2. Геолого-гидрогеологические условия участка проведения работ

Гидрогеологические условия отработки Коашвинского месторождения апатит-нефелиновых руд относятся к сложным и определяется приуроченностью его к межгорной долине с большой площадью водосбора, высокой величиной атмосферных осадков, песчаным составом четвертичных отложений, благоприятными условиями питания водоносных горизонтов. Практическое значение при обводнении Коашвинского карьера имеют, в основном, верхнечетвертичный осташковский (грунтовый) и подпорожский (напорный) водно-ледниковый горизонт и водоносный комплекс кристаллических пород. (Рис. 2.2.1).

Ниже приведена краткая гидрогеологическая характеристика водоносных горизонтов четвертичных отложений и кристаллических пород.

Воды четвертичных отложений

Водоносный современно-верхнечетвертичный ледниковый горизонт - gQ_III-IV

развит узкой полосой по склонам гор, окружающих долину р. Вуоннемйок. Водовмещающие породы представлены обломочным материалом – крупноглыбовым, щебнистым, дресвянистым, с песчаным заполнителем. Водоносный горизонт безнапорный, пройденными скважинами не вскрыт. По данным Зуммер М.Х. дебит выработок составлял 0,1-0,9 л/с при понижениях 0,2-0,5 м. Водоносный горизонт залегает на кристаллических породах и имеет с ними гидравлическую связь. Питание водоносного горизонта происходит, в основном, за счет талых вод и атмосферных осадков, частично, за счет подстилающих пород. Для водоносного горизонта характерно: большая амплитуда сезонных колебаний уровня и непостоянная мощность, частичное или полное осушение горизонта (сдренированность) в период зимней межени.

Слабоводоносный локально-водоносный верхнечетвертичный осташковский ледниковый горизонт - (gQ_IIIos).

Широко развит в долине р. Вуоннемйок, залегает первым от поверхности. Водовмещающие породы характеризуются крайне неоднородным составом – не отсортированной смесью супеси, суглинков с щебнем, дресвой, гравием и валунами, валунно-гравийно-галечными и галечно-щебнистыми отложениями с песчаным и супесчаным заполнителем. Залегает водоносный горизонт, преимущественно, на водоносном комплексе кристаллических пород

или на водно-ледниковых осташковских осадках и имеет с их водами гидравлическую связь.

Мощность водоносного горизонта изменяется от 2-5 м до 15-20 м. Основным источником питания водоносного горизонта служат атмосферные осадки. По химическому составу воды, преимущественно, гидрокарбонатные натриевые с минерализацией до 0,05 г/л. Водоносный горизонт безнапорный, на исследуемой территории горизонт сдренирован.

Водоносный верхнечетвертичный осташковский водно-ледниковый горизонт - f,lgQ_IIIos.

Приурочен к осташковским водно-ледниковым отложениям. Залегает первым от поверхности в средней и нижней частях долины р. Вуоннемйок, на других участках перекрыт осташковскими ледниковыми отложениями, на ленинградских озерных глинах, в краевых частях долины – на кристаллических породах. Водовмещающие породы представлены песками тонко-мелкозернистыми пылеватыми, супесями с гравием, галькой, валунами, с прослоями валунно-гравийно-галечных и галечно-щебнистых отложений. Мощность водоносного горизонта достигает в центре долины 47 м, уменьшаясь к бортам до 9 м или выклиниваясь полностью, в среднем по месторождению составляя 29 м (Табл. 2.2.1).

На изучаемом участке грунтовые воды находятся на абсолютных отметках 168 - 312 м.

Водоносный горизонт безнапорный. Водообильность горизонта неоднородная и зависит от литологического состава водовмещающих пород. В целом по месторождению грунтовый водоносный горизонт характеризуется слабой водообильностью: средний удельный дебит составляет 0,786 л/с, средний коэффициент фильтрации – 2,7 м/сутки.

