ТРАНСФОРМАЦИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ В РАЙОНАХ ДОБЫЧИ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (НА ПРИМЕРЕ ГОМЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Геология

Научная статья /Original article

УДК 550.347.6: 622.33/.36(476.2) https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-2-62

Трансформация геологической среды в районах добычи твердых полезных ископаемых (на примере Гомельской области)

Мележ Татьяна Александровна1, Шишкова Ирина Игоревна2

12 Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»,

Республика Беларусь, г. Гомель;

1 Tatyana.melezh@mail.ru, phacopsl4@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0847-3366

Аннотация. Карьеры представляют собой искусственные геологические объекты, создаваемые как места добычи тех или иных полезных ископаемых открытым способом. Карьеры существуют лишь до тех пор, пока человек их поддерживает. С точки зрения геоэкологии карьеры рассматриваются как отрицательное явление, так как при их создании нарушается равновесие геологической среды, происходит трансформация природных объектов: нарушение почвенного покрова, вырубка лесов, нарушение балансового режима подземных вод. Открытые горные выработки провоцируют развитие и проявление опасных геологических процессов.

Ключевые слова: горная выработка, карьер, твердые полезные ископаемые, трансформация геологической среды

Для цитирования: Мележ Т. А., Шишкова И. И. Трансформация геологической среды в районах добычи твердых полезных ископаемых (на примере Гомельской области) // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2. Биология, геология, химия, экология. 2022. № 2 (22). С. 62—71. https://doi.org/10.34130/ 2306-6229-2022-2-62

Transformation of the geological environment in the areas of extraction of solid minerals (on the example of the Gomel region)

Tatyana. A. Melezh1, Irina I. Shishkova2

12 Educational institution «Francysk Skaryna Gomel state University», Republic of Belarus, Gomel;

1 Tatyana.melezh@mail.ru, phacopsl4@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0847-3366

Abstract. Quarries are artificial geological objects created as places of extraction of certain minerals in an open way. Careers exist only as long as a person supports them. From the point of view ofgeoecology, quarries are considered as a negative phenomenon, since when they are created, the balance of the geological environment is disturbed: natural objects are transformed (violation of soil cover, deforestation, violation of the balance regime of groundwater). Open mine workings provoke the development and manifestation of dangerous geological processes.

Keywords: mining, quarry, solid minerals, transformation of the geological environment.

For citation: Melezh T. A., Shishkova I. I. Transformation of the geological environment in the areas of extraction of solid minerals (on the example of the Gomel region). Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2. Biologiya, geologiya, himiya, ekologiya = Syktyvkar University Bulletin. Series 2. Biology, geology, chemistry, ecology, 2022. 2(22): 62—71. (In Russ.). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2022-2-62

Введение. Территория Гомельской области располагает ресурсами нерудных полезных ископаемых, добыча которых ведется открытым - карьерным способом. К таким

полезным ископаемым относятся: строительный и облицовочный камень, строительные пески и песчано-гравийные смеси, глинистые породы - легкоплавкие и тугоплавкие глины, огнеупорные глины, месторождения мела (не разрабатываются). Месторождение строительного и облицовочного камня расположено в Лельчицком районе Гомельской области - месторождение Глушковичи. Тектонически оно приурочено к северным отрогам Украинского щита. Полезные ископаемые представлены мигматитами гранитного и гранодиоритового состава, в меньшей степени мигматитами диоритового состава и амфиболитами нижнепротерозойского возраста. Добыча ведется карьерным способом - карьер Надежды и Крестьянская Нива.

Месторождения строительных песков и песчано-гравийных смесей. Их насчитывается три: два в Мозырском районе - Каменка и Стрельск, одно в Гомельском районе -Осовцы.

Количество месторождений по добыче глинистых пород - 49, но разрабатывается только 5: Азделин (Гомельский район), Стодоличи (Лельчицкий район), Лешня (Мозыр-ский район), Броварище (Петриковский район), Адамовка (Речицкий район).

Такие геологические объекты, как карьеры по добыче полезных ископаемых, нарушают естественное равновесие геологической среды, приводят к трансформации рельефа земной поверхности, различного рода деформациям массивов горных пород, химическим загрязнениям почв и подземных вод, активизации экзогенных и сейсмотектонических процессов.

Цель работы - изучение особенностей трансформации геологической среды в районах добычи твердых полезных ископаемых (на примере Гомельской области).

