Рациональное недропользование в железорудной провинции курской магнитной аномалии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рациональное недропользование в железорудной провинции курской магнитной аномалии (проблемы и пути их решения)

25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора географических наук

Петин Александр Николаевич

Астрахань 2010

Работа выполнена на кафедре географии и геоэкологии Белгородского государственного университета

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор, член-корреспондент РАН Дьяконов Кирилл Николаевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор Серебряков Алексей Олегович

доктор географических наук, профессор Бухгалтер Лев Борисович

Ведущая организация: Институт географии РАН (г. Москва)

Защита состоится « 26 » апреля 2010 года в 9.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1.

Факс: (8512) 22-82-64,

E-mail: miolin76@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета

Автореферат разослан «__» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук М.М. Иолин

геологический экологический картографирование

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время масштабы влияния хозяйственной деятельности человека в горнопромышленных районах Курской Магнитной Аномалии (КМА) значительно превосходят масштабы воздействия природных геологических и геохимических процессов, протекающих на Земле.

Железорудная провинция КМА располагается в староосвоенном Центрально-Черноземном районе Европейской территории России. Она простирается с юго-востока на северо-запад на 625 км при ширине 150-250 км; площадь ее составляет 125 тыс. км2. Однако, основные месторождения железных руд с промышленными запасами приурочены к ее центральной части, а именно к территории Белгородской, Курской, частично Орловской, Брянской и Воронежской областей, где на площади около 70 тыс. км2 сосредоточены крупнейшие месторождения, участки и аномалии железных руд. По запасам и качеству железных руд бассейну КМА принадлежит ведущее место в мире, а по добыче - первое место в России.

Выгодное географическое положение по отношению к металлургическим заводам Европейской территории России, высокие перспективы на увеличение промышленных запасов богатых железных руд и легкообогатимых железистых кварцитов позволяют считать этот регион главной железорудной базой России, практическое значение которой в перспективе будет возрастать.

Однако, широкомасштабное промышленное освоение железорудного сырья, начавшееся с 60-х годов XX столетия, привело к возникновению сложной экологической обстановки в регионе КМА.

Техногенная нагрузка в горнопромышленных районах определяется как степенью прямого, так и косвенного воздействия человека на природную среду и на геологическую среду, в частности. Негативные изменения в окружающей природной среде промышленной зоны КМА обусловлены:

- использованием естественных ресурсов (изъятием, трансформацией и нарушением земель, добычей полезных ископаемых, использованием поверхностных и подземных вод и т.п.);

- эмиссией производственных отходов в окружающую среду (выбросы вредных веществ в атмосферу промышленными, коммунальными, бытовыми, энергетическими предприятиями и транспортом, сброс сточных вод в поверхностные водоемы, размещение твердых отходов на поверхности ландшафтов, загрязнение почвенного покрова опасными химическими соединениями);

- техногенной трансформацией функционирования естественных ландшафтов.

Продолжающееся ухудшение качества природной среды в горнодобывающих районах КМА вызывает необходимость поиска путей и методов преодоления отрицательных последствий вмешательства человека в функционирование природных систем, включая эколого-геологические системы. Этими обстоятельствами диктуется необходимость ускоренного развития научных направлений, связанных с рационализацией недропользования с целью обеспечения устойчивого развития исследуемого региона.

В связи с этим весьма важной представляется разработка и реализация экологически сбалансированного подхода к освоению минеральных ресурсов региона.

Долговременное и безопасное освоение железорудных месторождений КМА, как непременное условие на пути к устойчивому развитию региона, требует регионального управления комплексным освоением недр, охватывающим не только горнотехническую, но и социально-экономическую, экологическую и производственную сферы деятельности.

Формирование эффективной системы недропользования на основе комплексного освоения и использования всей совокупности ресурсов недр, применения малоотходных ресурсосберегающих технологий, экологизации производства и обеспечения конкурентоспособности продукции минерально-сырьевого комплекса на мировом рынке - важнейшая задача рассматриваемого региона. Это сложный, многоэтапный, непрерывный, интеграционный процесс, требующий проведения новых глубоких теоретических и методических разработок в области рационального недропользования.

Рациональное недропользование представляет собой многоаспектный процесс, включающий решение комплекса взаимосвязанных вопросов (законодательных, технологических, экономических, экологических и др.). В настоящей диссертационной работе автором основное внимание уделено одному из аспектов этого комплекса, а именно геоэкологическим вопросам рационального недропользования.

Предмет исследования. Эколого-географические закономерности техногенной трансформации геологической среды железорудной провинции КМА под воздействием горнопромышленного комплекса в условиях возрастающих антропогенных нагрузок.

Цели и задачи исследования. Цель работы - разработка рекомендаций по оптимизации недропользования в горнопромышленном комплексе КМА на основе анализа эколого-географических закономерностей техногенной трансформации геологической среды и пространственно-временных особенностей развития техногенеза и его экологических последствий.

Достижение указанной цели предопределило решение следующих задач:

- провести всесторонний анализ ресурсной и экологической функции геологической среды и оценить общую экологическую обстановку в исследуемом регионе;

- разработать основы методологии комплексной геоэкологической оценки состояния окружающей среды, в том числе геологической среды, применительно к территории железорудной провинции КМА;

- создать и апробировать методику среднемасштабного гео-экологического картографирования состояния геологической среды в горнопромышленном регионе КМА;

- сформировать региональную систему мониторинга состояния геологической среды в горнопромышленном регионе КМА;

- разработать основополагающие направления, экологически сбалансированного недропользования в железорудной провинции КМА, включающие рекомендации по предотвращению или снижению негативного техногенного воздействия на окружающую среду, рациональному и безопасному использованию полезных ископаемых, защите населения от вредного воздействия негативных техногенных процессов;

- внедрить в производство научно обоснованные методические и технологические приемы снижения техногенной нагрузки на геологическую среду региона.

