный материал происходит из кор выветривания кайнозойских осадочных и протерозойских пород железисто-кремнистой формации. Он представлен гравием и дресвой известняков, песчаников, гематитовых и ге-тит-гематитовых кварцитов, окатанными зернами кварца и слюдистых кварцитов.
Техногенно переработанный природный материал в значительных объемах поступает из шламохранилищ и территории горнообогатительных комбинатов. Характерными признаками его являются угловатые магнетит-кварцевые сростки, раскрытые зерна магнетита, кварца, неизмененный пирит, а также большой выход магнитного продукта при магнитной сепарации осадка.
Техногенные компоненты осадка представлены зернами металлургического шлака, шлама, огнеупоров, чешуйками графита, магнитными и с и л и кати ыми шарика м и.
Отмеченными выше техногенно переработанными и техногенными минеральными компонентами засорена вся территория Криворожского бассейна. В реку Ингулец они поступают из воздушного бассейна, с ливневыми водами с прилегающих дорог, дамб и других сооружений. Соотношение отмеченных компонентов в осадке, оценочно, составляет: природного— «30%, техногенно переработанного— «70,0%, техногенного <1,0%.
Ниже устья Ингульца в пробах практически не обнаружено техногенных и техногенно переработанных минералов в количествах, которые говорили бы о переносе в твердом стоке реки техногенного материала из района добычи и переработки железных руд. Гранулометрический состав проб характеризуется большим разнообразием по сравнению с пробами, взятыми у берегов Кинбурнской косы и на юге Кривбасса. В пробе в районе с. Садове более равномерное распределение материала по фракциям, представлен весь спектр от крупных обломков до глинистых частиц. Подобное разнообразие характерно для природных донных осадков в низовьях рек.
Пробы Кинбурнской косы на 98% представлены песчаной фракцией •0,5 0,315 мм. Па юге Кривбасса 90% материала представлено в двух классах: 12% в классе 0,25-0,1 мм и 77,4% менее 0,05 мм, что характерно для хорошо отсортированного материала. Однако природа сортировки различна. Если для Кинбурнской косы речь может идти о зрелости терриген-ных отложений прибрежной полосы моря, то на особенности сортировки материала в Кривбассе оказали влияние техногенные процессы. В этом нетрудно убедиться, сравнивая данные минерального состава проб (см. табл. 1 и 2).
Анализ проб, взятых на пляжах Кинбурнской косы, позволяет отнести отложения в этой части Днепро-Бугского лимана к типу осадков, сформированных за счет размыва, переотложения и длительной сортировки ири-
родного материала, поступающего из коры выветривания интрузивных и глубоко метаморфизованных горных пород. Минеральный состав проб подтверждает их близость к россыпям тяжелых минералов [1 11. В пробах не обнаружены минералы, подобные тем, которые составляют основу донных осадков в реке Ингулец у балки Грушеватой (табл. 2).
Минеральный состав фиолетового песка может свидетельсвовать о размыве россыпей, которые образовывались из пород Украинского щита. Размыв может быть обусловлен нарушениями в балансе поступления терри-генного материала из низовий Днепра. Только за счет плотины Каховской ГЭС’ в Днепро-Буге кий лиман не поступает ежегодно не менее 2х107 т твердого материала. Действия “антиреки” на Ингульце также способствует снижению выноса твердого вещества в низовья Днепра и далее в лиман. Но нашим оценкам величина годового выноса могла бы составить не менее 10е т в год. В результате нарушения баланса поступления и переноса твердого материала в лимане усилились эрозионные процессы. В свою очередь это приводит к разрушению, диссипации и переотложению россыпей тяжелых минералов вследствие дефицита терригенного материала, поступающего из рек. В пользу такого предположения, кроме минерального состава, говорит и то обстоятельство, что в обнажениях отмеченный темно-фиолетовый материал находится на высоте 0,8 м над урезом воды. На дно и пляж он попадает вследствие размыва.
