авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Геохимические изменения окружающей среды в зоне влияния горнопромышленного комплекса оао карельский окатыш (г. костомукша, республика карелия)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПАНТЕЛЕЕВА Яна Геннадьевна

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ОАО «КАРЕЛЬСКИЙ ОКАТЫШ»

(г. КОСТОМУКША, РЕСПУБЛИКА КАРЕЛИЯ)

Специальность 25.00.09 - Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук,

член-корреспондент РАН

Юрий Борисович Марин

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук профессор

Вячеслав Александрович Рудник

кандидат геолого-минералогических наук

Вадим Азимович Шахвердов

Ведущая организация: ОАО «Карельский окатыш»

Защита диссертации состоится 16 октября 2009 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.04 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 16 сентября 2009 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

к.г.-м.н., доцент Ю.Л. Гульбин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Костомукшское месторождение железистых кварцитов располагается в Калевальском районе Республики Карелия, является крупнейшим по запасам на Северо-Западе России и разрабатывается с 1982 г. предприятием ОАО «Карельский окатыш». В год оно перерабатывает около 24 миллионов тонн железных руд, выпускает 8,84 миллионов тонн железных окатышей. В настоящее время аэротехногенные выбросы SO2 предприятия составляют приблизительно 30 тыс. т/год, пыли 7-8 тыс. т/год (Михайлов, 2002).

С момента разработки месторождения сотрудниками Институтов леса и водных проблем Севера Карельского НЦ РАН проводятся регулярные эколого-геохимические исследования в зоне действия предприятия. В 1990-1993 гг. ГНПП «Аэрогеология» выполнило аэрокосмический мониторинг геологической среды в районе Костомукшского месторождения. В 1994 г. региональный геоэкологический центр «Невскгеология» осуществлял геоэкологическое картирование в районе г. Костомукша. В 2000 г. кафедра геоэкологии СПбГУ провела оценку экологического состояния окружающей среды в районе г. Костомукша и в Костомукшском заповеднике. В 1999-2002 гг. работниками цеха по производству геологических работ ОАО «Карельский окатыш» выполнены работы по теме «Мониторинг геологической среды». Важный вклад в анализ и оценку эколого-геохимических параметров геологической среды внесли Р.Р. Атласов, Г.С. Бискэ, В.В. Дьяконов, И.П. Лазарева, П.Ю. Литинский, П.А. Лозовик, Н.Г. Федорец, Г.В. Шильцова, G. Vrkonyi, J. Heikkil, J. Lehto и др.

Длительное влияние железорудного производства ОАО «Карельский окатыш» обусловило геохимические изменения окружающей среды в зоне его воздействия, а увеличение производственных мощностей, происходящее в настоящее время в связи с разработкой Корпангского месторождения железистых кварцитов, определяет актуальность контроля дальнейших геохимических изменений. Это важно, так как в непосредственной близости от комбината находится г. Костомукша (население 30,2 тыс. чел.) и природный заповедник «Костомукшский», созданный в 1983 г. для сохранения типичных природных ландшафтов северотаежной подзоны.

Цель работы заключается в оценке современного состояния и динамики изменений химического загрязнения различных компонентов окружающей среды, как основы для прогноза развития эколого-геохимической ситуации.

Основные задачи исследования: 1) анализ и обобщение результатов ранее выполненных работ по изучению изменения химического состава компонентов природной среды (почв, донных осадков водотоков и водоемов, снегового покрова, поверхностных вод) с начала разработки Костомукшского железорудного месторождения и по настоящее время; 2) выявление ассоциаций рудных, в том числе экологически опасных концентраций химических элементов, характерных для горных пород и руд Костомукшского района; 3) изучение поведения химических элементов в природных и техногенных процессах в зоне влияния железорудного производства; 4) установление причинно-следственных связей между повышенными концентрациями элементов и их источниками.