Фактический материал и личный вклад автора. Диссертационная работа является итогом 16-летней научной деятельности автора. В ее основу положены результаты эколого-географических и инженерно-геологических исследований Курской и Белгородской областей (масштаб 1:200000); детальных геолого-экологических, геоморфологических, эколого-гидрологических и ландшафтных исследований, проведенных автором диссертации с 1993 по 2008 гг. в пределах Курской и Белгородской областей (регион КМА) в рамках выполнения грантов по программам «Университеты России», «Федерально-региональная политика в науке и образовании», Российского Фонда Фундаментальных исследований (РФФИ), «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.»; а также более 20 хоздоговорных тем, посвященных рассматриваемой проблематике.

Автору лично принадлежат результаты комплексного анализа состояния минерально-сырьевой базы железорудной провинции КМА и ее экологических проблем, классификация факторов техногенной трансформации окружающей среды, в том числе природных ландшафтов и карьерно-отвальных комплексов КМА, разработка принципов и методов геоэкологического картографирования, оценка и картографирование геодинамических процессов на активно разрабатываемых железорудных месторождениях КМА и др.

Методология и методы исследования. Исходной теоретической базой диссертационной работы явились: учение о геологической среде, ресурсной и экологической функциях литосферы, разработанные в трудах отечественных ученых Е.М. Сергеева, В.И. Осипова, Г.К. Бондарика, В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга, Ф.В. Котлова, Г.А. Голодковской, Ю.Б. Елисеева, В.А. Королева и др.; учение о природно-технических (ПТС) и геотехнических (ГТС) системах, изложенные в трудах А.Л. Ревзона, А.А. Церната, АП. Камышева, А.Е. Ретеюма, К.Н. Дьяконова и др.; теоретические основы и методика эколого-геологического и геоэкологического картографирования, раработанные в трудах геологов В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга, М.А. Харькиной, Т.А. Барабошкиной, И.И. Косиновой, а также географов Б.И. Кочурова, А.В. Антиповой, Н.А. Жеребцовой, В.И. Стурмана и др.; теоретические основы рационального недропользования и экологической безопасности недр, разработанные в трудах В.И. Вернадского, А.Е.Ферсмана, М.И. Агошкова, А.Х. Бенуни, А.Д. Верхотурова, В.Т. Калинникова, Д.Р. Каплунова, Ф.Д. Ларичкина, Н.Н. Мельникова, С.А. Первушина, И.К. Плаксина, В.А. Резниченко, К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия, Н.Н. Чаплыгина и др.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы различные методы: системного анализа, ландшафтно-геохимический, картографический, ГИС-технологий, ретроспективного анализа, дистанционного зондирования земной поверхности и др.

Научная новизна результатов исследований.

1. Проведена обобщающая и комплексная геоэкологическая оценка современного состояния геологической среды в железорудной провинции КМА и дана оценка возможным вариантам ее изменения при возрастающих темпах освоения минерально-сырьевых ресурсов.

2. Изучены и классифицированы основные факторы техногенной трансформации геологической среды в горнопромышленных районах КМА.

3. Оценено влияние современных технологий добычи железорудного сырья (открытого, шахтного и скважинной гидродобычи) на экологическую обстановку и техногенную трансформацию естественных ландшафтов региона.

4. Проведена типизация карьерно-отвальных комплексов КМА по вещественно-энергетическим потокам и ландшафтно-геохимической структуре.

5. Разработаны принципы и методы геоэкологического картографирования состояния геологической среды горнопромышленных районов КМА и на этой основе составлена среднемасштабная (1: 500000) комплексная геоэкологическая карта состояния геологической среды Белгородской области и карта экологических ситуаций данного региона (М 1:200000) с выделением на них ареалов геоэкологических ситуаций разной степени напряженности.

6. Разработаны теоретические основы рационального недропользования, которые использованы в региональной концепции экологически сбалансированного недропользования в железорудной провинции КМА.

Основные защищаемые положения.

1. Потенциальная опасность освоения железорудных месторождений КМА определяется возникновением и развитием комплекса негативных геодинамических и экзогенных геологических процессов. Их развитие обусловлено разрушением целостности горных пород, изменением местного базиса эрозии, перемещением больших объемов горных масс с образованием техногенного рельефа, характеризующегося активными неравновесными склонами, образованием дисперсных обломочных фракций с большой удельной поверхностью.

2. В основе оценки и прогноза негативных геолого-экологических последствий освоения железорудного сырья КМА лежит их типизация по геолого-промышленным свойствам и качеству сырья. Нерудные компоненты (примеси) различного качества в виде горнопромышленных отходов сформировали географическую пестроту их распространения; многие из них представляют экологическую опасность для окружающей среды и здоровья человека.

3. Степень и глубина трансформации геологической среды и обусловленное ими состояние природной среды определяются применяемыми видами геотехнологий отработки железной руды (открытым, шахтным способами, методом скважинной гидродобычи).

4. В пределах железорудной провинции КМА сформированы четыре геоэкологические района: Старооскольско-Губкинский, Михайловский, Яковлевский и Большетроицкий. Каждый из них различается по свойствам геологической среды, природно-ландшафтной дифференциации, степени освоенности железорудных месторождений, применяемому способу отработки месторождений, степени антропогенной нагрузки, распространению неблагоприятных геологических процессов, остроте экологической ситуации.

5. Долговременная безопасная жизнедеятельность населения районов КМА требует регионального управления комплексным освоением недр, охватывающего наряду с горнотехнической, также социально-экономическую, экологическую и производственную сферы. В региональной самоорганизации долговременного и экологически сбалансированного недропользования должно выделяться несколько первоочередных взаимосвязанных направлений, реализуемых на локальном (производственном) и региональном (административном) уровнях:

- совершенствование экологического управления;

- повышение научно-технического уровня добычи и переработки железорудного сырья;

- экологически ориентированное развитие инфраструктуры горнодобывающего района;

- развитие законодательной и нормативно-правовой базы;

- создание в регионе постоянно действующего мониторинга состояния недр.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается:

- многолетними географическими, геоморфологическими исследованиями автора в Центрально-Черноземном регионе, а также геолого-экологическими наблюдениями в зоне влияния горнодобывающего комплекса КМА, результаты которых опубликованы в виде статей в центральных академических журналах России и монографий;

- широким использованием материалов дистанционного зондирования земной поверхности (аэрофото- и космоснимков) для целей выявления ретроспективного и современного состояния техногенной трансформации компонентов окружающей среды региона КМА;

- патентами РФ на изобретение и авторскими свидетельствами об официальной регистрации базы данных РФ и Государственного координационного центра информационных технологий отраслевого фонда алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию РФ.

