3840
.pdfсвидетельствует о наличии зон сжатий и растяжений, связанных с разрывными нарушениями и блоковыми движениями [9].
По данным детальных комплексных геофизических работ на территории исследований выявлены разнонаправленные мелкие разломы, разбивающие субмеридиональную толщу пород криворожской серии на серию блоков, докембрийская активизация которых нашла свое отражение в изменениях нижней границы железорудной толщи. При этом современные перемещения и вторичные процессы в зонах разломов установлены по результатам комплексной интерпретации данных магниторазведки и электроразведки [10].
Проблема накопления высокоминерализованных карьерных и шахтных вод в южном Кривбассе.
Этот регион является самым неблагополучным в Приднепровье по отношению к использованию водных ресурсов. Высокий уровень водозабора и снижение водооборота привело к увеличению объёмов сброса загрязнённых сточных вод. Так же остро стоит проблема утилизации высокоминерализованных карьерных и шахтных вод Кривбасса. Ежегодно действующие горнодобывающие предприятия Кривбасса, которые работают в режиме гидрозащиты и откачивают до 40 млн. м3 подземных вод (шахтные, карьерные).
Остатки неиспользуемой воды других предприятий в количестве 11-12 млн. м3 ежегодно аккумулируются и временно содержатся в пруду-накопителе в балке Свистунова (Государственное предприятие «Кривбассшахтозакрытие»). Так как эти воды не используются предприятиями в своих оборотных циклах, и не существует пока альтернативы их утилизации, ежегодно в межвегетационный период (ноябрь-февраль) проводится дозированный сброс этих вод в р. Ингулец.
Сама балка Свистунова пространственно проходит по региональному неотектоническому нарушению с повышенными значениями геофильтрационных параметров и низкими физико-механическими свойствами горных пород. Здесь суффозионно-карстовые процессы могут достигать опасных масштабов за счет увеличения техногенной нагрузки (переполнения пруда-накопителя шахтными водами) и сопровождаться загрязнением подземных вод прилегающей территории.
Зафиксированные (после аварийных «опорожнений» через дно) провальные воронки свидетельствовали о наличии нисходящего инфильтрационного движения воды из этого пруда-накопителя через экран и мощную зону аэрации.
Наличие суффозионно-неустойчивых песков на контакте с кавернозными известняками способствовало активизации древнего погребенного карста при создании значительных фильтрационных градиентов.
Организация геолого-геофизических повторных (мониторинговых) исследований в районе пруда-накопителя высокоминерализованных карьерных и шахтных вод в балке Свистунова.
Эффективность решения задачи подтопления требует анализа результатов ранее проведенных крупномасштабных геологических, гидрогеологических и геофизических исследований для нахождения оптимального комплекса последующих детальных работ [11, 12]. Для выявления водопроводных или водоупорных пластов горных пород с разным геоэлектрическим сопротивлением Днепропетровской геофизической экспедицией (ДГЭ) «Днепрогеофизика» в 2008 году были впервые выполнены электроразведочные работы в модификации вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) на 14 профилях с шагом 200 м (рис. 1). Повторными наблюдениями в 2012 г. (той же аппаратурой и по той же
120
методике исследований) было зафиксировано снижение геоэлектрического сопротивления и соответственно увеличение увлажнения по сравнению с 2008 г. преимущественно в верхней части разреза осадочного чехла (рис. 2).
В результате анализа и комплексной интерпретации грави-магнито- электрометрических данных на исследуемой территории выявлены многочисленные тектонические разнонаправленные нарушения (разломы). Им соответствуют зоны высоких горизонтальных градиентов гравитационного поля, часто совпадающих с градиентами геоэлектрических аномалий. Наиболее четко эти разломы проявлены в переходной зоне – от толщи гранитоидов к гранитизированным метабазитам.
Рис. 1. Карта-схема сети наблюдений ВЭЗ в 2008 и 2012 гг.: 1 - номер профиля
Рис. 2. Карты геоэлектрического сопротивления при разносе ВЭЗ АВ/2 = 2 м:
а – 2008 г.; б – 2012 г
По результатам электрометрических исследований пласты осадочных горных пород с низким электрическим сопротивлением были отнесены к водоносным горизонтам (с определением степени минерализации и выделением зон повышенной проницаемости), а с высоким – к водоупорным горизонтам [11, 12].
