Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Введение

Разработка полиметаллических (свинцово-цинковых) месторождений в Юго-Восточном Забайкалье началась в последней трети XVII столетия – в 1676 г. здесь был выплавлен первый свинец [3]. На Акатуевском и Благодатском рудниках отбывали каторгу декабристы. Наибольший разворот добыча полиметаллов получила в 1950-1990-е годы, когда в регионе одновременно работало 4 рудника, каждый из которых имел собственную обогатительную фабрику. В 90-х годах прошлого столетия рудники были закрыты. Месторождения разрабатывались преимущественно подземным способом, поэтому объемы вскрышных и рудовмещающих пород небольшие, основные отходы горнопромышленного производства представлены хвостами обогащения. Рекультивация отвалов и хвостохранилищ не проводилась. В 2005 г. введено в эксплуатацию Новоширокинское золотополиметаллическое месторождение. Трансграничное положение горнорудных объектов определяет повышенное внимание к их воздействию на природную среду, в особенности на химический состав поверхностного стока, поступающего в р. Аргунь, разделяющую Россию и Китай (рис. 1). В данном сообщении представлены результаты гидрогеохимического опробования, выполненного в последние годы.

Объекты исследований

Особенностью разрабатывавшихся Акатуевского, Благодатского, Кадаинского, Кличкинского и некоторых других свинцово-цинковых месторождений Юго-Восточного Забайкалья является локализация их в пределах карбонатных толщ нижнего палеозоя, выходы которых разобщены крупными массивами гранитов варисского и каледонского возрастов [4]. Месторождения приурочены, как правило, к контактам доломитов со сланцами или известняковым прослоям, заключённым в толще сланцев. Рудные тела в основном жильные и в виде трубообразных залежей.

На Акатуевском месторождении рудные минералы представлены галенитом, сфалеритом, пирротином, пиритом, арсенопиритом, халькопиритом и др. Жильные минералы наряду с кварцем и доломитом включают кальцит, мангананкерит, олигонит, анкерит и флюорит.

На Кадаинском месторождении главными рудными минералами являются сфалерит, галенит, пирит, церуссит, арсенопирит [2].

Рис. 1. Местоположение объектов гидрогеохимических исследований

На Кличкинском месторождении к рудным минералам относятся сфалерит, галенит, пирротин, пирит, арсенопирит, а к нерудным – волластонит, пироксен, гранат, кварц, кальцит, флюорит и др. [6].

Месторождения Благодатского рудного поля (Благодатское, Екатерино-Благодатское, Центральное и Воздвиженское), расположенные поблизости друг от друга, относятся к Нерзаводской группе и имеют много общего в геологическом строении и минеральном составе руд. Главными рудными минералами здесь являются пирит, сфалерит, арсенопирит, галенит, буланжерит, в подчинённом количестве отмечаются блёклая руда, станнин, касситерит. Жильные минералы представлены кварцем, доломитом, кальцитом [4].

Новоширокинское золотополиметаллическое месторождение локализовано в пределах мезозойской вулканотектонической впадины [9]. Для рудообразования этого месторождения характерна многостадийность с несколько отличающимся минеральным составом руд по стадиям. Сульфиды здесь в основном представлены пиритом, сфалеритом, галенитом, халькопиритом, блеклыми рудами, в составе нерудных минералов распространены кварц, халцедон, доломит.

Результаты гидрогеохимичеких исследований

Из-за засушливых климатических условий последних лет дренажный сток опробован только из штольни Акатуевского месторождения. По остальным объектам гидрогеохимические данные характеризуют влияние на качество вод хвостохранилищ.

