авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 21 | 22 || 24 | 25 |   ...   | 26 |

«Administration of Tomsk Rigion   Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation   Ministry of Education and Science of the Russian Federation   ...»

-- [ Страница 23 ] --

На основе приводимых данных по химическому, изотопному составу, а также оценки степени равновесия вод к карбонатным и алюмосиликатным горным породам нами была построена схема формирования химического состава холодных углекислых вод северо-востока Азии.

Углекислый газ глубинного происхождения поднимается по разломам в приповерхностную водоносную зону, где, растворяясь в пресных подземных водах, формирует холодные углекислые минеральные воды. Растворение СО2 в воде приводит к понижению рН раствора и нарушению установившегося термодинамического равновесия. Все это ускоряет процесс углекислотного выщелачивания алюмосиликатов в условиях повышенного парциального давления CO2.

В результате формируется новое равновесно-неравновесное состояние, которое отличается от пресных вод более кислой средой, более высокой соленостью воды, содержанием HCO3, Са2+, Fe2+, SiO2 и др. Агрессивная среда воды ускоряет процесс углекислотного выщелачивания, переводя в воду большое количество макро- и микрокомпонентов, таких как кальций, кремний, железо, РЗЭ и др. Повышенные концентрации железа также могут быть связаны с наличием интрузивных пород кислого состава. Поскольку содержание СО2 в данных водах превышает его растворимость, он выделяется в свободную газовую фазу и вместе с водой стремится к поверхности земли в область более низких давлений.

Разгрузка вод происходит либо в зонах высокой сейсмической активности, либо приурочена к узлам пересечения разрывных нарушений. Часто выходы углекислых минеральных вод прослеживаются прерывистой цепочкой по сейсмоактивным линиям значительной протяженности, либо по фрагментам кольцевых структур. Наиболее крупные месторождения углекислых минеральных вод региона, такие как Шмаковка, Ласточка, Малкинское, локализуются в структурах понижения (межгорных впадинах, предгорных прогибах) расположенных вдоль крупного флюидопроницаемого тектонического разлома.

Рис. 3. Схема формирования основных месторождений минеральных вод 1 – направление движения инфильтрационных вод;

2 – направление движения и пути поступления газов;

3 – углекислые минеральные воды;

4 – азотные термальные воды;

5 – тектонические нарушения;

6 – зоны водообмена (I – активного, II – замедленного) Холодные воды месторождений формируются в зоне активного водообмена, насыщаются глубинной углекислотой, поступающей по разлому из сильнодислоцированного фундамента. По условиям локализации выделены два типа вод:

• Трещинные воды формируются в верхней трещиноватой зоне коренных (скальных) пород и локализуются вокруг активных частей разломов, выводящих углекислый газ. Характерные месторождения вод этого типа: Горноводное (все участки), Фадеевское, Нижние Лужки, Шмаковское (участки: Медвежий, Пасечный, Остросопочный), Ласточка, Мухен (гидрокарбонатные натриевые воды), Гонжинское, Удалянчи, Малкинское – относятся к месторождениям гидроинжекционного открытого или экранированного типа. Месторождения трещинных вод занимают приводораздельные территории горных сооружений, часто прорезанные небольшими распадками и долинами рек, которые оказывают интенсивное дренирующее воздействие. Подземные воды нижних горизонтов, насыщенные углекислым газом, поступают в верхнюю трещиноватую зону водовмещающих пород и там смешиваются с пресными подземными водами верхнего горизонта. Эти воды – достаточно длительного периода водообмена с высокой минерализацией (2,5–32,5 г/л).

• Пластово-поровые воды образуются в поровых коллекторах мощных аллювиальные отложений (более 20 м), распространенных над выходом активной части разлома, подводящего углекислый газ. Характерные месторождения вод этого типа:

Мухен (гидрокарбонатные кальциевые магниевые воды) и Шмаковское (Восточно Уссурский участок) – относятся к месторождениям гидроинжекционного типа.

Углекислый газ и подземные воды, насыщенные углекислым газом (минеральные воды), по трещинам водовмещающих пород поступают в аллювиальный водоносный горизонт, где, смешиваясь с пресными водами, образуют купол минеральных углекислых вод. Эти воды являются водами более быстрого водообмена, чем трещинные, и характеризуются невысокой минерализацией (0,4–1,0 г/л).

По своим физико-географическим и геолого-гидрологическим характеристикам территория Приморья, Забайкалья и Камчатки благоприятна для формирования значительных запасов холодных углекислых минеральных вод. Одну из важных ролей при формировании геохимического типа воды играет водообмен, который определяет объемы движения и скорость движения воды в конкретной геологической структуре, а значит и время взаимодействия воды с горными породами. Каждому типу водообмена присущ определенный набор вторичных минеральных фаз: для углекислых минеральных вод Na–HCO3 типа, которые являются водами замедленного водообмена, характерны кальцит, доломит, сидерит, каолинит, смектит и др. Для вод достаточно быстрого водообмена Ca–Mg–HCO3 типа характерны кварц, каолинит, смектит и др.

Таким образом, необходимым условием формирования холодных углекислых минеральных вод региона является наличие активных глубинных разломов, выводящих углекислый газ в подземные воды. Минерализация холодных углекислых минеральных вод напрямую зависит от парциального давления углекислого газа в системе и времени циркуляции вод. В зависимости от времени и интенсивности циркуляции подземных вод и давления СО2 формируются два типа углекислых вод: прошедших первичный этап накопления кальция (Na–HCO3 воды) и недосыщенные по отношению к карбонатным минералам (Ca–Mg–HCO3 воды).

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта ДВО РАН № 12-III-А-08-159.

Литература 1. Зыкин Н.Н., Харитонова Н.А., Челноков Г.А. Результаты исследований изотопного состава кислорода и водорода воды месторождений углекислых вод дальнего Востока // Материалы XVIII Симпозиума по геохимии изотопов имени А.П. Виноградова. – М.:

2007. – С. 104–105.

2. Харитонова Н.А., Челноков Г.А., Кулаков В.В., Зыкин Н.Н. Геохимия минеральных вод и газов месторождения Мухен (Хабаровский край) // Тихоокеанская геология. – 2008. – № 6. – С. 82–92.

3. Чудаев О.В. Состав и условия образования современных гидротермальных систем Дальнего Востока России. – Владивосток: Дальнаука, 2003. – 203 с.

СВОЙСТВА «СВЯЗАННОЙ» ВОДЫ В КОНТАКТЕ С ТВЕРДЫМИ МИНЕРАЛАМИ КАК РЕЗУЛЬТАТ ДЕЙСТВИЯ СИЛЫ РАЗУПЛОТНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ВОДЫ Л.И. Шабалин Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья, Новосибирск, Россия E-mail: shabalinli@rambler.ru Поверхностная пленка воды в контакте с минералами горных пород называется «связанной», так как считается, что твердая поверхность минералов как бы связывает молекулы воды, затрудняя их движение, и заставляет их располагаться с определенной Прим. редактора: публикуется в порядке обсуждения.

степенью ориентировки по отношению к ней [1, 2, 15]. Еще ее называют диффузным или нерастворяющим слоем, так как в нем концентрация растворенных компонентов меньше, чем в остальном объеме воды, и она уменьшается по направлению к твердой поверхности. Считается, что диффузность слоя обусловлена электростатической заряженностью поверхности, вследствие чего она отталкивает одноименно заряженные растворенные ионы химических компонентов и этим препятствует их приближению к ней, создавая, таким образом, слой с пониженной концентрацией.

Я предлагаю принципиально новое объяснение свойств поверхностного слоя воды, основываясь на разработанном мною представлении о существовании в природе неизвестной ранее силы – силы разуплотнения поверхностного слоя веществ (СРПС) [3 – 14].

Сущность силы заключается в том, что в период образования новых участков поверхностного слоя веществ эти участки разуплотняются и стремятся расшириться с силой, равной силе температурного расширения для веществ в целом (температурная составляющая – Т-СРПС), и с силой осмотического давления для растворенных в них веществ (осмотическая составляющая – О-СРПС).

Эта сила создается в результате своеобразных особенностей теплового молекулярно-кинетического движения молекул во время возникновения новых поверхностей веществ (увеличения поверхности жидкости при ее растекании, появлении трещин в твердом теле, обтекании газами твердых тел и т. д.). Молекулы в это время начинают совершать в процессе теплового движения более высокоамплитудные скачкообразные отклонения от своих узлов в решетке твердых веществ или скачки в сторону от поверхности жидкостей и газов по сравнению с теми, что они совершали в глубине вещества. В результате они создают разуплотненный поверхностный слой – своеобразную разуплотненную фазу вещества, наноразмерную в поперечном направлении. По существу, это важнейшая природная наноструктура, которая создается за счет действия этой силы и отличается по своим свойствам от обычных веществ.

Приведу несколько иными словами более полное пояснение сущности механизма возникновения и действия силы разуплотнения поверхностного слоя веществ.

Появление этих новых участков поверхности в твердых веществах связано с возникновением в них трещин, в жидких веществах – с увеличением их поверхности в момент растекания вдоль каких-либо поверхностей, трещин или вытягивания капель жидкости под воздействием гравитации, в газообразных веществах – с проникновением их в пористые среды с большей площадью поверхности или с полетом в их среде твердых или жидких тел (летательных аппаратов, капель жидкости и т.д.). Сила, с которой происходит разуплотнение и расширение веществ в их поверхностном слое и названа мной силой разуплотнения поверхностного слоя веществ. В соответствии с вышеотмеченным она имеет две составляющих – температурную и осмотическую.

Причиной формирования температурной составляющей силы разуплотнения (Т СРПС) является своеобразное свойство хаотически движущихся в пространстве материальных частиц – атомов, молекул, нуклонов в ядрах атомов, любых визуально видимых материальных тел – мячей, шариков, снежинок, любых предметов и т.д., если они по какой-либо причине совершают хаотические движения в пространстве, соударяясь и отталкиваясь друг от друга. Сущность этого своеобразного свойства заключается в том, что, когда в этой компактной массе хаотически движущихся частиц появляется новая, относительно плоская, поверхность или в виде трещины, или в виде увеличения поверхности при растекании этих веществ, или при внедрении какого-либо тела в эту массу, то вблизи этой поверхности у всех материальных частиц появляется возможность совершать свои движения преимущественно в направлении прочь от нее, так как в этом направлении возникает относительно более свободное пространство, куда и совершают более длинные скачки частицы в процессе своих хаотических движений в приповерхностном слое этой компактной массы, или в этот момент появляется плоскость, от которой молекулы отскакивают обратно, создавая их ускоренное движение в этом направлении. При этом результат этого направленного движения несколько по-разному проявляется в твердых, жидких и газообразных веществах.

