Предмет исследования – содержание ртути в почве, воде и воздухе на Никитовском месторождении.

Цель работы: изучить геологическое строение Никитовского рудного поля и выяснить, как влияют рудные тела на содержание ртути в почве и как она негативно воздействует на состояние здоровья людей.

Основные задачи исследования: отобрать пробы почв, углей, воды на месторождении, провести их анализ и определить превышает ли концентрация ртути в почве установленные нормы.

Научная новизна полученных результатов: Никитовское рудное поле - это уникальная территория с научной точки зрения, где можно непосредственно изучить геологическое строение месторождения, а также изменение содержания ртути с удалением от рудных тел, её накопление в почвах, воде и организме человека.

Методы исследования – отбор проб почвы на территории Никитовского рудного поля для установления в лаборатории содержания ртути и тяжелых металлов в них.

Практическое значение: геологические изыскания на Никитовском рудном поле начались в конце 19 века, но результаты исследований, полученных сегодня позволяют также оценить экологическую ситуацию на месторождении. На основании полученных результатов опробования почв сделаны соответствующие выводы о загрязнении окружающей среды.

Никитовское рудное поле расположено в центральной части Донецкого каменноугольного бассейна. По административной подчиненности рассматриваемая площадь относится к Горловскому и Дзержинскому районам Донецкой области.

Никитовское ртутное месторождение открыто в 1879 году инженером А.В. Миненковым. Однако, судя по следам древних горных выработок и находкам в них орудий каменного века (А.А. Шепелев, 1913г.), ртуть добывалась здесь еще в древние века. Эксплуатация месторождения в современный период начата в 1885г.. Работы проводились на Софиевском, Новом, Железнянском и, несколько позднее, на Чегарникском участках.

Неоценимое значение в изучении тектонического строения рассматриваемого района, как и всего Донбасса, имеют работы по геологическому картированию, начатые с 1892 года Геологическим комитетом (Ф.Н. Чернышев и Л.И. Лутугин, 1897; В.И. Соколов и Л.И. Лутугин, 1910; Л.И. Лутугин и П.И. Степанов, 1913). Картирование Горловского района Главной антиклинали выполнено в М 1:42000 В.И. Соколовым, А.А. Снятковым и Н.Н. Яковлевым.

В послевоенные годы, в особенности в 1950-51г.г., остро встал вопрос о перспективности Никитовского рудного поля. Подтвердившаяся бурением идея о многоярусности оруденения (Е.Е. Захаров, И.Л. Никольский) и его приуроченности к участкам пересечения пластов песчаников с продольным разломом «Секущая» (Е.Е. Захаров, С.Д. Ступак) способствала дальнейшему развитию геологоразведочных работ на месторождении.

С 1949г. в изучении Никитовского рудного поля принимает участие группа сотрудников ДПИ (Б.С. Панов, Н.И. Новичкова и др.) под руководством И.Л. Никольского. Большое внимание в этих исследованиях отводилось расшифровке стратиграфии месторождения. Без этих исследований увязка геологического строения участков рудного поля с хорошо изученными смежными площадями была затруднена. А, следовательно, и представления о структуре рудного поля, а тем более о механизме и истории его образования, были неполными.

В результате изучения структуры и рудораспределения И.Л. Никольский пришел к выводу, что:

1. Главными рудолокализующими структурами Никитовского рудного поля являются мелкие наложенные куполообразные поднятия, механизм возникновения которых в общих чертах напоминает процесс диапиризма (1958, 1959). Процессы куполообразования и рудогенеза относятся предположительно к альпийскому времени.

2. Разлом «Секущая» влиял на рудопроявление.

3. Наиболее перспективными областями на ртуть в Донецком бассейне являются участки пересечения основных продольных антиклинальных складок Донбасса и поперечных валов (1938, 1959, 1962 г.г.).

В результате картирования Горловской антиклинали (1960-66 г.г.) А.М. Добрянским и В.А. Корчемагиным, были выявлены некоторые новые разрывные нарушения, предложено разделение мелких складок второго порядка на купола и брахиантиклинали, рассмотрен генезис этих структур и разрыва «Секущая». Долгое время с 1960 по 1990 годы картированием карьеров, изучением геологической структуры, трещинной тектоники, струтурно-морфологически типов рудных тел и минералогии занимались В.А. Корчемагин, В.С. Емец и В.И Купенко.

Геологическая графика, охватывающая всю площадь Горловской антиклинали, была составлена в 1963 году (А.М. Добрянский, В.А. Корчемагин, И.Л. Никольский). Изучением трещиноватости углей и вмещающих пород Донецкого бассейна занимались В.М. Мефферт (1915), Е.С. Йейте (1936), Г.А. Иванов (1939), В.А. Банковский (1949), И.И. Чебаненко (1957), В.В. Эз (1962), И.А. Очеретенко (1966), В.С. Вереда (1970), В.А. Корчемагин (1971) и многие другие. Эти исследователи выделяли несколько систем трещин, располагающихся перпендикулярно к слоистости пород, и ряд систем, пересекающих слоистость под различными углами. Последние всеми исследователями относятся к тектоническим трещинам и связываются иногда с теми или другими орогеническими движениями герцинского, киммерийского или альпийского возраста.

В геологическом строении Горловской антиклинали принимают участие угленосные отложения свит С²₂, С³₂, С⁴₂, С⁵₂, С⁶₂, С⁷₂, С¹₃, С²₃ каменноугольного периода, общей мощностью около 5км. Мощность наносов не превышает 5-10м. В литологическом отношении описываемая толща представлена многократным чередованием пластов аргиллито-алевролитов, песчаников, каменных углей и известняков. Суммарная доля аргиллито-алевролитов составляет в среднем 60-65%, песчаников – около 35%, известняков и углей – менее 2% от общей мощности рассматриваемой толщи пород.

Среди аргиллито-алевролитов в местной практике в соответствии с размером частиц, слагающих породы, различают глинистые (аргиллиты), песчаные (алевролиты) и песчано-глинистые сланцы. В общем, это тонкозернистые, часто тонкослоистые породы темно-серого цвета с различными оттенками. Нередко наблюдаются постепенные переходы аргиллитов в песчаники или тонкое чередование более темных и тонкозернистых слойков со светлоокрашенными, несколько более грубозернистыми слойками. Иногда отмечается волнистая или перекрестная косая слоистость. В других случаях описываемые породы имеют массивную текстуру без четко выраженной слоистости. Нередки в рассматриваемых породах прослои и цепочки глинисто-сидеритовых, кремнистых и пиритовых конкреций. На плоскостях наслоения пород довольно часто отмечаются отпечатки флоры (стволы, ветки, листья) и фауны (пелициподы, брахиподы).

Сравнительно простое строение Горловской антиклинали осложнено разрывными и складчатыми формами тектоники. Особое внимание привлекают продольные разрывы, которые отделяют свод антиклинали от крыльев, и мелкие складки («купола» по местной терминологии), развитые на присводовых участках Горловской антиклинали, поскольку эти структуры играют важную роль в распределении ртутного оруденения.

Сводовая часть Горловской антиклинали усложнена мелкими куполообразными поднятиями, оси которых закономерно повернуты против часовой стрелки на 15-30° относительно оси антиклинали. Разными исследователями в своде Горловской антиклинали выделено девять «куполообразных» складок. С запада на восток отмечаются Дзержинский, Дылеевский, Чернобугорский, Чернокурганский, Катушкинский, Софиевский, Новый, Чегарникский, Кировский купола. Наиболее значительные количества полезного ископаемого контролируются такими мелкими поднятиями, между которыми рудоносность уменьшается или прерывается. Участки развития мелких складок, в связи с отмеченным характером рудораспределения, рассматриваются нами как самостоятельные месторождения и рудопроявления. Таковы (с запада на восток): Чернобугорское, Чернокурганское, Новозаводское, Мичуринское, Никитовское, Чегарникское, Железнянское. Названия месторождений и рудопроявлений соответствуют общепринятым названиям мелких складок, исключение составляет Никитовское месторождение, где практически непрерывное оруденение установлено в Софиевском и Новом куполах [1,2,3,4].

Обращает на себя внимание отчетливая закономерность в размещении складок вдоль шарнира Горловской антиклинали. В центральной части рудного поля располагаются пять локальных, подобных друг другу структур: Черный бугор, Черная Курганка, Катушка, София, Новый. Эти складки имеют сходные размеры (в среднем 1 х 0,4км), располагаются через равные интервалы (1,4 км), резко ограничены от северного и южного крыльев продольными разрывами. Шарниры их прослеживаются в западном и юго-западном направлении. Все описанные складки хорошо выражены в рельефе как поднятия, а мощность аргиллито-алевролитов, разделяющих пласты песчаников, увеличена на 15-20% по сравнению со смежными участками свода антиклинали.

К востоку и западу от центральной части рудного поля размещены примерно на равных расстояниях (через 3-3,5км) по две более крупные складки. На западе располагается Дылеевская и Дзержинская, а на востоке Чегарникская и Кировская структуры. Эти складки отличаются от вышеописанных не только большими размерами, но и другими особенностями. Они менее локальны, их влияние сказывается на залегании пород крыльев на некотором удалении от свода антиклинали. Ограничены эти складки разрывами только лишь от южного крыла и непосредственно переходят в северное крыло антиклинали. В рельефе они не выражены, не отмечается также увеличение мощности аргиллито-алевролитов в их сводах.

Западные складки, кроме того, сопровождаются сопряженными с ними брахисинклинальными структурами. Это их объединяет с Чернобугорской структурой, но отличает от восточных складок. Шарниры рассмотренных структур, как и складок центральной части рудного поля, за исключением Кировского «купола», прослеживается под некоторым углом к оси антиклинали, но этот угол не превышает 20-25^о. Кроме того, погружение шарниров этих складок происходит в восточном направлении. Киноварь отмечается на всех участках, но повышенная концентрация обнаружена лишь в пределах Чегарникской структуры. А.М. Добрянский, в отличие от складок центральной части рудного поля (куполов), Дзержинскую и Дылеевскую структуры называют брахиантиклиналями, а Кировскую и Чегарникскую – рассматривает как наиболее приподнятые смежные участки Горловской антиклинали, разделенные тектоническим нарушением.

Наиболее крупными продольными разрывами являются Осевой надвиг и разлом «Секущая». Осевой надвиг прослежен непрерывно вдоль южного крыла Горловской антиклинали. Разрыв наклонен к юго-западу под углом 70-80^о, т.е. круче пластов пород. У западного периклинального окончания складки Осевой надвиг затухает в отложениях свиты С¹₃, но в восточном направлении он прослеживается далеко за пределы рассматриваемого района вдоль сводовой части Главной антиклинали Донецкого бассейна. Стратиграфическая амплитуда смещения вдоль простирания разрыва колеблется в широких пределах от единиц до 200-300 метров. С глубиной амплитуда смещения уменьшается [2,5].

Некоторое уменьшение амплитуды надвига наблюдается на участках разрыва противостоящих западным периклинальным окончаниям мелких складок свода Горловской антиклинали. Иногда здесь отмечается даже выпадение толщи (купол Катушка, Новый) Связано это явление с поднятием свода в процессе куполообразования. В то же время на смежных участках разрыва противостоящих межкупольным интервалам амплитуды смещений достигают 100 метров. Кроме перемещений надвигового характера вдоль рассматриваемого разрыва, можно также предполагать правые сдвиговые смещения.

Разлом «Секущая» прослежен на расстояние около 6 км вдоль северного крыла Горловской антиклинали. Этот разрыв подсечен многими буровыми скважинами, горными выработками шахты 2-бис, а также прослежен в Софиевском карьере при проведении геологической съемки.

Разрыв «Секущая» наклонен к ядру складки под углом 60-65^о по азимуту 200-210^о. С увеличением глубины угол наклона сместителя возрастает до 70-80^о, и разрыв плавно приближается к осевой части антиклинали. Стратиграфическая амплитуда смещения вдоль простирания разрыва изменяется от нескольких до 40-50 метров и, как правило, возрастает с глубиной. Наибольших значений стратиграфическая амплитуда достигает на участках разрыва противостоящих куполообразным складкам.

Рассматриваемое нарушение представляет собой серию кулисообразно продолжающих друг друга зон дробления пород. В плане – зоны дробления образуют левый кулисообразный ряд – при прослеживании с востока на запад каждая последующая зона дробления смещена на 10-20 метров относительно предыдущей к северу. В местах кулисообразного присоединения зон дробления разрыв имеет довольно резкий коленообразный изгиб. Наиболее крупные такие изгибы отмечаются вблизи «куполов». Здесь же отмечаются наиболее мощные (до 20-30 метров) зоны дробления пород. Дробление пород вдоль разрыва особенно интенсивно при пересечении им пластов песчаников. Повышенная трещиноватость в песчаниках по удалению от разрыва затухает постепенно (на расстоянии до 50 метров). Сам разрыв представлен серией параллельных, тесно расположенных сместителей с ярко выраженными зеркалами скольжения и глинкой трения (мощностью до 10-20см). В зоне повышенной трещиноватости на прилегающих к разрыву участка пластов песчаников отмечаются крупные разноориентированные оперяющие трещины, прослеживаемые на десятки метров.

На размещение промышленных месторождений ртути решающее влияние оказывали крупные разломы типа Осевого, Секущего, Железнянского и др. По лабиринту ветвящихся трещин растворы устремлялись из глубоких горизонтов вверх. В сводовые части куполов, где возник большой объем трещин, должно было подойти максимальное количество растворов. Здесь на своем пути они встречали препятствия в виде углисто-глинистого материала продольных трещин и покрывающих глинистых сланцев. В таких участках происходило концентрация растворов и последующая кристаллизация содержащихся в них веществ.

Ртутное оруденение (представленное киноварью) концентрируется, главным образом, в так называемых Чегарникском Первом, Софиевском и Чернокурганском пластах песчаников, мощность которых составляет 50-60 м. Морфология рудных тел полностью подчинена трещинной тектонике.

По форме, внутреннему строению, а также структурной позиции относительно крупных деформационных элементов среди всей совокупности известных рудных объемов или рудных зон и тел на месторождениях рудного поля выделяются восемь структурно-морфологических типов, которые по положению в слоистой структуре осадочных пород среднего карбона разделяются на три группы: согласные, секущие и сложные.

В группу согласных входят: пласто-линзообразные и седловидные рудные зоны. Группа секущих рудных тел представлена жильными формами. Гнезда, рудные столбы, изометричные штокверки и трубообразные залежи крупных продольных и диагональных разломов объединяются в группу сложных рудных тел.

За более чем 200 лет горнопромышленного освоения Донбасса из недр было извлечено около 10 миллиардов тонн угля, содержащего различные элементы-примеси, которые негативно влияют на окружающую среду. Использование местного угля в коксовой промышленности на металлургических заводах, теплоэлектростанциях и в других отраслях промышленности, а также в бытовых целях привело к широкому загрязнению окружающей среды ртутью, мышьяком, свинцом и другими токсичными веществами, что отрицательно влияет на здоровье 5 миллионов человек Донецкою региона и жителей самого большого города области - Донецка. Концентрации ртути в его почвах местами превышают уровни предельно допустимых концентраций на 1-2 порядка, а среднее содержание ртути в воздухе Донецка и Горловки превышает фоновый уровень примерно в 15-20 и более раз. Присутствие токсичных веществ в окружающей среде непосредственно отражается на показателе смертности oт сердечно-сосудистых заболеваний и инсультов, которые превышают аналогичные показатели в Западной Европе в 10-15 раз и существенно влияют на среднюю продолжительность жизни населения региона.

Ежегодно промышленные предприятия сбрасывают 131 тонну свинца и 5 тонн ртути. Отвалы и отстойники безнадзорно брошенного Никитовского комбината, содержащие ртуть, свинец и другие редкоземельные и радиоактивные токсичные металлы, десятки лет насыщают значительные площади, мигрируют с дождями и подземными водами на огромные расстояния. Международные эксперты отмечают, что на Земле нет такого региона, как Донецкая область, где находятся семь коксохимзаводов с примитивной, давно не применяемой в мире, технологией производства кокса методом «мокрого тушения» с мощным трубным выбросом высокотоксичных веществ и золы с тяжелыми и радиоактивными металлами (примерно 0,5 кг на один квадратный метр территории ежедневно). Токсичные вещества попадают в организм населения области с водой, пищей, вдыхаемым воздухом и приводят к различным заболеваниям и преждевременной смерти. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения, тяжелые и токсичные металлы — свинец, ртуть, кадмий, ванадий, цинк, никель, хром, алюминий, бериллий — вызывают гипертонию, атеросклероз, полиневрит, рак, поражают органы кроветворения и ведут к развитию анемии, лейкозов, снижают остроту ума и зрения.

Экологические проблемы в Донбассе накапливались продолжительное время, начиная с 1795 года, когда началась промышленная разработка углей региона . Негативные изменения окружающих природной среды Донецкой области приобретают необратимый характер, что влияет на здоровье и продолжительность жизни населения. В Донбассе все больше детей рождается с церебральным параличом. Развитию этого несчастья способствуют тяжелые металлы, такие как ртуть и свинец [6].

Поэтому необходим постоянный мониторинг присутствия ртути в объектах окружающей среды, а также проведение ряда мер по устранению ртутной опасности. Для обеспечения химической и биологической безопасности населения Донбасса необходимо организовать надзор и контроль за обращением химических и биологических веществ на территории области, включая как обязательный компонент внутреннюю среду организма человека.

Кафедра полезных ископаемых и экологической геологии ДонНТУ и Геологическая служба США начали совместные исследования влияния соединений ртути на здоровье людей и попытки оценки уровня риска для здоровья жителей Горловки долговременного контакта с ртутьсодержащими минералами и водами [7].

Цель проведенных исследований в городе Горловка Донецкой области – установить во сколько раз содержание ртути в почве превышает предельно допустимые значения. Для этого были отобраны пробы почв и растений. Профиль был пройден 27 июля 2005 года. На восток от полукупола Новый было опробовано 16 проб: первые десять через десять метров, остальные через сто. В первой, пятой, седьмой и десятой точках были собраны образцы растений. На запад от полукупола Новый было отобрано 10 проб через каждые сто метров. В первой, третьей, шестой и восьмой точках были собраны образцы растений.

В каждой из этих точек пробы почв отбирались деревянными лопатками из пяти ямок глубиной 0,05 – 0,01 м методом конверта - по углам и в центре конверта с участка площадью 5*5м. Отбор проб из ям осуществлялся бороздовым способом, с пересечением борозды 5*5см по всей глубине ям, т.е. интервал опробования почв, составляет 0,01-0,02м. Пять рядовых проб, отобранных по конверту из ям, соединяются в одну, вес которой должен быть до 1 кг. Отобранные таким способом пробы должны быть очищены от корней, отходов и должны поддаваться квартованию. Средний вес объединенной пробы после отбора из неё мусора, корней растений и т.п. и просеянная через сито 1,0-1,25 мм должна быть равна 300-400г. Именно эта проба отправляется в лабораторию.

Все пробы почв при литохимическом исследовании рекомендуется отбирать лопатами в специальные мешочки. На каждую пробу в мешочек готовилась этикетка, в которой указываются номер профиля, номер пробы, привязка, дата отбора пробы, краткая характеристика. В процессе сушки глинистые пробы переодически разминались с целью избежания их ссыхания в камки. После этого пробы почв были просеяны через специальное сито. Каждая проба почв была разложена в виде прямоугольника и по диагоналям разделена на четыре части, две части были отложены, а остальные две были снова разложены в виде прямоугольника. Этот процесс, который называется квартование, должен повторятся до тех пор, пока масса оставшейся навески не будет равняться ста граммам.

Образцы почвы были подготовлены к исследованиям, заключавшимся в химическом анализе элементов и определении формы нахождения серы, которые были проведены лабораторией, использующей стандарты ASTM. Элементарный анализ был сделан в Американской Геологической Службе (АГС) с использованием комбинации методов. Результаты анализов на Нg, As, Se, Сo, Ni, Pb и ТI приводятся в этой статье. Результаты для Со и Ni были определены методом ICP-AЕS, тогда как для As и Рb - методом ISP-МS с использованием кислотной типовой процедуры выпаривания для обоих методов. Для определения элементного состава почв использовались гидратные вытяжки (Se) и атомная абсорция холодного пара (Нg).

Почвы исследуются на содержание элементов с учетом их опасности в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.1.02-83 "Классификация химических веществ для контроля загрязнения":

I класс опасности - мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, берилий, фосфор;

II класс опасности - бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром, висмут, литий, ниобий;

III класс опасности - барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.

В результате лабораторных исследований были опредлены содержания 41 элемента. Все элементы можно разделить на три группы:

1) элементы, превышающие установленные нормы во всех пробах: As, Sb, Ge, Zn, Li, Th;

2) элементы, превышающие установленные нормы в некоторых пробах: Hg (превышает ПДК в 24 пробах), Cs (23 пробы), Mo(в 12 пробах), Sn (в 2 пробах), Pb (в 19 пробах), Rb (в 19 пробах), Ba (превышает в 15 пробах), Cr (в 7 пробах), Cu (в 6 пробах), Mn (в 5 пробах), V (в 2 пробах);

3) элементы, не превышающие установленные нормы: Se, Cd, Ga, Zn, Be, Co, Ni, Sr, Y.

Как видно из результатов содержание ртути, мышьяка, сурьмы, хрома, молибдена в пробах превышает установленную нормы, это говорит о том, что почвы вокруг полукупола Новый загрязнены элементами I и II классов опосности.

2. Гунченко В.В. Ртуть в углях Никитовского рудного поля// Металлогения древних и современных океанов. – 2005. – С. 145 – 148.

3. Гунченко В.В. Структурно-морфологические типы рудных тел Никитовского рудного поля// Металлогения древних и современных океанов. – 2006. – С. 328 – 329.

4. Гунченко В.В., Корчемагин В.А., Панов Б.С. Литохимия Никитовского рудного поля// Литохимия в действии. – 2006. – С. 87 – 90.

5. Дворников А. Г. Ртутоносность углей Донецкого бассейна. М.: Недра, 1987. 180 с.

6. Панов Б. С. Эколого-геохимические особенности Украины и Донецкого бассейна// Доклады Международной школы “Cовременные методы эколого-геохимической оценки состояния иизменений окружающей среды“. 2003. С. 203 – 214.

7. Панов Б. С., Корчемагин В. А., Панов Ю. Б., Колкер А., Ланда Е. Р., Конко К. М. Экологическое значение селена, таллия и других микроэлементов в углях Донбасса// Доповiдi Нацiональной академii наук Украiни. 2004. №6. C. 193 – 195.