Несмотря на сульфидный состав руд и особенно присутствие пирита, для всех опробованных вод характерны нейтральные или слабощелочные значения pH (табл. 1), что определяется высоким потенциалом нейтрализации вмещающих свинцово-цинковое оруденение карбонатных пород, а также присутствующих в рудах карбонатных минералов и поступающих в составе кеков в хвостохранилища. В свою очередь, такая среда ограничивает миграцию в водах тяжелых металлов вследствие насыщения по гидроксидам, имеющим низкую растворимость. Если на рудных месторождениях региона с кислым дренажным стоком, к примеру, золоторудных [5] или вольфрамовых [7], концентрации железа в водах достигают десятков и сотен, а цинка и меди – десятков мг/л, на рассматриваемых полиметаллических месторождениях концентрации этих элементов существенно ниже (табл. 2). Исключение составляет проба по Благодатскому хвостохранилищу, где концентрация цинка в воде превысила 75 мг/л.

Таблица 1

Макрокомпонентный состав вод

Таблица 2

Азот, фосфор и металлы в водах

Вода ручья в хвостохранилище Благодатского ГОКа (рис. 2), имеющем общую протяженность около 3 км и ширину до 0,6-0,7 км, по потоку заметно обогащается солевыми компонентами, минерализация ее растет в 1,4 раза, при этом содержание сульфата увеличивается в 4,7 раза, а состав из гидрокарбонатного становится сульфатно-гидрокарбонатным. Магниево-кальциевый состав при этом остается неизменным, хотя концентрация Mg по сравнению с Ca растет более интенсивно – соответственно в 1,8 и 1,3 раза. Ненамного, исключая Zn, увеличиваются и концентрации большинства рудных компонентов, что также определяется высокими значениями pH. Параллельный рост концентраций магния, цинка и сульфатного иона обусловлен, по всей вероятности, растворением соответствующих новообразованных сульфатных минералов (магниевых группы эпсомита и цинкового госларита), формирующихся на испарительном геохимическом барьере в сухую погоду и растворяющихся в период дождей.

Рис. 2. Хвостохранилище Благодатского ГОКа (слева) и минеральные новообразования (светлое) в стенке промоины в его ложе

Состав вод на Акатуевском месторождении сульфатно-гидрокарбонатный магниево-кальциевый, кроме пробы, отобранной в 2012 г. под дамбой в нижней части хвостохранилища, по которой доминировал сульфат. Концентрации макрокомпонентов штольневых вод и их минерализация за два периода опробования существенно не отличались, тогда как вода из выхода под дамбой, дренирующего хвостохранилище, имела значительные отличия как по величине pH, так и по концентрациям макрокомпонентов и минерализации (табл. 1). Произошел существенный рост содержаний ионов SO₄^2-, Ca²⁺, Mg²⁺ и Na⁺, почти в 2 раза выросла минерализация. Изменение состава штольневого дренажа в 2010 г. после прохождения по пескам хвостохранилища выразилось в некотором возрастании значений pH и Eh, а также концентраций ионов HCO3-, F-, Na+ и K+, при этом отмечалось снижение минерализации и содержания в воде SO42-, Cl+, Ca2+и Mg2+. Последнее обусловлено разбавлением штольневых вод, поступающим по рельефу поверхностным стоком, тогда как накопление ряда компонентов – результат выщелачивания их из хвостов обогащения. В 2012 г., когда стока по ложу хвостохранилища не было, после фильтрации через хвосты произошло увеличение минерализации при росте основных ионов и фтора, кроме HCO3-. Если рост концентраций компонентов – следствие растворения взаимодействующих с водой хвостов обогащения, то снижение концентраций HCO3- указывает на выпадение из раствора карбонатов. Такая различная направленность процесса растворение-осаждение отражает известный принцип равновесно-неравновесного состояния системы вода-порода [8].

Изменения микрокомпонентного состава опробованных водопроявлений на Акатуевском месторождении при сравнении данных за 2010 и 2012 годы выражаются в многократном увеличении концентраций марганца, железа и цинка и снижении концентраций никеля и кадмия (табл. 2). В пробах 2010 г. после хвостохранилища отмечался рост содержаний марганца и мышьяка и одновременно снизились концентрации цинка, меди, никеля, кобальта, алюминия, серебра и хрома. В 2012 г. концентрации Fe, Cu, Ni, Co, As, Cr увеличились, а Mn, Zn, Cd и Ag – упали.

Воды пруда-отстойника хвостохранилища Новоширокинского ГОКа при такой же околонейтральной реакции имеют относительно повышенную минерализацию и отличаются сульфатным натриево-кальциевым составом (табл. 1). Содержания микрокомпонентов в них десятки (Mn, Fe, Zn, Ni, Al), единицы (Cu, Pb, Co) и доли мкг/л (табл. 2). Особо следует обратить внимание на явно аномальный уровень всех форм азота. Возможны два источника обогащения ими промстоков: цианиды, применяемые в технологии извлечения золота, и взрывчатые вещества, используемые при добыче руды. За счет последних ранее установлены аномальные концентрации форм азота в водоотливе работающих карьеров Спокойнинского вольфрамового и Апрелковского золоторудных месторождений.

Пруд в Кадаинском хвостохранилище выделяется наиболее высокими значениями по ряду показателей (табл. 1, 2), что объясняется его бессточностью и, следовательно, более продолжительным временем взаимодействия воды с кеками, обогащенными сульфидами и продуктами их окисления.

Полученные данные указывают, таким образом, на заметные изменения физико-химических характеристик водного стока в зоне техногенеза рассматриваемых месторождений, зависящие от режима выпадения атмосферных осадков. В сухие периоды происходит концентрирование поровых растворов в горнопромышленных отходах, их насыщение относительно различных вторичных минералов (алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты и др.) и выпадение части растворенных веществ в минеральный осадок, что способствует некоторому очищению вод. Усиливается минералообразование на испарительном барьере (рис. 2). В периоды дождей фильтрующиеся осадки за счет поровых вод и растворения ранее высаженных минералов, особенно хорошо растворимых сульфатов, обогащаются рудными компонентами, которые выносятся в речную сеть, формируя паводковый тип загрязнения. Его отличительная особенность – рост концентраций загрязняющих веществ, в особенности тяжелых металлов, в начале паводков.

Расчет форм нахождения элементов в водах с использованием программного комплекса HG32 [1] показал, что растворённые неорганические формы миграции Zn, Pb, Cu, Al, Mn и Fe представлены простыми катионами, карбонатными, сульфатными и гидроксильными комплексами. Цинк, марганец и железо (II) в основной массе мигрируют в виде акваионов, медь – в форме нейтрального карбонатного комплекса, свинец, алюминий и железо (III) – в виде гидроксокомплексов. Для цинка, железа и марганца на Акатуе отмечено некоторое увеличение сульфатных форм после фильтрации через хвостохранилище в сравнении со штольневыми водами, обусловленное возрастанием концентраций сульфат-иона.

По данным опробования в 1984-1990 годы, отличавшимся более высоким атмосферным увлажнением, дренажные воды всех полиметаллических месторождений также имели нейтральную или слабощелочную реакцию и относительно невысокие концентрации рудных элементов (табл. 3).

Таблица 3

Основные характеристики вод зоны техногенеза полиметаллических месторождений по данным опробования 1984-1990 годов

Примечание: прочерк – нет данных.

Таким образом, в зонах влияния разработки полиметаллических месторождений Юго-Восточного Забайкалья воды характеризуются нейтральными и слабощелочными значениями pH, относительно небольшой минерализацией, немногим превышающей 1,0 г/л, и в целом невысокими концентрациями рудных элементов. Водная миграция последних ограничивается кислотно-основными свойствами среды, которые определяются высоким потенциалом нейтрализации кислотности, образующейся при окислении содержащихся в рудах сульфидов, в особенности пирита, карбонатами вмещающих пород и руд.

Исследования выполнены по проекту «Гидрогеохимия, криогеохимия и электрофизические свойства ледяных образований в зоне техногенеза рудных месторождений Забайкалья» и при поддержке партнерского интеграционного проекта СО РАН, ДВО РАН и УрО РАН № 23 «Трансграничные речные бассейны в азиатской части России: комплексный анализ состояния природно-антропогенной среды и перспективы межрегионального взаимодействия».