Закономерности формирования геогорнотехнических систем в условиях степных ландшафтов (на примере Волгоградской области)

Геотехническая система – это целостная управляемая система, где осуществляется постоянное воздействие технического устройства на природный комплекс или его компоненты [8]. Целостность системы обеспечивается потоками вещества, энергии и информации. Длительность функционирования определяется выполнением производственных целей и целесообразностью управления в существующих условиях. Из множества геотехнических систем отдельно выделяются геогорнотехнически е, разрабатывающие полезные ископаемые [9], функционирование которых приводит к образованию горнопромышленных ландшафтов.

Природно-историческое развитие территории Волгоградской области привело к формированию мощной базы минерально-строительного сырья. В регионе разведано более 200 месторождений и проявлений общераспространенных и необщераспространенных нерудных полезных ископаемых [4]. Ежегодно в эксплуатации находятся 40–50 месторождений, некоторые из них разрабатываются на протяжении 50 и более лет. В размещении и строении сформированных в местах добычи карьерно-отвальных комплексов просматриваются закономерности, обусловленные неоднородностью природных условий исследуемой территории.

Геолого-геоморфологические условия. Волгоградская область расположена на юго-востоке Русской платформы. Формирование равнинного рельефа происходило на протяжении палеозоя, мезозоя, кайнозоя, в результате поверхность была снивелирована и сформировался осадочный чехол мощностью от 400–800 м (за р. Хопер) до 10 км (восточнее Волги) [2]. Горные породы осадочного чехла, относящиеся к нерудным полезным ископаемым, и составляют минерально-сырьевую базу региона.

Большая часть месторождений полезных ископаемых географически относятся к Доно-Медведицкому валу и Приволжской моноклинали – тектоническим структурам второго порядка [2]. В неоген-четвертичное время правобережье испытывало дифференцированные восходящие движения. В результате этих процессов к поверхности были приподняты известняковые массивы московского яруса среднего карбона, касимовского яруса верхнего карбона, а также мел турон-коньякского яруса. Таким образом сформировались месторождения твердых карбонатных пород.

В нижнем палеоцене на территорию области заходило теплое мелководное море, о чем свидетельствуют белые мелкозернистые стекольные пески камышинской свиты с высоким содержанием SiO2, вскрывающиеся на севере Приволжской моноклинали [2].

Другим важным событием, повлиявшим на формирование минерально-ресурсной базы твердых полезных ископаемых, стала геологическая деятельность неогеновых рек [1]. В среднем миоцене по территории области с северо-запада на юго-восток протекала Гуровская палеорека, оставившая после себя крупнозернистые ожелезненные пески, используемые в настоящее время в нефтяной промышленности.

Белые кварцевые мелкозернистые пески плиоценовой Ергень-реки перекрыли южную часть Приволжской моноклинали и центральную часть Доно-Медведицких дислокаций, образовав месторождения строительного песка.

В соответствии с географией месторождений сформировался территориальный рисунок геогорнотехнических систем (далее – ГТС) (см. рисунок). Межкомпонентная и территориальная структура ГТС зависит от сложности строения месторождения и вида добываемого сырья.

Урюпинск

Кумылженская

Средняя Ахтуба

Условные обозначения:

И силикатный песок

Q стекольный песок

ЕВ фильтровый песок для нефтяной промышленности

И формовочный песок

Щ известняк для строительного камня Q песчаник для строительного камня Q мел

/\ цементное сырье

[Т] строительный песок

К абразивный песок

В глины для керамического кирпича

География месторождений нерудных строительных полезных ископаемых по данным Волгограднедра [7] (номенклатура месторождений приводится в таблице)

Номенклатура месторождений нерудных строительных материалов

Известняк для строительного камня	Строительный песок	Песчаник
1. Овраг Дальний Каменный	1. Котовское	1. Батраковское-1
2. Александровское	2. Сосновское	2. Комсомольские горы
3. Андреевское	3. Суховское	3. Добринское
4. Синегорское	4. Камышинское-1	4. Краишевское
5. Линевкое	5. Етеревское	5. Нижне-Соинское
6. Арчединское	6. Перфиловское	6. Булековское-1
7. Арчединское-1	7. Растегинское	7. Булековское-2
8. Шуруповское	8. Песковатское	8. Олейниковское
9. Калининское	9. Гусевское	9. Ольховское
10. Липкинское	10. Дубовское	10. Дорошевское
11. Липкинское-1	11. Балка Песчаная	11. Водно-Буерачное
12. Ново-Григорьевское	12. Яранцевское	12. Аврамовское
13. Зимовское	13. Спартановское	13. Хорошинское-1
14. Саушинское	14. Карьер ЖКО	14. Упорниковское
15. Верховское проявление	15. Скудринское	15. Оленьевское
16. Перекопское	16. Остров Голодный	16. Подхимовское
17. Кременское	17. Гумракское	17. Лобачевское-1
Глины	18. Купоросное	18. Лобачевское-2
1. Южно-Добринское	19. Бекетовское-2	19. Рябовское
2. Еланское-2	20. Красноармейское	20. Политовское
3. Краишевское	21. Татьянка	21. Скулябновское
4. Красноярское	22. Пионерское	22. Левашова Стрелка
5. Липовское	23. Верхне-Громовское	23. Ново-Александровское
6. Камышинское-2	24. Солянкинское	24. Тюковское
7. Себряковское-1	25. Кумовское	25. Крутовское
8. Ельшанское	26. Суровикинское	26. Иванушенское
9. Кировское	27. Чилековское	27. Горно-Пролейское
10. Красноармейское-4	Мел	28. Ерико-Крепинское
11. Среднеахтубинское	1. Волковское	Фильтровый песок
12. Ленинское	2. Морецкое	1. Екатериновское
13. Кругляновское	3. Терсинское	2. Оленье-Тюринское
14. Котельниковское-2	4. Ададуровское	Формовочный песок
Цементное сырье	5. Дворянское	1. Северо-Челюскинское
1. Себряковское	6. Михайловское-1	2. Ерзовское
2. Усть-Грязнухинское	7. Больше-Ивановское	3. Чапурниковское
Стекольный песок	8. Ютаевское	Силикатный песок
1. Елшанское	9. Мелоголубинское	1. Камышинское-3
2. Камышинское	Абразивный песок	2. Михайловское-1
3. Любимовское	1. Орловское-1	3. Михайловское-2
–	–	4. Орловское-3

Геогорнотехнические системы, приуроченные к Доно-Медведицкому валу, осуществляют разработку известняка и мела. Значительная мощность карбонатных пород (от 40 до 60 м) предопределяет многоуступную систему ведения добычных работ: в карьерах выделяются от 2 до 4 рабочих уступов. Наличие в строении месторождений четко выраженных вскрышных пород мощностью до 20 м приводит к формированию сопряженных карьерно-отвальных комплексов с хорошо сформированными карьерной и отвальной частями (например, Себряковский, Арчединский, Липкинский).

Геогорнотехнические системы, расположенные в пределах Приволжской моноклинали производят добычу песков нижнего и верхнего неогена. Их отличительной особенностью является формирование редуцированных карьерных комплексов, в составе которых отсутствует отвальная часть. Это объясняется незначительной мощностью вскрышных пород (от 0 до 10 м). Большая часть карьеров разрабатывается одним уступом, так как мощность добычных пород невелика – в среднем от 5 до 20 м (Челюскинский, Разгуляевский, Оленье-Тюринский карьеры). При мощности полезной толщи 20–30 м применяется многоуступная система разработок (Чапурниковский, Ельшанский, Орловский-3 карьеры).

Важную роль при разведке минеральных ресурсов сыграли геоморфологические условия региона. В дореволюционное время местное население хуторов, станиц использовало строительные материалы, вскрывавшиеся в балках и по берегам рек. В первых комплексных отчетах о полезных ископаемых региона естественно-исторического отдела Сталинградского краеведческого музея (1928–1929 гг.) содержатся сведения в основном о месторождениях, вскрывающихся в берегах рек, днищах и склонах балок и оврагов [5].