Практическое и научно-теоретическое значение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы, разработанной концепции по рациональному недропользованию, информационному обеспечению освоения минерально-сырьевых ресурсов железорудной провинции КМА и оценки геоэкологических последствий промышленного освоения железорудных месторождений нашли отражение:

- в электронном атласе «Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области» (Свидетельство РФ об официальной регистрации базы данных № 2005620231 от 26 августа 2005 г.);

- в разработке электронной базы данных «Основы региональной экологии и природопользования» (Свидетельство Федерального агентства по образованию РФ, Государственного координационного центра информационных технологий, № 5716 от 1 марта 2006 г.);

- в учебно-справочном картографическом пособии в виде атласа «Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области» (Белгород, 2005 г.), в котором диссертант являлся членом редакционной коллегии и автором ряда геологических и географических карт;

- в подготовке ежегодных выпусков докладов Областного комитета по экологии и природным ресурсам «Состояние окружающей среды и использования природных ресурсов Белгородской области» (Белгород, 1996 - 2004 г.) и информационных бюллетеней Территориальных центров государственного мониторинга геологической среды и водных объектов Белгородской и Курской областей (Белгород, 2000-2004 г., Курск, 2002, 2003 г.);

- в подготовке учебных пособий: «География Белгородской области» (М.:Изд-во МГУ, 2004, 2006, 2008) «Геологическое строение и полезные ископаемые Белгородской области» (Белгород, 2000), «Экология Белгородской области» (М.: Изд-во МГУ, 2002), «Основы экологии и природопользования» (М.: Изд-во МГУ, 2004), «Общая и региональная экология» (Белгород: Изд-во БелГУ, 2006), «Анализ и оценка качества поверхностных вод» (Белгород.: Изд-во-БелГУ, 2006), «Геоинформатика в недропользовании» (Белгород.: Изд-во БелГУ, 2008) и др., имеющих грифы Министерства образования РФ и УМО, а также при разработке лекционных курсов «Геоэкология», «Основы экологии и рационального природопользования», «Ландшафтно-экологические основы оптимизации техногенных ландшафтов», «Проблемы региональной экологии и природопользования», «Аэрокосмический мониторинг природных и техногенных геосистем», читаемых автором диссертации студентам и магистрам на геолого-географическом факультете БелГУ.

- научные результаты автора диссертации внедрены ГП «Белгородгеомониторинг» и ГП «Курскгеомониторинг» в своей практической деятельности по созданию наблюдательной сети полигонов мониторинга экзогенных геологических процессов на территории Курской и Белгородской областей (подтверждено актами внедрения).

Апробация результатов исследования. Материалы и результаты исследований, положенных в основу диссертации, докладывались и обсуждались на более чем 50 международных, всесоюзных и региональных конференциях, в том числе: в Астрахани (2003, 2009), Барнауле (1996), Белгороде (1994, 1998, 2000, 2001, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009), Брянске (2007), Волгограде (2000), Воронеже (2001, 2002), Грозном (2008), Звенигороде (2004), Казани (1996), Киеве (2006, 2009), Краснодаре (1998), Кузнецке (2005), Курске, (2005), Кызыл-Кия (2006), Москве (1997, 2000, 2006, 2007, 2008), Навои (2007), Пензе (2003, 2005, 2006), С.-Петербурге (1997, 2003), Смоленске (1997), Ставрополе (2005), Токио (2001), Тольятти (2004, 2005), Уфе (1999), Харькове (2003, 2004, 2006, 2009), Чебоксарах (2000, 2005) и др.

Публикации. Всего автором опубликовано более 320 научных работ, из них по теме диссертации 132 работы, в том числе 4 монографии, 8 авторских карт в Атласе Белгородской области, 33 работы в реферируемых научных журналах из списка ВАК РФ, 15 учебных пособий, из них 1 с грифом Министерства образования РФ и 9 с грифом УМО; результаты исследований защищены 9 Патентами РФ на изобретение и 2 Свидетельствами РФ об официальной регистрации базы данных и 4 Свидетельствами об отраслевой регистрации, зарегистрированных в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, включающих 14 таблиц и 53 рисунка, заключения и списка использованной литературы, состоящего из 358 источников. Общий объем работы - 344 страницы.

Автор благодарит за постоянную помощь и внимание при работе над диссертацией д.г.н., профессора Б.И. Кочурова, д.г.н., профессора
А.Г. Корнилова, д.г.н., профессора Ю.Г. Чендева, д. г.-м. н. В.А. Дунаева. Глубокую признательность за долговременную совместную деятельность и помощь автор выражает директору ГП «Белгородгеомониторинг» А.И. Спиридонову, директору «Курскгеомониторинг» В.Л. Переверзеву, генеральному директору ОАО «Белгородгеология» И.Ф. Плужникову, заслуженному геологу СССР В.И. Белых.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Методологические основы изучения взаимодействия геологической среды и техносферы

В данной главе рассмотрены современные представления отечественных геологов о геологической среде, ее структуре, строении и функционировании, о взаимосвязи геологической среды с другими оболочками Земли. Особое внимание уделено экологической функции литосферы и формированию в процессе взаимодействия человека и геологической среды природно-технических систем.

Широко используемое настоящее время понятие "геологическая среда", по-разному трактуется различными авторами в зависимости от направлений их исследований. Наиболее распространенным считается определение «геологической среды», данное Е.М. Сергеевым, который под этим термином понимает верхнюю часть литосферы, рассматриваемую как многокомпонентную систему, находящуюся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека, в результате чего происходит изменение природных геологических процессов и возникновение новых антропогенных явлений, что в свою очередь вызывает изменение инженерно-геологических условий строительства объектов на конкретной территории. Основные элементы геологической среды - это горные породы, подземные воды, формы рельефа, геологические процессы и явления и их инженерно-геологические аналоги.

