Геологическая характеристика района работ.

Экологическая оценка изменения факторов окружающей среды Донецко-Макеевской промышленно-городской агломерации

Дудик Сергей Алексеевич

Автореферат магистерской работы

Донецк, 2003

Введение

Донецкий каменноугольный бассейн – крупнейший индустриальный район Украины, промышленное развитие которого насчитывает более 200 лет. Подобно Рурскому бассейну в Германии или Пенсильванскому в США он сыграл выдающуюся роль в становлении угольной, металлургической и иных видов промышленности, развитии геологической, горной и других наук, основании университетов, институтов и колледжей. Основа существования региона – его минерально-сырьевые ресурсы; здесь геологами открыто и разведано свыше 800 месторождений, более 50 видов минерального сырья. Их стоимость по оценкам зарубежных специалистов составляет свыше 3 триллионов долларов США. Однако систематическое нарушение и несоблюдение законов и правил природы, действующих независимо от воли людей, привело к тому, что Украина (и особенно Донбасс) стали регионами Европы, где сложилась весьма напряженная, а местами катастрофическая экологическая ситуация. В результате техногенного загрязнения окружающей среды Донбасса нарушено динамическое равновесие, а опасность поражения человека стала одной из наиболее высоких в Украине и мире.

Здоровье жителей региона на 70% и более зависит от экологического состояния среды (в мире на 21%). Так, если в Донецкой области в 1991 г. число умерших составило 60,8, а число родившихся 54,4 тыс. чел., то в 2000 г. умерло уже 80,1 тыс.чел., а родилось 29,5 тыс.чел. . Средняя продолжительность жизни мужчин в Украине по официальным данным составляет 58 лет, а в Донбассе – не более 53-55 лет. Кроме того, загрязнение окружающей среды Донбасса пагубно влияет на генетический аппарат человека, и у нас год от года растет количество детей, родившихся с генетическими уродствами, а детская заболеваемость с 1996 по 1999 г. возросла на одну треть. По заключению специалистов, изучавших экологическую ситуацию в ряде городов Донбасса, причинами смерти на 95% явились болезни, обусловленные ухудшившейся средой обитания, а сам регион признан зоной экологического бедствия.

Весьма напряженную экологическую обстановку создало в Донбассе все возрастающее техногенное воздействие на среду обитания, связанное с разработкой углей и других полезных ископаемых, развитием металлургической, коксохимической, строительной и иных видов промышленности, работой ТЭЦ, сжигающих каменный уголь, и других производств. Техногенная нагрузка на геологическую среду в регионе превышает аналогичный показатель в соседних странах в 5-15 раз.

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Одной из наиболее важных глобальных проблем человечества стала экологическая проблема, включающая наблюдение за окружающей средой, ее охрану, рациональное использование природных ресурсов и другие вопросы, затрагивающие взаимоотношения общества и природы. Интенсивное использование, особенно в последнем веке, природных ресурсов и вовлечение их в хозяйственную деятельность привело к значительным физико-химическим изменениям биосферы многих регионов мира. В некоторых из них эти изменения достигли той границы, за которой общественный прогресс и благополучие общества стали затруднительными и невозможными.

К одному из таких регионов Европейского континента относится Донбасс. Здесь произошло чрезмерное истощение природных ресурсов и сверхзагрязнение окружающей среды вредными химическими веществами. Наиболее высоких масштабов они достигли в промышленно-городских агломерациях, особенно Донецко-Макеевской (ДМ ПГА). Здесь сконцентрирована основная часть промышленных предприятий региона и проживает большая часть его населения.

Учитывая серьезность сложившейся ситуации, первоочередной задачей является изучение масштабов, характера и степени техногенного воздействия на биосферу Донбасса. Для этого необходимо провести комплексное эколого-геохимическое картирование ДМ ПГА и получить достоверные данные. Опираясь на результаты эколого-геохимического картирования, разработать на глубокой научной основе оптимальные пути выхода из создавшегося экологического кризиса

Цель работы. Объект исследования – основные компоненты природной среды горнопромышленных районов Донбасса - приземная атмосфера, почвы, подземные воды. Цель работы - региональная оценка эколого-геохимического состояния основных взаимосвязанных компонентов биосферы Донецко-Макеевской ПГА. Методы исследований – эколого- геохимическое картирование, аналитические исследования почв с использованием спектрального химического атомно- абсорбционного методов.

