Область наук:
  • Науки про Землю та суміжні екологічні науки
  • Рік видавництва: 2009
    Журнал: Наукові відомості Бєлгородського державного університету. Серія: Природничі науки
    Наукова стаття на тему 'Аерокосмічний моніторинг стану геологічного середовища залізорудних родовищ КМА: особливості структури, будови та функціонування'

    Текст наукової роботи на тему «Аерокосмічний моніторинг стану геологічного середовища залізорудних родовищ КМА: особливості структури, будови та функціонування»

    ?УДК 504.064: 662

    АЕРОКОСМІЧНИЙ МОНІТОРИНГ СТАНУ ГЕОЛОГІЧНОЇ СЕРЕДОВИЩА залізорудного родовища КМА: ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРИ, БУДІВЛІ І ФУНКЦІОНУВАННЯ

    У статті розглянуто загальні методологічні та організаціоннотехніческіе проблеми створення аерокосмічного моніторингу стану геологічного середовища на активно розробляються залізорудних родовищах КМА. Виявлено основні чинники, що визначають зміст і структуру ведення аерокосмічного моніторингу.

    Ключові слова: аерокосмічний моніторинг, родовища твердих корисних копалин, матеріали дистанційного зондування, природно-технічні системи, екзогенні геологічні процеси.

    Моніторинг родовищ твердих корисних копалин (ММТПІ) є підсистемою Державного моніторингу стану надр або геологічного середовища (ГМСН). Система ГМСН створюється з метою інформаційного забезпечення управління державним фондом надр. Функціонально вона являє собою систему регулярних спостережень, збору, накопичення, обробки та аналізу інформації, оцінки стану геологічного середовища і прогнозу його змін під впливом природних факторів, надрокористування та антропогенної діяльності гірничопромислових районів. У свою чергу, ГМСН є підсистемою Єдиної державної системи екологічного моніторингу (ЕГСЕМ) [7, 8, 9].

    Ефективність моніторингу МТПІ може бути істотно підвищена впровадженням новітніх ГІС-технологій з використанням засобів, методів і матеріалів дистанційного зондування Землі [15].

    Не вдаючись в подробиці загальних фізичних основ методів аерокосмічного зондування та їх можливостей, що досить докладно викладено в спеціальній літературі [1, 2, 3, 5], зосередимо увагу на структуру і завдання аерокосмічного моніторингу проведеного на залізорудних родовищах КМА.

    Матеріали дистанційного зондування (МДЗ), охоплюючи пріроднохозяйственние системи декількох таксономічних рангів, об'єктивно відображають стан надр, Геоекологічна ситуація в часі і просторі і є незамінною основою для ведення моніторингу. Без ретроспективного аналізу МЗД різних видів неможливо оцінити тенденції і динаміку зміни геологічного середовища (ГС), скласти достовірний прогноз розвитку ГС, в тому числі прояви небезпечних геологічних природних і техногенних процесів, виділити зони впливу на навколишнє середовище [10, 11, 12].

    Систематичне використання МДЗ і новітніх ГІС-технологій при моніторингу залізорудних родовищ КМА є тією основою, яка дозволить:

    - забезпечити достовірну і повну інформацію для оцінки стану, зміни і прогнозу змін геологічного середовища та інших природних і техногенних компонентів довкілля;

    - забезпечити формування та систематичне поповнення інформаційних ресурсів моніторингу залізорудних родовищ корисних копалин, в тому числі і ієрархічних рівнів моніторингу;

    - забезпечити взаємодію з іншими Державними системами і підсистемами моніторингу в галузі охорони природних ресурсів і навколишнього середовища.

    У той же час здійснюються в даний час наземні методи моніторингу ГС по опорних стаціонарних ділянках і пунктам не задовольняють сучасним вимогам до системності спостережень, контролю та управління, не забезпечують рівні узагальнення - регіональний і федеральний. Крім того, складність економічної си-

    А.Н. Петін

    Бєлгородський

    державний

    університет

    Росія, 308015, м Білгород, вул. Перемоги, 85.

    e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    туации привела до істотного скорочення спостережної мережі та стаціонарних спостережень, що знизило інформативність моніторингу.

