Курс лекций «Основы экологической геологии» (стр. 2 )

3. Комплексным активным влиянием на природную среду, которое охватывает большие площади (в отличие от ряда других отраслей промышленности) и затрагивает все природные компоненты, в том числе относительно глубокие зоны литосферы.

4. Длительной – в течение десятилетий, а иногда и столетий – эксплуатацией месторождений, что приводит в конечном счете к глубоким и необратимым изменениям природной среды.

Технологические и региональные особенности систем использования ресурсов недр и их воздействие на геологическую среду в общем случае зависят от типов месторождений полезных ископаемых и закономерностей их распределения, рельефа местности, инженерно–геологических и гидрогеологических условий.

2.1. Нарушенность геологической среды.

Многочисленные виды механического, в том числе гидромеханического и гидродинамического, воздействия на массивы горных пород приводят к нарушения их естественного состояния, развитию неблагоприятных и часто опасных процессов. На примере систем разработки месторождений полезных ископаемых можно получить представление об основных процессах и явлениях подобного рода (табл. 6).

табл. 6

Добыча полезных ископаемых и нарушенность геологической среды.

Изъятие и перемещение больших объемов горных пород обусловлено тем, что объемы полезного ископаемого по отношению к массам извлекаемой породы невелики. Для железа и алюминия это 15–30%, свинца и меди примерно 1%, серебра и олова – 0.01%, а для золота и платины – 0.00001%. В связи с этим внушительны объемы отвалов, которые в мировом масштабе равны для рудных ископаемых более 1200 куб. км., нерудных около 100 и топливных около 300 куб. км. Открытая разработка минерального сырья в среднем в 3–4 раза дешевле шахтной. Поэтому доля карьерной добычи равна 70%. В среднем карьеры мира углубляются на 5–10 м/год, их максимальные глубины равны 500–700 м, а высоты отвалов и терриконов превышают 100 м. В настоящее время в крупных угольных бассейнах насчитывается до 1000 – 1500 терриконов. Таким образом, амплитуды техногенного рельефа приближаются к 1 км. Открытыми разработками полезных ископаемых нарушены сотни тысяч гектаров земли, на которых образовались своеобразные карьерно–отвальные ландшафты. Современные драги перерабатывают продуктивные на россыпи горизонты пород на глубины до 50 м. Ежегодно техногенные ландшафты промышленных зон расширяются на 35–40 тыс. га.

Откачка воды из карьеров, часто необходимая для создания условий разработки месторождений, вызывает ряд сложных процессов на днищах и склонах карьеров. Снятие напряжения в породах (релаксация) при углублении карьеров приводит к образованию зон разуплотнения пород. В этих зонах увеличиваются трещиноватость или пористость, активизируются процессы растворения, суффозии, гравитационного смещения и оползания. Мощности зон разуплотнения достигают в магматических породах 15 м, в карбонатных 20–30 м, а в песчаниках и сланцах 50 м. Перечисленные выше процессы максимально проявляются в глинистых породах. Обнажение пород в стенках карьеров активизирует процессы их выветривания, которое по мере сноса материала может охватывать все новые объемы пород. Скорости техногенного выветривания пород – 0.3–1.7 м/год, а его признаки иногда проявляются уже в первые дни. Выветривание и разуплотнение – активные факторы отступания и выполаживания стенок карьеров.

Отток подземных вод к карьерам создает обширные депрессионные воронки, зоны снижения уровней водоносных горизонтов. Их диаметры достигают 15 км, площади 200–300 км2, а снижение уровней грунтовых вод при откачках 300–400 м. Истощение грунтовых вод и осушение поверхностных горизонтов влияют на состояние почвенно–растительного покрова, поверхностный сток, то есть обуславливают общую трансформацию ландшафта. Помимо этого в случае наличия карбонатных пород значительно активизируются процессы карстообразования. Причины этого – вынос заполнителя и раскрытия карстовых полостей, нарушение равновесия в массивах пород, усиление вертикального водообмена. Наибольшей активностью отличаются процессы карстообразования в соленосных отложениях на месторождениях Прикарпатья, Белоруси, Татарстана. В течение 1–2 лет здесь можно наблюдать образование поверхностных воронок и провалов глубиной до 10–15 м. Объемы подземных полостей увеличиваются до 22–23 тыс./м3/год.

