CC BY
11
УДК 502:658
DOI: 10.24412/1728-323X-2023-4-80-84
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ УРАЛА И ПРИУРАЛЬЯ)
И. Н. Алферов, к. т. н., доцент, с. н. с., ФГБУН Ин-т экономики УрО РАН, alferov.in@uiec.ru, г. Екатеринбург, Россия,
А. Я. Гаев, д. г.-м. н, проф. ПНИУ и ОГУ, gayev@mail.ru, г. Пермь, Россия, И. А. Гаев, асс. каф. геол., геод. и кадастра ОГУ, gaev2@mail.ru, Россия,
И. В. Куделина, к. г.-м. н., доцент каф. геол., геод. и кадастра, kudelina.inna@mail.ru, г. Оренбург, Россия,
Н. П. Галянина, ст. препод. каф. геол., геод. и кадастра, galyanina@list.ru, Россия
Аннотация. Исследуемая территория приурочена к бассейну р. Урал и к междуречью его с Волгой. Русская равнина контактирует восточнее с Южным Уралом. Лесостепи на севере сменяются южнее полупустынями. Изучение природных условий, сложившихся к ХХ! веку, является актуальной проблемой. Исследования включают построение карт и изучение геологической среды с целью обеспечения социально-экономического развития территории. Выявлены площади с повышенными рисками, с токсичными тяжелыми металлами, радиоактивными элементами и углеводородами. Они поступают в геологическую среду при использовании нефти и углей, горючих газов и смолистых веществ. Их обезвреживание актуально для социально-экономического развития региона.
Annotation. The study area is confined to the basin of the Ural River and to its interfluve with the Volga. The Russian Plain contacts with the Southern Urals in the east. The forest-steppes in the north are replaced by semi-deserts in the south. The study of natural conditions that have developed by the 21st century is an urgent issue. The research includes the construction of maps and the study of the geological environment in order to ensure socio-economic development of the territory. The areas with increased risks, with toxic heavy metals, radioactive elements and hydrocarbons have been identified. They enter the geological environment when using oil and coal, combustible gases and tarry substances and their neutralization is relevant for the socio-economic development of the region.
Ключевые слова: геологическая среда, природные ресурсы, барьерные технологии, загрязнение и истощение геологической среды.
Keywords: geological environment, natural resources, barrier technologies, pollution and depletion of the geological environment.
Вводная часть. Для предотвращения негативных процессов требуются оценка и прогноз ситуации с использованием теоретических методов исследований, системного анализа, синергети-ческого и геоинформационного подходов, с картографированием, графическими построениями, лабораторными и аналитическими методами [2-4].
Созданы банки данных по режимным наблюдениям, включающие физико-химические анализы проб грунтов (4640), сточных и природных вод (2190 проб), анализы пород (273), водо-рас-творенных газов (176), органических веществ (340), водные вытяжки почв и грунтов (215) и анализы отходов предприятий (121). Использованы данные об источниках и ареалах загрязнения (рис. 1). На юге территория граничит с Казахстаном. Она приурочена к Русской платформе и к Южному Уралу. Его хребты отделяют регион от Западно-Сибирской низменности, играя роль водораздела бассейнов Каспийского моря и Ледовитого океана. Горные хребты осложнены нарушениями и карстовыми формами. Горы имеют ярусный рельеф с поверхностями денудации. На вершинах есть реликты оледенения и денудационные террасы.
Восток западного склона Урала представлен хребтами Урал-Тау, а Восточный склон — Зила-ирским плато (рис. 2). Хребты из стойких к денудации кварцитовых сланцев заболочены и покрыты лесом. Это — смещенные на восток водоразделы рек с отметками до 1000 м. Реки стекают на запад и восток. С гор Иремель — Яман-Тау высотой 1638 м стекают реки Белая, Инзер и Юрюзань.
К Предуралью горы сужаются, не превышая 600 м. Севернее расположены горы высотой до 900 м — Кара-Тау, Баш-Таш и др. Зилаирское плато изрезано глубокими извилистыми долинами рек Большой Ик и Сакмара. На юге горы сливаются с Губерлинскими горами, окаймляя Урал по правому берегу. Русская равнина на востоке имеет отметки 200—300 м, возрастающие далее на Белокатайском, Уфимском плато и Юрю-зано-Айской равнине до 400 м, а на Кара-Тау — до 500 м. Склоны массива с глубокими логами и суходолами закарстованы. В Зауралье абсолютные отметки составляют 200—450 м, снижаясь к озерам Жеты-Коль, Шелкар-Ега-Кара, КараКуль и др.
Климат территории резко континентальный, с большими амплитудами отрицательных температур. Осадки снижаются на восток д о 250 мм [1, 6].
Рис. 1. Обзорная карта региона исследований
Густота речной сети в Зауралье убывает до 0,1—0,06 км/км2. Урал на протяжении 2250 км имеет большую извилистость русла и малый уклон. Истоки его приурочены к подножию хр. Урал-Тау. Уже в верхней части река имеет равнинный характер с шириной долины до 2,5 км. Ниже Орска, в «Орских воротах», долина реки сужается. Питание реки снеговое, более 80 % составляют паводковые воды [3, 4, 11].
Ириклинское и Магнитогорское водохранилища несколько снижают неравномерность стока. Протяженность Илека, левого притока Урала, достигает 600 км при площади бассейна в 37 740 км2. Истоки его приурочены к западным склонам Мугоджар. Долина реки имеет широкую луговую пойму с шириной русла до 30—40 м.
Озера территории делятся на антропогенные, карстовые, пойменные и тектонические. Уникальное озеро Развал в Соль-Илецке образовалось в 1906 году при затоплении Соль-рудника. В долинах пересыхающих рек образуются пойменные озера, старичные и плесовые. В регионе есть немало карстовых озер диаметром до 700 м, а в бессточных котловинах сформировались озера тек-
тонического происхождения. Из водохранилищ самыми крупными являются Ириклинское и Магнитогорское. Возвышенности покрыты оврагами, которые растут со скоростью 5—7 м, а иногда и до 20 м в год.
Из почв преобладают черноземы, а в горах — горные черноземы, а также дерново-подзолистые и горно-лесные серые почвы. Степи распаханы, но содержат небольшие колки. Степная зона охватывает Общий Сырт, междуречье Урала и Иле-ка и запад Тургайского плато.
В Оренбуржье наряду с большими площадями плодородных земель эксплуатируются руды: меди, железа, никеля, а также углеводороды и поваренная соль. Топливно-энергетическая база региона эксплуатирует месторождения нефти, газа и бурых углей. Работают Оренбургские г аззаводы, Орский нефтеперерабатывающий завод, тепловые электростанции и Ириклинская ГЭС. В Оренбуржье развита цветная металлургия, электротехническое производство, станкостроение и тяжелое машиностроение. Развиваются металлургия, нефтепереработка, коксохимия, сернокислотное и туковое производства, мясная, мукомольно-кру-
АЦ 1 Ш2 ЕЕЗз ЕЦ4 И5 бЮ6 Ц7 12238 ^¡¡9 Щ10!!11
В ^ 12 Щ 13 ЕЗ 14 В 15
Рис. 2. Орографические районы исследуемой территории: 1 — хр. Урал-Тау; 2 — восток западного склона; 3 — окраинная зона; 4 — Зилаирское плато; 5 — вост. склон; 6 — Юрюзано-Айская равнина; 7 — Уфимское плато; 8 — Прибельская равнина; 9 — Бугульмино-Белебеевская возвышенность; 10 — Общий Сырт; 11 — Ветляны; 12 — Зауральская равнина; 13 — Тургайское плато. Границы: 14 — областей; 15 — орографических районов
пяная, кожевенно-обувная и шелковая промышленность. Налажено крупное производство хлеба, масла, мяса, шерсти, освоено более 1,6 млн га целинных земель под яровую пшеницу, просо и подсолнечник. Высоким уровнем развития выделяется Орско-Халиловский район. Здесь эксплуатируются полезные ископаемые с производством металлов, продукции сельского хозяйства и химического сырья.
В Оренбуржье добываются также каменная соль, бурый уголь и строительные материалы. Развиваются межрайонные связи, в сельском хозяйстве налажено производство проса, пшеницы, подсолнечника, мясомолочной и мясо-шерстного производства. Бугуруслано-Бузулукский район играет важную роль в животноводстве, производстве зерна, переработке нефти, в легкой и пищевой промышленности. Оценка природных ресурсов выполнялась уже с 1882—1932 гг. А. А. Штукенбергом, С. С. Неуструевым и др. С 1947 г. составляется кадастр водозаборных скважин, но для водоснабжения в основном используются поверхностные воды. Хотя уже в конце советского периода строилось в год до тысячи скважин на воду. Осваивались и массивы карс-
тующихся пород, чему способствовало создание Г. А. Максимовичем уральской школы современного карстоведения.
Развитию гидрогеологии способствовало затопление ряда шахт, подтопление территорий и усиление масштабов загрязнения. Для предотвращения этих процессов были созданы гидростанции в Кизеле, Уфе, Екатеринбурге и др. Их материалы обобщены в изданиях «Гидрогеологии СССР» (1939—1943 и 1972), в работах гидрогеологов [4, 5, 6] и в отчетах по гидрогеологической съемке [1, 7, 8, 13]. В них охарактеризованы подземные воды и дана оценка их использования. С 1988 г. подземные воды анализируются в АИС ГВК Л. Е. Зинченко и др. Области сосредоточения здесь содержат до 6,263 млн м3/сут прогнозных запасов, в т.ч. 5,376 млн м3/сут пресных вод. В. И. Малиновской, В. И. Кузнецовым, М. М. Булычевым и др. (1959—1985) в отчетах и диссертациях даны материалы по глубоким горизонтам, а в ПГО «Оренбурггеология» — по коллекторам их пород в 128 тыс. образцов керна. Были выполнены: 1. Обобщения по минеральным водам; 2. Подсчитаны воды, используемые на МПИ; 3. Дан прогноз ресурсов промышленных вод и 4. Попутных вод нефтяных месторождений [10, 12].
Обобщена информация и составлены карты масштаба 1:500 000 по ресурсам глубоких горизонтов. Выполнена типизация минеральных вод, их прогнозных ресурсов с геолого-экономической оценкой. Изучены попутные воды, выделены перспективные площади на нефть и газ, составлено ТЭО по их использованию. Потребности в технических водах растут и в их качестве предполагалось рассматривать воды глубоких горизонтов. На горно-складчатом Урале геоэкологические исследования велись с конца Х1Х в. попутно. Скважины на воду бурились здесь при освоении целины и строительстве с выполнением многочисленных химических анализов вод и пород. Была разработана схема комплексного использования водных ресурсов в процессе гидрогеологических съемок. Они обеспечили к концу советского периода строительство до 1000 скважин на воду в год. Материалы обобщались в книге «Гидрогеология СССР», в том числе т. 43 по Оренбургской области, в работах гидрогеологов [5—7]. Ресурсы вод оценены по отдельным горизонтам и по области в целом. Они составили 6130,3 тыс. м3/сут, а пресных вод — в количестве 5294,3 тыс. м3/сут. Оценены водопритоки в горные выработки, обоснованы меры борьбы с загрязнением с обоснованием сети режимных наблюдений.
Глубокие горизонты изучались с 1937 г., когда были открыты залежи нефти в уфимском ярусе у Бугуруслана, а с 1946 г. — в отложениях вплоть до
девона. С 1959 г. в ЮУО ВНИГНИ исследуются воды глубоких скважин, пористость и проницаемость пород продуктивных горизонтов. Изучено 128 тыс. образцов керна с оценкой гидроминеральных ресурсов с целью извлечения йода и брома. Выполнена оценка вод сбрасываемых на месторождениях нефти и газа и прогнозных ресурсах попутных вод. Изучен их состав и построен комплекс карт, включающий карты по редким элементам в масштабе 1:500 000.
Благодаря научно-методическим разработкам ВСЕГИНГЕО и производству полевых лабораторий с экспресс-анализами были получены мате-
риалы, позволившие уточнить влияние на геологическую среду горнодобывающих предприятий. Выявленные ранее геоэкологические закономерности региона получили в свете нового фактического материала возможность дальнейшего развития с учетом решения новых крупных народнохозяйственных задач [14—16]. Резко обострили ситуацию возросшие риски развития процессов загрязнения окружающей среды. Этим и обусловлены наши исследования по теме.
Работа выполнена в рамках плана НИР ИЭ УрО РАН.
Библиографический список
1. Болсун В. М., Чувилин В. А., Гаврилов Ю. М. Объяснительная записка к картам распределения элементов в поверхностном стоке территории Оренбургской области. — Екатеринбург, 1994.
2. Вернадский В. И. История природных вод / В. И. Вернадский. — М.: Наука. 2003. — 751 с.
3. Гаев А. Я., Алферов И. Н., Куделина И. В. Об эколого-экономических аспектах водохозяйственного проектирования в бассейне р. Урал // Проблемы региональной экологии. — 2020. — № 4. — С. 63—70.
4. Гацков В. Г. Техногенное изменение геологической среды в районах поисков, разведки и эксплуатации месторождений углеводородов ( на примере Предуралья и сопредельных территорий): Автореф. дис. д. г.-м. н. — Москва, 2004. 47 с.
