Подать статью
Стать рецензентом
EN
Online First
Обзорная статья
Геотехнология и инженерная геология

Проблемы мониторинга складированных отходов горнорудного производства в холодных климатических зонах: возможности использования геофизических методов

Авторы:
Н. В. Юркевич1
Л. Ю. Епонешникова2
В. Н. Гуреев3
Н. А. Мазов4
Об авторах
  • 1 — д-р геол.-минерал. наук старший научный сотрудник Институт геологии и минералогии имени В.С.Соболева СО РАН ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
  • 2 — младший научный сотрудник Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
  • 3 — канд. пед. наук заведующий центром Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
  • 4 — канд. техн. наук ведущий научный сотрудник Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
Дата отправки:
2025-03-11
Дата принятия:
2025-12-09
Дата публикации онлайн:
2026-03-06

Аннотация

Складированные отходы горно-рудного производства, преимущественно представленные хвостохранилищами и отвалами, нуждаются в постоянном мониторинге. С одной стороны, они часто представляют опасность для окружающей среды и людей, с другой – с развитием новых технологий все чаще рассматриваются как источник вторичной переработки и добычи ценных компонентов. В холодных климатических зонах складирование отходов, поддержка хранилищ в стабильном состоянии и организация системы мониторинга имеют ряд особенностей. Отрицательные температуры, циклы замораживания и оттаивания приводят как к повышенному выходу потенциально токсичных веществ за пределы отвалов и хвостохранилищ, так и к нарушению целостности ограждающих сооружений. Проблема усугубляется глобальным потеплением, приводящим к большей подвижности верхних слоев из-за оттаивания мерзлого грунта. Проблемы мониторинга в холодных зонах обусловлены высокой стоимостью его проведения из-за удаленности территорий и трудностями работы в зимний период. Многообещающими в таких условиях становятся геофизические методы наблюдений, поскольку не нарушают целостности исследуемых объектов и обеспечивают автономный энергосберегающий режим в течение длительного срока. В статье рассматриваются возможности и особенности применения геофизических технологий для мониторинга складированных отходов горно-рудного производства в холодных климатических зонах. Используются примеры работ в России, Канаде, северных странах Европы и других странах со схожими климатическими условиями.

Проблемы мониторинга складированных отходов горнорудного производства в холодных климатических зонах: возможности использования геофизических методов
Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
хвостохранилище мониторинг многолетняя мерзлота геоэлектрика электротомография георадиолокация сейсморазведка сейсмическая томография магнитометрические методы рентгеновская томография
Online First

Финансирование

Работа выполнена по Государственному заданию ИГМ СО РАН (№ 122041400237-8).

