НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОХІМІЇ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

Піддубна Тетяна Дмитрівна

УДК 504.00642:553.494+553.86 (477)

ЕКОЛОГІЧНІ І ГЕОЛОГО-ЕКОНОМІЧНІ ПАРАМЕТРИ

МАКСИМАЛЬНО БЕЗПЕЧНОГО ПРОМИСЛОВОГО ОСВОЄННЯ

РОЗСИПНИХ ТИТАНО-ЦИРКОНІЄВИХ РОДОВИЩ УКРАЇНИ

Спеціальність 04.00.19 - Економічна геологія

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата геологічних наук

Київ -2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інженерної екології і безпеки життєдіяльності Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва (КАПКБ) і в Кримському відділенні Українського державного геологорозвідувального інституту (КО УДГРІ)

Науковий керівник: кандидат геолого-мінералогічних наук,

Сапронова Зінаїда Дмитрівна

Кримська академія природоохоронного і курортного будівництва МОН України, завідувач кафедрою інженерної екології і безпеки життєдіяльності

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук, профессор

Галецький Леонід Станіславович,

Інститут геологічних наук НАН України,

зав. відділом

кандидат геолого-мінералогічних наук,

ст. наук. співр.,

Цимбал Степан Миколайович,

Інститут геохімії, мінералогії і рудоутворення

НАН України

Провідна організація: Відділення морської геології й осадочного рудоутворения

Національного науково-природознавчого музею НАН України, м.Київ

Захист відбудеться 06.10.2004 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.192.02 при Інституті геохімії навколишнього середовища НАН і МНС України за адресою: 03680, м. Київ-142, пр-т Палладина,34-а

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Інституту геохімії навколишнього середовища НАН і МНС України за адресою 03680,м.Киев-142, пр-т Палладина,34-а

Автореферат розісланий 01.09.2004р

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор геолого-мінералогічних наук Б.О. Занкевич

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дисертації. Україна володіє значним потенціалом титано-цирконієвих руд; вони віднесені до найважливіших стратегічних видів корисних копалин. Найбільшим промисловим комплексом є Вільногірський Державний гірничо-металургійний комбінат (ВДГМК), який розробляє неогенові поховані титано-цирконієві розсипи Малишевського родовища. Видобуток рудних пісків за останні 4 роки збільшився в 2,5 рази, що обумовлено високою конкурентною здатністю на світовому ринку цирконового і рутилового концентратів. В Україні розвідано ще сім родовищ такого типу сировини, які в стислі терміни можуть бути залучені до експлуатації.

Гострота екологічної ситуації в гірничо-промислових регіонах України визначила необхідність активізації робіт своєчасної оцінки екологічних наслідків видобутку родовищ такого генетичного типу і економічної оцінки природоохоронних заходів для створення найбільш оптимального в екологічному відношенні гірничого виробництва і здійснення природовідтворюючої діяльності, яка спрямована на збереження і покращення екологічної ситуації в Україні.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Робота повністю відповідає програмі наукових досліджень, які визначені Комітетом науки при Кабінеті Міністрів України,що відображене в "Концепції поліпшення екологічного стану гірничорудних регіонів України " від 31 серпня 1999г № 1606 і галузевій програмі геолого-екологічних робіт на 1990-2005 р.р. (Наказ Геолкому України №61 від 20.04.98р). Частиною дисертації явилися дослідження,які проведені в рамках міжгалузевої програми Держкомгеології України "Циркон".

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - встановлення екологічних і геолого-економічних параметрів геологічного середовища для створення нормативної і методичної основ оптимізації відпрацювання титано-цирконієвих родовищ і обгрунтування природоохоронних заходів, що забезпечують безпеку життєдіяльності у районах розробки.

Основні задачі досліджень:

1.Визначити можливості і шляхи екологічно безпечного і геолого-економічно доцільного освоєння титано-цирконієвих родовищ України;

2. Встановити джерела і об'єкти техногенної дії, визначити ступінь їх впливу на геологічне середовище при відкритій розробці титано-цирконієвих родовищ (на прикладі Малишевського родовища);

3.Дати екологічну і геолого-економічну характеристику основним компонентам геологічного середовища і оцінити їх зміни в процесі розробки;

4.Визначити основні чинники негативної зміни (забруднення) навколишнього природного середовища ( НПС) в процесі відпрацювання;

5.Оцінити екологічно припустимий і економічно доцільний режим рекультивації порушених земель для забезпечення мінімальної дії техногенного навантаження на НПС.

Об'єкт дослідження - геологічне середовище і природно-техногенні утворення району експлуатації Малишевського титано-цирконієвого родовища (під геологічним середовищем розуміється літосферна частка техносфери території досліджень).

Предмет дослідження - техногенні зміни геологічного середовища і оцінка екологічної безпеки відкритої розробки родовищ титано-цирконієвих руд, екологічного стану порушених територій.