В газообразных веществах хаотически двигающиеся молекулы в момент появления в них какой-либо твердой или жидкой поверхности начинают соударяться с этой поверхностью и отскакивать прочь от нее в обратном направлении.

Следовательно, у них в отличие от хаотически равномерно двигающихся во все стороны молекул в глубине газа, появляется определенное направление – прочь от поверхности. Но появление такого направленного движения ведет к уменьшению количества молекул вблизи поверхности, причем, чем ближе к поверхности, тем направленное движение интенсивнее и тем количество одновременно присутствующих здесь молекул будет меньше. Значит, газ вблизи поверхности будет разуплотняться и, следовательно, расширяться, создавая давление на обе граничные фазы веществ.

В твердых веществах при появлении трещины в слое атомов, оказавшемся на поверхности, все атомы начинают совершать более длинные скачкообразные отклонения в направлении прочь от поверхности по сравнению с их скачками вглубь веществ. Значит их путь движения в этом направлении более длинный, чем путь вглубь вещества и, следовательно, они при тех же скоростях движения занимают большее пространство по сравнению с тем, что они занимали в глубине вещества. Поэтому в поверхностном слое присутствует одновременно меньше атомов на единицу объема, чем в глубине вещества. Следовательно, поверхностный слой в момент его возникновения разуплотнен и за счет этого расширяется, создавая силу разуплотнения.

В жидких веществах, находящихся в газообразных средах, например, капля воды, висящая в воздухе, в период увеличения поверхности капли при возрастании ее размера, к поверхности подходят новые глубинные слои воды, в которых молекулы воды начинают совершать более длинные скачкообразные отклонения в направлении прочь от поверхности. По такому же принципу, как выше отмечено для твердых веществ, эти молекулы приобретают способность более свободно двигаться и совершать более длинные скачки в этом направлении, не встречая сопротивления этому движению соседних молекул. За счет более длинных скачков молекулы занимают больший объем пространства при том же количестве, что и в глубине жидкости. Следовательно, в целом поверхностный слой разуплотняется и расширяется, создавая давление на окружающую его газовую фазу.

В случае если жидкие вещества контактируют с твердыми веществами, при растекании жидкости вдоль их поверхностей, например, по трещинам, также происходит разуплотнение поверхностного слоя жидкости, но по принципу, описанному выше для газообразных веществ. Молекулы жидкости, оказавшиеся вблизи твердой поверхности, в процессе скачкообразных тепловых движений отталкиваются от нее. За счет этого во всем приконтактовом слое жидкости у молекул появляется тенденция к направленном движению прочь от поверхности, чего у них не было в глубине жидкости. В результате такого движения поверхностный слой разуплотняется и расширяется, создавая давление на обе контактирующие фазы веществ, стремясь их раздвинуть.

Вещества, растворенные в жидкостях, и в первую очередь в воде, при появлении в растворе какой-либо твердой поверхности или растекании жидкости вдоль этой поверхности, приходя с нею в контакт, также разуплотняются, т.е. стремятся уменьшить свою концентрацию в пристеночном слое жидкости, создавая осмотическое давление на окружающие фазы веществ. В этом проявляется действие осмотической составляющей СРПС (О-СРПС). Причиной разуплотненности является обнаруженное автором свойство молекул растворенных веществ создавать в растворителе своеобразный решетчато-пружинный механизм за счет соударения друг с другом их одноименных разностей, подобный (но не тождественный) механизму соударения молекул газов, упруго расширяющихся в результате соударения. При встрече этого механизма с твердой поверхностью растворенные молекулы также разуплотняются, т.е.

уменьшают свою концентрацию, как это делают молекулы газов в контакте с этой поверхностью. Правда скорость этого разуплотнения соответствует скорости диффузионного движения молекул в растворе, а не скорости свободного пробега молекул газов в пространстве, т.е. значительно медленнее, также медленно, как проявляется действие осмотического давления.

Именно эта составляющая СРПС играет важнейшую роль в гидрогеохимических процессах верхних зон земной коры. Она, во-первых, позволяет молекулам растворенных веществ свободно подходить к стенкам микропор в горных породах и удаляться от них, а, во-вторых, ускоренно реагировать с этими стенками за счет более частого соударения с ними и ускоренного ухода от них. Это свойство О-СРПС создает эффект, который я назвал микропородиффузионный каталитический эффект (МДК эффект). Сущность эффекта заключается в следующем: в ультратонких порах (микропорах) диаметром меньше двух средних расстояний между молекулами растворенного в воде вещества происходит одновременно два процесса: 1) ускоренное движение этих молекул к выходу из микропор за счет действия осмотической составляющей СРПС, как силы выталкивающей молекулы из нее;

2) ускорение химического взаимодействия каждой отдельное растворенной молекулы со стенками микропор за счет более частого соударения с ними. Чем тоньше микропора, тем быстрее эти процессы, тем больше ускоряются химические реакции внутри микропор.

Это подтверждается тем, что в наиболее тонкозернистых породах, таких как глины, обычна наибольшая концентрация растворенных химических компонентов, поскольку здесь микропоры наиболее многочисленны и они имеют минимальные размеры.

В соответствии с представлением об СРПС, стенки микропор не связывают молекулы воды и растворенных веществ, а, наоборот, придают им наибольшую подвижность и высокую химическую активность. Растворенные молекулы свободно подходят к стенкам микропор, соударяются и химически взаимодействуют с ними и ускоренно удаляются от них, часто уже в форме новообразованных молекул. Именно в этой поверхностной пленке воды осуществляются все химические процессы по взаимодействию растворов с горными породами. По существу, можно сказать, что О-СРПС в виде МДК-эффекта способствует созданию всего разнообразия химического состава подземных вод и поддерживает диффузионную проницаемость горных пород для миграции растворенных компонентов из зон растворения в зоны инфильтрационного течения вод. Это осуществляется как в типичных гидрогеологических процессах, так и при образовании гидротермальных месторождений, агатов и гранитоидных магматических пород [14].

Литература 1. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок. – М.: Наука, 1986. – 205 с.

2. Думанский А.В. Лиофильность дисперсных систем.– Киев: Изд-во АН УССР, 1960. – 212 с.

3. Шабалин Л.И. Сила разуплотнения поверхностного слоя воды как фундаментальное явление природы, создающее обмен веществ (заявка на открытие). – Новосибирск:

СНИИГГиМС, 2000. – 151 с.

4. Шабалин Л.И. Сила разуплотнения поверхностного слоя жидких, твердых и газообразных веществ. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2001. – 192 с.

5. Шабалин Л.И. Основы молекулярно-кинетической концепции рудо- и магмообразования. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2002. – 204 с.

6. Шабалин Л.И. Сила разуплотнения поверхностного слоя воды и ее роль в геологических процессах. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2003. – 254 с.

7. Шабалин Л.И. Поверхностный разуплотненный слой твердых веществ. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2005. – 125 с.

8. Шабалин Л.И. Саморазвитие природы. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2006. – 164 с.

9. Шабалин Л. И. Введение в молекулярную физику поверхности. – Новосибирск:

СНИИГГиМС, 2007. – 256 с.

10. Шабалин Л. И. Свойства наноструктур как результат прекращения действия Т СРПС. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2008. – 152 с.

11. Шабалин Л.И. Поверхностные и собственно наноструктуры жидких, твердых и газообразных веществ. – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2009. – 315 с.

12. Шабалин Л.И. Действительно ли существует сила разуплотнения поверхностного слоя веществ (сила Шабалина)? – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2010. – 165 с.

13. Шабалин Л.И. Ход размышления в процессе открытия силы разуплотнения поверхностного слоя веществ. Научный дневник за 1990–2005 гг. 700 с.

Не опубликована. Имеется в ГПНТБ СО РАН (1 экз.) и на сайте.

14. Шабалин Л.И. Генезис агатов, гидротермальных месторождений и гранитоидных магматических пород как результат действия СРПС (силы разуплотнения поверхностного слоя веществ). – Новосибирск: СНИИГГиМС, 2013.– 292 с.

15. Удодов П.А., Коробейникова Е.С., Назаров А.Д. и др. Геохимические особенности поровых растворов. – М.: Недра, 1983. – 240 с.

ЧАСТЬ V ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ, ПРАВОВЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОНЦЕПЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И.В. Абатурова, О.Н. Грязнов Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия, E-mail: gingeo@mail.ru Проектирование шахт, карьеров и всей инфраструктуры горнодобывающих пред приятий в ряде случаев является задачей более ответственной, чем проектирование лю бых других инженерных сооружений. Поэтому инженерно-геологическое изучение ме сторождений полезных ископаемых (МПИ) имеет свои особенности, главными из кото рых являются обоснование компонентов, вовлекаемых в работу горнорудного предпри ятия, и прогноз их изменений при отработке МПИ. Основанием для оценки этого про гноза и разработки мероприятий управления горнодобывающими сооружениями, а также экологического состояния, является научно обоснованная модель природно технической системы (ПТС), формирование и функционирование которой является ре зультатом взаимодействия искусственных компонентов с геологической средой. Это фундаментальное свойство ПТС, соответственно, требует рассматривать структуру ее модели на серии масштабных уровней, последовательно связывающих параметры гло бальных, региональных и локальных процессов (в первую очередь – термодинамиче ских и геодинамических) [1, 2, 3, 4].

Представляется необходимым рассматривать такую модель ПТС, которая ориен тирована на способ разработки месторождения и формирование структурированной информационной основы, достаточной для оценки параметров устойчивости горного массива и его влияния на геологическую среду (ГС). Это требование в первую очередь касается прогноза оценок устойчивого состояния ПТС для тех или иных проектных решений до строительства горнодобывающего сооружения и далее на всех этапах раз работки ресурса (рис. 1).