Методы исследования, теоретическая база. В основу исследования положены результаты полевых изысканий, проводимых в период летних геологических практик, картографический материал, материалы дистанционного зондирования, фондовые материалы ОАО «Гомельстекло» филиал «Гомельский ГОК». Для проведения исследований по оценке влияния техногенеза на геологическую среду использовали экспедиционные работы, картографические методы и метод системного анализа.

Результаты исследования и их обсуждение Месторождения полезных ископаемых, представляющие собой территории активного техногенного влияния на геологическую среду, являются наиболее сложными в геоэкологическом отношении. Это обусловлено несколькими причинами:

1. Многообразием видов добываемых сырьевых ресурсов. Горнодобывающие комплексы загрязняют все компоненты природной среды, большая часть соединений отличается стойкостью и большой миграционной способностью.

2. Многообразием систем использования природных ресурсов недр, которые включают открытые (карьерные) виды разработки, подземные (шахтные), проходку скважин и другие. Открытая разработка связана с объемами вскрышных работ, проблемами размещения отвалов и их последующей рекультивации. Глубокие карьеры требуют откачки подземных вод и сброса их в поверхностные водоемы. Шахтная добыча сталкивается со многими сложными проблемами: трудностями разработки маломощных и наклонных горизонтов, прорывами подземных вод, обвалами и прочее.

3. Комплексным активным влиянием на природную среду, которое охватывает большие площади (в отличие от ряда других отраслей промышленности) и затрагивает все природные компоненты, в том числе относительно глубокие зоны литосферы.

4. Длительной эксплуатацией месторождений, что приводит в конечном счете к глубоким и необратимым изменениям природной среды.

Особенности систем использования ресурсов недр и их воздействие на геологическую среду в общем случае зависят от типов месторождений полезных ископаемых и закономерностей их распределения, рельефа местности, инженерно-геологических и гидрогеологических условий.

Добыча полезных ископаемых открытым способом оказывает существенное техногенное воздействие на геологическую среду: создаются отвалы пустой породы, осушаются карьеры, изменяется режим подземных вод. Все это может спровоцировать проявление и развитие таких опасных инженерно-геологических процессов и явлений как:

• деформация в бортах карьеров может привести к активизации гравитационных процессов - оползни, оплывины, осыпи и прочее;

• деформация откосов отвалов и подстилающих пород;

• иссушение территории;

• активизация карстовых и суффозионных процессов;

• активизация делювиальных процессов (рис. 1);

• фильтрационное уплотнение грунтов;

• развитие процессов механического выветривания (рис. 2).

Рис. 1. Проявление делювиальных процессов на бортах карьера «Лениндар» (Добрушский район Гомельской области) (фото Т. А. Мележ)

Рис. 2. Развитие и проявление экзогенных процессов (карьер «Лениндар», Добрушский район Гомельской области) (фото Т. А. Мележ)

Обнажение пород в стенках карьеров активизирует процессы их выветривания, которое по мере сноса материала может охватывать все новые объемы пород. Скорость техногенного выветривания пород составляют 0.3-1.7 м в год, а его признаки иногда проявляются уже в первые дни. Выветривание и разуплотнение - активные факторы отступания и выполаживания стенок карьеров. Отток подземных вод к карьерам может создавать обширные депрессионные воронки (зоны снижения уровней водоносных горизонтов). Истощение грунтовых вод и осушение поверхностных горизонтов оказывают влияние на состояние почвенно-растительного покрова, поверхностный сток, т.е. обусловливают общую трансформацию геологической среды. Кроме того, при наличии карбонатных пород значительно активизируются процессы карстообразования. Причины этого - вынос заполнителя и раскрытие карстовых полостей, нарушение равновесия в массивах пород, усиление вертикального водообмена.

Открытые горные выработки могут охватывать значительные площади и тем самым вести к трансформации рельефа поверхности. Это в основном нивелирование и моделирование поверхности в результате планировки застраиваемых площадей, сельскохозяйственной обработки и плоскостного смыва почв. На ограниченных площадях техногенное влияние приводит к увеличению дифференциации рельефа, созданию крупных форм (например, месторождение строительного камня Глушковичи, Лельчиц-кий район Гомельской области) (рис. 3).