Методи дослідження. Основними методами дослідження були: вивчення геологорозвідувальної і експлуатаційної документації, відбір проб руд і вскришних порід, які проводилися безпосередньо на Малишевському родовищі, у місцях складування відходів збагачення і на рекультивованих територіях. Аналітичні дослідження, що включають мінералогічний, атомно-емісійний, атомно-абсорбційний, гамма-спектроскопічний методи аналізу, проведені в Кримському відділенні Українського державного геологорозвідувального інституту (КВ УДГРІ) згідно загальноприйнятих методик. Нижня межа виявлення шкідливих компонентів визначалася ГДК, фоновими і кларковими значеннями. Для оцінки дії розробки родовища на геологічне середовище були використані методи інженерного моделювання і моніторингу, що дозволили дати якісно-кількісну характеристику екологічного стану різних функціональних зон і порушеннь ландшафту.

Наукова новизна отриманих результатів:

- встановлено геохімічний ряд хімічних елементів, що поступають в Н ПС при розробці титано-цирконієвих руд і визначено ступінь їх відносної небезпеки;

- визначено, що розробка титано-цирконієвих руд сарматського ярусу і полтавської серії, вскришних порід не вносять істотного забруднення (новихтоксичних речовин) і негативних змін в природне середовище як в місцях їх видобутку, так і складування;

- показано, що хвостосховища з відходами після збагачення титано-цирконієвих пісків як джерела техногенної дії не становлять серйозної екологічної загрози і не є зонами екологічного ризику;

- розроблені основні геолого-економічні показники для розрахунку збитку НПС і оптимального режиму рекультивації порушених земель при розробці розсипних титано-цирконієвих родовищ України.

Практичне значення одержаних результатів полягає:

- у розробці методики кількісної оцінки дії відкритого відробітку родовищ на геологічне середовище, що дозволяє визначати і управляти дією гірничо-промислового комплексу на геологічне середовище;

- у розрахунку економічної ефективності рекультивації порушених земель, що дозволяє регулювати режим природоохоронних заходів з метою збереження властивостей відтворювання НПС;

Обгрунтовано екологічно безпечне освоєння титано-цирконієвих родовищ України при розробці і впровадженні схеми природоохоронних заходів, що дає можливість розглядати ці родовища як першочергові об'єкти видобутку титано-цирконієвих руд і з мінімальним впливом на довкілля.

Достовірність наукових положень забезпечена фактичним матеріалом, зібраним автором в процесі досліджень, комплексом аналітичних методів досліджень, і опрацьованими опублікованими даними і фондовими матеріалами Вільногірського ДГМК і ДГП " Геоінформ".

Особистий внесок автора. Дисертаційна робота - результат багаторічних (1987-2003г.г.) досліджень автора з геології і екологічних аспектів розробки титано-цирконієвих родовищ України. Особисті дослідження полягали у опробуванні і аналітичному дослідженні, обробці результатів нормованих забруднюючих компонентів у грунтах. Проаналізовано понад 600 проб титано-цирконієвих пісків, покривних порід, відкладів хвостосховищ; особлива увага надана відкладам сформованих техногенних форм рельєфу. Встановлені джерела техногенної дії, виконане картографування техногенних утворень, побудовані графічні додатки, складені таблиці оригінальних даних. Вивчені методи рекультивації порушених земель на Малишевському родовищі за 1982-1999 г, виявлені негативні і позитивні чинники щодо відновлення порушених земель, запропоновані методиоцінки техногенного впливу гірничо-промислового комплексу на геологічне середовище, розроблені показники для розрахунку економічного збитку НПС і економічної ефективності природоохоронних заходів, які поновлюють екологічний стан довкілля до відносно безпечного.

Апробація і публікація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи докладалися і обговорювалися на наукових конференціях Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва (КАПКБ) (Сімферополь,1997,1998,1999), Всесоюзній нараді "Рудоносные формации зоны гипергенеза" (Ленінград,1990); на нараді-семінарі Міжвідомчого тектонічного комітету "Геологические формации для палеотектонических и палеогеодинамических реконструкций" (Москва, 1990); на конференції " Минерагения и прогнозная оценка на твердые полезные ископаемые "(Київ,1991), на Х Міжнародній нараді "Россыпи и месторождения коры выветривания - объекты инвестиций на современном этапе" (Москва,1994); на 3 Регіональній науковій конференції "Геологія і мінералогія рудних районів" секція "Екологія" (Кривий Ріг, 1999), а також у відділі геоекологічних досліджень і на Вченій Раді КВ УДГРІ, науково-технічній раді НПК КАПКБ, де затверджена тема дисертаційної роботи. Основні положення дисертації опубліковані у 14 роботах: (1 у монографії, 6 статей у наукових збірках, 7 тез доповідей конференцій), зокрема - чотири статті в спеціалізованих виданнях з переліку ВАК.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з введення, 6 глав і висновків, загальний обсяг 144 сторінки, зокрема 16 ілюстрацій, 24 таблиці, список літератури з 102 найменувань, текстова частина викладена на 119 сторінках.

Дисертаційна робота виконана на кафедрі інженерної екології і безпеки життєдіяльності КАПКБ, а також на основі досліджень автора в КВ УДГРІ Міністерства екології і природних ресурсів.

