ГУБИН. ЭКОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ
реклама
В. Н. Губин А. А. Ковалев С. А. Сладкопевцев М. Г. Ясовеев ЭКОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов географических и геологических специальностей высших учебных заведений МИНСК БГУ 2002 УДК 551.1/4 (07):535.2 ББК 26.3я7+26.8я7 Г93 Рецензенты: доктор технических наук М. Ю. Калинин (Институт проблем использования природных ресурсов и экологии НАН Беларуси); доцент А. Н. Кусенков (Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины); доктор геолого-минералогических наук, профессор Г. И. Каратаев (Институт геологических наук НАН Беларуси) Губин В. Н. Г93 Экология геологической среды: Учеб. пособие / В. Н. Губин, А. А. Ковалев, С. А. Сладкопевцев, М. Г. Ясовеев. – Мн.: БГУ, 2002. –120 с.: ил. ISBN 985-445-632-3. Излагаются методика и критерии оценки состояния геологической среды. Рассматриваются эколого-геологические проблемы освоения месторождений полезных ископаемых и загрязнения подземной гидросферы в условиях техногенеза. Освещены вопросы мониторинга геологической среды. Для студентов геолого-географических специальностей вузов, а также специалистов в области геоэкологии и рационального природопользования. УДК 551.1/4 (07):535.2 ББК 26.3я7+26.8я7 © Губин В. Н., Ковалев А. А., Сладкопевцев С. А., Ясовеев М. Г., 2002 © БГУ, 2002 ISBN 985-445-632-3 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Экология как научная дисциплина, изучающая взаимоотношения организмов и окружающей среды, в настоящее время играет важную роль в сфере наук о Земле. Пристальное внимание к экологическим проблемам в геологии вызвано тем, что влияние инженерно-хозяйственной деятельности на состояние и ход развития геологической среды создало конфликтные в экологическом отношении регионы. На рубеже веков наиболее ярко подтвердилось высказывание академика В. И. Вернадского о том, что «с человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности планеты. Равновесие, которое установилось в течение геологического времени, нарушается разумом и деятельностью человечества». Воздействие человека на приповерхностную часть литосферы приобрело такие масштабы, что восстановительные функции геологической среды не в состоянии нейтрализовать нарушенность и загрязнение ее важнейших компонентов: горных пород, почв, подземных вод и рельефа земной поверхности. Сложившиеся ныне сложные, а в ряде случаев катастрофические экологические ситуации дали стимул к экологизации наук геологического цикла. В последние годы к решению многих экологических проблем все шире привлекаются специалисты геологического профиля. Выпускники вузов должны иметь определенную сумму знаний по теории и методам экологической геологии, критериям оценки состояния и динамики геологической среды в условиях техногенеза, принципам организации и ведения мониторинга. Острый недостаток учебной литературы экологогеологического содержания привел к мысли создать пособие «Экология геологической среды». Оно поможет молодым геологам и географам в освоении лекционного материала и при подготовке семинарских занятий по курсам «Экологическая геология», «Геоэкология», «Геоэко3 логические основы природопользования», «Мониторинг геологической среды». Настоящее учебное пособие составлено на кафедре динамической геологии географического факультета Белгосуниверситета под научным руководством академика Белорусской горной академии, профессора В. Н. Губина. Материал между авторами распределен следующим образом: предисловие, главы 1–3, 5, 6 и заключение написали В. Н. Губин, А. А. Ковалев, С. А. Сладкопевцев и М. Г. Ясовеев; главу 4 – Е. Б. Антипин, Ю. А. Гледко и Т. В. Губина. Пособие издано при финансовой поддержке Республиканского научно-технического центра дистанционной диагностики природной среды «Экомир» Национальной Академии наук Беларуси и Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь (г. Минск). Авторы 4 1. ЭКОЛОГИЯ В СИСТЕМЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАУК 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Экологические идеи высказывались еще в античное время, а затем в средние века. В начале ХIХ в. А. Гумбольдт1 впервые дал развернутую систему связей органического мира с внешней средой. Он писал, что его главным побуждением в научной работе «всегда было стремление обнять явления внешнего мира в их общей связи, природу как целое, движимое и оживляемое внутренними силами». Для определения науки об «отношениях организмов к окружающей среде» Э. Геккель2 в 1866 г. предложил термин «экология» (от греч. oikos – жилище, местопребывание и logos – слово, учение). Впоследствии вопросы экологии успешно разрабатывались многими учеными, и экология оформилась в самостоятельную биологическую науку. Важный вклад в экологизацию естествознания, в том числе геологии, сделал В. И. Вернадский3, который еще в 20-е годы ХХ в. наиболее 1 Гумбольдт Александр (1769–1859) – немецкий естествоиспытатель, географ и путешественник. Исследовал природу Европы, Центральной и Южной Америки, Урала, Сибири. Обосновал идею вертикальной зональности, заложил основы общего землеведения и климатологии. 2 Геккель Эрнст (1834–1919) – немецкий биолог-эволюционист, сторонник учения Чарлза Дарвина. Предложил первое «родословное дерево» животного мира, сформулировал биогенетический закон. 3 Вернадский Владимир Иванович (1863–1945) – российский естествоиспытатель-энциклопедист, минералог, геохимик, биогеохимик, историк науки. Академик с 1912 г. Проводил исследования на Кавказе, в Средней Азии, на Урале, путешествовал по Северной Америке. Его труды являются основой решения проблемы окружающей среды. 5 глубоко разработал учение о биосфере. Он подчеркивал, что «живые организмы являются функцией биосферы и материально и энергетически связаны с ней, они также являются огромной геологической силой, ее определяющей. В результате обменных процессов изменяются не только сами организмы, но и окружающая их абиотическая среда». В свете учения В. И. Вернадского о биосфере стало возможным научное познание связей между живой и неживой природой, что, несомненно, оказало влияние на становление геоэкологической науки. Термин «геоэкология» впервые ввел К. Тролль4 в 30-х годах прошлого столетия для изучения «экологии ландшафтов» путем расчетов балансов вещества и энергии. Через балансы осуществлялась оценка экологического функционирования ландшафтов. Современные географы трактуют содержание геоэкологии более широко. Во-первых, в объект исследования включаются не только природные, но и антропогенные ландшафты. Во-вторых, четко определена цель науки – оптимизация природопользования. Начиная с середины 60-х годов географы развивают «геоэкологический подход» (В. С. Преображенский, Т. Д. Александрова и др.) к исследованию природных систем, при котором учитываются связи между компонентами природы и взаимодействие человека с окружающей средой. Основываясь на специфике геоэкологического подхода, большинство исследователей пересечение географической науки с изучением влияния хозяйственной деятельности на природные компоненты и геосистемы в целом связывают с геоэкологией. В сфере геологии экологическая проблематика наиболее обстоятельно разрабатывается в 80-х годах ХХ в. При этом под «геоэкологией» понимают науку, изучающую закономерные изменения верхней части литосферы, или геологической среды, под воздействием внутренних (эндогенных) сил Земли и внешних сред, в том числе и техносферы (К. И. Сычев, Г. А. Голодковская и др.). В таком определении геоэкологии литосфера рассматривается, с одной стороны, как литогенная основа жизни, а с другой – как источник возможного воздействия на биосферу, Тролль Карл (1899–1975) – немецкий физико-географ. Проводил исследования рельефа, климата, растительности и их взаимосвязей, проблем экологии ландшафтов, гляциологии в горных районах Африки, Южной и Северной Америки, Центральной Азии. 4 6 и особенно на человека, геохимических и геофизических полей, опасных геологических процессов. Объектом изучения геоэкологии является неживое вещество – геологическая среда – многокомпонентная динамическая система верхней части литосферы, включающей в себя горные породы, почвы, зону свободного водообмена подземной гидросферы и протекающие в них геологические процессы, а также рельеф земной поверхности. Биотические компоненты, поверхностные воды, нижние горизонты атмосферы в подобном толковании геоэкологии не рассматриваются, поскольку не являются объектами геологии. Среди задач геоэкологии выделяют два основных блока: изучение геологической среды как фактора воздействия на человека; исследование среды в аспекте выявления опасных геологических процессов, угрожающих безопасности людей и инженерным объектам. Таким образом, термин «геоэкология» применяется в географических, геологических и других естественных науках при решении проблем природоохранной направленности. Следовательно, геоэкология – это междисциплинарная наука, изучающая состав, структуру, закономерности функционирования и развития природных и антропогенно преобразованных экосистем высоких уровней организации. Она представляет собой сочетание, своеобразный комплекс из биологических, геологических и почвенно-географических наук, ставящих основной целью сохранение природной среды и жизни на Земле. На рубеже ХХI в. сформировалось новое научное направление – «экологическая геология», или «экогеология» (В. Т. Трофимов, Д. Г. Зилинг и др.). Являясь наукой геологического цикла, она изучает «верхние горизонты литосферы (включая подземные воды и газы) как один из основных абиотических компонентов экосистем высокого уровня организации (от биогеоценоза до экосферы)». Объектом исследования экогеологии является приповерхностная часть литосферы преимущественно в зоне возможного техногенного воздействия, а предметом – экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая и геофизикогеохимическая. Структуризация экогеологии как науки с учетом экологических функций является наиболее комплексной, поскольку интегрирует знания 7 о приповерхностной части литосферы как основы существования биоты и развития человеческого сообщества (рис. 1). Термин «экологическая геология» является составной частью более широкого понятия «геоэкология». Отсюда следует, что ранг термина «экологическая геология» занимает более низкую иерархическую ступень и сопоставим с понятиями «экологическое почвоведение», «экологическая гидрогеология» и др. Экологическая геология Ресурсная функция приповерхностной части литосферы (экологогеографическое ресурсоведение – знания о структуре и закономерностях пространственного размещения ресурсов и влияние их истощения на биоту и человеческое сообщество как социальную структуру) Геодинамическая функция приповерхностной части литосферы (экологическая геодинамика – знания о катастрофических природных процессах и их экологических последствиях, влиянии на биоту и человеческое сообщество как социальную структуру) Геофизико-геохимическая (медико-санитарная) функция приповерхностной части литосферы (экологическая геохимия и геофизика – знания о природных геохимических и геофизических аномалиях, техногенном загрязнении литосферы и их влиянии на биоту и человеческое сообщество как на социальную структуру) БИОТА Человеческое сообщество Рис. 1. Вариант структуризации экологической геологии по экологическим функциям литосферы (по В. Т. Трофимову и др.) 8 1.2. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СРЕДА КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ Важнейшим абиотическим фактором развития экосистем и биосферы в целом является геологическая среда. Ее состояние и динамика обусловлены структурой верхней части литосферы, природными (эндогенными и экзогенными) процессами и хозяйственной деятельностью человека, или техногенезом. В свою очередь геологическая среда оказывает влияние на процессы во внешних оболочках Земли и на техносферу, созданную человеком. Геологическую среду можно рассматривать, с одной стороны, как литогенную основу жизни, а с другой – как источник возможного воздействия на биосферу, и особенно на человека, геохимических и геофизических полей, опасных эндо- и экзогенных процессов. Геологическая среда – многокомпонентная динамическая система приповерхностных горизонтов литосферы, характеризующаяся конкретными горными породами, почвами, подземными водами, тектонической обстановкой, геологическими процессами, рельефом земной поверхности. Компоненты геологической среды рассматриваются с точки зрения взаимодействия с различными формами техногенеза и как минерально-сырьевой фундамент биосферы на современном этапе ее развития. Геологическая среда является составной частью природной среды. Между геологической средой, внешними оболочками Земли (атмосферой, гидросферой и биосферой) и хозяйственной деятельностью человека существуют многочисленные и сложные взаимные связи. Влияние на геологическую среду внешних оболочек многообразно по формам и различно в региональном плане (табл. 1). Физическое воздействие затрагивает рельеф и самые верхние горизонты горных пород. Повсеместным является влияние температурного режима и влажности на процессы выветривания и подготовки обломочного материала к перемещению. От растительного покрова зависит активность биологического выветривания. Ветер, вода (лед) и растения – ведущие факторы экзогенного рельефообразования. Процессы формирования внешних оболочек определяют напряженность естественных экологических обстановок. В регионах активной водной и ветровой эрозии, частых наводнений, развития оползневых, обвально-осыпных и криогенных процессов эта напряженность особенно велика. 9 Таблица 1 Основные литосферные функции внешних оболочек Земли Атмосфера Гидросфера Биосфера Обеспечение баланса тепла и влаги Регулирование радиационного баланса и механизма осадков Регулирование поверхностного и подземного стока Регулирование влагооборота Влияние на выветривание Физическое Физическое (морозное) Физико-химическое (биологическое) Участие в процессах рельефообразования Эоловых, криогенных Флювиальных, криогенных, карстовых. Формирование баланса подземных вод путем регулирования подземного питания Биогенных Деятельность человека приобрела такие масштабы, что ее относят к мощному геологическому фактору развития природной среды. Даже косвенно, через изменение климата, поверхностного стока, почв и растительности человек меняет состояние геологической среды. Прямое же влияние техногенеза (карьеры, шахты, скважины, подземные емкости и хранилища, фундаменты сооружений) затрагивают литосферу на глубины многих сотен метров, а в ряде случаев на километры. Совместно с природным фоном техногенное воздействие дает интегральные показатели нарушенности и загрязнения геологической среды (табл. 2). Таблица 2 Основные литосферные функции техногенеза Физическое воздействие Загрязнение прямое косвенное прямое косвенное Перемещение пород при строительстве сооружений и добыче полезных ископаемых Влияние на экзогенные процессы при уничтожении растительности и почв Захоронение загрязняющих веществ в подземных коллекторах Фильтрация загрязненных атмосферных осадков и поверхностных вод Деформации пород при нагрузках и выемке, откачке воды и взрывах Влияние на режим подземных вод при регулировании поверхностного стока Фильтрация сточных вод, газов и нефтепродуктов из линейных сооружений Накопление органического вещества с высоким загрязнением в осадках и торфе 10 В свою очередь, являясь морфолитогенной основой ландшафта, геологическая среда обусловливает механизм многих процессов во внешних оболочках Земли (табл. 3). Большой цикл круговорота воды в природе, в котором участвует литосфера, включает динамику атмосферы и гидросферы, влияет на распределение осадков, нормы стока, условия формирования почвеннорастительного покрова. При этом весьма активную роль играет рельеф, создавая климатические барьеры, высотную поясность, влияя через уклоны на водный баланс, а через экспозицию склонов – на микроклимат и дифференциацию ландшафтов. Таблица 3 Основные функции литосферы Гидросферные Атмосферные Педосферные Биосферные и планетарные Источник и приемник воды глобальных циклов водообмена Пополнение газов атмосферы Универсальный фактор почвообразования «Фундамент» биосферы, источник материала и энергии для глобальных обменных циклов Поглощение свободной воды в зоне гипергенеза в процессе выветривания Передача тепловой энергии недр Фактор водного и теплового режима почв Узловой структурно-динамический компонент планеты Фактор динамики гравитационно подвижных вод Захоронение вещества, аккумулировавшего газообразные продукты атмосферы Основной источник вещества почв Фактор эволюции живых организмов и биоценозов Земли Выветривание при метаморфизме воды, связанной гипергенными минералами Фактор современной динамики воздушных масс при взаимодействии их с подстилающей поверхностью Фактор генетического и экологического разнообразия почв. Регулятор механической и химической денудации почв – Можно привести немало примеров влияния геологических (инженерно-геологических, неотектонических, сейсмотектонических, геоморфологических) условий на технологию и организацию работ при различных видах инженерного освоения территорий (табл. 4). Методы добычи минерального сырья всецело зависят от его запасов, глубины залегания, условий обводнения месторождений и эколого-геологических 11 Таблица 4 Влияние геологических условий на техногенез Добыча полезных ископаемых Строительство Сельское хозяйство Мелиорация Технология разведки и добычи Земляные и взрывные работы Технология распашки Технология систем дренажа и полива Мероприятия по рекультивации и охране природы Режим подземных вод Эрозия почв Процессы вторичного засоления почв Обустройство подземных хранилищ Коррозия и аварийность трубопроводов Использование удобрений Использование источников водоснабжения Сейсмостойкость инженерных сооружений особенностей. Для строителей важны категории разработки грунтов, рельеф местности, глубины залегания подземных вод, сейсмичность территории. В сельском хозяйстве большое значение имеют учет уклонов и расчленение рельефа, процессы эрозии, механический состав почвообразующих пород, условия увлажнения, подтопления и заболачивания сельскохозяйственных угодий. Среди рассмотренных выше многочисленных прямых и обратных связей в системе «геологическая среда – внешние оболочки Земли – техногенез» первостепенное значение для экологической геологии имеет техногенное воздействие на геологическую среду – загрязнение и нарушенность. Однако это воздействие в различной степени затрагивает интересы отдельных геологических наук. При этом в каждой науке возникшие экологические проблемы могут решаться различными методами. С проблемами экологического типа прежде всего сталкиваются прикладные геологические науки, в сфере интересов которых находятся процессы взаимодействия техногенеза и геологической среды (табл. 5). Для инженерной геологии и геоморфологии первостепенным является физическое воздействие на геологическую среду, а для гидрогеологии и геохимии – химическое. Взаимоотношения человека и природы непрерывно усложняются, и это отражается на экологических проблемах геологии. Влияние техногенеза на процессы в литосфере часто трудно прогнозировать, что приводит к возникновению очагов опасных деформаций горных пород, их 12 обводнению или загрязнению. С другой стороны, возрастающие опасности вынуждают совершенствовать технологии в горнорудной и нефтедобывающей промышленности, строительстве, мелиоративном проектировании. Таблица 5 Техногенез и экологические проблемы геологических наук Виды воздействия на геологическую среду Результаты воздействия Инженерная геология Гидрогеология Динамическая геология и геоморфология Геохимия Геофизика Уплотнение Изменение Изменение или устойчивости и динамики разуплотне- проницаемости грунтовых ние пород грунтов, актив- вод и услоности инже- вий питания нерно-геологических процессов Изменение акИзменение тивности процесусловий сов рельефообра- миграции зования, форми- элементов рование антропо- в литосфере генного рельефа Изменение физических полей и скорости упругих колебаний ПеремещеОбразование Изменение ние пород искусственного условий рельефа фильтрации, и насыпных заболачивагрунтов ние и подтопление Изменение акИзменение тивности процесусловий сов рельефообра- миграции зования, форми- элементов рование антропо- в литосфере генного рельефа Изменение физических полей и скорости упругих колебаний Закачка или Изменение Нарушение Изменение акоткачка вофизикогидрологиче- тивности процесды, нефти, механических ского режима сов рельефообрагаза свойств пород зования, формирование антропогенного рельефа Изменение Изменение химического физичесостава по- ских полей род и под- и скорости земных вод упругих колебаний Загрязнение, Изменение Изменение радиоактив- коррозионных химического ное зарасвойств состава поджение грунтов земных вод Изменение физических полей и скорости упругих колебаний 13 – – 2. ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ СРЕДУ 2.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ТЕХНОГЕНЕЗА Влияние хозяйственной деятельности человека на геологическую среду усиливается с каждым годом и приобретает все более неуправляемый характер. В зависимости от размеров проявления подобных процессов различают широкомасштабное (региональное), локальное (площадное, ограниченное), линейное (латеральное) и точечное техногенное воздействие. По времени воздействие может быть постоянным и эпизодическим. В природных условиях трудно выделить преобладающий фактор воздействия, в большинстве случаев наблюдается результат суммарного влияния нескольких. По характеру влияния на геологическую среду различают воздействия, приводящие, с одной стороны, к истощению ее ресурсов (водоотбор для нужд водоснабжения, осушительные мелиорации, добыча полезных ископаемых и др.), а с другой – к положительным и отрицательным изменениям (искусственное восполнение запасов, орошение земель, подтопление территории и др.). Среди основных факторов техногенного воздействия выделяют следующие: сельскохозяйственный, промышленно-селитебный, горнотехнический, водохозяйственный, транспортный. Значительное влияние на ход развития (динамику) геологической среды оказывают промышленно-селитебный и горнотехнический факторы. Подобное воздействие вырабатывается трансформацией рельефа земной поверхности, различного рода деформациями массивов горных пород, химическим загрязнением почв и подземных вод, активизацией экзогенных и сейсмотектонических процессов. В последние годы при оценке состояния геологической среды уделяется внимание фактору военной деятельности. Например, после рас14 пада СССР на территории Беларуси осталось большое количество бывших военных баз. В пределах таких объектов экологическая дестабилизация геологической среды вызвана накоплением в зоне аэрации нефтепродуктов (50–80 %), специфических отходов (20–30 %) и высокотоксичных веществ (5 %). Различные факторы техногенного воздействия на верхнюю часть литосферы приводят к нарушению естественного экологического состояния геологической среды либо к загрязнению ее компонентов, прежде всего почв и подземных вод. Н а р у ш е н н о с т ь г е о л о г и ч е с к о й с р е д ы обусловлена физическим (механическим, гидродинамическим и т. п.) воздействием на массивы горных пород, при котором они деформируются и способствуют развитию неблагоприятных, часто опасных явлений. На примере систем разработки месторождений полезных ископаемых можно получить представление об основных процессах и явлениях подобного рода (табл. 6). Изъятие и перемещение больших объемов горных пород обусловлены тем, что объемы полезного ископаемого по отношению к массам извлекаемой породы невелики. Для железа и алюминия это 15–30 %, свинца и меди примерно 1 %, серебра и олова – 0,01 %, а для золота и платины – 0,00001 %. В связи с этим внушительны объемы отвалов, которые в мировом масштабе равны для рудных ископаемых более 1200 км3, нерудных около 100 и топливных около 300 км3. Открытая разработка минерального сырья в среднем в 3–4 раза дешевле шахтной, поэтому доля карьерной добычи равна 70 %. В среднем карьеры мира углубляются на 5–10 м в год, их максимальные глубины равны 500–700 м, а высоты отвалов и терриконов превышают 100 м. В настоящее время в крупных угольных бассейнах насчитывается до 1000–1500 терриконов. Таким образом, амплитуды техногенного рельефа приближаются к 1 км. Открытыми разработками полезных ископаемых нарушены сотни тысяч гектаров земли, на которых образовались своеобразные карьерно-отвальные ландшафты. Современные драги перерабатывают продуктивные на россыпные месторождения на глубину до 50 м. Ежегодно техногенные ландшафты промышленных зон расширяются на 35–40 тыс. га. Откачка воды из карьеров, часто необходимая для создания условий разработки месторождений, вызывает ряд сложных процессов на днищах и стенках карьеров. 15 Таблица 6 Добыча полезных ископаемых и нарушенность геологической среды Системы разработки месторождений полезных ископаемых Инженерно-хозяйственное воздействие на среду и его последствия Инженерно-геологические процессы и явления Открытые горные работы (карьеры) Строительство карьеров, изменение напряженного состояния массива, создание отвалов пустой породы Деформации в бортах карьеров – оползни, оплывины и др., изменение ландшафтов, деформации откосов отвалов и подстилающих пород Осушение карьеров, изменение режима подземных вод Иссушение территории, активизация карста, фильтрационное уплотнение грунтов Строительство шахт и других подземных выработок Деформации в горных выработках, карст, изменение мерзлотных условий Изменение напряженного состояния массива, создание отвалов пустой породы Оседания земной поверхности и провалы на ней Осушение месторождения, изменение режима и состава подземных вод Иссушение территории, фильтрационное уплотнение грунтов, прорывы плывунов, активизация карстовых и суффозионных процессов Вентиляция выработок Активизация мерзлотных процессов Изменение температурного режима Активизация физико-химических процессов – окисление, выщелачивание Извлечение полезного ископаемого скважинами – нефть, газ, вода Изменение напряженного состояния массива Оседание земной поверхности Изменение гидрогеологических условий Активизация карстовых процессов, загрязнение подземных вод Подземная переработка полезного ископаемого (газификация угля, выплавка серы, выщелачивание солей) Изменение напряженного состояния массива Оседание и провалы земной поверхности Изменение гидрогеологических условий Оползневые деформации на склонах Изменение температурного поля Активизация карстовосуффозионных процессов Подземная разработка (шахтная) Снятие напряжения в породах (релаксация) при углублении карьеров приводит к образованию зон разуплотнения пород. В этих зонах увеличивается трещиноватость или пористость, активизируются процессы растворения, суффозии, гравитационного смещения и оползания. Мощ16 ности зон разуплотнения достигают в магматических породах 15 м, в карбонатных – 20–30 м, а в песчаниках и сланцах – 50 м. Перечисленные выше процессы максимально проявляются в глинистых породах. Обнажение пород в стенках карьеров активизирует процессы их выветривания, которое по мере сноса материала может охватывать все новые объемы пород. Скорость техногенного выветривания пород – 0,3–1,7 м в год, а его признаки иногда проявляются уже в первые дни. Выветривание и разуплотнение – активные факторы отступания и выполаживания стенок карьеров. Отток подземных вод к карьерам создает обширные депрессионные воронки (зоны снижения уровней водоносных горизонтов). Их диаметры достигают 15 км, площади – 200–300 км2, а снижение уровней подземных вод при откачках составляет 300–400 м. Истощение грунтовых вод и осушение поверхностных горизонтов влияют на состояние почвенно-растительного покрова, поверхностный сток, т. е. обусловливают общую трансформацию ландшафта. Кроме того, при наличии карбонатных пород значительно активизируются процессы карстообразования. Причины этого – вынос заполнителя и раскрытие карстовых полостей, нарушение равновесия в массивах пород, усиление вертикального водообмена. Наибольшей активностью отличаются процессы карстообразования в соленосных отложениях на месторождениях Прикарпатья, Беларуси, Татарстана. В течение 1–2 лет здесь можно наблюдать образование поверхностных воронок и провалов глубиной до 10–15 м. Проходка шахтных стволов и скважин приводит к соединению и перераспределению вод между ранее разобщенными водоносными горизонтами, к прорывам мощных потоков воды в туннели, забои, продуктивные пласты. Уплотнение пород под совместным влиянием осушения и веса массивных инженерных сооружений является причиной понижения поверхности на значительных площадях. Средние радиусы воронок прогибания равны 50–120 м от периметров сооружений. Нагрузки от сооружений распространяются на глубину до 50 м. На площадях добычи соли методом подземного выщелачивания в Башкортостане наблюдается прогибание поверхности со скоростью 10 мм в год. На Апшеронском полуострове оседание грунтов достигает 2,5 м, а его скорость 100 мм в год. Мульды оседания в районах крупных нефтегазовых месторождений достигают площадей в тысячи квадратных километров. Прогнозы для Западной Сибири оценивают возможное понижение поверхности в пределах нефтегазодобывающих площадей от 0,2 до 15 м. 17 Учитывая близкое к поверхности залегание грунтовых вод (0,3–1,5 м), можно предвидеть увеличение площадей заболачивания и заозеривания, а также процессов подтопления инженерных сооружений. Резкие подвижки пород при падении температуры и давления на месторождениях нефти могут привести к значительным землетрясениям (до 7 баллов в районе г. Грозного). Влияние техногенеза на рельеф является региональным фактором, охватывающим огромные площади. Это в основном нивелировка и моделирование поверхности земной коры в результате планировки застраиваемых площадей, сельскохозяйственной обработки и плоскостного смыва почв. На ограниченных площадях техногенное влияние приводит к увеличению дифференциации рельефа, созданию крупных форм. Сходные явления наблюдаются на территории Беларуси (Солигорский промрайон, Микашевичское и Глушковичское месторождения строительного камня, карьер по добыче доломитов «Руба» и др.). Воздействие инженерных комплексов на геологическую среду вызывает перестройку многих инженерно-геологических процессов (табл. 7). При этом наблюдается активизация или проявление одних процессов и затухание или исчезновение других. Прежде всего меняется картина миграции веществ на поверхности грунтов, происходит изменение типа, направления и скорости их перемещения. Обнажение значительных площадей создает условия для активного плоскостного смыва, развития делювиальных процессов на месте слабых дефлювиальных. При значительных уклонах и благоприятных литологических условиях возникают предпосылки для появления промоин, а затем и оврагов. Подобные процессы особенно активны на стенках карьеров, склонах терриконов, откосов насыпей и дамб. Изменения водности, режима стока и мутности водотоков кардинально меняют характер русловых эрозионно-аккумулятивных процессов. Обезлесение и подрезка склонов на площадях горных рудников благоприятствуют обвально-осыпным и лавинно-селевым процессам. Особенно активны склоновые смещения на отвалах, дамбах и терриконах в случае их сложения из глинистых грунтов. Строительство линейных сооружений влияет на движение грунтовых вод, вызывает заболачивание и подтопление вдоль насыпей и трасс трубопроводов. В районах многолетнемерзлых пород активизируются процессы растепления грунтов, солифлюкции, наледообразования, термокарста. 