Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗОНЫ ТЕХНОГЕНЕЗА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЮГО-ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Замана Л.В. 1 Чечель Л.П. 1
1 ФГБУН «Институт природных ресурсов экологии и криологии СО РАН»
В статье представлены результаты гидрогеохимических исследований горнорудных объектов полиметаллических месторождений Юго-Восточного Забайкалья. Воды характеризуются нейтральными и слабощелочными значениями показателя рН, солёностью немногим более 1.0 г/л и обогащённостью рудными компонентами (Zn, Cu, Pb, Al, Fe, Mn и др.). Определены основные формы миграции компонентов техногенных вод, показана динамика их концентраций и зависимость от режима стока.
полиметаллические месторождения
дренажный сток
концентрация компонентов
хвостохранилище.
1. Букаты М.Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач // Известия ТПУ. – 2002. – Т. 305. – Вып. 8. – С. 348–365.
2. Геология и закономерности размещения эндогенных месторождений Забайкалья. Коллектив авторов. – М.: Недра, 1970. – 232 с.
3. Геологические исследования и горнопромышленный комплекс Забайкалья: История, современное состояние, проблемы, перспективы развития. К 300-летию основания Приказа рудокопных дел / Г.А. Юргенсон, В.С. Чечеткин, В.М. Асосков и др. – Новосибирск: Наука. Сибирская издательская форма РАН, 1999. – 574 с.
4. Добровольская М.Г., Гордеев В.И. Свинцово-цинковые месторождения // Месторождения Забайкалья / коллектив авторов / под ред. акад. Н.П. Лаверова. (в 2 книгах). – М.: Геоинформмарк, 1995. – Т. I, кн. I. – С. 70-92.
5. Замана Л.В., Усманов М.Т. Эколого-гидрогеохимическая характеристика водных объектов золотопромышленных разработок Балейско-Тасеевского рудного поля (Восточное Забайкалье) // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. – 2009. – Т. 34. – № 1. – С. 105-111.
6. Талдыкина К.С. Минералогия полиметаллических месторождений Кличкинской группы Восточного Забайкалья. – М.; Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 1962. – 122 с.
7. Чечель Л.П., Замана Л.В. Основные геохимические типы дренажных вод вольфрамовых месторождений Юго-Восточного Забайкалья // Вестник Томского госуниверситета. – 2009. – № 329. – С. 271-277.
8. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. – 2-е изд., исправл. и доп. – М.: Недра, 1998. – 366 с.
9. http://www.drillings.ru/novoshir: Новоширокинское месторождение золота.

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].

missing image file

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

№ пробы

Место и дата отбора пробы

Eh. мВ

pH

Si, мг/л

ПК,

мгО2

АК-10-1

Сток из штольни Акатуевского месторождения, 17.08.10

212

7.73

7.74

2.7

РМ-12-09-13

Дренажный сток из той же штольни, 17.09.12

334

7.40

5.32

0.32

АК-10-2

Ручей ниже Акатуевского хвостохранилища, 17.08.10

220

8.01

9.06

3.8

РМ-12-09-14

Выход под дамбой Акатуев-ского хвостохранилища, 17.09.12

257

7.35

12.56

1.4

РМ-12-09-2

Хвостохранилище Новоширокинского ГОКа, 14.09.12

412

7.30

2.84

8.8

РМ-12-09-06

Ручей выше Благодатского хвостохранилища, 14.09.12

145.3

7.70

5.04

3.4

РМ-12-09-07

Ручей ниже Благодатского хвостохранилища, 15.09.12

150.7

8.30

4.79

3.1

СБ-13-10

Хвостохранилище Кадаин-ского рудника, 20.07.13

262

7.80

1.1

2.42

№ пробы

Место и дата

отбора пробы

CO2

HCO3-

SO42-

Cl-

F-

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

Сумма ионов

мг/л

АК-10-1

Сток из штольни

Акатуевского месторождения, 17.08.10

11.0

244.0

154.0

7.1

0.44

87.3

32.5

2.8

0.50

528.6

РМ-12-09-13

Дренажный сток из той же штольни, 17.09.12

12.3

255.0

173.6

1.4

0.42

92.6

39.0

2.92

0.4

565.4

АК-10-2

Ручей ниже Акатуевского хвостохранилища, 17.08.10

6.6

247.1

110.0

6.3

0.66

78.9

26.9

3.0

1.38

474.2

РМ-12-09-14

Выход под дамбой Акатуевского хвостохранилища, 17.09.12

12.3

241.0

518.5

2.8

0.79

189.5

50.0

8.89

1.42

1013

РМ-12-09-2

Хвостохранилище Новоширокинского ГОКа, 14.09.12

5.3

91.5

442.0

7.1

0.35

104.9

17.2

96.2

15.1

774.3

РМ-12-09-06

Ручей выше Благодатского хвостохранилища, 14.09.12

5.3

256.0

29.3

1.6

0.30

56.2

18.1

6.3

0.56

368.3

РМ-12-09-07

Ручей ниже Благодатского хвостохранилища, 15.09.12

н.о.

