Радиозеоэколозия таёжно—мерзлотных ландшафтов Витимскозо плоскогорья

Короткий опис

Оглавление:

Введение...4

Глава 1. Физико-географические условия и характеристика ураново-рудных полей Витимского плоскогорья...11

1.1. Геолого - и геоморфологические и палеографические особенности формирования урановых залежей...11

1.2. Климат, гидрография и многолетняя мерзлота и

ландшафты...26

Глава 2. Радиоэкологические исследования в России. Методологические основы и методы изучения радиоэкологии мерзлотных ландшафтов...36

2.1. История развития радиоэкологических исследований в России и состояние проблемы в Байкальском регионе...36

2.2. Методология исследований радиоэкологии мерзлотных ландшафтов ...48

2.3. Методика ландшафтно-геохимических и радиоэкологических

исследований...52

Глава 3. Радиогеоэкологическая характеристика таёжно-мерзлотных ландшафтов урановых месторождений...65

3.1. Геохимические условия таежно-мерзлотных ландшафтов на плато базальтах...66

3.1.1. Основные виды миграции и концентрирования радионуклидов на геохимических барьерах...66

3.1.2. Распределение радионуклидов в растениях таежно-мерзлотных ландшафтов и биоиндикация радиоактивного загрязнения...75

3.2. Формирование регионального фона в поверхностных водотоках...78

Глава 4. Техногенное радиационное воздействие на таежно-мерзлотные

ландшафты...81

4.1. Полигон подземного выщелачивания - локальный источник загрязнения ландшафтов...82

4.2. Ожидаемые экологические последствия промышленной разработки

Хиагдинского месторождения урана...99

Заключение...106

Литература...108

Приложения...130
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. В таежно-мерзлотных ландшафтах Витимского плоскогорья ведется опытно-промышленная разработка Хиагдинского уранового месторождения способом подземного выщелачивания с применением серной кислоты. Хиагдинское месторождение признано одним из лучших объектов России по запасам уранового сырья. Прогнозные запасы оцениваются в 100 тыс. тонн урана и рассчитаны на 40 лет добычи. До освоения месторождения таежно-мерзлотные ландшафты, представляли первичные, мало трансформированные, природные комплексы, которые начали подвергаться техногенному воздействию. В этой связи возникают геоэкологические проблемы по изучению миграции и концентрирования радионуклидов в таежно-мерзлотных ландшафтах ураново-рудных полей Витимского плоскогорья. Таежные ландшафты криолитозоны на Амалатском плато базальтов характеризуются низким радиационным фоном. Ожидается, что разработка урановых месторождений изменит радиационную ситуацию в регионе, среду обитания человека и усилит радиофобию среди населения. Поэтому изучение в рамках выдвинутой темы является актуальной задачей с геоэкологических позиций и социальной точки зрения.

Цель работы - оценка радиогеоэкологической обстановки таежно-мерзлотных ландшафтов Хиагдинского уранового месторождения способом подземного выщелачивания и сравнительная характеристика этого объекта с природными ландшафтами Талаканского месторождения. Для реализации цели предстояло решение следующих задач:

1. Выявить природные условия и факторы формирования природного радиационного фона таежно-мерзлотных ландшафтов в районе урановых месторождений.

2. Изучить радиоэкологическую обстановку на полигоне подземного выщелачивания при опытно-промышленной разработке уранового месторождения.

4

3. Выявить радиоэкологические последствия опытно-промышленной добычи урана способом подземного выщелачивания.

4. Предложить биогеохимическую индикацию техногенного радиационного загрязнения для мониторинга таёжно-мерзлотных ландшафтов.

Объектом исследования являются ураново-рудные месторождения Витимского плоскогорья, предметом - выявление радиоэкологических особенностей таежно-мерзлотных ландшафтов района Хиагдинского месторождения урана.

Методологические подходы и методы исследования

Методологической основой исследования геохимии и радиоэкологии мерзлотных ландшафтов послужили: учение В.И. Вернадского о биосфере и геохимической роли живого вещества; теоретические разработки ведущих исследователей геохимии ландшафтов В.В. Докучаева, Б.Б. Полынова и их последователей А.И. Перельмана, М.А. Глазовской, В.В. Добровольского, Н. С. Касимова, А.В. Алексеенко, Т.Т. Тайсаева и др., рассматривающих теорию миграции и концентрирования радионуклидов в зависимости от источников загрязнения и ландшафтных условий криолитозоны. Проблемы радиоэкологии раскрываются в трудах Н.В. Тимофеева-Ресовского, В.И. Булатова, Л.П. Рихванова в связи с выявлением источников загрязнения и разнообразных геолого-структурных, ландшафтно-геохимических условий территории исследования. В мерзлотных ландшафтах биологический круговорот элементов выполняет главную организующую роль. Он связывает в ландшафте биогенные и криогенные потоки вещества, энергии и создает новую информационную систему в криолитозоне - мерзлотный ландшафт. Криогенные процессы из горных пород, особенно рудоносных, зимой активно мобилизуют и переносят химические элементы в почвенный и деятельный горизонт, которые летом энергично поглощаются живым веществом и продуктами их разложения, выносятся надмерзлотными и талыми водами.