В.Т. Трофимовым, Д.Г. Зилингом выделены следующие экологические функции литосферы:

1) ресурсная - включает минеральные, органические и органно-минеральные ресурсы, подземные воды, геологическое пространство, рассматриваемые как необходимый компонент функционирования экосистем;

2) геодинамическая - способность литосферы к развитию природных и антропогенных геологических процессов и явлений, определяющих условия функционирования экосистем;

3) геофизико-геохимическая - представляет собой совокупность геофизических и геохимических полей, влияющих на экологическую комфортность проживания населения.

Сравнительный анализ данных функций показал, что они анализируются как при частных геологических исследованиях, так и при комплексном геоэкологическом изучении территории. Однако только в последнем случае ресурсная, геодинамическая и геофизико-геохимическая функции литосферы рассматриваются во взаимосвязи между собой с целью выявления влияния геологической среды и литосферы в целом на условия проживания и состояние здоровья человека.

С конца 70-х годов XX столетия в отечественную геологическую и географическую литературу был введен термин «природно-техническая система» (ПТС) с целью рассмотрения возникающих в процессе взаимодействия человека и природы особых образований - систем. Разные авторы (А.Ю. Ретеюм, К.Н. Дьяконов, Г.К. Бондарик, В.Т. Трофимов, В.К. Епишин, А.П. Камышев, В.А. Королев, А.Л. Ревзон и др.) вкладывают в это понятие свой смысл от сугубо географического до инженерно-геологического. Однако общее в их понимании то, что ПТС - это особые целостные системы, упорядоченные в пространственно-временном отношении совокупностью взаимодействующих компонентов, включающих орудия, продукты и средства труда, естественные и искусственно измененные природные тела, а также естественные и искусственные информационно-энергетические поля.

Горнодобывающее предприятие располагается в конкретных природных условиях и связано потоками вещества, энергии и информации с природными системами. Горнодобывающее предприятие, как техническая система, включает в себя машины и механизмы, материалы, коммуникации, техногенные источники энергии и информации. В процессе функционирования горнодобывающее предприятие (техническая система) взаимодействует с природными геосистемами, образованными горными массивами и рудными телами, водоносными горизонтами и поверхностными водными объектами, почвами, растительностью, приземным слоем атмосферы и естественными источниками энергии. В процессе взаимодействия технической системы (ТС) с природными геосистемами (ГС) посредством обмена вещества энергии и информации и формируется ПТС. Они являются относительно новым объектом исследования, объединяющим интересы геологов, горных инженеров, географов, геохимиков и экологов. Изучение их основных компонентов и вещественно-энергетических связей между ними, определяющих структуру природно-технической системы (показаны на рис. 1), служит основой оптимального управления горнодобывающим предприятием, а также прогноза и контроля состояния природной среды, что, в конечном счете, приводит к рациональному экономически и экологически сбалансированному освоению природных ресурсов в горнодобывающих районах.

В свою очередь, горнопромышленные природно-технические системы по своей структуре могут быть различного уровня: элементарной, локальной и региональной. ПТС элементарного уровня образуется при взаимодействии отдельного сооружения горнопромышленного объекта с геологической средой.

Горнопромышленная ПТС локального уровня формируется и функционирует под влиянием взаимодействия всех сооружений горнодобывающего комплекса с литосферой и состоит из элементарных природно-техногенных систем.

Рис. 1 Функциональная блок-схема природно-технической системы (ПТС) активно разрабатываемого железорудного месторождения

Горнопромышленная ПТС регионального уровня может быть образована несколькими природно-техническими системами локального уровня, связанными между собой однородностью геолого-структурного происхождения и распространением определенного типа полезного ископаемого.

Глава 2. Природные условия и природно-ресурсный потенциал КМА

На основе анализа литературных источников, фондового и картографического материалов охарактеризованы природные условия и ресурсы территории КМА (геологическое строение и рельеф, климат, поверхностные и подземные воды, почвенный и растительный покров, ландшафтная дифференциация).

Глава 3. Минерально-сырьевые ресурсы КМА

Резкое отличие в геологическом строении двух структурных этажей бассейна КМА (докембрийского фундамента и осадочного платформенного чехла) предопределило совершенно разный набор генетических типов полезных ископаемых, характерных для каждого из этих этажей. В докембрийском фундаменте залегают главным образом металлические (рудные) полезные ископаемые метаморфического генезиса и коры выветривания метаморфитов, а также магматогенные и гидротермальные месторождения и рудопроявления. Платформенный чехол вмещает огромные запасы нерудного минерального сырья осадочного (морского и континентального) происхождения. Основное минеральное богатство докембрийского фундамента - железные руды, бокситы и железоалюминиевое сырье. Эти полезные ископаемые либо метаморфического происхождения (железистые кварциты), либо связаны с корой выветривания докембрийских метаморфитов (богатые железные руды, железоалюминиевое сырье). Кроме того, известны преимущественно магматогенные проявления золота, полиметаллов, молибдена и редких металлов. Бассейн КМА включает четыре железорудных района: Оскольский, Белгородский, Михайловский и Орловский. Только в трех первых районах ведется добыча железных руд. Два наиболее крупных из них (Оскольский и Белгородский) размещаются в Белгородской области. Оскольский район расположен на северо-востоке области. Он приурочен к юго-восточному флангу Орловско-Оскольского синклинория КМА, представленному Тим-Ястребовской и Волотовской синклиналями. Белгородский район занимает западную часть области. Это южный фланг Белгородско-Михайловского синклинория, основной структурой которого является Белгородская синклиналь. Михайловский рудный район находится в северо-западной части КМА на территории Курской области и приурочен к Михайловской синклинорной структуре. Пространственное распространение основных железорудных месторождений и перспективных участков показано на рис. 2.

Рис. 2 Железорудные месторождения и перспективные участки бассейна КМА: 1 - Яковлевское; 2 - Гостищевское; 3 - Висловское; 4 - Мелихово-Шебекинское; 5 - Большетроицкое; 6 - Разуменское; 7 - Олимпийское; 8 - Соловьевское; 9 - Дичнянско-Реутское; 10 - Михайловское; 11 - Курбакинское; 12 - Новоялтинское; 13 - Осколецкое; 14 - Коробковское; 15 - Лебединское; 16 - Стойло-Лебединское; 17 - Стойленское; 18 - Салтыковское; 19 - Приоскольское; 20 - Чернянское; 21 - Погромецкое; 22 - Яценский участок; 23 - Лев-Толстовский участок; 24 - Орловский участок; 25 - Воронцовский участок; 26 - Щигровский участок; 27 - Панковский участок; 28 - Северо-Волотковсчкий участок.

Железные руды представлены двумя геолого-промышленными типами: железистыми кварцитами и богатыми железными рудами.

Железистые кварциты образовались в результате метаморфизма древних железисто-кремнистых осадков главным образом курской серии нижнего протерозоя. Это полосчатые очень крепкие породы. Полосчатость обусловлена чередованием разноокрашенных полос шириной от долей миллиметра до 1,5-2 см, сложенных преимущественно рудными и нерудными минералами. Основные рудные минералы кварцитов магнетит, реже гематит, а нерудные кварц и другие силикаты. Среди силикатов преобладают амфиболы (куммингтонит, актинолит, реже тремолит) и слюды (биотит, иногда флогопит), встречается пироксен. В виде примесей железистые кварциты содержат карбонаты и сульфиды (пирит, пирротин).

Железистые кварциты стратиграфически относятся к коробковской свите курской серии, а структурно приурочены к крыльям и замковым частям синклиналей. В магнитном поле кварциты проявляются положительными линейно-вытянутыми высокоинтенсивными аномалиями. Залежи железистых кварцитов представлены пластами мощностью до 200-500 м моноклинального или сложноскладчатого залегания. Падение их крутое до субвертикального. Протяженность залежей - до нескольких десятков километров. Среднее содержание железа в балансовых рудах колеблется по отдельным месторождениям от 32 до 36,8%. Железистые кварциты после измельчения хорошо обогащаются технологически простым и экологически чистым методом мокрой магнитной сепарации с получением высококачественного магнетитового концентрата.

Богатые железные руды сформировались по железистым кварцитам в процессе их выветривания. Основные минеральные типы руд: железно-слюдково-мартитовые, мартитовые и гидрогетит-гидрогематит-мартитовые. По внешнему виду они представляют собой полосчатый мелко- и тонкозернистый рыхлый и слабосцементированный агрегат от красновато-бурой до черной окраски. В верхних частях залежей развиты плотные разности богатых руд, образованные при цементации рыхлых руд минералами (преимущественно сидеритом, в меньшей степени хлоритом, кальцитом и сульфидами), выпавшими из инфильтрационных растворов на конечной стадии формирования коры выветривания. Рыхлые руды преобладают в Белгородском районе, а плотные в Оскольском и Михайловском. В целом богатые железные руды КМА относятся к гематит-сидерит-мартитовому типу.

Богатые руды прерывистым плащом покрывают выходы железистых кварцитов, образуя субгоризонтальные залежи с крутопадающими клиновидными ответвлениями, уходящими по зонам трещинноватости вглубь массивов железистых кварцитов. Средняя мощность залежей по различным месторождениям колеблется от 10-30 м (Оскольский район) до 50-125 м (Белгородский и Михайловский районы), а протяженность от 0,5 до 20 км. Качество руд высокое. Среднее содержание в них железа 52,9-62,3, серы 0,05-0,16, фосфора 0,02-0,03%. После окускования (агломерации) рыхлых разностей и дробления плотных они пригодны для доменной плавки без обогащения. Основные запасы железных руд КМА отражены в табл. 1.

На территории Белгородской области находятся 14 из 18 разведанных и учтенных Государственным балансом месторождений железных руд КМА с запасами 51,1 млрд т, в том числе запасы промышленных категорий составляют 24,4 млрд т. В Оскольском железорудном районе расположено 9 месторождений: Коробковское, Лебединское, Стойло-Лебединское, Стойленское, Приоскольское, Салтыковское, Осколецкое, Погромецкое и Чернянское, балансовые запасы которых представлены главным образом легкообогатимыми кварцитами в количестве суммарно 18,05 млрд т категорий A+B+C1 и 5,07 млрд. т категории С2. Общие запасы богатых руд в этом железорудном районе составляют 0,57 млрд т. В Белгородском железорудном районе из-за глубокого залегания железных руд (450-800 м) промышленное значение имеют только богатые руды пяти месторождений: Яковлевского, Гостищевского, Большетроицкого, Висловского и Мелихово-Шебекинского. Общие запасы богатых руд этих месторождений по категориям A+B+C1 составляют 5,91млрд т и категории C2 21,97 млрд т.

Таблица 1 Балансовые запасы и прогнозные ресурсы железных руд КМА

Типы руд	Число разведанных месторождений	Среднее содержание Feобщ. ,%	Запасы по категориям, млрд т	Прогнозные ресурсы, млрд. т
			А+В+С1	С2
Белгородская область
Железистые кварциты	14	34,48	18,05	5,07	47,85
Богатые железные руды		60,37	6,55	22,08	26,46
Всего		41,38	24,6	27,15	74,31
Курская область
Железистые кварциты	3	39,23	8,54	5,14	28,24
Богатые железные руды		53,17	0,32	0,26	0,06
Всего		39,74	8,86	5,4	28,3
Орловская область
Железистые кварциты	1	-	-	-	21,0
Богатые железные руды		58,6	0,12	0,02	-
Всего			0,12	0,02	21,0
В целом по КМА
Железистые кварциты	18	36,01	26,6	10,21	97,09
Богатые железные руды		60,01	7,0	22,36	26,52
Всего		41,01	33,6	32,57	123,61

В Курской области железные руды сконцентрированы более чем в 30 месторождениях, залежах и рудопроявлениях и лишь 3 месторождения железных руд (Михайловское, Курбакинское и Дичнянско-Реутецкое) разведаны и учтены Государственным балансом. Наиболее крупным является Михайловское месторождение, которое отрабатывается открытым способом. Его балансовые запасы всех категорий составляют 13,6 млрд. т железистых кварцитов и около 300 млн. т богатых руд. Балансовые запасы Курбакинского месторождения - 92,1 млн. т богатых руд, Дичнянско-Реутского месторождения богатых руд - 193 млн. т. Мощность перекрывающей осадочной толщи на месторождениях Михайловского железорудного района составляет от 50 до 250 м.