Научная новизна работы. 1) Установлены закономерные ассоциации рудных, в том числе экологически опасных концентраций химических элементов в почвах, донных осадках, мхах, лишайниках и их роль в формировании геохимических аномалий в зоне влияния железорудных горнопромышленных предприятий северо-запада России на примере Костомукшского железорудного района. 2) Выявлена динамика накопления химических элементов в компонентах окружающей среды Костомукшского района.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  1. Закономерности распределения и накопления ассоциаций химических элементов в различных компонентах окружающей среды Костомукшского района определяются сложным взаимодействием факторов влияния коренных пород, характером растительности и техногенной нагрузкой.
  2. Под влиянием природных процессов и хозяйственной деятельности человека в Костомукшском районе сформировались природные, природно-техногенные и техногенные (горнопромышленный, селитебный и транспортный) геохимические ландшафты.
  3. Динамика геохимических изменений в компонентах окружающей среды Костомукшского района в период с 1992 по 2008 гг. незначительна (фиксируется по Fe, Ni, Cr, Mn, Co, Pb, V), определяется характером и интенсивностью техногенного воздействия и ландшафтно-геохимическими условиями (поглотительной способностью почв, геохимическими барьерами), влияющими на миграцию и накопление элементов.

Фактический материал и методика исследований. В июле-августе 2006 года автор проводила эколого-геохимические работы на территории, подвергающейся воздействию предприятия. Было отобрано 35 проб почв и 23 пробы мха, лишайника, а также пробы сырья, продуктов и отходов производства на дробильно-обогатительной фабрике и в цехе производства окатышей (51 проба). В 2007 году участвовала в подготовке проектной документации по организации геоэкологического мониторинга для ОАО «Карельский окатыш». В июле-августе 2008 г. самостоятельно провела эколого-геохимический мониторинг в зоне воздействия предприятия. Площадь работ включала территорию, в центре которой расположена промплощадка предприятия, к востоку от нее хвостохранилище, к западу и северо-западу - Костомукшское месторождение, участок Северный-2, Корпангское месторождение, на юго-западе изучаемой территории – г. Костомукша. Краевые части территории находились на расстоянии до 10-15 км от вышеуказанных объектов. Размер площади съемки составил 660 км2. Опробование производилось в масштабе 1:200 000 со средней плотностью сети 2х2 км на 114 станциях мониторинга. Для того чтобы исключить влияние авто и ж/д транспорта выдерживалось расстояние более 0,5-1 км от дорог. Основное внимание уделялось гумусовому горизонту почв (114 проб). На 67 точках наблюдения для оценки распространения содержаний химических элементов на глубину опробовался полный почвенный разрез. Для характеристики аккумулятивных ландшафтов отобрано 20 проб торфа. Проведено биогеохимическое опробование 59 проб мха Sphagnum sp., Pleurozium schreberi, 37 проб эпигейного лишайника рода Cladonia rangiferina и 32 пробы эпифитного лишайника Alectoria sarmentosa с ветвей ели обыкновенной Picea abies (L.) Karst. На точках ежегодных гидрохимических наблюдений Института водных проблем Севера было отобрано 11 проб донных осадков.

Подготовка навесок и аналитические работы выполнялись в ЦЛ ВСЕГЕИ. Выполнен полуколичественный спектральный эмиссионный анализ 518 проб (CТЭ-1, метод «испарения из канала электрода», аналитики Н.П. Баландина, Г.В. Кобарева). В половине проб гумусового горизонта почв, биоматериалов определены содержания Te, Tl, Cd, Bi, As масс-спектрометрическим методом с индуктивной плазмой (ELAN-6100-DRC, аналитики В.А.Шишлов, В.Л. Кудряшов) с экстрагированием неозоленных проб царской водкой и содержания Ga, Ge, Sc, Zr, Sb, Ni, Co, Cr, V с полным кислотным разложением озоленных проб. Атомно-абсорбционный метод (Юлия-5М, способ «холодного пара», аналитик И.В. Реутова) с определением влажности использован для определения содержаний Hg в 5 пробах гумусового горизонта почв и 13 пробах донных осадков. Химические методы использовались для определения pH солевой вытяжки 92 проб почв и 13 донных осадков (аналитик Л.Д. Цыбра) и содержания подвижных соединений калия по методу Б.П. Мачигина (Optima 2000DV, аналитик В.Л. Кудряшов).