Допомогу і підтримку в роботі надавали : директор КВ УДГРІ, д.г.-м.н. Ю.М.Брагін, пров.н.с, к.г.-м.н. Т.І. Добровольська, г.н з., д..г-м.н. Ю.О.Полканов, д. г.-м.н. А.В.Лущик, яким автор виражає глибоку вдячність. Автор вдячний співробітникам кафедри інженерної екології і безпеки життєдіяльності КАПКБ і особисто професору В.С.Тарасенко. Особливу подяку автор виражає своєму науковому керівнику к.г.- м. н., зав.кафедрою З.Д.Сапроновій.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1

Огляд проблеми освоєння і збереження надр

як чинник екологічної безпеки

Питання екологічної безпеки освоєння родовищ корисних копалини, сформовані як конкретний екологічний світогляд, набули свого розвитку в роботах українських і російських вчених (А.Ю.Дриженко,1985, М.Е.Певзнер, В.Н.Кастовецкий,1990, Э.К.Буренков,Н.Ф.Челищев,1990, та ін.). Дослідження показують, що дотримання екологічних вимог при освоєнні надр, досяжне лише при чіткому розумінні єдності і взаємодії природних і техногенних систем з подальшою ліквідацією негативних наслідків і відновленням природного потенціалу НПС (К.Н.Трубецкой,1997). Більшість вчених пов'язує екологічну безпеку освоєння родовищ корисних копалин, що розробляються відкритим способом, з рекультивацією порушених земель і створенням екологічно збалансованих антропогенних ландшафтів. В той же час, практично не розроблені нормативні вимоги до екологічних властивостей гірничорудної сировини, покривних порід, продуктів переробки руди, хвостів, шламів та ін. У довідковій літературі відсутні дані про форми знаходження шкідливих хімічних елементів в твердих середовищах, не вивчений вплив ступеню дисперсності мінеральних фаз рудної сировини на довкілля. Питання техногенної безпеки освоєння родовищ титано-цирконієвої сировини в Україні набувають особливу актуальність у зв'язку із значним збільшенням видобутку цієї сировини в світі. Людство на порозі ХХ1 століття зіткнулося з якісно новими проблемами - умовами і вимогами світового ринку до екологічної якості сировини. З появою суб'єктів власності на землю, надра і природні ресурси необхідні нові методологічні підходи в оцінці екологічних наслідків розробки родовищ, економічної ефективності рекультивації порушених земель, які б дозволили визначити ступінь екологічного збитку НПС і понизити техногенний вплив із оптимізацією техногенних ландшафтів, щоб вони максимально відповідали потребам суспільства і безпеці життєдіяльності.

Розділ 2

Методика досліджень

Як методична основа досліджень були використані “Методические рекомендации по геохимическим исследованиям для оценки воздействия на окружающую среду горнодобывающих предприятий”, “ Методы изучения закономерностей изменений геологической среды при раззведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых” та ін., які розроблені ІМГРЕ, Глав КГУ Міністерства геології СРСР і України, Міністерствами охорони здоров'я СРСР і України.

Експериментальні дослідження проводилися безпосередньо на площі розробки Малишевського родовища, інфраструктурі по переробці руди, в місцях складування відходів, на рекультивованих територіях. Відібрано і проаналізовано 157 проб грунту, зокрема 71 - на рекультвованих ділянках і 32 в буртах, що підлягають зберіганню; 280 проб покривних порід в геологічному заляганні і відвалах, 100 проб титано-цирконієвих пісків Малишевського і Тарасівського родовищ, Мокроялинської групи розсипів, 107 - відкладень хвостосховищ.

Аналітичні дослідження проведені в КВ УДГРІ згідно прийнятих методик. Використані мінералогічний, атомно-емісійний, атомно-абсорбційний методи аналізу гірських порід з метою виявлення спектру хімічних елементів і речовин в незайманих породах і грунтах, а також після їх переміщення при здобичі і рекультивації. Нижня межа виявлення визначалася гранично допустимими концентраціями (ГДК), фоновими і кларковими значеннями. Інтерпретація результатів аналітичних досліджень включала статистичну обробку і зіставлення середніх показників з ГДК хімічних елементів, згідно Держстандарту 17.4.1.02-83 "Класифікація хімічних єлементів..." Ступінь екологічної небезпеки титано-цирконієвих руд визначався по методиці, запропонованій В.Г.Казаком і А.І.Ангеловим (1995), скоректованої автором для даного типу руди і характеризувався "коефіцієнтом екологічної небезпеки". Проведені гамма-спектроскопічні вимірювання величини змісту довгоживучих природних радіонуклідів (Ra226, Th232, K40) в руді, колективному концентраті і відвальних продуктах Малишевського родовища.

В основу графічних побудов лягли методичні положення эколого-геологічного картографування, відображені в роботах Є.Ф.Шнюкова (1993), П.Г.Щищенко (1988); Є.П.Потьомкіна (1989) та ін. Для оцінки дії розробки родовища на геологічне середовище був використаний метод інженерної логіки, який дозволяює дати якісно-кількісну характеристику екологічного стану різних функціональних зон і порушень природного ландшафту, методика якого розкрита автором в роботі " Оценка эффективности рекультивации земель, нарушенных при разработке титано-циркониевых россыпей" (2000).