121
Карта разрывной тектоники, построенная преимущественно по гравиметрическим данным, хорошо совмещается с картой изменения геоэлетрического сопротивления с 2008 по 2012 гг. (рис. 3). Зона понижения уровня подземных вод вдоль систем северо-западных и широтных разломов, пространственно совпадающая с желобообразным прогибом поверхности глин киевской свиты, вызвана «клавишными» вертикальными перемещениями блоков докембрийского кристаллического фундамента и определяет фильтрацию подземного водного потока от верховья балки Свистунова к р. Ингулец.
Рис. 3. Совмещение карт изменения геоэлектрического сопротивления на разносе ВЭЗ АВ/2 = 2 м в период 2008-2012 гг. и разрывной тектоники: 1 – пруд накопитель высокоминерализованных карьерных и шахтных вод в балке Свистунов; 2 – р. Ингулец
На геоэлектрических разрезах (рис. 4) четко видна миграция минерализованных вод (более темный синий цвет) на разных стратиграфических уровнях и по субвертикальным тектоническим нарушениям, в ряде случаев имеющих гидравлическую связь с Криворожской системой разломов в докембрийском основании. Сравнение геоэлектрического сопротивления ВЭЗ (вдоль профиля 10 – 2008 и 2012 гг. и вдоль профиля 4 – 2018 г.) показало незначительное изменение этого параметра с 2008 по 2012 гг. из-за стабильного состояния подземных вод неогена. В 2008 г. верхняя часть геологического разреза (до 1015 м) имела более высокое геоэлектрическое сопротивление из-за меньшей обводнённости. В 2012 году, который был более засушливым, эта полоса повышенных значений сопротивления «сужается» из-за поднятия минерализованных вод вверх по разрезу. Расширение и объединение зоны обводнения на глубине отмечается в восточной части рассматриваемых профилей. Причиной является нарушение водоупора между двумя основными водоносными горизонтами. Общее понижение сопротивления геологического разреза с глубин 15-20 м отмечается с 2012 по 2018 гг. из-за общего насыщения высокоминерализованными водами средних и нижних стратиграфических горизонтов и трещиноватых зон кристаллического фундамента. А в приповерхностной части отмечается повышение сопротивления из-за обезвоживания этой части разреза [13, 14].
122
Области пониженных и повышенных значений кажущегося сопротивления вдоль профиля показывают наличие тектонических зон (блоков) разломов. Эта тектоническая зональность оказывает влияние на гидродинамические и геофильтрационные процессы в осадочных породах.
Рис. 4. Кажущееся геоэлектрическое сопротивление вдоль профиля 10
а – ВЭЗ (2008); б – ВЭЗ (2012); в – ДОЗ (2016); г – ВЭЗ (2018)
Для выявления субвертикальных тектонических нарушений и соответствующих блоков в 2016 г. были выполнены исследования методом дипольного одноосного зондирования (ДОЗ).Три крупных блока (западный, центральный и восточный), которые разбиты более мелкими разломами, выделены в пределах рассматриваемой части профиля (рис. 4в). Совместный анализ данных ВЭЗ и дипольного одноосного зондирования (ДОЗ) за промежуток времени с 2008 по 2018 гг. с привлечением космических материалов свидетельствует о том, что на субгоризонтальное распространение минерализованных подземных вод оказывает влияние указанная тектоническая блокировка территории. На рис. 4г в западной части профиля четко фиксируется общее понижение кажущегося сопротивления по глубине, что связано с наполнением пруда-накопителя высокоминерализованных шахтных и карьерных вод в балке Свистунова. Под днищем пруда находятся известняки, по которым в результате карстовых процессов могут уходить высокоминерализованные воды вниз по стратиграфическому разрезу (в тектонические зоны и далее к поверхности кристаллического фундамента) [13, 14].