В Орловской области запасы железных руд незначительны и в настоящее время они не разрабатываются.

Глава 4. Геоэкологический анализ и оценка влияния освоения
железорудных месторождений на окружающую природную среду
и состояние здоровья населения горнопромышленных районов КМА

На территории железорудной провинции КМА добыча железной руды в настоящее время осуществляется с применением трех основных способов (геотехнологий) отработки: открытым (карьерным), шахтным (подземным) и методом скважинной гидродобычи (СГД).

Открытый способ добычи железорудного сырья осуществляется в карьерах Лебединского, Стойленского (Белгородская область) и Михайловского (Курская область) ГОКов, шахтный способ - на шахте им. Губкина и Яковлевском руднике (Белгородская область) В настоящее время опытно-промышленная добыча богатой руды осуществляется на Болше-Троицком месторожднении.

Практически при всех применяемых ныне геотехнологиях на железорудных месторождениях КМА, исключение составляет лишь метод СГД, добыча твердых полезных ископаемых всегда сопровождается отработкой и выдачей на поверхность Земли части вмещающих пород не несущих полезных компонентов. При этом на единицу извлекаемого из недр твердого полезного ископаемого, приходится от 1,1 до 6, 7 единиц пустой породы. Поступают эти породы в окружающую среду по двум каналам. Одна часть пород, получаемых при горно-геологических работах в карьерах и шахтах, складируется на поверхности земли в виде породных отвалов. Вторая часть извлекается вместе с полезным ископаемым, проходя через систему обогащения, складируется в тонкодисперсном состоянии в виде хвостохранилищ. В обоих случаях, главной экологической ценой за эту особенность применяемых геотехнологий является необходимость отторжения участков земной поверхности под их складирование, часто с плодородными почвами, выводя их сельскохозяйственного оборота.

Проведенный сравнительный анализ (балльная оценка) нарушений природной среды при различных видах добычи железных руд (табл.2) показал, что наибольшее воздействие на компоненты окружающей среды оказывает открытый способ разработки железорудных месторождений: практически все природные компоненты в пределах горного отвода подвержены изменениям. В пределах земельного отвода и на прилегающих территориях незатронутыми остаются только полезные ископаемые и массивы горных пород.

При подземной (шахтной) разработке в пределах горного отвода оказывается воздействие на массив горных пород, полезные ископаемые и водные ресурсы, в пределах земельного отвода на водные ресурсы и частично на массив горных пород; на прилегающих территориях на водные ресурсы.

Экологическая оценка последствий СГД на Шемраевском, Гостищевском и Большетроицком месторождениях как нового направления в геотехнологии в сравнении с традиционными способами горных разработок (открытым и подземным) представляется наиболее благоприятной для окружающей природной среды, хозяйственной деятельности и здоровья человека.

Таблица 2 Классификация нарушений природной среды при добыче железных руд КМА (оценка в баллах) по данным

Компоненты природ-ной среды	Нарушения природных компонентов	Системы разработки в пределах территории
		Подземная гидравлическая (СГД)	Подземная (Шахтная)	Открытая
		*	**	***	*	**	***	*	**	***
Массив горных пород	Карьерные выемки	-	-	-	-	-	-	9	8	1
	Авто-, ж/д и гидроотвалы, рудохранилища, трассы коммуникаций	-	1	-	-	-	-	2	8	1
	Подземные выработки	2	-	-	8	-	-	2	1	-
	Формирование нарушенных массивов	3	1	-	9	3	-	1	8	-
	Осушение (обводнение массивов)	1	-	-	6	4	2	9	5	1
	Развитие геодинамических и экзогенных процессов	1	-	-	5	3	1	9	6	1
Полезные ископаемые	Извлекаемые	5	-	-	7	-	-	9	-	-
	Неизвлекаемые	2	-	-	1	-	-	1.5	-	-
	Промышленные потери	1	-	-	3	-	-	0.5	-	-
	Сопутствующие	2	-	-	4	-	-	7	-	-
Поверхностные и подземные воды	Развитие депрессионной воронки, уменьшение запасов подземных вод	0.1	-	-	6	5	2	9	6	3
	Уменьшение дебита поверхностных вод, их загрязнение	0.1	-	-	2	1	-	2	1	-
	Загрязнение подземных вод	0.1	0.1	-	0.1	0.1	-	9	8	0.1
Почвенный покров	Снятие почвенного покрова	0.1	0.1	-	0.1	0.1	-	9	8	0.1
	Засорение вредными веществами	0.1	0.1	-	0-1	0.1	-	9	8	7
	Подтопление (осушение) почв	2	3	-	6	3	-	8	7	2
	Подлежащий рекультивации	0.1	0.1	-	1	1	-	9	8	3
Атмосферный воздух	Загрязнение пылью	0.1	0.12	-	1	0.1	-	7	5	3
	Загрязнение химическое	-	-	-	-	-	-	9	8	4
Ландшафтная система	Преобразование рельефа	0.1	-	-	2	-	-	6	6	1
	Растительный мир	-	-	-	1	1	-	9	8	1
	Животный мир	-	-	-	0.1	-	-	8	7	3

Примечание: * - горный отвод; ** - земельный отвод; *** - прилегающие территории горного массива.

