Состав исходных данных и методика проведенного анализа.

Участок работ является частью объектов ежегодного исследования в рамках учебной и учебно-производственной эколого-геологической практики на территории учебно-научной базы Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), Института наук о Земле (ИноЗ) УНБ «Импилахти» [7, 8]. На территории этого объекта с 2003 г. по настоящее время проводятся ряд мониторинговых учебных работ (площадная совместная литогеохимическая съемка разного масштаба, площадная гамма-съемка, почвенные исследования и картирование, гидрохимические исследования, буровые работы и др.), а также научные и прикладные исследования [1-3]. В рамках данной статьи проводится обобщение и совместный анализ материалов исследований 2003-2015 гг., проведенных студенческими коллективами под руководством преподавателей кафедры Экологической геологии (ИноЗ, СПбГУ) Беляева А.М. и Подлипского И.И.

За более чем 10 лет полевых и лабораторных работ на этой территории были проведены следующие виды исследований (рис. 2-3):

1. Литогеохимическая съемка видимой части отвала и прилегающих территорий по сети с шагом от 5×5 до 50×50 м методом «конверта» с глубины 0,0-0,1 и 0,0-0,2 м. Общее количество отобранных и проанализированных образцов – более 5 тыс. шт. Методы анализа – рентгенофлуоресцентный и атомно-абсорбционный на содержание Zn, Cu, Pb, Fe, Sr, Ti, V, Cr, Hg, As и др. элементов;

2. Отбор проб донных отложений и промеры глубин прилегающей акватории Ладожского озера и ближайших поверхностных временных и постоянных водотоков. Общее количество отобранных и проанализированных образцов – более 50 шт.;

3. Отбор проб, анализ химического состава поверхностных и грунтовых (из скважин и шурфов) вод. Общее количество отобранных и проанализированных образцов – 14 шт.;

4. Оценка состава форм нахождения Zn, Cu, Pb, Fe, Hg и As в техногенных отвалах методом последовательного экстрагирования (6 стадий). Общее количество отобранных и проанализированных образцов – 5 шт.;

5. Для распознавания минеральных фаз в техногенных отложениях, (отобранных по горизонтам до основания отвала) использован метод качественного рентгенофазового анализа (идентификация фаз в смеси на основании анализа дифракционной картины изучаемого образца). Общее количество отобранных и проанализированных образцов – 3 шт.;

6. Оценка радиальной миграции поллютантов в техногенных отложениях по всей их мощности (6-8 м), путем послойного отбора объединенных проб золошлакового материала, проведенного в процессе буровых работ. Пробоподготовка – стандартные методы для получения воздушно сухих образцов, методы мокрого озоления. Методы анализа – рентгенофлуоресцентный и атомно-абсорбционный на содержание Zn, Cu, Pb, Fe, Sr, Ti, V, Cr, Hg, As и др. элементов. Общее количество отобранных и проанализированных образцов – более 50 шт.;

7. Оценка гранулометрического состава золошлакового материала в отвалах по стандартным методам. Общее количество отобранных и проанализированных образцов – 5 шт.;

Эколого-геохимическая характеристика современного геологического тела, сложенного техногенным грунтом (золой и шлаком). Литогеохимическая матрица, полученная объединением всех исходных данных поверхностного пробоотбора за весь период съемочных работ, была разделена на 3 выборки, согласно разработанному авторскому подходу [4].

Каждая из полученных выборок проб грунтов (1-3) на первом этапе обработки данных проходила статистический анализ, с помощью программы Statistica 10.1, используя модуль «Описательная статистика (Basic Statistics and Tables)» и отображая устойчивые оценки математического ожидания и рассеяния, а также определяющий наличие ошибок и выбросов (как положительных, так и отрицательных) методом 3-х δ и позволяющий оценить базовые статистические закономерности (закон распределения). С целью проверки статистической значимости различий средних значений в трех выборках, было проведено их сравнение с использованием t-критерия Стьюдента (с учетом установленной нормальности распределения и равенства (гомоскедастичности) дисперсий) с поправкой Бонферрони [6, 10].

Рис. 2 Схема территории проведения работ.

Рис. 3 Схема расположения скважин и шурфа.

После установления и обоснования математической значимости отличий выборок (1-3) дальнейшая математическая обработка проводилась с использованием корреляционного и факторного анализов. Последний выполнялся на основе корреляционной матрицы, методом главных компонент, с последующим varimax-вращением. Критическое значение уровня значимости 5%.

Для характеристики внутренней структуры и однородности сложения геологического тела золошлакоотвала и радиального химического состава были использованы данные полученные в результате проведения буровых работ [3], гранулометрических исследований проб с разной глубины [1], а также определения минеральных фаз в техногенных отложениях, (отобранных по горизонтам до основания отвала) методом качественного рентгенофазового анализа.

Расчеты производились с помощью пакетов программ Statistica 10.1 и Microsoft Office Excel. Построение карт и картосхем проводилась в программах CorelDraw 12, Adobe Photoshop 8.0, Surfer 10.1 и др.