Научная новизна. Впервые проведена эколого-геохимическая инвентаризация почв Донецко-Макеевского ПГА, их гигиеническая оценка, установлена высокая степень техногенных химических изменений всех взаимосвязанных компонентов биосферы – приземной атмосферы, почв, подземных вод, даны рекомендации экологического оздоровления окружающей среды.

Практическая ценность. Предложенный комплексный метод эколого-геохимического картирования отличается высокой степенью достоверности итоговых материалов, сравнительной дешевизной.

Апробация. На работу ''Эколого-геохимическая инвентаризация компонентов окружающей среды г. Донецка и прогнозирование их изменений'' дано экспертное заключение, в соответствии с Законом Украины ''О научной и научно-технической экспертизе'' от 25 января 1996 года.

Содержание работы

Состояние проблемы.

Почвы, как главная депонирующая природная среда, в наибольшей степени отражают масштабы и характер изменений ОС в техногенный период.

Выполненное Институтом геолого-экологических проблем Донбасса (ИГЭПД) эколого-геохимическое картирование почв (преимущественно по сети 200х200 м) показало, что в их загрязнении участвует более 40 вредных химических веществ, среди которых 26 металлов, различные органические соединения, в том числе и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), а также нитраты, нитриты, аммонийный азот, хлориды и др. Наиболее активными элементами-загрязнителями почв являются Hg, Рв, Zn, As, Ge, Mo, Ag, Cu, Ba, W. Их техногенные аномалии и поля занимают от 80 (Hg) до 30% площади ПГА. Около 10-15% изученной городской территории занимают техногенные литохимические аномалии Sb, Mn, P, Sn, Mg, Li, нитратов и хлоридов, 5-10% - Fe, Cr, Be, Tl, Cd, Zr, Sc. Особенностью техногенных литохимических аномалий и полей является их высокая комплексность. В отдельных из них присутствует до 10-17 элементов-загрязнителей.

Согласно медицинским нормативам на территории ПГА присутствуют очаги химического загрязнения почв, где жизнедеятельность населения подвержена опасности. Так, на территории города Донецка имеется 209 таких очагов. Общая их площадь 51 кв.км, что составляет 15,3% городской территории. Сопоставление геохимических спектров техногенных литохимических аномалий и других природно-техногенных объектов показало наличие причинно-следственной геохимическй связи в компонентной цепи: минеральное сырье ? промотходы ? окружающая среда.

Эти данные свидетельствуют, что добыча, переработка и потребление минерально-сырьевых ресурсов, особенно местных углей, в наибольшей степени сказались на химических изменениях почв и других компонентов биосферы этого региона. Таким образом, геохимическая специализация измененных в антропогенный период компонентов биосферы Донбасса в большей части унаследована от добываемого и используемого в регионе минерального сырья.

Геологическая характеристика района работ.

Стратиграфия. В геологическом строении района участвуют палеозойские, и кайнозойские образования. Палеозойские образования представлены девонскими вулканогенно-осадочными, каменноугольными и пермскими осадочными породами. Девонская система. Девонские образования находятся в зоне сочленения складчатого Донбассас с Приазовским геоблоком Украинского щита (УЩ). Они расчленены на николаевскую, антон- тарамскую, долтинскую и раздольненскую свиты. Николаевская свита («белый девон»)- Д2пк разделяется на две толщи: нижнюю - гравелито-аргиллитовую, залегающую непосредственно на породах кристаллического фундамента и верхнюю- сланцево-известковистую.

Гравелито-аргиллитовая толща сложена конгломерато- гравелитами и грубозернистыми аркозовыми песчаниками, иногда переходящими в кварциты. Выше по разрезу эти отложения переслаиваются с маломощными горизонтами глинистых сланцев. Мощность гравелито-аргиллитовой толщи колеблется от нескольких метров до 35-50 метров. Вверх по разрезу нижняя толща постепенно сменяется аргиллито-известковистыми породами с редкими прослоями песчаников.

Преобладают тонкокристаллические, сливные известняки. Мощность верхней толщи колеблется от нескольких метров до 65 метров.

Антон-тарамская свита – Д3ап сложена базальтами, пикрит- базальтами, андезито-базальтовыми порфиритами, лавобрекчиями и туфами основного состава. Она несогласно залегает на породах николаевской свиты и докембрия. Наряду с покровными образованиями встречаются межпластовые, дайковые и экструзивные тела. Мощность свиты колеблется от 70 до 500 метров.

Долгинская свита ("бурый девон") – Д3 dl. Отложения свиты залегают на слабо размытой поверхности эффузивной толщи антон- тарамской свиты и на породах кристаллического фундамента. Они представлены континентальными терригенными, преимущественно грубообломочными образованиями, (конгломератами, гравелитами, песчаниками). Мощность свиты колеблется от 20 до 150 метров. Раздольненская свита ("серый девон") – Д3 rs залегает на буром девоне и не имеет четко установленной подошвы. Переход между "бурым" и "серым" девоном постепенный. Породы, слагающие свиту, представлены песчаниками от конгломератовидных до мелкозернистых и, реже - песчаными сланцами. Окраска пород чаще всего серая, светло-серая. Мощность свиты колеблется от 69 до 208 метров.

Каменноугольная система. Отложения каменноугольной системы слагают сводовую часть и крылья Главной антиклинали и повсеместно обнажаются на дневной поверхности, либо перекрыты маломощным чехлом четвертичных образований. Данная система представлена отложениями всех трех отделов.

Нижний отдел обнажается вблизи зоны сочленения Донбасса с Приазовским геоблоком УЩ. Он расчленен на четыре стратиграфические подразделения – турнейского, визейского ярусов, грабовской и самарской свит.

Турнейские образования –C1t представлены, главным образом, известняками, меньше - доломитами. В основании разреза залегают грубозернистые кварцевые песчаники, участками переходящие в тонкозернистые разности.

Визейские образования –C1v согласно залегают на породах турнейского яруса. Они представлены карбонатными и песчано- глинистыми породами. В основании разреза залегают плитчатые глинистые известняки, чередующиеся с прослоями известково- глинистых сланцев. Выше по разрезу наблюдается толща однородных по составу серых мелко-неравномернокристаллических известняков, переслаивающихся с мергелями.

Грабовская свита – С12 представлена глинистыми песчаниками с прослоями известняков и углистых сланцев. Самарская свита С13 сложена сланцами песчаными, глинистыми песчаниками, известняками с встречающимися прослоями углей.

Средний отдел является основной стратиграфической единицей и представлен всеми свитами. Отложения этого отдела обнажаются вдоль оси Главной антиклинали, характеризуются высокой угленосностью и являются объектом эксплуатации многочисленных угольных шахт.

Отложения свиты С21 частично обнажаются и представлены песчаниками и сланцами с ограниченным количеством известняков. Угленосность свиты весьма низкая и промышленного значения не имеет.

Свита С22 хорошо изучена. Отложения ее обнажаются в осевой части антиклинали Сложены они в нижней части чередующимися пачками сланцев и песчаников мощностью 10-20 м; в верхней части свиты развита мощная выдержанная пачка (120 м) так называемых «софиевских» песчаников, накопление которых продолжалось и в первый период образования свиты С23 в связи с чем известняк Н1, разграничивающий свиты С22 и С23 в районе отсутствует. В свите 5-6 слоев известняков небольшой мощности. В основании «софиевских» песчаников местами встречается угольный пласт g3, в редких случаях достигающий рабочей мощности.

Свита С23 в средней части разреза, над «софиевскими» песчаниками, представлена алевритовыми и глинистыми сланцами, а также мелкозернистыми песчаниками. К ней приурочены известняки Н3, Н4, Н41, Н5, Н50, Н51, Н6 и Н61 и угольные пласты и прослои h3, h4, h5, h6, h61, h62, h7, h8, h10 и h101 . Над известняком Н50 залегает устойчивая пачка глинистых сланцев мощностью 40 м, являющаяся хорошим корреляционным горизонтом. Заканчивается разрез мощной пачкой (100-130 м) «чернокурганских» песчаников, выдержанных на всем простирании района. В основании этих песчаников залегает пласт h10, местами имеющий мощность до 1,5 м.

