Эколого-гидрохимическая оценка подземных вод Ингулецкого железорудного района

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эколого-гидрохимическая оценка подземных вод Ингулецкого железорудного района

Н.В. Кушинов

А.В. Романенко

О.И. Ярец

Д.А. Шевченко

В последние десятилетия антропогенное воздействие на окружающую среду привело к существенному загрязнению гидросферы, что требует должного внимания к характеру и степени техногенеза на экологическое качество подземных и поверхностных вод.

Рассмотрим данную проблему на примере Ингулецкого железорудного района. Для проведения эколого-гидрохимической оценки его подземных вод вначале проанализируем геолого-тектоническое строение юга Кривбасса.

На юге Криворожского железорудного бассейна выделена Лихмановская синклиналь, которая субмеридионально простирается на 30 км по длинной оси. Ее трактуют [4,5] как конседиментационную межкупольную структуру, унаследованную от Широковского зеленокаменного пояса. С запада она ограничена Ингулецким валом, а с востока Милорадовским гранитогнейсовым куполом архейского возраста. В обрамлении этих архейских структур заложилась Лихмановская синклиналь, характеризующаяся центриклинальным на юге и моноклинальным на севере залеганием. В пределах Лихмановской синклинали выделено одноименное рудное поле, сложенное породами и рудами Криворожской серии нижнего протерозоя. Особенности пространственного развития Лихмановского рудного поля определялись межкупольной тектоникой и наложившейся на них влияние Криворожско-Кременчугского глубинного разлома, выразившегося в срезании западного крыла Лихмановской синклинали и усилении сжатия ее с юго-востока на северо-запад.

Ингулецкое месторождение железных руд приурочено к замковой части Лихмановской синклинали. Последняя своей южной частью выходит на поверхность кристаллических пород фундамента под наносы. Здесь она представляет собой открытую складку коробчатой формы, погружающуюся на север под углом 23° на глубину 1400 м. Синклинальная структура осложнена более мелкой разнопорядковой складчатостью вплоть до плойчатости, разбитая многочисленными продольными и поперечными разломами различной величины.

С запада Ингулецкое железорудное месторождение ограничено Западным субвертикальным разломом. Сложное тектоническое строение Лихмановской синклинали обусловило сложный состав железных руд и сложный эколого-гидрохимический состав подземных вод.

Подземные воды месторождения приурочены к двум комплексам пород: верхнему палеоген-четвертичного возраста и нижнему нижнепротерозойского возраста. Питание подземных вод за счет атмосферных осадков. Запасы верхнего водоносного горизонта полностью сработаны, а запасы нижнего горизонта сработаны до горизонта - 850 м. Эпигнозная и прогнозная оценка экологического качества подземных вод выполнена по результатам эколого-гидрохимических наблюдений, выполненных силами ОАО “ИнГОКа” за период 1966-2006 гг.

До начала техногенеза [1] геолого-гидрогеологический разрез месторождения, расположенного в правом борту долины р. Ингулец, был следующим. В верхней части его залегали сверху вниз: лессы четвертичного возраста, известняки с прослойками глин неогенового возраста (понтический и сарматский ярусы) и толща глин с прослоями песков палеогенового возраста (харьковская, киевская и бучакская свита). Отложения палеогена являются водоупором для всего верхнего водоносного комплекса пород. Мощность палеоген-четвертичного разреза - 50-90 м. Воды верхней части разреза (неоген-четвертичного возраста) безнапорные. Воды бучакской свиты напорные с напором 26,5 -42,5 м.

Безнапорный водоносный горизонт неоген-четвертичного возраста сульфатно-хлоридно-го, хлоридно-сульфатного, кальций-натриево-го, магний-кальциевого типа. Коэффициент фильтрации - 0,0002 - 31,2 см/сутки. Общая минерализация воды -1-14 г/л.

Напорные воды палеогена хлоридно-сульфатного типа с минерализацией - 0,7-1,4 г/л. Коэффициент фильтрации песчаных пород -16,2 м/сутки, а в глинистых породах - 0,0001 м/сутки.

Верхний водоносный комплекс пород, распространенный в пределах карьерного поля, в настоящее время повсеместно разрушен зонами обрушения, провалов и сдвижения над подземными горными выработками (рисунок 1), пройденными с обрушением кровли. Зона обрушения и сдвижения более 200 тыс.м3. Коэффициент фильтрации атмосферных осадков в этой зоне - 95 м/сутки и более.

Ниже осадочного водоносного комплекса пород залегает сложный комплекс пород криворожской серии нижнего протерозоя, представленный железистыми кварцитами, различными железистыми сланцами и железными рудами. Мощность его до 1400 м. В нижней части разреза выделен тальковый горизонт. Мощностью от нескольких метров в западном крыле Лихмановской синклинали до 110 м в восточном крыле синклинали. Он, как и вся синклиналь погружается на север. Коэффициент фильтрации талькового горизонта 0,0001 м/сутки.

Нижний водоносный комплекс пород и руд имеет сложное геологическое, тектоническое, структурно-морфологическое, физико-механическое, минералогическое и геохимическое строение. Все эти особенности обусловили сложное эколого-гидрохимическое состояние подземных вод криворожской серии.

Железистые породы и руды Лихмановской синклинали в верхней части разреза повсеместно окислены до состояния выщелочных бурых железняков, лимонита. Ниже по разрезу они постепенно сменяются гематитовыми, мартитовыми, мартит-гематитовыми, гематит-мартитовыми рудами. Железистые кварциты в ненарушенном состоянии очень плотные с коэффициентом фильтрации 0,1 м/сутки. Железистые руды пористые, трещиноватые, сыпучие с коэффициентом фильтрации до 90 м/сутки. Последние наиболее четко выражены и пространственно тяготеют к тектоническим зонам Лихмановской синклинали. Глубина зоны окисления железной руды прослеживается до горизонта - 650 м. Ниже горизонта - 650 м описываемой структуры зона окисления сменяется зоной карбонатного метасоматоза с образованием карбонатно-магнетитовых руд.

Физико-химическая среда железистых руд обусловлена поступлением атмосферных осадков вдоль ослабленных тектонических зон. Атмосферные воды в процессе окисления железистых минералов обогащались продуктами их окисления. В них резко возросла минерализация до 50-66 г/л. Сумма катионов калия + натрия составляет 21,2-40 г/л. Содержание сульфат - иона достигает 1850 мг/л, хлор - ион составляет 38,6 г/л. Как видим (таблица) это сильно соленые воды хлоридного, хлоридно-натриевого, хлоридно-сульфатного состава. Они были встречены только в западном крыле Лихмановской синклинали вдоль Западного разлома (5-43 маркшейдерские оси). Здесь они более застойные, местами образуют изолированные камеры, вскрытые при отработке.

Результаты химических анализов подземных вод Ингулецкого железорудного месторождения

В восточном крыле Лихмановской синклинали подземные воды менее минерализованные (5-12 г/л), чем в западном. Таким образом, выявлена зональность подземных вод Ингулецкого железорудного месторождения, сработка которых отразилась на качестве воды р. Ингулец (см. таблицу).

В пределах Ингулецкого железорудного района, начиная с конца ХІХ до начала XX столетия пройдено большое количество (см. рисунок 1) горных выработок, сработавших запасы подземных вод. В начальные этапы эксплуатации месторождения, до конца Великой Отечественной войны, сработаны в основном подземные воды осадочного комплекса пород залегающие до глубины 80-90 м. В послевоенные годы с развитием горнорудной индустрии глубокими шахтами сработали запасы подземных вод нижнего водоносного комплекса пород.

До глубины - 850 м вдоль Западного разлома сработаны до 1983 г. сильно соленые подземные воды. На поверхность поднято с 1966 по 2006 гг. и сброшено в поверхностные воды р. Ингулец миллионы тонн солей железа, хлоридов и сульфатов. Были загрязнены не только поверхностные воды р. Ингулец до впадения ее в р. Днепр, но и загрязнена вся оросительная система юга Украины. Минерализация воды в р. Ингулец (см. таблицу 1) в то время составила около 8 г/л, значительно превышали ПДК хлориды и сульфаты. С 1984 г., после отработки запасов подземные воды в пределах Западного крыла Лихмановской синклинали, на поверхность поступали воды с гораздо меньшей засоленностью (рисунок 2).

После “мокрой консервации” шахты «Центральная», заполнилась опресненной водой депрессионная воронка подземных вод с объемом емкостных ресурсов свыше 21 млн. м3. В депрессионную воронку поступали атмосферные осадки и перетекали опресненные воды из ранее отработанных шахт и карьеров не только ОАО “ИнГОКа” но и ЮГОКа, НКГОКа.

Гидравлическая связь подземных вод юга Кривбасса, после отработки запасов железных руд, резко улучшилась. После заполнения депрессионной воронки подземными водами засоленность в них резко упала до 1,5 г/л (см. рисунок 2). Затем на Ингулецком месторождении произошло незначительное увеличение их минерализации, за счет подтока подземных вод из железистых пород и руд. В целом к настоящему времени сформировался новый горизонт подземных вод на юге Кривбасса. Экологическое качество его значительно выше первоначального. Выполненный нами прогноз экологического качества подземных вод до 2017г. поступающих в карьер ОАО “ИнГОКа”, показал стабильный их солевой состав на уровне 5 г/л. Улучшение экологического качества подземных вод повлекло за собой и улучшение экологического качества поверхностных вод р. Ингулец (см. таблицу).

Выше приведенные данные по Ингулецкому месторождению свидетельствуют о формировании подземных вод в Кривбассе нового экологического качества [2,3]. В этой связи возникает необходимость в постановке научно-исследовательских работ по оценке экологического качества подземных вод на всех горнорудных объектах Кривого Рога.

Из анализа полученных результатов вытекают весьма важные экологические и технологические аспекты по управлению эколого-гидро-геологической ситуации и обеспечению эффективности и безопасности горных работ. Эколого-гидрохимическое качество в водоотливе карьера ОАО “ИнГОКа” зависит от инфильтрационного питания (или атмосферного, в пределах площади карьера), чем обуславливает надежные предпосылки для технологического регулирования сброса воды в р. Ингулец. Учитывая фильтрационную изолированность реки и технологического комплекса добычи руд (карьер, шламохранилище) правомерна постановка задачи выделения доминирующих источников изменения природного эколого-гидрохимического фона р. Ингулец.

По нашему мнению, данные исследования дают перспективу окончательного регулирования технологических и правовых аспектов эколого-гидрохимической проблемы в Кривбассе.

Перечень ссылок

экологический подземный вода атмосферный

1. Адаменко О., Рудько Г. Економічна геологія. - Київ: Манускрипт, 1997. - 348 с.

2. Екологія і закон. Екологічне законодавство України. - Київ: Хрінком інтер, 1998.- Книга 1. - 701 с.

3. Охрана окружающей среды. Учебн. для техн. вузов под ред. С.В. Белова. 2-е изд. испр. и дополн. М.: Высшая школа, 1991.-319 с.

4. Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых. Изд. второе. - М.: Недра. 1969.-685 с.

5. Усенко И.С., Щебакова И.Б., Сироштан Р.И. и др. Метаморфизм Украинского щита. - Киев: Наукова думка, 1982. - 308 с.

Размещено на Allbest.ru