18 Таблица 7 Инженерно-геологические процессы при строительстве и эксплуатации наземных сооружений Инженерно-геологические процессы при строительстве Действующие факторы – природные и вызванные инженерной деятельностью Инженерно-геологические процессы при эксплуатации Выветривание дна и откосов строительных выемок Климатические Выветривание откосов постоянных выемок и материала сооружений Разуплотнение дна и откосов строительных выемок Напряженное состояние пород в массиве Уплотнение пород оснований под нагрузкой сооружений Гравитационные процессы в котлованах и на склонах, примыкающих к стройплощадке Силы тяжести Наведенные землетрясения Эрозия в водотоках, плоскостная эрозия, насыщение массива пород водой Поверхностные воды Гравитационные процессы на склонах, примыкающих к сооружению, и в откосах постоянных выемок Выщелачивание, фильтрационные деформации: суффозия, подземная эрозия, напорно-силовые деформации Режим подземных вод, фильтрационный поток Переформирование берегов водохранилищ, эрозия в каналах, подтопление, кольматация берегов каналов и водохранилищ Промораживание, растепление Температурный режим массива пород под действием сооружений Выщелачивание, подтопление, просадки, заболачивание, кольматация трещин и полостей Сейсмическое воздействие Растепление и промораживание Непрерывное увеличение площадей нарушенных земель в районах добычи полезных ископаемых требует разработки оперативной и эффективной системы рекультивации. Мероприятия по восстановлению природного потенциала следует проводить с учетом зональных или поясных особенностей местности и биологического потенциала ландшафта, глубины и площади трансформации природной среды. Важно также целевое назначение рекультивации, т. е. будущее использование земель – селитебное, сельскохозяйственное, рекреационное. Зависимость мероприятий по рекультивации от конкретных условий связана с тем, что площади горнопромышленного освоения состоят из нескольких зон: очаговой зоны с необратимыми изменениями природной среды – это территория непосредственно промышленных объектов; 19 сильного влияния с уничтожением растительности и нарушением водного режима, почв и грунтов, где восстановление затруднено, но возможно; среднего влияния с угнетением отдельных видов растительности, прежде всего мхов, лишайников и в меньшей степени травянистых и древесно-кустарниковых видов; слабого влияния с локальными и несущественными изменениями, мало отличимыми от фона. Рекультивация отвалов должна проводиться с учетом их состава путем выбора наиболее устойчивых для конкретного случая растений. Основные виды очищения почв, загрязненных нефтью, – аэрация, улучшение состава поглощающего комплекса, активная фитомелиорация. Важную роль играют внесение фосфорных удобрений, известкование. Не рекомендуется вносить органику, которая увеличивает дефицит кислорода. Сжигание и захоронение нефти также увеличивает сроки очищения почв. Разработка экологобезопасных технологий добычи, транспорта и переработки полезных ископаемых, мероприятий по охране и рекультивации природных комплексов требует организации экологического мониторинга – системы регулярных наблюдений за состоянием природной среды. Служба мониторинга должна базироваться на материалах, отражающих современное состояние компонентов природной среды, функционирование всех элементов промышленных комплексов, опыт и перспективы освоения месторождений (см. гл. 6). Добыча и транспортировка полезных ископаемых в прибрежной зоне и на шельфе океана влекут за собой серьезные изменения в поверхностном слое литосферы. Наибольшее площадное распространение имеют процессы техногенного осадконакопления в результате осаждения взвесей и загрязняющих веществ в районах добычи строительного сырья, металлов из россыпей, сброса промышленных стоков. В результате использования песчаного материала пляжей для строительства и перекрытия многих впадающих в море рек протяженные участки побережий лишились пляжей и начали активно размываться. Для сохранения пляжей используются бетонные ограждения и искусственные отсыпки. Процессы движения вдольбереговых потоков и наносов трансформируются также портовыми сооружениями, волноломами, причалами. Для количественной оценки техногенной нагрузки на берега используется отношение общей протяженности инженерных сооружений к длине берега (табл. 8). 20 Таблица 8 Протяженность разных по степени техногенного преобразования берегов, % Береговая линия моря или страны Естественные берега Берега, частично измененные Искусственные берега Речные устья Азовского 69,3 64,1 2,5 14,1 Каспийского 43,5 36,5 0,7 19,3 Северо-западной части Черного 4,5 56,1 6,6 32,8 Юго-восточной части Балтийского (в пределах Калининградской области) 22,2 69,5 8,3 – Япония 59,0 13,0 27,0 1,0 З а г р я з н е н и е г е о л о г и ч е с к о й с р е д ы, в отличие от нарушенности, редко бывает «физиономичным», т. е. внешне заметным. Поэтому для его обнаружения и оценки используются главным образом аналитические, полевые или лабораторные методы. Основные пути загрязнения горных пород и подземных вод идут от внешних оболочек Земли: атмосферы, поверхностных вод, почв и даже растительности. Реже загрязнение непосредственно попадает на значительные глубины (закачка газов, воды, буровых растворов или поверхностно-активных веществ, захоронение отравляющих веществ или радиоактивных отходов). В целом пространственно-временные закономерности распределения загрязнителей в породах очень сложны, так как имеет место совокупное влияние многих источников воздействия, а также миграция загрязнения, зависящая от геологических и гидрогеологических условий территории и от характера подземного сооружения (шахты, скважины, хранилища). На региональном уровне загрязнение литосферы во многом зависит от фонового состояния внешних оболочек. На локальном уровне наибольшее значение имеет воздействие крупных промышленных комплексов, городов, объектов складирования или захоронения отходов. Заслуживают внимания и локальные зоны загрязнения, связанные с трубопроводами и с транспортными коммуникациями. На территориях, где находятся предприятия горнодобывающего комплекса, наблюдается активное поступление в атмосферу, а затем и в геологическую среду углеводородов и пылеватых ча стиц (табл. 9). 21 Таблица 9 Выбросы вредных веществ в атмосферу предприятиями горнодобывающего комплекса России (тыс. т/год) Отрасли промышленности Всего Нефтяная 4795,5 Угольная 1556,5 Газовая 2384,3 Стройматериалы Всего по промышленности Твердые вещества SO2 CO NO Углеводороды 33,1 42,6 279,1 40,4 4393,1 386,2 409,7 708,3 30,0 3,9 7,3 314,4 553,1 230,8 1269,3 3330,3 2042,0 411,0 678,7 154,4 6,7 64680,7 1617800 186947 153052 4332,1 9037,4 Оксиды серы и азота, образующие в атмосфере кислоты, способствуют повышенному закислению почв и грунтов. Для выбросов химических предприятий характерно значительное содержание аммиака, хлора, сероуглерода, сероводорода, а также таких высокотоксичных соединений, как оксид ванадия, ацетон, толуол, бензол. Вместе со сточными водами от химических предприятий в геологическую среду попадают фенол, анилин и металлы – медь, цинк, ванадий, никель. Почвы и поверхностные отложения в нефтедобывающих районах подвергаются воздействию многих загрязнителей, среди которых основным является нефть. Загрязненные нефтью почвы испытывают сложные, часто необратимые изменения. В почвогрунтах возрастает общее количество органического углерода, битуминозных веществ и полициклических ароматических углеводородов. Ухудшение водно-воздушного режима происходит за счет диспергирования частиц грунта и гидрофобных свойств нефти. Уменьшается содержание водорастворимых углеводородов, водорастворенного органического вещества, свободных гуминовых кислот. В то же время общие запасы органического вещества, тип гумуса и его распределение по профилю меняются мало. Важные последствия нефтяного загрязнения – битуминизация, изменение почвенного поглощающего комплекса, внедрение ионов натрия и развитие солонцового процесса. Хозяйственное использование почв, загрязненных нефтью, возможно только через 15–20 лет. Среди других загрязнителей почвы и грунтов можно назвать тяжелые металлы, соединения серы, фосфора, азота. При этом одни из них обладают пониженной миграцией, накапливаются в подстилке и верхних горизонтах – металлы, соединения фосфора, органические компоненты, 22 пыль, а другие мигрируют по профилю почвы, достигая горизонтов подземных вод, например соединения азота и серы. Бурение скважин при разведке и эксплуатации месторождений сопровождается сооружением котлованов-отстойников, где накапливаются отходы бурения – нефтепродукты, химреагенты, минеральные соли. Загрязняя поверхность, эти соединения фильтруются в грунты и путем горизонтальной миграции могут распространяться на большие площади. Для нефтепродуктов миграция ограничивается водоносными горизонтами и малопроницаемыми грунтами. В процессе буровых работ активному загрязнению подвергаются подземные воды, особенно пресные и неглубоко залегающие (до 150–200 м). В нефтегазоносных районах загрязнение нефтепродуктами зависит от их растворимости (жидкие парафины и нафтеновые углеводороды – 40–150 мг/л, толуол – 500 мг/л, бензол – 1800 мг/л). Однако во всех случаях концентрации названных соединений превышают предельно допустимые. В водоносных горизонтах в процессе анаэробно-биохимических реакций происходит окисление нефтепродуктов и формируется восстановительная обстановка. В воде резко уменьшается содержание кислорода, нитратов и сульфатов, появляются сероводород и метан, возрастает содержание железа, марганца, свободного диоксида углерода. Помимо нефтяного загрязнения, в ряде регионов добычи нефти наблюдается повышенное содержание в подземных водах хлоридно-сульфатных соединений. 2.2. УСТОЙЧИВОСТЬ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Рассматривая нарушенность и загрязнение геологической среды как определяющие факторы образования напряженных экологических обстановок, следует иметь в виду, что при одних и тех же масштабах техногенных воздействий результаты их влияния могут быть неодинаковыми в пространстве и во времени. Это связано с тем, что компоненты геологической среды могут по-разному реагировать на внешние факторы, обладать различной способностью меняться в худшую или лучшую сторону. Устойчивость литосферы к внешним воздействиям и ее способность к восстановлению исходного потенциала важно учитывать при прогнозах, особенно долговременных. От оценки этих свойств в значительной мере зависят стратегия и технология использования ресурсов недр, величины допустимых техногенных нагрузок на геологическую среду. К сожалению, на сегодняшний день возможны лишь качественные (балльные) оценки устойчивости геологической среды. 23 Для грунтов основными их показателями по отношению к техногенезу являются механический состав, теплофизические и водно-физические свойства. В общем виде эти зависимости приведены в табл. 10. Таблица 10 Реакция грунтов на техногенное воздействие Реакция грунтов на техногенное воздействие («+» – способствуют, «–» – препятствуют) Свойства грунтов водная эрозия ветровая эрозия горизонтальная миграция вертикальная миграция Низкая водопроницаемость (скальные, связанные) + – + – Высокая водопроницаемость (рыхлые, несвязанные) – + – + Мерзлые + – + – Талые – + – + Избыточно увлажненные – – + – Слабо увлажненные + + – + Анализ приведенных данных свидетельствует о разнонаправленности реакции одного и того же типа грунтов на различные воздействия. Поэтому значение геологической среды как фактора устойчивости экосистем и направленности будет меняться в регионах с разными видами и масштабами хозяйственного освоения. Например, малоустойчивые к водной эрозии суглинистые грунты одновременно способствуют активному самоочищению территории от поверхностного загрязнения. Многолетнемерзлые грунты предохраняют подмерзлотные водоносные горизонты от загрязнения, однако неустойчивы к процессам водной эрозии, солифлюкции, разного рода деформациям. Оценка устойчивости подземных вод должна проводиться с учетом их запасов, динамики и химического состава. Истощению и загрязнению более подвержены малодебитные водоносные горизонты с ограниченными запасами и источниками питания. Высокая динамичность характерна для поверхностных горизонтов подземных вод, а глубоко залегающие отличаются замедленным водообменом – до сотен тысяч лет и более. Поступление загрязнения в малоподвижные подземные воды не может быть значительным без вмешательства человека, но и самоочищение их происходит очень медленно. Минерализованные и гидрокарбонатные по составу воды наиболее устойчивы к загрязнению. Соленые 24 сульфатно-карбонатные воды даже в своем естественном состоянии являются показателями напряженного экологического состояния геологической среды. Смысл оценки устойчивости геологической среды различен при физическом воздействии и загрязнении. Нарушенность литогенной основы (эрозия, смещения, просадки) – явление практически необратимое. Поэтому основное внимание здесь обращается на способность грунтов противостоять начальным этапам развития опасных процессов, которые затем могут получить широкое развитие. В случае загрязнения важно оценить способность геологической среды к самоочищению и восстановлению фонового геохимического состояния. Степень напряженности экологических обстановок увязывается при этом с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ, их миграционными свойствами и периодами разложения. Геологическая среда – одна из наиболее «инертных», стабильных составляющих экосистем и одновременно наименее обратимая в своем развитии. Эти ее свойства должны определять тактику и стратегию систем природопользования, затрагивающих литогенную основу. Принципиально важно не допускать значительных техногенных изменений состояния геологической среды, которая затем длительное время будет играть роль дестабилизирующего фактора по отношению ко всей природной среде. Рельеф совместно с горными породами формирует морфолитогенную основу и структуру экосистем, во многом определяет активность и соотношения вертикальных и горизонтальных связей в пределах экосистем, а также их внешние связи. При этом оценка экологического значения рельефа затруднена вследствие одновременного влияния на него грунтов, почв и растительности. В «чистом» виде это значение проявляется в немногих регионах, главным образом в горных областях с аридным климатом. Любая информация о региональных закономерностях строения и развития рельефа может быть полезной для решения задач экологической геологии. Однако значение основных характеристик рельефа – возраста, генезиса и морфологии (морфометрии) – неодинаково. Возраст геоморфологических комплексов можно рассматривать как косвенный фактор устойчивости экосистем к физическому техногенному воздействию. При прочих равных условиях более древние генерации рельефа находятся ближе к равновесному или относительно стабильному состо25 янию. Их развитие чаще всего имеет направленность в сторону стабилизации, выравнивания, что придает им устойчивость к деструктивным процессам. Антиподами служат генерации молодого или современного рельефа, образование которых далеко до завершения и сопровождается активными процессами денудации или аккумуляции. Следует отметить, что молодые активные типы рельефа часто развиваются путем увеличения площадей за счет более древних. Генетические типы рельефа также можно расположить в виде своеобразного ряда по устойчивости к потенциальной нарушенности. В общем случае для территории европейской части стран СНГ этот ряд будет выглядеть следующим образом (от более к менее устойчивым): структурные плато и денудационные равнины; ледниковые и озерно-морские равнины; водно-ледниковые и аллювиальные равнины; эрозионные равнины; структурно-эрозионный горный рельеф; эоловые равнины. В пределах каждого генетического типа снижению устойчивости способствуют нарастание уклонов, расчленение и обнаженности. Оценка генетических категорий рельефа наглядно показывает, как трудно разделить влияние собственно рельефа и слагающих его поверхностных отложений на устойчивость экосистем. Морфология и морфометрия рельефа (качественная оценка внешних особенностей земной поверхности) непосредственно и наиболее наглядно отражают его экологическое значение. Густота расчленения выступает как показатель сложности структуры экосистем регионального уровня, предрасположенности их к проявлению и других деструктивных процессов: оползневых, эрозионных, солифлюкционных. Своеобразие рельефа как экологического фактора заключается в том, что его реакция на физическое воздействие и загрязнение неодинаковая. По способности к самоочищению рельеф можно подразделить на три области. 1. Области преобладания сноса и денудации (возвышенные междуречья, верхние части склонов, эрозионные типы рельефа). Отличаются активной горизонтальной и ограниченной вертикальной миграцией поверхностного загрязнения, его значительным территориальным распространением и рассеиванием. Очищение поверхности в целом значитель- 26 ное, однако не исключено образование ареалов временной повышенной концентрации загрязнения в руслах, тальвегах и у оснований склонов. 2. Области преобладания аккумуляции (днища котловин, шлейфы и конусы выноса, русла и поймы в низовьях крупных рек). Опасны возникновением локальных, линейных или значительных по площади ареалов повышенного загрязнения. Слабая горизонтальная миграция поверхностного загрязнения при благоприятных условиях может стимулировать загрязнение грунтов и водоносных горизонтов. 3. Области преобладания транзита (склоны, придолинные зоны, средние звенья гидросети), в пределах которых в условиях активной горизонтальной миграции вещества его баланс может от равновесного периодически переходить в отрицательный или положительный. Это влечет за собой изменение способности территории к самоочищению. Отмеченная выше неадекватность реакции рельефа на различные виды техногенного воздействия заключается в том, что наиболее устойчивые к деструктивным процессам комплексы обладают повышенной потенциальной опасностью загрязнения. Напротив, наиболее динамичные комплексы относятся к наиболее самоочищаемым. На примере рельефа еще раз убеждаемся в сложности интегральной оценки природного потенциала и в важности оценки устойчивости геологической среды по отношению к определенным видам техногенного воздействия. Почвы представляют собой буферную зону между внешними оболочками Земли и литосферой. На преобладающей площади суши, за исключением русел рек и выходов на поверхность горных пород, загрязнение попадает в геологическую среду через почвы, которые играют роль своеобразных фильтров. Физическое воздействие на литосферу также часто начинается с эрозии или перемещения почвогрунтов. В названии почвы заключена важная и многоплановая информация экологического значения, а сведения о структуре почвенного покрова дают представление о строении экосистем. В общем случае способность почв накапливать, сохранять или удалять загрязнение зависит от реакции среды (табл. 11) и преобладающего типа водного режима (табл. 12). Дифференциация условий почвообразования, главным образом климатических и отчасти геоморфологических и мерзлотных, позволяет выделить широтные почвенно-экологические зоны, а в их пределах – провинции или региональные категории. Структура почвенного покрова в пределах провинций, в свою очередь, дифференцируется в зависимо27 сти от особенностей рельефа, его абсолютных высот и специфики расчленения. При этом почвы засушливых и континентальных регионов более чувствительны к изменениям рельефа, образуют более контрастные и дробные структуры. Таблица 11 Подвижность биохимически активных микроэлементов в различных ассоциациях субаэральных почв (по М. А. Глазовской) Геохимические ассоциации почв Подвижность элементов практически неподвижные слабоподвижные подвижные Мо4 Рb2–4, Cr3–6, Ni2–3, V4–5, As3, Se3 Sr, B, Cu, Zn, Cd, S6 Рb Sr, Ba, Cu, Cd, Cr3–6, Ni2–3, Co2–3, Mo4, Hg Zn, V5, As5, S6 Рb, Ва, Со Zn, Ag, Cu, Cd Кислые субаэральные, рН < 5,5 Слабокислые и нейтральные субаэральные, рН 5,5–7,5 Щелочные и сильно щелочные субаэральные, рН 7,5–9,5 Mo6, V5, As5, S6 Таблица 12 Относительная опасность загрязнения подвижными биохимически активными элементами субаэральных почв (по М. А. Глазовской) Коэффициент увлажнения и преобладающий тип водного режима Гранулометрический состав и наличие мерзлоты пески и супеси суглинки глины различного состава с мерзлотой Более 2, резко промывной + ++ +++ +++ 2–1, преимущественно промывной ++ +++ ++++ ++++ 1–0,5, непромывной +++ ++++ +++++ +++++ +++++ +++++ Менее 0,5, резко непромывной Примечание. Опасность загрязнения: «+» – очень слабая; «+ +» – слабая; «+ + +» – умеренная; «+ + + +» – сильная; «+ + + + +» – очень сильная. Нефтяное загрязнение – одно из важных видов химического воздействия на почвогрунты. Скорости разложения нефтепродуктов в почвах зависят от температуры и влажности. В жарком и влажном климате они в 500 раз выше, чем в холодном. Активность разложения возрастает при переходе от восстановительных условий болот к окислительным в дре28 нированных почвах. Помимо этого, кислый класс водной миграции в сочетании с промывным режимом способствует выщелачиванию и удалению нефтепродуктов. Велика роль и поглотительной способности почв. Она выше у глинистых и богатых гумусом почв. Минимальная поглотительная способность наблюдается у песчаных подзолистых почв (1–10 мг-экв на 100 г сухого вещества), а максимальная – у черноземов на лессах и у торфяноболотных почв (до 100 мг-экв и более). В целом же поглотительная способность загрязненных нефтью почв снижается. Поэтому в загрязненные почвы удобрения рекомендуется вносить для поддержания необходимой активности процесса разложения нефтепродуктов. Масштабы загрязнения почв нефтью и активность процесса их восстановления зависят от состава нефтепродуктов, свойств почв и климатических условий. Сочетание этих факторов весьма неблагоприятно в северных и восточных нефтедобывающих регионах СНГ, где использование загрязненных почв возможно через 15–20 лет. Западные, центральные и южные регионы СНГ в этом отношении более благоприятные. Аналогичная ситуация фиксируется и для нефтедобывающих районов Беларуси. 29 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. МЕТОДЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ А н а л и т и ч е с к и е и г е о х и м и ч е с к и е м е т о д ы. Данные методы играют главную роль в оценке состояния компонентов геологической среды, поскольку лишь с их помощью можно представить виды и масштабы загрязнения почв, горных пород и подземных вод. Важность этих методов связана с тем, что именно загрязнение – наиболее опасный для человека, животных и растений вид техногенного воздействия на природу. Вместе с тем химические анализы почв, грунтов и подземных вод весьма дороги и трудоемки. Аналитических данных обычно недостаточно, что в свою очередь приводит к необходимости использования косвенных показателей. Так, о загрязнении пород и подземных вод пытаются судить по концентрациям загрязнителей в атмосфере и снеговом покрове, в растительности, почвах и поверхностных водах. Ценность количественных показателей, получаемых при химическом опробовании, снижается из-за недостаточно разработанной методики определения ПДК для многих загрязняющих веществ. Экстраполяция «точечных» или локальных измерений на большие площади затрудняется недостатком данных о закономерностях разложения и миграции соединений в литосфере. Загрязнение почв при учете их буферных свойств служит важным критерием состояния близких к поверхности пород и подземных вод (табл. 13). Многие показатели таблицы являются критическими для человека. Следует отметить, что для растений эти значения в 2–7 раз ниже. 30 Таблица 13 Показатели критической экологической обстановки при загрязнении почв Виды и показатели загрязнения Значения, мг/кг, ед. рН Загрязнение пестицидами 5–10 кг/га Суммарный индекс пестицидной нагрузки 1000–1200 Суммарный показатель химического загрязнения 64–128 Радиоактивное загрязнение Ки/км2: цезий-137 15–20 стронций-90 1–3 плутоний-239 > 0,1 ПДК веществ, мг/кг: хлорофос 0,5 хлорамин 0,005 метанол 1,5 мышьяк 20,0 Кислотность (рН) < 4,0 Щелочность (рН) > 8,5 В промышленных районах и крупных городах проблемы загрязнения почв в значительной степени сводятся к накоплению в них тяжелых металлов (табл. 14). Таблица 14 Степени загрязнения почв тяжелыми металлами (мг/кг почвы). Кларки и фоновое содержание валовых форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах (по В. Г. Граковскому и др.) Почвы Zn Cd Pb Hg Cu Co Ni As Дерново-подзолистые, песчаные и супесчаные 28 0,05 6 0,05 8 3 6 2,5 Дерново-подзолистые, суглинистые и глинистые 45 0,12 15 0,10 15 10 30 4,5 Серые лесные 60 0,20 16 0,15 18 12 35 – Черноземы 68 0,24 20 0,20 25 15 45 7–8 Каштановые 54 0,16 16 0,15 20 12 35 – Кларк по Виноградову 50 – 10 0,01 20 8 40 5 Пределы колебаний приведенных в таблице величин связаны с тем, что для песчаных и супесчаных почв эти пределы в несколько раз ниже, чем для суглинистых и глинистых. Это обстоятельство имеет особое значение для состояния почвообразующих пород, так как в легких по механическо31 му составу почвогрунтах активная вертикальная миграция загрязнения приводит к его быстрому проникновению на значительные глубины. Отдельного рассмотрения заслуживают почвогрунты городов и промышленных зон, низкая устойчивость которых (почвогрунтов) обусловлена снижением гумусности, потерей структуры, образованием таких новых видов почвогрунтов, как урбаноземы (глубоко переработанные), индустриземы (химически преобразованные) и урботехноземы (насыпные). Методы оценки загрязнения геологической среды в нефтегазоносных районах весьма разнообразны вследствие значительной номенклатуры показателей, требующих определения. При этом в зависимости от утилизации отходов бурения важность тех или иных показателей меняется. При оценке сбрасываемых на поверхность загрязненных вод важны следующие их показатели: содержание нефтепродуктов, токсичных солевых компонентов, тяжелых металлов, а также реакция среды. При этом используются такие методы, как отгонка нефтепродуктов (точность 5 мг/л), осаждение хлоридов (точность 2–4 мг/л), титрование сильной кислотой для определения щелочности. При использовании сточных вод для заводнения пластов важным является оценка содержания сероводорода и железа. Для определения содержания последнего применяются атомно-абсорбционный и калориметрический методы. Опасность для водных систем представляет присутствие в сточных водах, кроме нефтепродуктов, взвешенных веществ и коллоидных частиц минеральной и органической природы, а также растворенных солей и атрофирующих агентов – фосфора, серы, азота. В большинстве случаев сточные воды нефтегазовых месторождений требуют очистки. Основные методы, используемые при этом: гравитационный для взвесей; коагуляционный для коллоидов; окисление, абсорбция и аэрирование для растворимых органических веществ и газов; ионный обмен и мембранный метод для растворимых минеральных солей. Общее влияние загрязнения подземных вод на состояние геологической среды оценивается по совокупному учету качества воды (концентрации загрязнителей относительно ПДК) и площадей загрязнения (табл. 15). 