Анализ является неразрушающим, материал образца полностью сохраняется после завершения измерений

6.  Анализ является неразрушающим, материал образца полностью сохраняется после завершения измерений.

7.  Низкая трудоёмкость, обусловленная высокой экспрессностью и простотой пробоподготовки или даже полным отсутствием какой-либо подготовки, так как можно анализировать образцы различного размера, формы и вида (штуф, порошок, жидкость, газ) или осуществлять анализ без отбора проб отложений, в естественном их залегании.

8.  Анализ выполняется, как правило, в широком диапазоне концентраций от 10^-4-10^-8 до 100% при этом без существенного изменения методики и легко поддаётся автоматизации.

9.  Результаты определения содержания элементов в веществе не зависят от типа их химических соединений.

Из перечисленных достоинств ЯФМ следует, что они могут с успехом применяться на всех этапах изучения и утилизации ТМ, начиная от геолого-геофизической съёмки поверхности отложений ТМ, разбуривания перспективных участков и изучения технологических проб и кончая опробованием продуктов обогащения и их переработки, включая автоматические системы управления (АСУ) этими процессами. Эффективное решение этих задач в настоящее время обеспечено соответствующими аппаратурными и методическими разработками (аппаратура типа «Спектроскан», «АР-104», носимые спектрометры типа «Поиск», рентгенорадиометрическая каротажная аппаратура и т.д.; методики многокомпонентного анализа со сцинтилляционными, пропорциональными, полупроводниковыми и кристалл-дифракционными детекторами).

4.3 Метрологическое обеспечение качества полевых и лабораторных анализов состава отложений ТМ

Контроль качества должен осуществляться на всех этапах и при всех видах полевых и лабораторных работ. Аналитические исследования должны проводиться в лабораториях, прошедших аккредитацию в установленном порядке. Контроль качества аналитических работ осуществляется в форме:

1.  Внутреннего (внутрилабораторного);

2.  Внешнего (главным образом в виде межлабораторного);

3.  Геологического контроля.

1. Внутрилабораторный контроль правильности результатов анализа выполняется систематически и обязателен для рядовых анализов, при этом он

-   включает контроль правильности и оценку точности результатов определений с помощью стандартных образцов (СО) и контрольных проб (КП), контроль систематических расхождений результатов, получаемых принципиально различными методами;

-   организуется руководителем аналитического подразделения и выполняется группой контроля;

-   его данные обрабатываются раздельно по методам анализа.

Для контроля правильности и точности анализов используются результаты измерений навесок государственных (ГСО) и отраслевых (ОСО) стандартных образцов, контрольных проб (КП), изготовленных на основе ГСО и ОСО, стандартных образцов предприятия (СОП). Набор стандартных образцов и контрольных проб должен охватывать весь диапазон содержаний определяемого компонента в анализируемых пробах. Навески СО и КП включаются в зашифрованном виде в каждую партию рядовых проб.

2. Внешний межлабораторный контроль осуществляется лабораториями, объединёнными этой процедурой. Они проводят анализ ОСО, СОП и КП по единой методике с последующей обработкой результатов измерений метрологической службой головной организации, которая разрабатывает рекомендации по улучшению качества работ. Внутри и межлабораторный контроль рекомендуется проводить на одних и тех же СО.

3. Геологический контроль предусматривает повторное опробование в количестве 3% от общего объёма отобранных проб.

При необходимости допускается создание и использование контрольных проб по всем опробуемым объектам из типичных для района материалов. Такие пробы готовятся в объёмах, достаточных для обеспечения навесками всех партий проб на весь период работ с обязательным описанием и утверждением методик их изучения.

Исследования, направленные на всестороннее изучение ТМ, выяснения их экономической ценности и экологической безопасности при дальнейшем использовании неразрывно связаны с сертификацией отходов производства. Для этого создаются специальные лаборатории и институты испытаний и сертификации минерального сырья, в том числе и техногенного. Например, институт испытаний и сертификации при Уральской государственной горно-геологической академии (УГГА), выполняющий большой объём работ по оценке качества минерального сырья и метрологическому обеспечению научно-технических исследований и разработок.

