докт. геол.мин. наук, зав. лабораторией тектонофизики,
664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128
Doctor of Geology and Mineralogy, Head of Laboratory of Tectonophysics,
664033, Irkutsk, Lermontov street, 128
канд. геол.мин. наук, доцент, кафедра прикладной геологии, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Candidate of Geology and Mineralogy, assistant professor, Applied Geology Chair,
664074, Irkutsk, Lermontov street, 83
Комплексные исследования подземной гидросферы проведены для верхней части земной коры западного плеча Байкальского рифта, который характеризуется высокой тектонической активностью на современном этапе тектогенеза. Работы осуществлялись в пределах участка пос. Баяндай – мыс Крестовский, который в плане тектонических особенностей может рассматриваться в качестве эталонного для территории Западного Прибайкалья в целом (рис. 1). Изучение вод до глубин в первые километры базировалось на гидрогеологических данных, тогда как более глубокие уровни подземной гидросферы анализировались на основе геофизических материалов.
Согласно результатам предварительных геологогеофизических работ на участке исследований [Семинский и др., 2010], установлено иерархическое зонноблоковое строение земной коры области сочленения Сибирского кратона и СаяноБ-айкальского складчатого пояса (рис. 2). Независимо от масштаба исследований изученная территория делится на два типа участков, которые, чередуясь в направлении с северо-запада на юго-восток, представляют широкие интенсивно нарушенные зоны и сравнительно монолитные блоки земной коры. В качестве главной межблоковой зоны изученного региона выделяется Обручевская разломная система (2-й иерархический уровень), которая представляет северо-западное плечо Байкальского рифта (1-й иерархический уровень) и имеет ширину ≈50 км. Она состоит из Морской, Приморской и Прихребтовой межблоковых зон (3-й иерархический уровень), трассирующихся из глубин в десятки километров и выраженных у поверхности разломными структурами высших уровней иерархии.
Особенности современной зонноблоковой делимости земной коры послужили структурной основой для интерпретации материалов гидрогеологических работ на участке пос. Баяндай – мыс Крестовский, заключающихся в изучении распределения, минерализации и макрокомпонентного состава вод, образующих близповерхностную часть подземной гидросферы изучаемого региона. Исследования проведены на базе результатов опробования подземных вод в 46 точках изучаемой полосы, образующих для этой территории практически полный банк стандартных гидрогеологических данных.
В ходе общего анализа материалов опробования подтвердились известные особенности гидрогеологии Западного Прибайкалья. В целом здесь доминируют пресные воды среднеи предгорных районов поверхностного происхождения, в анионном составе которых преобладает гидрокарбонатион, а среди катионов – кальций, магний и, реже, калий и натрий. Вместе с тем, материалы, полученные для участка детальных исследований пос. Баяндай – мыс Крестовский, дали возможность уточнить эти представления и сделать общий вывод об определяющей роли структурно-тектонического фактора в гидрогеологии региона.
Анализ минерализации, состава, температуры и других особенностей подземных вод (рис. 3–6) показал, что на низком уровне иерархии в качестве отчетливого гидрогеологического рубежа выступает северо-западная граница Обручевской межблоковой зоны, которая отражает структуру краевого шва Сибирской платформы, активизированного на современном этапе тектогенеза. Эта граница отделяет слабоминерализованные и пресные воды платформенного блока от пресных и ультрапресных вод горной области. В пределах этих структурных подразделений выделяются Предбайкальская, Прихребтовая, Приморская и Морская межблоковые зоны, которые на данном уровне иерархии контролируют положение соответствующих аномалий по режиму водообмена, общей минерализации и степени обводненности. Судя по результатам магнитотеллурических зондирований (рис. 2, 7), эти аномалии являются близповерхностным проявлением глубинных участков проводимости, имеющих в рассматриваемом регионе флюидную природу. Особенности строения этих аномалий определяются наличием межблоковых зон разломного уровня иерархии, которые, в свою очередь, состоят из разноранговых тектонических нарушений, являющихся в зависимости от специфики внутренней структуры непроницаемыми упорами или каналами для миграции флюидов.
В итоге совместной интерпретации результатов гидрогеологических работ на участке пос. Баяндай – мыс Крестовский и материалов проведенных ранее геолого-геофизических исследований выявлены и представлены в виде концептуальной модели характерные особенности флюидонасыщенности верхней коры западного плеча Байкальского рифта (рис. 8). Установлено, что подземная гидросфера Западного Прибайкалья на близповерхностном и более глубоких уровнях образует по большому счету единую систему, строение и состав которой во многом определяются активной зонноблоковой структурой земной коры. Ее характер контролируется развитием Байкальского рифта, на западном плече которого, а также в смежном платформенном регионе сформировалась иерархия зон, занимающих в верхней коре субвертикальное положение и являющихся аномальными в отношении проницаемости для подземных вод. Зоны в тектонически активной части региона в целом превышают блоки по размерам, что является причиной общей высокой нарушенности и обводненности земной коры. Взаимосвязь этих двух свойств позволяет выявлять специфику зонноблоковой структуры конкретных регионов, используя гидрогеологическую съемку для самых верхних горизонтов, а чувствительные к содержанию флюида геофизические методы – для более глубоких. В то же время интерпретация данных геофизики и гидрогеологии, по крайней мере в тектонически активных регионах, должна прежде всего исходить из обусловленности изучаемых полей не составом пород, а структурным состоянием горного массива.
