Природа радиоактивности дренажных вод карьеров Новосибирской области

2022;7(3):216–230

В мировой научной литературе наибольшее число исследований посвящено изучению геологических [4–6], гидрогеологических [7, 8] и геохимических [9–11] факторов, влияющих на распределение природных радионуклидов в водах различного изотопно-гидрогеохимического облика. В России на протяжении длительного времени ведутся исследования, направленные на изучение различных аспектов радиохимии природных вод и моделирование геохимических процессов в водных средах. Среди последних работ в данной области следует отметить исследования по геохимии донных осадков [12, 13], технологии извлечения радионуклидов из природных вод [14, 15], геохимическим особенностям разных типов природных вод [16–18] и их изотопии [19–22], вопросам разработки месторождений полезных ископаемых [23, 24] и другим.

Ситуация с изученностью природных вод Новосибирской области (НСО) стала меняться в лучшую сторону в последние годы, что связано с работами лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН по изучению гидрогеологических условий месторождений радоновых вод [25], их изотопно-геохимических особенностей [26], механизмов формирования их состава [27] и с мониторингом радионуклидов [28]. Особыми объектами в этих исследованиях выступают разрабатываемые и затопленные карьеры при отработке разных видов полезных ископаемых (строительный щебень, уголь, мрамор, песок). Большое внимание уделяется изучению широкого спектра химических элементов (от Li до U), что связано с развитием гидрогеохимического метода поисков полезных ископаемых. Немаловажным фактором является оценка влияния сброса дренажных вод на окружающую среду, в первую очередь степень их радиологической опасности, что и выполнено в настоящем исследовании.

Методика и объект исследования

Непосредственно на объектах было выполнено определение рН, Eh, температуры, содержания растворенного O2, НСО3- с помощью оборудования (Hanna HI9125, кислородомер АКПМ-1-02Л) и полевой гидро-геохимической лаборатории. Измерение содержаний 222Rn в водах проводилось на комплексе «Альфарад плюс» в лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН. Последующее изучение химического состава 31 пробы вод методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП) проводилось в ПНИЛ гидрогеохимии ИШПР ТПУ (аналитики О. В. Чеботарева, Н. В. Бублий, А. С. Погуца, В. В. Куров-ская, К. Б. Кривцова, Л. А. Ракул).

Название химического типа дано по классификации С. А. Щукарева (в формулу добавлены макрокомпоненты с содержанием >10 %-экв) по оттеночному принципу от меньшего к большему.

Разделение данных на однородные геохимические совокупности по процессам формирования состава с оценкой интенсивности их проявления выполнено на основе соотношения химических эле- ментов в водах. Коэффициенты Са / Na, Са / Mg, Ca / Si, Mg / Si, Na / Si использованы для оценки особенностей обогащения вод за счет процессов гидролиза алюмосиликатов и конгруэнтного растворения карбонатов; SO4 / Cl >> 1 и rNa/rCl >> 1 – гидролиза алюмосиликатов и окисления сульфидных минералов; пропорциональное увеличение значений SO4 / Cl = 1, rNa/rCl ≥ 1, Са/Na > 0 – испарительного концентрирования.

Гидрогеологическое строение

Изучаемые карьеры распределены по большой территории. Расстояние между наиболее удаленными превышает 200 км. Среди изучаемых объектов есть как действующие, так и отработанные, на настоящий момент затопленные. В списке изученных преобладают гранитные карьеры. Также рассматривались угольные, песчаные и один мраморный карьер. Наиболее многочисленная группа гранитных карьеров представлена действующими: Борок, Новобибеевский, Скалинский; и затопленными: Тулинским, Каменским и Горским. Группа действующих карьеров Горловского угольного бассейна (Ургунский, Горловский и Колыванский) расположена в Искитимском районе Новосибирской области. Песчаные карьеры представлены затопленными Кировским и Подгорным. Группа мраморных карьеров включает один объект – Абра-шинский карьер в Ордынском районе Новосибирской области. В целом гидрогеологические условия рассматриваемых карьеров схожи: выделяется два гидрогеологических комплекса: верхний – осадочный чехол кайнозойского возраста, и нижний – консолидированные породы палеозойского фундамента, прорванные позднепалеозойскими интрузиями гранитоид-ного состава. Кайнозойские отложения, как правило, представлены аллювиальными осадками р. Обь и ее притоков различных порядков, а также породы коч-ковской (Q_EI kč ₁) и краснодубровской ( sa Q_I-II kd ) свит.

Начать рассмотрение предлагаем с наиболее представительной группы гранитных карьеров. Следует упомянуть, что они расположены в пределах различных гранитоидных массивов. Так, карьеры Борок, Тулинский, Каменский и Горский заложены в гранитах Новосибирского гранитоидного массива, Новобибеевский – Обского массива. Оба этих массива принадлежат Приобскому монцодиорит-грано-сиенит-гранитному мезоабиссальному комплексу (P3–T1p). Скалинский карьер ведет добычу гранитов из Колыванского гранитоидного массива, принадлежащего Барлакскому гранит-лейкогранитовому мезо-абиссальному комплексу (T1–2b) [29].

