Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ХВОСТОХРАНИЛИЩ НЕКОТОРЫХ СУЛЬФИДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Абрамов Б.Н. 1 Цыренов Т.Г. 1
1 ФГУН «Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН»
Для Балейского, Любавинского, Карийского, Ключевского, Илинского золоторудных месторождений, Акатуевского и Благодатского полиметаллических месторождений, Шахтаминнского и Давендинского молибденовых месторождений Восточного Забайкалья рассчитаны значения их потенциальной опасности с использованием коэффициентов литотоксичности элементов по методике, предложенной ВИМС в 2001 г. Рассчитаны значения коэффициентов литотоксичности элементов в пробах, взятых из хвостохранилищ, а также из руд продуктивных стадий рудообразования. Установлено, что среди золоторудных, молибденовых и полиметаллических месторождений наибольшую экологическую опасность представляют хвостохранилища полиметаллических месторождений (ГЭр – 30978-48681), наименьшую – хвостохранилища молибденовых месторождений – (ГЭр – 1113-2379). Обнаружено, что с повышением в рудах концентраций токсичных элементов увеличивается экологическая опасность хвостохранилищ. На примере населенных пунктов Восточного Забайкалья показано, что заболеваемость жителей, находящихся в непосредственной близости от горнодобывающих предприятий, значительно выше, чем среди жителей населенных пунктов, удалённых от района добычи. Предоставлены данные по характеристике воздействия токсичных элементов на организм человека, имеющих наибольшее распространение в отвальных продуктах месторождений. На основе мирового опыта для техногенных образований предложен комплекс мероприятий организационно-хозяйственного, лесомелиоративного и агротехнического характера, направленный на уменьшение концентрации химических элементов 1 и 2 классов токсичности (As, Pb, Zn, Cd, Cu, Sn, Mo, Sb, Ba, Sr). Предложены следующие виды мероприятий: внесение в зараженные грунты биопрепаратов, структурообразователей, цеолитов, а также проведение микоризации для получения в техноземах необходимых для жизнеспособности почв органического углерода, азота, фосфора и влаги.
сульфидные месторождения
тяжелые металлы
хвостохранилище
расчет потенциальной опасности месторождений
1. Абрамов Б.Н. Особенности распределения элементов-примесей в рудах основных типов мезозойских золоторудных месторождений Восточного Забайкалья // Доклады Академии Наук. 2014. Т. 455. № 6. С. 681–686. DOI: 10.7868/S0869565214120135.
Abramov B.N. Peculiarities of distribution of trace elements in the major ore types from the Mesozoic gold deposits of east Transbaikalia // Doklady Earth Sciences. 2014. V. 455. № 2. P. 469–474. DOI: 10.1134/S1028334X14060014.
2. Чикенева И.В. Последствия влияния тяжелых металлов на окружающую среду в зоне воздействия промышленных предприятий // Концепт. 2013. № 12. [Электронный ресурс]. URL: http://ekoncept.ru/2013/13254.htm (дата обращения: 19.03.2019).
Chikeneva I.V. Consequences of the impact of heavy metals on the environment in the zone of impact of industrial enterprises // Kontsept. 2013. № 12. [Electronic resource]. URL: http://ekoncept.ru/2013/13254.htm (date of access: 19.03.2019) (in Russian).
3. Кашин К.В. Барий в компонентах ландшафтов Западного Забайкалья // Почвоведение. 2015. № 10. С. 1242–1253. DOI: 10.7868/S0032180X15100044.
Kashin K.V. Barium in the landscape components of Western Transbaikalia // Eurasian Soil Science. 2015. V. 48. № 10. P. 1120–1130. DOI: 10.1134/S106422931510004X .
4. Кныш Е.А., Матлахов А.А., Шмат Е.В. Пути миграции стронция-90 в окружающей среде и влияние его на животных // Научное сообщество студентов: Междисциплинарные исследования: Электронный сборник статей по материалам Х студенческой международной заочной научно-практической конференции. 2016. № 7 (10). [Электронный ресурс]. URL: https://sibac.info/archive/meghdis/7(10).pdf (дата обращения: 19.03.2019).
Knysh E.A., Matlakhov A.A., Shmat E.V. Migration routes of strontium-90 in the environment and its impact on animals // The scientific community of students: Interdisciplinary research: Electronic compilation of articles on the materials of the X student international correspondence scientific-practical conference. 2016. № 7 (10). [Electronic resource]. URL:https://sibac.info/archive/meghdis/7(10).pdf (date of access: 19.03.2019) (in Russian).
5. Голева Р.В., Иванов В.В., Куприянова И.И., Маринов Б.Н., Новикова М.И., Шпанов Е.П., Шурига Т.Н. Экологическая оценка потенциальной токсичности рудных месторождений (методические рекомендации). М.: РИЦВИМС, 2001. 53 с.
Goleva R.V., Ivanov V.V., Kupriyanov I.I., Marinov B.N., Novikova M.I., Shpanov E.P., Shuriga Т.N. Environmental assessment of the potential toxicity of ore deposits (methodical recommendations). M.: RICVIMS, 2001. 53 p. (in Russian).
6. Войткевич Г.В., Мирошников А.Е., Поваренных А.С., Прохоров В.Г. Краткий справочник по геохимии. М.: Недра, 1977. 184 с.
Voytkevich G.V., Miroshnikov A.E., Cooked A.S., Prokhorov V.G. A brief guide to geochemistry. M.: Nedra, 1977. 184 p. (in Russian).
7. Цыренов Т.Г., Абрамов Б.Н. Распределение токсичных элементов в техногенных ландшафтах Акатуевского полиметаллического месторождения (Восточное Забайкалье) // Аспирант. 2018. № 2. С. 90–95.
Tsyrenov T.G., Abramov B.N. Distribution of toxic elements in the technogenic landscapes of the acatuevsky polymetallic deposit (Eastern Transbaikalia) // Aspirant. 2018. № 2. P. 90–95 (in Russian).
8. Манзырев Д.В., Лавров А.Ю. Вещественный состав и строение лежалых хвостов обогащения руд месторождения Шахтаминское // Вестник Забайкальского государственного университета. 2016. Т. 22. № 1. С. 17–27.
Manzyrev D.V., Lavrov A.Yu. Composition and structure of stale tailings deposit ores of Shakhtama // Vestnik Zabajkal`skogo gosudarstvennogo universiteta. 2016. V. 22. № 1. P. 17–27 (in Russian).
9. Юргенсон Г.А., Смирнова О.К., Солодухина М.А., Филенко Р.А. Геохимические особенности руд и техноземов золото-молибденового рудника Давенда в Восточном Забайкалье // Литосфера. 2016. № 2. С. 91–106.
Yurgenson G.A., Smirnova O.K., Solodukhina M.A., Filenko R.A. Geochemical features of ores and technozems of the Davend gold-molybdenum mine in Eastern Transbaikalia // Litosfera. 2016. № 2. P. 91–106 (in Russian).
10. Богуш И.А., Черкашин В.И., Юсупов А.Р. Экологические риски горнорудного техногенеза Карачаево-Черкесии и Дагестана // Труды института геологии Дагестанского научного центра РАН. 2016. № 66. С. 6–18.
Bogush I.A., Cherkashin V.I., Yusupov A.R. Environmental risks of mining technogenesis of Karachay-Cherkessia and Dagestan // Trudy instituta geologii Dagestanskogo nauchnogo tsentra RAN. 2016. № 66. P. 6–18 (in Russian).
11. Anup Kumar Gupta, Biswajit Paul. Ecorestoration of Coal Mine Overburden Dump to Prevent Environmental Degradation: A Review. Research Journal of Environmental Sciences. 2015. Vol. 9 (7). P. 307–319. DOI: 10.3923/rjes.2015.307.319.
12. Васильев С.Б., Родин А.Р. Теоретические и практические аспекты рекультивации техногенных ландшафтов // Лесной вестник. 2016. № 1. С. 118–122.
Vasiliev S.B., Rodin A.R. Theoretical and practical aspects technical landscape recultivation // Forestry Bulletin. 2016. № 1. P. 118–122 (in Russian).

Забайкальский край относится к числу старейших горнодобывающих регионов России. Рудные месторождения начали отрабатываться с 1879 г. небольшими рудниками [1]. На территории Забайкальского края известно более 1000 рудопроявлений и месторождений золота, молибдена, олова, редкометалльных и полиметаллических месторождений (рисунок). Сульфидные месторождения – это месторождения, руды которых состоят из сернистых соединений металлов (сульфидов); к ним относятся также селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов.

abram1.tif

Схема размещения хвостохранилищ сульфидных месторождений Восточного Забайкалья: 1 – Хвостохранилилища сульфидных месторождений: а) полиметаллических месторождений; б) редкометалльных месторождений; в) молибденовых месторождений; г) вольфрамовых месторождений; д) оловорудных месторождений; е) золоторудных месторождений; 2 – Порядковый номер хвостохранилища, основные полезные компоненты (по Ю.Ф. Харитонову), а также месторождения, создавшие объект: 3 – Ключевское золоторудное; 4–5 – Давендинское и Александровское золоторудные; 10 – Жирекенское молибденовое; 13 – Карийское золоторудное (уч. Новинка и Дмитриевский); 16 – Дарасунское золоторудное; 20–22 – Завитинское редкометалльное; 28 – Балейское золоторудное; 29 – Тасеевское золоторудное; 32 – Бом-Горхонское вольфрамовое; 39 – Шахтаминское молибденовое; 40 – Благодатское полиметаллическое; 47 – Белухинское вольфрамовое; 48 – Букукинское вольфрамовое; 55–56 – Орловское редкометалльное, Спокойнинское вольфрамовое; 60 – Мало-Кулиндинское редкометалльное; 63 – Акатуевское полиметаллическое; 64 – Кадаинское полиметаллическое; 65 – Антоновогорское вольфрамовое; 67 – Куналейское вольфрамовое; 68 – Ангатуйское вольфрамовое; 69 – Шервогорское олово-полиметаллическое; 73 – Савинское № 5 полиметаллическое

Цель исследования: эколого-геохимическая оценка потенциальной опасности техногенных образований, возникших при отработке сульфидных месторождений в Забайкальском крае.

Материалы и методы исследования

Сведения по концентрациям элементов в рудах получены при проведении исследований по базовым проектам Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН с 2000 г. по 2018 г. Кроме того, использованы опубликованные данные и сведения территориального геологического фонда по Забайкальскому краю (г. Чита).

В работе использованы данные по содержаниям химических элементов, в том числе токсичных, в рудных телах и в хвостохранилищах извлекательных фабрик. Аналитические исследования проведены в Геологическом институте СО РАН (г. Улан-Удэ). Определение элементного состава пород проводилось РФА методом на спектрометре ЭДПС-1 (аналитик Б.Ж. Жалсараев). Пороги определения элементов составляют 1–3 г/т.

Результаты исследования и их обсуждение

Химические элементы, в том числе и токсичные, могут поступать в окружающую среду двумя путями: из почвы и непосредственно из атмосферы. В малых количествах они входят в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальный ход жизнедеятельности организмов, изменение же содержания этих металлов приводит к тяжелым последствиям (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика воздействия токсичных элементов на организм человека [2]

Элемент

Воздействие на организм человека

Sn

Вызывает болезни органов пищеварения и поджелудочной железы, язву желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрит, дуоденит, психические расстройства, бронхит [2]

Zn

Вызывает нарушения в работе иммунной системы, наступает состояние отравления со всеми признаками интоксикации, появляется тошнота, слабость

Cu

Вызывает функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессию, бессонницу) [2]

Pb

Поступление свинца в организм человека по пищевым цепям ведет к расстройству нервной системы. Блокируя деятельность некоторых ферментов, вызывает развитие анемии, поражение кроветворной системы, почек и мозга, снижение интеллекта (особенно у детей) [2]

As

Поступая в организм человека в повышенных количествах, мышьяк в первую очередь вызывает нарушение функций печени, аллергические реакции, изменения состояния кожи (гиперкератоз, дерматит), поражение сосудов, снижение слуха, повышенную возбудимость, раздражительность, головные боли, угнетение иммунитета [2]

Sb

Вызывает хроническую интоксикацию, приводит к изменению обмена веществ, к функциональным расстройствам нервной системы и патологическим изменениям миокарда [2]

Cd

Появляется невыносимая боль в мышцах, а также непроизвольные переломы костей (кадмий способен вымывать кальций из организма), деформация скелета, нарушения функций легких, почек и других органов. Излишек кадмия может вызывать злокачественные опухоли [2]

Mo

Вызывает желудочно-кишечные заболевания и эндемическую подагру – болезнь суставов, а также непостоянство кровяного давления

Ba

Избыток в почве и растениях приводит к нарушению обмена кальция и поражению костной ткани [3]

Sr

Является почти полным химическим подобием кальция, поэтому, проникая в организм, он откладывается во всех содержащих кальций тканях и жидкостях – в костях и зубах, обеспечивая эффективное радиационное поражение тканей организма изнутри [4]

Известно, что рекультивация отвалов и хвостохранилищ снижает экологическую нагрузку, но не обеспечивает их полную безопасность. Процесс окисления сульфидов может растягиваться на многие десятки лет, вследствие чего отвальные продукты представляют угрозу окружающей среде и после завершения эксплуатации месторождения и вывода техногенных объектов из эксплуатации.

Определение потенциальной опасности рудных месторождений рассчитывается разными способами. Один из них предложен коллективом авторов ВИМС [5]. Здесь учитываются кларки концентраций элементов, концентрации токсиканта в рудном месторождении. Оценка потенциальной экологической опасности месторождений производится авторами на основе литотоксичности (Тл) элементов, которые сгруппированы по нескольким классам, в зависимости от токсичности. Потенциальная токсичность месторождений (ГЭр) рассчитывается по сумме концентраций токсичных элементов. При расчете учитывается класс токсичности элементов и фоновые концентрации элементов окружающей среды. Оценка экологической опасности потенциально «токсичного рудного месторождения» производится авторами на основе литотоксичности (Тл). При этом коэффициенты литотоксичности (Тл) элементов сгруппированы авторами следующим образом: чрезвычайно опасные (супертоксичные) Тл = 15: Hg, Cd, Tl, Be, U, Ra, Rn; высокой опасности Тл = 10: Pb, Se, Те, As, Sb, В, F, Th, V, Cr, Ru, Co, Ni; средней опасности Тл = 5: Сu, Zn, S, Bi, Ag, Ba, Mo, In, Ge, Sr, W, Al, Li, Mn, Cs, Cl, Sn, P; незначительной опасности Тл = 1: Nb, Zr, Ti, Na, К, Та, Са, Si, Mg, Th [5].

Расчет «потенциальной токсичности рудного месторождения» рассчитывается по формуле

abram01.wmf

где ГЭр – потенциальная токсичность рудного месторождения; Тл – коэффициент литотоксичности элемента; В = X/Q, где X – концентрации элемента, Q – содержание элемента в окружающей среде. В нашем случае использованы средние содержания элементов в осадочных отложениях земной коры [5, 6].

Значения токсичности месторождений зависит от содержаний сульфидов в рудах, от концентраций в сульфидных минералах токсичных элементов. На месторождения, как правило, выделяются несколько рудных ассоциаций, характеризующиеся различным составом минералов с разными концентрациями токсичных элементов. Так, в рудах кварц-арсенопиритовой ассоциации Карийского месторождения содержание As составляет 140000 г/т [1], соответственно и в хвостохранилище будут отмечены высокие концентрации As.

Нами рассчитана оценка потенциальной опасности сульфидных месторождений Восточного Забайкалья (табл. 2).

Таблица 2

Средние содержания элементов в рудах и отвалах хвостохранилищ сульфидных месторождений Восточного Забайкалья, г/т

Элементы

As

Pb

Zn

Cd

Cu

Sn

Mo

Sb

Ba

Sr

1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

13

x*[6]

1

20

57

6,5

57

10

20

0,23

800

450

Золоторудные месторождения

Балейское Золотоносные кварцевые жилы (n = 7) ГЭр = 48

x

1,5

20

60

0,1

20

3

1

0,26

830

300

s

162

18

80

9

2

215

99

36

Отвалы золотоизвлекательной фабрики № 2 (n = 1) ГЭр = 9155

x

201

7

49

11

1

328

70

21

s

868

750

10

25

3

4

102

Любавинское Золотоносные кварцевые жилы (n = 10) ГЭр = 98977

x

9831

110

141

0,6

39

7

8

27

214

104

s

10702

129

51

4

20

150

138

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 2) ГЭр = 18622

x

1860

21

65

23

5

4

s

2107

8

8

3

2

3

Карийское Золотоносные кварцевые жилы (n = 41) ГЭр = 250173

x

24876

221

88

379

20

172

56

289

239

s

55485

333

66

305

23

525

70

446

250

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 7) ГЭр = 3891

x

237

135

47

146

30

15

68

s

91

66

20

66

7

4

77

Ключевское Золотоносные кварцевые жилы (n = 7) ГЭр = 10424

x

924

22

59

0,7

230

7

26

52

200

417

s

767

21

16

187

3

23

48

352

253

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 7) ГЭр = 3803

x

286

26

45

107

3

7

42

s

59

4

9

30

1

2

3

Илинское Брекчии сульфидизированные (n = 8) ГЭр = 18047

x

1711

23

43

6

7

42

381

160

s

1272

7

15

7

2

84

151

56

Отвалы золотоизвлекательной фабрики (n = 3) ГЭр = 9267

x

946

18

30

13

5

1

7

s

267

4

5

9

1

1

1

1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

13

Полиметаллические месторождения

Акатуевское Свинцово-цинковые руды (n = 13) ГЭр = 350460 [7]

x

30575

62889

122265

1007

798

10

6

s

46747

72289

136047

829

558

14

3

Хвостохранилище (n = 7) ГЭр = 30978

x

2891

2155

9826

53

798

10

2

151

17

s

2556

1793

10977

48

558

14

1

221

21

Окончание табл. 2

Благодатское Хвостохранилище (n = 5) ГЭр = 48681

x

4345

7143

16674

76

199

76

55

180

s

1612

2682

7388

38

80

27

29

19

Молибденовые месторождения

Шахтаминское Кварц-молибденитовые руды (n = 9) ГЭр = 92289

x

1230

8496

3060

51

7033

5

25722

3142

20

55

s

8143

16821

3623

74

8143

4

16016

8429

12

48

1

2

3

4

5

6

7

8

11

12

13

Хвостохранилище (n = 6) ГЭр = 2379 [8]

x

133

1701

740

283

21

200

42

Давендинское Кварц-молибденитовые руды (n= 7) ГЭр = 3216

x

13

97

10

1

11

11

11237

10

92

14

s

20

222

6

11

10

2486

8

171

10

Хвостохранилище (n = 45) ГЭр = 1113 [9]

x

79

39

19

96

2

35

13

108

s

66

81

44

43

1

100

5

106

Примечания. x* – кларки концентраций элементов в породах кислого состава по [6]. x – среднее арифметическое, s – стандартное отклонение, n – число анализов. ** – среднее содержание золота в рудах и отвалах золотоизвлекательных фабрик по данным фондовых материалов. – нет данных.

В рудах и хвостохранилищах молибденовых и полиметаллических месторождений отмечены повышенные концентрации As, Pb, Zn, Mo и Sb, золоторудных месторождений – As, Ba, Sr. Схожая ситуация наблюдается среди месторождений Карачаево-Черкессии и Дагестана. Так, превышение концентраций по Cu, Zn, Pb, As наблюдается у Быковского колчеданного месторождения, а также у Эльбрусского свинцово-цинкового рудника (Республика Карачаево-Черкесия). На территории Дагестана превышение по Cu, Zn, Cd наблюдается на территории месторождения Кизил-Дере [10]. Расчеты показывают, что потенциальная токсичность руд Акатуевского и Благодатского полиметаллических месторождений соответствует показателям месторождений свинцово-цинковых руд, где ГЭр колеблется от 103 до 104 (табл. 1) [5].

В 1994–1996 гг. Восточно-Сибирский научный центр Российской академии медицинских наук (г. Иркутск) проводил исследования по воздействию техногенных образований рудника на здоровье жителей г. Балей. В результате работы было установлено, что уровень заболеваемости жителей г. Балей значительно превышает уровень заболеваемости жителей г. Нерчинск и Чита, где отсутствуют горнодобывающие предприятия. Среди жителей Балея чаще наблюдается склонность к рецидивам; часто отмечаются анемия, патологии органов слуха и зрения, как врожденные (нейросенсорная потеря слуха, афакия, катаракта), так и возникающие в более поздние сроки.

Мировой опыт по восстановлению экологического состояния окружающей среды хвостохранилищ показывает, что при рекультивации техногенных ландшафтов используется комплекс взаимосвязанных организационно-хозяйственных, лесомелиоративных и агротехнических мероприятий, направленных на нейтрализацию токсичных субстратов. Преимущественно для данных целей применяют методы экологического восстановления, фиторемедиации или биоремедиации [11].

Для техногенных образований месторождений Восточного Забайкалья необходимо применение такого комплекса мер, направленного на уменьшение концентрации химических элементов 1 и 2 классов токсичности, как внесение в зараженные грунты биопрепаратов, структурообразователей, цеолитов, а также проведение микоризации для получения в техноземах необходимых для жизнеспособности почв органического углерода, азота, фосфора и влаги. Все это позволяет создать устойчивую и взаимосвязанную систему биотопов и целенаправленно превратить техногенные земли в экологически целесообразные ландшафты [12].

Заключение

На основании произведенных расчётов потенциальной токсичности рудных месторождений выявлено, что среди рассматриваемых золоторудных месторождений наибольшей потенциальной токсичностью среди руд характеризуется Карийское месторождение, в то же время среди отвалов хвостохранилищ данное месторождение характеризуется наименьшей потенциальной токсичностью. Наибольшей потенциальной токсичностью среди отвалов хвостохранилищ характеризуется Любавинское месторождение. Наименьшей токсичностью среди руд характеризуется Балейское месторождение.

Среди руд полиметаллических и молибденовых месторождений наибольшей потенциальной токсичностью характеризуется Акатуевское полиметаллическое месторождение, а среди отвалов хвостохранилищ наибольшей потенциальной токсичностью характеризуется Благодатское полиметаллическое месторождение. Наименьшей потенциальной токсичностью, как по рудам, так и в хвостохранилищах, характеризуется Давендинское молибденовое месторождение.

В целом среди рассматриваемых сульфидных месторождений Восточного Забайкалья наиболее высоким потенциалом токсичности характеризуются полиметаллические месторождения, как по рудам, так и в хвостохранилищах.


Библиографическая ссылка

Абрамов Б.Н., Цыренов Т.Г. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ХВОСТОХРАНИЛИЩ НЕКОТОРЫХ СУЛЬФИДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2019. – № 5. – С. 35-41;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37118 (дата обращения: 09.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074