Оценка воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду и природных рисков освоения рудных месторождений Камчатки

Глава 5. Оценка воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду

Oосновными видами антропогенного воздействия при проведении ГРР на рудных месторождениях являются механические нарушения ландшафтов и загрязнение компонентов окружающей среды от техногенных источников.

Механические нарушения ландшафтов связаны с проходкой поверхностных и подземных горных выработок, устройством площадок под буровые установки, прокладкой временных дорог, бытовыми и хозяйственными постройками. При проходке горных выработок и прокладке дорог происходит полное уничтожение растительно-почвенного покрова на площади, равной их сечению. Гибель растительности и частичная деградация почв происходит под отвалами канав и штолен, а также в результате развития эрозионных и обвально-оползневых процессов, спровоцированных геологоразведочными работами.

В результате анализа фондовых материалов, полевых наблюдений и картографирования были определены площади механических нарушений различной интенсивности и их отношения к общей площади изученных месторождений (табл.2).

Таблица 2. Площади механических нарушений ландшафтов при разведке месторождений

Анализ полученных данных показал, что нарушенность ландшафтов (отношение общей площади механических нарушений к площади месторождения) и интенсивность нарушений (отношение площади полностью нарушенных ландшафтов к общей площади нарушений) зависят от двух факторов: ландшафтных условий и методики разведки.

Ландшафтные условия влияют на общую площадь механических нарушений. В ландшафтах месторождений, расположенных в зоне интенсивных пеплопадов (Кумроч, Родниковое, Асача) площади, погребенные под отвалами канав и траншей, значительно выше, чем в зоне умеренных и слабых пеплопадов (Кирганик, Шаромское) из-за большей мощности вскрышных пород. Максимальной мощности (4-6 м) рыхлые образования достигают в ландшафтах предгорий, вследствие чего разведка месторождений в таких условиях приводит к самым большим по площади механическим нарушениям (Асача). В районах с интенсивно расчлененным высокогорным рельефом дополнительным фактором, приводящим к двукратному увеличению общей площади механических нарушений, является прокладка подъездных дорог-серпантинов (Кумроч, Родниковое). Развитие экзогенных процессов, спровоцированных проведением геологоразведочных работ, наиболее ярко проявляется в районах с расчлененным высокогорным рельефом. На месторождениях Кумроч, Родниковое процессы размыва техногенных отвалов канав привели к существенному увеличению площадей, на которых почвы и растительность погребены под грязевыми потоками и шлейфами из вулканических пеплов. Там же и на месторождении Кирганик развиваются оползневые и осыпные процессы при подрезке склонов канавами.

Методика разведки влияет на интенсивность механических нарушений. При разведке золоторудных месторождений с поверхности плотность размещения горных выработок выше как за счет сгущения сети канав, так и за счет проходки траншей, которые не используются при разведке меднорудных объектов. Кроме того, при разведке золоторудных месторождений на глубину обязательна проходка штолен, в то время как медные объекты разведываются бурением. Указанные различия приводят к увеличению объемов горных работ и интенсивности механических нарушений ландшафтов: на золоторудных месторождениях она в 1,3-2 раза выше, чем на меднорудных. Минимальной интенсивностью характеризуются механические нарушения ландшафтов при разведке россыпных месторождений, где основные объемы приходятся на проходку шурфов и скважин.

Выявленные закономерности позволяют определить следующий ряд воздействия ГРР на ландшафты (по возрастанию нарушений и интенсивности): горно-тундровые ландшафты в зоне умеренных и слабых пеплопадов – лесные ландшафты в зоне умеренных и слабых пеплопадов – лесные ландшафты в зоне интенсивных пеплопадов – горно-тундровые ландшафты в зоне интенсивных пеплопадов. В одинаковых ландшафтных условиях механические нарушения на золоторудных месторождениях больше, чем на меднорудных.