Питание водоносного горизонта осуществляется, в основном, за счет атмосферных осадков непосредственно на площади его развития, а также частично за счет подземных вод вышезалегающих водоносных горизонтов. По химическому составу грунтовые воды, в основном, сульфатно-гидрокарбонатные кальциево-натриевые и гидрокарбонатно-сульфатные кальциево-натриевые с минерализацией 0,04-0,23 г/л, от нейтральных до щелочных (рН – 6,8-9,9). Амплитуда колебания уровней грунтового водоносного горизонта на изучаемом участке – 0,17-2,74 м.

Методика и объемы проектирумых работ

ОАО «Мурманская ГРЭ» планирует проводить работы по ведению мониторинга подземных вод по наблюдательной сети ОАО «Апатит» на 1-ом участ­ке, в пределах земельных отводов на территории муниципальных образований г. Киров­ски и г. Апатиты.

Участок, виды и объемы проектируемых работ определены техническим заданием, уточнены Заказчиком. В пределах изучаемой площади существует объектный монито­ринг ОАО «Апатит», объектный мониторинг ГУП «Апатитыводоканал» на водозаборах «Центральный» и «Болотный» подземных и поверхностных вод.

ОАО «Апатит» имеет свою службу мониторинга подземных и поверхностных вод, в первую очередь на рудниках, карьерах и хвостохранилищах, которая выполняет работу в соответствии с «Программами проведения измерения качества сточных вод и ведения регулярных наблюдений за водными объектами и их водоохранными зонами» согласован­ными с отделов водных ресурсов по Мурманской области Двинско-Печерского БВУ. На водозаборах подземных вод, принадлежащих ОАО «Апатит»: «Ключевой», «Скважина 5в», «Айкуайвенчорр» и «Предгорный» проводятся объектные мониторинги собственны­ми силами ОАО «Апатит» по «Программам объема отбора и оценки качества питьевых вод», согласованным с Росприроднадзором по Мурманской области, а также силами ОАО «Мурманская ГРЭ» по «Программам по переоценке запасов подземных вод», составлен­ным для каждого водозабора отдельно, согласованным с Мурманскнедра и утвержденным Заказчиком. Финансирование работ по ведению объектных мониторингов осуществляется за счет разных источников. Техническим заданием на данный проект не предусмотрено проведение единого мониторинга подземных вод по исследуемому рай­ону, а только по 1-му участку, установленным Заказчиком. Наблюдения за расходами по водотокам выполняются, согласно требованиям Приказа Минприроды России от 08.09.2009 г. № 295 силами ОАО «Апатит» и по договору между ОАО «Апатит» и ГУ «Мурманское УГМС» в соответствии с «Программами проведения измерения качества сточных вод и ведения регулярных наблюдений за водными объектами и их водоохран­ными зонами».

Оценка нарушенности природной среды или отдельных ее компонентов указанных районов производиться с начала 90-х.

В 1996 году было завершено целевое геоэкологическое картирование масштаба 1:500 000, 1:100 000, выполненное ОАО «Центрально-Кольская экспедиция» (1996 г. С.С, Латонин) Мурманской области.

На площади проектируемых работ опробованию были подвергнуты почвенный слой А_о, наземная растительность, донные осадки водотоков и водоемов промышленных зон. Оценка степени загрязнения была произведена по суммарным показателям загрязнения для двух ассоциаций элементов Al, Sr, P, F и Ti ∑(La+Ce)Nb. Ассоциация элементов P, Si, Al, F является в основном индикатором апатит-нефелинового типа руд, а ассоциация Ti, ∑TR, Nb – ринколит-лавчорритового, эвдиолитового и редкоземельно-редкометального типа руд.