    Аерокосмічний моніторинг залізорудних родовищ корисних копалин, будучи підсистемою ГМСН локального (об'єктного) рівня, здійснюється відповідно до "Вимог до моніторингу родовищ твердих корисних копалин" [16], узгоджених з Держнаглядохоронпраці України. Моніторинг МТПІ включає регулярні спостереження, збір, накопичення і ведення баз даних, обробку та аналіз інформації про просторово-часових змін стану об'єктів гірничодобувного комплексу (ГДК), геологічного середовища та інших компонентів навколишнього середовища в зоні впливу ГДК, їх оцінку, контроль і прогноз.

    Метою ведення моніторингу родовищ твердих корисних копалин (МТПІ) є інформаційне забезпечення органів управління державним фондом надр і надрокористувачів при геологічному і геоекологічне вивченні території родовища, на розробку якої отримано ліцензію за користування надрами.

    Основними завданнями системи моніторингу родовища твердих корисних копалин є:

    1. Оцінка поточного стану геологічного середовища на родовищі, включаючи зону істотного впливу його експлуатації, а також пов'язаних з ним інших компонентів навколишнього природного середовища, і відповідності цього стану вимогам нормативів, стандартів і умов ліцензії на користування надрами під час геологічного вивчення надр і видобутку корисних копалин.

    2. Складання поточних, оперативних та довгострокових прогнозів зміни стану геологічного середовища на родовищі і в зоні істотного впливу його відпрацювання.

    3. Економічна оцінка збитку з визначенням витрат на попередження негативного впливу розробки родовища на навколишнє середовище (на здійснення природоохоронних заходів і компенсаційних виплат).

    4. Розробка заходів по раціоналізації: способів видобутку корисних копалин (ПІ), запобігання аварійним ситуаціям і ослаблення негативних наслідків розробки ПІ на масиви гірських порід, підземні води, пов'язані з ними фізичні поля, геологічні процеси і на інші компоненти навколишнього середовища поверхневі води, приземні шари атмосфери, грунтовий покрив, рослинність.

    5. Надання органам Держнаглядохоронпраці України та іншим державним органам влади інформації про стан ГС та інших компонентів навколишнього середовища на родовищі корисних копалин і в зоні істотного впливу його відпрацювання.

    6. Надання територіальним органам управління державним фондам надр даних моніторингу родовища твердих корисних копалин для включення в базу даних державного моніторингу стану надр.

    7. Контроль і оцінка ефективності заходів щодо раціонального способу видобутку корисних копалин, що забезпечує повноту виїмки корисних копалин і скорочення нераціональних втрат, при мінімізації впливу на навколишнє середовище.

    Конкретні завдання моніторингу можуть уточнюватися умовами ліцензій на користування надрами та геологічними завданнями на виконання робіт.

    Гірничодобувне підприємство діє в конкретних природних умовах і пов'язано потоками речовини, енергії та інформації з природними системами. Воно, як технічна система, включає в себе машини і механізми, матеріали, комунікації, техногенні джерела енергії та інформації. В процесі своєї діяльності технічна система взаємодіє з природними геосистемами: гірськими масивами і рудними тілами, водоносними горизонтами і поверхневими водоймами і водотоками, грунтами, рослинністю, приземним шаром атмосфери і природними джерелами енергії утворюють єдине ціле - геотехнічну систему [4]. Тому ММТПІ, крім моніторингу геологічного середовища, може включати в себе моніторинг поверхневих водних об'єктів, атмосфери, ґрунтів, рослинності.

    При веденні моніторингу МТПІ необхідно розрізняти віди1 і джерела техногенного впливу на геологічне середовище. Одні пов'язані безпосередньо з розробкою залізорудного родовища, а інші, з супутніми видобутку перед-

    ємствами - зберіганням, транспортуванням, переробкою корисних копалин і розкривних порід, а також скиданням і утилізацією підземних вод, видобутих при осушенні родовища. Обидва види джерел впливу сукупно впливають не тільки на геологічне середовище, але і на інші компоненти навколишнього середовища - поверхневі води, приземні шари атмосфери, грунту, рослинність (табл. 1).

    Таблиця 1

    Зміна геологічного середовища при розробці родовищ твердих корисних копалин, що вивчаються з використанням МДЗ

    № п / п Зміни геологічного середовища

    первинні вивчаються з використанням МДЗ

    Відкриті і підземні розробки

    1 Розробка кар'єрів Створення негативних форм рельєфу. Виведення на поверхню нових геологічних відкладень

    2 Зміна напруженого стану масиву гірських порід у результаті видобутку корисних копалин, в тому числі вибухових робіт. Зміна фізико-механічних властивостей порід Розвиток деформацій в масиві гірських порід і на земній поверхні, деформація гірських порід і грунтів в прибортової і прібровочной частинах кар'єрів, розкриття трещиноватости і утворення вторинних тріщин, активізація ЕГП, зрушення порід над відпрацьованим простором, освіту мульд осідання

    3 Порушення статичного положення гірських порід Активізація природних і виникнення техногенних екзогенних геологічних процесів на прилеглій території

    4 Активізація ендогенних процесів Техногенні землетруси, гірські удари

    5 Вторинна консолідація порід - їх ущільнення в процесі водозниження і осушення Осідання земної поверхні

    6 Збільшення градієнта фільтрації потоку, інтенсифікація розчинення карбонатних порід і виносу пухкого заповнення відкритих порожнин Активізація або виникнення карстово-суффозіонних процесів

    7 Віль напружень при спрацюванні масиву верхніх гірських порід і в результаті набухання при зволоженні випорю (деформація) грунту або днища гірських виробок

    Ізятіе підземних вод водознижувальних спорудами

    8 Порушення режиму підземних вод Зниження рівня підземних вод. Освіта депрессионной воронки. Активізація екзогенних геологічних процесів - карт, суфозія

    9 Закачка вилучених підземних вод в більш глибокі водоносні горизонти Зміна гідрохімічних особливостей підземних вод

    відвали

    10 Створення відвалів Формування нових геологічних тіл - позитивних форм рельєфу. Виведення на поверхню нових геологічних відкладень з новим набором хімічних елементів

    11 Деформація поверхні відвалів і їх бортів - фільтрація атмосферних вод, розчинення карбонатних порід і винос пухких порід Розвиток екзогенних геологічних процесів по бортах і на поверхні відвалів; ерозія, суфозія, карст, заболочування, дефляція

    12 Формування нових гідрогеологічних горизонтів Віль забруднених вод з тіл відвалів - лінійна і локальна

    Гідровідвалів, шламосховища (ГО, ШХ)

    13 Створення ГО і ШХ "Нівелювання" рельєфу. Формування нових геологічних відкладень

    14 Фільтрація вод, донна і бічна, з гідровідвалів шламосховищ, ставків-відстійників Зміна гидрогеохимических особливостей підземних вод. Зміна режиму і балансу підземних вод в зоні впливу гідровідвалів і шламосховищ

    Вплив гірничодобувного комплексу простягається часто далеко за межі гірничого відводу (табл. 2). За даними ряду дослідників і нашими спостереженнями площа впливу може в кілька разів перевищувати площу розробок [10, 14].