Розділ 3

Титано-цирконієві родовища України: геологічні особливості і шляхи екологічно мінімально небезпечного їх освоєння

В Україні відомо 8 комплексних титано-цирконієвих родовищ з підрахованими запасами, 280 перспективних рудовиявлень і більше 1000 точок мінералізації, генетично пов'язаних з відкладами двох рудних горизонтів- полтавської серії і сарматського ярусу. Основними областями розвитку титано-цирконієвих розсипів є: північно-східний схил Українського щита, Дніпровсько-Донецька і Конксько-Ялинська западини.

Титано-цирконієві родовища являються відкладами кварцових пісків, які збагачені рудними мінералами (понад 5%): змінений ільменіт, циркон, рутил, дістен, силіманіт, ставроліт. Рудні піски по гранулометричному складу дрібнозернисті, добре відсортовані і відмиті від глинистої речовини, що свідчить про утворення їх за рахунок багаторазового переносу продуктів руйнування кристалічних порід Українського щита. Характерною особливістю розсипів є витриманий видовий склад рудних мінералів, стійких до умов вивітрювання і транспортування, і близькість фаціально-гідродинамічних умов їх формування.

Найбільше в Україні і країнах СНД Малишевське родовище на сьогоднішній день є єдиним, залученим в експлуатацію.

Родовище розташоване у верхів'ях р. Самоткань, поблизу м. Вільногорська Дніпропетровської області. Основний рудний горизонт пов'язаний з відкладами сарматського ярусу неогену. Площа родовища 47км2. У структурному плані це три рудні пласти північно-західного простягання потужністю до 10 м. В даний час відпрацьовано 40% запасів з найсприятливішими гірничо-геологічними умовами. Зараз відробіток пластів ведеться на глибині 60 м.

В результаті аналізу геологічної і гірничотехнічної характеристики Малишевського і інших титано-цирконієвих родовищ України встановлено, що розсипи формувалися в єдиних літолого-фаціальних умовах, рудні поклади простежуються у вигляді смуги субширотного простягання, складаючі їх рудні піски (потужність від 4 до 12 м) добре промиті і відсортовані, складені ідентичним набором рудних мінералів. Перекриваючі рудний пласт відклади для всіх родовищ представлені комплексом неогенових і четвертинних порід: лесовидними і червоно-бурими суглинками, червоно-бурими і сіро-зеленими "строкатими" глинами. Потужність покривних порід від 7 до 80 м. Все це дає підставу використовувати при їх експлуатації розроблені на Малишевському родовищі методи природоохоронних і природовідновлюваних заходів, необхідних для забезпечення максимальної екологічної безпеки НПС. Це дозволяє розглядати титано-цирконієві родовища України як реальні об'єкти інвестицій , розробка яких при своєчасному проведенні рекультиваційних робіт забезпечить мінімальну екологічну небезпеку.

Розділ 4

Об'єкти і джерела техногенної дії розробки

Малишевського родовища

Природне середовище району Малишевського родовища і його стійкість до техногенної дії. Стійкість довкілля району Малишевського родовища розглянута в контексті техногенної дії і визначалася кліматичними особливостями, физико-географічним і структурним положенням, геологічною будовою, характером земельних і водних ресурсів. Малишевське родовище, як і більшість родовищ даного генетичного типу в Україні, розташоване на півнично-східному схилі УЩ в межах Середньодніпровської височини. Кристалічні породи фундаменту залягають на глибині 12-60 м. Осадочний чохол складений пісками, глинами, суглинками палеогенової, неогеновоїі четвертинної систем. Територія родовища є геологічним комплексом з ландшафтними особливостями: слаборозчленований рельєф з пониженням в північно-східному напрямку, малогумусні чорноземи (потужність 0,3-1,5м), степова рослинність з крутими схилами балок, покритими лісом.

Гідрогеологічні умови району Малишевського родовища відповідають критеріям захищеності від забруднення, що забезпечує запобігання проникнення забруднюючих воду речовин у водоносні горизонти (потужні пласти суглинків з низьким коефіцієнтом фільтрації).

Для площі родовища характерні бічна балочна і схилова ерозії, площинний змив рихлих осадкових відкладів і чорнозему, високий ступінь сільськогосподарської освоєнності регіону на вододільних поверхнях. Аналіз стійкості природного середовища дозволяє характеризувати територію досліджуваного району як середовище з високим ступенем стійкості до техногенної дії, викликаної гірничо-промисловим комплексом.

До джерел і об'єктів техногенної дії, формуючих екологічні обставини в районі відробітку титано-цирконієвих родовищ даного генетичного типу відносяться: кар'єри з внутрішніми відвалами покривних порід; зовнішні відвали покривних порід; промплощадки ГМК; хвостосховища з відвалами відходів збагачення; полігони рекультивації порушених земель; цивільні споруди. Проведена класифікація джерел по: цілеспрямованості виникнення і генезису - гірничотехнічні, технологічні, природовідновлюючі; часу існування - постійні, тривало і тимчасово існуючі; господарської цінності - по властивостях і якості порід, їх формуючих (найціннішими є хвостосховища як техногенні родовища титано-цирконієвої і кварцової сировини), і визначений ступінь їх дії: - інтенсивна - для кар'єрів і рекультиваційних полігонів, середньої інтенсивності - для хвостосховищ, мінімальна - для тимчасових відвалів грунтово-рослинного шару.