32 Таблица 15 Критерии оценки загрязнения подземных вод (по В. М. Гольдбергу) Оценочные показатели Классы состояния 1 нормального 2 с негативными изменениями 3 кризисного 4 бедственного Отношение С к ПДК С = ПДК С = 3–5 ПДК С = 5–10 ПДК С = 10 ПДК и более Область загрязнения, км2 до 0,5 0,5–5,0 5–10 10 и более К аналитическим методам оценки нарушенности геологической среды относятся подсчеты числа и объемов техногенных форм рельефа, в том числе рассмотренные выше определения величин коэффициента антропогенного морфогенеза и геотехнического коэффициента. К этой категории также относятся многочисленные подсчеты величин смыва почв и их загрязнения (табл. 16, 17). Таблица 16 Почвенные показатели состояния экосистем (по Б. В. Виноградову) Показатели Норма Риск Кризис Бедствие Плодородие почв, % от потенциального 85 65–85 65–25 25 Содержание гумуса, % от природного 90 70–90 30–70 30 Площадь вторично засоленных почв 5 5–20 20–50 50 Глубина смытости почвенных горизонтов – Смыт горизонт А1 или 0,5 горизонта А Смыт горизонт А и частично АВ Смыты горизонты АиВ Глубина смытости, % почвенного профиля 10 10–30 30–50 50 Площадь обнаженных коренных пород, % 5 5–10 10–25 25 Площадь ветровой эрозии, % 5 10–20 23–40 40 Задернованность песчаных почв 60 30–60 10–30 10 Уровень активной микробной биомассы (снижение в количество раз) 5 5–10 10–50 50 33 Таблица 17 Техногенное загрязнение и классы состояния почв (по Б. В. Виноградову) Критерии оценки Размер- Классы состояния ность норма риск кризис бедствие Содержание легкорастворимых солей Весовые % Менее 0,6 0,6–1,0 1,0–3,0 Более 3,0 Содержание токсичных солей Весовые % Менее 0,3 0,3–0,4 0,4–0,5 Более 0,6 Содержание пестицидов ПДК Менее 0,1 1,0–2,0 2,0–5,0 Более 5,0 Содержание поллютантов ПДК Менее 0,1 1,0–3,0 3,0–10,0 Более 10,0 Содержание нефти и нефтепродуктов Весовые % Менее 1,0 1,0–5,0 5,0–10,0 Более 10,0 Известны количественные методы расчета уплотнения грунтов и техногенно обусловленных опусканий земной коры на площадях добычи нефти и газа и в границах крупных городов (до 10 см на территории Москвы). Оценка нарушения режима подземных вод базируется на определении изменений их уровней и дебитов в скважинах, а в шахтах путем измерения объемов откачек и прорывов воды из вскрытых горизонтов. А э р о к о с м и ч е с к и е м е т о д ы. Оценивая дистанционные методы анализа состояния геологической среды, следует иметь в виду два обстоятельства. Во-первых, информация о загрязнении и нарушенности глубоко залегающих горных пород и подземных вод на аэрокосмических снимках практически отсутствует. Весьма эффективны результаты дешифрирования только почв и особенно рельефа. Во-вторых, материалы съемки дают ценные сведения главным образом о нарушенности и гораздо менее информативны в отношении загрязнения поверхности литосферы. Рассматривая использование аэрокосмических снимков в целях изучения рельефа, прежде всего следует указать на их высокую информативность в отношении таких параметров, как густота расчленения и длина склонов, поскольку эти параметры рассчитываются путем непосредственных измерений. По сравнению с картами, информативность снимков в отношении густоты расчленения повышается по мере уменьшения размеров дешифрируемых эрозионных форм, так как формы первого порядка на картах либо отсутствуют, либо отражаются с разрежением. Снимки сильно упрощают проведение границ между категориями рель34 ефа с разными величинами расчленения, облегчают выбор масштаба морфометрических карт. Снимки незаменимы для анализа морфометрии элементов рельефа или микрорельефа склонов, который практически неразличим на картах. Такие разновидности микрорельефа, как бороздчатость, бугристость, ступенчатость, скалистость, во многом определяют характер склоновых процессов. Для количественного анализа углов наклона и глубины расчленения необходима стереофотографическая обработка снимков. Однако предварительная качественная оценка этих параметров возможна и путем визуального дешифрирования. Изучение стереопар снимков под стереоскопом или интерпретоскопом дает весьма наглядное представление о профилях склонов и изменениях их строения от междуречий к долинам. Эти исследования особенно эффективны на площадях обнаженных склонов и достаточно расчлененного рельефа. Так же как и прочие виды тематического дешифрирования, анализ морфометрии рельефа требует выбора снимков определенных параметров (табл. 18). Таблица 18 Выбор зоны спектра при дешифрировании рельефа Тип рельефа Ведущий фактор дешифрирования морфометрии Оптимальная зона, мкм Микрорельеф элементарных поверхностей Размеры форм больше критических 0,55–0,65 Аллювиальные равнины Водотоки, увлажнение Аридные денудационноаккумулятивные равнины Литология пород, почвенный покров 0,4–0,55 Гумидные денудационноаккумулятивные равнины Растительность 0,6–0,76 Расчлененный или бугристогрядовый рельеф Неравномерное освещение – Рельеф мелководий Малые глубины 0,4–0,5 0,76–3,0 Следовательно, по данным табл. 18, инфракрасный диапазон снимков наиболее эффективен при распознавании эрозионных форм по увлажнению и непригоден для дешифрирования малых форм и рельефа мелководий. Такие индикаторы рельефа, как растительность, хорошо «работают» в красном диапазоне, а объемность форм в условиях неравномерного освещения хорошо читается в сине-зеленой зоне спектра. 35 Съемки равнинного рельефа требуют более низкого положения Солнца (15–30о), а съемки горного рельефа более удачны при углах освещения 40– 50о. Морфометрические построения нежелательны как по снимкам малой контрастности, так и по чрезмерно контрастным изображениям. Выбор сезонности снимков особенно важен в равнинных залесенных районах, где растительность и увлажнение играют роль индикаторов рельефа. В итоге можно отметить, что при анализе морфометрии по прямым признакам дешифрирования рельефа важны масштабы и углы освещения, а при использовании косвенных признаков – сезонность и диапазоны съемки. Аэрокосмические снимки дают разнообразную и ценную информацию, касающуюся прямых и косвенных индикаторов, дают возможность определить основные морфологические и морфометрические характеристики рельефа. Например, о распространении обвально-осыпных явлений можно судить по крутизне и скалистости склонов, по резкости гребней хребтов, глубине расчленения и обнаженности рельефа. Участки подмыва крутых склонов и выхода у подножий грунтовых вод, а также ступенчатость склонов – вероятные признаки оползневых процессов. Строение русел и рельефа пойм, сопряжение склонов и днищ долин указывают на направленность эрозионно-аккумулятивных процессов в долинах. Более важное значение имеют прямые индикаторы – формы рельефа, созданные теми или иными процессами. При этом признаки дешифрирования форм-индикаторов меняются в зависимости от ландшафтных особенностей района, условий съемки и параметров снимков (табл. 19). Особого рассмотрения при оценке рельефа заслуживает информация снимков, указывающая на зарождение или начальные стадии развития экзогенных процессов, на потенциальную опасность разрушительных явлений. Подобные формы-индикаторы обычно отсутствуют на топографических картах и распознаются лишь при дешифрировании достаточно крупномасштабных изображений. В подобных случаях используются косвенные признаки дешифрирования – изменения увлажнения или почвенно-растительного покрова (табл. 20). Разнообразие, комплектность и объективность аэрокосмической информации позволяют использовать ее при решении различных задач экологии геологической среды. К ним относятся анализ границ экосистем и структуры их морфолитогенной основы, оценка активности внутренних и внешних связей в экосистемах, а также условий миграции обломочного материала и растворенных соединений. Дистанционные методы весьма эффективны при изучении техногенного влияния на рельеф, сочетаний естественных и антропогенных форм. 36 Таблица 19 Формы рельефа – прямые индикаторы экзогенных процессов Процессы Формы-индикаторы Признаки дешифрирования Обвалы Эскарпы или участки отрыва Светлые ареалы в верхних частях крутых склонов. Форма неправильная Обвальные накопления Обвальные отложения Осветленные пятна в основании крутых склонов. Форма изометричная Оползни Стенки (амфитеатры) отрыва Аналогичны обвальным, но характерны для нижних частей склонов и рыхлых пород Площадное затопление пойм Формирующиеся элементы рельефа пойм: валы, старицы, протоки Осветление, слабое задернение, четкие границы стариц, прирусловых валов Овражная эрозия Крупные промоины, молодые овраги Резко дифференцированные линейные контуры, извилистые или древовидные Карст Воронки, западины, слепые долины Неравномерная пятнистая структура, темные пятна, разреженная гидросеть, озера Ветровая эрозия почв Значительные по глубине западины выдувания Осветленные ареалы с тонкой струйчатой округло-ажурной или пятнистой структурой Таблица 20 Формы рельефа – индикаторы зарождения или начальных стадий экзогенных процессов Процессы Формы-индикаторы Признаки дешифрирования Обвалы или оползни Трещины, рвы, воронки, ложбины около бровок склонов Полосчатая или пятнистая структура изображения вблизи бровок склонов Эрозия Борозды, протяжины, безрусельные ложбины Микрополосчатость, рисунки типа «конских хвостов» или «силовых линий» на пологих склонах Карст, суффозия Плоскодонные локальные понижения или западины Локальные затемненные или осветленные участки, пятнистая или мозаичная структура Подтопление, заболачивание Озера, разливы, солончаки Затемненные или осветленные аномалии, связанные с изменениями растительности и увлажнения Развевание Дефляционные западины, песчаные бугры, надувы Локальное осветление тона, белые пятна или полосы, микрополосчатая структура 37 Важно отметить, что информация, касающаяся изменений поверхности литосферы, в ряде случаев позволяет судить о состоянии ее более глубоких частей. Помимо типологического анализа почвенного покрова, дистанционные методы эффективны при изучении и оценке отдельных свойств или параметров почв, что важно для оценки их состояния как поверхностной части литосферы, регулирующей влияние на нее внешних оболочек Земли. Влажность почв определяет тон и температуру их поверхности, данная характеристика фиксируется на снимках видимого, теплового и микроволнового диапазонов спектра. Оптические свойства почв коррелируют с так называемой рыхлосвязанной влагой почв, причем эти связи наиболее тесные для песков в интервале влажности 1–5 %, для супесей 2–12 % и для глин 4–22 %. Изучение стабильных границ увлажнения почв позволяет определять площади гидроморфных почв, заболачивания и подтопления, а оперативные наблюдения за влажностью в весенний период помогают оценить запасы воды в почвах в интересах сельского хозяйства. Гумусированность почв оказывает большое влияние на их цветовой тон, поскольку гуминовые кислоты имеют очень низкие значения коэффициентов спектральной яркости (0,02–0,03). Цветовой тон почвы меняется от почти белого у сероземов и солончаков до почти черного у черноземов и луговых почв. На снимках связь оптических характеристик почв и содержания в них гумуса прослеживается в интервале 0–7 % и определяется с точностью до 10 %. Непременным условием должна быть полная обнаженность почвы или проективное покрытие растительности не более 10– 15 %. Для наиболее плодородных черноземных почв с содержанием гумуса 8–12 % использование снимков неэффективно. По мере увеличения длины волны в диапазоне спектра 0,4–0,8 мкм спектральные коэффициенты яркости почв возрастают примерно в 3 раза. Например, дерновые почвы в красной зоне могут выглядеть на снимке так же, как и сероземы в голубой зоне. Засоление почв по-разному влияет на их оптические свойства. В сухом состоянии избыточно засоленные почвы светлее незасоленных, а во влажном темнее, так как соль очень гигроскопична и быстро поглощает влагу. Оценка засоления затрудняется влиянием увлажнения, гумуса и растительности. Оптимальные условия для изучения характеристики – обнаженность, сухость и значительная гумусированность почв. Под38 тверждением данного обстоятельства служит то, что в малогумусных почвах (2–3 % гумуса) засоление фиксируется при 1–2 %, а в среднегумусных (более 4 % гумуса) уже при 0,5–1,0 %. Эродированность почв приводит к сокращению или полному уничтожению наиболее плодородного гумусового горизонта, имеющего низкие значения коэффициентов спектральной яркости. С этим связано осветление эродированных и дефлированных почв на снимках. Осветленные ареалы почв обычно видны среди пахотных угодий на вершинах холмов и вблизи бровок коренных склонов. Слабая эродированность влияет лишь на тон изображения. При более активной эрозии появление борозд, промоин и мелких оврагов приводит к образованию тонкополосчатой, струйчатой структуры на месте однородной. К а р т о г р а ф и ч е с к и е м е т о д ы. Организация и технология при картографическом обеспечении эколого-геологических исследований зависят от конкретных решаемых задач, детальности работ, изученности территории, экономических возможностей и ряда других условий. Однако в общем случае можно выделить следующие этапы работ этого направления. В первую очередь целесообразно провести детальный и всесторонний анализ экологической информативности тематических природных и социально-экономических карт различного масштаба, имеющихся на исследуемую территорию. Это касается карт геологического, геоморфологического и почвенного профиля, а также топографических основ. Информация карт позволит представить структуру экосистем данной территории и оценить характеристики компонентов экосистем, которые определяют естественное состояние геологической среды и ее потенциальную реакцию на техногенные воздействия. Сведения о составе поверхностных отложений важны для оценки вертикальной и горизонтальной миграции поверхностного загрязнения, а также для суждения об устойчивости литогенной основы к эрозии и механическим нагрузкам. Такое же значение имеют карты типов мерзлоты. Особую ценность представляют инженерно-геологические карты, несущие многоплановую информацию о строении геологической среды, и гидрогеологические карты, позволяющие судить о защищенности водоносных горизонтов. Аналогичным образом можно использовать геоморфологические и почвенные карты. 39 Априорную информацию о возможном загрязнении и нарушенности геологической среды несут карты промышленности, транспорта и земельных угодий. Интерпретация базовых тематических карт должна послужить основой для составления серии специализированных картографических документов, отражающих различные стороны природного потенциала территории. Примерный перечень подобных карт выглядит следующим образом: типы инфильтрационных сред; типология и кинематика разломов; защищенность водоносных горизонтов; инженерно-геологические процессы; геохимия ландшафтов; типы и ареалы техногенного воздействия; динамика ландшафтов (рис. 2). Наиболее сложный и ответственный этап – составление собственно эколого-геологических карт. В зависимости от поставленных задач эти карты могут быть: параметрическими, отражающими закономерности распределения какого-либо параметра экологического состояния геологической среды. Например, содержание свинца в почве или нефтепродуктов в подземных водах; компонентными, дающими комплексную информацию о состоянии рельефа, почв, массивов горных пород или подземных вод; комплексными аналитическими, содержащими сведения о многочисленных видах техногенного воздействия и их масштабах; комплексными типологическими, на которых дается ранжирование структурных, стратиграфо-генетических или природных комплексов по напряженности экологической обстановки (рис. 3). Эколого-геологическое картографирование требует сбора и систематизации большого материала о загрязнении и нарушенности геологической среды. Принципиально важным следует считать ранжирование критериев экологического состояния и системный подход при районировании территорий по экологической опасности. По содержанию, масштабным уровням и назначению экологогеологические карты могут быть обзорными, региональными, специальными и детальными. 40 Рис. 2. Фрагмент карты ландшафтов масштаба 1 : 200 000: динамические характеристики ландшафтов: 1 – неполные смены: первая (а), вторая (б), третья (в); 2 – фазы развития: зарождения и становления (а), устойчивого существования и медленного развития (б), смены (в); факторы, обусловливающие фазы развития (цифры в квадрате): 1 – нарушение гидрологического режима, 2 – изменение геохимической обстановки, 3 – эволюция почвенного покрова, 4 – устойчивая направленность почвообразования, 5 – направленный отбор биоты, 6 – обособление субдоминантных урочищ, 7 – новые ландшафтообразующие процессы, преимущественно антропогенного характера; проявления тектонодинамичеких процессов: 3 – эпицентр землетрясения, 4 – активные структурные формы: линейные (а), кольцевые: положительные (б), отрицательные (в); 5 – дифференцированные позднеантропогеновые движения: поднятие (а), слабое опускание (б); экзодинамические процессы: 6 – линейная эрозия, 7 – русловая эрозия, 8 – дефляция, 9 – суффозия, 10 – термокарст, 11 – аллювиальные, 12 – эоловые, 13 – пролювиальные, 14 – эрозионноаккумулятивные, 15 – заболачивание; районы проявления техногенеза: 16 – мелиорации и сельскохозяйственного освоения ландшафтов: наименее освоенные (а), слабоосвоенные (б), достаточно освоенные (в), наиболее освоенные (г); 17– промышленные районы; 18 – виды ландшафтов: 1 – крупнохолмистый моренно-эрозионный, 2 – среднехолмистый моренно-эрозионный, 3 – мелкохолмистый лессовый, 4 – холмисто-волнистый вторичный водно-ледниковый, 5 – мелкохолмистый вторично-моренный, 6 – полого-волнистый лессовый, 7 – полого-волнистый аллювиальный террасированный, 8 – плоско-волнистый вторичный водно-ледниковый, 9 – плоско-моренно-зандровый, 10 – плоский аллювиальный террасированный, 11 – пойменный гривистый, 12 – пойменный плоский 41 Рис. 3. Фрагмент геоэкологической карты: геологические обстановки по природным (а) и техногенным (б) факторам: 1 – благоприятная, 2 – умеренно благоприятная, 3 – неблагоприятная; проявления экзодинамических процессов: 4 – денудационных, 5 – аккумулятивных, 6 – денудационноаккумулятивных; проявления новейшей эндодинамики: 7 – зоны активных разломов, 8 – локальные структуры: положительные (а), отрицательные (б), 9 – эпицентр землетрясения; проявления техногенеза: 10 – загрязнение почв, пород зоны аэрации и подземных вод в местах свалок (а), полей фильтрации (б), накопителей отходов животноводческих комплексов (в); 11 – нарушение уровенного режима поверхностных и подземных вод под влиянием групповых городских водозаборов (а), мелиорации (б); 12 – изменение качества поверхностных и подземных вод выше ПДК; 13 – трансформации ландшафтов при разработке карьеров (а), складировании в карьерах отходов (б), торфоразработках (в); 14 – ареалы геоэкологических ситуаций: простые (а), сложные (б), весьма сложные (в); 15 – памятники природы; 16 – граница геоэкологических районов 42 Обзорные карты (масштаб 1 : 1 000 000 – 1 : 500 000) фиксируют условия развития, интенсивность проявления и распространения природных и техногенных процессов, техногенного воздействия на геологическую среду и т. д. Для составления подобных моделей проводится региональный анализ состояния геологической среды, определяется характер воздействий, выполняется инженерно-геологическое районирование, оценивается техногенная нагрузка. Региональные карты (масштаб 1 : 200 000 – 1 : 100 000) создаются для получения информации и оценки перспектив развития геологических процессов при освоении территории. При этом осуществляются анализ динамики рельефа, исследование техногенной нагрузки и ее классификация, типизация природно-технических систем по степени их устойчивости. Выполняется оценка экономической целесообразности функционирования природно-технических геосистем. Региональные модели представляются в виде серии карт (тектонической, геологической, гидрогеологической, геоморфологической, ландшафтной, типизации техногенного воздействия на верхнюю часть литосферы), а также в виде вероятностных моделей процессов, факторов и условий динамики геологической среды. Специальные карты оптимизации геологической среды целесообразно разрабатывать при принятии управленческих мероприятий по охране и рациональному использованию геологической среды в сфере влияния объектов энергетики, горнодобывающих комплексов, крупных промышленных предприятий, городских агломераций (масштаб работ 1 : 50 000). Такие картографические модели используются проектными организациями и эксплуатационными службами. Детальные эколого-геологические карты (масштаб 1 : 25 000 – 1 : 10 000) создаются для населенных пунктов, промышленных зон и отдельных предприятий. В них осуществляется комплексный анализ инженерно-геологических условий территорий в рамках природнотехнических систем с определением эффективности мероприятий по оптимизации геологической среды. При этом проводится инженерногеологическое районирование, изучаются геологические процессы, создаются схемы защитных мер и планы управления геологической средой и т. д. Рассмотренные методы являются главнейшими для решения задач экологической геологии. На практике эти методы либо образуют звенья единой технологической цепи, либо используются одновременно, дополняя друг друга. 43 3.2. СТРУКТУРА ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Эколого-геологические исследования проводятся в целях оценки состояния приповерхностной части литосферы, прогнозирования ее изменений под совокупным воздействием природных и техногенных факторов, планирования комплекса мероприятий по рациональному недропользованию и охране геологической среды. В зависимости от необходимой детальности изучения территории такие виды работ выполняются соответственно в мелком (1 : 1 000 000 – 1 : 500 000), среднем (1 : 200 000 – 1 : 100 000) и крупном (1 : 50 000 – 1 : 25 000) масштабах. Эколого-геологические исследования осуществляются в пределах отдельных экономических регионов, территориально-промышленных комплексов, городских агломераций, районов эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Выбор объектов определяется народнохозяйственными интересами и интенсивностью техногенной нагрузки на геологическую среду. Основные задачи эколого-геологических исследований: выделение и типизация природных и техногенных объектов, выявление функциональных взаимосвязей между ними; определение реакции геологической среды на воздействие природных (неотектонических, сейсмических, инженерно-геологических и др.) и техногенных процессов; прогноз динамики геологической среды в условиях техногенеза; разработка рекомендаций по предупреждению негативных инженерно-геологических и экологических последствий. Объектами изучения являются природные и техногенные элементы геологической среды, обособленные пространственно и функционально, обладающие общими физикохимическими свойствами, сходной реакцией на воздействия, оказывающие однотипное влияние на экологическую обстановку. В процессе работ оценивается состояние горных пород, подземных вод, почв, рельефа земной поверхности, изучаются их трансформации под влиянием элементов техногенеза (карьеры, отвалы пород, гидромелиоративные объекты и др.). При проведении эколого-геологических исследований широко используются материалы геологических, гидрогеологических, инженерногеологических, ландшафтно-геохимических и других съемок, позволяющих в совокупности оценить экологическое состояние геологической среды. Для изучения процессов изменения верхней части литосферы в ретроспективе высокой информативностью отличаются аэро- и косми44 ческие снимки. По данным дистанционного зондирования составляются оперативные карты эколого-геологического содержания. Эколого-геологические исследования выполняются на протяжении подготовительного, полевого и камерального (окончательного) периодов. В подготовительный период осуществляются сбор и анализ фактологического (литературного, фондового) материала, освещающего состояние геологической среды. Изучаются сведения о способах добычи и переработки полезных ископаемых, о техногенных объектах, предварительно оценивается экологическая обстановка. В рассматриваемый период проводится предварительное дешифрирование материалов дистанционных съемок, в комплект которых входят аэро- и космические изображения земной поверхности, полученные в масштабах 1 : 200 000 – 1 : 5 000 и крупнее, в видимом, инфракрасном и радиоволновом спектральных диапазонах. Для повышения надежности дешифрирования и наиболее полного извлечения информации осуществляются оптикоэлектронная обработка снимков, синтезирование и преобразование изображений. В результате подготовительных работ составляется предварительная эколого-геологическая карта, выделяются ключевые (опорные) участки, планируется сеть наземных и аэровизуальных маршрутов, точек опробования почв, горных пород и подземных вод. В полевой период изучаются природные и техногенные объекты, определяющие эколого-геологическую обстановку. Первоочередными ключевыми участками проведения исследований являются площади интенсивного техногенного воздействия на геологическую среду, в пределах которых отмечаются неблагоприятные экологические ситуации. Объем и состав полевых работ варьируют в зависимости от строения геологической среды, особенностей проявления природных процессов, типа техногенных нагрузок и характера обусловленных ими изменений среды. В ходе исследований осуществляются геохимическое, биохимическое, гидрогеохимическое и минералогическое опробование, геофизические, горно-буровые работы, наземные и аэровизуальные наблюдения, дешифрирование аэро- и космических снимков. При этом важнейшим видом полевых работ являются геохимические исследования, позволяющие определить полноту переработки добываемого минерального сырья, состав техногенных аномалий, их границы, пути и скорости миграции элементов загрязнения. Целесообразность того или иного метода, плотность сети опробования, схема расположения горных выработок определяются с учетом 45 размеров исследуемых природных и техногенных объектов, характера преобладающих процессов и необходимой детальности их изучения. Неоднократные наблюдения и измерения параметров геологической среды (форм проявления экзогенных процессов, уровенного режима подземных вод и др.) позволяют установить количественные показатели эколого-геологической обстановки. В результате полевых исследований уточняется предварительная эколого-геологическая карта и составляются сходные по содержанию, но более крупного масштаба карты ключевых участков. Кроме того, выделяются объекты для последующей организации и ведения мониторинга геологической среды. В камеральный период весь собранный фактологический материал обобщается и систематизируется. Особое внимание уделяется построению окончательного варианта эколого-геологической карты на основе комплексного анализа результатов дешифрирования аэро- и космических снимков, наземных наблюдений и полевого опробования. Важнейшей частью камеральных работ является создание информационного банка данных, обеспечивающего получение оперативных сведений о состоянии геологической среды в пределах региона. Для этих целей применяются ГИС-технологии, позволяющие использовать собранные материалы на любом уровне обобщения, подключать отдельные блоки информации к отраслевому либо республиканскому центру хранения экологических данных и к службе мониторинга природной среды. 46 4. ЭКОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ В РАЙОНАХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 4.1. ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ СТАРОБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ При эколого-геологических исследованиях важнейшую роль играет оценка состояния геологической среды в районах проведения геологоразведочных работ и добычи полезных ископаемых. К очагам активного техногенного влияния на верхнюю часть литосферы относятся районы эксплуатации месторождений полезных ископаемых. В настоящее время из недр земли извлекается более 400 видов сырья, из которых по стоимости преобладают горючие ископаемые (80 %), далее – металлы (12 %) и строительные материалы (около 2 %), причем строительные материалы находятся на первом месте по объемам добычи. Горнодобывающие комплексы загрязняют все компоненты природной среды углеводородами, оксидом серы, многими металлами – ртутью, кадмием, свинцом, хромом, медью, никелем. Основная часть соединений отличается стойкостью и большой миграционной способностью. При добыче минерального сырья применяются различные системы использования ресурсов недр, которые включают открытые (карьерные) и подземные (шахтные) виды разработки, проходку скважин, технологии подземной газификации углей, выщелачивания солей, выплавки серы и др. Каждая из перечисленных основных систем имеет свои модификации и составляющие, зависящие от конкретных условий. Открытая разработка связана с объемами вскрышных работ, проблемами размещения отвалов и их последующей рекультивации. Глубокие карьеры требуют откачки подземных вод и сброса их в поверхностные водоемы. При шахтной добыче сталкиваются со многими сложными проблемами: 47 трудностями разработки маломощных и наклонных горизонтов, прорывами подземных вод, обвалами, растеплением многолетнемерзлых пород, взрывами рудничных газов. Для более эффективной добычи нефти используются кусты скважин, наклонное бурение, закачки в нефтеносные горизонты больших объемов воды и поверхностно-активных веществ. Одна из технических новинок – подземные ядерные взрывы для повышения отдачи продуктивных горизонтов. Технология буровых работ непрерывно совершенствуется в целях увеличения глубины и скорости проходки, оптимизации режима эксплуатации, борьбы с обводнением грунтов, прихватами и коррозией труб. Проведение геологоразведочных работ и разработка месторождений полезных ископаемых оказывают комплексное активное влияние на геологическую среду, которое охватывает большие площади (в отличие от ряда других отраслей промышленности) и затрагивает как земную поверхность, так и глубокие горизонты литосферы. Длительная, в течение десятилетий, а иногда и столетий, эксплуатация месторождений приводит в конечном счете к значительным и необратимым изменениям геологической среды. Технологические и региональные особенности систем недропользования и их воздействие на геологическую среду зависят от типов месторождений полезных ископаемых и закономерностей их распределения, рельефа земной поверхности, инженерно-геологических и гидрогеологических условий. На территории Беларуси открыто свыше 4000 месторождений минерального сырья. Детально разведаны запасы и осуществляется разработка месторождений нефти, каменной и калийной солей, строительных материалов, торфа, пресных и минеральных подземных вод. В результате геологоразведочных работ (бурение скважин, сейсмические исследования и др.) нарушаются физико-механические свойства почв и горных пород, загрязняются подземные воды. Негативное воздействие на верхние слои литосферы оказывает добыча полезных ископаемых. Особую актуальность приобретает эколого-геологический анализ территории Солигорского промышленного района (Минская обл.). Многолетняя эксплуатация Старобинского месторождения калийных солей привела на пороге XXI в. к сложной экологической ситуации в промышленном районе, вызванной засолением почв и подземной гидросферы, трансформацией рельефа земной поверхности, активностью сейсмотектонических процессов и другими изменениями геологической среды. 