Свита С24 сложена в основном алевролитовыми и глинистыми сланцами с очень ограниченным количеством песчаников, известняков и углей. Известняки, как правило, маломощные, невыдержанные, глинистые; прослои углей также маломощны (0,05-0,2 м).

Свита С25 по составу пород и угленасыщенности разделяется на три примерно равные части. Нижняя часть свиты, между известняками К1 и К6, представлена песчаниками и алевритовыми сланцами и содержит большое количество известняков и углей. К этой части свиты приурочено до 10 пластов углей (от k1 до k41), достигающих рабочей мощности. Непосредственно в кровле угольных пластов k21, k31 и k4 залегают известняки. Песчаники здесь сосредоточены в основании свиты, а угленасыщенная часть почти вся расположена выше песчаников между пластом угля k2 и известняком К6.

Средняя часть свиты, между известняками K6 и K7 , представлена мощными пачками песчаников и сланцев, чередующихся между собой, и угольными пластами k42, k5 , k51 , k52 и k6. Известняки отсутствуют. Известняк K7, присутствующий почти повсеместно на южном крыле антиклинали, на большей части северного крыла размыт.

Верхняя часть свиты, между известняками K7 и L1 , также представлена мощными пачками песчаников, переслаивающихся со сланцами, главным образом алевритовыми, и содержит известняки K8 и K9. Между известняками K7 и K8 в сланцах залегают рабочие угольные пласты k7 и k71, выше известняка К9 - пласты k74, k75 и k8 с известняком L1 в кровле. На значительной площади известняк L1 размыт и замещен песчаником.

Свита C26 обладает максимальной угленасыщенностью в нижней половине. Отложения ее начинаются мощной пачкой песчаников (30-50 м), залегающих в кровле известняка L1, над которой расположена группа пластов углей: l1, l21, l3, l4н и l4в с известняком L5 в кровле последнего. Выше следует переслаивание мощных пачек песчаников и сланцев, вмещающих пласт l5 и пласт l6 с известняком L7 в кровле. Над ним залегает пачка сланцев мощностью 30-45 м с угольными пластами l7, l71, l8, l81 и l82 . Пласт l82 залегает в почве известняка M1, которым начинается разрез свиты C27.

В свите C2 промышленная угленосность приурочена преимущественно к сланцевой толще, заключенной между известняками M1 и M10. В этой толще 18 угольных пластов и прослоев, из которых 14 достигают рабочей мощности. В верхней части свиты развиты мощные песчаники; имеются три прослоя углей ( m81 , m9 , m91 ), приобретающих иногда рабочую мощность.

Верхний отдел развит на крыльях Главной антиклинали и представлен тремя свитами, сложенными чередованием мощных толщ песчаников, аргиллитов, алевролитов и маломощных прослоев известняка. Угленасыщенность слабая. Угольные пласты, достигающие рабочей мощности и имеющие промышленное значение, содержатся только в свите С31 (пласт n1). Общая мощность этих отложений составляет 2300-2800 м.

Пермская система. Отложения пермской системы распространены в Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловинах. В пределах площади района они слагают Краматорско-Часовьярскую синклиналь на севере и Райско-Калиновскую на юго-западе. В нижнем отделе перми выделяются три свиты (картамышская, никитовская и славянская). Первая из них согласно перекрывает отложения верхнего карбона и представлена переслаиванием песчано-глинистых пород с преобладанием алевролитов и песчаников. Мощность свиты 880-970 м. Отложения никитовской и славянской свит, представленные терригенно-галогенными образованиями, развиты в крайней северной части Центрального углепромышленного района .

Кайнозойский структурный этаж сложен горизонтально залегающими неогеновыми и четвертичными отложениями. Отложения неогена представлены нижне-, средне-, и верхне- сарматскими образованиями (глины, песчано-глинистые породы, известняки-ракушечники, каолиновые глины, опоковидные песчаники. Мощность этих отложений колеблется от нескольких метров до 20-30 метров.