Воздействие СГД на воздушный бассейн, поверхность земли, почвенный покров, флору и фауну весьма незначительное и ограничивается только территорией горного отвода. На подземные воды влияние СГД - среднее, а на недра (добычное пространство) - сильное. В последнем случае это обусловлено неизбежными изменениями напряженно-деформационного состояния горного массива, гидрогеологической и газодинамической обстановки в нем. Поэтому создание системы постоянно действующего мониторинга состояния недр в местах СГД считаем необходимым, поскольку неконтролируемый, самопроизвольный процесс обрушения кровли может привести к катастрофической просадке вышележащих слоев горных пород, нарушению гидрогеологического режима подземных вод.

С экономической точки зрения СГД дешевле в 5-7 раз, чем шахтный, и в 2-3 раза, чем открытый способы. При небольших финансовых затратах этот способ добычи полезного ископаемого поддается полной автоматизации производственных процессов. Автоматизация и компьютеризация технологии СГД позволяет создавать практически безлюдные горнодобывающие производства.

Влияние горнодобывающего комплекса на рельеф и геодинамические процессы. Интенсивное развитие горнодобывающей промышленности в регионе КМА и расширение сферы их воздействия с каждым годом усиливает их влияние на состояние геологической среды. Это проявляется как в изменении геологического строения районов добычи железорудного сырья, так и в активизации различных геодинамических процессов, обусловленных техногенным воздействием на литосферу. Геодинамические процессы на интенсивно разрабатываемых железорудных месторождениях весьма разнообразны, среди них различают: геомеханические, геохимические и геобиохимические.

Геомеханические явления на железорудных месторождениях представлены наиболее широко. К ним относятся: сдвижение горных масс, обрушения, обвалы, осыпи, горные удары, оползни, сели, эрозия, дефляция, суффозия, прорывы плывунов, крип и др.

Образование, характер и интенсивное проявление геомеханических явлений обусловлено тремя основными следствиями горных работ: перемещением горных масс, изменением местного базиса эрозии и разрушением горных массивов, минеральных агрегатов и индивидов с образованием дисперсных обломочных фракций с большой удельной поверхностью.

С перемещением горных масс связано изменение местного базиса эрозии и, как следствие этого, усиление энергии рельефа, от которой зависит скорость и направление геомеханических процессов как в пределах карьерно-отвального комплекса, так и на прилегающих к нему территориях.

Карьер представляет собой потенциальную дренажную емкость, бассейн аккумуляции не только для подземных и поверхностных вод, но и для грунтов, для гравитационных потоков обломочного материала и воздушных суспензий, образующихся в результате горных работ и транспорта.

Формирование карьерно-отвального комплекса сопровождается существенным изменением рельефа, а рельеф, как известно, в геосистеме осуществляет дифференциацию вещества и энергии. С ним связаны и климатические особенности, и ее почвы, и растительность. Рельеф оказывает большое влияние на формирование стока поверхностных и подземных вод. Для экологической оценки окружающей среды это обстоятельство имеет большое значение.

Распространение на относительно ограниченной территории горного отвода техногенного рельефа (отвалы и карьеры) обусловливает здесь широкое распространение активных неравновесных склонов. В техногенной геосистеме они выполняют две основные функции - поставляют обломочный материал и сортируют его по весу, размеру и форме обломков.

Однако в формировании и развитии неравновесных склонов карьеров и отвалов имеются и существенные различия. Если на обычном склоне перенос вещества обычно осуществляется поверхностными потоками, то на насыпных склонах существенную роль играет перераспределение вещества внутри отвала.

Таким образом, геодинамические процессы представляют собой естественную реакцию природной системы на техногенное воздействие и в некоторых случаях существенно влияют на результаты хозяйственной деятельности в горнодобывающих районах. Поэтому изучение геодинамических процессов на активно разрабатываемых железорудных месторождениях КМА имеет важное научное и практическое значение.

Влияние горнодобывающего комплекса на поверхностные и подземные воды. Наиболее сильно нарушен режим подземных вод в пределах Старооскольско-Губкинского горнопромышленного района в результате работы дренажных систем Лебединского и Стойленского карьеров, шахты им. Губкина, а также в результате функционирования водозаборов подземных вод для водоснабжения городов Губкин и Старый Оскол, хвостохранилищ Лебединского и Стойленского ГОКов и Старооскольского водохранилища. В настоящее время в районе образовалась депрессионная воронка в альб-сеноманском водоносном горизонте (основной эксплуатационный горизонт района) площадью около 300 км2 .

На территории Белгородского железорудного района нарушенный режим подземных вод формируется под воздействием работы дренажных систем Яковлевского рудника, а также крупных водозаборов города Белгород.

В Михайловском горнопромышленном районе подземные воды подкелловейского водоносного комплекса испытывают мощное техногенное воздействие. Многолетняя эксплуатация водоносного комплекса, связанная со значительной добычей на водозаборах г. Железногорска и интенсивным извлечением воды при дренаже и водоотливе на Михайловском железорудном месторождении, привели к необратимой сработке их запасов, истощению ресурсов. Вследствие этого на территории горнопромышленного района также образовалась, и продолжают свое развитие депрессионная воронка значительных размеров.

Влияние горнодобывающего комплекса на почвенный покров. Помимо своей основной биосферной функции почвенный покров выполняет и роль регионального геохимического барьера для многих химических элементов и их соединений, в том числе и тяжелых металлов в форме органометаллических комплексов. В настоящее время эта функция почвенного покрова заметно усиливается на территориях, где преобразуются естественные ландшафты в техногенные ландшафты под влиянием горнодобывающего комплекса.

Известно, что в процессе открытой добычи железной руды 6-8 % газопылевых выбросов, содержащих железо и его спутники (Сг, Си, Со, Zn, Ni и т.д.), попадают на почвенно-растительный покров, и почва, являясь местом максимального накопления всех выбросов, выступает в роли мощного фильтра, который прочно фиксирует все тяжелые металлы и существенно ослабляет их попадание в надземную растительную массу и грунтовые воды. Исследуемые почвы в основном представлены черноземами типичными тяжелого и среднего гранулометрического состава, средней мощности и среднего содержания гумуса. Такое состояние почв и высокое значение рН обусловливают ее хорошую буферность и большую поглотительную способность. Вредные ингредиенты, в том числе и ТМ, попадая в почву, адсорбируются на коллоидных частицах, переходя в недоступные растениям формы. Соли ТМ хорошо адсорбируются и органическим веществом почвы. Все эти показатели в конечном итоге представляют собой барьер на пути накопления подвижных форм ТМ в почвах. Поэтому и содержание подвижных форм ТМ большинства элементов в черноземах невысокое.