48 П р о я в л е н и я г е о д и н а м и ч е с к и х п р о ц е с с о в. Важным аспектом эколого-геологической оценки Солигорского района является изучение трансформаций верхней части литосферы под влиянием новейших геодинамических процессов. С эндогенной геодинамикой связана активизация деструктивных явлений, влияющих на ход развития геологической среды. Вдоль линий тектонических нарушений (разломов, зон трещиноватости) отмечается заметное усиление экзогенных процессов (развитие просадок, заболачивание, эрозия), в том числе вызванных горнопромышленным фактором. Новейшей геодинамикой контролируется пространственное распределение сейсмических событий, приносящих значительный социально-экономический ущерб. В результате интенсивной отработки калийных горизонтов Старобинского месторождения в земных недрах происходит перераспределение тектонических напряжений, что способствует образованию систем трещин в массивах горных пород, активизации газодинамических явлений, возникновению местных землетрясений. Формирование техногенно обусловленных геодинамических процессов контролируется прежде всего дизъюнктивной неотектоникой. В связи с этим изучение разломов, активных в позднеолигоцен-антропогеновый период (последние 30 млн лет), имеет в настоящее время важное значение при решении эколого-геологических задач в Солигорском промышленном районе. В структурном отношении Старобинское месторождение калийных солей приурочено к северо-западной центриклинальной части Припятского прогиба. Поэтому при выяснении пространственной дифференциации неотектонических разрывных нарушений месторождения изучалась дизъюнктивная неотектоника Старобинской центриклинали в целом. К анализу были привлечены аэрокосмогеологические, геологогеофизические и сейсмические данные. О новейшей активизации дизъюнктивов можно судить по их выраженности на материалах дистанционных съемок в виде систем линеаментов – индикаторов разрывов, флексурно-разрывных дислокаций и зон трещиноватости. Активные разломы находят отражение в размещении стратиграфогенетических комплексов и фаций четвертичных отложений, характере поверхности доантропогеновых пород, в изменениях мощностей основных структурных подразделений мезокайнозойских образований. В зонах неотектонических нарушений отмечаются высокие значения и контраст- 49 ность современных вертикальных движений земной поверхности. К таким линейным дислокациям приурочены эпицентры землетрясений. Анализ дизъюнктивной неотектоники Старобинской центриклинали показывает, что преобладающее простирание активных разломов согласуется с «припятским» направлением 287°, а также с ортогональной ориентировкой линейных структур 45–315°, отличавшихся наибольшей мобильностью в позднеолигоцен-антропогеновый период. Субширотные системы эшелонированных линеаментов шириной 1,0–2,5 км устанавливаются над зонами Северо-Припятского, Червонослободского, Ляховичского, Речицкого и других разломов платформенного этапа заложения. Они представляют собой разрывы сбросово-сдвигового типа с амплитудой смещения по поверхности фундамента от нескольких сотен метров до 1,3 км. Среди активных разломов северо-восточного направления центральное место в дизъюнктивной неотектонике Старобинской центриклинали занимает доплатформенный Стоходско-Могилевский суперрегиональный разлом (азимут 45о), разделяющий структурные элементы кристаллического фундамента. Региональные системы разломов сопоставлялись с тектоническими зонами Старобинского месторождения калийных солей, установленными в ходе геофизических аэрогеологических и горно-геологических работ. В верхнефаменской соленосной формации отдельным звеньям Ляховичского и Речицкого разломов соответствует Северная тектоническая зона, с которой сближены разрывы, примыкающие к краевому СевероПрипятскому разлому. На юге месторождения выделяется Южная тектоническая зона, сопоставляемая с частью Червонослободского дизъюнктива. Центральная тектоническая зона (Центральный разлом) сопряжена с одним из фрагментов Стоходско-Могилевского суперрегионального разлома. Активизация последнего на платформенном этапе (вплоть до антропогена) обусловила также формирование Чепелевского дизьюнктива и ряда других субпараллельных разрывов, которые проявились в калиеносной субформации с вертикальными амплитудами смещения до 150 м и на земной поверхности в виде зон линеаментов северовосточного направления. По данным сейсмических исследований в течение последних 20 лет установлено, что сейсмособытия, происходящие в пределах Старобинской центриклинали Припятского прогиба, сконцентрированы в определенных областях, приуроченных к неотектонически активным дизъюнк50 тивным нарушениям. Эпицентр землетрясения 10 мая 1978 г., находящийся вблизи г. Солигорска в районе д. Кулаки, контролируется фрагментом Червонослободского разлома. Интенсивность сотрясения земной поверхности достигала 4–5 баллов, а энергетический класс землетрясения К = 9,0–9,5. На пересечении Стоходско-Могилевского и Северо-Припятского разломов произошло землетрясение 2 декабря 1983 г. с энергетическим классом К = 9. География землетрясений в Солигорском районе за период с января 1997 г. по сентябрь 1999 г. свидетельствует о связи сейсмособытий в первую очередь с Центральной и Южной тектоническими зонами. Цепочка микроземлетрясений (К = 7) отмечается в Северной тектонической зоне, которая ограничивает с севера шахтные поля 2-го и 3-го рудников ПО «Беларуськалий». Заслуживает внимания землетрясение, произошедшее 15 марта 1998 г. в районе пос. Погост. Данное событие, а также менее интенсивный повторный толчок на следующий день были зарегистрированы сейсмостанцией «Солигорск». Очаг сотрясений радиусом 1,5–2,0 км приурочен к зоне Стоходско-Могилевского разлома. Интенсивность сотрясаемости – около 5 баллов. Сейсмические явления в Солигорском районе вызваны концентрацией и разрядкой напряжений в литосфере, энергетическая подпитка которых, возможно, обусловлена сильными карпатскими транзитными землетрясениями. Локальное перераспределение регионального поля напряжений, очевидно, связано с проведением горных работ. К техногенным причинам возникновения чрезвычайных сейсмических ситуаций в промрайоне следует отнести также воздействие солеотвалов, шламохранилищ и Солигорского водохранилища на верхнюю часть литосферы. Эти объекты над подработанными шахтными полями ведут к перераспределению напряжений и нарушению изостатического равновесия в земных недрах, увеличивают сейсмический риск на территории промрайона. Зоны активных разломов контролируют развитие экзогенных процессов. Очаги интенсивного заболачивания в пределах Чепелевского и Центрального разломов, а также других дизъюнктивов, отраженных в ландшафтах в виде линеаментов, по-видимому, связаны с разуплотнением и трещиноватостью грунтов, повышенной фильтрацией подземных вод и высокой степенью обводненности покровных отложений в таких зонах (рис. 4). Для заболоченных ландшафтов, развитых в подобных геодинамических условиях, характерны особенности строения торфяной залежи, подстилающих грунтов и определенный режим водно51 минерального питания. Такие болота часто имеют прямолинейные очертания в плане и довольно отчетливо дешифрируются на снимках. А Рис. 4. Отражение экзогенных геодинамических процессов в зоне Центрального разлома (Солигорский промрайон): А, Б – схемы дешифрирования аэрофотоснимков до создания водохранилища (А) и после его сооружения (Б): 1– пониженная (а) и гривистая (б) поймы; 2 – песчаные гряды; 3 – заболоченные котло- 52 вины; 4 – волнистая водно-ледниковая равнина; 5 – структурно-эрозионные уступы; 6 – проявления дизъюнктивных (а) и пликативных (б) дислокаций; 7 – дамба (а) и очаги ее разрушения (б); 8 – прогрессирующее заболачивание В пределах отдельного участка в зоне Центрального разлома осуществлен количественный анализ интенсивности процессов заболачивания. Это позволило оконтурить очаги заболачивания в линеаментной зоне, где значения коэффициента интенсивности составили 0,3–0,7. Их площадь порядка 30 км2, форма в плане изометрично-вытянутая, общее простирание северо-восточное, что согласуется с направлением Центрального разлома. Высокими значениями коэффициента интенсивности (до 0,8–0,9) характеризуются узлы пересечения дизъюнктивов. Являясь наиболее ослабленными участками земной коры, они служат каналами разгрузки подземных вод. Современная поверхность таких территорий значительно обводнена. В зонах тектонических нарушений усиливаются техногенные процессы заболачивания, вызванные просадками земной поверхности в результате отработки калийных горизонтов Старобинского месторождения. Такие явления наиболее широко распространены в пределах шахтных полей. Фиксируемые на аэрокосмических снимках «мульды сдвижения» сопровождаются трансформацией рельефа, активизацией водной эрозии и процессов заболачивания. Мульды проявляются на площади 20 тыс. га, из которых 6,5 тыс. га подвержены заболачиванию. Характер развития подобных форм зависит от геодинамического режима, строения зоны аэрации, глубины залегания уровня грунтовых вод и других ландшафтных особенностей. «Мульды сдвижения» имеют четкие контуры в пределах холмисто-моренно-эрозионных и вторично-моренных ландшафтов, плавные или расплывчатые очертания на участках вторичных водно-ледниковых ландшафтов. Размеры мульд в поперечнике колеблются от нескольких десятков до первых сотен метров. Глубина прогибания таких форм до 3–5 м, крутизна склонов от 5–8 до 10–15о. Сравнительный анализ аэрокосмических снимков различных участков месторождения убедительно показывает, что заболачивание «мульд сдвижения» горных пород наиболее интенсивно в зонах разломов, особенно в узлах их пересечения с поперечными дизъюнктивами. В данном случае геодинамические явления, вызванные шахтными выработками калийных горизонтов, усиливаются природными нисходящими современными движениями в ослабленных зонах платформенного чехла. Таким образом, особенности проявления активных разломов земной коры следует учитывать при прогнозировании возможных сейсмособы53 тий и оценке экзогенной, в том числе техногенной, динамики геологической среды. 54 Рис. 5. Фрагмент геоэкологической карты центральной части Белорусского Полесья 55 56 Анализ новейших геодинамических процессов имеет практическое значение в решении эколого-геологических проблем Солигорского горнопромышленного района. З а г р я з н е н е н и е ко м п о н е н т о в г е о л о г и ч е с ко й с р е д ы . Основными техногенными процессами, определяющими изменения геологической среды в Солигорском промышленном районе, являются подземная отработка калийных горизонтов и складирование на поверхности земли отходов извлечения калийной соли из добытой руды. При переработке сильвинитовых руд на предприятиях ПО «Беларуськалий» около 75 % их объема переходит в отходы. Складирование на поверхности земли значительных объемов отходов обогащения (твердые галитовые – в солеотвалы, пульпообразные глинисто-солевые шламы – в шламохранилища) вызывает негативные изменения всех компонентов природной среды (рис. 5). Техногенные образования создали в районе г. Солигорска внушительный по размерам промышленный ландшафт, состоящий из солеотвалов (перепады высот до 115 м) и пространств шламохранилищ с ограждающими дамбами высотой до 15 м. Солеотвалы, шламохранилища, дамбы, мульды оседания поверхности, карьеры, мелиоративные каналы и другие техногенные объекты образуют техногенный комплекс, не имеющий себе равных в республике по своим размерам и масштабам отрицательного воздействия на геологическую среду. На декабрь 1998 г. в солеотвалах четырех рудоуправлений ПО «Беларуськалий» на площади 470 га накопилось свыше 570 млн т галитовых отходов. Шламохранилища занимают 816 га территории и содержат более 65 млн т глинисто-солевых шламов. В то же время необходимо отметить, что разным видам утилизации подвергается всего лишь 5–6 % годового объема поступления отходов. Следовательно, тенденция накопления отходов добычи и переработки сохранится и в дальнейшем, если не будут приняты кардинальные меры по изменению технологии добычи и переработки калийных руд. Техногенная нагрузка вызвала негативные изменения во всех компонентах геологической среды. Преобладают следующие процессы: загрязнение атмосферного воздуха, почвенного покрова, поверхностных и подземных вод; подтопление и заболачивание территории, техногенный соляной карст; осадочные деформации – осадки под солеотвалами (литификация и уплотнение пород в их основании); фильтрационная консолидация в накопителях твердых и жидких отходов; ветровая эрозия поверхности терриконов. 57 Выбросы из дымовых труб сильвинитовых обогатительных фабрик, вынос солей в результате ветровой эрозии солеотвалов, растворение солеотвалов под действием атмосферных осадков с образованием избыточных рассолов, а также отжатие из солеотвалов первичной рапы приводят к выпадению компонентов загрязнителей на поверхность почв. В засоленных почвах преобладают хлориды натрия, калия и кальция (NaCl, KCl, CaCl2), в менее засоленных – соли кальция (Ca(HCO3)2 и CaSO4). В результате газопылевых выбросов обогатительных фабрик и ветровой эрозии солеотвалов загрязнение распространяется на значительные территории, прилегающие к калийным комбинатам. Преобладающее в течение года направление ветра (западное и северо-западное) смещает ореол загрязнения в восточном направлении. Мощность осаждения солевых частиц составляет 100 г/га в сутки (в год мощность выбросов калийного комбината составляет примерно 600 т). Общая площадь засоленных почв около 900 га, из которых на долю загрязнения пылегазовыбросами приходится 85 %, остальная территория засолена рассолами солеотвалов. Оседая на почве, пылегазовыбросы загрязняют солями и тяжелыми металлами верхний плодородный пахотный горизонт. Погодные условия и наличие растительности существенно сказываются на содержании хлоридов и других загрязняющих веществ в верхних слоях почвы. Максимальное загрязнение наблюдается весной, когда нет сплошного растительного покрова, а количество осадков минимальное. По этой причине оседающая из дымовых отходов солевая пыль и тяжелые металлы накапливаются на поверхности почвы. Осенью выпадающие на поверхность почвы соли растворяются под действием осадков и мигрируют из верхних слоев в более глубокие. В результате минеральные заболоченные почвы в нижней части пахотного горизонта имеют пониженное содержание тяжелых металлов. Эта закономерность особенно хорошо выражена у дерновоглеевых суглинистых почв, для которых содержание тяжелых металлов в нижней части существенно ниже по сравнению с поверхностным слоем (0–5 см). На распределение тяжелых металлов по глубине влияют почвообразовательные процессы, нисходящие и восходящие водные потоки и т. д. В почвах с высокой степенью восприимчивости к загрязнению наличие мощного природного сорбента – торфа – допускает аккумуляцию практически всех химических элементов I и II классов опасности (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Co, Cr). Близость зеркала 58 грунтовых вод и песчаное подстилание способствуют проявлению скользящей плоскости капиллярных вод и поднятию их каймы или на поверхность, или по направлению к верхнему корнеобитаемому почвенному горизонту. В результате наиболее активно процессы накопления протекают в верхней и нижней частях профиля. Среди почв с умеренной восприимчивостью основным аккумулятором загрязнителей является верхний горизонт. Отмеченные закономерности более четко выражаются при обобщении данных по генетическим типам почв. Содержание тяжелых металлов с глубиной преимущественно уменьшается для основных типов почв, но возрастает с увеличением степени заболоченности, т. е. для типов почв, характерных для пониженных элементов рельефа. Крайне негативное воздействие на геологическую среду оказывают места солевых отходов – солеотвалы и шламохранилища. Складируемые на земной поверхности солевые отходы выщелачиваются в результате воздействия атмосферных осадков. Дождь и снег выпадают на незащищенную поверхность солеотвалов и шламохранилищ и образуют избыточные (не используемые в технологическом процессе) рассолы, насыщенные NaCl и в меньшей степени KCl. Минерализация этих рассолов составляет 260–350 г/л, что близко к солесодержанию пластовых рассолов глубоких водоносных горизонтов. В результате исследований установлено, что образование избыточных рассолов достигло в настоящее время объема около 6,3 млн м3 в год. При этом их объем ежегодно увеличивается, что связано с расширением площадей под складирование отходов. При сохранении существующей технологии проведения горных работ и обогащения руды на момент отработки запасов калийных солей (2070–2090 гг.) из четырех шахтных полей годовой объем образования рассолов составит около 10,0 млн м3. Несмотря на защитные экраны, накапливающиеся хлоридно-натриевые насыщенные рассолы фильтруются в подстилающие грунты и водоносные горизонты, что подтверждается многолетними режимными гидрохимическими и геофизическими наблюдениями, а также выходом из строя ряда скважин на водозаборах из-за загрязнения пресных подземных вод. За время существования калийных производств в подземные воды поступило около 35 млн т хлоридно-натриевых рассолов, в составе которых кроме соединений хлора, натрия, калия, магния содержатся Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cd и другие элементы, что связано с химическим составом как природного сырья, так и образующихся отходов. 59 Сложная эколого-геологическая ситуация в Солигорском промрайоне вызвана загрязнением подземных вод. В зоне активного водообмена особенно велика роль грунтовых и поверхностных вод в растворении, транзите и аккумуляции поступающих в нее различных химических элементов и соединений. Пресные подземные воды наиболее подвержены интенсивному техногенному загрязнению в связи с отсутствием в геологическом разрезе Солигорского района региональных глинистых водоупоров. Площадное загрязнение подземных вод сформировалось в районах солеотвалов и шламохранилищ (ореол засоления более 15 км2). Фронт загрязнения подземных вод практически повсеместно продвинулся за контуры солеотвалов и шламохранилищ на расстояние от 100 до 500 м и имеет стабильную тенденцию к расширению площади засоления. Существенно, что именно через водную фазу идет прямая миграция загрязняющих компонентов к человеку, поэтому качество воды является центральным звеном в оценке экологического благополучия территории. Исследования степени загрязнения пресных подземных вод водоносного комплекса антропогеновых отложений в районе 4-го РУ ПО «Беларуськалий» (рис. 6) показали, что в непосредственной близости от предприятия воды грунтового водоносного горизонта содержат максимальное количество загрязнителей по сравнению с фоновым содержанием в них последних на расстоянии 20–30 км от рудоуправления. Фоновое содержание Na составляет 22,9 мг/л, а вблизи рудоуправления – 126,0 мг/л, соответственно K – 4,1–106,26 мг/л, Ca – 57,0–131,1 мг/л, Mg – 3,8–45,2 мг/л, Cl – 28,2–211,4 мг/л. Следовательно, по сравнению с фоном содержание этих элементов увеличено в 2–6 раз, а по некоторым соединениям (SO4 и NO3) в 20–100 раз. Показателем уровня аномальности содержания элементов в подземных водах является коэффициент концентрации К0, который рассчитывается как отношение содержания элементов в исследуемом объекте (С) к среднему фоновому его содержанию (Сф): К0 = С/Сф. В данном случае К0 составляет 2–10. Отмечается также повышенное содержание Zn, Pb, Ni, Cd, Co, Cu (К0 = 2–8). Наиболее опасны в биогеохимическом отношении Cd, Cu, Ni, Co, Cr, Mo, V, Zn. Обычно эти элементы в малых количествах содержатся в природных водах, анализ их содержания позволяет судить об интенсивности миграции и о тенденциях в перераспределении микроэлементов на данной территории. 60 Рис. 6. Схема движения загрязненных подземных вод в районе ПО «Беларуськалий»: 1 – солеотвалы; 2 – а – водопроницаемые пески, б – слабопроницаемые супеси, суглинки, глины, алевриты, алевролиты; 3 – границы: а – геологических подразделений, б – между проницаемыми и непроницаемыми отложениями; 4 – направление потока загрязненных вод: а – выявленное, б – невыявленное В исследуемых водах обнаружены Cu, Zn, Pb, Ni, Cd, Co, Mn. По уровню средних содержаний в водах они образуют ряд Zn > Pb, Mn > Ni > Cu > Co > Cd, на расстоянии 20–30 км от рудоуправления ряд несколько иной: Mn > Zn > Pb > Cu > Ni, Co > Cd. По В. М. Гольдбергу, состояние подземных вод в зоне влияния калийных комбинатов относится ко II (с негативными изменениями, С 3–5 Сф) и III (кризисное состояние, С 5–10 Сф) классам состояния, а по некоторым химическим элементам – к IV классу (бедственное состояние, С >10 Сф). Характер миграции химических элементов, поступающих в подземные воды в районе ПО «Беларуськалий», свидетельствует о том, что они могут накапливаться на различных геохимических барьерах (в том чис61 ле и в растениях, организмах животных и человека). Легкоподвижные и подвижные мигранты проникают в более глубокие водоносные горизонты (по вертикали загрязнение проникло в палеогеновые киевский и харьковский водоносные горизонты в районе 4-го РУ) или же на значительные расстояния от очагов загрязнения (ореол засоления вокруг 4-го РУ распространился на 550 м от источника загрязнения и вытянулся в юго-восточном направлении). Элементы, относящиеся к слабоподвижным мигрантам, накапливаются в очаге загрязнения, образуя повышенные концентрации последних. Химический состав проб подземных вод из скважин в районе 4-го РУ существенно отличается от вод грунтовых колодцев. В целом напорные воды содержат меньшее количество компонентов загрязнения. В то же время происходят значительные изменения химического состава подземных вод во времени. Систематические (режимные) исследования загрязнения вод хозяйственно-питьевого назначения показали прогрессирующее их загрязнение. Увеличение содержаний характерно для большинства показателей, в том числе для калия, натрия, тяжелых металлов. Выявлены резкие различия степени загрязненности вод колодцев и скважин. Так, средние содержания химических компонентов в водах колодцев и скважин составили соответственно: Na – 60,91 и 7,3 мг/л; K – 59,50 и 1,18; Mg – 20,68 и 13,84; хлоридов – 112,22 и 58,72; сульфатов – 85,4 и 3,04; нитратов – 84,0 и 0,61 мг/л. Имеются существенные различия и для содержания тяжелых металлов: Ni – 10,42 и 5,2 мкг/л; Сu – 16,5 и 5,8; Mn – 45,0 и 32,6; Zn – 111,9 и 62,2; Cd – 5,58 и 3,4 мкг/л. С начала работы 1-го РУ (1963–1964) по 1989–1990 гг. произошло изменение качества подземных вод. За 25 лет содержание почти всех химических элементов возросло в 2–4 раза. Исходя из того, что запасы калийных солей на Старобинском месторождении позволят работать 4-му РУ еще около 80 лет, то за этот период времени в подземные воды может поступить, если не принять радикальные меры, дополнительно более 100 млн т различных химических элементов, что приведет к повышению их минерализации и увеличению площадей загрязнения в направлении потока грунтовых вод. Формирование гидрогеохимической обстановки в зонах влияния солеотвалов, шламохранилищ и рассолосборников определяется гидрогеологическими особенностями рассматриваемой территории, климатом, масштабами и способом складирования солеотходов. Конвектив62 ный массоперенос солей является основным видом миграции солей в подземных водах. Накопление солей в подземных водах подчиняется закону вертикальной гидрохимической зональности – более соленые воды располагаются у основания первого от поверхности сожскоднепровского водоносного горизонта, менее соленые – в верхней его части. Иногда песчаные «окна» служат путями миграции засоленных вод в более глубокие горизонты. Над первым от поверхности водоупором (днепровская морена) формируются ореолы соленых вод весьма существенного солесодержания (до 98 г/л). Граница раздела пресных и засоленных вод не обязательно четкая, при этом продвижение засоленных вод иногда не совпадает с латеральной фильтрацией пресных. Это явление объясняется различными уклонами водоупорных пластов, наличием местных зон разгрузки подземных вод типа погребенных долин, фильтрационной неоднородностью водовмещающих пород и др. Рассолы на пути движения вытесняют пресные воды и в силу своей большей плотности постепенно опускаются к подошве пласта. Сформировавшийся ореол засоления со временем растекается по подошве пласта. Степень защищенности подземных вод от загрязнения определяется наличием и мощностью региональных глинистых и суглинистых толщ. Выделяются три категории защищенности подземных вод: защищенные, условно защищенные и незащищенные. Для грунтовых водоносных горизонтов первая категория определяется наличием в зоне аэрации суммарной мощности прослоев глин более 10 м, или более 100 м суглинков, или более 50 м суглинков с прослоями глин общей мощностью более 5 м; вторая категория – 3–10 м глин, или 30–100 м суглинков, или более 15 м суглинков с прослоями глин общей мощностью более 1,5 м; третья категория – при меньших значениях мощностей глин и суглинков или их отсутствии. Для напорных вод первая категория защищенности обусловлена наличием первого местного водоупора мощностью более 10 м, или залегающих над ними суглинков мощностью более 30 м, или более 15 м при наличии глинистых прослоев общей мощностью более 1,5 м; вторая категория – мощностью первого местного водоупора 3–10 м, или вышележащих суглинков 30 м, или 15 м при наличии глинистых прослоев общей мощностью 1,5 м; третья категория соответствует меньшим значениям водоупорных пород или полному их отсутствию. Исходя из этого, грунтовые воды, а также напорные, залегающие под первым от поверхности местным водоупором (отложениями сожской морены), распространенные на исследуемой территории, отнесены к третьей категории защищенности. 63 Таким образом, сожский моренный горизонт не представляет надежной защиты от поверхностных загрязнений для нижележащего водоносного комплекса сожско-днепровских водно-ледниковых отложений. Грунтовые воды в Солигорском районе распространены повсеместно и приурочены к болотным, озерно-аллювиальным, флювиогляциальным и внутриморенным отложениям. Критериями для определения степени естественной защищенности грунтовых вод, как упоминалось выше, являются мощность и фильтрационные свойства зоны аэрации. Маломощная зона аэрации (0–5 м), представленная в основном хорошо проницаемыми породами, не может защитить от загрязнения грунтовые воды. Этим обстоятельством объясняется значительный уровень их загрязнения продуктами деятельности человека. В колодцах, расположенных в пределах населенных пунктов, содержание нитратов, калия, кадмия, компонентов микробиологического загрязнения превышает ПДК в несколько раз. Наиболее подвержены загрязнению грунтовые воды аллювиальных отложений, врезы долин, древние долины, где малые мощности зоны аэрации способствуют активности поверхностного и подземного стоков, питающих эти воды, одновременно загрязняя их тем, что собрано с территории водосборов. Установлен факт увеличения минерализации грунтовых вод от водоразделов к дренам. Загрязнение увеличивается во время обильных осадков. Во многие реки производится сброс недостаточно очищенных вод, а во время паводков создаются условия подпора грунтовых вод и происходит их питание за счет речных вод. Грунтовые воды озерно-аллювиальных отложений приурочены к замкнутым понижениям и перекрыты маломощной зоной аэрации (до 1,5 м), что создает благоприятные условия для боковой и вертикальной инфильтрации атмосферных осадков и увеличивает степень незащищенности этих вод. Торфяники, перекрывающие озерно-аллювиальные и аллювиальные отложения, характеризуются в основном плохими фильтрационными свойствами, поэтому они в какой-то мере являются преградой для проникновения загрязнения в грунтовые воды. В гипсометрическом отношении обводненные флювиогляциальные отложения занимают более высокое положение по отношению к вышеописанным горизонтам, литологически они более однородны, а фильтрационные свойства их достаточно высоки. Очевидно, что химические компоненты, мигрирующие с подземным стоком, накапливаются в грунтовых водах, залегающих гипсометрически ниже. Довольно широко с поверхности развиты слабопроницаемые или же спорадически хорошо проницаемые сожские 64 моренные отложения. Приуроченные к ним грунтовые воды перекрыты более глинистой и мощной зоной аэрации от 3–5 до 10 м и более. В этом случае проникновение загрязнения в грунтовые воды может быть затруднено. На единичных участках мощность отложений сожской морены достигает 30 м и более. В этом случае напорные воды более надежно защищены от загрязнения. Особый случай представляют напорные воды сожско-днепровского водоносного комплекса в местах отсутствия отложений сожской морены (долины рр. Морочь, Случь, Оресса, Локнея, нижнее течение р. Волка и др.). На этих участках условия защищенности напорных вод от загрязнения наиболее неблагоприятные. Следует также предположить, что загрязнению подвергается верхняя часть водоносного горизонта, где происходит инфильтрация, с которой и проникают загрязняющие вещества. С глубиной начинает преобладать восходящая фильтрация, обусловленная дренирующим воздействием реки и препятствующая проникновению загрязнения с поверхности. Из шламохранилищ и солеотвалов путем вертикальной и частично горизонтальной фильтрации загрязняющие вещества мигрируют в нижележащие водоносные комплексы. Ореол засоления вокруг первых трех рудников удален от источников загрязнения на расстояние 1150 м и вытянут в сторону долин рр. Сивельга и Случь. По вертикали засоление проникло в водоносный меловой нижнесеноманский терригенный горизонт. Солеотвалы и шламохранилища расположены в пределах Брянчицкой палеодолины, где отсутствуют моренные отложения сожского горизонта, что не препятствует солевым растворам проникать по разрезу вплоть до сеноман-туронской меловой толщи. Прогноз движения фронта загрязненных вод представляет собой сложную задачу, связанную с решением вопросов в области гидродинамики, и не поддается точному расчету из-за влияния многих факторов, таких как объем поступления в пласт насыщенных рассолов, учет степени разбавления на пути их движения, наличие местных зон разгрузки и др. Скорость вертикального массопереноса составляет 0,03–0,05 м/сут, горизонтального – 0,02–0,03 м/сут (10–18 м/год). Вследствие насыщения проницаемой зоны в пределах размещения источников загрязнения скорость горизонтальной миграции солей будет расти (до 70–75 м/год). Таким образом, к 2010 г. в горизонтальном направлении ореол распространения загрязненных вод в районе 1–3-го РУ составит около 2 км, а к 2050 – 5 км, т. е. достигнет долин рр. Сивельга и Случь. В районе 4-го РУ ореол загрязнения подземных вод в горизонтальном направле65 нии к 2010 г. распространится на расстояние 1250 м, а к 2050 – более чем на 4 км, т. е. приблизится к долине р. Оресса. Площадное распространение ореола засоленных подземных вод несет в себе угрозу засоления почв при достижении ими территорий с глубиной залегания уровня грунтовых вод менее 2 м (рис. 7). Рис. 7. Зависимость засоления почв и грунтов от уровня залегания засоленных подземных вод: 1 – поверхность земли; 2 – направления движения подземных вод; 3 – уровень залегания засоленных подземных вод; а – почвы, не подверженные засолению подземными водами; b – сезонное засоление (в засушливый период года), рассоление атмосферными осадками грунтов и почвенного покрова; с – устойчивое засоление грунтов и почв в результате капиллярного подъема засоленных подземных вод; d – разгрузка засоленных подземных вод в местную гидрографическую сеть В зависимости от состава грунтов зоны аэрации, влияющей на уровень капиллярного поднятия и испарения грунтовых вод (для условий Солигорского района от 1 до 2 м), происходит периодическое высаливание хлоридных, натриевых солей в пахотно-почвенном слое в сухие периоды года, аналогично высаливанию солей (белый налет) на поверхности солеотвалов и шламовых отходов. При выпадении атмосферных осадков происходит обратный сброс солей через зону аэрации. Засоление грунтов и почв минерализованными подземными водами представляет большую опасность вследствие масштабности явления и малой эффективности агромелиоративных мер предотвращения такого засоления. Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в поч66 вах гораздо больше, чем в других частях биосферы, а загрязнение почв, особенно тяжелыми металлами, практически вечно. Металлы, накапливающиеся в почвах, медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии, дефляции. Период полуудаления тяжелых металлов сильно варьирует (лет): Zn – от 70 до 510, Сd – 13–1100, Cu – 310–1500, Pb – 740–5900. При достижении областей разгрузки засоленных подземных вод начнется нарастающее засоление поверхностных вод в мелиоративных каналах, берущих начало вблизи шламохранилищ и солеотвалов, в рр. Рутка, Сивельга, Случь, Солигорском водохранилище и в р. Оресса ниже г. Любань, что в итоге приведет к изменению солевого состава воды в р. Припять. Минерализация воды в Солигорском водохранилище составляет 0,2–0,4 г/л. В воде водохранилища зафиксировано повышенное содержание сульфатов (33–38 мг/л), хлоридов (30–38 мг/л), гидрокарбонатов (215–232 мг/л). Максимальные концентрации загрязняющих веществ составили: азота аммонийного – 1,30 мг/л (3 ПДК), соединений меди – 0,012 мг/л (12 ПДК), никеля – 0,022 мг/л (2 ПДК), фенолов – 0,005 мг/л (5 ПДК), нефтепродуктов – 1,58 мг/л (31 ПДК). В целом последствия воздействия горнодобывающей промышленности на поверхностную и подземную гидросферу следующие. При оседании поверхности происходят: заболачивание и подтопление; увеличение поверхностного грунтового стока; уменьшение зоны аэрации; изменение режима грунтовых и поверхностных вод; ухудшение качества вод в результате сброса высокоминерализованных вод. При понижении зеркала подземных вод истощается горизонт грунтовых вод вплоть до его исчезновения, понижается уровень воды на площадях и в скважинах водозаборов. 4.2. ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ МИКАШЕВИЧСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО КАМНЯ Высокой трансформацией геологической среды отличается район разработки крупнейшего в Беларуси месторождения строительного камня «Микашевичи». Месторождение расположено в восточной части Лунинецкого района Брестской области, в 2 км западнее г. п. Микашевичи в междуречье Припяти и Случи. Полезным ископаемым служат породы микашевичского интру67 зивного комплекса нижнего протерозоя. В настоящее время размеры карьера составляют 1,5 · 1,3 км, его глубина более 120 м, проектная мощность предприятия – 7,5 млн м3 щебня в год. Дальнейшее развитие предприятия предусматривает увеличение площади отработки до 1,7 · 2,5 км и глубины – до 210 м, расчетный срок функционирования составляет примерно 60 лет. Добываемое на месторождении полезное ископаемое представлено диоритами, гранодиоритами, гранитами. Общая площадь в границах подсчета запасов месторождения составляет 382 га. Кровля кристаллических пород залегает с большим уклоном в северном направлении, в связи с чем мощность вскрышных пород увеличивается с 10–15 м у южного борта выработки до 50– 60 м у северного. Породы рыхлой вскрыши представлены песками с примесью супесей, глин и суглинков, торфом и сильнотрещиноватыми выветрелыми гранитами и диоритами. В процессе работы предприятия возникают сложные эколого-геологические ситуации, которые, если не принимать соответствующих мер, могут привести к необратимым изменениям природных компонентов как на данной территории, так и в регионе Центрального Полесья в целом. Проблемы связаны со строительством и разработкой карьера, с вещественным составом добываемых в карьере пород, а также с поступлением в карьер подземных минерализованных вод хлоридного состава. Среди трансформаций геологической среды, определяющих эколого-геологическую обстановку в районе месторождения, выделяются следующие: изменения рельефа; нарушения гидрогеологических и гидрологических условий; преобразования состояния и свойств горных пород; нарушения гидро- и геодинамического равновесия в зоне действия карьера. В результате многолетней добычи камня образована огромная выемка глубиной более 120 м. Породы вскрыши складируются в отвалы, высота которых уже достигает 20 м, общий объем их 3,5 млн т, площадь – около 315 га. Почвенно-растительный слой, используемый в дальнейшем для рекультивации отработанных участков, снимается и размещается на свободных непродуктивных площадях. Отвалы образовали крупные положительные формы рельефа с максимальной высотой 140 м, отрицательно воздействующие на общую экологическую обстановку. Значительная техногенная нагрузка возникает в результате формирования элементов строительной индустрии: создается новая сложная городская инфраструктура, увеличивается население, расширяются границы г. п. Микаше68 вичи, осваиваются новые сельскохозяйственные земли, происходит вырубка лесов, строятся дороги, сооружены канал и речной порт. Выполнение работ технологического цикла создает сильное шумовое загрязнение. Разработка месторождения ведется с постоянным водоотливом, вызвавшим снижение уровня подземных вод (УПВ) и изменение водного режима на прилегающих территориях. Значительный по площади и глубине карьер создает понижение УПВ почти всех водоносных горизонтов, развитых в геологическом разрезе. Заболоченное понижение в рельефе существовало и до начала разработки карьера, к тому же выработкой вскрыты залегающие ниже водоносные горизонты, в результате чего образована гигантская воронка депрессии подземных вод. Снижение УПВ влечет за собой иссушение почвы и грунтов на прилегающей территории, высыхание лесов, ухудшение использования сельскохозяйственных земель. Понижение уровня грунтовых вод (УГВ) на 2–8 м привело к исчезновению (пересыханию) двух малых рек на территории месторождения. Водопритоки в карьер из подземных вод составляют в среднем 43,4 тыс. м3/сут, а в периоды ливневых осадков существенно выше (426,8 тыс. м3/сут). Максимальный карьерный водоотлив, нередко превышающий 60 тыс. м3/сут, существенным образом изменил гидродинамические параметры всех водоносных горизонтов, повлек за собой преобразования химического состава подземных и карьерных вод и в целом дестабилизировал гидрогеологические условия района. В гидрогеологическом отношении месторождение приурочено к Припятскому гидрогеологическому бассейну и является частью Микашевичско-Житковичского гидрогеологического района. В гидрогеологическом разрезе бассейна выделены три зоны интенсивности водообмена: активного, замедленного и квазизастойного. Тектонические особенности района месторождения обусловливают нарушения гидрогеологической зональности в процессе карьерного водоотлива, так как зоны замедленного и застойного водообмена вовлекаются в зону активного водообмена. Обводненность месторождения зависит от водообильности водоносных горизонтов. Важную роль при этом играют постоянные водотоки, водохранилища и климатические условия. В разрезе вскрыши и полезного тела месторождения вскрыты водоносный комплекс четвертичных отложений, а также водоносные горизонты в отложениях неогена, палеогена, верхнего девона, верхнего протерозоя и фундамента (рис. 8). 69 70 Рис. 8. Гидрогеологический разрез Микашевичского месторождения строительного камня: 1 – пески; 2 – песчаники; 3 – алевролиты; 4 – глины; 5 – кора выветривания; 6 – кристаллические породы фундамента; 7 – скважина, интервал опробования; 8 – тектонические нарушения Установлена прямая гидродинамическая связь между всеми подразделениями гидрогеологического разреза. Между водоносными отложениями четвертичного и неогенового возраста отсутствуют значительные по мощности и простиранию прослои водоупорных пород. Водоносный горизонт пинской свиты верхнего протерозоя на площади подсчета запасов отсутствует, однако он непосредственно примыкает к трещиноватым кристаллическим породам. Грунтовые воды залегают на глубине от поверхности до 2,1 м в зависимости от рельефа местности. Ведение водоотлива из карьера существенно изменило естественные условия водоносного горизонта, образовавшаяся воронка депрессии снизила уровни на расстоянии 1050 м от карьера на 3,5 м (1981 г.). На конец 1998 г. на расстоянии 2 км от карьера УГВ понизился на 11 м, а на расстоянии 3 км – на 2 м. Основной водоприток в карьер происходит из рыхлых отложений вскрыши и кристаллических пород полезной толщи. В зоне разработки зафиксирован контакт двух водоносных горизонтов с различными водопроводимостями. Анализ материалов водоотлива из карьера показал, что водоприток увеличивается за счет ливневых осадков и талых вод (в 4–8 раз по сравнению с постоянным). Частичное временное подтопление дна карьера на 5–7 см влияет на соблюдение технологии отработки и транспортировки полезного ископаемого и может сказаться на проведении буровзрывных работ. Массовые взрывы в карьере следует проводить с интервалами 5–7 суток, за это время ливневые воды должны быть удалены за пределы карьера. В 6 км восточнее площади отработки, в зоне действия месторождения, протекает р. Случь. Из других постоянных водотоков на режим ведения водоотлива из карьера могут оказать влияние р. Волхва и магистральные мелиоративные каналы Вальчувка и Ситницкий. Большое влияние на гидрогеологическую и гидрологическую обстановку района и непосредственно месторождения в настоящее время оказывает хвостохранилище, служащее для отстаивания, осветления и накопления воды перед сбросом в гидросеть, а также при повторном использовании ее в системе оборотного водоснабжения. Песчаная обваловка хвостохранилища способствует фильтрации в водоносный комплекс четвертичных отложений. Количество сточных вод, сбрасываемых из хвостохранилища, зависит от объема карьерного водоотлива и при максимальном водоотливе достигает 62 тыс. м3/сут. Средняя величина сброса составляет 24 тыс. м3/сут. 71 Карьерные воды загрязнены хлоридами, сульфатами, соединениями железа, цинка, никеля, меди, свинца. Наличие в них взвешенных веществ, нефтепродуктов, хрома обусловлено производственной деятельностью предприятий комплекса ГП «Гранит». Карьерные воды характеризуются следующим составом (средние концентрации), мг/л: взвешенные вещества – 26,6 (ПДК 15,0); хлориды – 2075,4 (ПДК 1800,0); сульфаты – 322,8 (ПДК 370,0); сухой остаток – 3801,0 (ПДК 3400,0); нефтепродукты – 0,97 (ПДК 0,3); железо – 0,86 (ПДК 0,5); цинк – 0,076 (ПДК 0,01); никель – 0,002 (ПДК 0,01); медь – 0,002 (ПДК 0,004). Стоки сбрасываются в хвостохранилище, откуда попадают в Ситницкий канал. Карьерный водоотлив составляет основной объем стоков, сбрасываемых в водотоки (остальные промышленные стоки составляют менее 1 % по отношению к величине карьерного водоотлива), и поэтому загрязнение хвостохранилища и соответственно общее загрязнение поверхностных и подземных вод определяется составом природных вод карьера. Сбрасываемая в Ситницкий канал вода хвостохранилища по отдельным показателям качества имеет превышение установленных для спецводопользования ПДК (по сухому остатку – в 1,1 раза, по содержанию хлоридов – в 1,2 раза). В целом за период с 1981 г. изменение химического состава карьерных вод по отдельным элементам и соединениям составило (мг/л): хлоридов – 1831,7–3308,6; сульфатов – 299,5–401,0; сухого остатка – 3070,0–5923,6; железа – 0,12–3,0; цинка – 0,06–0,168; никеля – 0,02–0,04 (т. е. содержание химических элементов увеличилось в 1,5–2 раза). Результатом сброса сточных вод с указанными концентрациями элементов и соединений явилось загрязнение Ситницкого канала. По каналу сточные воды поступают в р. Припять, которая является водотоком рыбохозяйственного значения первой категории. Таким образом, разработка карьера сопряжена не только с применением специальной технологии горных работ, но и с необходимостью проведения мероприятий по водопонижению с использованием дренажных траншей и скважин, а также с необходимостью применения открытого принудительного водоотлива. Важной эколого-геохимической проблемой является снижение негативного воздействия так называемой «нулевой» фракции (отсева) на геологическую среду. На конец 1998 г. объем отсева, скопившегося на площадях ГП «Гранит», составляет 2,3 млн т. Химический состав преобладающих в разрезе гранитов, диоритов, гранодиоритов и других пород, 72 добываемых в карьере, помимо основного породообразующего соединения SiO2 (48–78 %), представлен и другими компонентами (Al2O3, Fe2O3, FeO, TiO2, CaO и т. д.). Кроме макроэлементов, в горных породах содержится большое количество микроэлементов. Образовавшиеся в присущих большим глубинам физико-химических и термобарических условиях устойчивые изоморфные соединения перемещаются в зону гипергенеза, становятся неустойчивыми и распадаются. В зоне гипергенеза горные породы подвергаются комплексному (физическому, химическому и биологическому) воздействию и образуют продукты выветривания, отличающиеся по составу от исходных пород. В первую очередь мигрируют одновалентные (Na+, K+, Li+) и двухвалентные (Ca2+, Mg2+, Fe2+) катионы, более затруднена миграция трех- и четырехвалентных. Наиболее крепкими связями в кристаллической решетке и соответственно механической прочностью обладают соединения высоковалентных катионов (Si4+, W6+ и др.). Учитывая преобладающую окислительную обстановку, присущую почвенным растворам описываемой территории, и миграционную способность породообразующих химических элементов, можно предположить накопление в поверхностных отложениях большого количества Ba, Sr, Zn, Cr, Pb, Zr, Fe, Mn, Ti, Al. Возможно также активное биогенное накопление Zr, Ba, Mn, Zn, Cu. Таким образом, в районе действия ГП «Гранит» в результате накопления соединений металлов в пойменных отложениях, которые являются геохимическими барьерами, возникают техногенные геохимические аномалии. В районе исследований развиты преимущественно подзолистые почвы с характерной окислительной обстановкой среды, которые отличаются повышенной реакционной способностью к воздействию техногенных загрязнителей. В итоге степень растворения и поглощения многих химических элементов повышается и, следовательно, увеличивается их токсичность. В условиях миграции и накопления химических элементов значительную роль играет и геоморфологический фактор – в большинстве типов почв пониженных элементов рельефа содержание тяжелых металлов возрастает по сравнению с содержанием последних на приподнятых участках. Помимо горизонтальной миграции, соединения металлов могут перемещаться в более глубокие горизонты в процессе вертикальной инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод, что также загрязняет водоемы и речные системы, питание которых на 40–50 % осуществляется за счет подземного стока. 73 В последние годы функционирование горного предприятия связано еще с одной важной эколого-геологической проблемой – поступлением в карьер минерализованных хлоридных вод. Особенности тектонического развития Припятского прогиба и Микашевичского горста предполагают возможность примыкания солесодержащих отложений верхнедевонского возраста к МикашевичскоЖитковичскому разлому. Подобное залегание солей может быть непосредственным, если горст сформировался позднее галогенных пород, или осуществляться через толщу прибрежных глинистых образований в случае формирования горста одновременно с формированием соленосных пород. Возможны и оба рассмотренных варианта. Независимо от характера прилегания галогенных пород к разлому в течение десятков миллионов лет происходила диффузия растворенных солей из галогенной толщи и слабоводоносных горизонтов, слагающих Припятский прогиб, в подземные воды трещиноватой зоны Микашевичского горста и, в частности, в зону Микашевичско-Житковичского разлома. Естественная гидродинамическая активизация зоны распространения повышенной минерализации (зона замедленного водообмена) могла происходить в пермское и триасовое время, когда рассматриваемая территория находилась на высоких абсолютных отметках, а также и в антропогене, в период формирования палеоврезов речных долин, достигающих 100 м и более. В первом случае верхняя граница зоны минерализованных вод понижается, а во втором – повышается. В обоих случаях возникающие гидродинамические процессы способствуют площадному «выравниванию» минерализации подземных вод зоны замедленного водообмена по направлению от Припятского бассейна к Микашевичскому горсту. Следовательно, повышенная минерализация трещинных вод Микашевичского горста распространена повсеместно и характер ее изменения от глубины тот же, что и зависимость минерализации подземных вод (поровых растворов) от глубины для осадочных пород Припятского бассейна. Понижение уровня подземных вод (в зоне карьера до 120 м) в результате привело к существенному нарушению естественной гидродинамической обстановки и формированию обширной депрессионной воронки, которая затронула территорию Микашевичского горста и Припятского бассейна. В нарушенных гидродинамических условиях значительно активизировались процессы фильтрации подземных вод зон активного, замедленного и, возможно, застойного водообмена. Для зоны замедленного водообмена характерно усиление вертикальной (восходя74 щей) фильтрации на территории, прилегающей к карьеру (центральная часть депрессионной воронки), и горизонтальной фильтрации (по направлению к карьеру) на периферии депрессионной воронки. В обоих случаях будет отмечаться увеличение притока минерализованных подземных вод в карьер. В нарушенных условиях произошла гидрогеологическая активизация ранее гидродинамически уравновешенных зон повышенной водопроводимости: тектонических разломов, участков повышенной трещиноватости кристаллического фундамента, палеоврезов речных долин, гидрогеологических «окон» и т. п. Данное обстоятельство сделало возможным увеличение притока в карьер минерализованных вод девонских и верхнепротерозойских отложений по зонам повышенной проводимости. С увеличением глубины карьера приток минерализованных вод будет возрастать. При достаточно большой глубине карьера (120 м) не исключена возможность прямого вскрытия верхней части зоны замедленного водообмена подземных вод. Результирующая (конечная) минерализация карьерных вод формируется в процессе смешения минерализованных подземных вод зоны замедленного водообмена, поступающих в карьер по зонам тектонических нарушений и повышенной трещиноватости кристаллического фундамента, и пресных подземных вод зоны активного водообмена, дренируемых карьером. Наибольшую минерализацию (6–8 г/л) и содержание хлора (3765–4665 мг/л) имеют воды из источника на дне карьера, что связано с крупным тектоническим разломом. Разработан комплекс природоохранных мероприятий, направленных на уменьшение минерализации карьерных вод и снижение негативного влияния их сброса в хвостохранилище и Ситницкий канал на геологическую среду, среди которых важнейшие: разбавление минерализованных карьерных вод пресными; складирование минерализованных карьерных вод в подземных водоносных горизонтах; сброс и складирование минерализованных карьерных вод в хвостохранилище; хозяйственное использование минерализованных вод; уменьшение притока минерализованных вод в карьер. Совершенно очевидно, что предлагаемые мероприятия должны проводиться комплексно. Кроме того, при разработке обводненных месторождений в условиях водопонижения необходимо применять технологии, обеспечивающие предупреждение загрязнения карьерных вод как при ведении горных работ, так и при сбросе их в гидрографическую сеть района. При выборе варианта технологической схемы ведения горных работ и водоотлива 75 подземных вод должен учитываться прогноз возможных изменений водного режима в прилегающих районах как в процессе ведения горных работ, так и после полной отработки месторождения. В качестве наиболее эффективных технических мероприятий, направленных на создание оптимального водного режима окружающих карьер территорий, рекомендовано устройство оградительных каналов, препятствующих распространению депрессионной воронки. 4.3. ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ В ПРИПЯТСКОЙ НЕФТЕГАЗОНОСНОЙ ОБЛАСТИ К настоящему времени на территории Белорусского Полесья открыты 62 месторождения нефти, из которых 46 разрабатывается, 8 находится в стадии разведки, а 8 законсервировано. В регионе пробурено около 2000 нефтяных скважин глубиной от 2,0 до 5,4 км. Скопления нефти в Припятском прогибе приурочены к подсолевым терригенным и подсолевым карбонатным, межсолевым и внутрисолевым продуктивным комплексам девонской системы. Глубина залегания нефтяных залежей колеблется от 1600 до 4600 м, площадь – от 1–2 до 50 км2 (Речицкое месторождение). Мощность нефтенасыщенных пород изменяется от 1–2 до 180 м. Бурение поисковых и разведочных скважин и эксплуатация месторождений нефти приводят к интенсивному загрязнению геологической среды (рис. 9). По условиям образования загрязнения делятся на эксплуатационные (очистка сеток, вибросит, шлам, отработанная вода в системе охлаждения, геофизические исследования скважин, перфорация, закачка кислоты и солярки в скважины); технические (обмыв бурильных труб, загрязнение раствором после цементирования); аварийные (нефтеводогазопроявления, прорыв трубопроводов, слом, обрыв, полет, прихват, заклинка бурового инструмента и обсадной колонны и т. д.); природные (дождевые и талые воды). Поисковые и разведочные работы, а также добыча нефти в Припятском бассейне изменяют физическое состояние горных пород. В приствольном пространстве многих скважин в результате репрессии на пласт образуются каверны и трещины, особенно это характерно для пород верхнесолевой толщи. Аналогичные явления происходят в результате использования буровых растворов, которые являются агрессивными по отношению к породам пласта. 76 Рис. 9. Карта нарушенности листосферы Припятского прогиба бурением глубоких скважин при поиске, разведке и добыче нефти УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ: 1. Речицкое 2. Осташковичское 3. Тишковичское 4. Вишанское 5. Давыдовское 6. Ю.-Осташковичское 7. Золотушинское 8. В.-Первомайское 9. Барсуковское 10. Мармовичское 11. Надвинское 12. Сосновское 13. Березинское 14. Озерщинское 15. З.-Тишковское 16. Оземлинское 17. Красносельское 18. Днепровское 19. Первомайское 20. Александровское 21. Малодушинское 22. Ю.-Сосновское 23. Полесское 24. Борщевское 25. Ветхинское 26. Судовицкое 27. Ю.-Александровское 28. Дубровичское 29. Славаньское 30. С.-Надвинское 31. З.-Малодушинское 32. Ст.-Малодушинское 33. С.-Малодушинское 34. З.-Александровское 35. Дунайское 36. Кербецкое 37. Левашовское 38. Отрубовское 39. Борисовское 40. Елизаровское 41. Чкаловское 42. Казанское 43. Комаровичское 44. Летешинское 45. Пожихарское 46. Октябрьское 47. С.-Притокское 48. С.-Новинское 77 49. В.-Дроздовское 50. Ю.-Вишанское 51. С.-Домановичское 52. Хуторское 53. Ю.-Оземлинское 54. З.-Сосновское 55. Ю.-Тишковское 56. Ведричское 57. В.-Березинское 58. З.-Славаньское 59. Н.-Давыдовское 60. Н.-Дроздовское 61. Н.-Сосновское 62. С.