5. Формирование банка данных (БД) и мониторинг ТМ

Решение задач, возникающих при переработке ТМ, требует их мониторинга, который является необходимой частью единой технологической цепочки при формировании банка данных по ТМ (БД ТМ).

Целью создания БД является:

1. Представление информации о ТМ в виде, позволяющем

·  отслеживать запасы ценных компонент, содержащихся в этих месторождениях, и

·  управлять опасными отходами на всех этапах обращения с ними, а именно, при их

Ø  образовании,

Ø  накоплении

Ø  транспортировке,

Ø  переработке,

Ø  обезвреживании,

Ø  захоронении;

2. Обеспечение областных, муниципальных и районных органов управления, специалистов, предпринимателей и общественность информацией о ТМ, в том числе,

Ø об опасных отходах, их перемещении, причинах не использования;

Ø о прогнозируемых процессах, вызванных их наличием;

Ø об оценках риска для здоровья человека и возможных путях его снижения;

Ø о технологиях переработки, а так же

Ø о затратах, связанных с реализацией мероприятий по их утилизации;

3. Дать ответ на два основные вопроса, обусловленных существованием ТМ:

-   какова эколого-экономическая целесообразность использования ресурсов ТМ в данном районе?

-   каков риск сохранения того или иного ТМ, т.е. как влияет его сохранение на качество других ресурсов (водных, сельскохозяйственных и т.д.)?

В процессе формирования БД ТМ решаются следующие задачи:

1.  Аудит объекта на основе применения оптимального комплекса измерительного оборудования и аппаратуры;

2.  Формирование обновляющихся характеристик ТМ, в том числе по результатам опробования;

3.  Мониторинг ТМ, в том числе слежение за запасами полезных компонент в них;

4.  Повышение достоверности информации о ТМ за счёт комплексирования данных, поступающих из разных источников;

5.  Паспортизация и сертификация ТМ;

6.  Экспертиза способов переработки ТМ и оценка их экономической целесообразности, т.е. поиск рациональных технологий переработки ТМ и выдача рекомендаций по способам использования ТМ;

7.  Оценка существующих и прогнозируемых ущербов, связанных с наличием ТМ;

8.  Поиск потенциальных потребителей продуктов переработки ТМ;

9.  Поиск ТМ, удовлетворяющих определённым требованиям потенциальных потребителей;

10.  Выявление приоритетных проектов переработки ТМ;

11.  Учёт земель, отчуждённых под ТМ;

12.  Формирование учётных документов;

13.  Формирование карт ТМ:

14.  Поддержка БД налогов и штрафных санкций за нарушение экологии и норм природопользования. Например, при формировании БД ТМ топливно-энергетического комплекса Урала было установлено, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» отсутствуют санитарно-защитные зоны. Это приводит к занижению суммарной площади земельных отводов и суммы соответствующего земельного налога на 58%. Золоотвалы двух электростанций АО «Свердловэнерго» расположены в водоохранных зонах водных объектов, вследствие чего, согласно действующим нормативным документам, платежи за размещение отходов на них должны быть увеличены в 5 раз. Кроме того, не учитывается объём пылевыделения с золоотвалов и отсутствует учёт сброса из золоотвалов оборотных вод с многократным превышением ПДК по таким элементам как Mn, V, F, As, Cu и др. Это, помимо экологических последствий, приводит к занижению соответствующих платежей на сумму не менее 270 млн.руб. в год (в ценах 1997 г.). В целом было установлено, что суммарное занижение платежей за загрязнение ОС, складирование отходов и изъятие земель составило по АО «Свердловэнерго» в 1996 г. 2,33 млрд. рублей.

  5.1 Технология формирования банка данных по техногенным месторождениям (БД ТМ)

Технология построения БД ТМ основана на объединении:

- информационной базы и

- математических моделей распространения загрязнений в ОС (воздушном и водном бассейнах, почвах, донных отложениях и т.д.) и оценки связанных с этим рисков, которые строятся на основе информационной базы (см. рис.4).

Рис.4. Структурная схема формирования банка данных по техногенным месторождениям (БД ТМ).

Создание информационной базы является достаточно сложным процессом, требующим огромного объёма информации, основными источниками которой являются:

·  база знаний, содержащая информацию специалистов по изучению и использованию ТМ;

·  база данных о вещественном составе и физическим свойствам отложений ТМ;

·  нормативно-правовая база, предоставляющая информацию, которая следует из нормативно-правовых документов.

База знаний включает данные по перераспределению полезных компонент в техногенных отложениях под влиянием разнообразных природных факторов таких как, окислительно-восстановительные процессы, выщелачивание, фильтрационные электрические поля, плоскостной смыв и других физико-химических и механических процессах климатического воздействия и выветривания. Здесь же содержатся данные экспертизы по рациональным технологиям переработки ТМ, рекомендации по способам использования тех или иных типов ТМ, оценка прогнозируемых ущербов и рисков, связанных с наличием ТМ и т.д.

База данных состоит из 3-х крупных блоков:

- фондовая информация характеризует состав и свойства исходного сырья горнодобывающих, горноперерабатывающих, металлургических и других типов предприятий (горные породы, руда, концентраты, угли для ТЭЦ и т.д.) и отходов промышленных производств (шламы, шлаки, золы и т.д.) по данным фондовых материалов.

- результаты опробования ТМ необходимы в связи с тем, что фондовая информация, выявляя общие закономерности, позволяет лишь оценить состав и строение техногенных отложений, так как из-за физико-химических и механических процессов климатического воздействия и выветривания отходы производства в техногенных отложениях отличаются от отходов рудников, обогатительных фабрик, ТЭЦ и т.д. Кроме того, дифференциация отходов при складировании, нарушение системы складирования, а часто и полное её отсутствие, требуют уточнения строения техногенных отложений по данным бурения.

Этот блок данных так же содержит радиационную оценку ТМ, обычно отсутствующую в фондовых материалах. ТМ нередко имеют повышенную радиоактивность по сравнению с исходным сырьём. Например, золошлаковые отходы ТЭЦ могут содержать повышенные концентрации естественных радионуклидов (U, Th и K) особенно при сжигании углей Подмосковного, Донецкого и некоторых других бассейнов и месторождений, обладающих повышенной радиоактивностью.

Важным источником информации о составе, свойствах и строении техногенных отложений являются наряду с традиционными методами анализа ядерногеофизические методы (рентгенофлуоресцентный, нейтронно-активационный, гамма-гамма метод и др.)

- мониторинг является источником информации о закономерностях изменения во времени химико-минералогического и петрографического составов и физических свойств, как самих техногенных отложений, так и объектов ОС вблизи ТМ (почв, донных отложений, подземных и грунтовых вод, воздушного бассейна). Данные этого блока являются основой для прогноза изменения экологической ситуации исследуемой территории и выработки рекомендаций и управляющих решений.

Нормативно-правовая база содержит информацию о предельно-допустимых концентрациях (ПДК), выбросах (ПДВ) и сливах (ПДС) загрязняющих веществ, нормативно-правовые и нормативно-методические документы по охране окружающей среды, природопользованию и обеспечению экологической безопасности.

На основе информационной базы создаются математические модели взаимодействия ТМ с ОС, которые связывают все имеющиеся виды информации и обеспечивают построение модели ТМ, поэлементных, геологических и экологических карт, петрофизических разрезов и т.д., т.е. создание графических библиотек. Математические модели с использованием данных информационной базы позволяют сделать оценку прогнозных ресурсов, содержащихся в ТМ полезных компонент и выработать систему поддержки принятия решений

Рассмотренная технология формирования БД ТМ обеспечивает:

1) ввод в локальную базу данных всевозможных типов, включая графическую информацию с бумажных носителей;

2) масштабные и функциональные преобразования данных в различных системах координат;

3) построение плоских и объёмных картографических изображений;

4) решение экспертных, классификационных и других задач распознания объектов различного характера по множеству информационных слоёв;

5) экспорт-импорт информационных слоёв с внешними базами данных с целью эффективного использования пакета информации и коррекции БД за счёт дополнительной информации.

Техническая база БД ТМ включает:

1) компьютерную сеть со специализированной периферией;

2) современные компьютерные технологии, включая такие широко известные ГИС как ARC/INFO, ER MAPPER 5.0 и др.