Обский массив является петротипическим. Первая фаза внедрения имеет весьма ограниченное распространение и в данной работе не рассматривается. Вторая, главная фаза сложена биотитовыми и рогово-обманково-биотитовыми монцогранитами, реже гра-носиенитами, гранитами и гранодиоритами. Умереннокислые гранитоиды тяготеют к эндоконтактовым зонам массива. К третьей фазе отнесены редкие дайки мелкозернистых монцогранитов, монцолейкограни-тов, монцогранит-порфиров, монцолейкогранит-пор-фиров, жилы аплитов и пегматитов. В Новобибеевском https://mst.misis.ru/

2022;7(3):216–230

карьере и коренных выходах по берегу р. Обь зафиксированы крупные и мелкие ксенолиты кварцевых мон-цодиоритов и кварцевых диоритов в гранитах. Новосибирский массив также включает вторую и третью фазы. Вторая – представлена роговообманково-биоти-товыми монцогранитами, граносиенитами, нормальнощелочными гранитами и гранодиоритами. В породе присутствует зеленая роговая обманка, бурый биотит. Железистость биотита составляет 40–55 [30].

В списке акцессорных минералов сфен, циркон, апатит, магнетит, ильменит и флюорит [29]. Третья фаза представлена небольшими телами наклонных штоков северо-восточного простирания и даек мощностью до 15 м. По составу штоки монцогранит-пор-фировые, дайки – монцогранит-порфировые, характерны мелкозернистые монцолейкограниты, кварцевые монцодиорит-порфиры и спессартиты.

Монцогранит-порфиры имеют схожий состав с мелкозернистыми монцолейкогранитами, порфиры сложены полевыми шпатами. В монцолейкогранитах же относительно монцогранитов повышено содержание кварца и калинатрового шпата, а плагиоклаза – понижено. Карьер Борок находится в контактовой зоне Новосибирского массива. Здесь контакт резкий, падает в сторону вмещающих пород, нередко представлен жилами и дайками лейкогранитов и аплитов.

Рассматриваемые угольные карьеры соответствуют одноименным месторождениям, находящимся в пределах Горловского угольного бассейна. Последний имеет весьма сложное геологическое строение и представляет собой узкую (4–8 км) грабен-синклиналь, вытянутую с северо-запада на юго-восток и зажатую между Колывань-Томской складчатой зоной на северо-западе и Салаирским кряжем на востоке.

Рис. 1. Местоположение изученных объектов

1 – 4 – карьеры: 1 – гранитные; 2 – мраморный; 3 – песчаные; 4 – угольные; 5 – федеральные трассы; 6 – граница г. Новосибирск;

7 – граница Новосибирской области; 1–3 , 10–12 – действующие: 1 – Борок; 2 – Новобибеевский; 3 – Скалинский;

4 – 9 – затопленные: 4 – Тулинский; 5 – Каменский; 6 – Горский; 7 – Абрашинский; 8 – Кировский;

9 – Подгорный; 10 – Ургунский; 11 – Горловский; 12 – Колыванский

2022;7(3):216–230

Для данного бассейна характерна единая обводненная зона трещиноватости в осадочно-терригенных верхнепалеозойских породах: угленосных песчаниках средне- и мелкозернистых, алевролитах, аргиллитах, углистых аргиллитах и пластах угля.

Рассмотренные карьеры по добыче строительного песка характеризуются различным положением относительно гранитоидных массивов: карьер Подгорный находится во внутренней части Колыванско-го гранитоидного массива, в то время как Кировский песчаный карьер находится в экзоконтактовой зоне Новосибирского гранитоидного массива. Последний был ориентирован на добычу тонко-, мелкозернистых песков из аллювиальных отложений второй надпойменной террасы р. Обь. В карьере Подгорный отрабатывались пески из отложений первой надпойменной террасы р. Обь.

Мраморный карьер Абрашинский расположен в области распространения буготагской свиты (D2bg). Помимо эффузивных, вулканогенно-осадочных и осадочных пород, а также субвулканических обра- зований, данное стратиграфическое подразделение включает слои мраморизованных известняков. Таким образом, эта геологическая обстановка дает основания предположить, что образование мраморов Абрашинского месторождения произошло при воздействии магматического тела на известняки буго-тагской свиты. Таким плутоном мог являться шток габбродолеритового состава, расположеный не далее 3 км к западу от карьера. Кроме того, карьер расположен внутри тектонического блока, поэтому метаморфизованные породы и источник тепла могли быть разнесены вдоль тектонической границы.

