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.
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
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.