5

Методической основой радиоэкологических исследований таежно-мерзлотных ландшафтов Витимского плоскогорья является сопряженное изучение компонентов ландшафта: химического состава горных пород, коры выветривания, почв, растений и вод. Важным в геохимии ландшафта является принцип историзма - связи геохимических особенностей современных ландшафтов региона с ландшафтами мезокайнозоя, когда происходило формирование основных гидрогенных месторождений урана. Источниками радиоактивного загрязнения мерзлотных ландшафтов являются урановые месторождения, радиоактивные подземные воды и техногенные объекты - полигон подземного выщелачивания с цехом гидрометаллургии и выпавшие радиоактивные осадки Семипалатинского полигона.

При выполнении работы применялись радиогеохимические, биогеохимические и гидрогеохимические методы исследования природных и техногенных ландшафтов. Пробы донных осадков, почв, биообъектов и вод анализировались на естественные и техногенные радионуклиды гамма-спектрометрическим методом, использовался инструментальный нейтронно-активационный анализ. Для анализа воды применялись методы атомной абсорбции, ион-селективной потенциометрии, жидкой хромотографии.

Научная новизна работы:

выявлены ландшафтно-геохимические условия миграции и концентрирования радионуклидов, типоморфных элементов в таёжно-мерзлотных ландшафтах района Хиагдинского месторождения;

- установлено, что техногенное загрязнение локализуется на низинном болоте - комплексном геохимическом барьере;

- разработана биогеохимическая индикация техногенного загрязнения на основе режимных радиоэкологических и гидрогеохимических исследований;

- выявлена динамика развития природных и техногенных потоков радионуклидов;

- установлена роль верхних горизонтов почв лиственничных лесов криолитозоны при локализации радиоактивного аэрального загрязнения. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Таежно- мерзлотные ландшафты на Амалатском плато базальтов, бронирующем Хиагдинское ураново-рудное поле, имеют низкий природный радиационный фон. Урановые залежи проявляются вдоль новейших разломов слабоконтрастными атмо - и гидрогеохимическими потоками рассеяния урана и радона.

2. Техногенное загрязнение таежно-мерзлотных ландшафтов исследованного объекта связано с полигоном подземного выщелачивания (ПВ) урановых руд и радиоактивными осадками Семипалатинского полигона. Радиационное загрязнение полигона ПВ локализуется на низинном болоте комплексном (биогеохимическом, сорбционном и глеевом) барьере. Цезий - 137, поступивший при радиоактивном выпадении, накапливается на биогеохимическом барьере — в верхнем почвенном горизонте (подстилка, опад, дернина) лиственничного леса. При радиогеоэкологическом мониторинге техногенного загрязнения полигона ПВ может быть успешно применена биогеохимическая индикация, четко отражающая состав промышленного раствора, из которого извлекается уран.

3. В лесостепных ландшафтах Талаканского уранового месторождения в долине р. Холой пойменные лугово-болотные экосистемы характеризуются низким радиационным фоном и локальными контрастными радиоактивными аномалиями урана на уступе надпойменной террасы. Природная радиоэкологическая обстановка не исключает возможности использования указанных экосистем как пастбищ и сенокосов.

Практическая значимость работы

Результаты исследования могут быть использованы при разработке мероприятий по охране окружающей среды, при добыче урановых руд в

криолитозоне Сибири, при проведении радиогеоэкологического мониторинга мерзлотных ландшафтов и локализации радиационного загрязнения в заболоченных долинах. Результаты радиогеоэкологических исследований могут быть внедрены в учебный процесс университета при организации учебного полигона для полевой практики студентов, а также в содержание курсов лекций по геологии, геоэкологии и радиоэкологии.

Диссертация выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Интеграция» СО №115 в 2000-2001 гг., «Университеты России -фундаментальные исследования» (2000-2003 гг.).

Исходные материалы и личный вклад автора в решение проблемы

Материалом диссертационной работы послужили собственные полевые наблюдения, выполненные в течение 2000-2004 гг., анализ публикаций по радиоэкологии региона и фондовых данных Государственного Унитарного предприятия «Сосновгеология», Государственного Федерального Унитарного предприятия «Бурятгеоцентр». Радиогеоэкологические исследования проводились в тесном сотрудничестве с ОАО «Хиагда», ведущего опытно-промышленную разработку Хиагдинского уранового месторождения. За весь период исследования собрано и проанализировано более 1200 биогеохимических, водных, почвенных проб и произведено измерение потоков радона, радиационного фона на исследованной площади. Автором в работе применен ландшафтно-геохимический подход в изучении радиоэкологического состояния таёжно-мерзлотных ландшафтов урановых месторождений.

Апробация работы и публикации

Защищаемые положения и основные результаты исследования обсуждены и опубликованы в материалах международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2001); региональной научно-практической конференции «Будущее Бурятии глазами молодежи» (Улан-Удэ, 2001; 2002); II Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы,

8

радионуклиды и элементы - биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2002); VI, VII - го международного симпозиума студентов и аспирантов «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2002, 2003); годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Москва, 2003); Всероссийской геохимической конференции «Проблема поисковой и экологической геохимии Сибири» (Томск, 2003), II Международной конференции «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека» (Томск, 2004); Вестника БГУ. Сер.З., 2004.

По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений, изложенных на 137 страницах, 31 рисунков. Список литературы включает 183 отечественных и иностранных источников. Приложения содержат 5 наименований.

Во введении дается общая характеристика проведенного исследования: обосновывается актуальность темы; формулируются цель и задачи исследования; выделяются объект и предмет исследования, его методы; раскрываются научная новизна, практическая значимость; формулируются положения, выносимые на защиту; приводятся сведения об апробации и публикации результатов исследования. В первой главе рассматриваются физико-географические условия района исследования и характеристика ураново-рудных полей Витимского плоскогорья. Особое внимание уделено геохимическим процессам в мерзлотных ландшафтах. Во второй главе характеризуется состояние радиоэкологической проблемы в России, методология и методика исследований радиоэкологии мерзлотных ландшафтов. В третьей главе отражены результаты радиогеоэкологического мониторинга таежно-мерзлотных ландшафтов. В четвертой главе рассмотрено техногенное воздействие на радиационное состояние ландшафтов. В заключении подводится итог выполненной работы и сформулированы основные выводы.

Благодарности

Автор глубоко и искренне благодарен доктору географических наук, профессору Трофиму Табановичу Тайсаеву за постановку проблемы и научное руководство данной работой на всех ее этапах выполнения.

Искреннюю благодарность автор приносит директору Байкальского центра общественной экологической экспертизы Г. Б. Аносовой за неоценимую помощь в организации экспедиционных выездов на объект исследования в 2002-2004 гг., финансовую поддержку в оплате ИНАА в Томском политехническом университете. Отдельные слова благодарности автор выражает сотруднику ГФУП «Бурятгеоцентр» В. Е. Леонову, а также сотрудникам лаборатории сейсмического прогноза Геологического института СО РАН, заведующему лабораторией к.г-м. н. А. В. Перевалову.

Теплые слова благодарности адресуются сотрудникам кафедры физической географии Бурятского государственного университета, особенно к. г. н., доценту А. В. Турунхаеву.

10

ГЛАВА 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА УРАНОВО-РУДНЫХ ПОЛЕЙ ВИТИМСКОГО ПЛОСКОГОРЬЯ

« 1.1. Геолого - геоморфологические и палеогеографические особенности

формирования урановых залежей

Район исследования находится в пределах Витимского плоскогорья, является самостоятельной географической областью Западного Забайкалья. В административном отношении относится к Баунтовскому Эвенкийскому району Республики Бурятия. Ближайший населенный пункт - с. Романовка находится в 75 км от площади работ. Урановые месторождения Хиагдинского рудного поля открыты на Витимском плоскогорье в пределах Амалатского плато базальтов - междуречья Джилинда - Тетрах - Большой Амалат (Рис. 1.1.)

Витимское плоскогорье - типичный таёжный пенеплен, область слабо

л дифференцированных неотектонических движений (Тайсаев, 1981). Рельеф

однообразный, характерно чередование невысоких хребтов - увалов и межгорных котловин с абсолютными отметками соответственно 1200-1400 м и 800-1150 м. Наиболее характерными хребтами - увалами являются Витим -Большой Амалатский, Витим — Холойский, Заза - Еравнинский, Холой -Кондинский водоразделы. Характерны широкие пологие склоны с плоскими водоразделами. Днища межгорных котловин и речных долин имеют равнинный рельеф.

Юго-западная, западная и северо-западная окраины плоскогорья, охваченные неотектоническими поднятиями (хребты Яблоновый, Цаган-Хуртей, Хухайта, Икатский, Южно-Муйский, Бабанты и др.), имеют расчленённый рельеф с абсолютными отметками 1500-1900 м с гольцовыми

(т,- формами рельефа.

Район исследования охватывает северо-западную часть Витимского плоскогорья (Амалатское плато базальтов), которая находится в краевой части Байкальской рифтовой системы. Здесь отмечены новейшие разломы,

отличающиеся повышенной сейсмичностью, базальтовым вулканизмом, с ними связано происхождение палеодолин.

t'H Дл Ы .

I *

Условные обозначения. Типы, семейсгв а и классы re ом-ямичгееких -ландшафтов

а*жнмб мериюткюе

? Перажодашй от игкжао пюекэго я ватидею-ижвгоиу ииссу (й- Ft -С* -F* )

Ошосда «рншадаше Лутою-ч»рнозб»шяа мерзясупо»

РКалащвншй(Сг ), жммциюо-гямяий (С* -Fe }, содожий (На, ОН ) ясо1»воишй(Ма ,Са ,_C1,SO) Сухйй стзхш

? Кмащвшй класс (Са )

(Е )

СИЗ ЮйСШЕК ГЯВКШЙ ИВМ (Н -Г« )

SO ГЦрехонижш от кисгюго к зшоыстяому классу (Н - С*

О Киеяшс гжвхнй ютжс (Н - F« ) Р оды re ахимичеекю ланяшафтов

I • Плоские ракики (янкиа р«чннк йохин, ax»piyira3ntiiai« р.мвншш, ешййфн г пределах жкжгоркда глеи» к рвчшя валик) II - Расчиежинкве юзихоккюстк (хозопктие , дакуаааяокко-акеумутшхганые ж эгкуаанноиний рж8шош к I

с ост&кцозшят горадш к тшатоб^адаьхы:). Со*ч©таК№а IHBW'JWth »одорвздеш?х к гюлогкх скюиож Ш - Умфпю - и еязаиар&ечдамегашй реетеф с Гф«о6а1аяакяем ируткх я пжгхих сиожя (cpajase и ио» гори,

- Hi СО«реМ8ИШХ , !

Ш ЕЗ СЗ

G3

Виды re сакмиче сек ландшафтов

рчтчтт алзоогшльэнжй, азшюййштхсэ-прогсшояиакьйых, ^зтоятлзшо-озаряаж, исоякфяпхциоюшх ояюжекюк (сугяюаах, шскаж, гадечюеож) Hi »spKKe»teiK)siDj - 1ш»огеж)!в«&:, яюгензиос к чкяертяякяо: гюошгят 1»сда«, суишяхая к грткжпоах ¦ Нл неогек ^йяврэжчнии и пртююрсхих базаатах

• Hi ««ржш-квибрий-гаа таррягекюш: гру6оо5»омочкиз? обрмо^ашоа (rpaseiatrax, п«с«аквхга, ueipojacri::)

- Hi протерозойекнх кржташшчбсиос ««икдах, шйе»: с горшокшии изиесяняжч

- Hi npoTspojosfcaax к шяеозоясиа гралаитакиан

• Ha nj.o»pojoitcsc: я палеозойских осножншс поровши (габро, г^ббродиоркгах, дюритах)

Ре;арне ландшафты Лаиголафиг ураяоюрукшх попей и месторождений ? - Нерасчишехкве тажяша|т j

Рис. 1.1. Ландшафтно-геохимическая карта юга Витимского плоскогорья (Тайсаев, 1993). Масштаб 1:500000

12

Максимальная сила землетрясений достигает 7 баллов по шкале Рихтера. Этот район входит в состав Даурской области холодных углекислых и радоново-углекислых вод, преимущественно гидрокарбонатно-кальциевого состава. Минеральные источники приурочены к активизированным зонам разломов. На Амалатском плато базальтов и за его пределами некоторые вулканические аппараты погребены покровами базальтов позднего излияния. Большинство базальтовых вулканов представляют хорошо выраженные в рельефе сопки высотой 70-150 м.