The subject of comprehensive studies is the underground hydrosphere of the upper crust of the western shoulder of the Baikal rift, being characterized by high tectonic activity in the recent stage of tectogenesis. The studies were focused on the Bayandai – Krestovsky Cape site, considering it as a benchmark for the territory of the Western Pribiakalie (Fig. 1). The available hydrogeological survey database is used to study underground waters circulating at depth of several kilometers. Analyses of deeper waters are conducted on the basis of geophysical data.
According to results of initial geological and geophysical studies [Семинский и др., 2010], the crust at the junction of the Siberian crater and the SayanBaikal folded belt is characterized by a hierarchic zoneblock structure (Fig. 2). Regardless of the scale of studies, the territory under study can be divided into sections of two types, that alternate from NW to SE and represent wide highly destructed zones and relatively monolithic blocks of the crust. The Obruchev fault system is distinguished as the main interblock zone (the 2nd hierarchic level in the study area). It represents the 50 km long NW shoulder of the Baikal rift (the1st hierarchic level) and includes the Morskaya, Primorskaya and Prikhrebtovaya interplate zones (the 3rd hierarchic level). These zones are traced from depth of dozens of kilometers; at the surface, they are represented by fault structures of the highest hierarchic levels.
Specific features of the current zoneblock divisibility of the crust serve as the structural basis for interpreting the materials obtained by hydrogeological studies conducted on the Bayandai – Krestovsky Cape site to research the distribution, mineralization and macrocomponent compositions of waters which represent the subsurface part of the underground lithosphere in the study area. The research is based on analyses of the underground water samples from 46 observation points scattered within the study area. The available amount of sample data can actually be considered as a complete base of standard hydrogeological data for the study area.
The known specific features of hydrogeology of the Western Pribaikalie are confirmed by the general analysis of the available data. In general, fresh waters of subsurface origin of the midand submontane regions are dominant. In the anionic composition of the waters, hydrocarbon ion is predominant. Calcium and magnesium are abundant among basis ions, while potassium and sodium are rare. With the detail data on the Bayandai – Krestovsky Cape site, the above conclusions are more precisely determined, and it is generally concluded that the structural tectonic factor controls the hydrogeology of the region.
The analysis of mineralization, composition, temperature and other characteristics of the underground waters (Fig. 3–6) show that at the low hierarchic level the NW boundary of the Obruchev interblock zone performs a function of a distinct hydrogeological barrier which represents the marginal suture of the Siberian platform. The marginal suture is active at the currently stage of tectogenesis. It separates lowmineralized and fresh waters of the platform block from fresh and ultrafresh waters of the mountainous area. The Predbaikalskaya, Prikhrebtovaya, Primorskaya and Morskaya interplate zones are distinguished within the limits of these structures. At the given hierarchic level, they control the positions of the corresponding anomalies in terms of water exchange modes, general mineralization and water cut ratios. The magnetotelluric sounding data (Fig. 2 and 7) suggest that the anomalies are subsurface manifestations of deep sections of conductivity; such sections have fluid origin in the region under study. Specific features of the structure of such anomalies are controlled by the presence of interblock zones of the fault level of the hierarchy. The interblock zones are composed of tectonic dislocations of various ranks. Depending on their specific internal structures, such dislocations can act as impermeable screens or channels for migration of fluids.
Based on the joint interpretation of the results of the hydrogeological studies and the earlier geological and geophysical studies on the Bayandai – Krestovsky Cape site, a conceptual model showing specific features of fluid saturation of the upper crust of the western shoulder of the Baikal rift is developed (Fig. 8). Generally speaking, the underground hydrosphere of the Western Pribaikalie is a uniform system at the subsurface and deeper levels, and its structure and content are mainly determined by the active zoneblock structure of the crust in the region under study. Its nature is controlled by the development of the Baikal rift, which western shoulder (and also the adjacent platform region) is occupied by a hierarchy of subvertical zones in the upper crust that are anomalous in terms of permeability concerning underground waters. In the tectonically active segment of the region, these zones are larger than the blocks and thus cause more significant dislocations and higher watercut of the crust. The relationship between dislocations and watercut allows determining specific features of the zoneblock structure by regions by applying methods of hydrogeological surveys for studies of shallow horizons and geophysical methods, which are more sensitive to fluid contents, for studies of deeper layers. On the other side, geophysical and hydrogeological data (at least on tectonically active regions) should be interpreted with account to the concept that the fields under study depend on the structural status of the rock massif, rather than on the lithology.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.