На основании выполненных исследований произведено зонирование территорий по экологическому состоянию геологической среды с позиции химического загрязнения (Al, P, Sr, F, Ti, ∑TR, Nb) по общему показателю загрязнения. По комплексной оценке загрязненности почв, донных осадков, наземной растительности территория района дифференцирована на зоны весьма неблагоприятного (Z_cⁿ >128), неблагоприятного (Z_cⁿ 32-128), умеренно неблагоприятного и благоприятного состояния (Z_cⁿ <16).

Зона весьма неблагоприятного состояния геологической среды выделена в центральной части площади и охватывает территории обогатительных фабрик АНОФ-1, АНОФ-2, АНОФ-3.

Зона неблагоприятного состояния геологической среды выделена в центральной, южной и юго-западной частях района, где расположены все обогатительные фабрики, хвостохранилища, города Кировска и Апатиты, большинство разрабатываемых месторрождений апатит-нефелиновых руд, также зоны, расположенные к югу и югу-западу от г. Апатиты вдоль железнодорожной магистрали Мурманск – Санкт-Петербург, по которой осуществляется транспортировка апатитового и нефелинового концентрата.

В 1995-97 гг. ОАО «Центрально-Кольская экспедиция» совместно с геологическими службами Норвегии и Финляндии выполняла эколого-геологическое картирование м-ба 1:1 000 000 западной части Мурманской области и прилегающих территории Финляндии и Норвегии на общей площади 188 кв. км.

Были проведены полевые работы, включающие опробование зеленых мхов, растительной подстилки, почвенных разрезов и мелких верховых озер.

По результатам комплексной оценки загрязненности почв мхов, донных осадков, поверхностных вод территория работ также дифференцирована на зоны весьма неблагоприятного, умеренно благоприятного и благоприятного состояния геологической среды.

Область неблагоприятного экологического состояния в Оленегорско-Мончегорском и Кировско-Апатитском районах фактически объединяет эти два промышленных узла и картируется как единая зона общей площадью около 6500 кв. км. Основным картировачным фактором выделения этой зоны является степень загрязненния почв, в качестве дополнительных критериев использовались данные о загрязнении мхов и поверхностных вод. Значения СПЗ_мхов>64 (Zc = Al, Be, Sr, Pb, V, Fe) достаточно уверенно отделяет Кировско-Апатитский район, как зону техногенного загрязнения территории пылью фабрик, карьеров, отстойников от территории природного загрязнения почв продуктами разрушения щелочных массивов к востоку от Хибин. Для Мончегорского участка этой зоны преобладающими компонентами в загрязнении являются Ni и Cu, а для Кировска и Апатит – Be, Al, Si.

Подземная гидросфера представляет собой наиболее динамичную составляющую геологической среды, которая в условиях интенсивного хозяйственного освоения района работ является индикатором экологического состояния. Подземные воды обладают особой «чувствительностью» к любым техногенным воздействиям, а изменения в режиме и каче­ственном состоянии подземных вод приводит к изменениям различных компонентов природной среды.

Оценка экологического состояния подземных вод приводится на основании ре­зультатов ведения мониторинга подземных вод на водозаборе «Центральный», «Болот­ный» «Ключевой» «Скважина 5в», «Предгорный», «Айкуайвенчорр» и объектной сети, созданной в пределах земельных отводов хвостохранилищ АНОФ-2 и АНОФ-3, рудни­ков и карьеров ОАО «Апатит», а также на основании многолетних наблюдений, проводи­мых гидрогеологической службой ОАО «Апатит» за качеством рудничных вод и вод хво­стохранилищ.

Все апатито-нефелиновые месторождения, кроме Плато Расвумчорр и Ньоркпахкское, разрабатываются ниже уровня подземных вод с водоотливом, а Коашвинское ме­сторождение разрабатывается с применением карьерного водоотлива и скважин водопо- нижения. Сброс рудничных вод для месторождений Апатитовый Цирк, Кукисвумчорр- ское, Юкспорское производится без предварительной очистки в реки Саамская и Юкспо- рийок, частично на рельеф в пределах водосборной площади Вудъяврского месторожде­ния подземных вод, эксплуатируемого водозаборами «Центральный», «Ключевой», «Скв. 5^В».

Водопритоки в рудник Расвумчоррский составляют ~ 400-450 м³/час. Сброс руд­ничных вод с Расвумчоррского рудника происходит самотеком. Они поступают в русло р. Юкспорийок и ручей Кристальный, являющийся притоком р. Юкспорийок. Общая мине­рализация рудничных вод изменяется от 401 до 808 мг/л, pH превышает ПДК (9) и дости­гает 10,6. Основными элементами-загрязнителями являются фтор, нитраты, нитриты, фосфор, взвешенные вещества и нефтепродукты. Среднегодовое содержание фтора по рудничным водам Расвучоррского рудника составило 20,4 мг/л (что в 17 раз превышает ПДК), концентрация нитратов достигает 219 мг/л, (что в 4,9 раз выше ПДК), высоко содержание сульфатов (203-208 мг/л), приближается к ПДК содержание сухого остатка (808 мг/л, ПДК – 1000 мг/л). Сброс рудничных вод без предворительной очистки отражается на изменении качества поверхностных вод р. Юкспорийок и ее притоков.

Многолетний цикл наблюдений за химическим составом поверхностных вод р. Юкспорийок (с 1986) показал, что за этот период произошел рост минерализации вод вдвое (от 140 до 285 мг/л), более чем вдвое увеличилось содержание фтора (от 1,4 до 3,7 мг/л) и нитратов (от 18,8 до 45 мг/л).

В анионном составе поверхностных вод стали преобладать сульфаты. В составе поверхностных вод р. Кристальный отмечается содержание фтора и фосфара, более чем вдвое превышающее ПДК. В анионном составе вод преобладают сульфаты, а общая минерализация достигает 1079 мг/л (что > ПДК). Отмечается повышенное содержание тяжелых металлов – кадмия и свинца.

Водопритоки в Объединенный Кировский рудник составляют 2500 м³/час. В результате сбросов рудничных вод Объединенного Кировского рудника, содержащих повышенные концентрации нитратов (до 48 мг/л), фтора (до 1,7 мг/л), сухого остатка (до 260 мг/л), значения рH (до 10,8), в химическом составе поверхностных вод р. Саамской и оз. Вудъявр произошли существенные изменения. Значения общей минерализации достигли 250 мг/л, рН – 9,25 (ПДК – 9), фосфатов – 5,43 мг/л (в 1,5 раза > ПДК), в анионном составе поверхностных вод преобладают сульфаты и хлориды. Такое изменение состава поверхностных вод не могло не отразиться на качестве подземных вод как первого от поверхности осташковского грунтового горизонта, так и залегающего под ним подпорожского водно-ледникового горизонтов, формирующих эксплуатационные запасы действующих водозаборов «Ключевой» и «Скв. 5^В». Так, в подземных водах водозабора «Скв. 5^В» в течение последних четырех летнаблюдается рост значений рН до 9,6 (ПДК - 9), содержание алюминия до 0,61 мг/л (ПДК – 0,5 мг/л).

Рудничный водоотлив оказал влияние на уровенный режим подземных вод. В долине р. Юкспорийок и ручья Кристальный верхний водоносный горизонт сдренирован, глубина залегания уровня подземных вод в этих долигах составляет 24-26 м.

Изучение химического состава подземных вод водозабора «Ценральный» проводится по эксплуатационным скважинам водозабора, источнику «Болотный» и перед подачей в рапределительную сеть. Подземные воды напорного горизонта преимущественно сульфатно-гидрокарбонатные натриевые, щелочные с рН от 7,59 до 10,3, мягкие весьмя пресные с минерализацией от 0,03 г/л до 0,125 г/л. Значение рН по большенству скважин превышает ПДК. Отмечается некоторая закономерность в сезонном изменении рН, увеличении его в зимний период и снижение в период снеготаяния и интенсивного питания. Содержание алюминия превышает значение ПДК (0,5 мг/л) так же, как и рН в процессе всей экспуатации водозабора. В 1999 году содержание алюминия изменилось от 0,38 до 0,79 мг/л. Таким образом, по качественному составу подземные воды водозабора не соответствуют ГОСТу «Вода питьевая» по двум показателям: рН и алюминия.

Разработка Коашвинского месторождения апатит-нефелиновых руд осуществляется в сложных гидрогеологических условиях за счет приуроченности его к межгорной долине, в пределах которой развиты два водоносных горизонта в рыхлых отложениях и трещинные и трещинно-жильные воды кристаллических пород. Осушение осуществляется с применением карьерного водоотлива из зумпфа и скважинного водоотлива, оборудованного на нижний напорный горитонт рыхлых отложений, работающих с производительно­стью от 50 м³/час до 180 м³/час. Разгрузка грунтоного горизонта осуществляется в карьер по кровле разделяющего ленинградского горизонта глин из-за низкой производительности скважин грунтового горизонта от 15 м³/час до 30 м³/час, пескования скважин, за счет наличия в разрезе грунтового горизонта пылеватых тонкозернистых песком, что приводит к образованию воронок проседания до кровли глин. Учитывая интенсивные темпы расширения Коашвинского карьера, постоянный перенос скважин водопонижения, вопрос об осушении грунтового горизонта планируется решать на конечном контуре карьера. За счет созданной системы осушения образовалсь воронка депрессии с глубиной установившегося уровня на 15-40 м. ниже поверхности в напорном горизонте, разнице в уровнях грунтового и напорного горизонта в пределах 10-20 м. и резким подъемом уровня в период снеготаяния на 10-20 м. в радиусе 1,5 км. В условиях интенсивного снеготаяния и ливневых дождей, за счет резкого подъема уровня, возникает опасность обрушения борта карьера, что уже происходило в 1999 г. с образованием провала длинной 55 м., глубиной 75 м. Основным фактором, определяющим ваодопритоки в карьер, является принадлежность месторождения к зоне транзита подземных вод в межгорной долине с большой площадью водосбора и благоприятными условиями питания водоносных горизонтов за счет значительного количества атмосферных осадков (от 1000-700 мм. в год). Учитывая планируемое расширение Коашвинского карьера, существующая наблюдательная сеть попадает в контур проектируемого карьера и подлежит ликвидации. Кроме того, планируемая разработка Ньюркпахкского месторождения, расположенного в пределах водосборной площади долины р. Вуоннемйок северо-восточнее Коашвинского карьера, будет влиять на изменение гидродинамического режима, возможно и химического состава подземныз вод первого от поверхности грунтового и второго от поверхности напорного водно-ледникового горизонтов. Для усовершенствования способов защиты Коашвинского карьера от подземных вод, оптимизации системы осушения, прогнозирования возможных аварийных ситуаций, необходимо расширение сети наблюдательных скважин за уровнем подземных вод, изучением гранулометрического состава и фильтрационных свойств водовмещающих пород грунтового и напорного водоносных горизонтов рыхлых отложений.

Хвостохранилища занимают значительные площади, АНОФ-2 – в долине р. Белая, АНОФ-3 – на площади водорадела пяти рек; Черная, Жемчужная, Айкуайвеньок, Теплая и Б. Белая, возвышаясь на 20-30 м. над естественным рельефом. В период снеготаяния и интенсивных атмосферных осадков наблюдается просачивания и инфильтрация вод из хвостохранилищ по долинам рек.

В водах, высачиваемых и сбрасываемых из хвостохранилища АНОФ-2 по данным химической лаборатории ОТК ОАО «Апатит» отмечаются повышенные содержания фтора до 26 мг/л (21 ПДК), фосфора, взвешенных веществ. Их минерализация достигает 900 и более мг/л, а содержание сульфатов изменяется от 150 до 350 мг/л. Продолжительное техногенное воздействие вод хвостохранилища привело к формированию в поверхностных водах вблизи берега губы Белой и оз. Имандра преимущественно сульфатно-гидрокарбонатного состава, общая минерализация их по данным режимных наблюдений колеблется от 150 до 700 мг/л, содержание фтора от 1 до 5,6 мг/л, что в известной степени зависит от климатических факторов и от периодичности сбросов вод хвостохранилища.

Режимные наблюдения, проведенные по объектной сети скважин, созданной в пределах земельного отвода хвостохранилища АНОФ-2 показали, что химичесикй состав подземных вод преимущественно сульфатно-гидрокарбонатно натриевый, их общая минерализация колеблется от 650 до 800 мг/л, содержание сульфатов преобладает в анионом составе и составляет 200-350 мг/л, содержание фтора по всем скважинам выше ПДК и достигает 11 мг/л (9 ПДК). Из микрокомпонентов, превышающих ПДК, в подземных водах содержатся Cd (до 5 ПДК) и Mn (до 12 ПДК). Высокие содержания этих микрокомпонентов отмечаются по всем наблюдательным скважинам.

Таким образом, подземные воды в непосредственной близости от отстойника АНОФ-2 максимально загрезнены и состав загрязняющих вод отстойника и загрязняемых вод грунтового горизонта сравнялся. По режимным наблюдениям уровни подземных вод по трем скважинам устанавливается выше поверхности земли, что свидетельствует о подтоплении территории. Состав вод, сбрасываемых и фильтрующихся из хвостохранилища АНОФ-3 несколько иной, чем на АНОФ-2, здесь ионный состав вод преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый, а минерализация их редко превышает 300 мг/л, содержание фтора достигает 6 мг/л (5 ПДК). Режимные наблюдения за химическим и микрокомпонентным составом подземных вод проводились по пяти скважинам сети объектного мониторинга, созданной в пределах земельного отвода АНОФ-3. Между подземными и поверхностными водами существует гидравлическая связь, и как следствие, химический состав их совершенно идентичен. Поверхностные и подземные воды имеют, преимущественно, гидрокарбонатно-кальциевый состав, величина их общей минерализации колеблется от 150 до 250 мг/л. Содержание фтора, как в поверхностных, так и в подземных водах превышает ПДК и изменяется от 1 до 6 мг/л (5 ПДК). Из микрокомпонентов, превышающих ПДК, в подземных водах отмечается марганец (до 8 ПДК) и Cd (до 1,5 ПДК).

Созданная объектная сеть в пределах земельных отводов хвостохранилищ, позволяет оценить загрязнение подземных вод непосредственно в самом очаге загрязнения и с учетом позволяет оценить масштаб, динамику и направленность загрязнения. Наиболее подвержены загрязнению площади, совпадающие с основным направленинем движения подземных вод. Для хвостохранилища АНОФ-2 – Губа Белая и оз. Имандра; для хвостохранилища АНОФ-3 реки Черная и Жемчужная. При составлении отчета предусматривается обобщение всей информации, полученной по всем существующим службам мониторинга подземных и поверхностных вод в пределах изучаемого района.

• работы водозаборов;

• режимных наблюдений, проводимых при изучении гидрогеологических условий апатит-нефелиновых месторождений;

• режимных наблюдений по созданной наблюдательной сети в районе деятельности ОАО «Апатит»;

• наблюдений, осуществляемых службами ОАО «Апатит» на рудниках, карьерах, хвостохранилищах.

При составлении проекта учтены результаты режимных наблюдений прошлых лет, созданная наблюдетельная сеть ОАО «Апатит», установленные элементы-загрязнители для каждого объекта, плинируемая отработка апатит-нефелинвых месторождений, требующая оптимизацию системы осушения.