Выводы
В результате проведенных полевых исследований и сравнительного анализа гранулометрического и минерального состава проб донных осадков установлено:
твердый сток, формирующийся в р.Ингулец под влиянием процессов разработки железных руд Кривого Рога, не оказывает ощутимого воздействия на процессы переноса и седиментации в Днепро-Бугском лимане;
изменение режима водного и твердого стока в низовьях Днепра, по-видимому, влияет на современные процессы создания ильменит-рутил-цирконовых россыпей. Аккумуляция твердого стока рек в лимане имеет тенденцию к уменьшению, а эрозионные процессы и переотложение, напротив, усиливаются;
— в современную геологическую эпоху формируются россыпные рудопроявления гранат-ильменитового и ильменит-рутил-цирконового (в Днепро-Бугском лимане) и гематит-магнетитового состава (р. Ингулец на юге Криворожского бассейна);
— цель дальнейших исследований — установление современного баланса процессов накопления и переноса твердого стока рек и береговой эрозии в Днепро-Бугском лимане.
I. Геоэкология черноморского шельфа Украины / В.А. Емельянов, А.Ю. Митропольский, Е.И. Наседкин, A.A. Пасынков, Ю.Д. Степаняк, К.Б. Шнюкона.— К.: Академпериодика, 2004. 296 с.
2. Емельянов Е.М., Тримонис Э.С., Шимкус К.М. Железо, алюминий титан и марганец по взвеси Черного моря // Литология и полез. ископаемые. 1975. .N: 10.
С. 1499 1515.
3. Лисицын А.П..Лукашин В.Н.. Гурвич Е.Г. и др. С) соотношении выноса элементов
реками и их накопление п донных осадках океанов // Геохимия. 1982. № 1. —
С. 106 ИЗ.
4. Малахов 1.М. Техногенез у геологічному середовищі // Серія “Геологічне середовище антропогенної екосистеми”. Кривий Ріг: Октан-Прінт, 2003. 252 с.
5. Митропольский А.Ю., Мороз С А. Экология внутренних морей в условиях антропогенного стресса. К.: Знання, 1989. 12 с.
6. Митропольський О.Ю., Насе0кін С.1., Осикіна И.11. Екогеохімія Чорного моря.
К., 2006. 279 с.
7. Новиков Б.И. Донные отложения Днепровских водохранилищ.— К.: Наук Думка,
1985. 172 с.
8. Шнюков Е.Ф., Котловская Ф.И. К вопросу об изотопном возрасте донных осадков северо-запада Черного моря // Мат-лм по минералогии, петрографии и геохимии осадоч. пород и руд, 1976.— Вып. 4.— С. 57 59.
9. Шнюков Е.Ф., И ноземиев Ю.И., Усснко В.ГІ. Распределение тяжелых минералов в осадках Днепро-Вугского лимана // Осадочные породы и руды. К.: Наук. Думка, 1978.—С. 32 41.
10. Шнюков Е.Ф.. Иноземцев К).И.. Маелаков НА. Геологическая история развития речной сети на северо-западном шельфе Черного моря // Геология и полезные ископаемые Черного моря.— 1C., 1999.— С. 238-244.
11. Шнюков Е.Ф.. Заборов А. /7. Минеральные богатства Черного моря. К.. 2005.
С. 145-154.
Розглянуто питання про вплив сучасних змін у гідрологічному режимі Дніпра й Інгульця на мінеральне розмаїття донних осадків у Дніиро-Бузькому лимані. Показано. що техногенні й техногенно перетворені мінерали, що утворюються під час збагачення та переробки залізних руд Кривого Рогу, не потрапляють до пониззя Дніпра і у Дніиро-Бузький лиман з водами Інгульця, а утворюють техногенні розсипи гематит-магнетитового складу у південній частині Криворізького басейну. Внаслідок зменшення твердого стоку річок в низов’ях Дніпра, у лимані підсилюються ерозійні процеси та відбувається иеревідкладення ільменіт-рутил-цирконових розсипів.
The article considers the effect of change in the Dnipro and Ingulets flow regime on mineral assotiation in the Dnipro-Bugestuary. Technogenic minerals formed in concentration of iron-ores and metallurgical junction aren’t found in sediments of the estuary. They form technogenic hematite-magnetite placers in Ingulets, in south part of Kryvoy Rog iron ore basin. Reduce of the Lower Dnipro regimen activates erosional also re-sediment processes of ilmenite-rutile placers in the Dnipro-Bug estuary.