Литература

  1. Ду Я., Се Б., Малларни Б., Чжан Ч. Консолидация мелкозернистых хвостов и зонирование профиля хвостохранилищ // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2019. Т. 56. № 5. С. 359-365.
  2. Yulia Mun, Palinkaš S.S., Forwick M. et al. Stability of Cu-Sulfides in Submarine Tailing Disposals: A Case Study from Repparfjorden, Northern Norway // Minerals. 2020. Vol. 10. Iss. 2. № 169. DOI: 10.3390/min10020169
  3. Andersson M., Finne T.E., Jensen L.K., Eggen O.A. Geochemistry of a copper mine tailings deposit in Repparfjorden, northern Norway // Science of The Total Environment. 2018. Vol. 644. P. 1219-1231. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.06.385
  4. Ramirez-Llodra E., Trannum H.C., Evenset A. et al. Submarine and deep-sea mine tailing placements: A review of current practices, environmental issues, natural analogs and knowledge gaps in Norway and internationally // Marine Pollution Bulletin. 2015. Vol. 97. Iss. 1-2. P. 13-35. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2015.05.062
  5. Robertson J., Hendry M.J., Kotzer T., Hughes K.A. Geochemistry of uranium mill tailings in the Athabasca Basin, Saskat-chewan, Canada: A review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2019. Vol. 49. Iss. 14. P. 1237-1293. DOI: 10.1080/10643389.2019.1571352
  6. Costis S., Coudert L., Mueller K.K. et al. Assessment of the leaching potential of flotation tailings from rare earth mineral extraction in cold climates // Science of The Total Environment. 2020. Vol. 732. № 139225. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139225
  7. Осипова П.С., Оленченко В.В., Калганов А.С., Чекрыжов А.В. Геоэлектрические признаки рекультивированных отработанных россыпных месторождений золота // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333. № 5. С. 158-167. DOI: 10.18799/24131830/2022/5/3504
  8. Легостаева Я.Б., Гололобова А.Г., Попов В.Ф., Макаров В.С. Геохимические свойства и трансформация микроэлементного состава почв при разработке коренных месторождений алмазов в Якутии // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 212-225. DOI: 10.31897/PMI.2023.35
  9. Yurkevich N.V., Bortnikova S.B., Olenchenko V.V. et al. Time-Lapse Electrical Resistivity Tomography and Soil-Gas Measurements on Abandoned Mine Tailings Under a Highly Continental Climate, Western Siberia, Russia // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2021. Vol. 26. № 3. P. 227-237. DOI: 10.32389/JEEG21-004
  10. Зверева В.П., Фролов К.Р., Пятаков А.Д. Моделирование процессов окисления сульфидов на хвостохранилище месторождения Высокогорское при температуре от –25 до 0 °С (Кавалеровский район Приморского края) // Экологическая химия. 2018. Т. 27. № 3. С. 135-140.
  11. Jouini M., Neculita C.M., Genty T., Benzaazoua M. Freezing/thawing effects on geochemical behavior of residues from acid mine drainage passive treatment systems // Journal of Water Process Engineering. 2020. Vol. 33. № 101087. DOI: 10.1016/j.jwpe.2019.101087
  12. Qureshi A., Bussière B., Benzaazoua M. et al. Geochemical Assessment of Desulphurized Tailings as Cover Material in Cold Climates // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 3. № 280. DOI: 10.3390/min11030280
  13. Schudel G., Plante B., Bussière B. et al. Sulfide oxidation during the simulated weathering of pyrrhotite-rich tailings: Impacts of freeze-thaw cycles and chloride salinity // Cold Regions Science and Technology. 2019. Vol. 209. № 103802. DOI: 10.1016/j.coldregions.2023.103802
  14. Tulisova K., Olenchenko V., Sigachev N. et al. Engineering and Geophysical Research of the Tailing Dump under the Conditions of Growing Soils of the Base // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 7. № 4242. DOI: 10.3390/app13074242
  15. Roy T., Plante B., Demers I. et al. Multi-year in situ hydrogeochemical monitoring of hard rock lithium mine tailings in a large-scale experimental pile // Journal of Environmental Management. 2024. Vol. 356. № 120602. DOI: 10.1016/j.jenvman.2024.120602
  16. Berryman E.J., Cleaver A., Martineau C. et al. Capture and characterization of fugitive mine dust around an open pit gold mine in Québec, Canada // Applied Geochemistry. 2024. Vol. 171. № 106099. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2024.106099
  17. Miller C.B., Parsons M.B., Jamieson H.E. et al. Lake-specific controls on the long-term stability of mining-related, legacy arsenic contamination and geochemical baselines in a changing northern environment, Tundra Mine, Northwest Territories, Canada // Applied Geochemistry. 2019. Vol. 109. № 104403. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2019.104403
