Эколого-геологические условия шанучского полиметаллического месторождения (западная Камчатка), их трансформации при разведке и добыче полезных ископаемых и влияние на систему "река - водосбор"

Глава 4. Особенности проявления экологических функций литосферы на территории Шанучского месторождения.

Ресурсная экологическая функция литосферы (ЭФЛ) на исследуемой территории определяется наличием следующих видов ресурсов.

Минеральные ресурсы, необходимые для жизни человека как социальной структуры. Площадь месторождения составляет около 0,6 км². Пространственно месторождение приурочено к центральной части субширотной зоны развития базит-гипербазитовых интрузий, протяженностью 2 км и шириной от первых десятков метров до 300 м. В настоящее время выделены две рудные залежи с сульфидными кобальт-медно-никелевыми рудами. Запасы массивных и брекчиевидных руд разрабатываемой залежи N1 оцениваются в 871 тыс. т руды, в том числе 43,2 тыс. т никелевых, 1,42 тыс. т кобальтовых, 6,6 тыс. т медных, с содержаниями металла 4,96, 0,16 и 0,76% соответственно. Таким образом, качество данных ресурсов является удовлетворительным. Площадные и объемные ресурсы литосферы исследуемого района человеком почти не используются.

Территориальные ресурсы в виде геологического пространства, пригодного для расселения как наземной, так и водной биоты. Образовавшиеся в ходе геологической истории уникальные условия для воспроизводства лососей на Камчатском полуострове наблюдаются также в районе исследований.

Минеральные ресурсы, необходимые для жизни биоты: горные породы, включающие химические элементы биофильного ряда, и подземные воды.

Принимая во внимание масштаб и задачи проводимых исследований, более важное значение имеют последние две составляющие, поскольку они необходимы для функционирования лососевых экосистем.

Геодинамическая ЭФЛ. Вся исследуемая территория находится в зоне с сейсмичностью 8 баллов, и сейсмические события с интенсивностью от 4 баллов могут вызвать сходы лавин, обвалов, осыпей, смещение крупных массивов горных пород по тектонически ослабленным зонам. На ней встречаются следующие опасные природные процессы и явления (ОППиЯ) (табл. 2).

Таблица 2. Опасные природные процессы и явления в районе Шанучского месторождения.
Процессы	Явления
Эрозионные процессы, связанные с деятельностью поверхностных вод и временных водотоков	Подмыв и разрушение берегов; овражно-балочные явления; плоскостная эрозия
Паводки на горных реках и временных водотоках	Затопление; сели
Деятельность поверхностных и подземных вод	Заболачивание; избыточное увлажнение
Действие гравитационных сил	Оползни, осовы, обвалы; оплывины, солифлюкция; снежные лавины
Сезонные криогенные явления	Морозное пучение, солифлюкция, наледи
Антропогенная деятельность	Эрозия почв и грунтов, изменение ландшафтов
Сейсмотектонические процессы	Землетрясения; обвалы, осовы, оплывины, оползни, лавины; извержения вулканов; слабые и умеренные пеплопады
Гидрометеорологические	Пурги, метели; лавины; паводки

Вулканическая опасность определяется близким расположением вулканов Ичинский и Хангар; однако возможные последствия их активности - слабые или умеренные по силе пеплопады не представляют серьезной угрозы.

ОППиЯ, связанные с перемещением горных пород и почв (оползни, осовы, обвалы, оплывины, солифлюкция, эрозия), представляют опасность для растительности и водной биоты. В сочетании с паводками их опасность для водной биоты усиливается, поскольку может приводить к деградации среды обитания (заилению и повышенной мутности, сокращению нерестово-нагульных угодий) и гибели гидробионтов (кормовых организмов, икры и молоди рыб за счет механического повреждения их оболочек и эпителия жабр). Однако анализ фондовой карты распределения ОППиЯ Шанучского месторождения показал, что ОППиЯ для водной биоты не затрагивают предгорные притоки и горные ручьи. Поэтому эколого-геодинамические условия для функционирования лососевых экосистем на исследуемой территории также могут быть охарактеризованы как удовлетворительные.

В отличие от выше рассмотренных, геохимическая ЭФЛ оказывает существенное влияние на биоту: в пределах месторождения ее компоненты (горные породы, почвы, подземные воды) имеют особенный химический состав, вызывающий специфические ответные реакции биотической компоненты.

Ассоциации накопления элементов в породах и почвах, в целом, соответствуют составу медно-никелевого оруденения: Cu, Ni, Co, Pb, Zn.