Согласно теории сложно организованных систем (так называемых «больших»

систем), модель ПТС МПИ должна обладать следующими свойствами:

динамичностью, обусловленной пространственной и временной изменчиво стью свойств и отношений компонентов системы, что приводит к изменению ее со стояния и процессов функционирования;

управляемостью, которая заключается в том, что отношения компонентов сис темы можно изменять с целью оптимизации ее состояния;

открытостью, что подразумевает взаимодействие компонентов ПТС с внеш ними компонентами (другой ПТС, атмосферы, гидросферы и др.);

устойчивостью, т.е. способностью ПТС МПИ сохранять организацию состав ляющих ее структурных компонентов во времени.

Далее определим характеристики структурных компонентов (подсистем разного порядка), составляющих основу модели ПТС.

Элементы ПТС «Область взаимодействия (ОВ)» и «Сооружение» в предлагаемой модели ( рис. 1), по существу, определяют основную логику оценки ИГУ МПИ и схему выполнения прогноза устойчивости горного массива, состоящие из следующих этапов:

начальный уровень оценки компонентов ИГУ и выбор способа разработки 1) МПИ, позволяющие аналитическим путем определить предварительные границы ОВ и основной диапазон изменения компонентов ИГУ в зоне влияния проектных параметров сооружения и процессов его строительства на горный массив (предварительный этап);

Рис. 1. Структура природно-технической системы месторождений полезных ископаемых:

1–3 – климат: 1 – количество атмосферных осадков, 2 – среднегодовая температура воздуха, 3 – сила и направление ветра;

4, 5 – гидрология: 4 – модуль поверхностного стока, 5 – химический состав поверхностных вод;

6, 7 – рельеф: 6 – абсолютные отметки рельефа, 7 – коэффициент расчлененности рельефа;

8–13 – тектонические особенно сти: 8 – тип нарушений (пликативные, дизъюнктивные), 9 – возраст и характер тектонических нарушений, 10 – степень и характер трещиноватости, 11 – наличие зон дробле ния, милонитизации, 12 – наличие рассланцованности, плойчатости, 13 – состав и свойства заполнителя трещин;

14, 15 – условия залегания пород: 14 – приуроченность к круп ным геологическим структурам, 15 – этажность в вертикальном строении;

16, 17 – генезис и возраст пород: 16 – генезис горных пород, 17 – возраст горных пород;

18–20 – со став и свойства пород: 18 – минеральный и гранулометрический состав горных пород, 19 – структурно-текстурные особенности пород, 20 – физико-механические свойства гор ных пород;

21–25 – типы подземных вод: 21 – условия залегания подземных вод, 22 – гидравлические особенности водоносных горизонтов и комплексов, 23 – условия питания, раз грузки водоносных горизонтов и комплексов, 24 – химический состав подземных вод, 25 – режим подземных вод;

26–30 – мерзлое состояние пород: 26 – характер распространения многолетнемерзлых пород, 27 – среднегодовая температура горных пород, 28 – льдистость горных пород, 29 – криогенные текстуры, 30 – мощность мерзлых горных пород;

31, 32 – напряженное состояние пород: 31 – скорости продольных, поперечных волн, 32 – коэффициент Пуассона;

33–36 – геологические и горно-геологические процессы: 33 – харак тер и тип экзогенных и горно-геологических процессов, 34 – условия развития экзогенных и горно-геологических процессов, 35 – размеры экзогенных и горно-геологических процес сов, 36 – пораженность территории экзогенными геологическими процессами 2) предварительная оценка компонентов ОВ обеспечивает выбор и выполнение обоснованного комплекса инженерно-геологических исследований в целях получения количественных параметров горного массива, необходимых для разработки расчетной модели устойчивости сооружения и коррекции проекта схемы разработки месторожде ния (основной этап проекта);

3) в процессах разработки массива и эксплуатационной разведки месторождения прогнозные параметры компонентов ПТС сопоставляются с фактическими, затем по уточненным данным разрабатывается проект мониторинга, обеспечивающий систему контроля устойчивости горнодобывающего сооружения.

К основным компонентам элемента ПТС «Сооружение» следует отнести: (1) тип сооружения (система отработки МПИ);

(2) конструкция горной выработки (геометрия карьера, штольни, шахты или др.);

(3) способ отработки (буровзрывной, отбойный или др.).

Литература 1. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Инженерно-геологические изыскания. – М.: КДУ, 2007. – 424 с.

2. Инженерно-геологическая оценка нарушенности и трещиноватости горных пород в процессе разведки месторождения (доклад) / И.В. Абатурова [и др.] // Минерально сырьевые ресурсы и комплексное их освоение. (Мельниковские чтения): Материалы Всесоюз. сов. – М.: АН СССР, 1989. – С. 60–67.

3. Смирнов Б.В. Системный метод прогнозирования инженерно-геологических усло вий разработки месторождений по геологоразведочным данным. – Ростов-на-Дону:

Донбасс НИЛ, 1973. – 38 с.

4. Ярг Л.А. Методы инженерно-геологических исследований процесса и кор выветри вания. М.: Недра, 1991. – 137 с.

ПРОХОДКА СТВОЛОВ И БУРЕНИЕ СКВАЖИН ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ РАЗРЯДАМИ В КРЕПКИХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ А.М. Адам, С.Ю. Дацкевич, М.Ю. Журков, В.М. Муратов Томский политехнический университет, Россия E-mail: muratov@hvd.tpu.ru На бытовом уровне существует мнение, что проблем безопасного хранения, пере работки и утилизации радиоактивных отходов, отработанного ядерного топлива стано вится все меньше, т.к. под давлением противников атомных технологий некоторые страны на государственном уровне приняли решение о полном отказе от атомной энер гетики или постепенном ее сокращении. Это, например, такие страны, как ФРГ, Шве ция, Дания, Эстония и другие. В Японии миллионы людей уже поставили свои подписи за закрытие всех атомных станций страны, и сбор подписей продолжается. Но реаль ность показывает обратное. Так, к 2007 году только в странах-участницах Европейско го Союза (ЕС) захоронению подверглось 2000000 м3 радиоактивных отходов [11]. К этому следует добавить остатки урановой промышленности. К 2020 году ожидается увеличение объемов радиоактивных отходов на 2000000 м3 только в этих странах, т.е.

без учета многих стран, в т.ч. Российской Федерации (РФ). Генеральный директор го сударственной корпорации атомной энергии «Росатом» С.В. Кириенко в своем выступ лении на 24-м канале российского телевидения 6 января 2013 года назвал полтора де сятка стран, где ведется или предполагается строительство атомных станций с участи ем России, в т.ч. Индию, Китай, Турцию, Вьетнам, Белоруссию, Иран, целый ряд дру гих арабских стран, Аргентину и Бразилию в Южной Америке. РФ занимает первое ме сто в мире по количеству одновременно сооружаемых АЭС за рубежом. Особый инте рес вызывает сообщение С.В. Кириенко о том, что 20 % запасов урана США принадлежит РФ, столько же Казахстана. Добыча урановых руд планируется также в Австралии и Африке.

23 февраля 2013 года многие средства массовой информации, в т.ч. ИТАР-ТАСС, сообщили о том, что в штате Вашингтон на берегу реки Колумбия произошла утечка ядерных отходов из шести резервуаров Хэнфордского комплекса, который был создан в 1940-х годах. Всего в хранилище 177 резервуаров, срок службы которых давно истек. В них хранится 200 миллионов литров отходов производства плутония, который исполь зовался для изготовления ядерного оружия, возможно и тех бомб, которые были сбро шены на японские города Хиросима и Нагасаки в 1945 году.

Безопасное хранение, переработка и утилизация радиоактивных отходов актуаль ны и для жителей городов Северска и Томска, Томской области и соседних регионов.

На территории нынешнего Северска уже многие десятилетия работают с радиоактив ными отходами, а в ближайшие годы может быть построена новая АЭС на основе реак тора на быстрых нейтронах («Брест-300» или «Брест-1200»). Ранее одним из способов захоронения радиоактивных отходов было использование буровых скважин. Студенты гидрогеологи Томского политехнического института защищали дипломные работы по бурению скважин для таких целей, а члены государственной экзаменационной комис сии очень активно обсуждали важнейший для томичей вопрос: как скоро радиоактив ные отходы их этих скважин попадут в подземные воды Томского водозабора. Сква жинный способ хранения и утилизации был раскритикован МАГАТЭ [11].

Считается рациональным использование для захоронения и длительного хранения высокоактивных отходов горных выработок, пройденных в крепких монолитных гор ных породах, в т.ч. в северных районах. Проходка таких выработок (стволов, скважин большого диаметра) возможна электроимпульсным (ЭИ) способом разрушения горных пород, который предложен в Томском политехническом институте [4, 5, 7]. Этот спо соб основан на закономерности превышения электрической прочности жидких диэлек триков над электрической прочностью твердых диэлектриков при малых временах на растания импульсов напряжения до пробоя: менее 5·10-6 с [3].

На рисунке видно, что в точке «а» пробивное напряжение фторопласта-4 равно пробивному напряжению техни ческой воды, а в точке «б» – трансформаторного масла. Левее этих точек электрическая прочность фторопласта-4 меньше электрической прочности жидкостей [1]. Аналогич ные результаты получены при использовании в качестве твердых диэлектриков образ цов различных горных пород (более 20 наименований), в т.ч. таких крепких как квар цит, фильзит-порфир, роговик, гранит. Эксперименты на образцах горных пород про ведены с использованием двух разнополярных электродов, установленных на образец перпендикулярно ему или наклонно. Такое расположение электродов характерно прак тически для всех ЭИ буровых наконечников.