Естественное восстановление нарушенных горно-тундровых ландшафтов месторождений (Кирганик, Родниковое) происходит очень медленно. Через 15-30 лет после окончания ГРР нарушения в незначительной степени нивелируются в результате осыпания и оплывания бортов канав и слабого зарастания редкой рудеральной растительностью. Более благоприятная обстановка наблюдается в горно-лесных (Шаромское, Асачинское) и лугово-лесных ландшафтах (россыпь р.Ольховой), где восстановление происходит гораздо быстрее и проявляется в интенсивном зарастании и нивелировании нарушенных площадей.

Загрязнение окружающей среды. В районах разведанных месторождений основным видом является загрязнение окружающей среды химическими элементами, входящими в состав руд. Подчиненное значение имеет загрязнение нефтепродуктами, буровыми растворами, металлоломом, строительным и бытовым мусором.

Источники техногенного загрязнения . Основными источниками техногенного загрязнения химическими элементами являются отвалы канав и штолен. Состав химических элементов (табл.3), концентрирующихся в отвалах канав на золоторудных месторождениях практически идентичен составу природных геохимических аномалий в почвах. На меднорудных объектах он расширяется за счет Pb, Zn, Ni, Cr, Mo, Co, V (Кс=2-4), которые не образуют аномалий в почвах из-за невысоких концентраций этих примесей в медных рудах.

Таблица 3. Ассоциации химических элементов в источниках загрязнения

В штольневых отвалах золоторудных месторождений появление в составе дополнительных загрязнителей связано не только с меньшим разубоживанием рудного материала по сравнению с отвалами канав, но и с вертикальной зональностью коренного оруденения. На месторождении Родниковое в отвале штольни 1 (нижнерудный уровень) в концентрированном состоянии присутствуют Te, Mn, Sr, которые не входят в состав ассоциаций загрязнителей отвалов канав и штольни 2, вскрывающих верхнерудные горизонты. На месторождении Кумроч гипсометрически выше абсолютных отметок 800 м в отвалах канав, вскрывающих малосульфидные руды верхних горизонтов, в ассоциацию элементов-загрязнителей входят As, Pb, Hg, Sb. Гипсометрически ниже этого уровня сульфидность руд возрастает, в составе ассоциации элементов-загрязнителей появляются Cu, Zn, Co, Mo, Mn, Bi, исчезает Sb, уменьшаются концентрации As. Выявленные закономерности изменения состава загрязнения характерны для районов месторождений с резко расчлененным рельефом.

Согласно выполненным расчетам в техногенных отвалах на золото-сульфосольных месторождениях (Асача, Родниковое) наиболее высокие коэффициенты концентрации имеют As и Hg; на золото-полисульфидных (Кумроч) – As, Pb, Cu, Zn, Co; на меднорудных – Cu.

В отвалах штолен степень концентрации химических элементов выше, чем в отвалах канав, что характеризует их как более опасные источники загрязнения. На Асачинском месторождении: As – Кс=28, Hg – Кс=15 (отвалы штольни), As – Кс=2,4, Hg – Кс=2,1 (отвалы канав); на Родниковом месторождении: Hg – Кс=63, As – Кс=30 (отвал штольни 1), Hg – Кс=16 As – Кс=16 (отвал штольни 2), As – Кс=10, Hg – Кс=3,5 (отвалы канав).

Опасность техногенных отвалов как источников загрязнения связана не только с валовыми концентрациями химических элементов, но и с формами их нахождения. На золото-сульфосольных объектах из-за невысокой концентрации основных загрязнителей изучение форм нахождения проводилось методом последовательных вытяжек (были изучены формы нахождения Pb, Zn, Cu). Главным критерием, по которому проводилось сопоставление источников загрязнения, являлся % извлечения химического элемента всеми вытяжками и доля его подвижных форм (сорбированной и органической).

На Асачинском месторождении общий % извлечения химических элементов последовательными вытяжками из проб с штольневого отвала по Pb и Zn выше, чем из проб с отвалов канав, по Cu - ниже (табл.4). Основная часть Pb, Zn и Cu в отвалах канав, Zn и Cu в отвалах штолен представлена неизвлекаемым остатком, который составляют преимущественно силикатные формы. В штольневом отвале для Pb основной является ферриформа. Доля подвижных форм Pb и Zn в отвалах канав составляет менее 1,5 %, Cu – 12,5 % (большая часть приходится на ее органометаллические соединения).