В хвостохранилищах находятся миллионы тонн отходов, где содержание железа невелико и колеблется в пределах от 0,5 до 5-10 %, и современная наука не располагает методикой его извлечения. Однако эти хвосты представляют собой опасность загрязнения окружающей среды. Многочисленные исследования свидетельствуют, что в почвах и водоемах, опоясывающих хвосты, содержание Zn, Cu, Mn, Cr, Mg и Fe выше, чем в зональных почвах и водах, в 1,5-3 раза. Результаты наших исследований и анализ банка данных НИИКМА показывают, что вокруг промышленной площадки Лебединского ГОКа, на удалении 150 и 300 м, ежегодно оседает соответственно 607 и 469 кг пыли на 1 га земли; в 150 м от карьера оседает около 1 т пыли, а на расстоянии 1, 2, 3, 4 км - соответственно 401, 226, 97 и 47 кг/га. В таких условиях формируются техногенные аномалии, где содержание валовых форм Fe, Cu, Zn в почвах выше зональных в 2-3 раза. Ареал рассеяния Fe прослеживается на расстоянии до 7-15 км и занимает площадь более 100 км2.

Влияние горнодобывающего комплекса на растительный и животный мир. По результатам полевых исследований (Присный, Колчанов, Петин и др., 2006, 2008) установлено, что на сохранившихся участках природной растительности смежных с промышленными зонами территориях сохранилась естественная лугово-степная растительность. Здесь отмечено около 220 видов сосудистых растений, хотя степень дигрессии здесь очень высокая и преобладают сообщества сорной растительности. На лесных и лугово-степных и водно-болотных участках, представленных в районе хвостохранилища Стойленского ГОКа, отмечено около 100 видов растений. Здесь степень дигрессии растительного покрова средняя, хотя доля сорных видов в составе флоры относительно высокая.

Важно подчеркнуть, что обеднение флористического состава заповедника "Ямская степь", выбранного в качестве эталона для сравнения, не наблюдается. Здесь в составе флоры отмечено 454 вида, в том числе много редких, включенных в Красные книги России и Белгородской области. Увлажнение отдельных участков заповедника (балка Сура), вызываемое созданием вне его границ водоема, определяет локальные проявления процессов мезофитизации растительности на дне балки на площади около 1 га: увеличение числа влаголюбивых видов, например, костреца безостого, и развития группировок сорной растительности.

Фауна рассматриваемой территории промышленной площадки включает в основном виды с широкой экологической амплитудой, связанные с искусственными насаждениями и характерные для поселений. Численность беспозвоночных в целом не велика, но отдельные виды могут давать не контролируемые вспышки массового размножения (тополевая черешковая тля, вязовая тля и др.). Часть видов, отмеченных на территории промплощадки, относится к ксеротермическим формам, характерным для зональных условий настоящих степей.

Ядро зоокомплекса рекультивированных отвалов образовано устойчивым набором политопных и мезоксерофильных видов беспозвоночных животных, характерных для обедненного варианта суходольных лугов и молодых лесопосадок. В целом плотность популяций отмеченных видов низкая, что характерно для молодых сообществ со слабо развитыми почвами, а также для сосняков и березовых насаждений. Фауна позвоночных животных еще не сложилась и представлена преимущественно переселенцами с соседних территорий, использующими отвалы как кормовые угодья.

На берегах гидроотвалов создаются благоприятные условия для развития и размножения ряда сорных и адвентивных видов животных, характерных для севера степной зоны, а также видов потенциально опасных для культурных растений - клопы, щитники, долгоносики, перелетная саранча, итальянский прус. Часть обнаруженных здесь видов позвоночных и беспозвоночных животных относится к околоводно-прибрежному комплексу. В отличие от отвалов вскрышных пород и рекультивированных отвалов на прибрежных участках действующих гидроотвалов формируется сложная структура зоокомплекса, включающая и постоянное население позвоночных животных (птиц, мышевидных грызунов).

Леса и луга вне границ промышленной зоны и населенных пунктов используются в качестве сенокосных угодий, пастбищ и в рекреационных целях (балки и речные долины). Как и в лесах пригородной группы, здесь присутствует ряд собственно лесных групп беспозвоночных и позвоночных животных. В то же время их видовой состав обеднен, не достигая и 50% характерного для мало нарушенных дубрав Белгородской области.

Расположенный в непосредственной близости к гидроотвалу Лебединского ГОКа участок заповедника «Белогорье» - «Ямская степь» может, в определенной мере, служить эталоном зонального типа животного населения. Здесь представлены характерные лугово-степные и степные виды, быстро исчезающие при хозяйственном вторжении в целинные сообщества. Общий уровень разнообразия животных здесь соизмерим (выше в 1.2 раза) с уровнем разнообразия на сопоставимой по площади "контрольной" территории.

Около 10% территории Старооскольско-Губкинского горнопромышленного района лежит в границах земельного отвода крупных промышленных предприятий и представляет собой почти полностью преобразованный ландшафт. Здесь наблюдается явное обеднение фауны и ядро зоокомплекса образовано "сорными", включая адвентивные, и термофильными видами. Численность таких, как правило, доминирующих в сообществах видов зачастую выше, чем численность этих же видов в слабо преобразованных элементах ландшафта. Субдоминанты по численности - это в основном широко распространенные мезоксерофильные формы, обычные в биоценозах Белгородской области. Позвоночные животные, кроме синантропных видов птиц, здесь малочисленны и приурочены к рекультивированным отвалам и останцам естественных балок. Около половины площади этой зоны малопригодны для существования устойчивых сообществ животных.