Розділ 5

Екологічна характеристика основних компонентів геологічного середовища і їх зміни у процесі розробки титано-цирконієвих родовищ

У роботі вперше дається детальна характеристика всіх порід, задіяних при відробітку Малишевського родовища, з точки зору їх екологічної якості.

Корисні копалини Малишевського родовища представлені кварцовими пісками, що збагачені основними рудними мінералами витриманого видового складу: ільменіт, лейкоксен, циркон, рутил, ставроліт, дістен, силіманіт, які відносяться до оксидів і силікатів. Концентрації їх різні і складають п х10 кг/м3.

Проаналізовані руди трьох родовищ: Малишевського, яке розробляється, і як найперспективніших - Тарасівського і Мокроялинської групи розсипів.

"Коефіцієнт екологічної небезпеки" (Ке ) розрахований по формулі :

, (1)

де: Кк- коефіцієнт концентрації контрольованого елементу щодо кларку цього елементу в земній корі, розрахований по формулі :

, (2)

де: gi - вміст елементу в пробі, мг/кг;

gi ( кл) - кларковий вміст елементу в осадових породах, мг/кг

Кт - коефіцієнт токсичності елементу, прийнятий умовно для елементів першого класу небезпеки -30, другого - 20, третього -10 (Козак, Ангелов,1995).

Сума чисел множення (Кк і Кт) 22 контрольованих елементів віднесена до числа множення (КкZr і КтZr) для цирконію, оскільки концентрація цього елементу і являє основне промислове значення таких родовищ. Встановлено, що коефіцієнт концентрації більшості контрольованих елементів менше 1.Винятком є - торій, свинець, цинк, бор, уран, де цей показник >1, для стибію-3-5.Перелічені хімічні елементи є елементами-домішками в мінералах, зміст яких не перевищує тисячних часток відсотка маси важких мінералів (малакон, бадделєїт, монацит). В результаті досліджень встановлено, що ступінь екологічної небезпеки титано-цирконієвих руд Малишевського і Тарасівського родовищ , Мокроялинської групи розсипів характеризується низьким показником (1,42;1,25 і 2,2 відповідно), визначається асоціацією з 12 хімічних елементів і їх концентраціями у вигляді класів небезпеки: 1 клас небезпеки: Be, Th, U, Hg; 2 - Zn, B, Pb, Mo, Co; 3 - Sb, Mn, P (Табл.1). Формування цієї послідовності контролюється формою знаходження хімічних елементів у складі породоутворюючих мінералів, стійких до руйнування, і низькою хімічною активністю.

Ъ

Таблиця 1

Розподіл хімічних елементів в інтегральному показнику Ке ( % отн)

Клас

небезпеки | Хімічний

елемент | Родовище | Малишевське | Тарасівське | Мокроялинська

група розсипів | 1 | Be | 4,3 | 6,3 | 1,9

Th | 12,5 | 8,6 | 9,3

U | 9,9 | 9,8 | 15,3

Hg | 1,3 | 2,5 | 7,8

2 | Zn | 8,8 | 7,8 | 2,8

B | 8,5 | 7,0 | 2,0

Pb | 8,8 | 7,0 | 2,0

Mo | 5,3 | 3,4 | 5,4

Co | 1,4 | 3,5 | 4,4

3 | Sb | 17,6 | 17,4 | 10,9

Mn | 2,1 | 3,1 | 4,2

P | 2,4 | 1,8 | 5,7 | СУМА | 82,9 | 78,2 | 81,0 |

Визначена ефективна питома активність природних радіонуклідів в титано-цирконієвих пісках Малишевського родовища (Аефф =294,1 Бк/кг). Руда, як об'єкт геологічного середовища, не є техногенно-посиленим джерелом іонізуючого випромінювання природного походження і не утворює додаткове опромінювання до природного радіаційного фону.

До покривних порід на Малишевському родовищі віднесені: грунтово-рослинний шар, лесовидні суглинки (Q ІІ-ІІІ), червонобурі суглинки (QІ), червонобурі глини (N 1 s 2+3) і сіро-зелені "строкаті" глини (N1s1). Детальне вивчення розподілу хімічних елементів 1-3 класів небезпеки (ГОСТ 17.4.1.02.-83) у покривних породах в геологічному заляганні і відвалах, що формують основні форми техногенного рельєфу, дозволило виконати кількісну оцінку забруднення, виражену коефіцієнтом забруднення, розрахованим як сума коефіцієнтів концентрації контрольованих хімічних елементів. Враховувалися всі шкідливі елементи 1-3 класів небезпеки, оскільки ГДК встановлені лише для ряду хімічних елементів. Коефіцієнт забруднення всіх порід відвального комплексу змінюється в діапазоні 14,8-18,2, середній 17,2, що дозволяє віднести їх до відносно екологічно безпечних. Техногенних аномалій, які перевищують ГДК, у відвалах покривних порід не знайдено, що підтверджується відсутністю концентрацій забруднюючих речовин і парагенезів хімічних елементів, характерних для технологічного процесу джерела забруднення. Порівняння змісту хімічних елементів в грунтах непорушених і рекультивованих ділянок показує незначну розбіжність значень по Zn, Ni, Cr, Li, V (не перевищує 20%).

