ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН, Том}, № У, 2005, стр. 58-65
= НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК: 551.49+624.13
ОСАДОЧНЫЕ БАССЕЙНЫ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ И ПРОБЛЕМА ЗАХОРОНЕНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ
© 2005 г. В.И. Гончаров1, В.Е. Глотов2, A.B. Гревцев2
Рассмотрены вопросы выбора оптимальных по своим характеристикам геологических структур для создания хранилищ промышленных отходов длительного использования, определена структурно-вещественная специфика слагающих их породных комплексов и вероятные гидрогеологические условия размещения продуктов техногенной деятельности, охарактеризованы типы жидких отходов, предназначенных для захоронения, предложены критерии оценки надежности природных емкостей с позиций экологических и социальных последствий, а также экономической целесообразности создания таких хранилищ.
В последние годы в научных публикациях, в популярных изданиях экологического направления и, нередко, в средствах массовой информации активно обсуждаются проблемы безопасного хранения жидких отходов промышленного производства различных классов токсичности, в том числе радиоактивных. При этом среди многих выдвигаются предложения подземного захоронения их на площадях малонаселенных, с неразвитой инфраструктурой северных окраин России. Признавая в принципе некорректность такого подхода с точки зрения экологии еще сохранившихся природных экосистем, примером которых может быть Северо-восток России, тем не менее, общественности следует быть готовой к тому, что такое решение может состояться. Поэтому представляется важным рассмотреть комплекс вопросов, связанных с выбором оптимальных по своим характеристикам площадей (геологических структур), для создания хранилищ длительного использования, определить структурно-вещественную специфику, слагающих их породных комплексов, и вероятные гидрогеологические условия размещения продуктов техногенной деятельности, оценить надежность природных емкостей с позиций экологических и социальных последствий, а также экономическую целесообразность создания таких хранилищ.
Типы жидких отходов, предназначенных для захоронения. Аккумулировать в недрах Земли
1 Владикавказский научный центр РАН и PCO-А, г. Владикавказ.
2 Северо-восточный комплексный НИИ Дальневосточного отделения РАН, г. Магадан.
следует, прежде всего, такие отходы, обезвреживание и утилизация которых на современном уровне технических способов экономически неэффективна, а сброс их в поверхностные водотоки и водоемы экологически опасен. К ним следует отнести растворы и суспензии, загрязненные ртутью, мышьяком, сурьмой, таллием и другими токсичными металлами, ядами органического происхождения, в том числе из разряда боевых отравляющих веществ, различными токсинами растительного и животного происхождения, а также жидкие отходы, содержащие радиоактивные компоненты.
Представляется возможным хранить в глубинах земной коры также малотоксичные материалы в виде скоплений льда, вязких и отвердевших масс, используя основной природный ресурс северных территорий - восполнимые и практически неисчерпаемые запасы холода. Отрицательные температуры воздуха и почв в течение большей части года, а также широкое распространение многолетнемерзлых пород (ММП) являются надежной гарантией, во-первых, герметичности природных емкостей, во-вторых, возможности их длительного применения в качестве хранилищ отходов. При создании хранилищ в прибрежной зоне северных территорий для промораживания блоков пород - потенциальных емкостей отходов может быть использована морская вода с температурой ниже 0 °С. Известно, что охлаждение морской воды можно производить до -22 °С, получая рассол с содержанием солей около 230 г/л. Закачивая полученный хла-доноситель в недра с последующим удалением более высокотемпературного раствора, можно получать в недрах емкость с промороженными
Таблица. Технологические свойства жидких отходов
Дисперсная система 1 порядка Жидкие отходы
Дисперснаая система 2 порядка Дисперсионная среда Дисперсная фаза Размер дисперсной фазы Кислотность-щелочность Взвешенные вещества, мг/л Органаические Минеральные Сухие вещества, мг/л Органические Минеральные Радиоактивность, Ки/л Т Размер жидкой кислотное Растворы Ионы и молекулы 0,1 Вода или органические вещества вердые, жидкие и коллоидные веществ твердой фазы определяется способно* перемещения в потоке жидкости, л коллоидндой - зависит от вида, конце ги-щелочности системы, электрохимич свойств среды и инородных в ней фаз Коллоиды Эмульсии Золи и гели Жидкость в жидкости 10"5-10-7 До 10"2 5,3-6,2 550-1300 385-910 165-390 7700-9500 5390-6650 2310-2850 10"5-1,0 а. ггью ее нтрации, есикх и др. Суспензии Твердые фазы в жидкости 10^-10"1
ограничениями (стенками) любого объема. Такие способы хранения оптимальны, например, для отходов, которые могут быть востребованы для повторной переработки. К ним можно отнести образующиеся в ходе коксования и полукоксования углей растворы, обогащенные фенолами, бензопиреном, органическими кислотами; отработанные нефтепродукты; твердые отходы в виде бумажной макулатуры и полимерных материалов. Хранение жидких материалов может осуществляться в подземных природных емкостях путем их закачивания и последующего естественного замораживания, твердых - в искусственно созданных хранилищах (например, в горных выработках) в виде блоков, сцементированных льдом. Типы жидких отходов, которые могут быть захоронены в хранилищах породного происхождения, приведены в таблице. Для таблицы использованы усредненные данные [1].