Проходка шахтных стволов и скважин приводит к соединению и перераспределению вод между ранее разобщенными водоносными горизонтами, к прорывам мощных потоков воды в туннели, забои, продуктивные пласты. Уплотнение пород под совместным влиянием осушения и веса массивных инженерных сооружений является причиной понижения поверхности на значительных площадях. Средние радиусы воронок прогибания равны 50–120 м от периметров сооружений. Оседание в скальных породах достигает 40–120 мм, а в осадочных 10–30 см, причем в первые 1–2 года процесс особенно активен. Нагрузки от сооружений распространяются до глубин 50 м. На площадях добычи соли методом подземного выщелачивания в Башкортостане наблюдается прогибание поверхности со скоростью 10 мм/год. На Апшеронском полуострове величины оседания грунтов достигают 2.5 м, а его скорости 100 мм/год. Мульды оседания в районах крупных нефтегазовых месторождений достигают площадей в тысячи км2. Прогнозы для Западной Сибири оценивают возможное понижение поверхности в пределах нефтегазодобывающих площадей от 0.2 до 15 м. Учитывая близкое к поверхности залегание грунтовых вод (0.3–1.5 м), можно предвидеть увеличение площадей заболачивания и заозеривания, а также процессов подтопления инженерных сооружений. Резкие подвижки пород при падении температуры и давления на месторождениях нефти могут привести к значительным землетрясениям – до 7 баллов в районе г. Грозного.

Антропогенные изменения рельефа в наиболее освоенных областях достигают значительных масштабов и выражаются следующими коэффициентами (7).

Коэффициент антропогенного морфогенеза, равный отношению объема антропогенных форм Y к площади S:

Ка = Y тыс. м3 / S км2.

Например, Волгоградская область при V = 863 млн. м3 и S = 113 тыс. км2 имеет К = 7.6. Этот показатель для Ростовской области равен 8.7, Астраханской – 2.3 и бывшей Гурьевской – 0.3. Для городов Волгограда и Москвы значения Ка примерно равны 242.

Геотехнический коэффициент, равный отношению ежегодного прироста антропогенных форм DV к площади S

Кг = DV тыс. м3 / S км2.

Для Волгоградской области при DV = 22 млн. м3 и S =113 тыс. км2 Кг = 0,2.

Косвенное влияние техногенеза на рельеф относится к региональному, охватывающему огромные площади. Это в основном нивелировка и моделирование поверхности земной коры в результате планировки застраиваемых площадей, сельскохозяйственной обработки и плоскостного смыва почв. На ограниченных площадях техногенное влияние приводит к увеличению дифференциации рельефа, созданию крупных форм. Так, карьеры достигают глубины 700 – 800 м., а терриконы и отвалы высоты более 100 м. В отдельных районах амплитуды техногенного рельефа приближаются к 1 км.

Влияние инженерных комплексов на геологическую среду влечет за собой глубокую перестройку совокупности инженерно–геологических процессов (табл. 7). При этом наблюдается активизация или появление одних процессов и затухание или исчезновение других. Прежде всего меняется картина миграции веществ на поверхности грунтов, происходит изменение типа, направления и скорости их перемещения. Обнажение значительных площадей создает условия для активного плоскостного смыва, делювиальных процессов на месте слабых дефлюкционных. При значительных уклонах и благоприятных литологических условиях возникают предпосылки для появления промоин, а затем и оврагов. Подобные процессы особенно активны на стенках карьеров, склонах терриконов, откосов насыпей и дамб. Изменения водности, режима стока и мутности водотоков кардинально меняют характер русловых эрозионно-аккумулятивных процессов. Обезлесение и подрезка склонов на площадях горных рудников благоприятствует обвально–осыпным и лавинно-селевым процессам. Особенно активны склоновые смещения на отвалах, дамбах и терриконах в случае их сложения из глинистых грунтов.

Строительство линейных сооружений оказывает влияние на движение грунтовых вод, вызывает заболачивание и подтопление вдоль насыпей и трасс трубопроводов. В районах многолетнемерзлых пород активизируются процессы растепления грунтов, солифлюкции, наледообразования, термокарста.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8