5. Геологическое строение и нефтегазоносность Оренбургской области / Под ред. д. г.-м. н. Пантелеева А. С. — Оренбург: Оренбургское кн. изд-во, 1997. — 272 с.
6. Гидрогеология СССР. Т. 43, Оренбургская область. — М.: Недра, 1972. — 272 с.
7. Кархардин Г. С., Кристаллович Л. Л., Попова С. Ю., Гаджиева Л. С. Отчет по поискам и разведке подземных вод для централизованного водоснабжения колхозов «Восход», «Кинельский» Матвеевского района и райцентра Гра-чевка Оренбургской области. — Оренбург, 1975.
8. Печерин А. Т., Портнова Т. Г., Павлова Е. А. Отчет по теме: «Составление карты прогнозных эксплуатационных запасов подземных промышленных вод Оренбургской области». — М., ВСЕГИНГЕО, 1969.
9. Постановление правительства Оренбургской области от 26.05.95 «О создании региональных систем экологического и социально-гигиенического мониторинга Оренбургской области». — Оренбург, 1995.
10. СанПиН 2.1.4.027—95: Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Зоны сан. охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения. — М., 1996.
11. Самарина В. С., Гаев А. Я., Нестеренко Ю. М. и др. Техногенная метаморфизация химического состава природных вод (на примере эколого-гидрогеохимического картирования бассейна р. Урал, Оренбургская область). — Екатеринбург: изд-во УрО РАН, 1999. — 444 с.
12. Социально-экономическое положение Оренбургской области / Госкомстат РФ, Оренбургский обл. комитет гос. статистики. — Оренбург, 1999.
13. Твердохлебов В. П., Гаряинов В. А. и др. Государственная геологическая карта СССР м. 1:200 000, лист М-40-П (отчет по геол. съемке). — Саратов, 1963. (Террит. фонды МПР по Оренбургской обл.).
14. Шварцев С. Л., Рыженко Б. Н., Алексеев В. А. и др. Геологическая эволюция и самоорганизация системы «вода— порода». Т. 2. Система «вода—порода» в условиях зоны гипергенеза.
15. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. — М.: Недра, 1973. — 288 с.
16. Cameron D. R., Klute A. Convective—dispersive solute transport with a combined equilibrium and kinetic adsorption model // Water Res. Res., 1977. — V. 13. — № I. — Р. 183—188.
RATIONAL USE AND PROTECTION OF THE GEOLOGICAL ENVIRONMENT: A CASE STUDY OF THE URALS AND THE CIS-URALS
I. N. Alferov, Ph. D. (Earth Sciences), Associate Professor, Senior Researcher, Institute of Economics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IE UB RAS), alferov.in@uiec.ru, Ekaterinburg, Russia,
A.Ya. Gaev, Ph. D. (Geological and Mineralogical Sciences), Dr. Habil., Professor, Director, Karst Institute of Perm Research State University, gayev@mail.ru, Orenburg, Perm, Russia,
I. A. Gaev, Assistant of the Department of Geology, Geodesy and Cadastre, Orenburg State University, maneb-or@mail.ru, Orenburg, Russia,
I. V. Kudelina, Ph. D. (Geological and Mineralogical Sciences), Senior Lecturer, Orenburg State University, kudelina.inna@mail.ru, Orenburg, Russia,
N. P. Galyanina, Senior Lecturer, Orenburg State University, galyanina@list.ru, Orenburg, Russia
References
1. Bolsun V. M., Chuvilin V. M. Ob'yasnitel'naya zapiska k kartam raspredeleniya elementov v poverhnostnom stoke territorii Orenbuigskoj oblasti [Explanatory note to the maps of element distribution in the surface runoff of the Orenburg Region]. Yekaterinburg, 1994 [in Russian].
2. Vernadsky V. I. Istoriya prirodnyh vod [History of natural waters]. Moscow, Nauka. 2003. 751 p. [in Russian].
3. Gaev A. Ya., Alferov I. N., Kudelina I. V. Ob ekologo-ekonomicheskih aspektah vodohozyajstvennogo proektirovaniya v bassejne r. Ural [On ecological-economic aspects of water-projecting in the Ural River basin]. Regional Environmental Issues. 2020. No. 4. P. 63—70 [in Russian].
4. Gatskov V. G. Tekhnogennoe izmenenie geologicheskoj sredy v rajonah poiskov, razvedki i ekspluatacii mestorozhdenij ug-levodorodov (na primere Predural'ya i sopredel'nyh territorij) [Technogenic change in the geological environment in the areas of search, exploration and exploitation of hydrocarbon deposits: a case study of the Cis-Urals and adjacent territories]. Moscow, 2004. 47 p. [in Russian].
5. Geologicheskoe stroenie i neftegazonosnost' Orenburgskoj oblasti [Geological structure and oil and gas bearing capacity of the Orenburg Region]. Orenburg, Orenburg Publishing House, 1997. 272 p. [in Russian].
6. Gidrogeologiya SSSR. T. 43, Orenburgskaya oblast' [Hydrogeology of the USSR. Vol. 43, Orenburg Region]. Moscow, Nedra. 1972. 272 p. [in Russian].
7. Karkhardin G. S., Kristallovich L. L., Popova S. Y., Gadzhieva L. S. Otchet po poiskam i razvedke podzemnyh vod dlya centralizovannogo vodosnabzheniya kolhozov "Voskhod", "Kinel'skij" Matveevskogo rajona i rajcentra Grachevka Orenburgskoj oblasti [Report on prospecting and exploration of groundwater for centralized water supply of collective farms "Voskhod", "Kinelsky" of the Matveevsky District and the district center Grachevka of the Orenburg Region]. Orenburg, 1975 [in Russian].
8. Pecherin A. T., Portnova T. G., Pavlova E. A. Otchet po teme: "Sostavlenie karty prognoznyh ekspluatacionnyh zapasov podzemnyh promyshlennyh vod Orenburgskoj oblasti" [Report on the topic: "Making a map of forecast operational reserves of underground industrial water of the Orenburg Region]. Moscow, VSEGINGEO, 1969 [in Russian].
9. Postanovlenie pravitel'stva Orenburgskoj oblasti ot 26.05.95 g. "O sozdanii regional'nyh sistem ekologicheskogo i social'no-gigienicheskogo monitoringa Orenburgskoj oblasti" [Decree of the Government of the Orenburg Region on 26.05.95. "On establishing regional systems of environmental and socio-hygienic monitoring of the Orenburg Region"]. Orenburg, 1995 [in Russian].
10. SanPiN 2.1.4.027—95: Pit'evaya voda i vodosnabzhenie naselennyh mest. Zony san. ohrany istochnikov vodosnabzheniya i vodoprovodov hozyajstvenno-pit'evogo naznacheniya [SanPiN 2.1.4.027—95: Drinking water and water supply of settlements. Zones of Sanitary Protection of Water Supply Sources and Domestic and Drinking Water Utilities]. Moscow, 1996 [in Russian].
11. Samarina V. S., Gaev A. Y., Nesterenko Yu. M., et al. Tekhnogennaya metamorfizaciya himicheskogo sostava prirodnyh vod (na primere ekologo-gidrogeohimicheskogo kartirovaniya bassejna r.Ural, Orenburgskaya oblast') [Technogenic metamor-phism of the chemical composition of natural waters: a case study of the ecological and hydrogeochemical mapping of the Ural basin, the Orenburg Province)]. Yekaterinburg, Publishing House of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 1999. 444 p. [in Russian].
12. Social'no-ekonomicheskoe polozhenie Orenburgskoj oblasti [Socio-economic situation of the Orenburg region]. Goskomstat of RF, Orenburg Oblast Committee of State Statistics. Orenburg, 1999 [in Russian].
13. Tverdokhlebov V. P., Garyainov V. A., et al. Gosudarstvennaya geologicheskaya karta SSSR m-ba 1:200000, list M-40-P (otchet po geol. s'emke) [State Geological Map of the USSR, 1:200 000 scale, sheet M-40-P (report on the geological survey)]. Saratov, 1963. (Geological Survey of Ministry of Natural Resources of Orenburg Oblast) [in Russian].
14. Shvartsev S. L., Ryzhenko B. N., Alekseyev V. A. i dr. Geologicheskaya evolyutsiya i samoorganizatsiya sistemy voda—poroda. T. 2. Sistema voda—poroda v usloviyakh zony gipergeneza.
15. Shvets V. M. Organicheskie veshchestva podzemnyh vod [Organic substances of underground waters]. Moscow, Nedra, 1973. 288 p. P. 38 [in Russian].
16. Cameron D. R., Klute A. Convective-dispersive solute transport with a combined equilibrium and kinetic adsorption model. Water Res. Res., 1977. Vol. 13. No. I. Р. 183—188.
