Геохимическое исследование почв Павловского буроугольного месторождения в пределах разреза «Павловский-2»

ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 550.4 Е.В. Оводова

ОВОДОВА ЕЛЕНА ВИКТОРОВНА - аспирант кафедры геологии, геофизики и геоэкологии Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток).

E-mail: ovodova.2011@mail.ru

ГЕОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВ ПАВЛОВСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ РАЗРЕЗА «ПАВЛОВСКИЙ-2»

Проведены геохимические исследования почв Павловского буроугольного месторождения в пределах разреза «Павловский-2» с целью оценки степени их загрязненности. Выявлено превышение предельно допустимых концентраций мышьяка, кадмия, свинца и никеля. Определена степень химического загрязнения почв и грунтов в пределах исследуемой территории.

Ключевые слова: Павловское буроугольное месторождение, геохимическое исследование, тяжелые металлы, почва, техногенное воздействие.

Geochemical testing of soils of the Pavlovskoye brown coal deposit within the limits of the mine of Pavlovsky-2. Elena V. Ovodova, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok.

The article deals with the geochemical testing of the soils of the Pavlovskoye brown coal deposit to evaluate the degree of their being polluted. It has been revealed that the concentration of arsenic, cadmium, lead, and nickel is in excess of the acceptable limits. The degree of the chemical pollution of the tested territory has been determined.

Key words: Pavlovskoye brown coal deposit, geochemical testing, heavy metals, soil, tech-nogenic impact.

Развитие угольной промышленности Приморского края базируется на бурых и каменных углях Бикино-Уссурийского, Ханкайского, Угловского, Партизанского и Раздольненско-го бассейнов. Угледобыча неизбежно связана с загрязнением окружающей среды и образованием техногенных ландшафтов.

Разработка буроугольных месторождений в крае ведется открытым способом и оказывает существенное негативное воздействие на все компоненты окружающей среды в районе добычи. Наибольшую опасность представляет загрязнение почвенного покрова, так как почва является депонирующей средой, в которой загрязняющие вещества, в том числе тяжелые металлы, накапливаются и преобразуются. Поэтому целью данной работы является проведение геохимического исследования почв Павловского буроугольного месторождения в пределах разреза «Павловский-2». Прежде всего нам необходимо: 1) определить концентрации тяжелых металлов в почвенном горизонте и сравнить их с нормативными и фоновыми;

© Оводова Е.В., 2013

2) оценить степень загрязнения почвенного горизонта по суммарному показателю химического загрязнения

Геологические особенности Павловского буроугольного месторождения

Павловское месторождение входит в состав Ханкайского буроугольного бассейна и является наиболее перспективным в этом бассейне, занимая 1-е место по запасам (460,2 млн т) [10].

В орографическом отношении территория Павловского буроугольного месторождения представляет собой равнину с мелкосопочным рельефом, в структурном - подразделяется на два сектора: восточный и западный. Восточный сектор представляет собой ряд наложенных эрозионно-тектонических мульд (Южная, Северная и Восточная), имеющих субширотное простирание. Западный сектор образован крупной Галенковской впадиной, контролируемой Уссурийским разломом и включающей мульды Павловскую и Северную депрессию. Несколько обособленно находятся Лузановская и Поисковая мульды [6].

В геологическом строении фундамента принимают участие среднепалеозойские гра-нитоиды с останцами нижнекембрийских отложений в восточных районах месторождения (см. рисунок). Все древние образования фундамента затронуты интенсивными процессами гипергенеза. Мощность коры выветривания достигает 50-70 м. Фундамент западных районов Галенковской впадины представлен северо-восточной оконечностью Раздольненского прогиба, выполненного баррем-альбскими угленосными отложениями [8].

На размытой поверхности фундамента с резким угловым несогласием залегают верхне-олигоцен-миоценовые терригенно-осадочные отложения павловской (наиболее угленасыщен-ной), усть-суйфунской и суйфунской свит и плиоценовые базальты шуфанской свиты.