3) системы подготовки и выпуска геоинформационных пакетов (ГИП), которые имеют три модификации:

·  региональные ГИП в масштабах 1:200 000 – 1:1 000 000, которые содержат объёмную характеристику ТМ, их место в структуре промышленности региона, экономические характеристики, проблемы, перспективы;

·  территориальные ГИП в масштабах 1:50 000 – 1:100 000 для районов;

·  локальные ГИП отдельных месторождений в масштабе 1:25 000.

Вся информация в БД ТМ структурирована по уровням. Первый уровень даёт обобщённую информацию о техногенном месторождении (его географическое положение, общая характеристика, реквизиты собственника и т.д.). Каждый из последующих уровней раскрывает характеристики месторождения и делает доступным выход на комплекс решаемых задач.

Информация на каждом уровне включает в себя карту определённого масштаба и комплекс характеристик техногенного месторождения.

  5.2 Мониторинг ТМ

Мониторинг ТМ обеспечивает периодическое обновление геоинформационных пакетов (ГИП). Источником информации служит пакет данных представленный в таблице 8.

ГИП обычно состоит из следующих информационных слоёв:

1)  образ земной поверхности – цифровая модель по космо- и аэросъёмке в оптическом диапазоне с разрешением от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров;

2)  инфраструктура – цифровая топооснова коммуникаций, застройки, сетей и т.д.;

3)  рельеф – цифровая модель рельефа с морфологическими объектами и физическими параметрами радарного сканирования;

4)  ландшафт – модель градации растительности и гидросферного покрова по оптическому и радарному сканированию;

5)  геохимия – элементный состав, радиоактивность, сорбированные газы, нефтепродукты и другие физико-химические параметры грунтового покрова;

6)  геофизика – аномальные геофизические естественные и искусственные поля, интегральные и дифференциальные параметры на различных глубинных срезах, начиная от дневной поверхности;

7)  геология – геологические объекты, элементы и параметры покровного и глубинного строения земной коры;

8)  гидросфера – карты открытых и подземных гидросистем, фильтрационных потоков и водно-физических параметров;

9)  геодинамика – блоковая структура земной коры;

10) экология – экологический паспорт, объекты мониторинга, реперная система и банк контрольных параметров территории;

11) ресурсы – прогнозные карты ресурсов минеральных, углеводородных, строительных, техногенных, лесных, сельскохозяйственных и др.;

12) эталонная коллекция образцов, включающая систематизацию, минералогическое и петрографическое описание, определение петрофизических и технологических свойств и элементного состава, паспорт коллекции.

Таблица 8.

Источники информации для формирования геоинформационных пакетов (ГИП).

№	Тип информации	Тип носителя	Масштаб
1	Космоснимок -разрешение: 10 м -тип съёмки: панхроматика -захват: 60´ 69 км	CD-ROM	1:50 000
2	Аэроснимок -разрешение: 1 м -тип съёмки: цветные полутона -ортофотоплан: 2 ´2 км	Полноцветная фотопечать и электронный формат	1:5 000
3	Топокарты -планшет 1:200 000 (40 ´40 км) -планшет 1:25 000 (10 ´10 км) -планшет 1:5 000 (2 ´2 км)	Бумажный	1:200 000 1:25 000 1:5 000
4	Геологические карты -планшет 1:200 000 (40 ´40 км) -планшет 1:25 000 (10 ´10 км)	Бумажный, Электронный	1:200 000 1:25 000
5	Гидрогеологическая карта -планшет 1:200 000 (40 ´40 км)	Бумажный, Электронный	1:200 000
6	Геохимическая съёмка в масштабах -1:100 000 (40 ´40 км) -1:25 000 (10 ´10 км) -1:5 000 (2 ´2 км)	Электронный	1:100 000 1:25 000 1:5 000
7	Радиометрическая съёмка в масштабах -1:100 000 (40 ´40 км) -1:25 000 (10 ´10 км) -1:5 000 (2 ´2 км)	Электронный	1:100 000 1:25 000 1:5 000
8	Эманационная съёмка в масштабах -1:100 000 (40 ´40 км) -1:25 000 (10 ´10 км) -1:5 000 (2 ´2 км)	Электронный	1:100 000 1:25 000 1:5 000
9	Инженерно-геологическая съёмка -1:25 000 (10 ´10 км) -1:5 000 (2 ´2 км)	Электронный	1:25 000 1:5 000
10	Экологическая съёмка -1:100 000 (40 ´40 км)	Электронный	1:100 000
11	Гидрогеологическая съёмка -1:25 000 (10 ´10 км) -1:5 000 (2 ´2 км)	Электронный	1:25 000 1:5 000
12	Опробование сырья, подсчёт запасов	Бумажный, электронный