123
Выводы
1.Комплексный анализ данных гидрогеологических, инженерно-геологических и геофизических повторных (мониторинговых) исследований на территории Южного Кривбасса свидетельствует о значительных пространственно-временных изменениях подземной гидросферы. За последнее десятилетие в районе пруда-накопителя высокоминерализованных шахтных и карьерных вод в балке Свистунова модифицировались по минерализации подземных вод, так и по направлениям их фильтрации, обусловленных особенностями тектонического строения.
2.Результаты повторных геолого-геофизических исследований указанной территории
сиспользованием комплексирования различных модификаций геоэлектрических методов позволяют оперативно изучать общие пространственно-временные изменения по удельному электрическому сопротивлению геологического разреза, что позволяет выделять и прогнозировать обводненные участки с разной степенью минерализации воды и пути ее миграции в период 2008 – 2018 гг. и в дальнейшем.
Литература
1.Экологический паспорт Днепропетровской области / Под ред. В. В. Антонова. Днепропетровск: Днепропетровская облгосадминистрация, 2000. 266 с.
2.Тяпкин О. К. Геофизические методы решения геоэкологических задач / О. К. Тяпкин. Днепропетровск: Монолит, 2006. 296 с.
3.Розломні зони підвищеної проникності гірських порід та їх значення для виявлення екологонебезпечних ділянок / [І.І. Чебаненко, В. М. Шестопалов, І. Д. Багрій, В. М. Палій] // Доповіді НАН України. 2000. №10. С. 136-139.
4.Тектоника Украины / Под ред. С. С. Круглова, А. К. Цыпко. Москва: Недра, 1988.
254 с.
5.Денисов А. И. Исследование современных движений земной коры и тектонических напряжений на Криворожском полигоне / А. И. Денисов, В. Я. Тарапата // Современные движения земной коры на геодинамических полигонах: Труды IX Межвед. совещ. Петропавловск-Камчатский, 1981. С. 9.
6.Семенюк Н. П. О современной тектонической активности блоковых структур южной части Криворожской железорудной зоны / Н.П. Семенюк // Современные движения земной коры: Труды VI Всесоюзн. совещ. и IV Межвед. совещ. Таллин, 1972. С. 97-98.
7.Собакарь Г. Т. Современная геодинамика и структура земной коры Карпат и прилегающих территорий / Г. Т. Собакарь, В. И. Сомов, В. Г. Кузнецова. Киев: Наукова думка, 1975. 128 с.
8.Бондарук А. Г. Результаты новых повторных нивелировок в Криворожье и их расхождение с данными карты современных движений западной части Европейской части
СССР / А. Г. Бондарук, Р. Я. Самарский, К. Ф. Тяпкин // Современные движения земной коры: Труды VI Всесоюзн. совещ. и IV Межведомствен. совещ. Таллин, 1972. С. 17.
9.Курочкин П. Е. О современных горизонтальных движениях земной коры в Криворожском бассейне по данным повторных геодезических измерений / П. Е. Курочкин, Р. Я. Самарский // Современные движения земной коры: Труды VI Всесоюзн. совещ. и IV Межведомствен. совещ. Таллин, 1972. С. 63-64.
10. Изучение тектоники докембрия геолого-геофизическими методами / [В. М. Беланов, Г. Я. Голиздра, Г. Е. Козубская и др.]. Москва: Недра, 1972. 260 с.
124
11.Пигулевский П. И. Оценка техногенного подтопления юго-западного Кривбасса геоэлектрическими методами / П. И. Пигулевский, В. К. Свистун, А. С. Кирилюк // Комплексные проблемы техносферной безопасности: Материалы III Международной научно-практической конференции. Воронеж, 2016. Ч. I. С. 112-117.
12.Пигулевский П. И. Применение геофизических методов для решения
гидрогеоэкологических задач на территории Южного Кривбасса / П. И. Пигулевский, О. К. Тяпкин, В. К. Свистун // Геофизический журнал. 2018. Т.40. №3. С. 165-178.
13.Pihulevskyi P. H., Svystun V. K., Tiapkin O. K., Tolkunov A. P., Slobodianiuk S. O. Repeated geophysical researches of hazardous geoecological processes near mining waste storage facilities of Southern Kryvbas // Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment: Proceedings of XIІI International Scientific Conference. Kyiv, Ukraine, 2019. 5 p.
14.Геолого-геофізичне прогнозування небезпечного геоекологічного впливу високо
мінералізованих шахтних та кар’єрних вод на півдні Кривбасу / [А. О. Бурлакова, О. К. Тяпкін, П. Г. Пігулевський, Л. Б. Анісімова] // Екологічні проблеми навколишнього середовища та раціонального природокористування в контексті сталого розвитку: Матеріали
ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції. Херсон: «ОЛДІ-ПЛЮС», 2020. С. 98-102.
1Институт геофизики имени С.И. Субботина НАН Украины, г. Киев, Украина 2Национальный технический университет «Днепровская политехника», г. Днепр, Украина 3Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, г. Днепр, Украина
P.H. Pihylevskyi1, О.K. Tiapkin2, A.O. Burlakova2, L.B. Anisimova3
TECTONO-GEOPHYSICAL MONITORING AND PROGNOSTICATION THE CONDITION
OF HYDROSPHERE AND LITHOSPHERE (ON THE EXAMPLE OF SOUTH KRYVBASS,
UKRAINE)
The effectiveness of repeated (monitoring) electrical exploration for the spatio-temporal research of the pollution of underground hydrosphere with liquid mining waste is shown on the example of Southern Kryvbas. Here geoelectrical exploration was started in 2008 near the storage pond of highly mineralized mine and open pit waters (of all mining enterprises of South Kryvbas) in Svistunovo gorge. The results of integration of geological and geophysical methods (taking into account the features of the tectonic structure) made it possible to identify and vertically research the flooded areas with varying degrees of water salinity and the paths of its vertical and horizontal migration of highly mineralized mine and open pit waters in South Kryvbas. 
Keywords: highly mineralized open pit and mine waters, geoelectric methods, monitoring geological-geophysical researches, fault-block structure, tectonics.
1S.I. Subbotin Institute of Geophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine 2National Technical University «Dnipro Polytechnic», Dnipro, Ukraine
3Institute for Nature Management Problems & Ecology of the National Academy of Sciences of Ukraine, Dnipro, Ukraine
125
УДК 504.064.36
М.М. Рыбалова
МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Методы исследования состояния особо охраняемых природных территорий включают в себя экологический мониторинг. Использования методов экологического мониторинга вызвано необходимостью составления прогнозов изменения состояния экосистемы охраняемой территории для сохранения природного богатства. Выявлены основные направления реализации ГИС методов в прогнозировании экологического состояния в охраняемых объектах.
Ключевые слова: охрана природы, метод исследования, экологический мониторинг, ГИС-технологии.
Для предотвращения рисков природных и техногенных угроз в особо охраняемых природных территориях (ООПТ) используют систему природоохранного наблюдения и отслеживания. К предназначению природоохранного наблюдения и отслеживания за основу относят: экологические наблюдения, экологическая оценка, экологический прогноз. Задачи совпадают с последовательными этапами экологического мониторинга (ЭМ). Актуальность изучения ООПТ связана с увеличением во всём мире интереса к экологии. Сам интерес вызван ухудшением экологического состояния в мире в целом и в определённых географических системах. К охраняемой природной территории относят в России чётко определённое географическое пространство, которому придаётся статус охраняемого на основании нахождения на его территории уникальных объектов различного значения. Экологический мониторинг служит здесь в пользу гарантирования многовременного и продолжительного оберегания нерукотворных ансамблей и биообъектов, созданный природой, сопровождающие и включающие щедрость биогеоценоза и наследие цивилизации [1]. В географическое пространство входят: суша и почва, воздушное пространство, подземные области, акватории и их сочетания. В данном случае объект ООПТ выступает территориальной системой, так как это пространственно-временная система с наличием разнообразных свойств.
В Российской Федерации законом следующие категории, указанные ниже на рис. 1.
Рис. 1. ООПТ РФ [1]
126
Анализ схемы показывает, что классификация охраняемых природных объектов в стране несколько отличается от международного перечня, в которой значимое место занимают резерваты. Сходство же заключается в определении национальных парков, памятников природы и территорий с особым пользованием.
В табл. 1 ниже приведено описание задач мониторинга.
Таблица 1
Описание задач экологического мониторинга
Анализ табл. 1 показывает, что в рамках безопасности природы охраняемых объектов выделяют 3 крупных задачи, которые кратко выражаются в следующем: определение причин источников техногенных и природных катаклизмов, оценивание возможности его проявления на территории и составление прогноза влияния реализуемого события на территорию. Данный процесс находится в ведомстве Минприроды России. В его ведомстве находится общее руководство государственной системой экологического мониторинга. Под мониторинг попадают: источники антропогенного влияния; растительный и животный мир; водная среда, в том числе подземные воды; геологические процессы.
Все методы экологического мониторинга классифицируют на несколько крупных групп, представленных в табл. 2. Итак, технологический, функциональный базис системы природоохранного наблюдения и отслеживания комплектуют наземное и авиационнокосмическое оснащение и ресурсы. Но наземные средства сети наблюдения и контроля в лабораториях остаются главной составляющей мониторинга традиционно. Космические средства мониторинга в последнее время начинают применять активнее, в основном при выявлении чрезвычайной ситуации на огромной по масштабу территории.
Под мониторинг прогнозирования факторов рисков попадают: природные и антропогенные факторы.
Природные факторы:
1.Изменения климата.
2.Природные катастрофы.
3.Геоморфологические и гидрологические процессы.
4.Биоценотические явления.
Таблица 2
Методы экологического мониторинга
127
Продолжение табл. 2
128
Окончание табл. 2
Антропогенные факторы
1.Пользование недрами.
2.Строительство, реконструкция и эксплуатация линейных коммуникаций.
3.Охота, рыболовство.
4.Вырубка лесов, рекреационное, научно-исследовательское воздействие.
Втечение времени реализации концепции ООПТ в России аккумулирован эксклюзивный, самобытный, не имеющий аналогов информация и опыт.
Данные изыскания и наблюдения, предоставляющие подробную характеристику природным свойствам и особенностям этих территорий, собрание данных о растительности и животном мире, почвах и ландшафтах. Из указанных в табл. 2 методов наилучшим образом справляется с обработкой огромной базы информации и прогнозированием состоянием среды ГИС-технология. Данный метод используется на этапе проектирования охраняемой зоны, основан на создании базы данных для проведения дистанционных исследований и оценивает влияние воздействия различных факторов.
Винтегрированном ракурсе ГИС, ориентированные на природоохранительное и природосберегающее предназначение, изыскивают разрешение и урегулирование миссии и заданий описи и инвентаризации, отслеживания и надзора, предсказывания и таксации, координация, администрирование и бизнес-планировка.
Входе исследования документации, был выделен перечень задач ООПТ, решаемых с помощью ГИС, в целях прогнозирования:
•управленческие.
•охрана (оптимизация процессов, планирование патрулирования, оценка источников угроз, оценка риска пожара, угроз аварий, хозяйствования).
•научные (ведение базы данных, оптимизация и планирование научных исследований, тематическое картографирование, выявление и отслеживание существенных изменений в состоянии охраняемых экосистем и определённых видов, моделирование и прогнозирование экологических ситуаций).
На практике заповедников и национальных парков, преподносящих в дар всем остальным, достижения и приобретенный опыт инициативной и плодотворной реализации ГИС в собственноручном функционировании на нише ЭМ. Кратко перечислим природные комплексы, реализующие системы наблюдения и процедуры ЭМ:
1. Центрально-лесной государственный природный биосферный заповедник.
2. Государственный природный заповедник «Денежкин камень».
3. Алтайский заповедник.
4. «Катунский» биосферный заповедник.
5. «Водлозерский».
6. «Хвалынский».
7. «Лосиный остров».
8. «Угра».
9. «Тункинский».
10. «Калевальский».
Все они охватывают внушительные территории и имеют важное природное значение. Для данной работы разработано несколько типов программного обеспечения, но абсолютное
129