Угольный разрез «Павловский-2» расположен в северо-западной части Павловского буроугольного месторождения на водоразделе рек Абрамовка и Осиновка (см. рисунок) и работает на запасах детально разведанного участка «Павловский» (298 млн т - по категориям А+В+С1). Участок отрабатывается с 1982 г. и представляет собой наиболее крупную на месторождении изолированную мульду.

По данным В.В. Рашевского с соавторами [4], добываемые угли - бурые, генетической группы гумолитов, класса гелитолитов, типа ультраклареновых. Угли марок 1Б-2Б, среднезольные (А - 18-20%), малосернистые (0,4-0,6%), с общей влагой рабочего топлива 41,3-45%, выходом летучих 58% и низшей теплотой сгорания рабочего топлива 25202970 ккал/кг.

В результате геолого-геохимических исследований в углях разреза «Павловский - 2» выявлено содержание германия в углистых глинах от 0,02 до 14 г/т, в золе - от 2 до 8 г/т. Кроме германия повсеместно в угольных пластах установлены высокие концентрации вольфрама, бериллия и сурьмы [8]. Отмечается также наличие золото-платино-палладиевого и редкоземельного (преимущественно иттриевоземельного) оруденения как в углях, так и породах вскрыши [9].

Техногенное воздействие разработки Павловского буроугольного месторождения

на окружающую среду

За последние 7 лет добыча угля в пределах разреза «Павловский-2» увеличилась с 2312,2 тыс. т (2006 г.) до 2700 тыс. т (2011 г.) и, по прогнозам, к 2015 г. должна составить 2750 тыс. т [4]. С увеличением объемов добычи возрастает и техногенная нагрузка на ландшафты. Открытая разработка угольных месторождений оказывает негативное воздействие на весь природно-территориальный комплекс: геологическую среду, почвенный покров, поверхностные и подземные воды, приземную атмосферу, растительный и животный мир.

© © ©

Условные обозначения:

Западная площадь (Галенковская впадина с действующим разрезом «Павлоский-2») Впадина участка «Поискового»

Восточная площадь с мелкими отработанными мульдами

^ *" ^ *" Плиоценовые базальты шуфанской свиты

Верхнеолигоцен-миоценовые отложения суйфунской, усть-суйфунской и павловской свит

Комплекс мезозойских терригенных отложений Среднепалеозойские гранитоиды

Среднепалеозойские эффузивные образования кислого состава

Нижнекембрийские кварц-серицитовые, хлоритовые, графитистые, глинистые сланцы и мраморы лузановской свиты

Границы угленосных структур

Крупные разрывные нарушения: а) установленные; б) предполагаемые Схематическая геологическая карта Павловского буроугольного месторождения

У

Основными источниками воздействия на компоненты окружающей среды при открытой угледобыче являются:

• на приземную атмосферу - горные работы, вскрышные породы, слагающие отвал, машины и механизмы, производственные дороги;

• на поверхностные воды - сбросы дренажных вод, сточные воды с отвала;

• на подземные воды - карьерный водоотлив, техногенный массив отвальных пород, стоки с отвала;

• на геологическую среду, почвы, животный и растительный мир - горные работы, внешние отвалы, машины и механизмы, водоотводные и дренажные мероприятия.

Техногенное воздействие на геологическую среду и почвы приводит к следующим негативным последствиям:

• отстранение земель (изъятие земельных ресурсов);

• изменение ландшафта местности;

• развитие склоновой и овражной эрозии;

• выветривание и гипергенное преобразование пород;

• уничтожение плодородного почвенного слоя на площади отторжения;

• химическое и механическое загрязнение почв, в том числе и на сопредельных территориях.

В данной работе проведено исследование геохимического загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами в зоне действующего буроугольного разреза «Павловский-2».

Методика исследований

Методика проведенных автором геохимических исследований состояла в отборе и изучении проб почвогрунта с их последующим химическим анализом для определения содержания в них тяжелых металлов. Пробы отбирались по всему периметру разреза «Павлов-ский-2» методом «конверта» с глубины 10 см.

Оценка загрязнения почв угольного разреза выполнена на основании исследования содержаний элементов, относимых к 1-му и 2-му классам опасности по ГОСТ 17.4.1.02-83 [2]. В данной работе проанализированы содержания ртути кадмия (Сd), свинца

цинка ^п), а также мышьяка (As), относящихся к первому классу опасности. Из веществ второго класса опасности выполнено определение концентраций меди никеля (№) и

хрома (&), из третьего класса - марганца ^п) и железа (Те).

Основными критериями, используемыми для оценки степени загрязнения почв, должны быть предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочные допустимые количества (ОДК) химических веществ в почве по ГОСТ 17.4.1.03-84 [3].

Сопоставление полученных данных о наличии загрязнителей проводилось на основании оценочных показателей состояния загрязнения почв, исходя из существующих нормативных документов и значений фонового содержания веществ в почвах Приморского края.

Результаты химико-аналитических исследований почв оформлены протоколом выполнения анализов аккредитованной химической лабораторией ООО «Экоаналитика» (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001516028).

Содержание валовых форм меди, цинка, свинца, железа, кадмия, хрома, марганца и никеля анализировалось методикой РД 52.18.685-2006; ртути - МУК 4.1.1471-03; мышьяка -ПНД Ф 16.1:2.2:3.17-98.

Результаты и обсуждения

Опробованию подлежали отложения палеоген-неогенового возраста. Процесс биологического формирования почвы на исследуемой территории находится в начальной стадии. Гумусовый горизонт практически не выражен, содержание гумуса очень низкое (0,5-0,28 %).

Содержание соединений азота, фосфора и калия также мало. В поглощенных катионах преобладают ионы Са2+ или Н+. Показатели обменной поглотительной способности почвы очень низкие, что говорит о неразвитости почвенного коллоидного комплекса в целом. Реакция среды от слабокислой до нейтральной (рН = 5,1-6,0). Гранулометрический состав неоднородный и представлен разностями от песков до глин [5].

Результаты проведенных исследований химического состава почв угольного разреза «Павловский-2» приведены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в образцах почв разреза «Павловский-2»

Значение Содержание, мг/кг

Класс опасности

I II II]

ЛБ не са РЬ Zn Си Сг N1 Мп Ее

Среднее (п=15) 12,08 0,043 2,64 26,28 36,24 26,75 62,03 26,59 274,87 25853

Мин. 6,95 0,029 1,28 9,10 23,90 22,84 25,13 21,56 125,92 9768

Макс. 32,02 0,052 5,19 55,06 83,02 33,54 112,42 32,51 555,40 60351

В результате проведенного геохимического исследования почв Павловского буро-угольного месторождения в пределах разреза «Павловский-2» установлено, что по тяжелым металлам I класса опасности содержание ртути и цинка в пределах допустимых норм. Содержание мышьяка, кадмия и свинца значительно превышает ПДК и приводит к загрязнению почвенного покрова в пределах действующего разреза.

Соединения мышьяка (Лб) обнаружены во всех образцах почвы, его содержание колеблется от 6,95 до 32,02 мг/кг, составляя в среднем 12,08 мг/кг. Это в 16,01 раза выше, чем ПДК, установленная для валового содержания мышьяка (2 мг/кг), и в 6,7 раза выше регионального геохимического фона Приморского края (4,77 мг/кг [1]).

Повышенные концентрации кадмия (Са) зафиксированы в семи отобранных пробах. Максимальная его концентрация составляет 5,19 мг/кг почвы, что в 2,6 раза выше ПДК и в 4,05 раза превышает фоновое значение (по Приморскому краю - 1,28 мг/кг).