Постоянное загрязнение окружающей среды требует оптимальной организации процесса мониторинга. Разработаны многоуровневые системы сбора, обработки, хранения и анализа информации, позволяющие чётко разделить функции различных подразделений, оптимально использовать технические средства и оперативно получать необходимую информацию. Двухуровневая система мониторинга представлена на рис. 5.

		Второй уровень

Рис. 5. Информационная система экологического мониторинга объектов окружающей среды

Система мониторинга первого уровня предназначена для измерения, регистрации и первичного накопления данных по объекту в автоматическом режиме. Эти функции выполняются рабочими станциями (РС-1), которые представляют собой аппаратурно-программные комплексы на базе персональных компьютеров и измерительной аппаратуры различного назначения:

Ø измерение химических загрязнений (содержание тяжёлых металлов и т.д.);

Ø измерение органических загрязнений (содержание пестицидов, бензапирена и т.д.);

Ø измерение ионизирующих a-, b- и g-излучений.

Второй, более высокий, уровень системы мониторинга – это программные комплексы на центральной ЭВМ, назначение которых:

Ø сбор оперативной информации по мониторингу с РС-1 и передача этих данных в соответствующую БД в автоматическом режиме;

Ø диалоговый режим ввода и ведения баз данных по всем видам загрязнений ОС;

Ø диалоговый режим ввода и редактирования данных по любой БД;

Ø  проверка достоверности хранящейся информации;

Ø  интеграция всех данных на региональном уровне и их обработка, анализ и обобщение имеющейся информации, визуализация и печать выходных документов в табличной форме, а так же построение 2-х и 3-х мерных графиков.

Первые два уровня решают технические задачи по созданию баз данных по различным видам загрязнений ОС – атмосферы, территории, воды, почвы, строительных материалов и изделий из них и т.д.

На более высоком уровне эти данные служат базой для комплексной оценки состояния ОС, здоровья населения, системного анализа состояния экосистемы, для выработки подходов реабилитации, экспертного анализа экологической ситуации и её прогнозирования.

Система метрологического обеспечения мониторинга должна предусматривать необходимую точность измерений, которая гарантируется различными видами испытаний (внутрилабораторный и межлабораторный контроль, геологический контроль) и периодической поверкой средств измерений.

6. Геоэкологическое картирование и составление эколого-геологических карт (ЭГК) по техногенным месторождениям

Одним из необходимых видов исследований ТМ является оценка их влияния на загрязнение ОС и прогноз экологического состояния прилегающих территорий, что определяет необходимость составления экогеологических карт.

Экогеологическая карта представляет собой картографическое отображение геологической среды (ГС) и происходящих в ней процессов, которые оказывают влияние на экосистемы, среду обитания и здоровье человека.

Основное отличие ЭГК от других карт геологического содержания является экологическая оценка геологических показателей и процессов в естественных и нарушенных условиях. Нормативными документами для оценки экологического состояния ГС являются:

1.  «Критерии оценки экологической обстановки территории для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия», утверждённые министром охраны ОС и природных ресурсов РФ В.И.Даниловым-Данильяном 30.11.1992 г, а так же

2.  «Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами», утверждённый им же и председателем комитета РФ по земельным ресурсам и землеустройству Н.В.Комовым 10.11.1993 г.

Принципы решения и подходы к геоэкологическому картированию были сформулированы в работе:

3.  Галицин М.С., Островский Б.Н., Островский Л.А. Требования к геоэкологическим исследованиям и картографированию. Масштаб 1:500 000, 1:200 000, 1:50 000,1:25 000. – М.: ВСЕГИНГЕО, 1990. – 127 с.

Методика геоэкологического картирования изложена в работе: