RESULTS OF COMPREHENSIVE STUDIES OF THE UNDERGROUND HYDROSPHERE WITHIN THE WESTERN SHOULDER OF THE BAIKAL RIFT (AS EXEMPLIFIED BY THE BAYANDAI – KRESTOVSKY CAPE SITE)

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 2^nd hierarchic level in the study area). It represents the 50 km long NW shoulder of the Baikal rift (the^1st 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.

1. Аликин Э.Я., Бачин Ю.А. Отчет по геолого-гидрогеологическим и инженерно-геологическим исследованиям, проведенным в районе юго-западного побережья оз. Байкал в 1963–1965 гг. Иркутск, 1965.

2. Бастракова Н.В. Информативность водно-гелиевой съемки при изучении вопросов формирования подземных вод // Разведка и охрана недр. 1985. № 12. С. 42–46.

3. Бастракова Н.В. Информативность водно-гелиевой съемки при гидрогеологическом изучении платформенных областей // Методы региональных гидрогеологических исследований. М.: ВСЕГИНГЕО, 1990. С. 22–28.

4. Бердичевский М.Н., Борисова В.П., Голубцова Н.С., Ингеров А.И., Коновалов Ю.Ф., Куликов А.В., Солодилов Л.Н., Чернявский Г.А., Шпак И.П. Опыт интерпретации МТ-зондирований в горах Малого Кавказа // Физика Земли. 1996. № 4. С. 99–117.

5. Блохин Ю.И. Государственная гидрогеологическая карта СССР, масштаб 1:200000, лист N48XXIX (Еланцы) / Ред. В.А. Малий. Иркутск, 1966.

6. Блохин Ю.И., Исаченко П.М. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия листов N48XXIX (Еланцы) и N48XXX (Гремячинское) (Отчет о гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях 1960–1961 гг.). Иркутск, 1962.

7. Бондаренко Л.Н. Гидрогеологическая карта СССР. Масштаб 1:200000. Лист N48XXXII. Иркутск, 1971.

8. Борисенко И.М., Бринько М.М., Борисенко Л.В. Гидрогеологические условия Усть-Селенгинской впадины. Лист N48XXXV (Кабанск). (Отчет Кабанской партии по гидрогеологической съемке масштаба 1:200000 за 1968–1970 гг.). УланУдэ, 1971.

9. Бурдуковский В.А., Бодрягин В.М., Лавринова Г.Л. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия территории листов N48VI и N491 (Отчет БАМ-Байкальского отряда по работам 1978–1982 гг.). Иркутск, 1982.

10. Бурдуковский В.А., Еремченко Г.А. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия территории листа N48XXXIV (Отчет по работам Приморского отряда за 1971–1973 гг.). Иркутск, 1975.

11. Голубев В.А. Гидротермальный сток и тепловое поле Байкальской рифтовой зоны // Доклады АН СССР. 1988. T. 302. № 3. С. 575–578.

12. Гуссау Н.А., Исаченко П.М. Промежуточный отчет Тажеранской гидрогеологической съемочной партии по работам 1960 года на территории листов N48XXIX и N48XXX. Залари, 1961.

13. Еремченко Г.А., Вьюн Ю.Г. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия листа N48XXIII (Отчет о гидрогеологической и инженерно-геологической съемках масштаба 1:200000 в 1959–1960 гг.). Залари, 1961.

14. Замараев С.М. Краевые структуры южной части Сибирской платформы. М.: Наука, 1967. 248 с.

15. Карта новейшей тектоники юга Восточной Сибири. Масштаб 1:1500000 / Ред. А.Г. Золотарев и П.М. Хренов. М., 1979.

16. Кауров В.Ф. Гидрогеологическая карта СССР масштаба 1:200000. Серия АнгароЛенского артезианского бассейна. Лист N48XXVIII / Ред. Е.В. Пиннекер. М.: Недра, 1965.

17. Киссин И.Г. Флюидонасыщенность земной коры, электропроводность, сейсмичность // Физика Земли. 1996. № 4. С. 30–40.

18. Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Шимараев М.Н., Хлыстов О.М. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины: строение и геологическая история. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001. 252 с.

19. Наумов В.А. Морфология и эволюция краевого шва Сибирской платформы (Северо-Байкальское нагорье). Иркутск: Вост.Сиб. кн. изд-во, 1974. 143 с.

20. Нечаева М.В., Распутин В.Ф. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия территории Баяндаевского листа, масштаб 1:200000. Иркутск, 1961.

21. Павлов С.Х. Гидрогеохимическая зональность на юго-западном фланге Байкальской рифтовой зоны // Тез. докладов Всерос. совещ. по подземным водам востока России. Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 2000. С. 50–52.

22. Перевозников Д.Д. Геоморфология зоны перехода от Байкальского рифта к Сибирской платформе: Автореф. дис. … канд. географ. наук. Иркутск, 1999. 18 с.

23. Пиннекер Е.В., Писарский Б.И., Ломоносов И.С., Колдышева Р.Я., Диденко А.А., Шерман С.И. Гидрогеология Прибайкалья. М.: Наука, 1968. 170 с.