273.0

138.2

1.8

0.27

73.6

33.1

7.0

0.52

527.6

СБ-13-10

Хвостохранилище Кадаинского рудника, 20.07.13

4.4

73.2

1150.0

3.7

0.72

300.2

112.5

16.2

5.73

1662

Таблица 2

Азот, фосфор и металлы в водах

№ пробы

NO3-

NO2-

NH4+

Pобщ.

Sr

мг/л

АК-10-1

<0.62

<0.01

0.50

0.083

0.02

РМ-12-09-13

<0.62

<0.01

0.07

0.07

0.12

АК-10-2

<0.62

<0.01

0.50

0.180

0.023

РМ-12-09-14

<0.62

0.01

0.06

0.063

0.53

РМ-12-09-2

41.0

7.50

4.75

0.085

0.38

РМ-12-09-06

0.98

<0.01

<0.017

0.08

0.063

РМ-12-09-07

<0.62

<0.01

0.079

0.06

0.078

СБ-13-10

<0.62

0.013

0.13

0.078

1.143

№ пробы

Mn

Fe

Zn

Cu

Pb

Ni

Cd

Co

Al

Ag

As

Сr

мкг/л

АК-10-1

3.6

66.8

20.7

8.28

0.16

21.7

8.58

0.54

11.8

0.76

<0.52

2.13

РМ-12-09-13

35.1

142.5

412.5

<0,18

<0,18

2.22

2.08

<0,30

48.4

0.72

5.88

<0.07

АК-10-2

4.3

65.0

18.8

3.02

0.14

10.2

8.82

0.21

8.43

0.64

56.5

0.42

РМ-12-09-14

17.1

1558

201.7

4.68

<0,18

4.6

1.77

0.35

45.5

0.59

48.8

0.27

РМ-12-09-2

13.7

94.2

16.1

9.87

4.38

33.0

0.45

7.86

40.4

0.10

<0.52

0.21

РМ-12-09-06

1.1

45.8

0.70

22.9

3.07

7.3

0.51

0.85

28.9

0.52

2.85

<0.07

РМ-12-09-07

24.4

24.6

75751

1.05

8.74

4.6

2.22

8.45

46.0

9.89

<0.52

<0.07

СБ-13-10

161.4

1067

1548

73.3

2.71

20.3

8.78

7.83

313.8

<0.1

<0.52

1.72

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.

missing image file missing image file

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 SO42-, 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

Показатель

Месторождения

Кличкинское

Акатуевское

Благодатское

Кадаинское

pH

7.8-8.6

7.8-8.1

8.0-8.6

7.2-7.7

HCO3, мг/л

130.0-542.0

160.0-276.0

260.0-316.0

232.0-316.0

SO42-

5.5-298.0

11.2-151.0

-

22.0-48.3

Cl-

9.5-37.1

0.3-25.7

-

6.3-39.8

F-

0.54-4.30

0.29-0.79

0.28-0.49

0.50-0.47

∑ ионов

203-871

241-575

241-632

363-534

Химический тип

HCO3 Mg-Ca

HCO3-SO4 Ca

HCO3 Ca-Mg

HCO3 Ca-Mg

Fe, мкг/л

48-2280

54-304

43

100-236

Mn

6.1-2220

2.6-191.0

46.1

23.3-71.3

Cu

1.8-116.0

14.0-35.8

2.7

3.8-7.7

Zn

8.5-1700

6.9-255.0

1380

152-278

Pb

5.8-4000

1.8-9.6

16.3

6.0-26.9

Mo

0.55-4.37

0.30-20.0

0.25-0.54

1.40-2.30

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».


Библиографическая ссылка

Замана Л.В., Чечель Л.П. ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗОНЫ ТЕХНОГЕНЕЗА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЮГО-ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-1. – С. 33-38;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34773 (дата обращения: 16.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074