Таблица 4. Формы нахождения Pb, Cu, Zn в техногенных образованиях на золото-сульфосольных месторождениях по данным последовательных вытяжек (в %)

Хими- ческий эле-мент	Асачинское месторождение
	Штольневой отвал					Отвалы канав
	Сорби-рован-ная	Органи- ческая	Карбо-натная	Ферри-форма	% извле-чения	Сорби-рован-ная	Органи-ческая	Карбо-натная	Ферри-форма	% извле-чения
Cu	9	1.5	0.5	8.2	19.2	0.3	12.3	2.0	12.3	26.9
Zn	4.8	0.3	0.2	7.5	12.7	1.2	0.35	0.2	5.3	7.1
Pb	18	-	3.4	45	66.4	-	-	4.3	27.3	31.6
Родниковое месторождение
Cu	0.1	3.8	5.9	18.8	28.6	0.3	18	3.2	27	48.5
Zn	0.3	0.1	7.1	13.9	21.4	1.2	0.4	0.1	14.2	15.9
Pb	-	-	21.4	28.8	50.2	-	-	3.4	53	56.4

В отвалах штолен доля подвижного Pb, представленного его сорбированными формами, выше, чем Cu и Zn. Основной подвижной формой Cu и Zn также является сорбированная.

На Родниковом месторождении общий % извлечения химических элементов из проб техногенных образований выше, чем на Асачинском (табл. 4). Несмотря на то, что доля ферриформ Zn и Cu в отвалах канав и штолен в 2 раза выше, чем на Асачинском месторождении, большая часть этих химических элементов также заключена в неизвлекаемом остатке (предположительно в силикатных формах). Большая часть Pb в отвалах канав представлена ферриформами, в отвалах штолен находится в неизвлекаемом остатке. Отличительной особенностью Родникового месторождения является значительное увеличение доли карбонатных форм Pb, Zn и Cu в штольневых отвалах (для Pb карбонатная форма – одна из основных). При этом доля подвижного Pb, Zn и Cu в них очень низкая (от <0.1% Pb до 3,9 % Cu) и практически отсутствуют сорбированные формы. В отвалах канав подвижных форм Pb и Zn менее 1,5 %, Cu – 18%. Практически вся подвижная медь связана с органическим веществом.

Причиной наблюдаемых различий в формах нахождения рассматриваемых элементов, входящих в состав однотипных руд, является состав формирующихся кор выветривания на поверхности штольневых отвалов. На Асачинском месторождении основным минералом в штольневом отвале является кварц, входящий в состав руд и околорудных кварц-пирит-калишпат-гидрослюдистых метасоматитов. На Родниковом месторождении отвалы состоят из кварца и кальцита примерно в одинаковых пропорциях. В результате выветривания на поверхности отвала Асачинского месторождения формируется кора выветривания силикатного типа (рис. 1), содержащая глинистые минералы: монтмориллонит, галлуазит, нонтронит, которые образуются преимущественно за счет околорудных метасоматитов. На поверхности штольневых отвалов Родникового месторождения формируется кора выветривания карбонатного типа (рис.1).

Формирование кор выветривания сопровождается выносом-накоплением рудных элементов (отношение содержаний на поверхности и внутри отвала характеризуют коэффициенты выноса К_в<1 и накопления К_н>1). Воздействие атмосферных осадков и рудничных вод приводит к выщелачиванию из рудного отвала на Асачинском месторождении As, Pb, Zn, Cu. Коэффициенты выноса этих элементов 0,2-0,7 (рис.2). Вынос химических элементов подтверждается возрастанием их концентраций в дренажных водах, фильтрующихся через рудный отвал: As - в 50, Zn, Cu - в 15, Pb - в 3 раза по сравнению с рудничными водами, вытекающими из штольни. На поверхности породной части отвала, наоборот, наблюдается слабое накопление этих химических элементов, что определяется их сорбцией на глинистых минералах (табл.4).

Дифференциация химических элементов при формировании карбонатных кор выветривания проявляется в накоплении на поверхности отвалов Родникового месторождения Pb, Zn, As (рис. 2), которые связываются в труднорастворимые карбонатные формы. Этот же процесс приводит к уменьшению концентраций в дренажных водах на выходе из рудного отвала: As - в 5, Pb - в 2 раза по сравнению с рудничными водами, изливающимися из штольни. Таким образом, наличие геохимических барьеров – сорбционного (частично) и карбонатного (в значительной степени) препятствует распространению элементов-загрязнителей от штольневых отвалов, что снижает опасность загрязнения окружающей среды.

В отвалах канав на медных месторождениях были изучены формы нахождения Cu. На месторождении Кирганик при валовом содержании Cu в отвале 0,6 % методом РФА было установлено ее присутствие в форме сульфоарсената (арсентцумебит) и арсената (клиноклаз).

В ацетат-аммонийной вытяжке концентрация Cu составила 0,04 % или 6,7% от валового содержания. На Шаромском месторождении основная часть Cu по данным последовательных вытяжек приходится на ферриформы (72%). На подвижные формы Cu приходится 11 % (органическую - 8 %, сорбированную - 3 %). При валовых содержаниях Cu в отвале 0,5 % содержания ее подвижных форм составляют 0,05%, что является достаточно высоким уровнем и может представлять опасность для окружающей среды.

На золото-полисульфидном месторождении Кумроч формы нахождения Pb, As, Zn, Cu были изучены в техногенных отвалах канав, вскрывающих малосульфидные и умеренно-сульфидные руды. Изучение форм нахождения Pb методом последовательных вытяжек показало, что около 50 % процентов этого элемента в отвалах канав на западном фланге месторождения приходится на арсенаты и сульфаты (рис. 3). Рентгенофазовым анализом в пробах установлены бедантит и плюмбоярозит. На восточном фланге месторождения, где установлены максимальные содержания Pb при относительном дефиците As, в техногенных отвалах преобладают его сульфатные формы (плюмбоярозит, биверит). Это подтверждается результатами обработки проб концентрированной HCl, после которой концентрации Pb уменьшились на 50%. Наличие в отвалах минералов группы каолинита позволяет предположить, что большая часть неизвлеченного Pb находится в них в необменной форме (рис. 4). Кроме того, в некоторых пробах методом РФА были обнаружены его фосфатные (плюмбогуммит) и сульфидные (густавит) формы.

Основными формами Zn и Сu в техногенных отвалах канав, вскрывающих малосульфидные руды, являются силикатные (до 80-85% этих элементов содержатся в неизвлекаемом остатке после обработки проб 1 N HNO₃). Наличие сильных корреляционных связей между содержаниями Zn, Сu и глинистых минералов группы каолинита (накрит, каолинит, галлуазит) свидетельствуют в пользу вхождения этих элементов в их состав в необменной форме (рис. 5). В небольшом количестве в отвалах канав методом РФА выявлены собственные минералы Сu - клиноклаз, хризоколла. Основной формой нахождения As в техногенных отвалах являются арсенаты и сульфоарсенаты Pb и Сu.

В отвалах канав, вскрывающих умеренно-сульфидные руды золото-полиметаллические руды, установлены повышенные содержания Мn(6%) и Fe (6%), которые присутствуют в виде аморфных МnО(ОН)_х и FeO(OH)_x. Методом РФА в пробах не выявлено собственных минералов Pb, Zn, Сu. После обработки проб 1 % щавелевой кислотой и оксалатным буфером около 70 % Zn, Сu и Мn было извлечено в вытяжку, что свидетельствует об их вхождении в состав аморфных оксидов и гидроксидов Мn.

Таким образом, результаты исследований форм нахождения As, Pb, Zn, Сu свидетельствуют об их ограниченной подвижности (>90% х.э. находится в минеральной нерастворимой форме). Вместе с тем, при высоком уровне валовых содержаний основных загрязнителей в техногенных отвалах канав концентрации их подвижных форм, несмотря на невысокую долю, достигают умеренно опасных значений.

Наряду с отвалами канав и штолен к источникам техногенного загрязнения окружающей среды химическими элементами относятся рудничные и дренажные воды. Изучение их состава на золото-сульфосольных месторождениях (табл. 5) показало, что наиболь-шую опасность в них представляют повышенные содержания As, B и Sr в рудничных термальных водах Родникового месторождения, приуроченного к Мутновско-Паратунскому геотермальному бассейну.

Кислые слабоминерализованные рудничные воды Асачинского месторождения приобретают повышенные концентрации рудных элементов (Cu, Zn, As) в результате взаимодействия с породами штольневого отвала. Они являются менее опасными по составу загрязнителей, уровню их концентраций и невысокому водопритоку из штольни.

Таблица 5. Ассоциации химических элементов в рудничных и дренажных водах

Техногенное загрязнение от отвалов канав . Формируется в результате размыва отвалов атмосферными осадками и под действием гравитационных сил. Основной формой миграции химических элементов является механическая. Техногенному загрязнению от отвалов канав прежде всего подвержены почвы, в меньшей степени - произрастающая на них растительность. Загрязнение почв имеет площадной характер (рис. 6), его масштабы зависят от рельефа местности, возрастая с увеличением ее расчлененности.

Состав основных загрязнителей почв (табл. 6) соответствует составу ассоциаций химических элементов, концентрирующихся в отвалах канав. На золото-сульфосольных месторождениях основными загрязнителями являются As, Se, Hg (Кс=2-8). По уровню техногенное загрязнение почв не отличается от природного.

На золото-полисульфидном месторождении Кумроч уровень техногенного загрязнения почв Pb, As, Hg (Кс=3-10) не превышает природного по причине начальной стадии его формирования (геологоразведочные работы проводились в 1999-2000 г.г.). Повышенная опасность техногенных отвалов канав на этом объекте, рассмотренная в предыдущем разделе, является предпосылкой к формированию в ближайшие годы более высокого уровня загрязнения почв.

Более высокий, по сравнению с природным, уровень техногенного загрязнения почв характерен для меднорудных месторождений. Это определяется как высокими концентрациями основного рудного элемента – Cu в источниках загрязнения (Кс=10-100), так и продолжительным периодом времени, прошедшим после завершения геологоразведочных работ (более 30 лет).

Таблица 6. Характеристика состава и уровня техногенного загрязнения почв и растительности от отвалов поверхностных горных выработок

Уровень накопления химических элементов в растительности на участках техногенного загрязнения почв на всех месторождениях практически не отличается от природного. Это объясняется слабой доступностью для растений ведущих рудных элементов, которые находятся преимущественно в труднорастворимых формах. Состав ассоциаций химических элементов в растительности свидетельствует, что из загрязненных почв относительно легко заимствуется только Mo (вероятно As, по которому есть единичные определения). На меднорудных объектах в составе ассоциаций появляется Cu, которая не накапливается в растительности на участках развития природных геохимических аномалий.

Расчеты коэффициента природной экологической опасности (табл. 7) показывают, что он является функцией от ландшафтных условий.

Его повышенные значения характерны для горно-тундровых ландшафтов, где в результате размыва пепловых покровов проявляется повышенный по отношению к кларкам геохимический фон элементов, характерный для территорий рудных районов. В соответствии с этим наиболее высокие коэффициенты интенсивности загрязнения характерны для лугово-лесных и лесных ландшафтов, где контрастность природных аномалий достаточно слаба вследствие большой мощности современных и четвертичных рыхлых отложений.

Техногенное загрязнение от штольневых отвалов . Отвалы разведочных штолен занимают небольшие площади (около 10 тыс. м²) и располагаются, как правило, по берегам небольших ручьев и рек. Особенности размещения отвалов определяют основной механизм распространения загрязнения, связанный с их размывом речными водами.

На изученных объектах воздействие этого фактора в зависимости от рельефа местности приводит к различным последствиям. На Родниковом месторождении в условиях резко расчлененного рельефа штольневые отвалы, размещенные на берегу горной реки Вилючи, интенсивно размываются и загрязняют донные отложения (рис. 7).

Основными загрязнителями донных отложений являются As (Кс=20) и Pb (Кc=10). Максимумы концентраций Pb и As в донных отложениях приурочены к различным отрезкам реки и отвечают соотношению этих загрязнителей в штольневых отвалах, содержащих руды разных горизонтов месторождения, характеризующегося контрастной вертикальной зональностью. Техногенный поток рассеяния донных отложений по результатам анализов имеет протяженность 1 км и соответствует визуально наблюдаемому на дне реки шлейфу обломков рудного кварца.

На Асачинском месторождении в условиях менее расчлененного рельефа штольневой отвал, расположенный на берегу небольшого руч.Семейный, размывается слабо и в донных отложениях не выявлено техногенного загрязнения химическими элементами.

Рудничных и дренажные воды из-за сильного разбавления не оказывают влияния на состав речных вод, что подтверждено результатами их опробования напротив и ниже штольневых отвалов на обеих месторождениях.

Влияние штольневых отвалов на почвы и растительность связано с осыпанием бортов и их размывом атмосферными осадками. Пыление штольневых отвалов незначительно и лимитируется увлажнением поверхности в результате постоянно выпадающих осадков. Загрязнение почв и растительности вокруг штольневых отвалов ограничивается расстоянием 10-20 м. На Асачинском месторождении основными загрязнителями почв являются As, Se и Pb (К_с=2-7), растительности - Mo, Zn, Sr (К_с=2-15). На Родниковом месторождении почвы вокруг штольневых отвалов загрязнены As и Pb (К_с=2-5), подвижными формами Pb и Cu (К_ПДК=2-5), растительность - Mo, Mn и Ni (К_с=2-10).

Оценка ущерба окружающей среде. Для определения размера ущерба от деградации почв применялась “Методика определения размеров ущерба от деградации почв и земель”, 1994 г.

Плата за ущерб рассчитывается по формуле:

Пд = Нс * S * Кэ * Кс * Кп*0,22 (1)

где:

Пд - размер платы за ущерб от деградации почв и земель (тыс.руб);

Нс - норматив стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельскохозяйственных угодий для несельскохозяйственных нужд, равен 825 тыс.руб/га (цены 1992);

S - площадь деградированных почв и земель (га);

Кэ - коэффициент экологической ситуации территории, равен 1,1;

Кс - коэффициент пересчета в зависимости от изменения степени деградации почв и земель, равен 0,2 (Шаромское, Кирганикское), 0,5 (Родниковое), 0,8 (Асачинское, Кумроч, Ольховое);

Кп - коэффициент для особо охраняемых территорий, равен 1.

0,22 – коэффициент пересчета от цен 1992 г на цены 1998 г.

Для расчета платы за ущерб от загрязнения земель химическими веществами использовался “Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами”, 1993 г.

Плата за ущерб от химического загрязнения почв рассчитывается по формуле:

Пз = ⁿ (Нс * S(i) * Кв * Кэ * Кз(i) * Кг)*0,22 (2)

где:

Пз – размер платы за ущерб от загрязнения земель одним или несколькими ( от 1 до n) химическими веществами (тыс.руб);

S(i) - площадь земель, загрязненных химическим веществом i-го вида или суммарного загрязнения территории (га);

Кв – коэффициент пересчета в зависимости от периода времени по восстановлению загрязненных земель, равен 3,8;

Кз(i) – коэффициент пересчета в зависимости от степени загрязнения земель химическим веществом i-го вида или суммарного загрязнения территории (Zc);

Кг – коэффициент пересчета в зависимости от глубины загрязнения земель, равен 1.

Для изученых месторождений были определены следующие значения Кз: Асачинское - 0,3; Родниковое, Кумрочское и Шаромское - 0,6; Кирганикское – 1.

В связи с отсутствием химического загрязнения на Ольховом месторождении оценивается только ущерб от деградации земель

Расчет стоимостного эквивалента экологического ущерба, платы за причинение вреда окружающей среде (Пу), складывается из расчета платы за механические нарушения земель (физическая деградация почв) и загрязнение почв химическими элементами: Пу = Пд + Пз (табл.8).

Таблица 8. Экологический ущерб при производстве геологоразведочных работ