24. Попов А.М. О причинах повышенной электропроводности в земной коре // Геология и геофизика. 1987. № 12. С. 56–65.

25. Поспеев А.В. Геоэлектрика континентальной тектоносферы: Автореф. дис. … докт. геол.мин. наук. Иркутск: Иркутский государственный технический унт, 1998. 34 с.

26. Семинский К.Ж. Тектонофизические закономерности деструкции литосферы на примере Гималайской зоны сжатия // Тихоокеанская геология. 2001. Т. 20. № 6. С. 17–30.

27. Семинский К.Ж., Гладков А.С., Лунина О.В., Тугарина М.А. Внутренняя структура континентальных разломных зон. Прикладной аспект. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2005. 293 с.

28. Семинский К.Ж., Кожевников Н.О., Черемных А.В., Поспеева Е.В., Бобров А.А., Оленченко В.В., Тугарина М.А., Потапов В.В., Бурзунова Ю.П. Межблоковые зоны земной коры: внутренняя структура и геофизические поля // Триггерные эффекты в геосистемах. М.: ГЕОС, 2010. С. 300–308.

29. Склярова О.А., Скляров Е.В., Федоровский В.С., Санина Н.Б. Минеральные озера Приольхонья: вопросы генезиса и эволюции // География и природные ресурсы. 2004. № 4. С. 44–49.

30. Скуратовский А.С. Гидрогеологические и инженерногеологические условия территории листа N48XXXIV (Отчет по работам Приморского отряда за 1971–1973 гг.). Иркутск, 1975.

31. Соотношение древней и кайнозойской структур в Байкальской рифтовой зоне / С.М. Замараев, Е.П. Васильев, А.М. Мазукабзов, В.В. Ружич, Г.В. Рязанов. Новосибирск: Наука, 1979. 126 с.

32. Степанов В.М. Гидрогеологическая зональность в горных районах Восточной Сибири // Тр. II совещания по подземным водам и инженерной геологии Восточной Сибири. Вып. 1. Иркутск, 1959.

33. Степанов В.М. Введение в структурную гидрогеологию. М.: Недра, 1989. 229 с.

34. Уфимцев Г.Ф. Морфотектоника Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Наука, 1992. 216 с.

35. Хаустов А.П., Грабарь А.В. Подземные воды блоковых структур и методы их идентификации в кристаллических массивах // Известия вузов. Геология и разведка. 1999. № 3. С. 85–96.

36. Becken M., Ritter O., Park S.K., Bedrosian P.A., Weckmann U., Weber M. A deep crustal fluid channel into the San Andreas Fault system near Parkfield, California // Geophysical Journal International. 2008. V. 173. № 2. P. 718–732. doi:10.1111/j.1365246X.2008. 03754.x.

37. Berdichevsky M.N., Vanyan L.L., Koshurnikov A.V. Magnetotelluric sounding in the Baikal rift zone // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 1999. V. 35. № 10. P. 793–814.

38. Gutmanis J.C., Lanyon G.W., Wynn T.J., Watson C.R. Fluid flow in faults: a study of fault hydrogeology in Triassic sandstone and Ordovician volcaniclastic rocks at Sellafield, NorthWest England // Proceeding of the Yorkshire Geological Society. 1998. V. 52. №. 2. P. 159–175. doi:10.1144/pygs.52.2.159.

39. Mats V.D. The structure and development of the Baikal rift depression // EarthScience Reviews. 1993. V. 34. № 2. Р. 81–118. doi:10.1016 /00128252(93)900286.

40. Neubauer F., Lips A., Kouzmanov K., Lexa J., Ivăşcanu P. 1: Subduction, slab detachment and mineralization: The Neogene in the Apuseni Mountains and Carpathians // Ore Geology Reviews. 2005. V. 27. № 1–4. Р. 13–44. doi:10.1016/j.oregeorev.2005.07.002.

41. Pinneker E.V., Popov A.M., Shpynev E.B. The depth of surface water penetration into the Earth’s Crust: Evidence from the Baikal Region // Doklady Earth Sciences. 1998. V. 359A. № 3. P. 396–399.

42. Popov A.M. A deep geophysical study in the Baikal region // Pure and applied geophysics. 1990. V. 134. № 4. P. 575–587. doi:10.1007/ BF00878020.

43. Seminskii K.Zh. Hierarchy in the zoneblock lithospheric structure of Central and Eastern Asia // Russian Geology and Geophysics. 2008. V 49. № 10. P. 771–779. doi:10.1016/j.rgg.2007.11.017.

44. Sklyarov E.V., Fedorovskii V.S., Kulagina N.V., Sklyarova O.A., Skovitina T.M. The Late Quaternary “Geyser Valley” in the Western Flank of the Baikal rift (Ol’khon Region) // Doklady Earth Sciences. 2004. V. 395A. № 3. P. 324–327.

45. Structural and tectonic correlation across the Central Asia orogenic collage: NorthEastern segment (Guidebook and abstract volume of the Siberian Workshop IGCP480) / Ed. E.V. Sklyarov. Irkutsk: IEC SB RAS, 2005. 291 p.