В диссертационной работе использованы данные других исследователей по опубликованным и фондовым материалам. Автором созданы база эколого-геохимических данных, проведена их математическая обработка с применением корреляционного, факторного, кластерного и других методов статистического анализа (Statistica 7.0) и построением геохимических карт (Surfer 8.0, ArcView 3.3, AutoCAD 2008, Google Планета Земля 5.0.1).

Достоверность результатов диссертационного исследования определяется использованием аналитических данных, полученных по сертифицированным методикам в аккредитованной ЦЛ ВСЕГЕИ, проведением неоднократного внутреннего контроля лаборатории с использованием государственного стандартного образца состава СДПС-3 и внешнего контроля в лаборатории ВНИИОкеангеология, статистической представительностью геохимических выборок, корректным применением методов математической обработки и графического представления информации, а также подробным анализом литературных источников по исследуемой тематике.

Практическая значимость работы состоит в разработке системы методов геохимического мониторинга на основе геохимической оценки состояния окружающей среды Костомукшского района и создании единой базы цифровых и картографических данных эколого-геохимического мониторинга. Результаты исследования найдут применение на предприятии ОАО «Карельский окатыш», они будут полезны и для других организаций, занимающихся экологическими исследованиями и мониторингом окружающей среды на северо-западе России, и могут быть использованы в учебном процессе в курсе «Экологическая минералогия и геохимия».

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2005 и 2006, доклады отмечены дипломами первой степени) «Геология, полезные ископаемые и геоэкология Северо-Запада России» (Петрозаводск, 2006), «New developments in Geoscience, Geoengineering, Metallurgy and Mining Economics. Freiberger Forschungsforum 58. Berg-und Httenmnnischer Tag 2007» (Фрайберг, Германия, 2007), «2008 Mikhail Lomonosov / Immanuel Kant Seminar» (Бонн, Германия, 2008), «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2009, доклад отмечен дипломом первой степени и медалью).

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 2 в журналах, реферируемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация имеет объем 242 страницы, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (148 наименований) и 5 приложений. Содержит 119 страниц текста, 31 рисунок и 49 таблиц. Во введении обоснована актуальность работы, определены цель, задачи и практическая значимость исследований, сформулированы защищаемые положения. В первой главе дана оценка современного состояния геологической и окружающей среды Костомукшского района на основе ранее выполненных исследований. Во второй главе приводится методика выполненных полевых и аналитических работ. В третьей главе рассматриваются ассоциации рудных, в том числе экологически опасных концентраций химических элементов, характерных для горных пород и руд Костомукшского района. Четвертая глава посвящена исследованию поведения химических элементов в природных и техногенных процессах. Рассматриваются причинно-следственные связи между повышенными концентрациями химических элементов и их источниками. Пятая глава содержит геохимические рекомендации по защите биосферы. Материалы второй, третьей и четвертой глав обосновывают соответственно 1-ое, 2-ое и 3-е защищаемые положения. В заключении приведены главные выводы.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность заведующему кафедрой МКП члену-корреспонденту РАН профессору Ю.Б. Марину, главному геологу ОАО «Карельский окатыш» Н.Н. Голикову, профессору Фрайбергской Горной Академии Й. Матчуллату (J. Matschullat), К.-Х. Лёбелю (K.-H. Lbel), доктору геолого-минералогических наук профессору А.Г. Марченко, главному метрологу ВСЕГЕИ Ю.Н. Борину, геологам ОАО «Карельский окатыш» Н.Н Голубеву и В.А. Криворучко. Особая благодарность доценту кафедры МКП В.И. Алексееву, с которого началась моя Костомукша.

Тема исследований соискателя поддержана двумя персональными грантами Научно-образовательного центра (НОЦ) СПГГИ (ТУ) в 2006 г., персональным грантом правительства г. С-Петербурга и грантом правительства Российской Федерации в 2008 г., грантом Министерства образования и науки РФ и Германской службы академических обменов (DAAD) по программе «Михаил Ломоносов-II» 2008-2009 гг.