    Таблиця 2

    Вплив розробок твердих корисних копалин на навколишнє середовище, що вивчаються з використанням МДЗ

    № п / п Види впливу Зміни навколишнього середовища, що вивчаються з використанням МДЗ

    1 2 3

    I. На гідрологічні умови

    1 Скорочення природного розвантаження підземних вод в річки за рахунок водозниження при осушенні гірничих виробок Зменшення або припинення стоку річок

    2 Скидання кар'єрних чи шахтних вод Збільшення стоку річок

    II. На гідрогеологічні умови

    3 Зміна рівня грунтових вод першого від поверхні водоносного горизонту, зниження УГВ Осідання поверхні землі; зміна гідрографічної мережі, активізація ЕГП

    4 Сдренірованіе нижчих водоносних горизонтів в зоні водозниження при видобутку переосушення ґрунтів; пригнічення або загибель рослинності; осушення боліт; активізація ЕГП

    5 Підвищення УГВ при скидах дренажних вод, розвантаження вод з відвалів на поверхню Перезволоження грунтів; заболочування території Зміна хімічного складу і мінералізації підземних вод

    6 У зв'язку зі створенням Оскольського водосховища Збільшення водопритоків в кар'єри

    III. На атмосферне повітря, грунти, рослинність

    7 Вибухи в кар'єрі Газопилові викиди димових шлейфів ГЗК і інших переробних виробництв Поширення пилу, аерозолів, газів - забруднення хімічними елементами навколишнього середовища

    8 Дефляція порід відвалів і гідровідвалів, шламу з поверхні шламосховищ Поширення з пиловим забрудненням нових хімічних елементів в грунті, рослинності в приземних шарах атмосфери

    IV. На поверхневі води

    9 Кар'єрів і шахт Скидання кар'єрних і шахтних вод у річки та водойми Забруднення річок і водойм мінеральними речовинами і хімічними елементами

    10 шламосховища і гідровідвалів Фільтрація через греблі

    11 відвалів розвантаження забруднених підземних вод з відвалів у річки та водойми на поверхню

    12 Супутніх виробництв Скидання стічних вод

    Основними факторами, що визначають зміст і структуру

    ведення моніторингу МТПІ є:

    - складність геологічних, гідрогеологічних, інженерно-геологічних умов родовища;

    - особливості умов освоєння родовища (система відпрацювання родовища і система захисту гірничих виробок від підземних вод);

    - масштаби і типи освоєння (обсяги вилучення корисної копалини, розкривних порід та підземних вод, швидкість ведення гірських робіт і їх розвиток за площею і глибиною);

    - характер формування техногенних ландшафтів, в тому числі відвалів, гідровідвалів, шламосховищ;

    - геохімічні особливості новостворених геологічних тіл;

    - фізико-географічні умови території розташування родовища ТДВ, є однією з умов швидкості протікання фізико-хімічних процесів;

    - характер і інтенсивність впливу розробок МТПІ на навколишнє середовище: розвиток екзогенних геологічних процесів, зміна режиму і гідрохімії підземних вод, забруднення поверхневих вод і донних опадів, грунтів, рослинності, приземних шарів атмосферного повітря;

    - наявність водозаборів підземних вод в межах площі впливу осушення родовища ТДВ;

    - наявність споруд по зберіганню, переробці і транспортуванні ПІ і відходів гірничодобувного виробництва;

    - необхідність проведення спеціальних заходів щодо інженерного захисту від небезпечних геологічних процесів;

    - формування зон різного ступеня впливу об'єктів горногдобивающего комплексу на навколишнє середовище.

    Доцільно при організації ММТПІ виділити 3 зони впливу: зона I - зона безпосереднього впливу на зміну стану надр в межах гірничого відводу; зона II - зона істотного впливу розробки родовища на різні компоненти геологічного середовища; зона III - периферійна зона, що примикає до зони II. Зона III може бути територією фонового моніторингу. В інших випадках при дуже сильних впливах ГДК і за площею зоні впливу слід виділити чотири зони - де периферійна і фонова поділяються.