-Чистолужское При бурении скважин с земной поверхности открывается доступ в осадочные образования биосферного вещества (вод, газов, твердых тел и живых организмов), что способствует развитию процессов физического, химического, биологического выветривания, созданию принципиально новых физико-химических и биохимических условий в глубоко залегающих горизонтах. Вскрытие и разрушение буровым инструментом горных пород приводит к падению внутрипластового давления, изменению напряженного состояния пород в массиве, вызывает дегазацию пород и вод, а также происходит изменение температурного режима пород, слагающих данные слои. При буровых работах и разработке залежей нефти используют растворы сложного состава, обработанные химическими реагентами, нефте- и инертноэмульсионными смесями на углеродной основе. В результате применения солянокислотной обработки пород, а также буровых растворов возникает угроза загрязнения подземных вод; негативное экологическое воздействие производят попутные воды, извлекаемые совместно с нефтью из продуктивного пласта. Поступление загрязняющих веществ в водоносные горизонты происходит по двум направлениям: сверху вниз из поверхностных очагов загрязнения путем инфильтрации через зону аэрации и верхние водоносные горизонты, а также в результате проникновения непосредственно из ствола скважины или по затрубному пространству; снизу вверх через подошву водоносного горизонта или непосредственно в горизонт из внутренних очагов загрязнения при перетоке из ствола скважин при нарушении герметичности обсадных колонн или по их затрубному пространству. Миграция и рассеивание нефтепродуктов в пластовых условиях, т. е. распространение нефтяного загрязнения, зависят от физико-химических свойств нефтепродуктов и параметров водоносных горизонтов. В водоносном горизонте нефть и соединения на ее основе могут находиться в виде однофазного жидкого слоя, истинного раствора, тонкодисперсных эмульсий. В процессе продвижения «нефтяного тела», образованного нефтью в жидкой фазе, в водоносном пласте создается зона остаточного нефтяного насыщения, которая по объему значительно превышает первоначальное «нефтяное тело». По данным ряда исследователей, среднее значение растворимости нефти в воде составляет 30–50 мг/л, бензина соответственно 50–500 мг/л. 78 При насыщении воды нефтепродуктами их содержание может существенно превышать ПДК. Опасность нефтяного загрязнения для качества подземных вод увеличивается и вследствие того, что природные воды обладают весьма ограниченными возможностями самоочищения. Водонасыщенная порода практически не сорбирует нефтяные вещества из водных растворов. Поэтому даже относительно небольшое количество нефти может служить источником большого загрязнения и сохраняться длительное время. Следует отметить, что загрязнение путем инфильтрации непосредственно через поверхностные отложения возможно не только для грунтового водоносного горизонта, но и для напорных вод вследствие их слабой естественной защищенности в природных условиях Беларуси. Основными источниками загрязнения подземных вод являются: 1) вещества, попавшие в них в результате утечки из водоводов, что составляет 40–45 %; 2) межпластовые перетоки (8–10 %); 3) утечки из нагнетательных скважин (20–25 %); 4) загрязнения в процессе освоения нагнетательных скважин (6–7 %). К производственным процессам в нефтедобывающей промышленности, влияющим на объекты водной среды, относятся: бурение и испытание эксплуатационных скважин; добыча и интенсификация добычи нефти; сбор, обработка и транспортировка нефти. Основными причинами загрязнения при бурении и испытании скважин являются: фильтрация и утечка жидких отходов бурения при отсутствии или некачественной гидроизоляции дна и стенок шламовых амбаров, поглощение бурового раствора в процессе бурения скважины и фильтрация его водной фазы в проницаемые отложения; межгоризонтальные перетоки по затрубному пространству и нарушенным обсадным колоннам; аварийные выбросы пластового флюида на дневную поверхность; некачественная рекультивация шламовых амбаров. Бурение скважин различного назначения (структурных, поисковых, разведочных, геофизических, водоснабженческих и др.) сопровождается следующими негативными процессами: при их некачественной проводке, плохой изоляции геологических интервалов разреза, ликвидации нередко отмечается нарушение естественной обстановки в зоне активного водообмена пресных и минеральных вод. Загрязнение происходит при поглощении промывочной жидкости, глинистого раствора, при нефтяных ваннах в случае прихватов 79 бурового снаряда, затрубных межкомплексных перетоках (в том числе нефтяных флюидов), аварийного фонтанирования и пр. Загрязнение возможно и при опробовании и испытании разведочных скважин с применением методов интенсификации притоков, а также при их опытно-промышленной эксплуатации на заключительной стадии разведочных работ; в случае межпластовых перетоков в верхних водоносных горизонтах образуются аномальные гидродинамические зоны, в которых фиксируется гидравлическое вытеснение вод данного горизонта загрязнителем (в частности, минерализованной, газонасыщенной водой, нефтью) из других водоносных горизонтов. Фильтрация из наземных сооружений вблизи скважин буровых промывочных растворов, промстоков, химреагентов, а также разливы и инфильтрация загрязняющих веществ с поверхности земли также могут быть причинами загрязнения геологической среды. Сейсмические исследования, детальная скважинная и наземная сейсморазведка с применением буровзрывных работ могут значительно ослабить водоупорные отложения, являющиеся разделами между горизонтами с пресными и минерализованными водами в зоне активного водообмена. По образующимся в результате геофизических работ «окнам» возможно засоление пресных вод, используемых для водоснабжения. Загрязнители: буровые и тампонажные растворы; буровые сточные воды и шлам; пластовые высокоминерализованные рассолы; материалы для приготовления, утяжеления и обработки буровых и тампонажных растворов; горюче-смазочные материалы; поверхностно-активные вещества (ПАВ) и др. При добыче и интенсификации добычи нефти причинами загрязнения являются: нарушение герметичности обсадных колонн в пресной части геологического разреза; аварийные порывы водотоков соленой воды; недостаточная эффективность очистных сооружений; коррозия промыслового оборудования и дренирование. Загрязнители – нефть и нефтепродукты, высокоминерализованные воды, ПАВ, окислы железа и др. Сбор, подготовка и транспортировка нефти вызывают следующие причины загрязнения: аварийные порывы трубопроводов; нарушение герметичности резервуаров-отстойников и других гидротехнических сооружений; утечки вследствие строительно-монтажных дефектов и коррозии промыслового оборудования. Загрязнители – нефть и нефтепродукты, высокоминерализованные воды и др. 80 Выделяются следующие типы загрязнения подземных вод: химическое, углеводородное и тепловое. Первое проявляется в увеличении общей минерализации вод против фоновой, в росте концентрации отдельных макро- и микрокомпонентов, в появлении несвойственных им минеральных и органических соединений. Углеводородное (нефтяное) загрязнение, являющееся разновидностью химического, оказывает существенное негативное воздействие на геолого-гидрогеологическую среду вследствие высокой токсичности и миграционной способности отдельных компонентов нефти. Тепловое загрязнение выражается в повышении по сравнению с фоновой температуры подземных вод. Технология бурения скважин в зависимости от их глубины предусматривает приготовление от 250 до 1000 м3 (иногда и более) бурового раствора. В состав буровых растворов наряду с различными химическими компонентами входят ПАВ. Использование их при поиске, разведке и добыче нефти приводит к ускорению процесса бурения, увеличению нефтеотдачи пластов, очистке ствола скважины, однако они легко проникают в водоемы, грунтовые и подземные воды, т. е. увеличивают степень загрязнения геологической среды. Следует отметить способность ПАВ легко увлекать за собой жидкие и твердые загрязнения в смеси с другими веществами, значительно увеличивая токсичность, губительно воздействуя на живые организмы и повышая степень поражения геологической среды. Только за пять лет (с 1990 по 1994 г.) при проведении нефтепоисковых работ на территории Припятского прогиба было сброшено около 45 тыс. т бурового шлама, 150 тыс. м3 отработанного бурового раствора и более 300 тыс. м3 буровых вод, а общему загрязнению подверглось 600 га земли. Подобная картина наблюдается и в других регионах. Так, при проходке одной из скважин на шельфе Сахалина было сброшено более 250 м3 бурового шлама, около 1500 м3 бурового раствора, на изготовление последнего пошло 400 т различных химических веществ и глинопорошка, в том числе 20 т бентонитовой глины, 288 т баритового утяжелителя, 61 т хлорида калия, 2,6 т гидроксида натрия, 11 т крахмала, 1 т гексанитовой смолы, 2,6 т целлюлозы и т. д. Технология бурения скважины требует нагнетания бурового раствора, который является агрессивной средой по отношению к вмещающим породам и насыщающим их пластовым жидкостям. Характер и степень взаимодействия раствора и горных пород определяются составом промывочной жидкости, количеством и размерами содержащейся в 81 ней твердой фазы, литолого-минералогическими особенностями пород коллекторов, химическим составом пластовых вод и другими факторами. В результате этих сложных физико-химических процессов происходит изменение свойств пород-коллекторов в приствольной зоне скважины. При контакте промывочных жидкостей с пластовыми водами в осадок выпадают такие химические соединения, как сульфат магния (MgSO4), карбонат кальция (CaCO3), хлорид натрия (NaCl), гидраты железа (Fe(OH)3, Fe(OH)2) и др. В условиях Припятского прогиба преимущественно осаждаются Fe(OH)3, NaCl, KCl и некоторые другие соединения. При бурении скважин для крепления стенок забоя применяются обсадные трубы, в затрубное пространство последних подается специальный цемент. В результате взаимодействия металла и цемента с пластовыми водами происходит сульфолюминатная или магнезиальная коррозия портландцемента при содержании в них сульфат-иона более 1000 мг/л или магния (Mg2+) более 2000 мг/л (песчаные породы) и более 5000 мг/л (глинистые породы). Эти показатели являются критическими значениями начала коррозии. В Припятском прогибе наиболее агрессивными (рH 3–4) являются девонские межсолевые и подсолевые рассолы. В подсолевых рассолах содержание сульфат-иона достигает 3000– 4500 мг/л, а Mg2+ – около 3500–4300 мг/л, что значительно больше указанных выше критических значений начала коррозии. Поэтому не исключена коррозия металла обсадных труб и цемента крепления. Вес обсадных труб при бурении и креплении скважины Гребеневской-1 при глубине забоя 5264 м составил 430 т. Образующиеся продукты коррозии существенным образом изменяют химическую среду верхней части литосферы. В Припятском прогибе температура пород, вмещающих основные залежи нефти, колеблется в интервале 50–80 °С. В северной зоне прогиба на глубине 5000 м пластовая температура достигает 120 °С, к югу она постепенно понижается до 60 °С. После вскрытия пластов нарушаются естественные термодинамические условия, что приводит к выпадению из рассолов химических соединений и образованию солей низкотемпературного ряда (NaCl, Na2SO4 и др.). К числу опасных, значительных по масштабам загрязнений пресных и минеральных вод относится «скрытое» загрязнение геологогидрогеологической среды вследствие межпластовых перетоков из 82 глубоких горизонтов минерализованных и высокоминерализованных вод (рассолов). Оно может длиться многие годы после некачественной проходки или ликвидации скважин. При этом идет активный процесс развития ореола загрязнения геолого-гидрогеологической среды, размеры которого определяются дебитом и составом флюида скважинызагрязнителя, а также параметрами естественного загрязненного резервуара. Формирующийся ореол может иметь значительные размеры. При дебите скважины-загрязнителя 80–100 м3/сут с минерализацией раствора 100–200 г/л длина загрязненного потока, по расчетным данным Ф. П. Самсонова, за 8–10 лет достигает примерно 5000 м, площадь потока – 0,4–0,5 км2. При аварийных остановках зона загрязнения за несколько лет может охватить площадь до 2 км 2 и более. Попутные воды белорусских нефтяных месторождений представляют собой высокоминерализованные растворы, солесодержание которых достигает 450 г/л, а количество хлор-иона – 100–200 г/л. Вследствие большой разницы в содержании хлоридов в пресных водах, с одной стороны, и в попутных и сточных, с другой, даже незначительное попадание последних резко повышает концентрацию хлоридов в пресных водах. Содержание нитрат-иона является наиболее характерным компонентом сельскохозяйственного и бытового загрязнения. В пределах скважин Восточно-Первомайской, Речицкой и Демеховской нефтеносных площадей загрязнение (засоление) пород и подземных вод буровыми сточными водами происходит на всех стадиях бурения нефтяных скважин, но наиболее интенсивно – на стадии ликвидации земляных амбаров. Бурение скважин разных категорий сопровождается образованием значительных объемов (в среднем до 4–5 тыс. м3) буровых сточных вод, которые обычно загрязнены нефтепродуктами, органическими соединениями, щелочами, содержат значительное количество взвешенных частиц. Буровые стоки способствуют техногенному засолению и загрязнению поверхностных и грунтовых вод, так как амбарный способ хранения стоков не обеспечивает их полной изоляции. Площадь участков засоления в районе амбаров достигает 4,5 га, а для всего региона Припятского прогиба – 9 тыс. га. Содержание солей в почвенном слое изменяется от 0,5 г/кг (на границе ореолов) до 20–30 г/кг у амбаров. В составе солей преобладают хлориды натрия, наблюдается повышенная минерализация грунтовых вод до 50–60 г/л. По результатам исследований БелНИГРИ установлено, что даже после 83 проведения рекультивации на местах амбаров, в понижениях образуются скопления загрязненной воды (скв. 3 – Мармовичская). На площадках нефтяных скважин установлено загрязнение подземных, поверхностных вод и грунтов нефтепродуктами, химическими реагентами и высокоминерализованными рассолами. При этом загрязнения прослеживаются по площади и глубине. На территории Белорусского Полесья отмечается загрязнение поверхностных вод в результате попадания нефти в водоемы, болотные массивы и реки, расположенные вблизи буровых площадок. На поверхности воды образуются нефтяные пленки, которые препятствуют нормальной жизнедеятельности живых организмов и водной растительности. Постепенно начинается разложение нефти и образование нефтяного «мусса». Быстрее всего поверхность очищается от нефти во время дождя, когда разбиваются слики и большая часть нефти опускается на дно или в толщу воды. Однако со временем эта нефть вновь поднимается на поверхность. В пасмурные дни количество всплывающей нефти наиболее значительно, и в результате поверхность воды оказывается более загрязненной. Необходимо отметить способность нефти накапливаться в донных осадках, а затем, по прошествии иногда весьма длительного промежутка времени, вновь всплывать на поверхность. Скорость разложения нефтепродуктов в донных осадках чрезвычайно мала ввиду отсутствия ультрафиолетового облучения и часто анаэробных условий. В донных осадках накопленная нефть во многих случаях практически не разлагается. В ходе геологоразведочных работ и бурения скважин, а также в процессе их испытания на земную поверхность нередко попадает значительное количество сырой нефти и высокоминерализованных вод, что приводит к интенсивному загрязнению почвенного покрова. В пределах Белорусского Полесья под обустройство каждой скважины отчуждается от 2,3 до 3 га земли. Всего под нефтяные скважины было задействовано около 6 тыс. га земли. Эта территория подвергалась и продолжает подвергаться опасности загрязнения сырой нефтью, буровыми стоками и высокоминерализованными рассолами. Загрязнение почв нефтепродуктами влечет нарушение воздушного режима и водных свойств почв. При закупоривании капилляров почв нефтью и жидкими отходами бурения нарушается аэрация и создаются анаэробные условия в почвенных процессах. Отмечается изменение и в населяющих почву живых микроорганизмах, снижается численность 84 целлюлозоразлагающих микроорганизмов и бактерий, усваивающих соединения азота. Происходит угнетение окислительновосстановительных ферментативных процессов, что в конечном счете снижает биологическую активность и плодородие почв. Кроме того, в результате длительного бурения скважин давление, возникающее за счет буровых станков, приводит к уплотнению почвенного покрова и поверхностных слоев литосферы. Нагрузки от станка на 1 см 2 площади достигают 0,4–1,0 кг, что вызывает нарушение физико-механических свойств пород. На территории буровой в процессе работы различных технических средств и механизмов происходят потеря и утечка нефтепродуктов, и их среднее содержание в почве изменяется в пределах 3–16 г на 100 г почвы. При загрязнении нефтью почвенного покрова может увеличиваться содержание органического углерода и битуминозных компонентов по всему почвенному профилю (нефть содержит около 85 % углерода). Вредное влияние нефтепродуктов отмечается для многих видов почв, а процессы самоочищения протекают медленно. Под воздействием геологоразведочных работ изменяется структура растительного покрова Белорусского Полесья. Изучение последствий загрязнения территории отходами бурения показывает, что на всех пораженных участках наблюдается лишь незначительное восстановление растительности. Даже по истечении 15 лет растительность восстанавливается менее чем наполовину. Во всех случаях сразу после разлива отходов бурения, особенно содержащих нефть, растительный покров почти полностью уничтожается. Уже на начальной стадии разработки месторождений растительный покров начинает ощущать на себе негативное воздействие геологоразведочных работ. Прежде всего, растительный покров подвергается механическому воздействию, при котором он либо полностью уничтожается, либо очень сильно нарушается. К этому приводят вырубка древостоя, последующая раскорчевка, уничтожение почвенного покрова при планировке буровой площадки. Установлено, что после первичных мероприятий по подготовке скважин к бурению и в период последующей их эксплуатации на насыпях и валах формируются растительные сообщества в разреженной форме. Внешне они не несут каких-либо признаков угнетения, однако изменяются некоторые их свойства. Так, у мать-и-мачехи листья и черешки стали более упругими и устойчивыми к механическим воздействиям. Наиболее вероятно, 85 что это связано с обогащенностью субстрата кальцием, который поступает в почву с буровым раствором. На выровненных участках буровых площадок формируются сообщества иных видов, нежели на валах. Наиболее характерны разнотравно-злаковые группировки, где широко представлены луговик дернистый, мятлик луговой, подорожник, тысячелистник. Влияние минерализованных вод на растительность четко выражено на расстоянии до 5 м от потока. У хвойных пород древостоя наблюдается пожелтение хвои и побегов, у лиственных – либо полное, либо частичное пожелтение листьев по краю листовой пластинки – хлороз. Иной характер имеют нарушения растительного покрова при воздействии на него излившейся нефти и нефтепродуктов. Результатом разлива являются полная гибель липняка снытево-ясменникового и другой растительности. У видов, расположенных на некотором расстоянии от места разлива, встречаются морфологические нарушения: искривление стеблей, скрученность листьев, наличие опухолей. Период самовосстановления растительного покрова после загрязнения его нефтесодержащими отходами бурения зависит от климатических условий. По результатам проведенных исследований на загрязненных нефтью и рассолами площадках отмечался угнетенный характер растительности или ее отсутствие (скв. 2 – Мармовичская, скв. 19 – Сосновская, скв. 1 – Каменская и др.). Даже через 10 лет на рекультивированных площадках наблюдались угнетение и гибель сельскохозяйственных культур (скв. 1 – Холопеничская, скв. 3 – Речицкая, скв. 9 – Восточно-Первомайская). После окончания нефтедобычи со временем возникает опасность образования местных и региональных просадок поверхности земли. Наблюдения за формированием просадок позволили выявить следующие закономерности: просадки отмечаются только при разработке месторождений без поддержания пластового давления; просадка наиболее характерна для тех месторождений, где разрабатываются пласты-коллекторы большой суммарной мощности, как правило, достигающие нескольких сотен метров; просадка наблюдается над теми месторождениями, где отбор пластовых флюидов производится из рыхлых, слабоцементированных песков и песчаников, переслаивающихся с глинами; 86 для месторождений с явлением просадки характерны сравнительно небольшие глубины залегания продуктивных пластов (не более 2000 м от поверхности земли); просадки вызываются уплотнением продуктивных пластов при падении пластового давления, а также уплотнением глинистых отложений при отжатии поровой воды. Для Припятского прогиба названные причины возникновения просадок маловероятны. В осадочном чехле прогиба расположены две мощные соленосные толщи, которые способствуют сохранению стабильного состояния земной поверхности. Наряду с быстрыми колебаниями земной поверхности, вызванными землетрясениями, большую опасность с экологической точки зрения представляют длиннопериодические современные вертикальные и горизонтальные движения земной поверхности, обусловленные как общими медленно протекающими глубинными процессами в тектоносфере, так и процессами, подталкивающими землетрясения. Этот процесс весьма неожидан – медленно, почти незаметно земная поверхность в зоне сочленения стабильных блоков земной коры, разделенных глубинными разломами, деформируется: блоки медленно смещаются относительно друг друга в горизонтальном и вертикальном направлениях, амплитуда этих смещений постепенно нарастает. В Беларуси, по инструментальным данным, вертикальные смещения крупных блоков относительно друг друга, вызванные именно глубинными процессами, достигают 8–15 мм в год. Горизонтальные смещения в районе Речицкого глубинного разлома в Припятском прогибе за восемь-десять лет составили 15–20 мм. В частности, в пределах Вишанского месторождения установлены три этапа глубинных деформаций пород, в том числе в интервале залегания девонских межсолевых отложений. Наряду с природными деформациями установлено влияние разработки нефтяных залежей на напряженное состояние горных пород. В пределах месторождений создаются условия для локального деформирования пород-коллекторов в разрезе пластов. Глубинная техногенная геодинамика влияет на амплитуду колебаний земной поверхности. Таким образом, процессы, возникающие при проведении геологоразведочных работ и добыче нефти, оказывают негативное влияние на верхние слои литосферы и нарушают устойчивое экологическое 87 состояние региона, что впоследствии может сказаться на всей экосистеме в целом. В результате бурения и вскрытия верхних слоев литосферы на территории Припятского прогиба происходят геоэкологические изменения: снижается напряженное состояние пород в массиве; в породах образуются трещины и каверны; падает внутрипластовое давление; породы и воды дегазируются; изменяется температурное поле; образуются новые минералы; формируется новый гидрогеологический режим залежей (замещение извлеченной нефти водой, усиление водообмена, смешивание пластовых вод с пресными и техническими, изменение скорости движения, химического, газового, температурного состояния подземных вод); выпадают соли MgSO4, NaCl, парафин, гидраты, сера; происходят техногенные просадки земной поверхности. По степени нарушенности литосферы при поиске, разведке и добыче нефти выделяются три зоны: Северная, Центральная и Южная (см. рис. 9). Карта степени нарушенности литосферы Припятского прогиба служит основой для оценки техногенной нагрузки на литосферу, возникающей при бурении глубоких нефтяных скважин. 88 5. ЭКОЛОГИЯ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕНЕЗА 5.1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В последние десятилетия техногенное воздействие на поверхностные и подземные воды постоянно усиливается. В зависимости от площади, на которой проявляется это воздействие, принято различать следующие его виды: широкомасштабное, или региональное, локальное, линейное и точечное. По временному параметру различают постоянное и эпизодическое воздействия. По характеру воздействия на гидросферу различают приводящие к истощению водных ресурсов (водоотбор для нужд водоснабжения, осушительные мелиорации, водопонижение и др.) либо к накоплению их запасов (искусственное восполнение, орошение земель, подтопление территории и др.). В настоящее время в наибольших масштабах проявляется такой вид воздействия на подземную гидросферу, как техногенное загрязнение, важнейшими видами которого являются промышленное, коммунально-бытовое, сельскохозяйственное, транспортное, а также связанное с военной деятельностью (рис. 10). В Беларуси к числу факторов, оказывающих широкомасштабное воздействие на подземные воды, относится, прежде всего, осушительная мелиорация. Региональный характер имеет сельскохозяйственное загрязнение подземных, в первую очередь грунтовых вод, а также радиоактивное загрязнение территории, проявившееся в результате аварии на ЧАЭС, сброс сточных и промышленных вод, газопылевые выбросы и т. д. Республика обладает весьма значительными ресурсами подземных вод – пресных питьевых, минеральных, а также рассолов. Пресные воды питьевого назначения распространены повсеместно до глубины 100–450 м, однако они легко подвергаются загрязнению с поверхности земли в связи с отсутствием в геологическом разрезе регионально выдержанных водоупоров. 89 Рис. 10. Схема источников загрязнения подземных вод: I – горизонт грунтовых вод; II – горизонт напорных пресных вод; III – горизонт напорных соленых вод; 1 – трубопроводы, канализационные коллекторы с постоянными и аварийными утечками; 2 – отстойники, хвостохранилища, шламонакопители и т. п.; 3 – дымовые и газовые выбросы; 4 – подземное захоронение промышленных стоков; 5 – извлеченные шахтные воды; 6 – терриконы; 7 – карьерные воды; 8 – заправочные станции, дороги; 9 – бытовое загрязнение; 10 – водозабор, подтягивающий соленые воды; 11 – объекты животноводства; 12 – внесение удобрений и средств химизации земледелия; стрелки – направление движения загрязнений Положение усугубляется еще и тем, что подземные воды республики плохо защищены естественными покрышками. По защищенности грунтовых вод вся территория Беларуси относится к І категории. Это означает их полную подверженность поверхностному загрязнению всех видов. Разнообразное загрязнение грунтовых вод наблюдается в настоящий момент практически во всех районах республики. Этим объясня90 ется высокий уровень уже сформировавшегося загрязнения пресных вод питьевого назначения на обширной территории сельскохозяйственных угодий и мелиоративного строительства, а также в пределах и окрестностях всех без исключения городов и населенных пунктов (коммунальное и промышленное загрязнение), соледобывающих рудников (Солигорск), птицеферм и крупных животноводческих комплексов. Чаще всего на подземные воды влияет одновременно несколько загрязняющих факторов. Так, широкомасштабное загрязнение грунтовых вод нитратами происходит в результате химизации сельскохозяйственных площадей, фильтрации промышленных и бытовых стоков. Загрязнение напорных подземных вод на водозаборах от различных точечных загрязнителей осуществляется в условиях втягивания загрязняющих компонентов в воронку депрессии. В настоящее время подземные воды, используемые для хозяйственно-питьевого водоснабжения, в основном соответствуют требованиям потребителей. Однако на 42 % водозаборов производительностью более 5 тыс. м3/сут по ряду скважин прослеживается тенденция к увеличению содержания (в отдельных случаях свыше ПДК) некоторых компонентов: из числа водозаборов, эксплуатирующих четвертичные водоносные комплексы, признаки ухудшения эафиксированы на 80 %, эксплуатирующих палеоген-неогеновый комплекс – на 50 % водозаборов. Важным показателем техногенного воздействия на подземную гидросферу является модуль техногенной нагрузки. Этот параметр в республике изменяется от долей единиц до 195 тыс. т/км2 в год. Районы с меньшей удельной концентрацией техногенной нагрузки находятся на севере и юге Беларуси. Наибольшее количество отходов приходится на территорию Минского (195 тыс. т/км2), Светлогорского (119 тыс. т/км2) и Полоцкого (63 тыс. т/км2) экономических районов. На остальной территории страны преобладают значения модуля 1–10 тыс. т/км2. Важным фактором экологического состояния подземных вод являются природные условия конкретного района: геоморфологическое строение, мощность зоны аэрации, степень водопроницаемости пород зоны аэрации и водовмещающих пород. Степень защищенности грунтовых вод снижается в долинах рек с уменьшением мощности зоны аэрации и увеличением водопроницаемости сухих и обводненных пород. Мощность зоны аэрации на большей части территории республики не превышает 5–10 м, сложена она преимущественно хорошо проницаемыми породами, и поэтому грунтовые воды практически не защищены от воз91 действия внешних факторов. Лучше изолированы от внешней среды напорные подземные воды благодаря наличию слабопроницаемых моренных водоупорных горизонтов. Но отсутствие выдержанных водоупоров и преобладание в разрезе хорошо проницаемых пород определяют слабую защищенность всей зоны активного водообмена. Моренные горизонты широко развиты в четвертичной толще. Почти повсеместно, за исключением крайнего юга, распространены днепровская и сожская морены, в Поозерье большие площади занимает поозерская морена. Более древние морены – наревская и березинская – развиты небольшими участками. Моренные отложения представлены преимущественно слабопроницаемыми валунными супесями и суглинками, но благодаря обилию песчаной фракции, грубообломочного материала, наличию частых «гидрогеологических окон» – участков, где морены размыты или полностью представлены хорошо проницаемыми породами, они не препятствуют активному движению подземных вод и в гидрогеологическом отношении определяются как «условные водоупоры», разделяющие моренные водоносные комплексы. С другой стороны, морены защищают подземные воды от проникновения в них с поверхности загрязняющих компонентов. Слабопроницаемые и водоупорные отложения развиты и в дочетвертичных горизонтах, но и они тоже не оказывают существенного влияния на зону активного водообмена. Таким образом, влияние антропогенного воздействия на гидросферу очень существенно. Экологически чистая гидросфера – гарантия выживания человека. Ее необходимо очищать и охранять от загрязнения. Для этого должны тщательно изучаться источники загрязнения, виды и пути миграции загрязняющих компонентов. Среди всех видов загрязнения наибольшей интенсивностью отличается п р о м ы ш л е н н о е з а г р я з н е н и е, хотя оно, как правило, охватывает относительно небольшие по площади территории. Усиливающееся техногенное воздействие на окружающую среду начинает проявляться в изменении химического состава подземных вод. И если качество пресных подземных вод в основном соответствует требованиям нормирующих документов, то устойчивая тенденция к его ухудшению уже наметилась. Особенно интенсивно загрязняются грунтовые воды. Выше упоминалось, что степень интенсивности техногенного воздействия на поверхностную и подземную гидросферу принято определять интегральным показателем под названием «техногенная 92 нагрузка», который измеряется общим объемом отходов промышленности определенного региона. Модуль техногенной нагрузки – количество всех отходов промышленности (твердых, жидких и газообразных), приходящихся на единицу площади отдельно взятого административного района. Максимальная величина техногенной нагрузки приходится на водозаборы, расположенные в районах с высокой концентрацией промышленных предприятий (Минский, Гродненский, Витебский, Полоцкий, Гомельский, Мозырский, Солигорский, Могилевский, Речицкий и некоторые другие районы). На их территории источниками загрязнения подземных вод являются газодымовые выбросы предприятий, газообразные продукты сгорания топлива, сточные воды промышленных предприятий, коммунально-бытовые стоки, свалки бытового и промышленного мусора. Ухудшение химического состава подземных вод выражается в увеличении общей минерализации, содержания соединений азота, хлоридов, тяжелых металлов, в появлении в воде нефтепродуктов, фенолов и др. Например, в г. Минске содержание нитратов в некоторых водозаборных скважинах на пресную воду достигает предельно допустимых концентраций (водозабор автозавода). На городском водозаборе «Лядище» г. Борисова отмечено загрязнение подземных вод хромом (0,651,1 мг/дм3) и свинцом (0,020,03 мг/дм3). На водозаборе «Валовка» (г. Новогрудок) наблюдается загрязнение подземных вод нитратами, сульфатами, хлоридами, свинцом, марганцем. Основные предприятия, загрязнение от деятельности которых наносит наибольший экологический ущерб поверхностной и подземной гидросфере республики, следующие: Новополоцкий нефтеперегонный завод, Могилевское ПО «Химволокно», Светлогорский завод искусственного волокна, Мозырский нефтеперегонный завод, ПО «Беларуськалий», Гомельский химзавод, Гродненское ПО «Азот», Кричевский цементно-шиферный комбинат, Волковысский цементношиферный завод, ПО «Бобруйскшина», Витебское ПО «Доломит» и некоторые другие. На ухудшение качества подземных вод влияет не только существующая техногенная нагрузка, но и санитарно-техническое состояние самих водозаборов и прилегающих к ним территорий. Для большинства групповых водозаборов не разработаны проекты по организации зон санитарной охраны и комплекса мероприятий, исключающих возможность ухудшения качества подземных вод. Из более чем двадцати водо93 заборов г. Минска такие зоны имеют только три (Волма, Островы, Цнянский), но и для них часто не соблюдается режим содержания. Аналогичная ситуация характерна для водозаборов минеральных вод. В нарушение действующих нормативных требований в пределах зон санитарной охраны многих водозаборных сооружений располагаются животноводческие фермы, навозохранилища, склады минеральных удобрений и ядохимикатов и др. Так, во втором поясе зоны санитарной охраны водозабора «Сож» г. Гомеля расположена площадка молодняка крупного рогатого скота, в санитарной зоне водозабора «Неманица» г. Борисова – навозохранилище. В целом в зонах влияния действующих и перспективных водозаборов оказалось более 400 приемников различных отходов (поля фильтрации, отстойники, свалки и др.). Крупными источниками загрязнения подземных вод первых от поверхности водоносных горизонтов являются отвалы фосфогипса на химзаводе г. Гомеля, шламонакопители и поля фильтрации ПО «Азот» г. Гродно. На водозаборах «Восточный» (Жодино), «Волохва» и «Щара-1» (Барановичи), в районе ведомственных скважин птицефабрики г. Слонима, «Окунево» (Новополоцк) подземные воды загрязнены аммиаком (от 2,25 до 10 мг/дм3). Особенно сильно загрязнены воды эксплуатируемого водоносного горизонта в районе скважин 2 и 6 водозабора «Северный» г. Орши. Содержание аммиака здесь достигло 52 мг/дм3. Высокие концентрации аммиака (2,16,0 мг/дм3) отмечены также в грунтовых водах водозаборов «Пышки» (Гродно), «Восточный» (Жодино) и «Дукора» (Минск). В районе очистных сооружений г. Гомеля и водозабора «Озерщина» (Речица) грунтовые воды загрязнены нефтепродуктами, содержание которых варьирует от 0,357 до 0,714 мг/дм3 (при ПДК 0,3 мг/дм3). Следы фенолов отмечены в поверхностных водах юга республики (Припять, Ясельда, Горынь). В районах гидрогеологических постов Парахонский, Столинский, Ольшанский, Рычевский, Хлупинский, Янушковичский в грунтовых водах зафиксировано содержание пестицида симазин (0,001–0,009 мг/дм3), а в районе водозаборов «Лучеса» и «Витьба» (Витебск) – пестицида рогоро (0,002–0,0015 мг/дм3). Большой объем промышленной продукции, производимой в республике, обусловливает значительное количество отходов, образующихся при этом, а разнообразие ее видов – широкий спектр загрязняющих веществ. Общее количество твердых и жидких отходов, образующихся в республике, приближается к 1,5 млрд т в год. При слабом развитии и 94 низкой эффективности очистных сооружений происходит интенсивное загрязнение поверхностных и подземных вод. Как известно, снабжение пресной питьевой водой в республике осуществляется преимущественно за счет подземных вод. В настоящее время функционируют 221 водозабор и около 40 тыс. одиночных эксплуатационных скважин, отбирающих в период максимальной потребности до 4 млн м3 воды ежесуточно. Особенность воздействия сосредоточенного водоотбора состоит в интенсивном местном возмущении водоносного горизонта, которое, непрерывно развиваясь в пространстве и во времени, постепенно вовлекает в свою сферу выше- и нижеперечисленные водоносные горизонты и комплексы, поверхностные водотоки и водоемы. В результате длительного водоотбора формируются глубокие депрессионные воронки, размеры, форма и характер которых зависят от параметров граничных условий. Радиусы депрессионных воронок изменяются от нескольких километров в неглубоко залегающих четвертичных и верхнедевонских комплексах на водозаборах Борисова, Жодино, Лиды до 10 км в хорошо изолированных нижнемеловых и верхнепротерозойских комплексах на водозаборах Могилева, Гомеля, Витебска, Пинска и других населенных пунктов. Понижение уровня в центре депрессионной воронки составляет от 1–8 до 20–50 м (водозаборы Могилева, Гродно, Барановичей). Глубина залегания уровня грунтовых вод изменяется от 1–2 м на расстоянии до 1–5 км при слабой изоляции эксплуатируемого водоносного комплекса и до десятков метров при наличии водоупоров. В настоящее время в пределах депрессионных воронок по 8 малым рекам сток уменьшился более чем вдвое, а по 5 – прекратился полностью. Общая площадь нарушенного режима гидросферы под влиянием отбора подземных вод оценивается в 20–25 тыс. км2, что составляет около 10 % территории республики. Большое влияние на гидрогеологическую обстановку оказывает сосредоточенный водоотбор, сопровождающий открытую разработку месторождений полезных ископаемых. Водоотливы из карьеров создают общее снижение уровней взаимосвязанных водоносных комплексов, образующих в районе карьеров депрессионные воронки с радиусами, исчисляемыми километрами. В результате иссякают источники, колодцы и скважины, пересыхают пруды и заболоченные участки. Становятся источниками питания подземных вод реки, дренирующие их в естественных условиях. В настоящее время на территории республики крупные карьеры действуют в Витебской и Брест95 ской областях, где разрабатываются доломиты, добываются граниты. Например, снижение уровня грунтовых вод от карьера «Гралево» достигает 6 м и прослеживается на расстоянии более 10–12 км в окрестностях населенных пунктов. Наиболее многочисленны точечные источники загрязнения, влияние которых охватывает небольшие по площади территории, но может быть значительным. К ним относятся отдельные промышленные предприятия, свалки, места хранения различных загрязняющих веществ, небольшие животноводческие комплексы и др. Так, на водозаборе «Северный» г. Орши произошло загрязнение подземных вод в результате утечки жидкого аммиака из складов «Сельхозхимии». На водозаборе «Лядище» г. Борисова из шламонакопителя завода в подземные воды попадает хром. В результате четыре скважины были закрыты, так как содержание хрома превысило 10 ПДК. В районе г. Солигорска было закрыто несколько водозаборов из-за сильного загрязнения подземных вод продуктами выщелачивания солеотвалов калийного комбината. В пределах сельских и городских населенных пунктов геохимический облик грунтовых и нередко напорных подземных вод трансформируется под влиянием к о м м у н а л ь н о - б ы т о в о г о з а г р я з н е н и я. Оно формируется за счет утечек из выгребных ям и канализационных систем, в районах свалок бытовых отходов и полей фильтрации. В пределах сельских населенных пунктов этому загрязнению, как правило, способствует сельскохозяйственное производство (приусадебные участки, скотные дворы). Основными компонентами коммунально-бытового загрязнения являются органические вещества и продукты их распада, азотные соединения, хлориды, сульфаты, синтетические моющие средства и др. Коммунально-бытовые стоки характеризуются исключительно высокими уровнями микробиологического загрязнения. Вследствие коммунальной неблагоустроенности большинства сельских населенных пунктов загрязненность грунтовых вод очень высока, хотя на использовании грунтовых вод базируется практически все водоснабжение (90 %). В настоящее время около 70 % всех колодцев имеет воду с содержанием нитратов выше ПДК. Их концентрации достигают 300–600 мг/л и более (до 1000–1400 мг/л), т. е. приближаются к среднему содержанию этого компонента в животноводческих стоках, которое составляет 1550 мг/л. В водах колодцев фиксировалось возрастание Cl до 560 мг/л и K до 330 мг/л. Воды колодцев очень часто неблагопо96 лучны и по микробиологическим показателям. По данным Жлобинской и Речицкой СЭС, из почти 4000 опробованных в 1980–1992 гг. шахтных колодцев некондиционные по микробиологическим показателям воды наблюдались в 57 % из них. На территории Беларуси насчитывается больше 100 городов и городских поселков, имеющих коммунальную канализацию. В районах полей фильтрации коммунальных стоков концентрации нитратов в грунтовых водах достигают 600 мг/л и более. Глубина проникновения компонентов коммунально-бытового загрязнения также может быть весьма значительной. Так, например, в застроенной части Гомеля в напорных водах эксплуатационного палеогенового горизонта зафиксировано возрастание содержания Cl 2 до 656 мг/л; SO 4 – до 577; NO 3 – до 90 и Na+ – до 510 мг/л. Общая минерализация этих вод достигла 2,57 г/л. Особый вид коммунально-бытового загрязнения – тепловое загрязнение, которое образуется в результате утечек горячей воды из теплотрасс. Увеличение температуры грунтовых вод повышает их способность к растворению и к другим, в частности, химическим реакциям, способствует усилению микробиологического загрязнения. С е л ь с к о х о з я й с т в е н н о е з а г р я з н е н и е вызвано интенсивным и недостаточно контролируемым применением химических удобрений и ядохимикатов. Подобное загрязнение наносит огромный ущерб всем компонентам геологической среды и биоте. Следует отметить, что подземные воды, и в первую очередь грунтовые, являются основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения сельских населенных пунктов. Грунтовые воды республики характеризуются в целом очень низкой естественной защищенностью от различного рода загрязнений. Это объясняется высокой проницаемостью пород зоны аэрации и водовмещающих пород, а также небольшими глубинами залегания грунтовых вод (1,5–5,0 м). В связи с этим практически на всей площади сельскохозяйственных угодий, где вносятся органические и минеральные удобрения, естественный гидрогеохимический фон грунтовых вод резко нарушен. На таких участках в грунтовых водах возрас 2 тают, нередко в десятки раз, концентрации NO 3 , SO 4 , Cl , K , Na , 2 2 Ca и Mg . Проникновение компонентов сельскохозяйственного загрязнения прослеживается на глубину до 14–16 м, а вниз по потоку грунтовых вод – до 1,5 км от зоны загрязнения. 97 Загрязнение грунтовых вод в пределах сельскохозяйственных угодий формируется за счет основных компонентов минеральных и органических удобрений. В период с 1960 по 1987 г. использование минеральных удобрений возросло в 20–25 раз. Применение калийных удобрений за этот период увеличилось с 121 до 846 тыс. т (в расчете на действующее вещество), азотных – с 31 до 734 тыс. т (с 4 до 92 кг/га). Поскольку калийные и фосфорные компоненты удобрений характеризуются низкой миграционной способностью, то они задерживаются в основном в почвенном слое. Поэтому решающую роль в загрязнении подземных грунтовых вод Беларуси играет азот, преимущественно в нитратной форме. Предельно допустимые концентрации нитратов в питьевой воде не должны превышать 45 мг/л. Использование воды с повышенным содержанием нитратов разрушающе действует на иммунную и сердечнососудистую системы, способствует мутагенезу, вызывает тяжелую болезнь крови – метгемоглобинемию. Образующиеся в желудочно-кишечном тракте производные нитратов – нитрозоамины – обладают ярко выраженными канцерогенными свойствами. Значительную опасность для подземных вод представляет использование в сельском хозяйстве ядохимикатов (начиная с 1976 г. объем их применения стабилизировался на уровне 17 тыс. т в год). В грунтовых водах в пределах сельскохозяйственных угодий иногда обнаруживается симазин, присутствие которого в подземных водах недопустимо, а также весьма устойчивые хлорорганические пестициды. Одним из наиболее интенсивных источников сельскохозяйственного загрязнения подземных вод являются животноводческие комплексы, загрязнение от которых проникает на глубину 35–50 м и охватывает водоносные горизонты межморенных отложений. На таких участках отмечалось возрастание содержания нитратов в подземных водах до 40–210 мг/л. Животноводческие стоки характеризуются исключительно высокой микробиологической загрязненностью. Вследствие этого в окрестностях животноводческих ферм фиксируется микробиологическая загрязненность не только грунтовых, но и напорных вод. В отличие от скважин грунтовых водозаборов, где эти случаи фиксируются очень редко, в одиночных скважинах, расположенных в сельских населенных пунктах и на животноводческих фермах, загрязненность обнаруживается гораздо чаще – в среднем в 15 % случаев. 98 Наряду с вышеназванными источниками сельскохозяйственного загрязнения подземных вод большую опасность представляют земледельческие поля орошения (ЗПО), которые в республике занимают площади свыше 7 тыс. га. На ЗПО создается реальная угроза загрязнения грунтовых вод нитратами, хлоридами и другими элементами. На полях орошения животноводческими стоками прослеживается интенсивный рост содержания в грунтовых водах хлоридов (до 180 мг/л), нитратов (до 90 мг/л) и аммония (до 18 мг/л). В сельскохозяйственных районах республики интенсивное загрязнение грунтовых вод происходит за счет не имеющих канализации населенных пунктов, животноводческих и птицеводческих ферм, складов минеральных удобрений и ядохимикатов, полей орошения сточными водами, а также самих сельхозугодий, перенасыщенных повышенными дозами минеральных и органических удобрений. Основными загрязняющими компонентами здесь являются азотистые соединения, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы. В каждом населенном пункте и вблизи него содержание азотных соединений в грунтовых водах превышает фоновое, а в отдельных колодцах Гомельского, Жлобинского, Рогачевского, Лидского и других районов – предельно допустимые концентрации. Вблизи животноводческих комплексов загрязнению подвергаются не только грунтовые, но и более глубоко залегающие напорные воды. Содержание нитратов от 40 до 212 мг/дм3 и более установлено в напорных водах, используемых для водоснабжения в Кореличском, Несвижском, Копыльском и других районах республики. Режимными наблюдениями фиксируется интенсивное загрязнение грунтовых вод летом и осенью и чаще вблизи речных долин, куда направлен интенсивный поверхностный и подземный сток с окружающих сельхозугодий, обильно удобряемых для повышения урожайности. Зимой, когда поверхностный сток отсутствует, качество грунтовых вод улучшается. Наиболее высокие концентрации загрязняющих компонентов характерны для слабопроницаемых озерно-ледниковых и моренных отложений. Химическим составом грунтовых вод, а также характером хозяйственного использования водосборной территории в значительной степени определяется и качество речных вод. Поступление с сельхозугодий с поверхностным и подземным стоком вод, обогащенных такими биогенными компонентами, как N, K, P, S и другими, ведет к ухудшению качества вод рек, озер и водохранилищ, активизирует процессы их эв99 трофикации, вызывает нежелательные изменения структуры водных экосистем. На мелиорированных землях, по сравнению со старопахотными, вследствие более коротких путей миграции и более интенсивного промывного режима компоненты загрязнения особенно быстро попадают в воды дренажного стока, в мелиоративные каналы и далее в водоемы-водоприемники. По данным режимных наблюдений гидрометеослужбы, за последние тридцать лет в водах рек, в пределах водосборов которых осушительные мелиорации проведены особенно широко и, следовательно, наиболее велики площади земель вновь включенных в сельскохозяйственное пользование (рр. Ясельда, Оресса, Птичь), содержание хлора возросло в 2–2,6 раза, сульфатов – в 1,3–2,7 раза, кальция – в 1,3– 1,5 раза, магния – в 1,3–2,0 раза, а общая минерализация в целом увеличилась в 1,4–1,7 раза. В результате за этот же период содержание ионов 2 SO 4 и Cl возросло в р. Припять (г. Мозырь) соответственно в 3,2 и 2 раза, а общая минерализация воды повысилась в 1,3 раза. В речных водах отмечаются случаи превышения уровней ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения по азотным соединениям (аммоний и нитрит-ион), микроэлементам (медь) и ядохимикатам (ДДТ). Прогрессирующему загрязнению речных вод сопутствует активное мелиоративное освоение речных пойм, а также пониженная способность к самоочистке вод канализированных рек. 5.2. МЕЛИОРАТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ Разнообразны формы загрязнения геологической среды в районах мелиоративного освоения. Фильтрационные воды из водохранилищ и каналов распространяются на глубины до сотни метров и на десятки километров по латерали, сильно изменяя водно-солевой режим территорий. Грандиозные мелиоративные работы, во время которых в Беларуси было осушено около 3 млн га болот и заболоченных земель, привели к коренной перестройке процессов формирования режима и баланса подземных вод. На большей части существующих мелиоративных систем из-за их технического несовершенства не удается обеспечивать поддержание оптимальных уровней грунтовых вод. Как следствие в зоне Белорусского Полесья в пределах мелиоративных систем переосушено от 20 до 60 % их площади. В засушливые годы уровни грунтовых вод снижаются 100 до 1,5–2,0 м. Снижение уровней грунтовых вод на прилегающей к мелиоративным системам территории в зоне Полесья прослеживается на расстоянии до 3–4 км. В центральных и северных районах Беларуси, где в составе покровных отложений преобладают супеси и суглинки, зона влияния значительно меньше и составляет 0,1–0,8 км. В результате произошло обмеление поверхностных водотоков и снижение уровня грунтовых вод на больших площадях (на 0,7–1,5 м непосредственно на осушенных массивах и на 0,5–1 м на прилегающих землях). Установлено, что в результате осушительной мелиорации в Белорусском Полесье глубина залегания уровня грунтовых вод существенно превышает норму осушения: во влажные годы почти в 1,5 раза, в засушливые – в 3 раза. Нарастающее иссушение территории достигло водоразделов и охватило практически весь полесский регион. Дефицит водных ресурсов на осушенных землях достигает 3,6–4,2 млрд м3, что составляет 20–30 % годового стока р. Припять в домелиоративный период. Осушительная мелиорация оказывает существенное влияние на формирование баланса грунтовых вод. При снижении среднегодового уровня грунтовых вод с глубины от 0,3–0,5 м до 1,5–2,0 м происходит резкое сокращение испарения. Инфильтрация начинает преобладать над испарением, а боковой отток над притоком. Это обусловливает формирование слоя подземного стока, величина которого в песчаных грунтах (именно они преобладают в зоне Полесья) может достигать 100–130 мм. Вследствие этого усиливается подземный сток в реке и водность песчаных грунтов возрастает. В то же время почвы в пределах таких мелиоративных систем испытывают острый дефицит влаги. По итогам балансовых расчетов доказано, что поддержание проектной нормы осушения (порядка 0,8 м ниже поверхности земли) и оптимального водно-воздушного режима в почвенном слое невозможно без дополнительной подачи воды на увлажнение из источника, находящегося вне мелиоративной системы. В пределах бассейна Припяти при условии поддержания уровня воды в среднем на глубине 0,8 м от поверхности земли дополнительное увлажнение почвенного слоя потребует 40– 60 мм слоя воды (400–600 м3/га). В засушливые годы потребность в воде возрастает до 1000 м3/га. Во влажные годы возникает необходимость сброса воды с мелиоративной системы до 300–400 м3/га. На мелиоративных системах, построенных на супесчаных грунтах, для поддержания оптимального водно-воздушного режима потребуется около 500 м3 воды на каждый гектар. 101 На существующих мелиоративных системах уровни грунтовых вод в большинстве случаев располагаются не только ниже нормы осушения, но и ниже критических глубин залегания. Вследствие этого на системах формируется дренажный сток в реки от 800 до 1500 м3/га, увеличивающий их водность. Так, среднегодовой сток р. Припять – главной водной артерии Полесья – с начала интенсивного мелиоративного строительства в этом регионе возрос с 331 (1970 г.) до 446 м 3/с (1989 г.), т. е. на 35 %. Вместе с тем расчеты показывают, что для поддержания на всех существующих в бассейне р. Припять мелиоративных системах (1,4 млн га) оптимальных водно-воздушных условий в корнеобитаемом слое в засушливые годы потребуется не только привлечение этого современного избыточного дренажного стока, но и дополнительных водных ресурсов в количестве 1,4 млрд м3 в год, что составит около 24 % среднегодового расхода Припяти (Мозырь). Осушение огромных массивов болот и заболоченных земель, интенсивное их сельскохозяйственное использование, широкое применение удобрений – все это приводит к формированию совершенно новых геохимических качеств подземных вод в пределах освоенных территорий. Многолетние режимные гидрогеологические наблюдения (1976–1995), проводившиеся в пределах Лельчицкого гидрогеологического стационара на болотных массивах различных генетических типов сначала в естественных (до начала мелиоративных работ), а затем в нарушенных (после осушения) условиях, показали, что резкое изменение гидродинамических условий в результате осушения приводит к существенной перестройке геохимических процессов, формирующих состав подземных вод, и в первую очередь к изменению геохимических условий миграции химических элементов с переменной валентностью (Fe, S, Mn и др.). Резко изменяются газовый состав вод (О2 и СО2), величины Eh и pH. В послемелиоративный период заметно изменяется и макрокомпонентный состав грунтовых вод. Процесс собственно осушения сопровождается ростом минерализации главным образом за счет ионов SO, SO24 , Ca 2 , Mg 2 и реже HCO 3 . Сульфат-ион – наиболее характерный компонент грунтовых вод осушенных земель. Вследствие его накопления (до 200–240 мг/л) грунтовые воды приобретают вместо гидрокарбонатно-кальциевого сульфатно-кальциевый состав, ранее совершенно не характерный для пресных подземных вод Полесья. Накопление сульфатиона в водах обусловлено окислением органического вещества торфа и сульфидных минералов железа (пирит и гидротроилит) в связи с уси102 ленной аэрацией торфяной залежи после осушения. В результате сов2 2 местного накопления в грунтовых водах ионов Ca и SO 4 и соответственно роста насыщенности вод по гипсу в отдельные засушливые периоды при интенсивном капиллярном подтягивании вод возможно выпадение на поверхности мелиоративных торфяников этого минерала в виде тонких налетов. Однако запасов серы в торфяниках немного, поэтому реальной опасности загипсования почв на осушенных болотных массивах Белорусского Полесья не существует. Отметим, что если для осушенных торфяников процесс накопления сульфат-иона в грунтовых водах – характерное явление, то на мелиоративных системах, выбывших из эксплуатации, наблюдается обратный процесс, т. е. постепенное сокращение содержания сульфат-иона в грунтовых водах вследствие формирования восстановительной обстановки в условиях подъема уровня грунтовых вод. 2 2 Накопление в водах ионов Ca и Mg определяется процессами разрушения осушенного торфа (его органической составляющей) и связанного с ними снижения емкости поглощения торфяных почв. Происхо2 2 дит вынос Ca и Mg , первоначально содержащихся в торфе преимущественно в ионообменной форме. Исключение могут составлять случаи карбонатной минерализации в торфяниках. Увеличение содержания Ca 2 2 и Mg при прочих равных условиях способствует росту значения рН и как следствие сдвигу карбонатного равновесия в сторону образования гидрокарбонат-иона с соответствующим накоплением его в воде. Помимо рассмотренных выше процессов, протекающих в осушенной торфяной залежи, рост содержания таких компонентов, как НСО 3 , Ca 2 и Mg 2 , может быть обусловлен усилением потока напорных вод, причем подток напорных подземных вод в послемелиоративный период на отдельных системах может достигать 100–128 мм в год и проявляться в нижней части горизонта грунтовых вод, находящейся ниже зоны дренирующего влияния осушительных каналов. В верхней же части горизонта преобладает нисходящее и латеральное движение вод к дренам. В условиях промывного режима в верхней зоне изменения в гидрогеохимической обстановке обусловлены лишь процессами, происходящими собственно в торфяной залежи. При исследованиях на осушительных системах особого внимания заслуживает изучение поведения в грунтовых водах железа, поскольку с 103 ним связаны такие негативные процессы, как кольматация гидроксидом железа дренажных труб и фильтров скважин вертикального дренажа, ожелезнение приповерхностной толщи осушаемых торфяников вследствие капиллярного подтягивания грунтовых вод и др. В естественных условиях на неосушенных болотных массивах наблюдаются значитель2 3 ные сезонные колебания концентрации железа (Fe и Fe ) в грунтовых водах, определявшиеся главным образом их уровенным режимом. Концентрация железа изменялась от 0,1–0,5 мг/л при самых высоких положениях уровня до 8–10 мг/л и более в межень при снижении уровня грунтовых вод до глубины 0,5–0,7 м. В этот период вследствие ухудшения взаимосвязи с атмосферой отмечалось сокращение концентрации кислорода в верхней зоне грунтовых вод с 3–5 до 0,5–1,0 мг/л, что способствовало формированию восстановительной обстановки, благоприятной для накопления в водах закисного железа. При осушении болотных массивов резкое снижение уровней грунтовых вод сопровождалось первоначально значительным ростом концентрации железа, достигавшим 10–18 мг/л и более при снижении уровней до 1,0– 1,5 м. В этот период кислород в водах практически отсутствовал либо обнаруживался в концентрациях 0,5–0,8 мг/л. Наиболее отчетливо рост содержания железа проявляется на низинных, особенно пойменных торфяниках, что связано с большими запасами в них суммарного железа в различных формах по сравнению с верховыми торфяниками. 5.3. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ Весьма значительно как по площади проявления, так и по длительности взаимодействия на окружающую среду радиоактивное загрязнение значительной части территории Беларуси, которое сформировалось в результате аварии на Чернобыльской АЭС. При этом в атмосферу было выброшено 50 МКи активности (без радиоактивных газов), 70 % которых выпало на территории Беларуси. В аварийном выбросе ЧАЭС фиксировалось присутствие нескольких десятков радионуклидов, главным образом короткоживущих. Максимальные уровни радиоактивного загрязнения поверхностных вод наблюдались в первые недели после аварии. Они обусловливались в основном выпадением загрязненных аэрозолей и пылевых частиц непосредственно на водную поверхность. В пробе воды из р. Уборть, отобранной 27 апреля 1986 г. (более ранние отборы ни на Украине, ни в России не выполнялись), активность радио104 нуклидов достигала (Бк/л): 95Zr и 95Nd (суммарно) – 2900, 103Ru – 490, 106 Ru – 810, 134Cs – 390, 137Cs – 1590, 140Ba – 2220, 144Ce – 1340. В р. Припять у г. Чернобыля 1–2 мая 1986 г. активность стронция-90 и иода-131 достигала соответственно 15 и 4440 Бк/л. После окончания «аэрозольного» периода загрязнения наблюдалось резкое падение концентраций радионуклидов в водах. В настоящее время основными компонентами, определяющими радионуклидное загрязнение как почвенного покрова, так и природных вод, являются стронций-90 и цезий-137. В Беларуси свыше 46,5 тыс. км2 территории имеет плотность поверхностного загрязнения по цезию-137 свыше 1 Ки/км2. На этой территории находится 27 городов и около 3000 других пунктов с общей численностью населения более 2,1 млн человек. По данным опробований, выполненных в 1990–1995 гг. в 30километровой зоне ЧАЭС и прилегающих районах, концентрации в речных водах цезия-137 варьировали от 0,045 до 2,05 Бк/л, а стронция-90 – от «не обн.» до 2,07 Бк/л. Более высокие концентрации радионуклидов фиксировались в водах мелиоративных каналов – в среднем 0,51 по цезию-137 и 2,403 Бк/л по стронцию-90. Эти концентрации значительно ниже уровней загрязнения, которые наблюдались в 1986 г., но примерно на один-два порядка выше, чем в доаварийный период. В настоящее время, помимо стронция-90 и цезия-13, немаловажный вклад в радиоактивное загрязнение территории (особенно в 30-километровой зоне ЧАЭС) вносят изотопы плутония. В водах рек и мелиоративных каналов содержание плутония-239 варьировало (по состоянию на 1991 г.) от 0,21 до 0,37 · 10–14Kи/л. В отличие от поверхностных вод, содержание рассматриваемых радионуклидов в подземных водах значительно ниже и практически никогда не превышает уровней ПДК. При этом максимальные их концентрации фиксируются, как правило, в групповом (безнапорном) водоносном горизонте. По данным опробований грунтовых вод, выполненных в 1990–1995 гг., активность их по цезию-137 изменялась от 0,016 до 8,3 Бк/л, а по сронцию-90 – от фоновых до 6,52 Бк/л. Максимальное загрязнение грунтовых вод наблюдалось в пробе, отобранной из колодца (д. Красноселье Хойникского района Гомельской области), на территории с плотностью загрязнения по цезию-137 свыше 80 Kи/км2 и по стронцию-90 свыше 12 Kи/км2. Высокий уровень загрязнения воды в данном случае обусловлен в основном пылевым загрязнением. В грунтовых же водах, отобранных из шурфов, удельная активность цезия-137 105 не превышала 0,97 Бк/л, а стронция-90 – 1,16 Бк/л. Содержание плутония-239 в этих водах варьировало от 0,09 до 0,17 · 10–14 Kи/л. Загрязнение первого от поверхности безнапорного горизонта грунтовых вод на участках неглубокого его залегания возможно в результате непосредственного поступления подвижных форм радионуклидов, главным образом стронция-90, через зону аэрации. На участках, где зона аэрации сложена хорошо проницаемыми песчаными породами (эоловая дюна у д. Красноселье Хойникского района), установлено проникновение стронция-90 (до 145 Бк/кг) на глубину 0,65–0,70 м. Одним из вероятных источников поступления в подземные воды цезия-137 и стронция-90 могут быть их глобальные выпадения в течение трех последних десятилетий прошлого века. Известно, что наиболее интенсивное выпадение этих радионуклидов вследствие ядерных испытаний в атмосфере происходило в 60-е годы ХХ в. На действующих водозаборах в условиях активных перетоков в зоне депрессионных воронок загрязнение за несколько десятилетий вполне могло достичь эксплуатируемых водоносных комплексов, залегающих в среднем на глубинах 40–100 м. Вышеприведенные данные о содержании радионуклидов в подземных водах получены в пределах 30-километровой зоны ЧАЭС. На этом фоне неожиданными оказались результаты опробования грунтовых вод на участках с относительно небольшой плотностью (от 1 до 5 Kи/км2 по цезию-137) в Лельчицком районе Гомельской области. В 1994–1995 гг. здесь было зафиксировано содержание цезия-137 в грунтовых водах до 0,973 Бк/л. Характерной особенностью грунтовых вод на этих участках является высокое содержание в них калия, что связано с сельскохозяйственным загрязнением. По-видимому, насыщенность поглощенного комплекса почв калием на этих участках способствует активной миграции по почвенным профилям цезия-137, являющегося его геохимическим аналогом. Изучение содержания радионуклидов в напорных подземных водах питьевого назначения основных эксплуатационных комплексов заслуживает особо пристального внимания. В 1994–1995 гг. содержание цезия-137 и стронция-90 в опробованных водах изменялось в относительно широком диапазоне: активность цезия-137 варьировала от 0,03 до 1,91 Бк/л, а стронция-90 – от тысячных долей до 0,073 Бк/л. В одной из скважин прируслового водозабора «Сож» в г. Гомеле в июне 1992 г. было зафиксировано возрастание активности стронция-90 до 0,431 Бк/л. В этой скважине в 1988–1990 гг., по данным Белорусской гидрогеологиче106 ской экспедиции, также отмечались периодические повышения активности стронция-90 до 0,741 Бк/л и цезия-137 до 2,07 Бк/л. Данный факт, по-видимому, обусловлен тем, что на этом водозаборе формирование эксплуатационных запасов водоносного комплекса осуществляется за счет привлечения вод р. Сож, фильтрующихся через донные русловые осадки. По данным опробования эксплуатационных скважин, выполненного в 1990 г., активность стронция-90 составила 0,016–0,004 Бк/л. Активность стронция-90 в водах из тех же скважин в 1991 г. составила 0,021–0,005 Бк/л. Приведенные параметры активности стронция-90 в водах эксплуатационных скважин позволяют говорить об отсутствии отчетливо выраженной тенденции к росту радиоактивного загрязнения подземных вод. Содержание плутония-239 в напорных подземных водах эксплуатационных комплексов варьирует от 0,08 до 0,19 · 10–14 Kи/л и составляет в среднем 0,13 · 10–14 Kи/л. Таким образом, среднее содержание плутония-239 в грунтовых и напорных подземных водах одинаково и примерно в 2 раза ниже, чем в поверхностных водах. Стабильное и, как правило, удовлетворительное в радиационном отношении качество напорных подземных вод основных эксплуатационных водоносных горизонтов и комплексов не снимает в целом проблемы качества подземных вод в районах радиоактивного загрязнения. Это обусловливается рядом обстоятельств и в том числе наблюдающимся ростом (с течением времени) количества подвижных форм радионуклидов в почвах, существованием быстрых компонентов миграции радионуклидов по почвенным профилям, наличием вблизи работающих эксплуатационных скважин особо активных в гидродинамическом отношении зон (воронок депрессии), в пределах которых перетоки подземных вод происходят исключительно интенсивно. Кроме того, важнейшим обстоятельством, определяющим актуальность проблемы качества подземных вод, является наличие в составе радиоактивного загрязнения такого биологически значимого радионуклида, как плутоний-239. В связи с очень большим периодом его полураспада (24,4 тыс. лет) для плутониевого загрязнения теоретически доступны все водоносные горизонты зоны активного водообмена, содержащие пресные воды, которые используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения. И вопрос в данном случае заключается только в том, когда и в каком количестве плутониевое загрязнение поступит в водоносные горизонты. 