  18. Costis S., Coudert L., Mueller K.K. et al. Impact of freeze-thaw on the behaviour of flotation tailings from a rare earth deposit // Applied Geochemistry. 2021. Vol. 135. № 105106. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2021.105106
  19. Yurkevich N., Olenchenko V., Bortnikova S. et al. Cyanides, Arsenic, and Noble Metals in Abandoned Gold Ore Cyanidation Tailings and Surface Waters in a Permafrost Region (Transbaikal Territory, Russia) // Mine Water and the Environment. 2021. Vol. 40. Iss. 4. P. 943-955. DOI: 10.1007/s10230-021-00828-5
  20. Мягкая И.Н., Сарыг-оол Б.Ю. Влияние отрицательных температур на окислительное выщелачивание элементов из высокосульфидных отходов обогащения // Геосферные исследования. 2022. № 3. С. 76-92. DOI: 10.17223/25421379/24/5
  21. Farzamian M., Vieira G., Monteiro Santos F.A. et al. Detailed detection of active layer freeze–thaw dynamics using quasi-continuous electrical resistivity tomography (Deception Island, Antarctica) // The Cryosphere. 2020. Vol. 14. Iss. 3. P. 1105-1120. DOI: 10.5194/tc-14-1105-2020
  22. Zhongwen Bao, Bain J., Holland S.P. et al. Hydrogeochemical Response of a Variably Saturated Sulfide-Bearing Mine Waste-Rock Pile to Precipitation: A Field-Scale Study in the Discontinuous Permafrost Region of Northern Canada // Water Resources Research. 2022. Vol. 58. Iss. 1. № e2021WR031082. DOI: 10.1029/2021WR031082
  23. Uhlemann S., Dafflon B., Peterson J. et al. Geophysical Monitoring Shows that Spatial Heterogeneity in Thermohydrological Dynamics Reshapes a Transitional Permafrost System // Geophysical Research Letters. 2021. Vol. 48. Iss. 6. № e2020GL091149. DOI: 10.1029/2020GL091149
  24. Desbarats A.J., Percival J.B., Bilot I. et al. Drainage chemistry of mine tailings from a carbonatite-hosted Nb-REE deposit, Oka, Québec, Canada // Applied Geochemistry. 2022. Vol. 138. № 105216. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105216
  25. Elghali A., Benzaazoua M., Bussière B. et al. The role of hardpan formation on the reactivity of sulfidic mine tailings: A case study at Joutel mine (Québec) // Science of The Total Environment. 2019. Vol. 654. P. 118-128. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.11.066
  26. Sapkota B., Verbuyst B., Bain J. et al. Geochemical and mineralogical investigation of cemented crusts in the tailings cover at Long Lake Gold Mine, Sudbury, Canada // Journal of Hazardous Materials. 2023. Vol. 451. № 131192. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131192
  27. Savage R.J., Pearce S., Mueller S. et al. Methods for assessing acid and metalliferous drainage mitigation and carbon sequestration in mine waste: a case study from Kevitsa mine, Finland // Mine Closure 2019: Proceedings of the 13th International Conference on Mine Closure, 3-5 September 2019, Perth, Australia. Australian Centre for Geomechanics, 2019. P. 1073-1086. DOI: 10.36487/ACG_rep/1915_86_Savage
  28. Gras A., Beaudoin G., Molson J., Plante B. Atmospheric carbon sequestration in ultramafic mining residues and impacts on leachate water chemistry at the Dumont Nickel Project, Quebec, Canada // Chemical Geology. 2020. Vol. 546. № 119661. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2020.119661
  29. Kalitina E.G., Kharitonova N.A., Kuzmina T.V. Chemical and Microbiological Composition of Technogenic Waters in the Tailing Dumps of Krasnorechensk Ore-dressing Plant (Primorsky Krai, Russia) // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 272. Iss. 3. № 032057. DOI: 10.1088/1755-1315/272/3/032057
  30. Rantanen M., Karpechko A.Yu., Lipponen A. et al. The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979 // Communications Earth & Environment. 2022. Vol. 3. № 168. DOI: 10.1038/s43247-022-00498-3
  31. Etzelmüller B., Guglielmin M., Hauck C. et al. Twenty years of European mountain permafrost dynamics–the PACE legacy // Environmental Research Letters. 2020. Vol. 15. № 10. № 104070. DOI: 10.1088/1748-9326/abae9d
  32. Farzamian M., Blanchy G., McLachlan P. et al. Advancing Permafrost Monitoring With Autonomous Electrical Resistivity Tomography (A-ERT): Low-Cost Instrumentation and Open-Source Data Processing Tool // Geophysical Research Letters. 2024. Vol. 51. Iss. 6. № e2023GL105770. DOI: 10.1029/2023GL105770
  33. Scandroglio R., Draebing D., Offer M., Krautblatter M. 4D quantification of alpine permafrost degradation in steep rock walls using a laboratory-calibrated electrical resistivity tomography approach // Near Surface Geophysics. 2021. Vol. 19. Iss. 2. P. 241-260. DOI: 10.1002/nsg.12149
  34. Karmanovskaya N.V., Smirnova A.T., Litovchenko V.I., Efa S.G. Automated systems of ecological control in Norilsk // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 734. № 012175. DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/012175
  35. Blanchy G., Saneiyan S., Boyd J. et al. ResIPy, an intuitive open source software for complex geoelectrical inversion/modeling // Computers & Geosciences. 2020. Vol. 137. № 104423. DOI: 10.1016/j.cageo.2020.104423
  36. Максимов Д.А., Дьяков А.Ю. Мониторинг локальных нарушений фильтрационных процессов в дамбах хвостохранилищ горнорудных предприятий комплексом геофизических и визуальных методов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 8. С. 154-163. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_154
  37. Судакова М.С., Брушков А.В., Великин С.А. и др. Геофизические методы в геокриологическом мониторинге // Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2022. № 6. С. 141-151. DOI: 10.33623/0579-9406-2022-6-141-151
  38. Dimech A., LiZhen Cheng, Chouteau M. et al. A Review on Applications of Time-Lapse Electrical Resistivity Tomography Over the Last 30 Years: Perspectives for Mining Waste Monitoring // Surveys in Geophysics. 2022. Vol. 43. Iss. 6. P. 1699-1759. DOI: 10.1007/s10712-022-09731-2
  39. Hilbich C., Hauck C., Mollaret C. et al. Towards accurate quantification of ice content in permafrost of the Central Andes – Part 1: Geophysics-based estimates from three different regions // The Cryosphere. 2022. Vol. 16. Iss. 5. P. 1845-1872. DOI: 10.5194/tc-16-1845-2022
  40. Yurkevich N.V., Abrosimova N.A., Bortnikova S.B. et al. Geophysical investigations for evaluation of environmental pollution in a mine tailings area // Toxicological & Environmental Chemistry. 2017. Vol. 99. Iss. 9-10. P. 1328-1345. DOI: 10.1080/02772248.2017.1371308
  41. Epov M.I., Yurkevich N.V., Bortnikova S.B. et al. Analysis of mine waste by geocheimical and geophysical methods (a case study of the mine tailing dump of the Salair ore-processing plant) // Russian Geology and Geophysics. 2017. Vol. 58. Iss. 12. P. 1543-1552. DOI: 10.1016/j.rgg.2017.11.014
  42. Оленченко В.В., Бортникова С.Б., Девятова А.Ю. Применение электроразведочных методов при исследовании техногенных тел (складированных отходов горнорудной промышленности). Обзор // Геофизические технологии. 2022. № 4. С. 23-40. DOI: 10.18303/2619-1563-2022-4-23
  43. Mollaret C., Hilbich C., Pellet C. et al. Mountain permafrost degradation documented through a network of permanent electrical resistivity tomography sites // The Cryosphere. 2019. Vol. 13. Iss. 10. P. 2557-2578. DOI: 10.5194/tc-13-2557-2019
  44. Martínez-Pagán P., Gómez-Ortiz D., Martín-Crespo T. et al. Electrical Resistivity Imaging Applied to Tailings Ponds: An Overview // Mine Water and the Environment. 2021. Vol. 40. Iss. 1. P. 285-297. DOI: 10.1007/s10230-020-00741-3
  45. Yurkevich N.V., Saeva O.P., Karin Y.G. Geochemical anomalies in two sulfide-bearing waste disposal areas: Fe, Cu, Zn, Cd, Pb, and As in contaminated waters and snow, Kemerovo and Chelyabinsk regions, Russia // Toxicological & Environmental Chemistry. 2015. Vol. 97. Iss. 1. P. 76-89. DOI: 10.1080/02772248.2015.1041955
  46. Юркевич Н.В. Техногенные экосистемы: динамика развития и ресурсный потенциал (на примере хранилищ отходов горнорудного производства в Кемеровской области и Забайкальском крае): Автореф. дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. Новосибирск: Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН, 2024. 36 с.
  47. Martin T., Kuhn K., Günther T., Knieß R. Geophysical Exploration of a Historical Stamp Mill Dump for the Volume Estimation of Valuable Residues // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2020. Vol. 25. Iss. 2. P. 275-286. DOI: 10.2113/JEEG19-080
  48. Izadi Yazdanabadi M., Marciniak A., Oryński S. et al. Time-lapse GPR Measurements for Observing Shallow Cryo-Hydrogeological Borders in Spitsbergen’s Fuglebekken Catchment // EGU General Assembly, 14-19 April 2024, Vienna, Austria. EGU, 2024. № EGU24-10315. DOI: 10.5194/egusphere-egu24-10315
  49. Федорова Л.Л., Куляндин Г.А., Поисеева С.И. Исследование особенности строения техногенных отвалов методом георадиолокации // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 12-1. С. 243-254. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_121_0_243