Свинец (РЬ) содержится на территории разреза «Павловский-2» в количествах от 9,10 до 55,06 мг/кг. Наибольшие превышения выявлены в пробах 5, 12 и 15, это свидетельствует о сильном загрязнении свинцом в пунктах погрузки угля и автоотвалов. Средняя концентрация свинца составляет 26,28 мг/кг почвы, это выше фонового уровня в 1,6 раза (по Приморью - 16,2 мг/кг).

Содержание тяжелых металлов II класса опасности (меди и хрома) не превышает ПДК (ОДК) в почвенном покрове разреза «Павловский-2». А присутствие во всех образцах проб никеля и существенное превышение его ОДК свидетельствуют об имеющемся загрязнении территории данным веществом.

Содержание никеля (N1) характеризуется равномерным распределением в поверхностном слое почвы и составляет от 21,56 до 32,51 мг/кг, что в 1,6 раза выше ОДК и 2,3 раза выше фонового содержания в Приморском крае (14 мг/кг).

При изучении концентраций марганца и железа можно констатировать отсутствие загрязнения данными элементами почв исследуемой территории.

Согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 [7] была произведена оценка степени загрязнения почвы химическими веществами и определена категория загрязненности почв. В результате можно сделать следующий вывод: почвы в пределах угольного разреза «Павловский-2» по содержанию в них мышьяка, кадмия и свинца относятся к категории загрязненности «очень сильная». По содержанию хрома и никеля - «сильная». По содержанию цинка, марганца и железа загрязненность почв «слабая» либо отсутствует.

Приповерхностный почвенный горизонт является основным аккумулятором техногенного загрязнения и одновременно барьером на пути проникновения элементов-

загрязнителей в нижние почвенные горизонты и подземные воды. Обобщенная оценка воздействия тяжелых металлов на степень химического загрязнения почвы обследуемой территории оценивалась по суммарному показателю химического загрязнения

Суммарный показатель химического загрязнения характеризует степень химического загрязнения почв и грунтов обследуемых территорий вредными веществами различных классов опасности и определяется как сумма коэффициентов концентрации отдельных компонентов загрязнения. Такими показателями являются безразмерные величины, отражающие превышение концентрации одного или группы химических элементов над соответствующими значениями геофонов: коэффициент концентрации химического элемента Ксг- и суммарный показатель загрязнения Zc. Результаты расчетов коэффициентов Ксг- и Zc приведены в табл. 2.

Анализ данных, представленных в табл. 2, свидетельствует о том, что основными загрязнителями почвы на исследуемом участке являются мышьяк, кадмий, никель. Кроме этого в некоторых пробах отмечаются повышенные концентрации свинца, меди и хрома.

Таблица 2

Оценка химического загрязнения почвогрунтов по суммарному показателю

химического загрязнения ^с)

Проба, № Коэффициент концентрации

Л« са РЬ Zn Си Сг N1 Zc

Фон

4,77 0,1 1,28 16,2 61,3 23,4 39,1 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 1,65 0,38 1,29 0,68 0,41 1,02 0,64 1,59 0,66