КРАТКАЯ ГЕОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Костомукшский железорудный район находится в пределах Западно-Карельской структурно-фациальной зоны Карельского мегаблока, при сочленении ее с Восточно-Финляндским антиклинорным поднятием. В его геологическом строении принимают участие раннеархейские (саамский комплекс) и позднеархейские кристаллические образования (лопийский комплекс). Костомукшское месторождение находится в центральной части Костомукшского синклинория и приурочено к западному и южному крыльям асимметричной Костомукшской синформы IV порядка, дугообразно изогнутой относительно Костомукшской куполовидной структуры. По простиранию на север месторождение естественно переходит в Корпангское месторождение с условной границей по разлому СЗ направления.

Породы, слагающие месторождения, относятся к гимольской серии лопия и представлены, в основном, магнетитовыми кварцитами, переслаивающимися с ритмичнослоистыми кварц-биотитовыми, биотит-кварцевыми и углеродсодержащими филлитовидными сланцами. Повсеместно развиты апогипербазитовые сланцы. Среди магматических пород распространены плагиориодациты (геллефлинты), гипербазиты, лампроиты, лампрофиры, граниты, габброиды. Руды и вмещающие породы в той или иной степени изменены в результате метаморфических и гидротермально-метасоматических преобразований.

На Костомукшском месторождении выделены четыре разновидности руд: щелочноамфиболовые (рибекитовые, актинолитовые, кросситовые с эгирином, биотитом, карбонатом); биотитовые (грюнерит-биотитовые, карбонат-биотитовые, рибекит-биотитовые); грюнеритовые (биотит-грюнеритовые, карбонат-биотит-грюнеритовые); двуамфиболовые (роговообманково-грюнеритовые с биотитом и карбонатом). Руды Корпангского месторождения имеют амфибол-магнетитовый состав с разновидностями: кроссит-магнетитовой, арфведсонит (рибекит)-магнетитовой, эгирин-магнетитовой и роговообманково-магнетитовой и биотит-магнетитовой. Содержание (Fe3O4+SiO2) в магнетитовых кварцитах составляет 87-92%. Оксиды Al2O3, MgO, CaO, K2O+Na2O содержатся в количестве n·(0,1-1)%. Незначительную примесь составляют P2O5 (n·0,1%) и SrO (n·0,01%). Содержание S возрастает от богатых (0,03%) к бедным (0,9%) рудам и достигает 7% в силикатных кварцитах. Из всех элементов-примесей в рудах только содержания Mn (n·0,01%) и Ge (n·0,0001%) достигают кларковых значений. Руды содержат низкие концентрации экологически опасных элементов (в %): Zn, Ti – n·0,01; Cr, V, Pb, Ni, Y - n·0,001; Ga, Sc - n·(0,001-0,0001); Co, Cu, Ge - n·0,0001; Ag - n·(0,00001-0,000001). Содержание Au в рудах - n·(1-0,001) г/т.

Добыча руд приводит к выбросу химических элементов, скрытых в земной коре, в биосферу с их последующей миграцией. На уровни содержаний химических элементов в компонентах окружающей среды (почвах, донных осадках, растительности) оказывает влияние геохимический фон подстилающих пород. Из анализа результатов опробования коренных пород Костомукшской зеленокаменной структуры следует, что медианные содержания Mo, W, Bi, As, Au и Ge незначительно превышают кларки земной коры или находятся на их уровне. Содержания остальных элементов находятся ниже их кларковых значений.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Закономерности распределения и накопления ассоциаций химических элементов в различных компонентах окружающей среды Костомукшского района определяются сложным взаимодействием факторов влияния коренных пород, характером растительности и техногенной нагрузкой.

Объектами исследований являются широко распространенные на территории Карелии подзолистые, подзолисто-глеевые и торфяно-болотные почвы. Подзолистые почвы представлены: иллювиально-гумусово-железистыми, иллювиально-железистыми, болотно-подзолистыми разновидностями. Почвообразующими породами являются ледниковые отложения с высоким содержанием обломков кристаллических пород, что определяет малую мощность и неравномерность почвенного покрова. С одной стороны, почвы, как депонирующая среда, отражают долговременно развивающееся загрязнение территории, мхи и лишайники, как кратковременно депонирующая среда, отражают текущее (за период до 1-2 лет) загрязнение территории. С другой стороны состав коренных горных пород во многом определяет геохимические особенности почв и видовой состав произрастающих на них растений.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.