  50. Tavakoli S., Rasmussen T.M. Geophysical tools to study the near-surface distribution of the tailings in the Smaltjärnen repository, south-central Sweden; a feasibility study // Acta Geophysica. 2022. Vol. 70. Iss. 1. P. 141-159. DOI: 10.1007/s11600-021-00697-0
  51. Saksa P.J. Tailings Pond Outfiltration Monitoring with Electrical Conductivity Surveying // First Break. 2024. Vol. 42. Iss. 8. P. 111-117. DOI: 10.3997/1365-2397.fb2024072
  52. Olenchenko V.V., Osipova P.S., Yurkevich N.V., Bortnikova S.B. Electrical Resistivity Dynamics Beneath the Weathered Mine Tailings in Response to Ambient Temperature // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2020. Vol. 25. Iss. 1. P. 55-63. DOI: 10.2113/JEEG18-096
  53. Карин Ю.Г. Экспресс методика построения моделей для оценки объемов вещества хвостохранилищ по данным электротомографии, электромагнитного профилирования и аэрофотосъемки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск: Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН, 2025. 23 с.
  54. Mollehuara-Canales R., Kozlovskaya E., Lunkka J.P. et al. Non-invasive geophysical imaging and facies analysis in mining tailings // Journal of Applied Geophysics. 2021. Vol. 192. № 104402. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2021.104402
  55. Kozhevnikov N.O. On the association between fast induced polarization in frozen rocks and dielectric polarization of ice // Geophysical Prospecting. 2022. Vol. 70. Iss. 8. P. 1380-1387. DOI: 10.1111/1365-2478.13246
  56. Malehmir A., Markovic M., Marsden P. et al. Sparse 3D reflection seismic survey for deep-targeting iron oxide deposits and their host rocks, Ludvika Mines, Sweden // Solid Earth. 2021. Vol. 12. Iss. 2. P. 483-502. DOI: 10.5194/se-12-483-2021
  57. Nolet G. Seismic Tomography // Encyclopedia of Solid Earth Geophysics. Springer, 2019. P. 1-5. DOI: 10.1007/978-3-030-10475-7_28-1
  58. Чернышов Г.С., Дучков А.А., Логинов Г.Н. и др. Подход к построению слоистой скоростной модели верхней части разреза по данным времен первых вступлений // Нефтяное хозяйство. 2022. № 1. С. 26-31. DOI: 10.24887/0028-2448-2022-1-26-31
  59. Halla C., Blöthe J.H., Tapia Baldis C. et al. Ice content and interannual water storage changes of an active rock glacier in the dry Andes of Argentina // The Cryosphere. 2021. Vol. 15. Iss. 2. P. 1187-1213. DOI: 10.5194/tc-15-1187-2021
  60. Ouellet S.M., Dettmer J., Olivier G. et al. Advanced monitoring of tailings dam performance using seismic noise and stress models // Communications Earth & Environment. 2022. Vol. 3. № 301. DOI: 10.1038/s43247-022-00629-w
  61. Afonin N., Kozlovskaya E., Canales R.M. Application of passive seismic interferometry for mapping mining waste storage facilities: A case study of Pyhäsalmi mine in Finland // Journal of Applied Geophysics. 2022. Vol. 202. № 104669. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2022.104669
  62. Tschuschke W., Gogolik S., Wróżyńska M. et al. The Application of the Seismic Cone Penetration Test (SCPTU) in Tailings Water Conditions Monitoring // Water. 2020. Vol. 12. Iss. 3. № 737. DOI: 10.3390/w12030737
  63. Pierwoła J., Szuszkiewicz M., Cabala J. et al. Integrated geophysical and geochemical methods applied for recognition of acid waste drainage (AWD) from Zn-Pb post-flotation tailing pile (Olkusz, southern Poland) // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. Iss. 14. P. 16731-16744. DOI: 10.1007/s11356-020-08195-4
  64. Bowen Shi, Xixi Li, Weiwu Hu et al. Environmental risk of tailings pond leachate pollution: Traceable strategy for leakage channel and influence range of leachate // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 331. № 117341. DOI: 10.1016/j.jenvman.2023.117341
  65. Shuanggui Hu, Feiyan Wang, Jingtian Tang et al. Feasibility of induced magnetic gradient surveying for seepage detection in earth-filled dams: Insights from synthetic and field studies // Geophysics. 2024. Vol. 89. № 6. P. E229-E239. DOI: 10.1190/geo2024-0037.1
  66. Kiprono N.R., Kawalec A., Klis B. et al. Radiation Techniques for Tracking the Progress of the Hydrometallurgical Leaching Process: A Case Study of Mn and Zn // Metals. 2024. Vol. 14. Iss. 7. № 744. DOI: 10.3390/met14070744
  67. Бельских Ю.С., Шандала Н.К., Титов А.В. и др. Исследование радиационной обстановки на отвалах рудника № 1 ЛПО «Алмаз» через 5 лет после проведения рекультивации // Гигиена и санитария. 2022. Т. 101. № 7. С. 736-740. DOI: 10.47470/0016-9900-2022-101-7-736-740
Статистика
Просмотр аннотаций
53
Просмотр полного текста
18
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи