Горные выработки и отвалы неэксплуатируемого Белореченского месторождения, приуроченного к расположенному в горной части Республики Адыгея Даховскому рудному узлу, выступают в качестве источника широко спектра металлов, поступающих в природные ландшафты. Причиной тому служит исключительное минеральное разнообразие вскрываемых штольнями вмещающих метасоматически переработанных кристаллических комплексов, рудопроявлений и оруденелых жил.
С кристаллическими породами связаны непромышленные проявления редкоземельной и радиоактивной минерализации (торит, ураноторит, циркон (с Th до 7,5-10,3 %, Hf 0,8-1 %), алланит, торийсодержащий Се-монацит, ксенотим и др.) [5, 7]. Дорудные высокотемпературные гидротермальные полевошпат-кварцевые жилы содержат редкометалльную ассоциацию (молибденит, шеелит, самородный висмут и др.) [3], более низкотемпературные доломитовые и халцедон-кварц-доломитовые – мышьяковистый пирит (As 1-2 %, Ni до 0,5 %), рутил, цериевый монацит, апатит, графит, антроксолит. Нижние уровни тектонического блока, вмещающего Белореченское месторождение, содержат гидротермальные доломитовые жилы, образующие Даховское урановое месторождение с уран-сульфидной минерализацией (ведущими рудными минералами которой выступают сфалерит и замещающий коффинит настуран; иногда присутствуют галенит, сфалерит, флюорит, барит) и более поздней уран-арсенидной минерализацией (ведущими минералами выступают одновременно образовавшиеся никелин, коффинит (замещенный настураном) и антраксолит, образующие почковидные агрегаты сложного строения, обрастающие раммельсбергитом, крутовитом, герсдорфитом и другими сульфидами и арсенидами никеля); на завершающих стадиях формировалась арсенидно-антимонидная никелевая минерализация с самородным серебром и редкие жилы с самородным мышьяком и реальгаром. Собственно Белореченское месторождение, приуроченное к верхнему уровню горно-рудного объекта, представлено баритовыми жилами. В баритовой массе присутствуют несколько генераций флюорита (с примесями Fe до 0,5 % и Y до 0,3 %), галенит (с примесями Ag до 0,8 %), сфалерит, халькопирит, пирит. Поздняя генерация баритовых жил несет непромышленную полиметаллическую минерализацию, приобретая галенит-баритовый с пиритом, сфалеритом и флюоритом состав. Завершают формирование месторождения флюоритовые (с Cu-Sb-Zn-содержащими блеклыми рудами и другими сложными сульфосолями (с Ag и As)), пирит-кальцитовые и марказит-кальцитовые жилы, локализованные в верхней части вблизи контакта с тектонически перекрывающими кристаллические породы аргиллитами.
Горные выработки (лишь частично законсервированные) и связанные с ними глыбово-щебеночные отвалы (подвижные техногенные осыпи) расположены в бассейне реки Сюк, где преобладают трансэлювиальные ландшафты со сложным сочетанием механических и физико-химических форм миграции элементов в зоне горных лиственных лесов. Долина Сюка (правого притока р. Белой) формирует поток рассеяния, транспортирующий терригенный материал отвалов и подвижные продукты окисления рудных ассоциаций.
Бассейн р. Сюк характеризуется густой овражно-балочной сетью: в верховье реки коэффициенты густоты эрозионного расчленения варьируют от 3,53 км/км2 до 4,41 км/км2, в среднем течении в области развития кристаллических пород составляют 3,22–3,85 км/км2, в нижнем течении, где развиты осадочные толщи они снижаются, составляя 1,7–1,9 км/км2 в приустьевой части. Обилие поступающих из техногенных осыпей обломочных пород определяет развитие селевых процессов (долина р. Сюк расположена в пределах территории III категории селеопасности), а распространение аргиллитов в нижнем течении, наряду с нарушением естественного гидрологического режима грунтов в результате вырубки леса и сброс сточных вод – развитие оползней. Закреплению отвалов штолен в последние десятилетия способствует формирование на них растительных сообществ (главным образом сероольшанников – легко занимающих освободившиеся территории кратковременных сообществ с преобладанием Alnus incana), но неустойчивость гидродинамического режима реки и сейсмические процессы препятствуют стабилизации склонов.
Материалы и методы исследования
Авторами проведено опробование и изучение донных отложений на участке площади Белореченского месторождения в системе «устье штольни №3 – постоянный ручей-дренаж, вытекающий из устья штольни – руч. Березовый – руч. Сюк» с целью анализа закономерностей распределения металлов, поступающих из выветривающихся рудных тел и вмещающих их горных пород. Исследовалась валовые содержания элементов в иловой фракции (менее 0.01 мм), определенные рентгенофлуоресцентным методом. Исследования проводились на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре «Спектроскан МАКС-GV» на кафедре почвоведения и оценки земельных ресурсов Южного федерального университета.
Состав глинистой фракции почв определен рентгенофазовым анализом на дифрактометере «ДРОН-7» в ЦКП «Центр исследований минерального сырья и состояния окружающей среды» Южного федерального университета. Исследовались образцы ориентированные в воздушно-сухом состоянии, насыщенные этилгликолем и прокаленные при температуре 550 °С.
Результаты исследования и их обсуждение
Распределение кларков концентраций элементов (относительно кларка по [1]), типичных для минеральных ассоциаций месторождения, выявляет дифференцированный характер распределения: часть элементов связана с иловым материалом и водами, поступающими из створа штольни (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Pb), часть обогащает донные отложения за счет выноса из отвалов в борту ручья (TiO2, V, Co, Sr, Pb, P2O5) (рис. 1).
Повышенные концентрации хрома и никеля – типичных для ультрабазитов элементов – объясняются присутствием серпентинитов, тектоническая пластина которых подстилает блок кислых пород, вмещающих месторождение. При этом источником элементов выступают не столько относительно глубоко залегающие серпентиниты, сколько продукты окисления гидротермальных минеральных ассоциаций, сформированных с участием ультабазитового вещества и несущих характерные изоморфные примеси. Последние типичны для минеральных ассоциаций всех этапов – от ранних высокотемпературных пиритов дорудных гидротермальных жил до продуктов окисления сульфидов баритовых жил (содержание в девиллинах составляет ~2-3 %, вес.). Медь, цинк, мышьяк и свинец – типичные элементы минералов завершающих этапов формирования Белореченского месторождения (халькопирит, сфалерит, галенит, пирит).
Рис. 1. Пункты опробования и распределение кларков концентраций некоторых элементов на участке «штольня №3 – руч. Березовый – р. Сюк». Условные обозначения: 1 – донные отложения; 2 – почвы бурые лесные, 3 – почвы аллювиальные; 4 – юрские аргиллиты; 5 – распределение кларков концентраций: в числителе – элементы, преимущественно выносящиеся из створов штолен (Cr/Ni/Cu/Zn/As), в знаменателе – элементы, преимущественно выносящиеся из пород отвалов штолен (V/Sr/Pb/P), значение «0» – Кк<0.5, символ «-» – данные о содержании элемента отсутствуют; 6 – створы штолен; 7 – отвалы штолен, 8 – кристаллические палеозойские породы, 9 – осадочные юрские породы
Отложения руч. Березового, отобранные в основании слагающих борт долины горных отвалов, выделяются заметной обогащенностью продуктами гидролиза темноцветных силикатов (титан, ванадий, кобальт) и галенита (свинец), в обилии встречающегося в виде продуктов дробления галенит-баритовых жил. Второстепенным источником свинца выступают минеральные ассоциации поздних стадий формирования Белореченского месторождения тесно связанных с баритовой минерализацией, для которых отмечается присутствие оксида свинца (типа глета). Более специфично локальное обогащение стронцием и фосфором. В качестве основных источников этих элементов можно предполагать рассеянную фосфатную минерализацию, впервые выявленную авторами в породах, вмещающих месторождение (и кратко охарактеризованную в работе [5]). Методами электронной микроскопии и микроанализа в образцах пород, слагающих стенки штолен (апогранитовых и апогнейсовых кремнещелочных метасоматитах) устанавливаются многочисленные нитевидные прожилки железистого доломита, насыщенного микроминеральными агрегатами редкоземельных фосфатов (близких по составу к La-Nd-Ce-содержащему гояциту), апатитом, Hf-Nb-содержащим цирконом, Th-U-содержащим Y-ксенотимом и др.
Относительно высокие содержания ряда металлов (Pb, Sr и др.) в русловых отложениях р. Сюк (относящейся к бассейну р. Белая) у впадения руч. Березового определяется геоморфологической спецификой строения этого сегмента долины: здесь происходит выхолаживание русла (до 5-7° ниже по течению от створа штольни № 9) и накопление инстративного аллювия мощностью до 2,0-2,5 м, в составе которого существенную роль имеют породы отвалов штолен, поставляемые с крутых бортов долины. Периодический вынос материала маломощными селевыми потоками дает основание рассматривать выположенные участки, как области краткосрочного концентрирования (преимущественного в составе псаммитовых и алевритовых фракций ила).
Потенциальным геохимическим барьером в пределах потока рассеяния долины р.Сюк могут выступать аллювиально-дерновые почвы, формирующиеся на пролювиально-аллювиально-делювиальных отложениях поймы в нижней части долины. Однако, анализ содержаний металлов в разных почвах (и почвенных горизонтах) долины р. Сюк – ненасыщенных аллювиально-дерновых, примитивных и неполноразвитых ненасыщенных бурых лесных на элювии аргиллитов на склонах – указывает на пониженные концентрации металлов в аллювиально-дерновых почвах (таблица). При этом относительно повышенные величины кларков концентрации для многих элементов (таблица) объясняются обогащенностью этими элементами почвоматеринских пород (горизонт С в таблице). Резко пониженные относительно илов штольни №3 содержания в аллювиально-дерновых почвах служат еще одним указанием на отсутствие концентрации на пути потока рассеяния Белореченского месторождения.
Кларки концентрации (Кк) некоторых элементов (относительно кларка в глинах) в почвах близустьевой части долины р. Сюк и иловых отложениях штольни
|
Элемент |
Штольня №3 |
Верхняя часть склона долины р. Сюк |
Нижняя часть склона долины р. Сюк |
Пойма р. Сюк |
||||||
|
ил |
ил |
A |
AC |
C |
Ad |
A |
B |
Ad |
C |
|
|
0-8 |
8-32 |
32-50 |
0-3 |
3-13 |
13-30 |
0-11 |
11-50 |
|||
|
Ti |
1.5 |
1.4 |
1.1 |
1.3 |
1.4 |
1.2 |
1.4 |
1.3 |
1.0 |
1.0 |
|
V |
2.1 |
2.0 |
1.2 |
1.5 |
1.6 |
1.3 |
1.5 |
1.5 |
1.0 |
1.1 |
|
Cr |
2.3 |
2.2 |
1.4 |
1.6 |
1.8 |
1.3 |
1.5 |
1.5 |
1.2 |
1.3 |
|
Mn |
2.6 |
2.5 |
0.4 |
1.9 |
2.4 |
0.4 |
0.3 |
0.4 |
0.9 |
1.0 |
|
Co |
14.6 |
13.7 |
0.0 |
2.5 |
3.2 |
1.2 |
1.4 |
1.4 |
0.9 |
1.3 |
|
Ni |
8.0 |
7.8 |
1.1 |
1.4 |
1.9 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
1.2 |
1.1 |
|
Cu |
8.6 |
8.4 |
0.9 |
1.5 |
2.0 |
1.1 |
1.2 |
1.2 |
1.1 |
1.2 |
|
Zn |
10.5 |
9.8 |
1.0 |
1.4 |
1.4 |
1.2 |
1.2 |
1.2 |
1.0 |
1.0 |
|
Sr |
0.9 |
0.9 |
0.1 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
|
Pb |
24.7 |
22.8 |
3.4 |
3.8 |
4.5 |
2.9 |
3.9 |
3.5 |
2.0 |
2.7 |
|
P |
0.7 |
0.7 |
1.0 |
0.8 |
0.8 |
0.7 |
0.6 |
0.6 |
0.8 |
0.7 |
Валовое содержание металлов, за исключением свинца, в исследуемых почвах не превышает ПДК (или ОДК) [2]. Концентрация свинца в почвах превышает ПДК до двух раз, достигая значений 60-72 ppm (при его среднем содержании в почвоподстилающих аргиллитах 6.9 ppm, что соответствует Кк 0.4). Вынос свинца происходит как из створов штолен, так и из пород отвалов. Формированию локальных концентраций за пределами горных выработок и их отвалов способствует отсутствие щелочных и сорбционных барьеров, контролирующих осаждение этого металла: почвенные воды имеют слабокислую реакцию, а глинистая фракция не содержит лабильных глинистых минералов с высокой емкостью катионного обмена – по результатам рентгенофазового анализа глинистая ассоциация почв имеет хлорит-каолинит-гидрослюдистый с преобладанием гидрослюды состав и небольшой примесью смешанослойных типа иллит-смектит (рис. 2).
Рис. 2. Дифрактограммы пелитовой фракции нижнего горизонта бурых лесных почв на элювии аргиллитов из приустьевой части склона долины р.Сюк. Условные обозначения: О – ориентированный воздушно-сухой препарат, Н – насыщенный этиленгликолем, П – прокаленный; Хл – хлориты, Ил – иллит, Ка – каолинит, См – смектит, СМ – смешаннослойные глины; межплоскостные расстояния указаны в ангстремах
Выводы. В целом, поступающие из горных выработок в природные ландшафты химические элементы образуют поток рассеяния, контролируемый водотоками долины р. Сюк. Высокие концентрации элементов-загрязнителей отмечаются в илах у створов штолен, в подножиях горных отвалов и на участках выполаживания долины ниже по течению от штолен Белореченского месторождения. При этом часть элементов связана с иловым материалом и водами, поступающими из створа штольни (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Pb), часть обогащает донные отложения за счет выноса из отвалов в борту ручья продуктов гидролиза силикатов и свинцовых руд (TiO2, V, Sr, Pb, P2O5). Гидродинамический режим р. Сюк (в том числе обуславливаемый тектоническими и склоновыми процессами) приводит к периодическому «промыванию» долины паводковыми и селевыми потоками, препятствуя формированию постоянных аномалий. Почвы прилегающей к месторождению территории обогащены рядом элементов (Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Pb; среди которых Pb обнаруживает концентрации превышающие ПДК) в силу особенностей состава почвоматеринских пород; минеральные и физико-химические особенности почв и донных отложений не способствуют интенсивной концентрации элементов-загрязнителей, последние рассеиваются в природной среде.