Рис. 3. Месторождение Глушковичи (фрагмент космоснимка)

Воздействие горных выработок - карьеров на геологическую среду вызывает перестройку многих инженерно-геологических процессов (рис. 4, 5). При этом наблюдается активизация или проявление одних процессов и замедление или исчезновение других. Прежде всего, меняется картина миграции веществ на поверхности грунтов, происходит изменение типа, направления и скорости их перемещения. Обнажение значительных площадей создает условия для активного плоскостного смыва, развития делювиальных процессов. При значительных уклонах и благоприятных литологических условиях возникают предпосылки для появления промоин, а затем и оврагов. Подобные процессы особенно активны на стенках карьеров, склонах терриконов, откосов насыпей и дамб.

Рис. 4. Классификация инженерно-геологических процессов при строительстве горных выработок (составлено автором по данным [1])

Рис. 5. Классификация инженерно-геологических процессов при эксплуатации горных выработок (составлено автором по данным [1]).

Карьер «Глушковичи» (общие запасы оцениваются в 63.7 млн м3) по добыче строительного камня расположен в деревне Глушковичи Лельчицкого района Гомельской области. Карьер Глушковичи уникален тем, что здесь кристаллический фундамент выходит на поверхность (рис. 6).

Рис. 6. Общий вид карьера «Глушковичи» (фото И. И. Шишковой)

Здесь ведется разработка полезных ископаемых, представленных породами [2]:

• диориты - породы встречаются в виде небольших тел среди других пород, имеют мелкозернистую структуру, цвет пород от серого и темно-серого до черного, часто трещиноваты;

• гранодиориты - имеют довольно широкое распространение, структура мелкозернистая, цвет серый и светло-серый, также наблюдаются скопления зерен розового полевого шпата, образующего прожилки мощностью от 3-5 до 10-15 см;

• граниты и гранитогнейсы - являются самыми молодыми образованиями, имеют наиболее широкое распространение; породы серые (от светло-серых), с участками с розовым оттенком, а иногда розовые с серым оттенком; структура изменяется от мелкозернистой до крупнозернистой, иногда порфировидная за счет выделения крупных кристаллов полевых шпатов размером до 2-4 см; породы трещиноватые, местами наблюдаются прожилки бледно-голубого кварца, бледно-розового полевого шпата и розового пегматита, мощность этих прожилков колеблется от миллиметров до 3-4 см.

В пределах карьера наблюдается ряд процессов: гравитационные (осыпи, обвалы), гидрогеологические (подтопление), поэтому здесь ведутся работы по откачке воды, на бортах карьера видны выходы подземных вод.

В пределах месторождения имеются и отработанные карьеры, которые в настоящее время затоплены (рис. 7).

Рис. 7. Затопленный карьер (месторождение Глушковичи) (фото И. И. Шишковой)

Месторождение «Лениндар» по добыче кварцевых песков расположено в южной части Добрушского района Гомельской области, между деревнями Лениндар и Круговец (рис. 8, 9).

Рис. 8. Месторождение кварцевых песков «Лениндар» (фрагмент космоснимка)

Рис. 9. Месторождение «Лениндар» (Добрушский район Гомельской области)

(фото Т. А. Мележ)

Полезными ископаемыми на месторождении «Лениндар» являются миоценовые кварцевые пески, которые после обогащения пригодны в качестве сырья для стекольного и литейного производства [3].

Из-за пережима залежи полезного ископаемого в районе скважин 043, 044 выделено два участка: Северо-западный и Юго-восточный. Северо-западный участок расположен в 200 м от Юго-восточного участка, при ширине 100-600 м имеет протяженность 600 м. Юго-восточный участок примыкает с северо-запада к д. Круговец и протягивается на 1000-1200 м в северо-западном направлении [4].

Для района месторождения характерно почти повсеместное распространение четвертичных отложений, залегающих сплошным чехлом на породах палеогеновой и неогеновой систем. Мощность четвертичных отложений непостоянная и изменяется от 0.5 до 40 м и более. В составе четвертичной толщи выделяется плейстоцен (среднее и верхнее звенья) и голоцен (современное звено). Ниже по разрезу, под осадками четвертичной системы, залегают породы палеогеновой и неогеновой систем, которые в описываемом районе имеют повсеместное распространение. Залегают они на отложениях меловой системы. Представлены отложения палеогеновой и неогеновой систем песками, реже алевритами, обычно в верхней части разреза кварцевыми, в подошве - глаукони-тово-кварцевыми, мощностью от 4.0 до 40 м и более [3; 4].

В геологическом строении месторождения принимают участие отложения четвертичной, неогеновой и палеогеновой систем (изученная глубина месторождения до 24 м).

В гидрогеологическом отношении район месторождения «Лениндар» располагается в северо-восточной части Припятского артезианского бассейна, где широко распространены палеогеновые и неогеновые отложения. К данным отложениям приурочены широко используемые населением, предприятиями сельского хозяйства и промышленности пластовые пресные воды. Залегающие глубже водоносные горизонты и комплексы никакого влияния на отработку полезного ископаемого оказывать не будут.

Гидрографическая обстановка района месторождения благоприятна для открытого способа его разработки. Месторождение приурочено к водоразделу между притоками (канализированными ручьями) рек Уть и Тетева.

Предлагаемые для отработки запасы полезного ископаемого могут быть отработаны без отрицательного влияния на гидрологическую и гидрогеологическую обстановку района. В настоящее время большое значение придается охране недр, рациональному использованию полезных ископаемых с наименьшими его потерями.

Согласно санитарной классификации предприятий и производств карьер кварцевых песков «Лениндар» отнесен к предприятиям IV класса. Размер санитарно-защитной зоны составляет 100 м.

При разработке карьера предусмотрены следующие мероприятия по охране недр:

• уменьшение потерь полезного ископаемого при разработке уступов;

• высота уступа должна соответствовать проектной мощности полезного ископаемого в соответствии с данными геологической разведки по скважинам;

• содержать в хорошем состоянии подъездные пути во избежание потерь материала при транспортировке.

Учитывая, что при разработке месторождения, кроме нарушения земель, никаких других вредных явлений на природу не оказывается, предохранительные мероприятия не предусматриваются. Для снижения пылеобразования на карьерных дорогах при высоких температурах летом предусматривается систематическое орошение их водой или 20-процентным раствором хлористого кальция.

В дальнейшем нарушенные горными работами земли предусматривается рекультивировать под лесопосадки, тем самым земли частично подлежат восстановлению в соответствии с их первоначальным назначением. Выполнение мероприятий по охране недр и окружающей среды ведется в соответствии с Кодексом Республики Беларусь о недрах.

К основным видам техногенного воздействия на геологическую среду при разработке карьеров относятся:

• изъятие природных ресурсов (земельных, водных);

• загрязнение воздушного бассейна выбросами газообразных и взвешенных веществ;

• шумовое воздействие;

• изменение рельефа территории, гидрогеологических условий площадки строительства и прилегающей территории;

• загрязнение территории землеотвода образующимися отходами и сточными водами;

• изменение социальных условий жизни населения.

Воздействие на территорию оценивается размером изымаемой для размещения объекта площади, категорией изымаемых земель, изменением состояния нарушаемого почвенного покрова, образованием новых форм рельефа (котлованов и отвалов). Воздействие на геологическую среду определяется глубиной разработки и возможными осложнениями (затопление подземными водами, развитием экзогенных процессов).

Нагрузка на территорию землепользования и систему поверхностных и подземных вод при проведении добычных работ выражается в возможном загрязнении почвогрун-тов и зоны аэрации отходами производства и сточными водами. Для оценки воздействия определяются объемы формируемых сточных вод и отходов производства и потребления, и рациональная схема водопотребления и водоотведения и обращения с твердыми отходами.

По окончании работ необходимо проведение мероприятий по рекультивации нарушенных земель до уровня пастбищных сельхозугодий или рекреационных объектов, что приведет к восстановлению естественной среды.

Разработка карьеров несет техногенную нагрузку на геологическую среду, следовательно, необходима организация экологического мониторинга. Объектами мониторинга являются: карьеры полезных ископаемых; карьерные автодороги; площадки под отвалы вскрышных пород.

Разработка месторождений твердых полезных ископаемых открытым способом, сопровождающаяся выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, шумовым воздействием, нарушением почвенного покрова, образованием новых форм рельефа, формированием отходов и сточных вод от жизнедеятельности рабочего персонала, может привести к нарушению устойчивости геологической среды.

Воздействие техногенеза усиливается следующими природными факторами:

1) слабой естественной защищенностью грунтовых вод;

2) наличием благоприятных климатических факторов;

3) легким гранулометрическим составом почв и их сорбционными свойствами;

4) совпадением областей питания, транзита и разгрузки подземных вод;

5) слабой расчлененностью рельефа и удаленностью базиса местного поверхностного стока.