Анализ пространственного распределения элементов показал, что, несмотря на разнообразие условий миграции вещества, обусловленное эколого-геохимическими и ландашфтно-геохимическими особенностями территории, проявления аномалий на дневной поверхности выражены довольно слабо. Это подтверждается тем, что средняя концентрация элементов в почвенном профиле не превышает их среднего уровня на всей изученной территории; при этом повышенное содержание в почвах и породах приурочено к участкам распространения кристаллических сланцев камчатской метаморфической серии. Кроме того, уровень загрязнения почв рудообразующими металлами, оцененный по критериям Обухова (1992), является низким на всей территории, за исключением устьевого участка ручья Ралли, где он высокий и средний. И наконец, природное загрязнение почв территории, рассчитанное через суммарный показатель Zc, не превышает среднего уровня с максимумом 54,5 в устьевой части Ралли.

Слабое проявление на поверхности геохимических аномалий связано с неоднократными пеплопадами, полностью перекрывающими территорию пеплами, вследствие чего почвенный профиль прерывается прослойками пирокластического материала, что находит отражение в распределении элементов по почвенным профилям. Наличие пеплов в верхней части профиля почв создает условия для миграции химических элементов вниз, где располагается пепловый горизонт, сформированный более ранними извержениями и прошедший стадию метаморфизма, что обусловливает формирование в нем аккумулирующего геохимического барьера (рис. 2).

Рис. 2. Распределение химических элементов в почвенном профиле охристой вулканической почвы.

На фоне относительно однородного пространственного распределения химических элементов в почвах проявляются высотные различия. Так, в верхнем высотном поясе горно-тундровых ландшафтов с резко расчлененным рельефом пепловые покровы частично размыты и на поверхность фрагментарно выведены продукты выветривания коренных пород и руд, что определяет некоторое повышение уровня загрязнения почв по сравнению с нижним высотным поясом лесных ландшафтов (Zc до 46, верховья руч. Холодного).

Анализ распределения элементов в системе <почвы растения> (рис. 3) обнаруживает закономерную повышенную аккумуляцию элементов в растительности в районе залегания рудных пород и на участках развития горно-тундровых ландшафтов. На остальной территории в условиях нейтральной среды большинство из проанализированных микроэлементов находятся в неподвижных или малоподвижных формах, что существенно затрудняет их поступление в растения. Для мхов и лишайников, из-за прямого наследования (по безбарьерному типу) содержания химических элементов, характерны наибольшие коэффициенты биологического поглощения (Ax) - Zn 59,09; Cu 14,06; Mn 23,64; Pb 10,34; Co 5,31 и Ni 9,8 (верхняя часть водосбора руч. Ралли, в укосе преобладают мхи). Для папоротниковой флоры отмечена способность к избирательному накоплению цинка и меди.

Рис. 3. Коэффициенты биологического поглощения (Ах) микроэлементов растениями на водосборах исследуемых водотоков.

Анализ распределения элементов в системе <горные породы - донные отложения> показал высокий коэффициент корреляции содержания химических элементов в горных породах и донных отложениях (0,89), что отражает влияние локальной геохимической обстановки. Особенно ярко это выражено для ручья Ралли, где ассоциация накопления в донных отложениях состоит из рудообразующих и сопутствующих элементов: Cu, Ni, Co, Ba, Zn, Bi, Sn, Zr (табл. 3). На остальных водотоках ассоциирование микроэлементов в донных отложениях подчинено региональным геохимическим особенностям, что проявляется в аккумулировании бора, марганца и висмута, основным источником которых в ландшафтах является вулканизм.

Таблица 3. Ассоциации химических элементов в донных отложениях водотоков Шанучского месторождения.
Исследуемый водоток	Коэффициент концентрации химических элементов в донных отложениях (Кс = Сi/Ccр)
	30-10	10-3	3-1,5
Ралли: верхнее течение,		Bi-Mn	Sn-Sc-Pb-Ni
среднее течение,	Cu-Ni-Cr-Bi	Mo-Mn-V	Co-Sn-Sc
нижнее течение		Cu-Ni-Mo-Mn-Sc-Cr	Co
Тройной: правый приток,		Mn-Bi	B-Mo-Zn-V
центральный приток,		Mn-B	Cr-V-Mo-Zn
левый приток,		Mn-B	Cr-V-Mo
слияние 3-х притоков,		Mn-Bi-B	Cr-Mo-Sc-Li
среднее течение,		Mn-Bi-B	Mo-Sc-Cr-Zn-V-Li
устье		Mn-Bi-B	Mo-Sc-Cr-Zn-V-Li
Горный: верхнее течение,		Mn-Cr-Bi	Ni-Co-B
среднее течение,		Mn-Cr	Ni-B-Zn
ниже устья Перевального,		Mn-Bi-Cr-Sc	V-B
устье		Mn-Bi-Ba-Sc	Cr-Y-Mo-Ni
Перевальный:устье		Mn	B-Cr-V-Li-Zn
Саматкин Ключ: устье,		Bi-Mn	Mo
верховье		Mn-Bi	Mo-Cr-V-Sn