Современный рельеф Волгоградской области формируется с начала неогена [1]. Большая часть функционирующих ГТС сосредоточена в пределах Приволжской возвышенности и Окско-Донской равнины. Густота эрозионной расчлененности этих геоморфологических районов варьирует от 0,1 км/км ² (Окско-Донская равнина) до 4 км/км ² (Приволжская возвышенность) [2]. Анализ размещения гео-горнотехнических систем позволил выявить их тяготение к эрозионным формам рельефа. Карьеры Приволжской возвышенности, как правило, расположены на склонах балок (Дубовский, Песковатский, Челюскинский, Оленье-Тюринский, Орловский-1, Орловский-3 карьеры). Крупнейший в области Себряковский карьер находится на левом склоне большого Железнодорожного лога.

В целом можно отметить, что равнинный рельеф местности и геологическое строение влияют на морфологическую и пространственную структуру карьерно-отвальных комплексов.

Климатические условия. В ландшафтном плане Волгоградская область расположена в пределах лесостепной, степной и полупустынной зон. Климат континентальный, засушливый, отличается нестабильным режимом увлажнения, высокими летними температурами. Значение гидротермического коэффициента уменьшается с 0,8 в западных и се- верных районах до 0,3–0,4 в восточных и юговосточных. Среднегодовое количество осадков изменяется от 280–300 мм на Прикаспийской низменности до 400–500 мм в западных и северных районах. Среднемесячная температура июля в северных районах составляет +21,0 °С … +22,0 °С, на Прикаспийской низменности +24,5 °С … +25,0 °С. Особенностью климата степей Нижнего Поволжья является активный ветровой режим в течение всего года. Среднегодовая скорость ветра изменяется от 3,3 м/с (Михайловка), 5,8 м/с (Камышин) до 6,3 м/с (Волгоград) [2].

В существующих климатических условиях ведущими экзогенными геоморфологическими процессами, проявляющимися на поверхности отвалов и бортах карьеров, становятся дефляция и линейная эрозия.

Гидрогеологические условия . При добыче полезных ископаемых открытым способом большое значение имеют гидрогеологические условия. Рассматриваемые геогорнотехничес-кие системы находятся под влиянием разновозрастных водоносных горизонтов. В пределах Доно-Медведицкого вала на условия добычи известняков оказывает влияние водоносный средне-верхнекаменноугольный комплекс (C _2-3 ), при добыче мела – водоносный альб-сеноман-ский терригенный комплекс (K ₁ al-s) и локально-водоносный турон-коньякский меловой комплекс (K ₂ t-k) [3]. На этой территории прослеживается наибольшая глубина залегания грунтовых вод – более 20 м. ГТС Приволжской возвышенности расположены в зоне палеогенового ( P ), неогенового N ₂ ¹ er (ергенинского) и нео-ген-четвертичного терригенно-аллювиального (N+Q) водоносных комплексов [3]. Здесь глубина грунтовых вод составляет до 20 м.

Глубина карьеров устанавливается с учетом прогноза изменения гидрогеологических условий прилегающих территорий и направления рекультивации нарушенных земель. Так, при сельскохозяйственном направлении рекультивации расчетный уровень грунтовых вод должен быть не выше 0,5 м, а при лесохозяйственном направлении рекультивации – не выше 2,0 м от поверхности [6].

Следует отметить, что в условиях степных ландшафтов, с активным ветровым режимом и малоснежными зимами, щебнистыми и песчаными почвообразующими порода- ми, для проведения биологической рекультивации требуется больше усилий, чем, например, в лесостепной и степной зонах. В существующих климатических условиях снятый при вскрытии месторождения почвенный слой подвергается активному развеванию, что определяет сложность его сохранения и восстановления. Ведущими направлениями рекультивации законсервированных карьеров выступают: водохозяйственное, лесохозяйственное, строительное. Каждое направление оправдано с точки зрения сформировавшихся природно-хозяйственных условий территории.

Таким образом, ведущим фактором в формировании геогоронтехнических систем является геологическое строение месторождений. В зависимости от него выбирается система разработки, определяющая морфологию карьерноотвальных комплексов. Естественные экзогенные процессы препарируют выработанный в процессе добычи техногенный рельеф, дополняя его микроформами. Климатические и гидрогеологические условия оказывают влияние на направление рекультивационных работ в эксплуатируемых и законсервированных карьерах.