Заключение. Открытый способ добычи твердых полезных ископаемых является ведущим в Республике Беларусь: зарегистрировано 2213 карьеров, занимающих почти 7072 га. Добыча карьерным способом приводит к ряду геоэкологических проблем:

• загрязнение атмосферы в результате взрывных работ;

• вскрытие водоносных горизонтов и снижение в них напоров воды;

• проникновение минерализованных растворов в пресные подземные воды и их засоление;

• вывод из хозяйственного оборота больших земельных площадей.

Основными направлениями рекультивации нарушенных ландшафтов являются:

• сельскохозяйственное (создание на нарушенных землях пашни, лугов и пастбищ, садов и ягодников);

• лесохозяйственное (создание лесонасаждений эксплуатационного и хозяйственного назначения);

• рекреационное и санитарно-гигиеническое (создание зон отдыха, парковых насаждений, консервация и озеленение отвалов и т. д.);

• водохозяйственное (создание водоемов различного целевого назначения);

• строительное (жилищное, капитальное, дачное и др. виды строительства).

Преобладающим направлением при добыче твердых полезных ископаемых открытым способом является лесохозяйственное, которое проводится более чем на половине общей площади рекультивируемых земель, немаловажным является также сельскохозяйственное и водохозяйственное направление.

Список источников

1. Губин В. Н., Ковалев А. А., Сладкопевцев С. А., Ясовеев М. Г. Экология геологической среды: учеб. пособие. Минск: БГУ, 2002.120 с.

2. Полезные ископаемые Беларуси / под ред. С. П. Гудак, А. М. Синичкина, П. 3. Хомич. Минск: Адукацыя 1 выхаванне, 2002. 528 с.

3. Мележ Т. А. Геолого-литологическая характеристика карьеров «Ленино» и «Лениндар», изучаемых в ходе учебной общегеологической практики студентами геолого-географического факультета УО «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины» // Вестник Пермского университета. Сер. геология. 2020. Т. 19. № 3. С. 225-232.

4. Мележ Т. А. Геологические объекты, изучаемые в ходе учебной практики студентами геолого-географического факультета ГГУ имени Ф. Скорины // География в школе. 2020. № 3. С. 28-32.

References

1. Gubin V. N., Kovalev A. A., Sladkopevcev S. A., Yasoveev M. G. Ekologiya geologicheskoj sredy: Ucheb. Posobie [Ecology ofthe geological environment: Textbook], Minsk: BGU, 2002.120 p.

2. Poleznye iskopaemye Belarusi [Minerals of Belarus] / Edited by S. P. Gudak, A. M. Sinichkina, P. Z. Homich Minsk: Education and upbringing 2002. 528 p.

3. Melezh T. A. Geological and lithological characteristics ofthe quarries "Lenino" and "Lenindar", studied during the educational general geological practice by students ofthe Geological and Geographical Faculty ofthe Higher Educational Institution "Gomel State University named after Francis Skarina". Vest-nik Permskogo universiteta. Ser. geologiya [Bulletin of Perm University. Geology series], 2020, Vol. 19, no 3, pp. 225-232.

4. Melezh T. A. Geological objects studied during the educational practice by students ofthe Geological and Geographical Faculty ofthe State University named after F. Skoriny. Geografiya v shkole [Geography at school], 2020, no 3, pp. 28-32.

Информация об авторах/ Information about the authors

Мележ Татьяна Александровна

старший преподаватель кафедры геологии и географии

Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины», Республика Беларусь, 246019, г. Гомель, ул. Советская, д. 104, ауд. 4-25

Шишкова Ирина Игоревна

старший преподаватель кафедры геологии и географии

Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины», Республика Беларусь, 246019, г. Гомель, ул. Советская, д. 104, ауд. 4-25

Tatyana A. Melezh

Senior Lecturer of Geology and Geography Department

Educational institution «Francysk Skaryna Gomel state University», 246019, Republic of Belarus, Gomel, St. Sovetskaya, d. 104, room. 4-25

Irina I. Shishkova

Senior Lecturer of Geology and Geography Department

Educational institution «Francysk Skaryna Gomel state University», 246019, Republic of Belarus, Gomel, St. Sovetskaya, d. 104, room. 4-25

Статья поступила в редакцию / The article was submitted 25.01.2022

Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing 24.03.2022

Принята к публикации / Accepted for publication 01.04.2022