Важным агентом перераспределения химических элементов в системе <горные породы-донные отложения> являются взвешенные частицы, на которых переносится до 100% валового содержания тяжелых металлов в воде; на частицах размером > 50 мкм - от 60 до 80% (табл. 4). Интенсивность поступления таких частиц в водоток зависит от ряда факторов, среди которых наибольший вклад вносит площадь земель, не защищенных растительным покровом - параметр, возрастающий по мере обустройства месторождения.

Таблица 4. Типичное распределение содержания некоторых элементов в растворенной и адсорбированной форме относительно их валовой концентрации в природных водах.
Левый приток руч. Тройного
Элемент	ПДКрх	Ионный сток			Адсорбированный сток							Валовый сток, мг/л	К пдк
		мг/л	Кпдк	% от валового	0,45-50 мкм			> 50 мкм			% адсорбированного стока
					мг/л	Кпдк	% от валового	мг/л	Кпдк	% от валового
Al	0,04	0,49	12,3	15,9	0,147	3,7	4,7	2,458	61,4	79,3	84,1	3,099	77,5
Fe	0,1	0,54	5,4	17,5	0,128	1,3	4,1	2,430	24,3	78,4	82,5	3,099	31,0
Mn	0,01	0,01		20,9	0,001		3,8	0,022	2,2	75,3	79,1	0,029	2,9
Ni	0,01	0,00		8,9	0,001		9,7	0,009		81,4	91,1	0,011	1,1
Ti	0,06	0,03		17,4	0,005		3,0	0,135	2,2	79,5	82,6	0,169	2,8
Zn	0,01	0,00		8,3	0,003		21,4	0,008		70,3	91,7	0,012	1,2

В районе работ выделяются зоны: 1) активной эрозии (горные ручьи, в которых наблюдается увеличение концентрации взвесей по длине водотока), 2) аккумуляции эрозионных продуктов и 3) не подверженные влиянию эрозии (равнинные водотоки с постоянным уровнем взвешенных веществ по их длине) (табл. 5).

Таблица 5. Природное содержание взвешенных веществ в водотоках месторождения.
Водоток	Уклон русла, м/км	Концентрация взвешенных веществ, мг/л
		Верхнее течение	Среднее течение	Нижнее течение
Холодный	25-35o	24	41	63
Ралли		19	45	83
Тройной	8-15o	31	50	98
Саматкин Ключ	< 5o	26	-	24

Анализ распределения химических элементов в воде и донных отложениях по показателям ИЗВ и Zc выявил сопряженное и последовательное уменьшение их значений по мере удаления от центра проявления геохимической аномалии (рудной залежи). При этом исследованные водотоки образовали последовательный ряд: Ралли - Тройной - Горный и Перевальный - Холодный - Саматкин Ключ (рис. 4).

Рис. 4. Изменение уровня загрязнения воды (ИЗВ) и донных отложений (Zc) малых ручьев Шанучского месторождения по мере удаления от рудного тела.

Вскрышные работы на территории элементарного водосбора, где локализовано рудное тело, привели к существенному увеличению к 2005 г. (по сравнению с показателями 2003 г., принятыми за фоновые) суммарного загрязнения почв и донных отложений (рис. 5) и содержания рудообразующих металлов в воде руч. Ралли (рис. 6). Превышение рыбохозяйственных ПДК составило: для меди - более 10 000, для никеля - более 7000; ИЗВ составил 2227 (в 2003 году - 1,8).

Рис. 5. Суммарные показатели загрязнения (Zc) почв водосборной территории и донных отложений руч. Ралли.	Рис. 6. Содержание тяжелых металлов в воде руч. Ралли (место отбора проб-ниже производства вскрышных работ).

Работы по строительству инфраструктуры месторождения на территории, отдаленной от участка добычи, привели к локальным увеличениям содержания взвешенных веществ в водотоках (до 1200 мг/л), загрязнению воды (ИЗВ левого притока руч. Тройного вырос до 17,2) и донных отложений (в течение трех лет наблюдений в водотоках, испытывающих какую-либо антропогенную нагрузку, возросли концентрации тяжелых металлов, и, соответственно, Zc донных отложений). Таким образом, описанные характеристики экологических функций литосферы испытывают трансформацию в ходе поиска и опытной добычи минеральных полезных ископаемых, что проявляется в изменении природных эколого-геологических условий и, прежде всего, эколого-геохимических.