Важнейшим достоинством ЭИ способа является минимальный износ электродов буровых наконечников, что позволяет одним ЭИ буровым наконечником, изготовлен ным из самой низкосортной стали, проходить сотни метров, например, в кварцитах (г. Лениногорск, Андреевский рудник), т.к. при ЭИ способе горная порода разрушается электрической импульсной искрой, сформированной в толще горной породы между двумя электродами. При этом происходит отрыв горной породы, расположенной над каналом разряда. Образующаяся откольная воронка заполняется жидкой средой;

сле дующий разряд происходит в одном из соседних межэлектродных промежутках, и так до полного разрушения горной породы по всей площади забоя. В результате этого ЭИ буровой наконечник опускается на образовавшийся забой скважины. ЭИ способ позво ляет вести разрушение горных пород, в т.ч. бурение скважин, без вращения ЭИ нако нечника, поэтому износ электродов происходит только за счет их электрической эро зии, воздействия шлама и ударов наконечника о забой скважины после каждого под скока при развитии электрических разрядов в горной породе. При этом эффективность ЭИ способа разрушения горных пород определяется не только их прочностными харак теристиками, а, главным образом, электрофизическими свойствами, т.к. канал электри ческого разряда развивается непосредственно в горной породе, и ее разрушение проис ходит с преобладанием растягивающих и сдвигающих напряжений, что примерно на порядок ниже, чем на сжатие, характерное для механических способов. Эффективность ЭИ способа достигается еще и за счет того, что происходит минимальное разрушение горной породы, оторванной электрическими разрядами. Например [2], при бурении скважин в граните и микрокварците ЭИ буровым наконечником с межэлектродным промежутком 50 мм длина наиболее крупных кусков шлама составила более 40 мм, ширина 25 мм и толщина 15 мм, т.е. длина наиболее крупных кусков шлама близка ве личине межэлектродного промежутка, ширина равна половине, а толщина достигает 1/3 величины этого промежутка.

Рисунок. Вольт-секундные характеристики:

1 – трансформаторное масло;

2 – фторопласт-4;

3 – техническая вода Преимущества ЭИ способа позволяют вести бурение скважин при энергозатратах (Дж/см3) значительно ниже, чем при вращательном, ударном и огневом способах буре ния. Важные результаты были получены при многократном воздействии импульсов на пряжения на электродную систему с большим межэлектродным промежутком [8]. Ис следования проводились на образцах гранита, а также насыщенного водой и заморо женного песка. Образцы погружались в трансформаторное масло. Экспериментально установлено, что при увеличении межэлектродного промежутка пробивное напряжение растет значительно медленнее, чем промежуток. Так, при увеличении межэлектродного промежутка со 100 до 800 мм, т.е. в 8 раз, пробивное напряжение возросло всего в 2, раза, а при увеличении промежутка с 600 до 800 мм, т.е. на 33 %, напряжение возросло менее, чем на 10 %. Это показывает эффективность применения электродных систем с увеличенными межэлектродными промежутками для бурения скважин большого диа метра и проходки горных выработок. Так, например, скважины большого диаметра (700 мм) бурились на Степановском карьере г. Томска [6] ЭИ буровым наконечником диаметром 600 мм с межэлектродным промежутком 150 мм. В окварцованном песчани ке было пробурено 16 м, наибольшая глубина скважин составила 9 м. В качестве про мывочной жидкости применялось дизельное топливо, которое прокачивалось по схеме обратной промывки с интенсивностью 3000 л/мин. Частота следования импульсов вы сокого напряжения изменялась от 1 до 5 имп./с при энергии импульса 5,5 кДж. Средняя скорость чистого бурения составила 1,8 м/ч, средняя энергоемкость разрушения 76 Дж/см3, а производительность импульса 56–83 см3/имп.

Электроимпульсный способ показал высокую эффективность бурения скважин в вечномерзлых отложениях Колымы [6]. При бурении скважин в условия Крайнего Се вера вечномерзлые горные породы были представлены песчано-глинистыми, валунно гравийными и песчано-гравийными отложениями, а также линзами льда мощностью до 3 м. Бурение велось при температуре окружающего воздуха – 47 – 53° С. При испыта ниях было пробурено две скважины общим метражом 20,7 м в интервалах глубин от 1,2 м до 8,8 м и до 14,3 м. Буровой снаряд был предназначен для прямой схемы про мывки через центральную часть бурового наконечника. Изоляционный корпус высоко вольтного ввода, центрирующие изоляторы колонны бурильных труб и короночные изоляторы были полиэтиленовыми. Диаметр колонны бурильных труб составлял мм, а буровых наконечников 200 мм. Емкость импульсных напряжений в разряде со ставляла 0,025 мкФ, длительность фронта импульса – 0,6 мкс, номинальное напряжение – 600 кВ, энергия импульса – 1,125 кДж. В качестве промывочной жидкости применя лось арктическое дизельное топливо. Производительность насоса была равна 600 л/мин. Крупность частиц шлама достигала 50 мм. Другие параметры и результаты бурения приведены в (табл.1.).

Таблица Параметры и результаты бурения в вечномерзлых отложениях № Наименование параметра или результата Размерность Межэлектродный промежуток, мм 30 50 Всего пробурено м 1 3,1 13,1 4, Частота следования импульсов имп./с 2 9 12 Средняя скорость чистого бурения м/ч 3 5,5 14,6 17, Максимальная и минимальная скорости м/ч 4 5,7 15,5 17, 5,0 12,9 16, Удельные энергозатраты на бурение кВт·ч/м 5 1,44 0,925 0, Средний диаметр скважины мм 6 227 234 Энергоемкость разрушения породы Дж/см 7 127,0 77,6 61, Удельная производительность импульса см3/имп.

8 6,9 14,5 23, В Томском политехническом университете разработана электроимпульсная буро вая установка с наибольшим диаметром по породоразрушающим элементам 930 мм [9].

Одной из отличительных ее особенностей является комбинированное разрушение гор ных пород: электроимпульсным и механическим способами. На основании результатов лабораторных исследований определено, что скорость чистого бурения скважин диа метром 930 мм в крупнозернистом граните равна 0,68 м.

Для проходки стволов диаметром в несколько метров в крепких горных породах предназначен предложенный в Томском политехническом университете способ разру шения горных пород [10], для реализации которого в разрушаемой горной породе бурят шпуры (глубиной до 0,3 м), в эти шпуры вставляют по одному изолированному элек троду и заполняют их жидкостью, например, водой;

один из электродов заземляют, а на соседний электрод подают один или несколько импульсов высокого напряжения. При развитии разрядов в граните между погруженными в шпуры концами электродов про исходит разрушение горной породы. В таблице 2 приведены результаты разрушения (отбойки) гранита при различных глубинах вертикальных шпуров (Н) и расстояниях (S) между заглубленными концами электродов. В этой таблице Uпр – пробивное напряже ние, Wз – энергия, запасаемая источником высоковольтных импульсов, W уд – удельные энергозатраты, Q – производительность одного импульса.

Таблица Условия разрушения гранита при погруженных в шпуры электродах и некоторые результаты Н, мм S, мм Uпр, кВ Wз, кДж Wуд, Дж/см3 Q, см3/имп.

50 300 630 35,4 105,2 100 300 600 33,9 33,8 100 200 610 39,5 51,8 820, Полученные результаты показывают, что эффективность отбойки выше при большем заглублении электродов и большем расстоянии между ними. Наибольшие га бариты оторванных кусков породы достигали размеров межэлектродных промежутков и составляли 200–300 мм.

Важным преимуществом ЭИ способа проходки стволов в крепких горных поро дах над буровзрывным способом является сравнительно низкое разрушающее воздей ствие на стенки проходимых стволов, что позволяет проходить стволы на близком рас стоянии друг от друга и размещать в них, например, металлобетонные контейнеры для отработанного ядерного топлива диаметром 2,3 м и высотою 4,8 м [12].

Литература 1. Адам А.М. Ректор ТПИ А.А. Воробьев – изобретатель электроимпульсного способа разрушения горных пород // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 322. – № 2. – С.191–196.

2. Важов В.Ф., Дацкевич С.Ю., Журков М.Ю. и др. Гранулометрический состав шла ма при электроимпульсном разрушении горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. РАН. Сибирское отделение. – 2012. – № 1. – С. 118–124.

3. Воробьев А.А., Воробьев Г.А., Могилевская Т.Ю., Чепиков А.Т. Способ бурения электрическими импульсными разрядами / Авторское свидетельство СССР №237073 с приоритетом от 14.04.1959 г.

4. Воробьев А.А., Воробьев Г.А., Чепиков А.Т. Закономерность пробоя твердого ди электрика на границе раздела с жидким диэлектриком при действии импульса напря жения. Приоритет открытия 14.12.1961. Диплом 107. // Научные открытия. Сборник кратких описаний. – М.-СПб.: РАЕН, 1999. – Вып.1. – С. 36–38.

5. Воробьев А.А., Завадовская Е.К. Способ разрушения горных пород и полезных ис копаемых / Авторское свидетельство СССР № 195403 с приоритетом от 26.06.1951 г.

6. Исследование процесса бурения горных пород и искусственных материалов элек трическими импульсными разрядами // Отчет по контракту с японской фирмой Ko matsu от 14.06.96: рук. Боев С.Г.;

№ ГР 02.9.70 003478. – Томск: НИИ высоких напря жений при ТПУ, 1997. – 119 с.

7. Кутузов Б.Н. Электроимпульсное бурение // Большая советская энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1978. – Т. 30. – С. 161–162.

8. Левченко Б.С., Подплетнев В.И., Семкин Б.В. Особенности многократного воздей ствия импульсных напряжений на горные породы // Электронная обработка материа лов. – 1977. – № 1. – С.50–53.

9. Муратов В.М., Адам А.М., Важов В.Ф., Лопатин В.В. Электроимпульсная буровая установка / Патент РФ № 2445430 с приоритетом от 04.08.2010 г.

10. Муратов В.М., Адам А.М., Рябчиков С.Я. Способ разрушения горных пород / Па тент РФ № 2375573 с приоритетом от 20.08.2008 г.

11. Нойман В. Утилизация ядерных отходов в Европейском союзе: рост объемов и ни какого решения / Пер. с англ.;

под ред. А.Козлова. – Воронеж, 2011. 68 с.

12. Щиголев Н.Д., Соловей В.А., Колхидашвили М.Р., Пирогов А.М. Контроль качест ва металлобетонного хранилища для отработанного ядерного топлива // Журнал техни ческой физики. – 2011. – Т. 81. – Вып. 8. – С. 135–141.

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУРЫХ УГЛЕЙ МУНАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ 1 В.Е. Бабушкин, С.И. Будилко Общество с ограниченной ответственностью «ЭКОГЕО», Бийск, Россия, Общество с ограниченной ответственностью «Мунайский разрез», Бийск, Россия E-mail: ekogeo@211.ru Тема энергодефицита для Алтайского края не нова. Половину потребленной энер гии край производит сам, другую покупает. При амбициозных планах развития в бли жайшие годы вопрос энергетической безопасности для Алтая звучит все громче. Разви тие угольной отрасли поможет региону снизить дефицит электроэнергии.

На Алтае есть свое твердое топливо. Мунайское месторождение бурого угля, что расположено в Солтонском районе. Считается, что запасы угля здесь оцениваются в 34 миллиона тонн. В настоящее время планируется уточнение запасов угленосной площади «Неня-Чумышская впадина». Ожидается, что уточненные запасы окажутся в разы превосходящими существующие сегодня данные. Только для участка Шабуров ский-Восточный ожидаемый объем – 178 миллионов тонн [3].

Уже сейчас в регионах, продающих энергию, наблюдается некоторое напряжение усилий, которое в дальнейшем может перерасти в откровенный дефицит. С 2013 года уже не будет 85 процентов регулируемой энергии – вся она поступит в свободную про дажу. Регионам станет выгодно иметь свои генерации – это означает гарантированный рынок сбыта. На Мунайском месторождении можно построить конденсационную элек трическую станцию (КЭС) мощностью 600 мегаватт, увеличить объемы добычи угля до двух миллионов тонн в год (с последующим увеличением добычи до 6,5 миллиона тонн). С помощью КЭС можно будет на 40 процентов снизить дефицит электроэнергии в крае. Кроме того, собственная энергия будет дешевле – в существующем сегодня ин вестиционном предложении ее стоимость заложена – без НДС – в размере 1,2 рубля за один киловатт-час (себестоимость ее, по расчетам специалистов, составит 35,6 копейки).

По расчетам специалистов консалтинговой компании, которая разрабатывает про ект развития разреза, реализация этого проекта будет приносить до 15 процентов по ступлений в бюджет. В альбоме «Справочник инвестора–2008», что уже выпустило Ал тайская Главэкономика, в перечне проектов, предлагаемых к реализации, значится и «Инвестиционная программа развития угольной отрасли Алтайского края». Целью про екта названо обеспечение углем ГРЭС мощностью 600 мегаватт, Барнаульской ТЭЦ-3, объектов малой энергетики и населения. Общая стоимость инвестиционного проекта оценивается почти в 36 миллиардов рублей. Однако будет ли это предложение в ны нешнем виде взято к реализации, пока точно не известно.

По качественным характеристикам, уголь Мунайского месторождения соответст вует марке 2Б, подгруппе 2БФ (фюзенизированный), классу 3 категории 4, типу 30, подтипу 05 и имеет кодовый номер 0343005. Стадия метаморфизма O2O3. Возможные направления использования, рекомендуемые ГОСТ 25543-88, энергетическое – пыле видное или слоевое сжигание в стационарных котельных установках и для коммуналь ных нужд. [5].

По результатам анализа валовой пробы угля из Мунайского карьера Гончаров ский угольный пласт, отобранной автором в 2011 г. было установлено повышенное со держание в золе углей в г/т: Ga 3,03–4,1;

Se 13;

Rb 3,74;

Y 12;

Zr 87;

Nb 7,4;

Ba 890;

La 18;

Ce 39;

Pr 4,2;

Nd 15;

Sm 2,7;

Gd 2,9;

Dy 2,4;

Er 1,3;

Yb 1,3;

Yb 1,3;

Hf 1,7;

Th 3,2;

Al 24822;

Fe 33426;

Mg 11897;

Ti 2616;

Zn 1816 [4].

Прогнозируемый в ближайшем будущем рост угледобычи уже сейчас обуславли вает необходимость создания высокоэффективных технологий утилизации отходов до бычи и использования угля с целью минимизации воздействия этих процессов на ок ружающую среду.

Основные пути уменьшения влияния процессов добычи и использования угля на окружающую среду, направления утилизации отходов его переработки в общих чертах определены еще в прошлом веке. Одним из рациональных путей решения этой пробле мы является комплексное освоение месторождений, включающее извлечение из углей и углеотходов большого спектра элементов-примесей, главным образом ценных редких и благородных металлов. В настоящее время редкометалльный потенциал углей почти не востребован. Из углей и углеотходов в промышленных масштабах получают лишь Ge и Au, разработаны технологии извлечения Ga, Sc, U, Y, редкоземельных и некоторых других металлов. По расчетам специалистов, угли и отходы их переработки могут обеспечить значительную долю потребности мировой экономики в большинстве ред ких и цветных металлов. Однако практическая реализация такого подхода ограничена не только низкой экономической эффективностью предлагаемых технологических ре шений, но и недостаточной изученностью микроэлементного состава угольных месторождений.

Установлено, что в процессе углефикации происходит изменение форм нахожде ния редких элементов. На ранних стадиях углеобразования при седиментогенезе и диа генезе в торфах, бурых углях и лигнитах основная их масса накапливается в составе органического вещества, главным образом в гуминовых веществах в виде простых и комплексных гуматов и в ионообменной форме [2].

В настоящее время разработаны технологии извлечения из минерального сырья и отходов многих ценных металлов, прошедшие лабораторные и полупромышленные ис пытания. Ряд металлов извлекается в небольших количествах промышленным спосо бом (Ge, V, Ti, Zr). Наиболее рационально извлекать ценные металлы параллельно с промышленным сжиганием углей, так как золы уноса являются готовым концентратом ценных металлов. Извлечение ценных металлов из золошлаковых отходов, что помимо получения дополнительной минеральной продукции также важно для улучшения соци ально-экологической обстановки в регионе. Например, ресурсы редких металлов в за пасах мунайских углей (200 млн. т.) оцениваются следующим образом: Y – 220 т, Yb – 20 т, La – 260 т, Ga – 40 т. С учетом высоких мировых цен на эти металлы (например, галлий – 1200 долларов за 1 кг) их запасы в золошлаковых отходах представляют зна чительный интерес. Кроме того, переработка отвалов дает значимый экологический эффект и создает дополнительные рабочие места (с мультипликативным эффектом).

В последнее время на лабораторном уровне разработано много перспективных технологий по извлечению металлов из углей и золошлаковых отходов: извлечение германия при коксовании или из зол уноса;

сорбционное выщелачивание или термо хлорирование золошлаковых отходов с добавлением пористых восстановителей (неф текокс) или в псевдокипящем слое;

биологические методы обработки углей и отходов.

В процессе хлорирования происходит также хлорирование щелочных и щелочнозе мельных металлов. Подавлению хлорирования этих металлов не уделяется специально го внимания, так как найдены эффективные способы переработки остатка, содержаще го хлориды этих металлов. При этом степень извлечения попутных металлов может достигать 80, 90 % и выше [6].

Объемы извлечения ряда ценных редких и цветных металлов на промышленных установках могут составить от десятков и сотен килограммов (Ga, Ge) до десятков и сотен тонн Ti и Zr в комплексе с другими редкими и цветными металлами. При этом прибыль может составить до 20 млн. долл. США [6].

С помощью метода термохлорирования при переработке около 2 тыс. т концен трата золы и при извлечении только титана, циркония, ванадия и галлия (10 т Ti и 10 т Zr, 1 т V и 0,1 т Ga) затраты по проекту ( 40 млн. руб.) могут окупаться в течение года, а выручка достигать 70 млн. руб. и более [6].

При эксплуатации открываемых рудных месторождений необходимо учитывать и экологические платежи, но в первую очередь сам ущерб природной среде и здоровью человека, снижение качества и, следовательно, стоимостной оценки природных ресурсов [6].

Одной из важнейших проблем гигиены на современном этапе является разработка и осуществление всесторонних мер по предупреждению неблагоприятного воздействия среды обитания на состояние здоровья населения для сохранения трудового и экономи ческого потенциала страны. Опасность возможного негативного воздействия промыш ленных отходов на окружающую среду и опосредованно на здоровье человека стано вится все очевидней. Особенно пристальное внимание привлекают к себе предприятия теплоэнергетики.


Золошлаковые отходы, продукты сгорания углей – наиболее объемный вид отхо дов промышленного производства, хранение и переработка которого представляет ощутимую экологическую угрозу из-за наличия в их составе высокотоксичных компо нентов. Золошлаковые отходы, образующиеся при сжигании, содержащие неорганиче ские соединения и: полициклические ароматические углеводороды обладают токсиче ским, мутагенным и фитотоксическим действием на теплокровных животных, сельско хозяйственные растения;

гидробионты и микробные тест-объекты.

Золошлаковые отходы, образующиеся при сжигании углей, по результатам;

рас четных и экспериментальных методов;

учитывающих: химический состав и токсиче ское действие, относятся к промышленным отходам;

3–4 классов опасности.

Необходимы профилактические мероприятия по снижению неблагоприятного воздействия золошлаковых. отходов;

образующихся при сжигании углей, на химиче ское загрязнение подземных вод и почвы, теплокровных животных, сельскохозяйст венных растений;

гидробионтов [1].

В соответствии с лицензионным соглашением предприятию ООО «Мунайский разрез» до начала освоения месторождения необходимо разработать проект и обеспе чить реализацию программы мониторинга геологической и окружающей природной среды в районе проведения горнорудных работ.

Мониторинг месторождений твердых полезных ископаемых представляет собой систему регулярных наблюдений, сбора, накопления, обработки и анализа информации, оценки состояния геологической и окружающей природной среды и прогноза ее изме нений под влиянием разработки этих месторождений [3].

Редкоземельные металлы это металлы будущего, в 21 веке наращивается выпуск электроники, а добыча редкоземельных металлов снижается, особенно в Китае.

Таким образом, извлечение ценных цветных и редких металлов из золошлаковых отвалов, а также из зол уноса ТЭС может дать значительный региональный народно хозяйственный эффект, что особенно важно в условиях нестабильного развития миро вой и отечественной экономики.

Выводы В минеральную часть углей Мунайского месторождения входят редкие металлы – галлий, германий, скандий, иттрий. В процессе сжигания углей галлий и германий в силу своих химических свойств возгоняются и при охлаждении отходящих газов кон денсируются на поверхности частиц золы-уноса в виде Gа2O3 и GеO2.

По сравнению с исходным углем зола-унос обогащается ценными металлами в 8– 10 раз до концентраций более 200 г/т. Это сравнимо с содержанием галлия и германия в источниках, из которых их традиционно извлекают. Рост потребления углей и тенден ция к увеличению до 35 % их зольности требуют отведения под золоотвалы дополни тельных площадей и усиливают опасность загрязнения окружающей среды.