Четвертичные образования покрывают тонким чехлом отложения палеозоя. К ним относятся разнообразные в генетическом отношении континентальные отложения. Наибольшим развитием пользуются приуроченные к водораздельным пространствам суглинистые эолово-делювиальные, а в долинах - аллювиальные и аллювиально-делювиальные отложения. Довольно широко распространены техногенные образования. В стратиграфическом отношении они подразделяются на нижне-, средне- и верхнечетвертичные и современные.

К нижнечетвертичному отделу относятся первый снизу горизонт тяжелых суглинков и аллювиальные образования. Суглинки имеют красновато-бурый, темно-бурый и коричнево- бурый цвет, чаще всего бесструктурные, неравномерно запесоченные, иногда переходящие в супеси. Их мощность колеблется в пределах 3-5 метров, иногда достигает 13 метров. Аллювиальные отложения слагают разрез пятой надпойменной террасы, они представлены мелко- и разнозернистыми песками с прослоями буровато-серой глины. Их мощность не превышает 3-4 м.

Среднечетвертичные отложения представлены эолово- делювиальными лессовидными суглинками водораздельных пространств, имеющими коричневато-бурую окраску; бесструктурными, местами слегка запесоченными и содержащими карбонатные стяжения. Верхнечетвертичные отложения представлены эолово- делювиальными лессовидными суглинками водораздельных пространств и аллювиальными отложениями I и II надпойменных террас. Лесовидные суглинки верхнечетвертичного звена темно-палевые или буровато-желтые, пылеватые, макропористые. Из новообразований в них часто встречаются мелкие включения карбонатов, иногда отмечаются включения гипса. Мощность суглинков верхнего одела достигает 4-5 метров. Вторая надпойменная терраса рек района (Кальмиус, Грузской и др.) сложена светло-серыми мелко- и среднезернистыми песками с тонкими глинисто-илистыми прослоями, с включениями кварцевой гальки и обломков песчаника и песчаных сланцев палеозоя. Первые надпойменные террасы рек района сложены разнозернистыми песками с галькой и щебнем, с прослоями суглинков. Мощность осадков I надпойменной террасы колеблется от 1 до 7 метров и зависит от рельефа подстилающих коренных пород.

Верхнечетвертичные современные нерасчлененные отложения объединяют в своем составе делювиальные отложения склонов долин рек и балок и элювиально-делювиальные отложения открытых участков. Делювиальные отложения представлены светло-желтыми, буровато-желтыми рыхлыми, бесструктурными легкими суглинками, вмещающими мелкие обломки коренных пород. Мощность их изменяется от 1-2 до 4 м.

Элювиально-делювиальные отложения широко распространены на склонах долин рек и балок. По составу это грубообломочный продукт разрушения горных пород с примесью суглинистого и песчаного материала. Мощность элювиально-делювиальных отложений 0,3-1,0 м, но иногда достигает 3 м. Современные образования представлены аллювиальными, аллювиально-делювиальными отложениями пойм рек и днищ балок и пролювием - отложениями конусов выноса промоин и оврагов, а также техногенными образованиями.

Пойменная фация аллювия сложена песками с галькой и обломками коренных пород, суглинками и супесями, илами и глинами. Русловая фация в местах перекатов состоит из песчано- галечного или гравелистого материала, в плесоватых частях рек – из илисто-песчаного . Мощность аллювиальных отложений равна 3-5 м, достигая в отдельных случаях десятка метров. Аллювиально- делювиальные отложения балок обычно глинистые, песчано- глинистые, с большим содержанием грубообломочного материала. Мощность их составляет 0,5-4 м.

Пролювий имеет незначительное распространение у подножия склонов и в устьевых частях оврагов и мелких балок и представлен рыхлым несортированным материалом мощностью 0,5-3 м.

Техногенные образования распространены вблизи угольных шахт, обогатительных фабрик, других промышленных предприятий, вдоль транспортных магистралей и др. Это отвалы, терриконы, насыпи, которые представлены различной крупности обломками каменноугольных песчаников дресвы, сланцев и, в меньшей степени, четвертичными суглинками и ископаемыми почвами. Мощность техногенных образований, складированных в терриконы, достигает 30 и более метров.