    До основних геологічних факторів, що впливає на характер прояву процесів змін стану геологічного середовища на родовищах твердих корисних копалин і визначає зміст і структуру ведення моніторингу МТПІ відносяться:

    Власне геологічні: характер залягання гірських порід, ступінь мінливості їх складу і властивостей; особливості неотектонічне будови, наявність тріщинуватості і закарстованості; наявність в межах площі розробки родовищ ПІ легко деформуються масивів гірських порід, схильних до розвитку екзогенних геологічних процесів; глибина і характер залягання корисних копалин.

    Гідрогеологічні: характер залягання і умови поширення водоносних горизонтів, мінливість потужностей і фільтраційних властивостей водовмісних порід, величина водопритоков в гірничі виробки, наявність або відсутність постійно діючого джерела води в гірничі виробки: річка, обводнених високопроніцаемого водоносний горизонт, який перекриває розробляється ПІ, а також складність гідрохімічний обстановки, наявність високомінералізованих і газованих підземних вод, що беруть участь в обводнюванні родовища.

    Інженерно-геологічні: характер мінливості фізико-механічних і водно-фізичних властивостей гірських порід, що визначають стійкість бортів кар'єрів і підземних гірничих виробок, активізацію і виникнення екзогенних геологічних процесів.

    Всі перераховані вище фактори є визначальними також при форми-рованіінаблюдательной мережі.

    Зазначені фактори, що визначають структуру і зміст ММТПІ і впливають на характер змін геологічного середовища, є також основними при виборі МДЗ для проведення моніторингу МТПІ дистанційними методами.

    Виконані нами дослідження [10,11, 14] в межах Старооскольтско-Губкінського гірничопромислового вузла за допомогою матеріалів дистанційного зондування (МДЗ) дозволив зробити наступні висновки:

    - найвиразніше на МЗД фіксуються зміни інфраструктури гірничодобувних комплексів, переміщених мас гірських порід, рельєфу та інших техногенних об'єктів;

    - на космічних знімках (КС) виявляються суттєві зміни гідрогеологічних умов регіонального та локального рівнів, характер, межі і тенденції цих змін;

    - космічні знімки дозволяють отримати інформацію про тенденції розвитку широкого спектра екзогенних геологічних процесів, їх майданного характеру поширення;

    - МЗД дозволяють виділити забруднення навколишнього середовища від об'єктів ГДК та інших техногенних джерел: ореоли пилового забруднення снігового покриву, ділянки ураження лісової рослинності, місця скидання забруднених вод у поверхневі водні джерела, димові шлейфи, які свідчать про забруднення атмосферного повітря;

    - на космічних знімках чітко фіксуються основні площі порушених земель. Швидке наростання площ порушених земель і техногенних ландшафтів в гірничопромислових районах робить пріоритетною проблему організації постійно діючого аерокосмічного моніторингу.

    Список літератури

    1. Аерометоди при геологічній зйомці і пошуках корисних копалин. Регіональні нариси / Под ред. Г. Ф. Лунгерсгаузена. М .: Недра, 1964. - 134 с.

    2. Гарбук С.В., Гершензон В.Є. Космічні системи дистанційного зондування Землі

    - М .: Видавництво А і Б, 1997. - 296 с.

    3. Гудилин, І.С., Комаров І.С. Застосування аерометодів при інженерно-геологічних і гідрогеологічних дослідженнях. - М .: Недра, 1978. - 319 с.

    4. Емлин Е.Ф. Геодинамічні процеси на активно розробляються колчеданових родовищ Уралу. - Свердловськ: Вид-во НТО гірське, 1984. - 73 с.

    5. Зеркаль О.В., Маркарян В.В., Комаров А.В. і ін. Моніторинг екзогенних геологічних процесів в складі системи державного моніторингу стану надр Російської Федерації (ГМСН Росії) // Тези Всеросійського з'їзду геологів і науково-практичної конференції: Геологічна служба та Миниральная-сировинна база Росії на порозі XXI століття. СПб., 2000. - С. 151.