Геохимические особенности

Анализ имеющихся данных по составу дренажных вод позволил выделить по коэффициентам (Ca / Na, Ca / Mg, Ca / Si, Mg / Si, Na / Si, Si / Na, rNa / rCl и SO4 / Cl) три геохимические совокупности. Первая включает в себя дренажные воды отрабатываемых гранитных карьеров (Новобибеевский, Скалинский, Борок). Им присущи следующие значения коэффициентов: Ca / Si

Рис. 2. Местоположение карьера Борок ( а ) и схема геологического строения ( б ): 1 – гранитоиды; 2 – роговики; 3 – лампрофиры; 4 – гранодиориты; 5 – линия разреза Вмещающие породы представлены песчано-глинистыми сланцами пачинской свиты верхнего девона, которые в результате контактового метаморфизма превращены в роговики. Колыванский массив сложен среднезернистыми гранитоидами. Преобладают монцолейкограниты. Породы второй фазы представлены дайками мощностью до 3 м мелкозернистых монцолейкогранитов. Простирание даек северо-восточное, до субширотного. Отмечаются жилы, линзы, гнезда пегматитов

2022;7(3):216–230

17,61; Mg / Si 4,17; Na / Si 6,73; Mg / Na 4,17; Si / Na 0,25; Ca / Na 2,84; Ca / Mg 4,23; rNa / rCl 5,24; SO4 / Cl 9,14. Вторая представлена водами угольных карьеров (Ургун-ский, Горский, Колыванский). Они отличаются от предыдущих ростом отношений Ca / Si 21,49; Mg / Si 9,78; Na / Si 14,89; Mg / Na 9,78; rNa / rCl 7,38; SO4 / Cl 24,91 и снижением Si / Na 0,10; Ca / Na 2,36; Ca / Mg 2,26. Третья включает в себя воды затопленных карьеров (гранитные: Горский, Тулинский; песчаные – Кировский, Подгорный; мраморный – Абрашинский), которые по геохимическим коэффициентам отличаются от объектов Горловского угольного бассейна ростом Ca / Si

95,84; Mg / Si 51,02; Na / Si 58,82; Mg / Na 50,58; Ca / Mg 3,88 и снижением Si / Na 0,05; Ca / Na 1,75; rNa / rCl 1,77; SO4 / Cl 1,79. Если воды затопленных карьеров сравнивать с первой группой, то отмечается рост отношений Ca / Si 95,84; Mg / Si 51,02; Na / Si 58,82; Mg / Na 50,58 и снижение Ca / Mg 3,88; Si / Na 0,05; Ca / Na 1,75; rNa / rCl 1,77; SO4 / Cl 1,79.

В работе были изучены дренажные воды карьеров Борок, Каменский, Тулинский и Горский, расположенных в пределах НСО (одноименный массив). Так, воды карьера Борок характеризуются SO₄–HCO₃ Na–Mg–Ca, Cl–SO₄–HCO₃ Mg–Na–Ca и Cl–SO₄–HCO₃

Рис. 3. Изученные объекты. Карьеры: Борок ( а ); Колыванский ( б ); Кировский ( в ); Горский ( г ); Абрашинский ( д )

2022;7(3):216–230

Na–Mg–Ca составом (рис. 4, табл. 1) с величиной общей минерализации 583–697 мг/дм³ и содержанием кремния 0,89–10,53 мг/дм³. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +150,2 – +261,0 мВ, pH 7,6–8,5 и содержанием О 2раств. 3,43 –11,43 мг/дм³. Средние значения геохимических коэффициентов составляют: Ca / Si 23,54; Mg / Si 5,32; Na / Si 9,64; Mg / Na 0,53; Si / Na 1,15; Ca / Na 2,34; Ca / Mg 4,49; rNa / rCl 2,67; SO₄ / Cl 3,63 (рис. 5).

Воды Каменского карьера отличаются SO4–Cl– HCO3 Ca–Na составом с величиной общей минерализации 166–349 мг/дм3 и содержанием кремния 1,87–4,21 мг/дм3. Воды отличаются слабощелочным pH 7,6–8,5 и содержанием О2раств. 4,00 мг/дм3. Средние геохимические коэффициенты возрастают для Ca / Mg 8,68, а уменьшаются для Mg / Na 0,24; Ca / Na 1,52; rNa / rCl 1,19; SO4 / Cl 0,76. Воды Тулинского карьера Cl–SO4–HCO3 Na–Ca–Mg и SO4–Cl–HCO3 Ca–Mg–Na состава с величиной общей минерализации 454–541 мг/дм3 и содержанием кремния 0,32–0,78 мг/дм3. Геохимические параметры среды отве- чают окислительной обстановке с Eh +131,3 – +250,0 мВ, pH 8,7–8,8 и содержанием О2раств. 8,58 –11,30 мг/дм3. Средние геохимические коэффициенты составляют Ca / Si 88,39; Mg / Si 60,92; Na / Si 103,45; Mg / Na 0,66; Si / Na 0,01; Ca / Na 0,92; Ca / Mg 1,43; rNa / rCl 2,06; SO4 / Cl 1,51. Воды Горского карьера отличаются Cl–SO4–HCO3 Na–Mg–Ca и SO4–Cl–HCO3 Na–Mg–Ca составом с величиной общей минерализации 403 мг/дм3 и содержанием кремния 0,25–0,40 мг/дм3. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +139,3 – +250,0 мВ, pH 8,5–8,7 и содержанием О2раств. 8,20–16,59 мг/дм3. Средние геохимические коэффициенты возрастают для Ca/Si 154,83; Mg/Si 81,38; Mg/Na 1,13; Ca/Na 2,17; Ca/Mg 1,91, а снижаются Na/Si 74,32; rNa / rCl 1,05; SO4/Cl 1,33, сопоставимые значения характерны для Si / Na 0,02. В целом для всех карьеров значения геохимических коэффициентов указывают на процессы окисления сульфидов, что ярко выражено в величинах отношений SO4 / Cl (0,67–11,51) и rNa / rCl (0,53–9,19).

.СУ

-X

Cl

Ca

о Борок

■ Новобибеевский о Скалинский о Тулинский в Каменский о Горский о Абрашинский ▼ Кировский * Подгорный о Ургунский △ Горловский □ Колыванский

Катионы

Анионы

2022;7(3):216–230

Химический состав дренажных вод карьеров Новосибирской области

Таблица 1

№ на рис. 1	pH	Eh, мВ	О2, мг/дм3	222Rn, Бк/дм3	HCO3-	SO42-	Cl-	Ca2+	Mg2+	Na+	К+	М	Si	Th	U	Th / U	Химический тип
					мг/дм3
1	8,3	261,0	9,30	17	378	96	38	101	22	50	4,2	697	6,98	5,10 · 10-5	9,26 · 10-2	5,51 · 10-4	Cl–SO 4 -HCO 3 Mg–Na–Ca
1	8,1	225,0	10,58	19	371	107	32	109	25	41	4,0	696	0,89	1,24 · 10-5	1,08 · 10-2	1,15 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	8,3	256,3	10,90	4	378	90	34	102	19	54	3,9	687	7,07	9,90 · 10-6	8,00 · 10-2	1,24 · 10-4	Cl–SO 4 –HCO 3 Mg–Na–Ca
1	8,3	246,5	11,21	1	348	82	28	90	21	45	3,6	619	6,70	5,40 · 10-6	2,96 · 10-2	1,82 · 10-4	SO 4 –HCO 3 Mg–Na–Ca
1	8,3	244,7	11,43	8	388	58	25	99	22	35	2,7	630	5,96	6,50 · 10-6	9,30 · 10-3	6,99 · 10-4	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	8,5	215,8	11,10	16	386	61	5	95	18	32	5,0	603	5,03	1,00 · 10-6	1,03 · 10-2	9,71 · 10-5	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	7,6	194,3	3,61	45	319	111	36	97	26	44	4,7	660	7,74	1,39 · 10-5	1,16E-01	1,20 · 10-4	Cl–SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	8,2	195,1	8,55	38	308	113	29	94	24	37	3,9	619	6,70	–	1,19 · 10-2	–	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	7,6	184,7	3,43	88	320	118	28	95	22	50	6,2	663	10,53	5,48 · 10-5	2,13 · 10-1	2,57 · 10-4	SO 4 –HCO 3 Mg–Na–Ca
1	8,2	209,7	8,98	89	331	56	37	89	21	36	4,7	583	4,85	1,54 · 10-5	1,03 · 10-2	1,49 · 10-3	Cl–SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	7,9	201,7	7,52	51	352	77	41	101	22	41	4,5	652	6,56	9,62 · 10-5	9,15 · 10-2	1,05 · 10-3	Cl–SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
1	8,0	150,2	7,11	57	272	116	34	91	21	43	3,9	605	7,11	4,62 · 10-5	7,95 · 10-2	5,81 · 10-4	Cl–SO 4 –HCO 3 Mg–Na–Ca
2	7,8	107,8	6,49	25	224	20	3	55	15	20	3,3	385	7,00	2,60 · 10-6	1,07 · 10-2	2,43 · 10-4	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
2	8,0	111,0	7,91	15	248	28	3	65	16	20	3,0	434	6,49	–	1,02 · 10-2	–	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
2	8,6	121,7	14,39	6	232	48	3	58	22	20	2,3	433	5,02	1,76 · 10-5	1,02 · 10-2	1,72 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
2	7,9	139,7	7,88	39	256	40	3	62	25	20	2,9	461	5,72	2,90 · 10-5	1,08 · 10-2	2,69 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
2	8,1	145,6	7,44	2	268	43	3	72	20	13	4,5	423	9,60	3,10 · 10-5	1,16 · 10-2	2,67 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Mg–Ca
3	6,9	84,6	4,58	573	67,1	215	6	120	22	29	5,1	787	8,34	2,96 · 10-4	1,40	2,12 · 10-4	HCO 3 –SO 4 Na–Mg–Ca
3	6,9	153,6	4,60	495	140	106	7	105	22	27	4,1	773	8,22	3,93 · 10-5	9,38 · 10-1	4,20 · 10-5	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
3	7,0	167,0	4,49	154	98	73	4	63	19	20	4,5	282	10,21	3,90 · 10-4	1,16	3,35 · 10-4	HCO 3 –SO 4 Na–Mg–Ca
3	7,0	164,5	3,75	259	98	77	4	62	13	21	4,5	279	9,96	2,16 · 10-3	1,21	1,78 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
4	8,8	250,0	11,30	2	325	53	31	46	35	43	7,8	541	0,78	3,20 · 10-6	1,21 · 10-2	2,64 · 10-4	Cl–SO 4 –HCO 3 Na–Ca–Mg
4	8,7	131,3	8,58	–	244	49	38	37	24	48	8,6	454	0,32	7,08 · 10-6	1,23 · 10-2	5,77 · 10-4	SO 4 –Cl–HCO 3 Ca–Mg–Na
5	7,5				109	18	20					166	3,27
5	6,9	–	4,00	–	183	24	36	59	11	19		349	4,21	–	–	–	SO 4 –Cl–HCO 3 Na–Mg–Ca
5		–	–	–	146	28	39	35	3	51		316	1,87	–	–	–	SO 4 –Cl–HCO 3 Ca–Na
5	7,5				109	18	20	27	3	35		231	3,27				SO 4 –Cl–HCO 3 Ca–Na
5		–	–	–	146	28	39					228	1,87	–	–	–	–
6	8,7	250,0	16,59	–	239	40	29	48	24	20	3,7	403	0,40	1,00 · 10-5	9,80 · 10-3	1,02 · 10-3	Cl–SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
6	8,5	139,3	8,21		207	47	37	48	26	25	4,5	403	0,25	1,15 · 10-5	1,24 · 10-2	9,30 · 10-4	SO 4 –Cl–HCO 3 Na–Mg–Ca
7	8,6	144,0	5,42	31	239	16	8	36	22	22	1,4	353	0,29	1,65 · 10-6	2,28 · 10-3	7,24 · 10-4	HCO 3 Na–Ca–Mg
8	8,7	205,0	15,50	2	449	107	45	100	41	45	2,0	789	1,29	–	3,00 · 10-4	–	Cl–SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
9	8,4	186,5	9,34		177	59	11	42	21	15	3,2	330	0,18	6,47 · 10-6	2,74 · 10-2	2,36 · 10-4	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
10	8,3	145,6	7,70	–	561	96	57	65	33	158	2,5	973	6,55	1,92 · 10-5	5,97 · 10-3	3,22 · 10-3	Cl–SO 4 –HCO 3 Mg–Ca–Na
10	8,2	160,4	8,16	–	378	186	44	72	42	97	3,9	823	3,68	1,40 · 10-5	1,67 · 10-2	8,37 · 10-4	Cl–SO 4 –HCO 3 Mg–Ca–Na
10	7,5	148,8	6,81		360	240	36	83	43	94	4,4	860	5,24	3,78 · 10-5	1,30 · 10-2	2,91 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Mg–Na–Ca
10	8,5	133,2	8,26	–	344	71	43	32	28	102	2,5	625	6,59	2,68 · 10-5	7,86 · 10-3	3,41 · 10-3	Cl–SO 4 –HCO 3 Ca–Mg–Na
11	8,1	174,7	8,58	–	315	289	4	90	53	54	2,9	808	4,15	7,15 · 10-6	3,41 · 10-3	2,10 · 10-3	HCO 3 –SO 4 Na–Mg–Ca
11	7,7	185,2	7,44		421	243	12	96	51	77	3,2	907	4,19	1,59 · 10-5	2,26 · 10-3	7,02 · 10-3	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
11	7,8	190,4	7,61	–	414	285	11	88	54	94	4,4	950	4,15	4,68 · 10-5	4,02 · 10-3	1,17 · 10-2	SO 4 –HCO 3 Na–Ca–Mg
12	7,8	190,7	7,65	–	302	182	9	104	28	36	3,0	673	5,25	–	9,16 · 10-3	–	SO 4 –HCO 3 Na–Mg–Ca
12	7,5	198,8	8,40		153	456	65	150	56	40	1,7	922	4,62	5,57 · 10-4	1,16 · 10-2	4,80 · 10-2	Cl–HCO 3 –SO 4 Na–Mg–Ca
12	8,0	194,8	10,43	–	257	118	2	84	22	13	3,3	500	3,80	9,32 · 10-6	1,11 · 10-2	8,39 · 10-4	SO4–HCO 3 Mg–Ca
12	8,0	199,6	9,18	–	366	502	9	190	72	28	4,1	1171	4,13	4,47 · 10-4	2,90 · 10-2	1,54 · 10-2	HCO 3 –SO 4 Mg–Ca

Примечание : «–» – нет данных; М – величина общей минерализации.

2022;7(3):216–230

Воды карьера Новобибеевский дренируют гра-нитоиды Обского массива и характеризуются SO₄–HCO₃ Na–Mg–Ca составом с величиной общей минерализации 385–461 мг/дм³ и содержанием кремния 5,02–9,60 мг/дм³. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +107,8 – +145,6 мВ, pH 7,8–8,6 и содержанием О 2раств. 6,50–14,38 мг/дм³. Средние геохимические коэффициенты составляют Ca / Si 9,55; Mg / Si 3,07; Na / Si 2,97; Mg / Na 1,08; Si / Na 0,39; Ca / Na 3,51; Ca / Mg 3,33; rNa / rCl 9,46; SO₄ / Cl 11,49. Воды Скалинского карьера соотносятся с Барлакским гранит-лейкогранито-вым мезоабиссальным комплексом. Они относятся к HCO₃–SO₄ Na–Mg–Ca и SO₄–HCO₃ Na–Mg–Ca типам с величиной общей минерализации 279–787 мг/дм³ и содержанием кремния 8,22–10,21 мг/дм³. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +84,6 – +167,0 мВ, pH 6,9–7,0 и содержанием О_2раств. 3,75–4,60 мг/дм³. В сравнении с водами Новобибеевского карьера средние значения геохимических коэффициентов практически сопоставимы и составляют: Ca / Si 9,89; Mg / Si 2,12; Na / Si 2,71; Mg/Na 0,78; Si/Na 0,39; Ca/Na 3,52; Ca/Mg4,59; rNa / rCl 7,65; SO₄ / Cl 22,76.