2 1,46 0,29 1,00 0,56 0,39 0,98 0,87 1,67 0,22

3 2,11 0,4 1,59 0,87 0,45 1,07 1,87 1,82 3,18

4 1,46 0,39 1,65 1,12 0,47 1,05 1,77 1,73 2,64

5 2,91 0,51 4,05 3,39 1,35 1,43 1,49 2,25 10,38

6 2,35 0,42 1,61 1,92 0,71 1,18 1,11 1,86 4,16

7 2,31 0,47 3,16 2,04 0,87 1,26 2,88 2,32 8,31

8 2,29 0,38 2,75 1,13 0,53 1,29 1,39 2,04 4,80

9 1,92 0,45 1,47 1,92 0,44 0,99 1,82 1,68 3,69

10 6,29 0,47 1,52 1,17 0,43 1,04 1,56 1,78 7,26

11 2,52 0,39 2,47 1,24 0,50 1,19 1,79 1,93 5,03

12 4,00 0,52 2,38 2,98 0,56 1,30 1,59 2,04 8,37

13 1,48 0,47 1,32 0,91 0,41 1,01 1,03 1,54 1,17

14 2,31 0,49 1,50 1,92 0,51 1,13 2,33 1,93 5,12

15 6,71 0,49 3,13 2,48 0,86 1,20 1,67 2,30 11,84

Суммарный коэффициент загрязнения Zc меняется в диапазоне от 0,22 до 11,84. При этом минимальный коэффициент загрязнения (0,22) соответствует пробе 2 (почвы, не подвергшиеся техногенному воздействию), а максимальный (11,84) - пробе 15 (пункт погрузки угля).

Величина показателя Zc в соответствии с ориентировочной оценочной шкалой, приведенной в СанПиН 2.1.7.1287-03 [7], позволяет характеризовать обследуемую территорию по содержанию тяжелых металлов в основном как допустимо чистую и пригодную к использованию без ограничений, исключая объекты повышенного риска.

Итак, в результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- существует риск загрязнения почв разреза «Павловский-2» мышьяком, кадмием, свинцом и никелем;

- наиболее высокие уровни концентрации тяжелых металлов в почве определяются в пунктах погрузки угля и автоотвалах;

- основными источниками тяжелых металлов в почве являются отходы (породы вскрыши), образующиеся в ходе технологических процессов, и автотранспорт, работающий на дизельном топливе (бульдозеры, экскаваторы, самосвалы);

- оценка воздействия тяжелых металлов на степень химического загрязнения почвы обследуемой территории, проведенная по суммарному показателю химического загрязнения (Zc), показала, что данная территория относится к категории допустимо чистой и пригодной к использованию без ограничений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бураго А.И., Шлыков С.А. и др. Комплект геохимических карт южной половины Приморского края масштаба 1:1 000 000 и объяснительная записка к ним. Промежуточный отчет ТОО МИФ «Экоцентр» по объекту уч. Приморский за 1994-1997 гг. Владивосток, 1997.

2. ГОСТ 17.4.1.02-83 Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения.

3. ГОСТ 17.4.1.03-84 Охрана природы. Почвы. Термины и определения химического загрязнения.

4. Рашевский В.В., Артемьев В.Б., Силютин С.А. Качество углей ОАО «СУЭК». М.: Кучково поле, 2011. 576 с. (Сер. «Библиотека горного инженера»; т. 5, кн. 1).

5. РП рекультивации земель, нарушенных горными работами ДОАО «Разрез Павловский № 1», объекта, предусмотренного проектом ликвидации ДОАО «Разрез Павловский № 1» ОАО «Приморскуголь». Т. 1. 2003.

6. Садардинов И.В., Агошков А.И., Витюк А.К. и др. Перспективы освоения угольных месторождений Дальнего Востока. Горно-экологические условия. Т. 1. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2004. 346 с.

7. СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. М.: Госсанэпиднадзор России, 2003.

8. Седых А.К. Кайнозойские рифтогенные впадины Приморья (геологическое строение, минерагения и геодинамика углегенеза). Владивосток: Дальнаука, 2008. 65 с.

9. Середин В.В. Редкоземельная минерализация в позднекайнозойских эксплозивных структурах (Ханкайский массив, Приморье) // Геология рудных месторождений. 1998. Т. 40, № 5. С. 403-418.

10. Симаненко Л.Ф. Свинец и цинк Дальнегорского рудного района // Under Construction. URL: http://www.fegi.ru/primorye/geology/zn.htm (дата обращения: 20.07.1013).

REFERENCES

1. Burago AI, Shlikov SA and other. Complete set of geochemical maps of the southern half of Primorsky Krai, scale 1:1 000

000 and the explanatory memorandum to him. The intermediate report LLP MYTH "Eco Centre" on the project Account. Seaside for the 1994-1997 years. Vladivostok, 1997. [Burago A.I., Shlykov S.A. i dr. Komplekt geohimicheskih kart ju-zhnoj poloviny Primorskogo kraja masshtaba 1:1 000 000 i objasnitel'naja zapiska k nim. Promezhu-tochnyj otchet TOO MIF «Jekocentr» po ob#ektu uch. Primorskij za 1994-1997 gg. Vladivostok, 1997].

2. GOST 17.4.1.02-83 Nature Conservancy. The soil. Classification of chemicals for the control of pollution. [GOST 17.4.1.02-83 Ohrana prirody. Pochvy. Klassifikacija himicheskih veshhestv dlja kontrolja zagrjaznenija].

3. GOST 17.4.1.03-84 Nature Conservancy. The soil. Terms and definitions for chemical - contamination. [GOST 17.4.1.0384 Ohrana prirody. Pochvy. Terminy i opredelenija himicheskogo za-grjaznenija].

4. Rashevsky VV, Artemyev VB, Silyutin SA. The quality of coal "SUEK" . M. Kuchkovo field in 2011. 576 p. (Series "Library Mining Engineer", vol. 5, book 1). [Rashevskij V.V., Artem'ev V.B., Siljutin S.A. Kachestvo uglej OAO «SUJeK». M.: Kuchkovo pole, 2011. 576 s. (Ser. «Biblioteka gornogo inzhenera»; t. 5, kn. 1)].

5. RP reclamation of land disturbed by mining DOAO "Cut Pavlovsky N 1", the object under the draft liquidation DOAO "Cut Pavlovsky N 1" of "Primorskugol", T. 1. 2003 . [RP rekul'tivacii zemel', narushennyh gornymi rabotami DOAO «Razrez Pavlov-skij № 1», ob#ekta, predusmotrennogo proektom likvidacii DOAO «Razrez Pavlovskij № 1» OAO «Primorskugol'». T. 1. 2003].

6. Sadardinov IV, Agoshkov AI, AK Vityuk etc. The prospects of coal deposits of the Far East. Mining and environmental conditions, t. 1. Publishing House of the Far Eastern University, 2004. 346 p. [Sadardinov I.V., Agoshkov A.I., Vitjuk A.K.

1 dr. Perspektivy osvoenija ugol'nyh mestorozhdenij Dal'nego Vostoka. Gorno-jekologicheskie uslovija. T. 1. Vladivostok: Izd-vo Dal'nevost. un-ta, 2004. 346 s.].

7. SanPin 2.1.7.1287-03 Sanitary requirements for the quality of the soil. Moscow, Russian Gossanepidnadzor , 2003. [SanPiN 2.1.7.1287-03 Sanitarno-jepidemiologicheskie trebovanija k kachestvu pochvy. M.: Gossanjepidnadzor Rossii, 2003].

8. Grizzly AK. Cenozoic rift basin of Primorye (geology , metallogeny and geodynamics uglegeneza). Vladivostok, Dal'nau-ka, 2008. 65 p. [Sedyh A.K. Kajnozojskie riftogennye vpadiny Primor'ja (geologicheskoe stroenie, mineragenija i geo-dinamika uglegeneza). Vladivostok: Dal'nauka, 2008. 65 s.].

9. Seredin V.V. Rare mineralization in the Late combustible structures (Khankaysky array Primorye). Geology of Ore Deposits, 1998;40(5):403-418. [Seredin V.V. Redkozemel'naja mineralizacija v pozdnekajnozojskih jeksplozivnyh strukturah (Hankajskij massiv, Primor'e) // Geologija rudnyh mestorozhdenij. 1998. T. 40, № 5. S. 403-418].

10. Simanenko LF. Lead and zinc ore district Dalnegorsky. Under Construction. URL: http://www.fegi.ru/primorye/geology/zn.htm (date accessed: 20.07.1013). [Simanenko L.F. Svinec i cink Dal'negorskogo rudnogo rajona // Under Construction. URL: http://www.fegi.ru/primorye/geology/zn.htm (data obrashhenija: 20.07.1013)].