107 6. МОНИТОРИНГ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ 6.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Среди методов наблюдения за эколого-геологической обстановкой в условиях возрастающего техногенного воздействия на литосферу важную роль играет мониторинг геологической среды. Термин «мониторинг» происходит от латинского «monitor», что переводится как «наблюдающий», «предостерегающий». Понятие «мониторинг окружающей среды» ввел Р. Мэнн в 1972 г. на Стокгольмской конференции ООН. В бывшем СССР одним из первых теорию мониторинга стал разрабатывать Ю. А. Израэль. В свете современных знаний мониторинг представляет собой «комплексную систему регламентированных периодических наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды с целью выявления негативных ее изменений и выработки рекомендаций по их устранению или ослаблению». В 80-е годы ХХ в. введен термин «мониторинг геологической среды», или «литомониторинг» (Г. К. Бондарик, В. Т. Трофимов, В. А. Королев), который в отличие от мониторинга окружающей среды характеризуется более узким понятием, рассматривающим в качестве объекта наблюдения только приповерхностную часть литосферы. Согласно В. А. Королеву, мониторингом геологической среды называется «система постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы». Подобный мониторинг представляет собой «динамическую систему» с гибкой инфраструктурой, которая позволяет проводить постоянный контроль за состоянием объекта, осуществлять моделирование геологической среды в условиях различной техногенной 108 нагрузки, выдачу прогнозов и вероятностных оценок, а также разрабатывать мероприятия по рациональному недропользованию для принятия решений относительно характера воздействий, препятствующих выходу геологической среды из состояния равновесия (рис. 11). Рис. 11. Система мониторинга геологической среды 109 Системный анализ данных, полученных в ходе мониторинга геологической среды, позволяет минимизировать последствия экологических просчетов, обусловленных недостатками планирования и инженерными недоработками. Последствия такого рода обычно выражаются в дестабилизации среды, активизации факторов риска, в превышении предельно допустимых техногенно-экологических нагрузок. Таким образом, реализация программы мониторинга является принципиально новым видом научно-прикладных исследований, который учитывает социально-экологический аспект управления геологической средой в условиях все более возрастающего техногенного воздействия на биоту и человеческое сообщество. По характеру применяемых методов контроля состояния геологической среды различают следующие виды мониторинга: геологический – оценка изменений стратиграфо-генетических комплексов горных пород под влиянием природных и техногенных процессов; гидрогеологический – оценка изменений нарушенного и естественного режимов подземных вод (в зонах техногенного влияния), включая утечки из коммуникаций; воздействие инфильтрации из водохозяйственных систем и многое другое; инженерно-геологический – выявление локальных изменений воднофизических и водно-механических свойств грунтов оснований сооружений с оценкой состояния массива пород и протекающих в нем процессов в границах тепловлагопереноса; геохимический – оценка изменений химического состава почв горных пород и подземной гидросферы в результате техногенного воздействия; геофизический – оценка изменений физических полей (магнитных, электрических, тепловых и т. д.) и их связь с процессами, протекающими в геологической среде; сейсмический – оценка воздействия динамических и циклических изменений и связанных с ними напряжений в условиях сейсмопроявлений естественного и техногенного характера; аэрокосмический – систематическое и оперативное слежение за состоянием и изменениями геологической среды на основе методов дистанционного зондирования Земли (рис. 12). В зависимости от инженерно-хозяйственного освоения территории, в пределах которой осуществляются постоянные наблюдения геологической среды, выделяют мониторинг городских агломераций, промышленных территорий, районов горнодобывающих предприятий и др. 110 Рис. 12. Схема проведения аэрокосмического мониторинга геологической среды По рангу организации и масштабам исследований мониторинг геологической среды может быть национальным (государственным), региональным, локальным и детальным. На всех уровнях мониторинг осуществляется по следующей схеме: контроль (наблюдение, оценка) прогноз управление геологической средой. Национальный мониторинг обобщает и генерализует информацию, поступающую с более низких уровней, в рамках одного государства. Картографическая основа представляет собой обычно с ерию карт – моделей, обеспечивающих информацию о состоянии и динамике геологической среды. Геоинформационная система (ГИС) состоит из показателей, определяющих условия и факторы геологической среды в форме базы данных для решения управляющих, проектных, прогнозных и моделирующих задач. Региональный мониторинг является программой, в которой функциональные подсистемы ориентированы на обеспечение оптимального функционирования 111 геологической среды на уровне административной области или экономического района. Локальный мониторинг решает сходные задачи в зоне влияния крупных объектов инженерно-хозяйственной деятельности (горнопромышленный комплекс, городская агломерация и т. д.). Контроль состояния геологической среды на отдельных репрезентативных участках, подверженных, например, экзогенным процессам (оврагообразование, заболачивание и т. п.) в условиях техногенеза, относится к детальному мониторингу. 6.2. ОСОБЕННОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Постановка задач и разработка программ литомониторинга в любом случае начинаются с определения объектов контроля и выявления экологически значимых природных факторов, с которыми связаны неблагоприятные или опасные явления (табл. 21). Это позволяет выделить приоритетные объекты, которые целесообразно включить в систему мониторинга. Как можно видеть на примере северных районов Западной Сибири, среди значимых факторов главную роль играют геологические, определяющие состояние рельефа и верхних горизонтов литосферы. Информация по источникам, ареалам и интенсивности техногенного воздействия на геологическую среду (табл. 22 и 23) дает возможность классифицировать объекты мониторинга по их типам, категориям опасности и распространению. Это, в свою очередь, служит основой для проектирования сети пунктов мониторинга, их ранжирования по объектной принадлежности, целевому назначению, режиму наблюдения и техническому обеспечению. Целесообразным можно считать составление кадастров объектов и пунктов мониторинга, а также их паспортизацию. Важное место в литомониторинге занимает моделирование геологической среды и протекающих в ней процессов на основе создания информационных систем в виде баз (банков) данных. Наличие ГИС позволяет оперативно решать различные задачи: справочно-информационные; картосоставительные и графопостроительные работы; проводить математическое, концептуальное и имитационное моделирование. 112 Таблица 21 Природно-ландшафтная дифференциация северных территорий России (фрагмент) Зонально-ландшафтные области Наиболее ценные характеристики ландшафтов Экологически значимые природные факторы Обь-Карская тундровая область Аккумулятивно-морские песчаные и песчаноглинистые низменные равнины: а) в арктических тундрах б) в типичных тундрах в) в южных тундрах Моренно-эрозионные низменные равнины, часто заболоченные: а) в арктических тундрах б) в типичных тундрах в) в южных тундрах Наличие ягельников; места нереста ценных промысловых рыб; местообитания промысловых животных (песец, лисица) Гнездовья водоплавающей дичи Лежбища морских промысловых животных Рыхлые породы, подверженные водной и ветровой эрозии; высокая льдистость многолетнемерзлых пород, создающая опасность термокарста и термоэрозии; низкая биопродуктивность; затрудненный сток, опасность аккумуляции загрязняющих веществ Обь-Тазовская тундрово-таежная область Холмистые моренные возвышенные равнины с участками камов: а) в типичных тундрах б) в лесотундре в) в северной и средней тайге Местообитания промысловых животных (белка, бурундук, соболь) и птиц (глухарь, рябчик) Повышенная активность эрозионных процессов Моренно-эрозионные низменные равнины, сильно заболоченные: Торфяные залежи; местообитания промысловых рыб; места распределения дикого северного оленя Затрудненный сток, опасность аккумуляции загрязняющих веществ Наличие ягельников; местообитания промысловых рыб Рыхлые породы, подверженные водной и ветровой эрозии; пожароопасные типы растительности Наличие ягельников; местообитания промысловых животных (белка, бурундук, соболь) и птиц (глухарь, рябчик) Рыхлые породы, подверженные водной и ветровой эрозии; пожароопасные типы растительности а) в лесотундре б) в северной тайге Зандровые низменные равнины: а) в северной тайге б) в средней тайге Древнеаллювиальные, древнедельтовые, аллювиально-зандровые песчаные низменные равнины: а) в лесотундре б) в северной тайге Северный Урал Увалистые возвышенные предгорья: а) в тундре б) в лесотундре в) в северной тайге Дикорастущие (ягодники); живописные ландшафты 113 Лавиноопасность; каменистость грунтов; опасность эрозии Таблица 22 Размеры зон влияния объектов различных отраслей горнодобывающей промышленности Отрасли горнодобывающей промышленности по добыче полезных ископаемых Зона химического загрязнения, км Руды цветных металлов: свинцово-цинковые медные никелевые ртутные золотые 1–100 1–100 1–100 1–100 1–16 Железные руды 0,5–5,0 Уголь 2,5–50,0 Нефть и газ 1,0–3,0 Горючие сланцы 4,0–16,0 Сера 3,0–15,0 Таблица 23 Размеры зон влияния горнодобывающих предприятий Источник или способ воздействия Размеры зоны влияния площадные, км2 линейные, км 0,1–100,0 0,1–20,0 Открытая разработка, горнообогатительный комбинат (ГОК), терриконы, хвостохранилища Подземная скважинная и специальная разработка, водопонижение 0,1–10000,0 – Сбросы шахтных вод и ГОКов, дражные и гидромониторные способы разрушения пород 10,0–100,0 50,0–70,0 Закачка в недра реагентов, смешение вод разных горизонтов 1,0–100,0 1,0–10,0 Как правило, информационная основа моделей геологической среды представляется в виде блоков: блок информации о геологической, инженерно-геологической, гидрогеологической изученности территории; блок информации, характеризующей естественноисторические условия и факторы геологических процессов (геологические, геоморфологические, гидрогеологические); блок информации о региональных и локальных закономерностях геологических процессов, режимной сети, параметрах, характеризующих механизм и динамику процессов; 114 блок информации о техногенной нагрузке на геологическую среду (техногенное воздействие в пределах природно-технических геосистем). Научно-практическое значение в литомониторинге имеет экологогеологическое прогнозирование. Подобный прогноз представляет собой научно обоснованное приведение изменений состояния геологической среды, вызванных геологическими, гидрогеологическими, геохимическими, биологическими и другими процессами. Прогнозы делятся на вероятностные и детерминированные (причинно-следственные), что зависит от количества и качества используемой информации. Эта важнейшая процедура мониторинга базируется на концепции трансформации информации, которой оперирует исследователь, в концептуальное, логическое, картографическое или математическое изображение. Отсюда следует, что на всем протяжении контроля происходит разработка прогнозов, вначале качественных, а затем и количественных и все более усложняющихся. Эколого-геологические прогнозы рассматривают геологическую среду с точки зрения выявления экологических ситуаций (региональных, локальных и т. д.) в приповерхностной части литосферы. При организации и ведении литомониторинга задачи и состав исследований будут различаться в зависимости от степени трансформации геологической среды. Структура мониторинга, например, территорий расположения бывших военных объектов предусматривает решение следующих основных задач: оценка экологического состояния почв, подземного пространства и водоносных горизонтов; оценка риска для здоровья населения и природных комплексов экологических дестабилизаций. Особую опасность для окружающей среды и источников водоснабжения представляет загрязнение грунтов и подземных вод радиоизотопами и тяжелыми металлами различного происхождения, а также нефтепродуктами и топливом для военной техники (керосин, бензин и специальные присадки). Нефтепродукты могут достигать уровня подземных вод, загрязнять и тем самым выводить из строя источники водоснабжения. В Беларуси проведено комплексное экологическое обследование территории военного городка вблизи д. Костени Поставского района, где ранее базировалась российская дивизия РВСН. Обследованы районы 115 размещения и других военных объектов. Результаты исследований свидетельствуют о сильном загрязнении почв и грунтовых вод тяжелыми металлами и нефтепродуктами. На территориях размещения бывших военных объектов оптимальна следующая схема проведения мониторинга геологической среды: бурение зондировочных скважин вокруг и в пределах экологических объектов; бурение гидрогеологических скважин в зонах влияния опасных объектов в целях установления характера и масштабов загрязнения; горно-проходческие работы в целях уточнения характера загрязнения и захоронений, отбора проб и образцов; опытные гидрогеологические работы в местах интенсивного загрязнения подземного пространства; лабораторные исследования грунтов и подземных вод в целях установления органических загрязнителей, компонентов и окислителей ракетных топлив, тяжелых металлов, хлоруглеродов, керосинов, полиароматических углеводородов, полихлорбифенилов, бензолов, толуолов, ксилолов, меланжа, гептилов, саминов, изотонитов, амидолов, амилов и др. (всего около 20 наименований); тяжелых металлов – цинка, свинца, кадмия, ртути, меди, хрома, цианидов, нитратов, фтора, иода, мышьяка, сурьмы, германия и т. д. (всего более 15 наименований). Иная структура эколого-геологического мониторинга при изучении экологического состояния особо охраняемых территорий (национальные парки, заповедники, заказники). Так, при проведении такого мониторинга на территории национальных парков «Беловежская пуща», «Браславские озера» и других целесообразно решение следующих задач: модификация методики эколого-геологических исследований применительно к условиям особо охраняемых территорий; проведение комплексного анализа геолого-геофизических, гидрогеологических, гидродинамических, гидрогеохимических и других условий в пределах национальных парков и буферных зон; анализ результатов многолетних режимных наблюдений (уровенные, температурные и гидрохимические параметры) на территории парков и по возможности на прилегающих участках; 116 построение гидрогеологических карт и схем грунтового водоносного горизонта и первого от поверхности горизонта напорных вод; оценка масштабов и роли процессов техногенного воздействия на состояние подземных вод; разработка комплекса рекомендаций оптимального режима водохозяйственного использования ресурсов подземной гидросферы; разработка эколого-геологических национальных парков. В геоэкологическом отношении Беларусь (наряду с Украиной и европейской частью России) является одним из неблагополучных регионов Восточной Европы. Техногенная нагрузка отдельных отраслей промышленности (различные виды загрязнений), усугубленная последствиями катастрофы на ЧАЭС, в будущем может привести к несбалансированному развитию хозяйственного комплекса страны и необратимым изменениям экологической ситуации в худшую сторону. В связи с этим особую актуальность приобретает мониторинг геологической среды, позволяющий оценить состояние и выполнить прогноз возможных изменений горных пород, почв, подземных вод и других природных компонентов, определяющих развитие биоты и человека. Важнейшим регионом для организации эколого-геологического мониторинга является центральная часть Белорусского Полесья. Здесь осуществляется интенсивная добыча калийных солей, освоено производство поваренной соли, разведано Любанское месторождение горючих сланцев, действует Микашевичское месторождение строительного камня, подготовлены разведкой Житковичское и Бриневское месторождения бурого угля. Кроме того, на данной территории открыты весьма перспективные месторождения каменной соли (Петриковское и Октябрьское), в районе Турова разведано месторождение горючих сланцев. В южной части региона расположены действующий карьер «Надежда» по добыче облицовочного камня, а также Тонежское месторождение бурых углей. Имеются весьма обоснованные предпосылки для того, что в ближайшем будущем эта часть Белорусского Полесья станет территорией интенсивной трансформации геологической среды под влиянием добычи и переработки полезных ископаемых. Поэтому уже сегодня необходимо комплексно оценить степень воздействия на геологическую среду эксплуатируемых месторождений, чтобы избежать многих негативных последствий, связанных с планируемой разработкой перспективных месторождений полезных ископаемых. 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ На рубеже столетий можно с уверенностью утверждать, что деятельность человека стала глобальным фактором, изменившим облик нашей планеты. Проникая в недра Земли и используя их для своих разнообразных нужд (добыча полезных ископаемых, строительство подземных объектов и сооружений, фундаментов зданий и т. д.), человек изменяет все компоненты природы. Особенно велико техногенное воздействие на геологическую среду, резко усилившееся во второй половине ХХ в. Антропогенный прессинг во многих случаях приводит к необратимым экологическим последствиям, а масштабы техногенеза стали сопоставимы с размерами и характером проявления глобальных процессов на Земле. Особую актуальность геоэкологические проблемы приобретают в Республике Беларусь. В этом регионе отмечаются негативные трансформации геологической среды, вызванные промышленным, коммунально-бытовым и сельскохозяйственным загрязнением подземных вод, широкомасштабной мелиорацией земель, радиоактивным загрязнением местности в связи с катастрофой на Чернобыльской АЭС, разработкой месторождений полезных ископаемых (калийные соли, нефть, торф, строительное минеральное сырье и др.), сооружением промкомплексов, гидромелиоративных объектов и др. Для решения проблем геоэкологии, рационального недропользования и планирования мероприятий по охране геологической среды, несомненно, важно проведение на территории Беларуси эколого-геологических исследований. Настоящая работа является первым в республике учебным пособием, освещающим методические вопросы изучения состояния и изменений геологической среды в условиях техногенеза. Пособие позволит студентам геолого-географических специальностей овладеть навыками экологической оценки главнейших компонентов литосферы, играющих важную роль в развитии биосферы и человеческого общества. Учебное пособие может быть также полезно для специалистов в области экологии и рационального природопользования. 118 ЛИТЕРАТУРА Аношко В. С. Инженерная география с основами прогнозирования. Мн.: БГУ, 2002. 207 с. Антипин Е. Б. Изменение геологической среды Белорусского Полесья под воздействием геологоразведочных работ на нефть // Вестн. Белорус. ун-та. Сер. 2. 2000. № 1. С. 74–79. Болдышев В. С. Охрана почв: Словарь-справочник. Мн.: Университетское, 1989. 159 с. Вахромеев Г. С. Экологическая геофизика. Иркутск: Улисс, 1995. 212 с. Вернадский В. И. Философские мысли натуралиста. М.: Наука, 1988. 519 с. Витченко А. И. Геоэкология. Мн.: БГУ, 2002. 101 с. Высоцкий Э. А., Демидович Л. А., Клементьев В. П. Проблемы рационального использования Старобинского месторождения калийных солей и охраны окружающей среды // Вестн. Белорус. ун-та. Сер. 2. 1993. № 1. С. 70–72. Высоцкий Э. А., Демидович Л. А., Деревянкин Ю. А. Геология и полезные ископаемые Республики Беларусь: Мн.: Университетское, 1996. 184 с. Гарецкий Р. Г., Каратаев Г. И. Основные проблемы экологической геологии // Литосфера. 1995. № 2. С. 33–41. Геология окружающей среды / Ю. Е. Сает и др. М.: Недра, 1990. 332 с. Геоэкология / В. А. Боков, А. В. Ена, В. Г. Ена и др. Симферополь: Таврия, 1996. 384 с. Герасимов И. П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии мира. М.: Наука, 1985. 238 с. Говард А. Д., Ремсон И. Геология и охрана окружающей среды: Пер. с англ. Л.: Недра, 1982. 583 с. Голодковская Г. А., Елисеев Ю. Б. Геологическая среда промышленных регионов. М.: Недра, 1989. 220 с. Гольдберг В. М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984. 261 с. Горшков Г. С. Экзогенные процессы освоенных территорий. М.: Недра, 1982. 286 с. Елизарова Л. В. Экологические проблемы города Минска и пути их решения. Мн.: Кендар, 1998. 52 с. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с. Кадацкий В. Б. Биосфера как система. Мн.: Беларуская навука, 1997. 151 с. Калинин М. Ю. Подземные воды и устойчивое развитие. Мн.: Белсэнс, 1998. 444 с. Киселев В. Н. Основы экологии. Мн.: Университетское, 2000. 383 с. Ковалев А. А., Губин В. Н., Денисова Н. Ю. Геоэкологическое картографирование. Мн.: Беларуская навука, 1998. 95 с. 119 Королев В. А. Мониторинг геологической среды. М.: Изд-во МГУ, 1995. 272 с. Косаревич И. В., Шеметов В. Ю., Гончаренко А. П. Экология бурения. Мн.: Наука и техника, 1994. 119 с. Котлов Ф. В. Изменения геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Наука, 1978. 263 с. Кудельский А. В., Ясовеев М. Г. Перспективы подземного захоронения промышленных отходов на территории Белорусской ССР. Мн.: Наука и техника, 1989. 49 с. Лукашев В. К. Геологические аспекты охраны окружающей среды. Мн.: Наука и техника, 1987. 327 с. Лукашев К. И. Тревоги и надежды: изменяющаяся биосфера. Мн.: Наука и техника, 1987. С. 111. Ляўкоў Э. А. Маўклівыя сведкі мінуўшчыны. Мн.: Навука і тэхніка, 1992. 215 с. Марцинкевич Г. И. Использование природных ресурсов и охрана природы. Мн.: Университетское, 1985. 215 с. Мелуа А. И. Космические природоохранные исследования. Л.: Наука, 1988. 175 с. Мирошников Л. Д. Человек в мире геологических стихий. Л.: Недра, 1989. 192 с. Мониторинг природной среды дистанционными и геодезическими методами / Под ред. А. А. Ковалева, В. Н. Губина. Мн.: ИГН АН Беларуси, 1996. 156 с. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975. 650 с. Питьева К. Е. Гидрогеологические аспекты охраны геологической среды. М.: Наука, 1984. 214 с. Плотников И. И., Карцев А. А., Рогинец И. И. Научно-методические основы экологической гидрогеологии. М.: Изд-во МГУ, 1992. 62 с. Природная среда Беларуси / Под ред. В. Ф. Логинова. Мн.:НОООО «БИП-С», 2002. 424 с. Реймерс Н. Ф. Экология. М.: Россия Молодая, 1994. 367 с. Сладкопевцев С. А. Основы экологии. М.: Изд-во МГУ, 1992. 132 с. Теория и методология экологической геологии / Под ред. В. Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1997. 368 с. Эволюция почв мелиорируемых территорий Белоруссии / Под ред. С. М. Зайко, В. С. Аношко. Мн.: Университетское, 1990. 287 с. Экологические функции литосферы / Под ред. В. Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 2000. 432 с. Ясовеев М. Г. Геоэкологические исследования в условиях техногенеза // Вестн. Белорус. ун-та. Сер. 2. 2001. № 3. С. 115–121. 120 СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................................................3 1. ЭКОЛОГИЯ В СИСТЕМЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАУК...................................................5 1.1. Основные понятия и определения .............................................................................5 1.2. Геологическая среда как объект исследований........................................................9 2. ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ СРЕДУ ..........................14 2.1. Экологические последствия техногенеза .................................................................14 1.2. Устойчивость геологической среды .........................................................................23 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ..30 3.1. Методы и критерии оценки состояния геологической среды.................................30 1.2. Структура эколого-геологических исследований ....................................................44 4. ЭКОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ В РАЙОНАХ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ..........................................................47 4.1. Проблемы освоения старобинского месторождения калийных солей .................47 1.2. Эколого-геологические последствия эксплуатации Микашевичского месторождения строительного камня.............................................................................................................67 1.3. Изменения геологической среды под воздействием геологоразведочных работ в Припятской нефтегазоносной области ...........................................................................76 5. ЭКОЛОГИЯ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕНЕЗА .........89 5.1. Загрязнение подземных вод ......................................................................................89 1.2. Мелиоративное воздействие ....................................................................................100 1.3. Радиоактивное загрязнение .....................................................................................104 6. МОНИТОРИНГ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ...............................................................108 6.1. Общие положения ....................................................................................................108 6.2. Особенности проведения мониторинга геологической среды ........................112 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................................118 ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................................119 121 Учебное издание Губин Валерий Николаевич Ковалев Александр Андреевич Сладкопевцев Сергей Андреевич Ясовеев Марат Гумерович ЭКОЛОГИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Учебное пособие Редактор Л. В. Рутковская Технический редактор Т. К. Раманович Корректор Г. М. Добыш Подписано в печать 29.11.2002. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Усл. печ. л. 6,97. Уч.-изд. л. 7,0. Тираж 250 экз. Зак. Белорусский государственный университет. Лицензия ЛВ № 315 от 14.07.98. 220050, Минск, проспект Франциска Скорины, 4. Отпечатано с оригинала-макета заказчика в типографии УП «Промбытсервис». Лицензия ЛП № 398 от 16.05.2000. 220114, Минск, Староборисовский тракт, 14.