Дренажные воды Горловского угольного бассейна изучены в нескольких карьерах. Так, воды Горловского карьера характеризуются HCO₃–SO₄ Na–Mg–Ca и SO₄–HCO₃ Na–Mg–Ca составом с величиной об-

100 t щей минерализации 808–950 мг/дм3 и содержанием кремния 8,22–10,21 мг/дм3. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +174,7 – +190,4 мВ, pH 7,7–8,1 и содержанием О2раств. 7,44–8,58 мг/дм3. Средние значения геохимических коэффициентов составляют: Ca / Si 21,95; Mg / Si 12,70; Na / Si 18,01; Mg / Na 0,74; Si / Na 0,06; Ca / Na 1,28; Ca / Mg 1,73; rNa / rCl 14,36; SO4 / Cl 38,19. Воды Ургунского карьера характеризуются Cl–SO4–HCO3 Mg–Ca–Na составом с величиной общей минерализации 625–973 мг/дм3 и содержанием кремния 3,68– 6,59 мг/дм3. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +133,2 – +160,4 мВ, pH 7,5–8,5 и содержанием О2раств. 6,81–8,26 мг/дм3. Средние значения геохимических коэффициентов по сравнению с вышеописанными возрастают: Na / Si 20,99, и снижаются: Ca / Si 12,55; Mg / Si 7,21; Mg / Na 0,34; Si / Na 0,05; Ca / Na 0,59; Ca / Mg 1,69; rNa / rCl 3,84; SO4 / Cl 3,56. Воды Колыванского карьера Cl–HCO3–SO4 Na–Mg–Ca и SO4–HCO3 Mg–Ca состава с величиной общей минерализации 500–1171 мг/дм3 и содержанием кремния 3,80–5,25 мг/дм3. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +190,7 – +199,6 мВ, pH 7,5–8,0 и содержанием О2раств. 7,65–10,43 мг/дм3. В отличие от вод Горловского карьера, здесь наблюдается рост отношений: Ca / Si 30,10; Si / Na 0,17; Ca / Na 4,93; Ca / Mg 3,21 и снижение: Mg / Si 10,17; Na / Si 6,46; Mg / Na 1,60; rNa / rCl 5,69; SO4 / Cl

1 0,1

Ca1/ Na

\ 10

о

0,1

0,1

rNa / rCl

—r>

1000 t

1000 t

II 0

ДАф

» III

Q..

10           100

Na / Si

1 0   200 400 600 800 1000 1200 1400

Si / Na

г

Рис. 5. Геохимическая типизация дренажных вод по коэффициентам Ca / Mg – Ca / Na ( а ), SO₄ / Cl – rNa / rCl ( б ), Mg / Si – Na / Si ( в ), Ca / Si – Si / Na ( г ). Стрелкой показано увеличение концентраций кремния. Усл. обозн. см. рис. 4

2022;7(3):216–230

36,28. Дренажные воды Горловского угольного бассейна отличаются высокими концентрациями сульфатов (71–502 мг/дм3) и натрия (13–158 мг/дм3), а также отношениями Na / Si, rNa / rCl, SO4 / Cl, что указывает на процессы окисления сульфидов.

Дренажные воды мраморного Абрашинского карьера характеризуются HCO₃ Na–Ca–Mg составом с величиной общей минерализации 500–1171 мг/дм³ и содержанием кремния 3,80–5,25 мг/дм³. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh +190,7 – +199,6 мВ, pH 7,5–8,0 и содержанием О_2раств. 7,65–10,43 мг/дм³. Средние значения геохимических коэффициентов составляют: Ca / Si 123,50; Mg / Si 75,47; Na / Si 74,95; Mg / Na 1,01; Si / Na 0,01; Ca / Na 1,65; Ca / Mg 1,64; rNa / rCl 4,24; SO₄ / Cl 2,03. В водах Абрашинского карьера отмечается накопление в растворе кальция магния и натрия, что выражено в высоких отношениях Ca / Si, Mg / Si, Na / Si.

Воды песчаного Кировского карьера характеризуются Cl–SO4–HCO3 Na–Mg–Ca с величиной общей минерализации 789 мг/дм3 и содержанием кремния 1,29 мг/дм3. Геохимические параметры среды отвечают окислительной обстановке с Eh + 205,0 мВ, pH 8,7 и содержанием О2раств. 15,50 мг/дм3. Средние значения геохимических коэффициентов составляют Ca / Si 77,52; Mg / Si 31,71; Na / Si 35,09; Mg / Na 0,90; Si / Na 0,03; Ca / Na 2,21; Ca / Mg 2,44; rNa / rCl 1,55; SO4 / Cl 2,38. Воды Подгорного песчаного карьера отличаются SO4–HCO3 Na–Mg–Ca составом с величиной общей минерализации 330 мг/дм3 и содержанием кремния 0,18 мг/дм3. Геохимические параметры среды отвеча- ют окислительной обстановке с Eh +186,5 мВ, pH 8,4 и содержанием О2раств. 9,34 мг/дм3. Средние величины геохимических коэффициентов увеличиваются у: Ca / Si 229,91; Mg / Si 113,31; Na / Si 80,12; Mg / Na 1,41; Ca / Na 2,87; rNa / rCl 2,11; SO4 / Cl 5,51 и снижаются у: Si / Na 0,01; Ca / Mg 2,03. По геохимическим коэффициентам можно сказать, что воды Подгорного карьера в большей степени обогащены кальцием, магнием и натрием.

Радионуклидная типизация

Разработка месторождений твердых полезных ископаемых (рудных и нерудных) несет в себе существенную угрозу для окружающей среды. В первую очередь это относится к элементам первого класса опасности, к которым относятся: бериллий, мышьяк, ртуть и таллий1. Влияние радионуклидов на экосистемы также крайне опасно, несмотря на то, что уран относится сейчас ко второму классу опасности (ПДК 15 мкг/дм3). По торию согласно действующим нормативным документам России нет обоснования ПДК (предельно допустимых концентраций). Естественная радиоактивность природных вод различного изотопно-геохимического облика вызывает в мире неподдельный интерес. В этой связи в рамках настоящей работы впервые были выполнены исследования по

1000 t

б

§ 100

c

m

—I--------1--------1--------1--------1--------|O-----1--------1--------Г*

100 200 300 400 500 600 700 800 900

M, мг/дм ³

10 ^–1

10 ^–2 J

10 ^–3

10 ^–4

10–5 -I---------------1---------------1----------------1---------------1---------------1---------------1----------------!-►

0     200    400     600    800    1000    1200    1400

M, мг/дм ³

в

г

Рис. 6. Изменение радионуклидного состава от величины общей минерализации дренажных вод https://mst.misis.ru/

2022;7(3):216–230

оценке распределения в дренажных водах урана и тория, учитывая, что изучаемый район характеризуется повышенным естественным радиационным фоном за счет наличия рассеянных радиоактивных минералов в гранитах и гранодиоритах. Ниже рассмотрим особенности распределения урана, тория и радона в водах изученных объектов.

В настоящее время в водах карьера Борок природные радионуклиды содержатся в следующих пределах (мг/дм³): ²³⁸U от 0,009 до 0,213 и ²³²Th от 1,00 ■ 10 -6 до 9,62 ■ 10 -5 . ²³²Th/²³⁸U отношение в водах варьирует в интервале от 9,71 ■ 10 -5 до 1,49 ■ 10^-3 (рис. 6). Активность ²²²Rn варьирует в диапазоне от 1 до 89 Бк/дм³, что позволяет отнести их к классу очень слаборадоновых (по классификации Н.И. Толстихина) [1]. В водах Тулинского карьера содержания природных радионуклидов меняются в диапазоне (мг/дм³): ²³⁸U от 0,0121 до 0,0123 и ²³²Th от 3,20 ■ 10^-6 до 7,08 ■ 10^-6. ²³²Th/²³⁸U отношение в водах варьирует в интервале от 2,4■ 10^-4 до 5,77 ■ 10^-4 и активность ²²²Rn не превышает 2 Бк/дм³. Содержания природных радионуклидов в водах Горского карьера варьируют (мг/дм³): ²³⁸U от 0,010 до 0,012 и ²³²Th от 1,00 ■ 10^-5 до 1,15 ■ 10^-5. ²³²Th/²³⁸U отношение в водах варьирует в интервале от 9,30 ■ 10^-4 до 1,02 ■ 10^-3.

В водах Новобибеевского карьера природные радионуклиды содержатся в следующих пределах (мг/дм³): ²³⁸U от 0,010 до 0,012 и ²³²Th от 2,60 ■ 10^-6 до 3,10 ■ 10^-5. ²³²Th /^{2 38}U отношение в водах варьирует в интервале от 2,43 ■ 10^-4 до 2,69 ■ 10^-3. Активность ²²²Rn варьирует в диапазоне от 2 до 39 Бк/дм³, что позволяет отнести их к классу очень слаборадоновых. В водах Скалинского карьера природные радионуклиды содержатся в водах в следующих пределах (мг/дм³): ²³⁸U от 0,940 до 1,400 и ²³²Th от 3,93 ■ 10^-5 до 2,16 ■ 10^-5. ²³²Th/²³⁸U отношение в водах варьирует в интервале от 4,20 ■ 10^-5 до 1,78 ■ 10^-3. Активность ²²²Rn варьирует в диапазоне от 154 до 573 Бк/дм³, что позволяет отнести их к классам слаборадоновым и умеренно радоновым.

Содержания природных радионуклидов в водах Горловского карьера изменяются (мг/дм³): ²³⁸U от 0,002 до 0,004 и ²³²Th от 7,15 ■ 10^-6 до 4,68 ■ 10^-5. ²³²Th/²³⁸U отношение в водах варьирует в интервале от 2,10 ■ 10^-3 до 1,17 ■ 10^-2. А в водах Ургунского карьера концентрации радионуклидов составляют (мг/дм³): ²³⁸U от 0,006 до 0,017 и ²³²Th от 1,40■ 10^-5 до 3,78 ■ 10^-5. ²³²Th/²³⁸U отношение в водах варьирует в интервале от 8,37 ■ 10^-4 до 3,41 ■ 10^-3. В водах Колыванского карьера содержания ²³⁸U изменяются от 0,009 до 0,029 и ²³²Th от 9,32 ■ 10^-6 до 5,57 ■ 10^-4, а отношение ²³²Th/²³⁸U от8,39 ■ 10^-4 до 4,80 ■ 10^-2.

В водах Абрашинского карьера концентрации радионуклидов не превышают (мг/дм³): ²³⁸U 0,002 и ²³²Th 1,65 ■ 10^-6 . ²³²Th/²³⁸U отношение в водах - 7,24 ■ 10^-4, активность ²²²Rn составляет 31 Бк/дм³.

В водах Кировского карьера содержания тория составляют 3,00■ 10-4 мг/дм³, активность ²²²Rn не превышает 2 Бк/дм³. Содержания природных радионуклидов в водах Подгорного карьера составляют (мг/дм³): ²³⁸U 0,027 и ²³²Th 6,47 ■ 10^-6, а ²³²Th/²³⁸U отношение 2,36 ■ 10^-4.

В настоящей работе была проведена оценка влияния сброса дренажных вод разрабатываемых месторождений твердых полезных ископаемых восточных районов Новосибирской области на окружающую среду. Рассмотрим объемы радионуклидов, выносимых дренажными водами, на примере карьера Борок. По результатам автоматического учета средние объемы дренажных вод составляют – 2,3 млн м3 в год. Учитывая материалы геохимических исследований вод, средние концентрации урана составляют 6,58 ■ 10-2 мг/дм3 и тория - 2,67 ■ 10-5 мг/дм3. Таким образом, ежегодные объемы выносимого урана и тория равны 151,4 и 61,4 кг соответственно. При этом следует отметить, что загрязнения радиоактивными элементами реки Иня, куда идет сброс, не наблюдается. За счет процессов смешения речных вод с дренажными, концентрации (мг/дм3): 238U варьируют от 2,32 ■ 10-3 до 2,40 ■ 10-3, а 232Th от 3,08 ■ 10-6 до 1,39 ■ 10-5. Подобные оценки выполнены для рек Ояш, Чаус и Елбаш, в которые идет сброс дренажных вод из карьеров Новобибеевский, Скалинский и карьеров Горловского угольного бассейна соответственно. Так, в реке Ояш концентрации радионуклидов составляют (мг/дм3): U 2,36■ 10-3; Th 5,85 ■ 10-6, в реке Чаус U - 3,55 ■ 10-3; Th 4,09■ 10-6, а в реке Елбаш 2,46 ■ 10-3 и 4,54■ 10-6 соответственно. Выявленные концентрации радионуклидов в речных водах соотносятся с фоновыми значениями для поверхностных вод Новосибирской области.

Заключение

Полученные результаты кратко можно резюмировать следующим образом.

Геологические и гидрогеологические условия изученных вод контролируют геохимические параметры среды. Так, в водах гранитных и угольных карьеров встречаются воды с нейтральным показателем pH, а в песчаных и мраморных в основном с щелочным. Также можно заметить, что в угольных карьерах развиты более минерализованные воды с величиной общей минерализации до 1171 мг/дм3, что отвечает слабосолоноватым водам, тогда как остальные дренажные воды ультрапресные – собственно пресные. Этот факт является закономерным, поскольку Горловский угольный бассейн имеет осадочное выполнение и, как следствие, в нем развиты более древние и соленые воды, чего не наблюдается в гранитных массивах. По рассчитанным геохимическим коэффициентам (Ca / Na, Ca / Mg, Ca / Si, Mg / Si, Na / Si, Si / Na, rNa / rCl и SO4 / Cl) можно сказать, что в песчаных и мраморных карьерах в большей степени накапливаются натрий, кальций и магний, тогда как в гранитных и угольных – кремний. Рост натрия в растворе также связан с процессами антропогенного загрязнения. Наиболее высокие концентрации радионуклидов установлены в водах гранитных массивов, где содержания урана достигают 1,40 мг/дм3 и тория - 2,16 ■ 10-3 мг/дм3, что вполне логично, так как их породы аккумулируют в себе некогерентные элементы. Выполненные исследования свидетельствуют о том, что разработка месторождений твердых полезных ископаемых не несет в себе опасности для окружающей среды. Сброс дренажных вод в речную систему восточных районов Новосибирской области не сказывается на качестве поверхностных вод.

2022;7(3):216–230

мере месторождения Тулукуевское, Восточное Забайкалье). Петрология . 2019;27(4):446–467. https://doi . org/10.31857/S0869-5903274446-467

2022;7(3):216–230