Вопросу извлечения германия из ископаемого угля посвящено много исследова ний. Для получения обогащенных германием и галлием продуктов рекомендуется осу ществлять плавку золы с добавлением 20–25 мас. % угля и подачей в реакционную зону горячего – 900° С воздуха. Происходит вторичная возгонка легколетучих GеО и Gа2О и обогащение уноса ценными металлами в 10–20 раз по сравнению с исходной золой.

Улавливание возгонов в абсорбционных аппаратах путем орошения раствором соляной кислоты с последующим продувом раствора воздухом позволяет получить со лянокислый раствор Gе(IV) и Gа(Ш). В зависимости от поставленной задачи его можно переработать с применением методов сорбции, экстракции, дистилляции и т. д.

Производство германия из угля составляет в настоящее время 20 % от всего ми рового производства этого металла. Сосредоточено оно в основном в Германии. С точ ки зрения извлечения галлия ископаемые угли рассматриваются как новый перспектив ный сырьевой источник [6].

Литература 1. Андреева С.Г. Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:

Гигиеническая оценка золошлаковых отходов, образующихся при сжигании углей Кан ско-Ачинского бассейна. – Кемерово, 2006 г.– 26 с.

2. Арбузов С.И. Геохимия редких элементов в углях Центральной Сибири 25.00.09. – Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых: автореф. дис. … докт. геол.-мин. наук. – Томск, 2005. – 42 с.

3. Бабушкин В.Е. Информационный отчёт. О предварительных геоэкологических ис следованиях в междуречье рек Шалап-Чумыш (Объект «Белининское месторождение»), Шифр (07001-ЭИ). ООО «ЭКОГЕО». – Бийск, 2007. – 46 с.

4. Бабушкин В.Е. Проект на выполнение геологоразведочных работ по объекту «Оце ночные работы в пределах участка Шабуровский-Восточный», ООО «ЭКОГЕО».

Бийск, 2011. – 460 с.

5. Мусаев А. М. Поисковые работы на бурый уголь, в пределах Шабуровской площа ди. (Отчет по работам за 2007–2010 гг.), (в 3-х книгах и 2-х папках). Гос. регистрацион ный № 84-07-15/1, ОАО «Горно-Алтайская экспедиция». с. Малоенисейское, 2010. – 520 с.

6. Салихов В.А. Суммарный народно-хозяйственный эффект от извлечения ценных металлов из золоотвалов энергетических предприятий Кемеровской области // Вестник ТГУ. Экономика. – 2010. – № 2 (10) – С. 41–52.

О МИГРАЦИИ РАДИОЦЕЗИЯ ИЗ ПОЛОСТЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ НА СЕМИПАЛАТИНСКОМ ЯДЕРНОМ ПОЛИГОНЕ Ю.А. Гринштейн, Т.Д. Мурзадилов, Н.Я. Распопов Институт геофизических исследований Национального Ядерного Центра Республики Казахстан, Курчатов E-mail: grin_UA@mail.ru Давно отгремели взрывы на Семипалатинском ядерном полигоне, но огромное количество долгоживущих радиоактивных веществ, возникших в результате этой дея тельности, до сих пор находятся в подземных полостях и, вероятно, мигрируют вместе с подземными флюидами по ослабленным зонам и тектоническим нарушениям в окру жающую среду. Этот процесс представляет реальную опасность для здоровья населе ния этого района. Кроме того, известно, что в советское время на территории Советско го Союза было проведено около 130 подземных ядерных взрывов в мирных целях. Од нако и здесь процессы миграции радионуклидов в окружающую среду, практически, не изучены. Очевидно, что изучение и прогнозирование этих процессов имеет большое практическое и научное значение. Поэтому Институтом геофизических исследований НЯЦ РК были проведены работы в этом направлении. Результатам этих исследований и посвящен настоящий доклад.

Изучение вопросов миграции техногенных радионуклидов из полостей подземных ядерных взрывов с помощью гамма-каротажа (ГК) и спектрометрического гамма каротажа (СГК) были начаты на участке Балапан Семипалатинского ядерного полигона (СЯП) в 2001 г. В процессе этих работ в скважине № 4018 в интервале 47–51 м была выявлена аномалия радиоцезия активностью около 375 Бк/кг, которую объяснили про рывом радиоактивных газов из полости боевой скважины № 1061. Скважина № расположена в 400 м к юго–западу от скв. 4018, ядерный взрыв был проведен 02.11.72 г на глубине 521 м, мощность взрыва – 160 кТ тротилового эквивалента.

В 2004 г в 2-х метрах от скв. 4018 с целью получения керна, необходимого для градуировки спектрометрического тракта, была пройдена скв. 4018/1 глубиной 65 м.

для градуировки спектрометрического тракта. При проведении СГК здесь на глубине 49,5 м была обнаружена аномалия 137Cs, активностью около 50 Бк/кг.

В результате работ 2005 г было установлено отсутствие значимых содержаний це зия в обоих стволах.

В 2006 г были проведены аналогичные измерения, которые не выявили наличия Cs по разрезу этих скважин. Кроме того, были проведены каротажи еще в 10 гидро геологических скважинах, но ни водной из них не было обнаружено значимых содер жаний радиоцезия.

Продолжить эти исследования удалось только в 2009 г.

Результаты этих работ отображены на рисунках 1, 2 и в таблицах №1, 2.

Hm Уровень=3 Бк/кГ Нм Уровень =3 стандартным отклонениям (Бк/кг) Hm 0 имп/100 сек 40 Cs-661 кэВ К-1460 кэВ № кан.

100 200 300 400 500 Cs-137-Бк/кг Спектр, зарегистрированный на глубине 45.5м (42 Бк/кг) ------ измеренный спектр ------ спектр с вычетом фона МЭД, мкР/час 0 20 40 Бк/кг мкР/час Условные обозначения: ГК- ГК-2006 СГК- 0 20 40 ГК-2006 ГК-2009 СГК-2009 ГК - 4018/1 - 2006 г. ГК - 4018/1 - 2009 г.

Условные обозначения:

--------- ГК-2006 г. -------- ГК-2009 г. ------- СГК-2009 г.

Рисунок 2. Распределение МЭД Рисунок Распределение МЭД (мкР/час) и Cs-137 (Бк/кг) Рисунок Распределение МЭД (мкР/час), измеренное в 2006 и 2009 гг, Рисунок 1. Распределение МЭД и содержания Cs-137 (2009 г) по скв. 4018. Участок Балапан.

по разрезу скв. 4018/1в зависмости от даты измерения (мкР/час) (мкР/час) и Cs-137 (Бк/кГ) по и Cs-137 (Бк/кГ) по скв.4018/ скв. Из рисунка 1 видно, что по разрезу скважины 4018 установлено наличие значи мых (более 30 Бк/кг) содержаний 137Cs на глубине 45,5 м. Полученная аномалия ото бражена в спектре в виде фотопика с энергией 661 кэВ, что соответствует энергии из лучения радиоцезия. По скважине 4018/1 (рисунок 2) так же наблюдается наличие не больших содержаний радиоцезия, не превышающих порог чувствительности метода (30 Бк/кг), что, по-видимому, связано с поглощением части излучения в обсадной ко лонне и в бетонной «рубашке», герметизирующей затрубное пространство в этой скважине.

Однако в спектрах, измеренных в этих скважинах, фотопиков цезия визуально не наблюдается, кроме указанного выше случая.

В таблицах №№ 1, 2 приведены параметры гамма-поля за все время исследований.

Таблица Параметры гамма-поля в скважине 4018 за 2001–2009 гг.

Параметр Скважина Дата каротажа 2001 г. 2005 г. 2006 г. 2009 г.

Ср. МЭД мкР/час 19,2 26,5 29,4 25, Ср.кв.откл. 2,2 6,2 7,0 6, Коэф. вариаций, % отн. 11,7 23,5 23,7 26, Таблица Параметры гамма-поля в скважине 4018/1 за 2004–2009 гг.

Параметр Скважина 4018/ Дата каротажа 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2009 г.

Ср. МЭД мкР/час 16,5 22,7 25,7 22, Ср. кв. откл. 3,9 5,4 5,7 5, Коэф. вариаций, отн. % 23,6 23,7 22,1 23, Из приведенных таблиц видно, что параметры гамма-поля – средняя величина МЭД, среднеквадратическое отклонение его величины от среднего и коэффициент ва риаций – возвратились к величинам, зарегистрированным в 2005 году.


Кроме того, в этом же году было пройдено две скважины с отбором керна рядом (не более 5–10 м) с устьями боевых скважин №№ 1071 и 1326, где ядерные взрывы со провождались газовыми выбросами. Глубина скважин составляла 75 м, глубина зало жения заряда на скв. 1070 – 330 м, мощность – 38 кТ, глубина заряда на скв. 1326 – 530 м, произведено 2 взрыва, мощностью 126 кТ. Проведенными исследованиями уста новлено отсутствие значимых содержаний радиоцезия в стенках и керне этих скважин.

Отсутствие значимых содержаний 137Cs в исследованных гидрогеологических скважинах, по-видимому, объясняется большой глубиной заложения ядерных зарядов (в среднем – 450 м) и малой глубиной гидрогеологических скважин, которая, в основ ном, не превышала 65–100 м.

Поэтому в 2009 г работы по изучению миграции радиоцезия из полостей подзем ных ядерных взрывов были перенесены на участок Сары-Узень, где глубина заложения ядерных зарядов находится в пределах 220–300 м, а глубина гидрогеологических сква жин находится в пределах 130–200 м, т.е. здесь мы имеем сопоставимые величины.

На участке было обследовано 11 структурных и гидрогеологических скважин. В 4-х гидрогеологических скважинах, пройденных вблизи боевых, были обнаружены зна чимые содержания 137Cs. Эти скважины расположены на расстоянии 100–150 м от бое вых и их глубина 135–200 м близка к глубине заложения ядерных зарядов (220–300м).

Исходя из геометрии расположения скважин для дальнейшего изучения и мони торинга были выбраны скважины в районе боевой скважины № 104, где гидрогеологи ческие скважины 104/1 и 104/2 расположены в створе с боевой на профиле восточного простирания. Скв.104/1, глубиной 137 м, расположена в 90 м от боевой, вторая скважи на, глубиной 192 м, расположена, соответственно, в 145 м. В пробах воды, отобранных в этих скважинах, обнаружен только тритий, содержание которого достигает 47000 Бк/л. Необходимо отметить, что ни в одной из скважин на этом участке не было обнаружено ни 90Sr ни 137Cs. Хотя на участке Балапан тритий почти всегда сопровожда ется стронцием.

В 2011 г. на этом же профиле между скв. 104/1 и 104/2 была пройдена скв.

№104/3, глубиной 165 м.

Результаты гамма-спектрометрического каротажа за 2009–2011 гг. приведены на рисунке 3, а поинтервальное сопоставление полученных данных приведено в таблицах 3 и 4.

Скважина 104/1 Скважина Скважина 104/ 104/3 0 1000 0 1000 2000 3000 0 2000 0 0 0 0 Бк/кг Cs Бк/кг (Бк/кг) 12 16 0м Н, а графики содержания а б б Cs: а – 2009 г.,2б – 2010 200 Н, м в в Н, м г., в – 2011 г.

Рисунок 3. Участок Сары-Узень, скважины 104/1, 104/2, 104/3.

Результаты спектрометрического гамма-каротажа за 2009–2011 г.г.

Таблица Сопоставление данных СГК по скв. 104/ Глубина, м Мощность, Содержание Cs-137 в Бк/кг №№ п.п м от до 2009 г 2010 г 2011 г 65,0 72,0 7,0 464 433 72,5 79,5 7,0 479 493 80,0 91,5 11,5 328 333 92,0 100,5 8,5 912 899 101,0 115,0 14,0 474 485 115,5 120,5 5,0 1074 1176 121,0 131,5 10,5 13802 10073 Среднее 2443 1988 Из рисунка 3 видно, что форма графиков распределения 137Cs по стволу скв. 104/ и 104/2, полученных за эти годы практически одинакова, а из таблиц 3 и 4 следует, что содержание радиоцезия слабо меняется во времени. Однако, если внимательно изучить представленные таблицы, то можно отметить тенденцию систематического уменьше ние содержания радиоцезия от года к году, которое особенно ярко проявилось в году. Особенно этот процесс проявился в призабойном интервале скв. 104/1, где содер жания цезия максимальные. Вероятнее всего, это явление вызвано с наличием шлама, который вносит искажения в результаты измерений стенок скважины.

Таблица Сопоставление данных СГК по кв. 104/ №№ п.п Глубина, м Мощность, Содержание Cs-137 в Бк/кг м от до 2009 г 2010 г 2011 г 75,0 110,0 35,0 118 112 110,5 116,0 5,5 436 397 116,5 129,0 12,5 646 620 129,5 145,0 15,5 518 517 – 145,5 158,0 12,5 819 – 158,5 181,5 23,0 995 Среднее 532 В скважине 104/2 этот эффект (уменьшение содержания радиоцезия с годами) вы ражен более четко.

При визуальном изучении рисунка 3, где отображено распределение 137Cs по раз резам скважин видно, что характер распределения анализируемого элемента в скважи нах 104/1 и 104/2 близок по своему характеру, т.е. здесь загрязнение выглядит в виде зоны с плавным увеличением содержания с глубиной. В скважине же 104/3 характер распределения радиоцезия иной и характеризуется резкими переходами от нулевых со держаний к аномальным. Вероятнее всего, это связано с тем, что скважина 104/3 не пе ресекла всю зону влияния ядерного взрыва и при дальнейшей ее проходке до проектной глубины (250 м) возможно обнаружение каких-то новых форм распределения.

Аналогичный результат получен при обработке данных гамма-каротажа. При этом по скв. 104/1 интенсивность гамма-поля, в среднем, уменьшилась от 57 до 46 и 42 мкР/час, соответственно, в 2009, 2010 и 2011 годах. В скв. 104/2 наблюдается тот же процесс, здесь гамма-поле изменялось от 24 до 19 и 18 мкр/час, соответственно. В обо их случаях интенсивность уменьшается, примерно, на 75 %.

На основании приведенного материала можно предположить, что происходит миграция радиоцезия под воздействием гидрогеологических факторов в общем контек сте миграционных процессов.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ЭКОСИСТЕМ ГОРОДОВ АЛТАЯ А.И. Гусев, Ф.Б. Бакшт Томский политехнический университет, Россия E-mail: anzerg@mail.ru, baksht@yandex.ru Доминанта в спектре тяжёлых металлов в экосистемах Алтайских городов опре деляется преобладающими полютантами, поступающими в окружающую среду из раз личных источников загрязнения промышленной инфраструктуры и приобретающими кумулятивный эффект воздействия на биоту. Выделяются три основных типа экосистем городов на Алтае:

1. Экосистемы городов с преобладанием выбросов промышленных предприятий военно-промышленного комплекса (Бийск).

2. Экосистемы городов с преобладанием выбросов промышленных предприятий тяжёлого машиностроения и энергетики (Барнаул, Рубцовск).

3. Экосистемы городов с преобладанием выбросов горнодобывающих и горно обогатительных предприятий (Змеиногорск, Горняк, Весёлая Сейка, Акташ).

Высокая информативность оценки экологического состояния городов Алтая обес печена высокочувствительной биогеохимической съёмкой с использованием рентгено радиометрической аппаратуры (РРА) типа NOKKIA (г. Санкт-Петербург, ЛГУ), кото рая позволяет изучать рентгеновские спектры анализируемых проб на широкий круг химических элементов. На первом этапе пробы сухих листьев анализировались с по мощью РРА. Анализируемый слой составляет первые микроны поверхности, где кон центрируется большая часть тяжёлых металлов, накопленных растениями за период от появления листьев до их сбора. На втором этапе анализировались озолённые пробы ли стьев и коры растений методом ICP-ms на широкий спектр элементов в аналитическом центре ИМГРЭ (г. Москва).

При рассмотрении источников поступления элементов в растения установлено, что наиболее интенсивно тяжёлые металлы поглощаются из газовой фазы, слабее – из раствора и еще слабее – из твердой фазы – почвы [9].

Сравнительный анализ экосистем городов выполнен по выявлению парагенетиче ских ассоциаций элементов в опробованных растениях с наибольшим числом (200– проб) проанализированных проб (тополя и полыни) для обеспечения репрезентативно сти полученных результатов методом главных компонент факторного анализа. Как из вестно, последний в наибольшей степени соответствует смыслу парагенетического ана лиза [8, 17]. Об этом свидетельствует структурное единство модели, описывающей по ведение химических элементов системы при изменении внешних условий, и модели метода главных компонент:

Xi = Wij Zj, где Zj – значения j-го фактора;

Wij – факторная нагрузка j –го фак тора на i-ю переменную;

(i=1,2,3,…, m;

j= 1,2,3, …, r;

rm).

В первом типе экосистем тяжёлые металлы поступают во все среды и имеют спе цифический набор парагенных ассоциаций элементов. Расчёт факторных нагрузок для наших данных по выборкам анализов для коры тополя и травы полыни выглядит сле дующим образом:

Ф I тополя, D=42 %, Zn 0,95 Mo 0,86 Sn 0,61 Sr 0,52 P 0,48 Pb 0, Ф I полыни, D=39,2, Ag 0,81 Zn 0,77 P 0,72 Mo 0,62 Pb 0,57 Cu 0, Где Ф I – факторные нагрузки первого порядка, D – вклад факторных нагрузок в процентах (при 95 % уровне значимости).

Полученные результаты показывают, что выявленные парагенетические ассоциа ции в растениях промышленной зоны г. Бийска отражают комплексы химических эле ментов, имеющих техногенную природу, а конкретные значения факторов ранжирова ны по степени увеличения коэффициентов биологического накопления (или аномаль ности) в опробованных растениях. Парагенные ассоциации химических элементов в коре тополя и траве полыни имеют черты сходства и различий. У них имеются общие ассоциации элементов (Zn, Mo, P, Pb), а также специфические, характерные отдельно для тополя (Sr, Sn) и для полыни (Ag, Cu).

Для второго типа экосистем (Барнаул) факторные нагрузки и парагенные ассо циации тяжёлых металлов для тех же растений вырисовываются в следующем виде:

Ф I тополя, D=49 %, P 0,98 Zn 0,95 Sr 0,88 Cu 0,73 В 0,62 Mo 0,46 Pb 0,42 Hg 0, Ф I полыни, D=47,6 %, P 0,94 Mo 0,82 Cu 0,63 В 0,60 Zn 0,57 Mn 0,51 Sr 0, Как видно из приведенной формулы, в коре тополя экосистемы Барнаула, в отли чие от Бийска, появились бор, ртуть и отсутствует олово, а важнейшую роль в формуле приобрёл фосфор. Причём, последний элемент доминирует и в полыни. В парагенной ассоциации последней появились марганец, стронций и выпало из перечня серебро.

Наиболее опасные загрязнения вызваны деятельностью горнодобывающих предприятий.

На Алтае известны различные горнорудные предприятия, оказывающие значи тельное техногенное влияние на природные экосистемы: Синюхинское золото-медное скарновое, Золотушинское и Змеингорское золото-колчеданные барит полиметаллические, Калгутинское молибден-вольфрамовое кварцево-грейзеновое, Ак ташское, Чаган-Узунское ртутнорудные и другие [10]. Некоторые из них существуют и действуют ещё с 18 века (Золотушинское, Змеиногорское), вокруг них были созданы посёлки и техногенное воздействие на экосистемы в процессе отработки и обогащения руд создали весьма напряжённую обстановку со значительным загрязнением почв, донных отложений малых рек. Загрязнение тяжёлыми металлами природных систем привело к тому, что опасные концентрации металлов вошли в цепь питания: растения животные-человек.

При биогеохимической съёмке в районе посёлка Весёлая Сейка с известным Си нюхинским золото-медным скарновым месторождением было отобрано 4000 биогео химических проб по профилям (расстояние между профилями – 200 м., шаг опробова ния по профилю – 10 м.) из наиболее распространённых растений в рудном поле (мхов, папоротников, осоки, мать-и-мачехи). В дальнейшем анализ проводился по всем пред варительно высушенным растениям только на элементы-индикаторы. Следует отме тить, что концентрации таких элементов, как медь, серебро, висмут, сурьма в некото рых растениях в районе рудных тел на порядок и более превышали таковые на участках безрудного пространства. Другим важным свидетельством аномально высоких концен траций тяжёлых металлов в надрудном пространстве является отсутствие лишайников в этих местах, которые чутко реагируют на повышенные концентрации металлов и в почве, и в диффузионных геохимических ореолах.

Результаты анализа проб, отобранных в районе посёлка Весёлая Сейка, сведены в табл.1.

Таблица Содержания элементов-индикаторов (%) и значения коэффициентов концентрации в растениях в районе посёлка Весёлая Сейка Ср. состав Мох, Папоротник, Осока, Мать-и-мачеха, в золе Эле- наземн.

n=155 n= 163 n = 95 n= менты растений С Кк С Кк С Кк С Кк Сср Fe 3,3 4,1 2,1 2,6 2,0 2,5 2,2 2,75 0, Cu 0,015 7,5 0,013 6,5 0,013 6,5 0,014 7,0 0, Zn 0,009 3,0 0,0005 1,67 0,004 1,33 0,006 2,0 0, Pb 0,0011 2,75 0,009 2,2 0,008 2,0 0,001 2,5 0, As 0,0007 2,33 0,0005 1,67 0,0005 1,67 0,0006 2,0 0, Zr 0,0006 1,5 0,0005 1,25 0,0005 1,25 0,0004 1,0 0, Sr 0,05 1,67 0,04 1,33 0,03 1,0 0,03 1,0 0, Ag 0,0002 10,0 0,00007 3,5 0,00007 3,5 0,00008 4,0 0, Bi 0,0007 17,5 0,0005 12,5 0,0004 10,0 0,00032 8,0 0, Sb 0,0012 3,0 0,001 2,5 0,0011 2,75 0,0011 2,75 0, Сd 0,00014 2,8 0,0001 2,0 0,00011 2,2 0,0001 2,0 0, Co 0,0019 4,75 0,0014 3,5 0,0012 3,0 0,0013 3,25 0, Примечание. Коэффициент концентрации Кк – есть отношение содержаний элемента в пробах растений (С) в районе посёлка Весёлая Сейка к среднему содержанию в золе наземных расте ний (Сср) по А.И. Перельман [15];

n – количество проанализированных проб по каждому виду растений.

Анализ закономерностей концентраций элементов в растениях показывает, что наибольшие концентрации тяжёлых металлов обнаруживаются во мхах, а наименьшие – в мать-и-мачехе. Обращает на себя внимание очень высокий коэффициент концен трации висмута почти во всех растениях, что намного превышает приводимые оценки по литературным данным [15]. Вероятно, это объясняется тем, что в анализируемом районе наряду с высокими концентрациями висмута в рудах месторождения имеют ме сто и благоприятные факторы гипергенного перевода этого металла в легкораствори мые формы, что способствует его повышенной миграционной способности в диффузи онных ореолах с последующей фиксацией в растениях в аномально высоких концентрациях.

Расчёт факторных нагрузок для наших данных по выборкам анализов для наибо лее представительных по объёму выборок мха (n=155) и папоротника (n=163) в районе посёлка Весёлая Сейка выглядит следующим образом:

Ф I мха, D=61%, Bi 0,96 Ag 0,88 Cu 0,61 Co0,53 Fe 0, Ф I папоротника, D=49,8, Bi 0,78 Cu 0,63 Ag 0,51 Co0,51 Fe 0, Полученные результаты в сопоставлении с данными табл.1 показывают, что вы явленные парагенетические ассоциации отражают комплексы химических элементов, имеющих природную дисперсию содержаний тяжёлых металлов в диффузионных гео химических ореолах, а конкретные значения факторов ранжированы по степени увели чения коэффициентов концентрации или биологического накопления (или аномально сти в опробованных растениях). Парагенные ассоциации химических элементов во мхе и папоротнике имеют черты сходства и различий. У них имеются общие ассоциации элементов (висмут, серебро, медь, кобальт, железо), однако вклад факторных нагрузок и величины их в анализируемых растениях различны. Особенно контрастное различие в фиксации тяжёлых металлов намечается для мха и папоротника по таким элементам как медь и серебро. Если в папоротнике больше концентрируется меди, то во мхе – се ребра, что подтверждается их различным положением в иерархическом ряду фактор ных нагрузок.

Вблизи карьеров, расположенных на окраинах посёлка Весёлая Сейка, а также в районе хвостохранилища, у хвои сосны часто наблюдается заболевание – ауксобилия, проявляющаяся в резко укороченной длине хвоинок и укороченных веточках. Проведе но сравнение состава тяжёлых металлов в поражённой болезнью хвое и хвое сосны за пределами влияния золото-медно-скарнового оруденения (район селения Чоя) (табл. 2).

Таблица Содержания элементов-индикаторов (%) и значения коэффициентов концентрации в хвое фонового участка и хвое поражённой ауксобилией Хвоя, поражённая Хвоя фонового участка (район Средний состав в ауксобилией, села Чоя), золе наземных Элементы растений n=15 n= С Кк С Кк Сср Fe 3,8 4,75 1,3 1,6 0, Cu 0,03 15,0 0,001 0,5 0, Zn 0,011 3,7 0,004 1,3 0, Pb 0,0018 4,5 0,0003 0,75 0, As 0,0011 3,7 0,0002 0,67 0, Zr 0,0009 2,2 0,0003 0,75 0, Sr 0,08 2,7 0,01 0,33 0, Ag 0,0009 50,0 0,00002 1,0 0, Bi 0,0010 25,0 0,00002 0,5 0, Sb 0,0019 4,75 0,00003 0,075 0, Сd 0,00017 3,4 0,00003 0,6 0, Co 0,0020 5,0 0,0003 0,75 0, Hg 0,00003 15,0 0,00002 1,0 0, Полученные данные указывают на то, что в сравнении с концентрациями тяжёлых металлов с фонового участка в хвое, поражённой ауксобилией, наблюдается значитель ное накопление таких элементов, как Fe, Cu, Zn, Pb, As, Zr, Sr, Ag, Bi, Sb, Cd, Co, Hg.

При этом, повышенные концентрации элементов в хвое, поражённой ауксобилией, в основном, отражают повышенные концентрации их в рудах. Аномально высокое нако пление ртути в поражённой хвое, вероятно, связано с рассеянием ртути в результате процессов цианирования при извлечении золота.

Для экосистем с барит-полиметаллическим колчеданным оруденением (Змеино горск) парагенные ассоциации целиком определяются составом добываемых полиме таллических руд из золото-колчеданных барит-полиметаллических месторождений (Змеиногорское, Корбалихинское, Среднее, Петровское и другие), где опробованы ли стья тополя и полыни.

Ф I тополя, D=52,4 %, Ba 0,97 Cu 0,93 Zn 0,91 Pb 0,89 Sr 0,88 Ag 0,81 Cd 0,60 Mo 0,46 Tl 0, Ф I полыни, D=44,5, Ba 0,92 Ag 0,91 Cd 0,85 Zn 0,81 Pb 0,69 Cu 0,53 Sr 0,48 Mo 0,42 Tl 0, Значительную роль в парагенетических ассоциациях тяжёлых металлов в обоих растениях получили барий, медь, серебро, кадмий, таллий. Последние два элемента яв ляются примесями в рудах, тем не менее, они оказались важными полютантами, по глощаемыми растениями. Для г. Горняк, где отмечено рождение «жёлтых детей» (по ражение печени на генном уровне), факторные нагрузки и парагенные ассоциации тя жёлых металлов представлены в следующем виде:

Ф I тополя, D=59,9 %, Hg 0,98 Pb 0,96 Ba 0,95 Ag 0,92 Cu 0,90 Ti0,87 Zn 0,86 Mo 0,60 Cd 0,41 Tl 0, Ф I полыни, D=48,8, Pb 0,99 Ba 0,92 Hg0,90 Ag 0,88 Cu 0,73 Cd 0,71 Zn 0,61 Mo 0,42 Tl 0,29 Ti0, В районе пос. Акташ, где проводилась добыча киноварных руд на протяжении более 50 лет, их обогащение, а затем несанкционированное захоронение ртутьсодер жащих отходов, также сложилась неблагоприятная экологическая ситуация с загрязне нием почв, почвогрунтов, донных отложений реки Ярлыамры, воздушной среды. При этом в почвах содержания ртути превышают ПДК от 92 до 1401 [16, 18].

Нами в посёлке Акташ опробованы также листья тополя и полыни. Значения фак торных нагрузок для указанных растений выглядят следующим образом:

Ф I тополя, D= 45,7 %, Hg0,96 Zn0,87 Pb079 Cu0,65 As0,58 Sb0,53 Ni0, Co0,41Li0,39 Bi0,34.

Ф I полыни, D= 46,9 %, Hg0,94 Zn0,84 Pb077 Cu0,63 As0,55 Sb0,51 Ni0, Co0,45Li0,40 Bi0, В вышеуказанном сравнении проведено исследование и сопоставление средних концентраций по большому числу выборок по трём типам экосистем. Надо отметить, что в пределах каждой экосистемы отмечаются значительные вариации в спектрах аномальных элементов. Так, в центре г. Бийска установлены аномальные показатели по свинцу, кадмию, цинку, меди, кобальту в почве и листьях различных растений, которые связаны с высокой многолетней нагрузкой на окружающую среду движения автотранс порта на отрезке автовокзал – Центр и обусловлен значительной загазованностью этой территории и выбросом в атмосферу тетраэтилсвинца и других тяжёлых металлов с выхлопными газами.

Близкая картина отмечена для центра, района железнодорожного вокзала и авто вокзала, а также в районе «Потока» в экосистеме Барнаула. В отличие от Бийска в эко системе Барнаула аномальные значения приобретают элементы первого класса опасно сти – ртуть и бериллий [11].

В экосистеме Бийска в районе полигона по сжиганию ракетного топлива в июле и августе месяце 2004 года произошло интенсивное пожелтение листвы на тополях и бе рёзах (к северо-западу и к северо-востоку от полигона) после очередных сжиганий. Де фолиация лиственных деревьев и кустов произошла в середине августа. Пробы хвои сосны, а также листьев берёзы и тополя в этом районе оказались с аномальными кон центрациями марганца, алюминия, ртути, кобальта, хрома, стронция. Близкий перечень аномальных элементов зафиксирован и в полыни. В ней, помимо вышеуказанных эле ментов, высокие концентрации отмечены также для свинца, цинка и бария.



Pages:     | 1 |   ...   | 21 | 22 || 24 | 25 |   ...   | 26 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.