Розділ 6

Оцінка дії розробки Малишевського родовища на геологічне середовище

У гірничій промисловості техногенна дія на геологічне середовище виражається у вилученні земель, порушенні ландшафту, забрудненні шкідливими хімічними елементами і характеризується коефіцієнтом дії (kВ) як сумою коефіцієнтів вилучення ( kИ), порушення( kН) і забруднення (kЗ):

kВ = kИ + kН + kЗ, (3)

Коефіцієнт вилучення є показником, що характеризує відносну величину площі вилучення земель для відробітку до загальної площі родовища. Для визначення коефіцієнту порушення введені показники: ранг зміни і індекс глибини перетворення території. Ранг зміни ландшафту (R) визначається видом діяльності, що перетворив природний ландшафт, тобто в основу класифікації техногенних утворень покладені чинники, що зумовили його формування: гірнича і переробляюча промисловості, сільське господарство, промислово-міська агломерація. У районі експлуатації Малишевського родовища виділено п'ять рангів:

I- рекультивація площі порушених земель, ярів, балок, відновлення їх для сільськогосподарського використовування, з нанесеним грунтово-рослинним шаром;

II- площі селітебной і промислової зон Вільногірського ДГМК;

III- площі хвостосховищ з відходами збагачувальної фабрики, де складуються шлами і хвости збагачення титано-цирконієвих руд;

IV- внутрішні відвали покривних порід, які є основою рекультивованих полігонів з незавершеним гірничо-технічним циклом робіт;

V- кар'єри, де йде здобич титано-цирконієвих пісків.

Глибина перетворення ландшафту визначається залежно від чітко встановленого поєднання інтенсивності перетворення ( I ) і ступеню небезпеки перетворення ( J ) з рангом зміненого ландшафту ( R), який характеризується індексом (Q). Для його розрахунку виведена формула:

(4)

Коефіцієнт порушення розрахований по формулі:

(5)

де: S-площа функціональної зони в межах контуру ландшафтного регіону,%;

Q - глибина перетворення ландшафту.

Дані для розрахунку коефіцієнту порушення приведені в таблиці 2.

Таблиця 2

Глибина перетворення ландшафту функціональних зон

території Малишевського родовища

Ранг (R) | Функціональні зони территорії | Площа, % | Глибина перетворення

Фактична | Мінімал. | Максим. | I | J | Q

I | Рекультивовані землі. Яри і балки, засипані грунто-сумішами покривних порід | 14,9

4,2 | 49,3

- | -

- | 1

1 | 1

2 | 1

2

II | Промислова зона

Селітебна зона |

7,9

23,9 |

7,9

23,9 |

7,9

23,9 |

2

2 |

3

2 |

3

2

III | Хвостосховища | 24,2 | 3,1 | 24,2 | 3 | 4 | 4

IV | Рекультиваційні полігони | 16,7 | 7,6 | 35,8 | 4 | 4 | 4

V | Кар,єри | 8,2 | 8,2 | 8,2 | 5 | 5 | 5

Всього | 100 | 100 | 100

Що стосується забруднення шкідливими компонентами геологічного середовища, то встановлено, що при здобичі і збагаченні титано-цирконієвих руд воно зведене до мінімуму, при цьому коефіцієнт забруднення прийнятий за 1.

Коефіцієнт дії розрахований для трьох варіантів:

- фактичний, при існуючій природоохоронній і відновлюючій діяльності на ДГМК;

- мінімальний, за умови проведення повного комплексу природоохоронних і природовідновлювальних заходів;

- максимальний, за відсутності необхідних охоронних та відновлюваних заходів.

Встановлено, що при даному виді господарської діяльності цей коефіцієнт може мінятися від 3,32 (мінімальний) до 5,12 (максимальний). Фактичний коефіцієнт техногенної дії достатньо високий і складає 4,35; це обумовлено значним вилученням земельних ресурсів (фактичний рівень вилучення в 5,6 раз більше мінімального) і низькими темпами рекультиваційних заходів, що проводяться, в районі порушених територій.

Основними показниками для розрахунку екологічного збитку НПС є: економічне обгрунтування необхідності використовування корисних копалин і перспективи його відновлення або заміни; втрати корисних копалин; господарське використовування земель до порушення (економічні розрахунки втрат продукції з порушених земель); забруднення атмосферного повітря, водних ресурсів, надр. Показники для розрахунку економічної ефективності природоохоронних заходів:

- комплексне використання корисних копалин;

- використання покривних порід і відходів технологічного переділу руди як мінеральної сировини;

- рекультивація відпрацьованого простору з урахуванням термінів відновлення і прибутку;

- рекультивація хвостосховищ з урахуванням відновлення і прибутку;

- економічні показники використання нових технологій.

Основним чинником, що дозволяє забезпечити екологічність освоєння родовищ такого генетичного типу, є вибір збалансованого режиму рекультивації порушених земель. Коефіцієнт рекультивації розрахований відношенням площі відновлених земель до площі вилучень і дорівнює 0,28, що складає 36% від можливого. Розрахунки показали, що щорічне відновлення 100га порушених земель дозволить через 10 років понизити екологічний збиток НПС до оптимального.

Екологічні наслідки залежать від темпів природовідновлюючих робіт, а рекультивацію кар'єрів за технологією з селективним вибором покривних порід можна вважати найсприятливішою для екосистеми в районі родовища.

Висновки

1.Титано-циркониєві родовища України, які повязані з відкладами полтавської свити і сарматського ярусу (верхній палеоген - нижній-середній неоген), характеризуються ідентичністю геологічного розрізу, близькістю мінерального складу, гірничо-геологічних умов залягання і розробки, розташовані в аналогічних типах ландшафтів, що дозволяє екстраполювати екологічну діяльність та приклади техногенного перетворення геологічного середовища при відкритій розробці Малишевського родовища на інші титано-цирконієві родовища України.

2.Ступінь відносної екологічної безпеки титано-цирконієвих руд родовищ України характеризується показником, який визначається рядом токсичних компонентів і їх незначними концентраціями у вигляді класів небезпеки: 1 клас небезпеки - Be, Th, U, Hg; 2 - Zn, B, Pb, Mo, Co; 3 - Sb, Mn, P. Формування цієї послідовності контролюється вмістом та формою знаходження цих хімічних елементів у складі породоутворюючих мінералів, стійких до руйнування і низькою хімічною активністю (розсипи) у зоні гипергенезу.

3. Покривні породи, що розробляються при видобутку титано-цирконієвих руд, не формують техногенних аномалій, що підтверджується відсутністю концентрацій забруднюючих речовин і парагенезису хімічних елементів, характерних для технологічного процесу джерел забруднення; вони можуть бути використані при формуванні екологічно збалансованого антропогенного ландшафту без обмежеь.

4.Екологічна безпека довкілля титано-цирконієвих родовищ України полягає у виборі економічно доцільного режиму відновлення порушен земель, що обумовлене територіально-функціональною структурою техногенних об'єктів і їх взаємодією. Техногенна дія визначається кількісними показниками - вилучення, забруднення, порушення, які при розробці родовища визначають допустимий рівень їх дії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Циркон в осадочных формациях Украины/ Ю.Н.Брагин, Ю.А.Полканов, Т.И.Добровольская , Т.Д.Поддубная //Минералогия и геохимия россыпей.- М: Наука.-1992.-С.66-74.

2.Поддубная Т.Д. Оценка эффективности рекультивации земель, нарушенных при разработке титано-циркониевых россыпей //Сб. науч. трудов НГА Украины №10. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2000.- С.139-142.

3. Поддубная Т.Д., Сапронова З.Д. Экологические параметры геологической среды Малышевского месторождения титано-циркониевых песков как основа безопасного освоения // Сб. науч. трудов НГА Украины №13. - Днепропетровск: РИК НГА Украины ,2002.- С.227-230.

4.Поддубная Т.Д. Экологическая безопасность нарушенных территорий при разработке титано-циркониевых россыпей Украины // Геолого-мінералогічний вісник Криворіжського технічного університету.-1999.- №2.- С.64-66 .

5.Поддубная Т.Д. Титано-циркониевые россыпи Украины: Геологические аспекты и проблемы нарушенных земель. // Строительство и техногенная безопасность:Сб. науч. трудов КИПКС .- Симферополь: Таврия,1998.-С.71-82.

6.Сапронова З.Д., Поддубная Т.Д. Техногенные ландшафты района разработки Малышевского месторождения и их влияние на окружающую природную среду //Строительство и техногенная безопасность : Сб. науч.трудов КИПКС.- Симферополь: КИПКС.-1999.- С.175-180.

7.Поддубная Т.Д. Экологичность руд как условие техногенной безопасности освоения недр //Строительство и техногенная безопасность: Сб.науч.трудов КАПКС.- Симферополь: КАПКС,2001, - вып.5 .- С.110-111.

8.Брагин Ю.Н., Добровольская Т.И., Поддубная Т.Д., Воротилов Н.А. Условия локализации титано-циркониевых россыпей Украины // Труды 10 Междунар. совещания " Россыпи и месторождения кор выветривания - объект инвестиций на современном этапе"-.Москва.-1994.-С.52.

9.Брагин Ю.Н., Добровольская Т.И., Поддубная Т.Д., Воротилов Н.А. Прогнозно- минерагеническая оценка оосадочного чехла территории Украины на россыпной циркон //Труды конф. "Минерагения и прогнозная оценка на твердые полезные ископаемые".-Киев.-1991.-С 62-63.

10.Брагин Ю.Н., Поддубная Т.Д., Добровольская Т.И., Воротилов Н.А. Геолого-генетическая модель как основа комплксного изучения рооссыпей //Труды Всесоюз. совещ. "Россыпи складчатых (орогенных) областей ".- Бишкек.- 1991.-С.44.

11.Поддубная Т.Д. О некоторых тектонических особенностях осадконакопления в неогеновое время на территории Украины// Труды совещания "Геологические формации для палеотектонических и палеодинамических реконструкций".- Москва.- 1990 .- С.26-27.

12.Добровольская Т.И., Поддубная Т.Д. Циркон в корах выветривания Украинского щита // Труды Всесоюз. совещ. " Рудоносные формации зоны гипергенеза". - Ленинград.-1990.-С.65-66.

13.Добровольская Т.И., Поддубная Т.Д. Некоторые генетические представления о формировании титано-циркониевых россыпей //Труды науч.- техн. семинара "Мелкие ценные минералы и их народохозяйственное значение". - Минск.-1990.-С.24.

14.Добровольская Т.И., Поддубная Т.Д., Воротилов Н.А. Литолого-фациальные критерии локализации титано-циркониевых россыпей Приднепровья //Труды совещ.."Мелкие ценные минералы в магматических, метаморфических и осадочных породах". - Пермь,- 1991 .- С.22-23.

Анотація

Піддубна Т.Д. Екологічні і геолого-економічні параметри максимально безпечного промислового освоєння розсипних титано-цирконієвих родовищ України.- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю "Економічна геологія"- 04. 00.19 - Інститут геохімії навколишнього середовища НАН Украіни, м.Киів,2004.

Дисертацію присвячено проблемі єкологічної безпеки розробки розсипних титано-цирконієвих родовищ України, геолого-економічній оцінці природовідтворюючих заходів в районі експлуатації родовищ. На прикладі Малишевського родовища розглянуті джерела і обєкти техногенної дії, питання екологічної якості основних компонентів геологічного середовища (титано-цирконієві руди, покривні породи, відклади хвостосховищ); проведена оцінка екологічно оптимального та економічно доцільного режиму рекультивації порушених земель для забезпечення найменшого впливу техногенного навантаження на довкілля. Розроблені показники для розрахунку економічної ефективності природоохоронних заходів. Визначені шляхи та можливість таекологічно безпечного освоєння розсипних титано-цирконієвих родовищ України.

Ключові слова: розсипи,титано-цирконієві піски, коефіцієнт екологічної безпеки, хвостосховище, рекультивація, збитки, ефективність, Малишевське родовище.

Аннотация

Поддубная Т.Д. Экологические и геолого-экономические параметры максимально безопасного промышленного освоения россыпных титано-циркониевых месторождений Украиы. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности "Экономическая геология" - 04.00.19- Институт геохимии окружающей среды НАН и МЧС Украины, Киев, 2004.

Диссертация посвящена вопросам экологической безопасности отработки россыпных титано-циркониевых месторождений Украины, геолого-экономической оценке природовосстановительных мероприятий в районе эксплуатации месторождений. На примере Малышевского месторождения рассматриваются источники и объекты техногенного действия, устойчивость природной среды к техногенезу, вопросы экологического качества основных компонентов геологической среды (титано-циркониевые руды, вскрышные породы, отложения хвостохранилищ). Степень относительной экологической опасности титано-циркониевых руд месторождений Украины характеризуется низким показателем и определяется формой нахождения токсичных элементов в составе породообразующих минералов, устойчивых в зоне гипергенеза.

Оценен экологически приемлемый и экономически целесообразный режим рекультивации нарушенных земель для обеспечения минимального воздействия техногенной нагрузки на окружающую природную среду. Разработаны показатели для расчета экономической эффективности природоохранных мероприятий. Установлено, что экологическая безопасность россыпных титано-циркониевых месторождений заключается в выборе экономически целесообразного режима восстановления нарушенных земель и обусловлена территориально-функциональной структурой техногенных объектов и их взаимодействием.

Выполненные исследования позволяют оценить экологические последствия отработки месторождений такого генетического типа и осуществлять природоохранные мероприятия, направленные на сохранение и улучшение экологической ситуации в Украине.

Определены возможности и пути экологически безопасного освоения других россыпных титано-циркониевых месторождений Украины.

Ключевые слова: россыпи, титано-циркониевые пески, коэффициент экологической опасности, техногенез, хвостохранилище, рекультивация, ущерб, эффективность, Малышевское месторождение.

Summary

Tat'yana Poddubnaya. Ecological and geoljgical-economic parameters of the maximally safe industrial mastering of placer titanium-zirconium deposits of Ukraine. Thesis on competition of an academic degree of the candidate of geological sciences on a speciality 04.00.19 - "Economical geology". - Institute of geochemistry of natural environment of National Academy of Sciences of Ukraine and, Kiev, 2004.

The thesis is devoted to the questions of ecological safety of the development of the placer titanium-zirconium deposits of Ukraine, geological-economic evaluation of the nature-resforating measures in the area of exploitation of deposits. On the example of the Malyshevskoe deposit sources and objects of terhnogenous action, questions of ecological quality of basic components of geological environment are examined ( titanium-zirconium ores, overburden, deposits of tailing-dumps) ; the acceptable and economic expedient mode of recultivation of the disfroyed soils for providing of minimum influence of the tekhnogenous loading on a natural environment is evaluated ecologically. Indic for the calculation of economic efficiency of nature protection measures have been developed. Possibilities and ways of ecologically safe mastering of placer titanium-zirconium deposits of Ukraine have been defermined.

Key words: titanium-zirconium sands, coefficient of ecological hazard, tekhnogenesis, tailing dump, recultivation, damage, efficiency, Malyshevskoe deposit.