Гидрогенные месторождения урана и история их открытия. В зоне новейшей тектоно-магматической активизации на юго-восточном фланге Байкальского рифта (в пределах Курба-Амалатской и Селенгино-Витимской структурно-формационных зон) сформировались приразломные линейные ураноносные неогеновые впадины, выполненные вулканогенно-осадочными отложениями. В дальнейшем впадины моделированы, в основном, эрозионными процессами, которые сформировали широкие протяженные палеодолины первого порядка со сложной сетью боковых притоков второго и третьего порядка и палеозаливов. В конце неогена, в нижнечетвертичное время, при вулканической активизации неогеновые ураноносные структуры были перекрыты покровами базальтов. Гидрогенные месторождения урана «витимского» типа открыты в пределах Витимского и Южно-Витимского ураново-рудных районов в 1970-1990 гг. В результате специализированных поисков на уран (ГГП «Сосновгеология» и ГГФУП «Бурятгеоцентр») была подготовлена крупная минерально-сырьевая база урана в Бурятии. На Витимском плоскогорье открыты урановые месторождения, составляющие около 25% общероссийских запасов (Самович, 1999).

Витимский рудный район включает восемь месторождений Хиагдинского рудного поля, Джилиндинское и Родионовское месторождения (рис. 1.1; 1.2). Это самый крупный из резервных ураново-рудных районов России, подготовленный к отработке способом подземного выщелачивания в пределах Амалатского плато базальтов. Запасы этих месторождений

13

составляют более 60 тыс. т. урана и значительные запасы редких земель и скандия.

а 0" ¦——¦ -... '

HECTOPOWlCHUf

JlPOlOAbHblU РАЬРЕЗ 4EPEi. V РУДНОЕ ТЕЛО.

¦;: ' ¦ I

Неогеновые базальты (1), туфы, туфобрекчии (2)

Неогеновые осадочные отложения: аллювиальные, пролювиальные (продуктивные) фации — дресвяники, пески, алевролиты, глины (1), озерные и старинные фации - алевролиты, аргиллиты, глины, песчаники (2).'

Верхнепалеозойские лейкократовые и бнотитовые граниты, диориты.

граносиениты

Разрывные нарушения

Рудные тела и их номера в палеодолинах

Болкшслллллтскл* пллслюлшл Буровые скважины Нижняя граница криолитозоны

Статический уровень продуктивного водоносного горизонта базальтов Направление движения подземных вол Границы опытно-промышленного полигона Зоны нейтрализации кислых растворов после обработки опытно-

промышленного полигона

Рис. 1.2. Геолого-гидрогеологические разрезы Хиагдинского уранового месторождения (по данным ГП «Сосновгеология»иОАО«Хиагда».

16

Ураново-рудная минерализация представлена преимущественно оксидами урана, реже коффинитом. Часть урана находится в сорбированной форме на глинистом и углистом материале. Урановые руды отличаются широким спектром рудных элементов. Кларки концентрации (КК) их следующие: Мо (400), Zn (50), Со (20), Zr (15), As (10), Th (6), Си, Y, Sc (5). Аномально высокие концентрации этих элементов приурочены исключительно к богатым рудным телам. Указанные элементы проявляют четкую корреляцию между собой и ураном. При опытном подземном выщелачивании рудных залежей совместно с ураном в промышленные растворы переходят Sc, Mo, Y, лантатоиды и другие элементы).

Южно-Витимский ураново-рудный район объединяет Холойский и Кондинский узлы. Холойский ураново-рудный узел (Витлауское и Талаканские месторождения) имеет общие запасы - 10 тыс. т. урана (Самович, 1999). Кондинский узел включает Щегловское месторождение, рудопроявление Джидотта, серию перспективных палеодолин в неогеновых депрессиях бассейна Конды - Джидотты. Суммарные запасы урана Щегловского месторождения равны 8,5 тыс. т. урана. Общие запасы Хушидинской палеодолины, на северо-западе которой находится указанное месторождение, составляют 30 тыс. т. урана. Покровы базальтов, перекрывающие неогеновые рудоносные отложения Южно-Витимского региона, имеют ограниченное распространение. Водораздельные площади вокруг неогеновых рудоносных депрессий - открытые, сложены, в основном, гранитоидами витимканского и куналейского комплексов, специализированных на уран с контрастными радиоактивными аномалиями.

Талаканское месторождение находится в низовьях р. Холой, в 4-х км от с. Романовка (рис. 1.4.). Оно залегает в неогеновых отложениях в Холойской нижнемеловой впадине. По четвертичным отложениям оно вскрыто геологической партией Сосновской экспедиции мелкими скважинами, в цокольной части первой и второй надпойменных террас канавами, шурфами (рис. 1.5). Протяженность продуктивной пачки около 6,5 км, ширина 50-450

17

Список литературы