Анализ геологического строения, мерзлотно-гидрогеологических, климатических особенностей, социально-экономических факторов промышленного освоения [2-5] северных территорий позволил сделать вывод, что недра многих из них и в особенности стратифицированные комплексы осадочных бассейнов (ОБ) Северо-востока России перспективны для захоронения жидких или ожиженных отходов всех видов. Этому благоприятствуют повсеместное распространение ММП, разнообразие геологических структур, геодинамических условий осадкона-копления, гидрогеологических обстановок в недрах ОБ, длительная история их геологического
развития, обусловившая значительную общую мощность (до 10-13 км) толщ, высокую пористость отдельных их горизонтов и неоднородность катагенетического преобразования осадочных пород. Использованию естественных емкостей в качестве хранилищ отходов способствует также широкое развитие неотектонических просадок закрытого и полузакрытого типов, где возможно применение инженерных решений для организации контролируемых процессов накопления жидких отходов и стока загрязненных поверхностных и подземных вод.
Для возможного использования ОБ северных территорий для захоронения промышленных отходов немаловажное значение имеют и такие социальные факторы как малая плотность населения (1 человек на 4,5 км2) и рассредоточенный, узловой характер распределения индустриальных центров.
Геолого-генетические типы ОБ, как структуры, пригодные для захоронения промышленных отходов. Для захоронения жидких отходов в толщах с естественным емкостным пространством порово- или трещинно-пластового характера наиболее пригодны формации пород, образующие чехлы ОБ, которые представляют собой современные вещественно-структурные элементы литосферы, перекрывающие разнообразные по геотектонической природе и размерам области длительного погружения. Цепь таких ОБ с чехлами кайнозойского и мезо-кайнозойского возрастов развита по северо-западному обрамлению Тихоокеанской плиты. Среди них В.В. Ива-
нов [6] выделил ОБ геосинклинального (ранне-геосинклинальные - Ильпинский, Олюторский, Восточно-Камчатский и позднегеосинклиналь-ные - Хатырский, Западно-Камчатский); про-тоорогенного (Пенжинский, Пусторецкий, Анадырский, Индигиро-Зырянский и др.); дейте-роорогенного (Ямско-Тауйский и др.) и платформенного (Лаптевско-Янский, Чаунский, Лонгско-Чукотский и др.) типов.
Принципиальные различия между группами выделенных ОБ проявлены в составе, наборе, последовательности формирования и возрасте структурно-формационных комплексов их фундаментов и чехлов, в интенсивности и инверсионной направленности тектонических движений, в изменении геодинамических условий их развития в геологической истории, а также в отличиях гидрогеологических обстановок в чехлах ОБ разных типов.
Общими чертами являются отсутствие в разрезах эвапоритовых соленосных толщ, формирование континентальных отложений в мезо-кайнозое в условиях гумидного климата, существенная роль в осадочных чехлах кайнозойского возраста кремнеземистых пород как биогенно-осадочного, так и вулканогенного происхождения. К числу общих свойств следует отнести также значительные (до 13 км) мощности отложений ОБ, степень изменения которых охватывает всю шкалу процессов литогенетических преобразований пород вплоть до фаций высоких степеней регионального метаморфизма. Поскольку в позднем кайнозое северо-запад Тихоокеанской плиты стал ареной высокоамплитудных резко дифференцированных неотектонических движений, то ОБ, особенно геосинклинального и про-тоорогенного типов, по степени литогенетичес-кой преобразованности пород приобрели блоко-во-мозаичный характер.
При решении вопроса о целесообразности размещения в структурах, сложенных осадочными толщами, промышленных отходов, помимо перечисленных выше естественных факторов, нужно учитывать также состав антропогенных продуктов и хотя бы в самом общем виде оценивать предельно необходимую длительность их надежного захоронения.
Складирование жидких или водонасыщенных высоковязких (полутвердых) отходов промышленного производства может осуществляться также в геологических структурах вулканического происхождения в штольнях, шахтах и карьерах в виде замороженных блоков и отвердевших масс. Для устройства хранилищ отходов особенно перспективны интенсивно пропилити-
зированные и потому слабо проницаемые толщи вулканогенно-осадочных образований мелового и палеогенового возраста, слагающие отрицательные вулканоструктуры в районах, где мощность ММП превышает глубину распространения гипергенной трещиноватости.
Гидродинамическая зональность осадочных бассейнов. Важным
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.