Научная статья на тему 'Оценка экологического состояния почвенного покрова и подземных вод Джусинского месторождения'

Оценка экологического состояния почвенного покрова и подземных вод Джусинского месторождения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
84
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — И В. Куделина, П В. Панкратьев, А А. Донецкова

Район Джусинского месторождения характеризуется пестротой почвенного покрова. Абсолютное содержание химических элементов в верхнем гумусовом горизонте почв превышает существующие нормы ПДК. Рудные тела Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения расположены ниже зеркала грунтовых вод и местного базиса эрозии. Хлоридно-сульфатные воды характеризуются высокоаномальными содержаниями свинца, мышьяка и других элементов. Сульфатно-хлоридные воды, площадь которых превышает в 15 раз размеры рудных тел имеют содержание экологически опасных элементов: меди – 0,50, цинка – 2,50, свинца 0,025, мышьяка – 0,01 мг/л.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — И В. Куделина, П В. Панкратьев, А А. Донецкова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ASSESSMENT OF THE ECOLOGICAL STATE OF SOIL AND GROUNDWATER DZHUSINSKOGO FIELD

District Dzhusinskogo deposit is characterized by variegated soil. Absolute contents of chemical elements in the top humus soil horizon exceeds the existing rules of the MAC. Orebodies Dzhusinskogo pyrite-polymetallic deposits are located below the water table and the local base level of erosion. Chloride-sulphate waters are characterized by vysokoanomalnymi of lead, arsenic and other elements. Sulfate-chloride water, the area of which exceeds 15 times the size of the ore bodies have a content of environmentally hazardous elements: copper 0.50, zinc 2.50, Pb 0,025, Arsenic 0.01 mg / liter.

Текст научной работы на тему «Оценка экологического состояния почвенного покрова и подземных вод Джусинского месторождения»

И.В. Куделина, П.В. Панкратьев, А.А. Донецкова

I.V.Kudelina, P.V.Pankratiev, A.A.Donetskova ГОУ Оренбургский государственный университет Orenburg State University

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДЖУСИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

ASSESSMENT OF THE ECOLOGICAL STATE OF SOIL AND GROUNDWATER

DZHUSINSKOGO FIELD

Аннотация. Район Джусинского месторождения характеризуется пестротой почвенного покрова. Абсолютное содержание химических элементов в верхнем гумусовом горизонте почв превышает существующие нормы ПДК. Рудные тела Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения расположены ниже зеркала грунтовых вод и местного базиса эрозии. Хлоридно-сульфатные воды характеризуются высокоаномальными содержаниями свинца, мышьяка и других элементов. Сульфатно-хлоридные воды, площадь которых превышает в 15 раз размеры рудных тел имеют содержание экологически опасных элементов: меди - 0,50, цинка - 2,50, свинца - 0,025, мышьяка - 0,01 мг/л.

Abstract. District Dzhusinskogo deposit is characterized by variegated soil. Absolute contents of chemical elements in the top humus soil horizon exceeds the existing rules of the MAC. Orebodies Dzhusinskogo pyrite-polymetallic deposits are located below the water table and the local base level of erosion. Chloride-sulphate waters are characterized by vysokoanomalnymi of lead, arsenic and other elements. Sulfate-chloride water, the area of which exceeds 15 times the size of the ore bodies have a content of environmentally hazardous elements: copper - 0.50, zinc - 2.50, Pb - 0,025, Arsenic - 0.01 mg / liter.

Джусинское месторождение расположено в Джусинском рудном районе Джусинско-Мандыгулсайской рудоносной подзоны средне-верхнедевонского возраста. В тектоническом отношении оно приурочено к Теренсайской антиклинали - одной из структур Теренсайского антиклинория. Месторождение изучалось Н.И.Ереминым, В.Л.Черкасовым, И.А.Смирновой, И.П.Устиновым [1,2] и др. Закономерности формирования геохимических ореолов колчеданных месторождений Южного Урала отражены в работах Э.Н.Баранова [3]. В настоящее время месторождение эксплуатируется.

Характер почвенного покрова участка определяется положением его в зоне южных черноземов и наличием крупной водной артерии - р.Джусы, пересекающей участок с северо-востока на юго-запад. Пенепленезированный характер участка обусловил значительное меандрирование реки и наличие широкой гаммы аллювиальных отложений, свойственных равнинным рекам. К руслу реки с севера близко подступают контуры ортоэлювиальных ландшафтов с резко переменной мощностью аллювиального покрова. В совокупности это определило пестроту почвенного покрова. Последнее усугубляется значительной солонцеватостью и солончаковостью, имеющей сложный генезис. Преобладающая роль принадлежит черноземам южным, подчиненная - лугово-болотным разностям.

Почва - чернозем южный маломощный на коре выветривания. Судя по данным механализа, это тяжелосуглинистая почва с постоянным по профилю мехсоставом. Состав водной вытяжки меняется от сульфатно-кальциевого в верхнем горизонте до сульфатно-натриевого в нижнем. Содержание гумуса высокое. Величина рН в этом разрезе 6,6, в подстилающих породах реакция нейтральная. В этих почвах следует ожидать довольно стабильное распределение химических элементов по профилю. В верхнем горизонте за счет несколько повышенного содержания солей и органики возможно незначительное накопление химических элементов, обладающих достаточно высокой миграционной способностью, таких как медь и цинк. В верхнем горизонте кларки концентраций меди и цинка равны 3,05,

в нижнем - 2,0 и 1,8 соответственно. Распределение свинца, бария, кобальта и серебра по профилю этих почв довольно стабильно [4].

Изучение подвижной части химических элементов показало, что с солевыми новообразованиями связано до 5,8 % подвижной меди. Довольно значительное количество -до 9,5 % подвижного молибдена, до 4,5 % подвижной меди - связано со свободными гидроокислами железа. У менее подвижных элементов - свинца и бария - эти доли ограничиваются первыми процентами. У таких элементов, как стронций, доля подвижной части достигает десятков процента. Большая часть химических элементов прочно закреплена с тонко- и грубодисперсной фракциями почв. В связи с преобладанием среди глинистых минералов гидрослюды и каолинита, доля химических элементов, связанных с этим компонентом, ограничивается 30%. Группа инертных элементов, таких как барий (никель, хром), связана преимущественно с песчаной фракцией почв. Широкое распространение в верхних горизонтах местных почв никеля и хрома следует связать с обогащенностью этих горизонтов песчаной фракцией, обусловленной процессами ветровой эрозии.

Наибольшую площадь участка занимают неоэлювиальные ландшафты аккумулятивных террас долин рек с преобладанием разнотравно-злаковой растительности и в меньшей степени - полыни. Здесь преобладают черноземы южные в комплексе с солонцами солончаковыми. Последние распространены повсеместно.

Почва - чернозем южный солонцеватый. В минералогическом составе этих почв преобладает кварц и глинистая масса. Снизу вверх по профилю почв наблюдается незначительный рост лимонита Параллельно растет содержание марганцовистых минералов. Как и в других почвах региона, широко развит эпидот. Аналогичный состав имеют и пойменные песчано-глинистые отложения. Малоподвижные соединения БеО накапливаются в верхнем горизонте, более подвижные - Бе2О3 в нижнем горизонте. В нижних горизонтах разреза концентрируется СаО и М§О. Увеличиваются здесь и валовые содержания карбонатов и несколько ниже их гипса. Распределение гумуса по профилю нормальное, величина рН - стабильная. Слабая дифференциация микрокомпонентов по профилю должна обусловить стабильный характер распределения химических элементов. Некоторое накопление в средней и нижней частях разреза карбоната может привести к накоплению в этих горизонтах таких элементов, как цинк и молибден. В рассматриваемых почвах геохимическими барьерами могут служить незначительные по масштабам концентрации солевых новообразований, органических соединений, гидроокислов железа, глинистых минералов. Анализ распределения валовых содержаний химических элементов в профиле почв полностью подтвердил это предположение. Слабые концентрации меди наблюдаются в верхнем горизонте, цинка и молибдена - в нижнем. Изучение баланса подвижной части элементов показало, что с почвенными разрезами они практически не связаны. С солевыми новообразованиями связано до 4,7 % подвижного молибдена, с органикой связана незначительная доля подвижной меди - 0,4 % и подвижного молибдена - 3,1 %. Значительно большая часть элементов связана со свободными гидроокислами железа. С последним компонентом также прочно связан цинк и кобальт. Столь же высокая связь химических элементов с А12О3. Большая часть химических элементов прочно закреплена в минеральных компонентах почв. С глинистыми минералами связано до 30% меди [4].

Следующим по распространенности типом ландшафтов является супераквальный. Последний охватывает поймы, лога понижения и т.д. Растительность осоково-разнотравная. Почвы луговые, болотные, овражные и т.д.

Почва лугово-черноземная, остепненная. Террасовые отложения определили облегченный мехсостав этих почв. Содержание физической глины в нижнем горизонте снижается до 36,9, то есть почвы относятся к среднесуглинистым. Количество солей по профилю невелико - карбонатов 1 %, гипс, в количестве 0,13 %, концентрируется ниже. Состав водной вытяжки меняется от сульфатно-магниевого в верхнем горизонте до гидрокарбонатно-магниевого в нижнем. Изложенное позволяет ожидать снивелированный характер распределения химических элементов в профиле этих почв. Незначительная

концентрация меди и свинца намечается в нижнем горизонте, кобальта и молибдена в среднем. В условиях рассматриваемого ландшафта следует ожидать развитие наложенных, солевых и механических оторванных ореолов.

Сопоставление средних содержаний элементов в покровных суглинках и почвах участка показывает, что в последних накапливается медь, свинец, кобальт. Менее активные мигранты - свинец, барий - не накапливаются. Аналогично ведут себя элементы сидерофильной группы - хром, никель, ванадий. Особняком стоит кальций - типоморфный элемент желто-бурых покровных суглинков. Его содержание в почвенном покрове снижается в три раза. Вместе с ним снижается в почвах содержание стронция. Желто-бурые суглинки служат субстратом для почвообразовательных процессов. И поэтому они различаются существенно по кальцию, привнесенному в суглинки позднее [5].

Приведенные выше данные о балансе химических элементов в почвенном покрове участка в различной ландшафтной обстановке, свидетельствует о малой доле (в среднем до 10 %) элементов, находящихся в подвижной форме. Большая часть прочно закреплена. Основными носителями этой части элементов являются глинистые минералы до 36,8%, тяжелые минералы до 25%, породообразующие минералы и сложносвязанные образования, органические соединения и пр. на долю которых приходятся остальные 30 % валового количества элементов.

Таким образом, абсолютное содержание химических элементов в верхнем гумусовом горизонте вышерассмотренных почв составляет: ^ - 20 (Кк - 5,1), Zn - 20 (Кк - 4,0), Pb - 3 (Кк - 1,5), Ва - 50 (Кк - 1,3), Со - 2 (Кк - 1,5), Мо - 0,3 (Кк - 2)10-3, что превышает существующие нормы ПДК.

Водовмещающая толща Джусинского месторождения имеет два этажа: нижний -породы палеозоя и верхний - отложения четвертичные.

Породам палеозоя свойственны трещинно-пластовые воды.

Глубина залегания зеркала подземных вод колеблется в пределах 2 - 30 м. Местная область питания - водораздельная часть - расположена к северо-западу от участка. Основное поступление вод идет за счет инфильтрации атмосферных осадков (40% от 300 мм в год). Направление движения вод согласно простиранию пород, т.е. юго-восточное. Средний уклон 0,002. Верхние горизонты вод пород палеозоя частично дренируются вдоль долины р. Джусы, частично переливаются в вышележащие рыхлые образования. С последними они гидравлически связаны и взаимно пополняют друг друга.

Несмотря на различия в гидрогеологической обстановке среди образований палеозоя и мезокайнозоя, незначительная мощность последних и тесная гидравлическая связь обуславливают единство химсостава вод. Основным классом вод как региона так и участка является хлоридный. Из катионов преобладает натрий.

Река Джуса имеет гидрокарбонатно-хлоридный состав вод. Под воздействием этих вод контур хлоридных вод на участке оттеснен. Однако гидрокарбонатно-хлоридный состав подземные воды приобретают только на юге. На востоке и северо-востоке участка под давлением потока хлоридно-сульфатных вод, идущего с севера и северо-запада, воды приобретают хлоридно-гидрокарбонатный состав. С юго-востока на северо-запад участок пересекается тектонической зоной, с которой связаны трещинно-жильные воды. К этой зоне в местах ее осложнения субширотными зонами приурочены рудные тела. Породы на всем протяжении минерализованы. Приповерхностные трещинно-жильные воды, тяготеющие к тектонически ослабленной зоне в местах повышенной минерализации и широкого доступа агентов окисления, приобретают сульфатный облик.

Зона окисления на месторождении слабо развита, верхняя кромка рудных тел находится ниже зеркала грунтовых вод и местного базиса эрозии. Поэтому степень сульфатного метаморфизма вод резко ограничена. Это проявляется в резком различии состава макро- и микрокомпонентов, а также величин pH и M в водах месторождения.

Наиболее низкие содержания макро- и микрокомпонентов Джусинского месторождения свойственны пластово-поровым водам в восточной и юго-восточной частях

участка, формирующимися под воздействием вод аллювиальных отложений. Содержание меди, цинка и молибдена гидрокарбонатно-хлоридных водах не превышает низкоаномальных значений. Свинец и мышьяк не установлены. Под воздействием, примыкающих к рудоносным зонам, преимущественно трещинно-пластовых и частично пластово-поровых вод в водах аллювиальных отложений возрастает содержание макро- и микрокомпонентов. Содержание сульфат-иона, закисного и окисного железа, величины минерализации увеличиваются по сравнению с гидрокарбонатно-хлоридными водами в два раза. Содержание меди и молибдена становится близким к аномальному, а содержание цинка, свинца и мышьяка даже превышает его. Однако это единичные точки и цельного ореола не вырисовывается.

Хлоридно-сульфатные воды охватывают большую площадь участка приближения к поверхности коренных пород, в том числе и минерализованных зон, пересекающих участок с северо-запада на юго-восток, что сказалось на вытянутости контура этих вод. Повышенное содержание макро- и микрокомпонентов, свойственно как трещинно-пластовым водам пород палеозоя и развитой над ними коры, так и пластово-поровым водам четвертичных рыхлых отложений, гидравлически с ними связанным. Большинство рудных тел омываются этими водами. Это обуславливает повышенное (в 10 раз) содержание в них таких компонентов, как сульфат-иона, железа и других, по сравнению с гидрокарбонат-хлоридными на прилегающих участках. Содержание меди и цинка по сравнению с фоном возрастает в 25 раз, свинца - в 8 раз, молибдена - 7 раз и т.д. Наиболее высокие содержания рудных элементов свойственны водам обоих этажей водовмещающих пород. Они приурочены к рудным телам и создают относительно четкие ореолы изометрической формы.

Ореол меди по изоконцентрации 0,03 мг/л оконтуривает основные рудные тела месторождения ЫП. Непосредственно к рудным телам приурочены ореолы со значением 0,3 мг/л. Серноколчеданное рудное тело IV оконтуривается только изоконцентрацией 0,03 мг/л [6]. Ограниченные по площади ореолы меди прослеживают рудоносную зону на север и юг. Площади ореолов меди составляют 63740 м2.

Ореолы цинка повторяют конфигурацию ореолов меди, но на уровне изоконцентрации 0,3 мг/л и 1,0 мг/л соответственно. Отдельные мелкие рудные тела X, XI, XII, так же как и медью, ореолами цинка не прослеживаются. Площадь ореолов цинка 44000 м .

Ореолы закисного железа по изоконцентрации 0,1 мг/л оконтуривает всю рудоносную зону. Рудные тела ЫП отбиваются изоконцентрацией 1,0 мг/л [6].

Ореолы вод с повышенной минерализацией М-3000 мг/л кольцеобразно оконтуривает основные рудные тела месторождения. Подробную морфологию ореола следует объяснять метаморфизмом подземных вод, химический облик которых определяется наличием рудных тел и за счет хлоридных вод, движущихся с северо-запада.

Ореолы равных значений pH в водах охватывают рудные тела. Более четко последние прослеживаются по изоляции pH - 6,0.

Слабое развитие зоны окисления на рассматриваемом месторождении определило ограниченное развитие сульфатных вод. Последние прослеживаются ограниченными контурами вдоль зон нарушений. В этих водах, как и в вышерассмотренных, установлено повышенное содержание макро- и микрокомпонентов. Ограниченное количество проб не дает возможности получить должное представление о химическом облике этих вод.

Ореолы меди, цинка и других компонентов в водах участка охватывают контуры сульфатно-хлоридных вод и находятся внутри контуров хлоридно-сульфатных вод. В плане они вытянуты с северо-запада на юго-восток вдоль минерализованных зон. Они превышают по размерам контуры рудных тел в 10-15 раз. Содержание экологически опасных элементов в этих водах максимальное и достигает: меди - 0,50, цинка - 2,50, свинца - 0,025, мышьяка -0,01 мг/л. Проследить полностью контуры ореолов мешает разубоживающее действие вод аллювиальных отложений р. Джусы, отсекающих южные окончания ореолов. На левобережье реки прослеживаются лишь ослабленные «хвосты» ореолов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологическое строение // В.А.Прокин, Ф.П.Буслаев, М.И.Исмагилов и др. Свердловск: УрОАН СССР, 1988, 241с.

2. Медноколчеданные месторождения Урала: Геологические условия размещения // В.А.Прокин, В.М.Нечеухин, П.Ф.Сопко и др. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985,288с.

3. Баранов Э.Н. Эндогенные геохимические ореолы колчеданных месторождений. - М.: Наука, 1987. -295с.

4.Черняхов В.Б., Куделина И.В.Экологически опасные элементы в почвенном покрове Джусинского месторождения // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Многопрофильный университет как региональный центр образования и науки». ИПК ГОУ ОГУ ISBN 978-5-7410-0941-3, 2009г.

5.Черняхов В.Б. Минералого-геохимическая характеристика почвенного покрова Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения // Всероссийская научно-практическая конференция «Интеграция науки и образования как условие повышения качества специалистов». ГОГ ОГУ, 2008г, изд.ОГПУ т.2 с.92-99.

6. Черняхов В.Б., Куделина И.В. Экологически опасные элементы в подземных водах Джусинского месторождения // Межвузовская всероссийская конференция, посвященная 75-летию кафедры динамической геологии и гидрогеологии Пермского госуниверситета и 105-летию со дня рождения ее основателя профессора Максимовича Г.А.,г.Пермь, 2009 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.