    6. Карпузов А.Ф., Перцов А.В., Кірсанов А.А. та ін. Деякі проблеми і тенденції розвитку космоаерогеологіческіх досліджень в Росії в XXI столітті // Тез. Всеросійського. з'їзду геологів і наук.-практ. конф .: Геологічна служба та Миниральная-сировинна база Росії на порозі XXI століття. - СПб, 2000. - С. 156-161.

    7. Кірсанов А.А. Концептуальні положення використання даних дистанційного зондування при веденні моніторингу екзогенних геологічних процесів // Тез. Всеросійського. з'їзду геологів і наук.-практ. конф .: Геологічна служба та Миниральная-сировинна база Росії на порозі XXI століття. - СПб., 2000. - С. 162-163.

    8. Корольов В.А. Моніторинг геологічного середовища - М .: Изд-во МГУ, 1995. - 210 с.

    9. Кочетков М.В., Перепадя С.В., Комаров А.В. та ін. Система Государсвеннного моніторингу стану надр // Тез. Всеросійського. з'їзду геологів і наук.-практ. конф .: Геологічна служба та Миниральная-сировинна база Росії на порозі XXI століття. - СПб, 2000. - С.1160-161.

    10. Петін А.Н., Азаркин М.М., Мірнова А.В. Виявлення та оцінка змін геологічного середовища в Старооскольського-Губкинском залізорудному районі з використанням матеріалів дистанційного зондування // Матер. Міжрегіональний. наук.-практ. конф. Актуальні географічні проблеми регіону. - Чебоксари, 2000. - С. 139-143.

    11. Петін А.Н., Азаркин М.М., Мірнова А.В. Оцінка трансформації геологічного середовища в Оскольском залізорудному районі КМА на основі аналізу матеріалів дистанційного зондування // Білогір'я: краєзнавчий альманах. - 2001 - № 3. -С. 68-78.

    12. Петін А.Н. Ретроспективний аналіз зміни площ порушених земель в Сто-рооскольско-Губкинском гірничопромисловому районі КМА (за матеріалами дистанційного зондування землі) // Матеріали Міжнар. наук. семінару: Проблеми стародавнього землеробства і еволюції грунтів в лісових і степових ландшафтах Європи. - Білгород: Вид-во БелГУ, 2006. С. 136-140.

    14. Петін А.Н. Моніторинг екзогенних геологічних процесів в Білгородській області // Вісник Xарькiвского національного університету. Сер. Геологія-географія-екологія. - 2002. -№ 563. - С. 116-121.

    15. Петін А.Н., Яницький Є.Б. Геоинформационное забезпечення моніторингу екогеосістем гірничодобувних районів // Матеріали міжнародної науково-практичної конф .: РЕГЮН - 2006: Стратегія оптимального розвитку, Xаркiв, 2006. - С. 24-25.

    16. Основні вимоги до аерокосмічної інформації, необхідної для моніторингу екзогенних геологічних, інженерно-геологічних і гідрогеологічних процесів в зонах інтенсивного господарського освоєння. Методичні вказівки. - М .: ВСЕГІНГЕО, 1987.

    AERO-COSMIC MONITORING OF GEOLOGICAL ENVIRONMENT CONDITIONS OF THE IRON-ORE DEPOSITS OF KMA: PECULIARITIES OF STRUCTURE, COMPOSITION AND FUNCTIONING

    A.N. Petin

    Belgorod State University Pobedy Str., 85, Belgorod, 308015, Russia

    e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    The article deals with the general methodological and organizational-technical problems of creating the aero-cosmic monitoring of geological environment conditions at the actively exploited iron-ore deposits of KMA. The main factors defining the contents and structure of conducting the aero-cosmic monitoring are singled out.

    Key-words: Aero-space monitoring, deposits of solid natural resources, materials of distant exploring, natural-technical systems, exogenous geological processes.


    Ключові слова: аерокосмічний моніторинг / родовища твердих корисних копалин / матеріали дистанційного зондування / природно-технічні системи / екзогенні геологічні процеси

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити