ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРИОЛЬХОНЬЕ: РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ

1. ВВЕДЕНИЕ

Приольхонье, как часть Ольхонского региона, относится к области краевых поднятий Саяно-Байкальского складчатого пояса. На северо-западе территория Приольхонья ограничивается Приморским разломом, на юго-востоке – береговой линией оз. Байкал. Разлом круто погружается на юго-восток и в рельефе выражен в форме денудационно-тектонического уступа высотой до 200 м. Пространственно Приморский разлом совпадает с раннепалеозойским коллизионным швом, или сутурой [Fedorovsky, Sklyarov, 2010]. Согласно современным представлениям, Приольхонье является частью раннепалеозойской коллизионной системы, сформированной в результате причленения к Сибирскому кратону Ольхонского террейна [Fedorovsky et al., 1995]. На геологической карте Приольхонья [Fedorovsky, Sklyarov, 2010] отчетливо проявлено полосовое строение этой территории. Полосы террейна образованы тектоническими пластинами сдвигового типа, разделенными бластомилонитами. Пластины сложены метаморфическими породами разных фаций метаморфизма – от эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой на юге Приольхонья до амфиболитовой в центральной части и до гранулитовой на северо-западе. Первичные осадочные и вулканогенные породы Приольхонья подверглись значительным изменениям под воздействием глубинных процессов. Наиболее ранним из них был региональный метаморфизм гранулитовой и амфиболитовой фаций, сопровождавшийся интенсивным складкообразованием. Позднее проявились процессы ультраметаморфизма и графитизации. На этом этапе произошли интенсивные тектонические подвижки, проявившиеся в виде наложенной складчатости и зон пластического течения в мраморах с образованием мраморного меланжа и зон будинажа, а также в образовании серии крупных разломов. Почти повсеместно метаморфические породы Приольхонья характеризуются крутыми углами падения слоистости.

Как известно, Приольхонье является одним из опорных геологических полигонов Восточной Сибири [Fedorovsky, Sklyarov, 2010] Однако до сих пор представления о структуре этого региона основываются преимущественно на результатах наземного геологического картирования, дистанционных съемок, использования геохимических методов и определений абсолютного возраста. Однако при изучении структуры Приольхонья возможности таких съемок, особенно при экстраполяции их результатов на глубину, ограничены. В связи с этим привлекают внимание геофизические методы, позволяющие осуществлять объемное геологическое картирование.

В 1979–2001 гг. проводились съемки методами вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), электропрофилирования, естественного электрического поля (ЕП), сверхдлинноволнового электропрофилирования (СДВР) и зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ). Основной объем исследований выполнен методами ЗСБ и ЕП. Эти работы позволили получить первое представление о геоэлектрическом строении Приольхонья до глубины порядка нескольких сотен метров [Kozhevnikov et al., 2004].

Согласно результатам этих исследований, в региональном плане Приольхонье включает северо-западный и юго-восточный блоки, граница между которыми проходит по Кучулгинскому разлому (рис. 1). Северо-западный блок представлен Чернорудской зоной, или Чернорудско-Баракчинской [Letnikov et al., 1997; Savelyeva, 1998], тектонической зоной (ЧБТЗ). Она образована породами, относящимися к гранулитовой фации метаморфизма, и представлена узкой (до 5 км) и протяженной (более 50 км) структурой северо-восточного простирания, прослеживающейся в северо-западной части Приольхонья в метаморфическом комплексе ольхонской серии, рядом с границей краевого выступа фундамента Сибирской платформы. В работах [Letnikov et al., 1997; Savelyeva, 1998] она описана как пример линейных зон глубинных разломов с проявлением парагенезисов, формировавшихся в восстановительных условиях. Время протекания эндогенных процессов (включая региональный метаморфизм) авторами указанных статей относится к периоду 500–350 млн лет назад. За пределами ЧБТЗ упомянутые признаки глубинной тектонической зоны отсутствуют. На уровне современного эрозионного среза Чернорудская зона располагается в пределах неотектонической структуры, известной как Чернорудский (Бугульдейско-Чернорудский) грабен, или Мухор-Таловский блок [Smolyansky, Gonchar, 2001]. Он представляет собой грабенообразный прогиб, протягивающийся вдоль Приморского разлома от р. Бугульдейка до залива Мухор и далее в Малое Море.

По данным исследований методом ЗСБ здесь обнаружены породы с удельным электрическим сопротивлением (УЭС) от единиц до первых десятков Ом·м, кровля которых залегает субгоризонтально на глубине от 100 до 400 м. Зона отмечается отрицательными аномалиями ЕП амплитудой до 500 мВ. Юго-восточный блок включает широкую полосу пород между Кучулгинским разломом и побережьем оз. Байкал. По сравнению с Чернорудской зоной этот блок характеризуется более однородным геоэлектрическим строением. Здесь нет аномалий ЕП большой амплитуды, а проводники с пологим залеганием кровли, подобные выделенным в Чернорудской зоне, в пределах юго-восточного блока при работах 1980–2001 гг. не обнаружены.

В 1980–2001 гг. для съемок методом ЗСБ использовалась симметричная установка «петля в петле» с генераторной петлей размером 200×200 м и приемной петлей размером 50×50 м. Ток в генераторной петле составлял единицы ампер; глубина зондирований при этом не превышала 300–400 м. Возможно, за счет использования генераторных петель с бóльшим моментом субгоризонтальные проводящие структуры могли быть обнаружены и в пределах юго-восточного блока [Kozhevnikov et al., 2004].

В 2004–2010 и 2015 гг. для возбуждения индукционных переходных процессов применялись генераторные петли (Tx) размером 400×400 и 500×500 м, ток в которых при измерении на поздних временах достигал 100–150 А. В сочетании с многоканальными телеметрическими измерительными модулями SGS TEM и FastSnap [Pospeev et al., 2018] это, по сравнению с работами более раннего этапа, позволило улучшить качество данных ЗСБ и в несколько раз (иногда на порядок) увеличить глубину зондирований.

Результаты этих исследований публиковались в кратком изложении по мере их получения. В настоящей статье они представлены в развернутом виде. Кроме этого, в ней описываются аномалии естественного электрического поля, которые наблюдаются в Чернорудской зоне, и обсуждается их возможная природа. По сравнению с предшествующими публикациями, настоящая статья дает более полное представление о геоэлектрической модели Приольхонья; кроме того, в ней обозначены некоторые дискуссионные моменты, касающиеся геологического строения этого района Западного Прибайкалья.

2. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ МЕТОДОМ ЗСБ

Зондирования становлением электромагнитного поля с большими генераторными петлями выполнялись многоразносными установками по методике, применяемой при поисках углеводородов на Сибирской платформе [Pospeev et al., 2018]. При неизменном положении генераторной петли измерения выполнялись с приемной петлей, расположенной в центре генераторной (соосная установка, или Qq), и четырьмя приемными петлями, вынесенными за ее пределы (разнесенные установки, или Q-q). Измерения с многоразносными установками позволяют диагностировать отклонения модели геологической среды от горизонтально-слоистой и/или проявления азимутальной анизотропии. Кроме этого, они дают возможность идентифицировать эффекты индукционно-вызванной электрической поляризации и магнитной вязкости.

Для регистрации переходных процессов использовались цифровые многоканальные регистраторы, основу которых составляет 24-разрядные прецизионные аналого-цифровые преобразователи. Вследствие малого времени дискретизации запись переходного процесса состоит из большого количества отсчетов. Благодаря высокой временной плотности записи и большому числу индивидуальных переходных процессов, которые записываются в единую последовательность отсчетов в течение времени, равного многим периодам повторения импульсов тока в генераторной петле, формируется длинный временной ряд отсчетов. Он сохраняется в виде файла и содержит информацию не только о полезном сигнале, но и о помехах. В дальнейшем этот числовой ряд обрабатывается с помощью процедур фильтрации, основной из которых является накопление (усреднение по временным интервалам, или «окнам») смеси полезного сигнала и помехи. Периодические помехи, например промышленной частоты, выделяются с помощью Фурье-анализа и затем вычитаются из смеси сигнала и помехи.

На рис. 2 приведен космоснимок района исследований, на котором отмечены точки, показывающие положение центров генераторных петель. В этих же точках располагались центры приемных петель для симметричных (соосных) установок «петля в петле». Чтобы не перегружать карту, а также в связи с тем, что при интерпретации использовались преимущественно данные симметричных установок, центры приемных петель, расположенных снаружи генераторных, не показаны. Первая цифра возле каждого пункта зондирования указывает год съемки, вторая – номер генераторной петли. Например, 4–5 означает, что измерения проводились в 2004 г. с генераторной петлей № 5. Всего в 2004–2010 гг. выполнено более 40 зондирований установками Qq с большими генераторными петлями.

Кривые кажущегося удельного электрического сопротивления ρ_τ для установок Qq приведены на рис. 3. Кривые объединены в группы в соответствии с годом, когда проводились измерения. Как можно видеть, наблюдаются отличия индивидуальных кривых ρ_τ в пределах каждой группы, а также между группами в целом. Это указывает на неоднородное геоэлектрическое строение исследуемого участка земной коры и ограниченные возможности интерпретации данных ЗСБ на основе модели горизонтально-слоистой среды.

Однако это не означает, что без трехмерного моделирования интерпретация показанных на рис. 3 кривых кажущегося удельного сопротивления вообще невозможна. Известно, что первый этап интерпретации данных электромагнитных зондирований заключается в районировании площади исследований по типам кривых кажущегося удельного сопротивления [Matveev, 1974].

Для большинства кривых ρ_τ на рис. 3 характерно уменьшение кажущегося УЭС по мере увеличения времени регистрации и, соответственно, эффективной глубины зондирований [Matveev, 1974; Meju, 1995]. По типу эти кривые относятся к наблюдаемым при зондировании двухслойных геоэлектрических разрезов с проводящим основанием или трехслойных разрезов с промежуточным проводящим слоем [Matveev, 1974]. Среди таких кривых выделяются измеренные в Чернорудской зоне (показаны синим цветом), где на поздних временах кажущееся УЭС составляет от единиц до десяти Ом·м. По уровню большинство кривых ρ_τ (показаны черным цветом) располагаются выше измеренных в Чернорудской зоне. Однако это кривые того же типа, что и характерные для Чернорудской зоны. Это указывает на то, что за ее пределами на глубине также залегают породы с удельным сопротивлением, намного более низким, чем у пород вышележащей толщи.

Красным цветом на рис. 3 выделены кривые ρ_τ другого типа. Их отличает высокое (от ≈10³ до ≈10⁴ Ом·м) кажущееся УЭС на ранних временах, которое почти не уменьшается или даже возрастает на поздних временах. По сравнению с остальными эти кривые не удалось зарегистрировать на временах более ≈10 мс, так как ЭДС переходного процесса быстро убывает до уровня шумов. На рис. 2 белой штриховой линией оконтурены две зоны, или области, в которых группируются «высокоомные» кривые. Одна из них располагается на северо-восточном, другая (ЗСБ 6-7, 6-8) – на юго-западном фланге площади работ.

Как уже упоминалось, для измерений с большими генераторными петлями использовались многоразносные установки. Результаты измерений с приемными петлями, вынесенными за пределы генераторной петли, подтвердили сделанный ранее вывод о том, что по сравнению с остальной территорией, где проводились исследования, Чернорудская зона характеризуется наиболее сильными проявлениями неоднородного геоэлектрического строения и/или азимутальной анизотропии.

На рис. 4, а, изображена генераторная петля размером 400×400 м (ее центр на рис. 2 отмечен номером 4–7) и приемные петли размером 18×18 м. Здесь же приведены кривые кажущегося удельного сопротивления, форма и уровень которых демонстрируют сильную зависимость от положения приемной петли. Это указывает на то, что геоэлектрический разрез здесь отличается от горизонтально-слоистого.

Иная картина наблюдается за пределами Чернорудской зоны. Это иллюстрирует рис. 4, б, на котором приведена схема расположения генераторной и приемных петель в пункте зондирований рядом с озерами Холбо. На карте (см. рис. 2) центр генераторной петли показан под номером 4-1. Кривые кажущегося удельного сопротивления на рис. 4, б, не зависят от положения приемных петель. Приемные петли многоразносной установки на рис. 4, б, располагались вдоль линии, ориентированной вкрест простирания основных структур Приольхонья. Именно вдоль этого направления можно было ожидать наибольших изменений кривых ρ_τ и, соответственно, параметров геоэлектрического разреза. Поскольку кривые совпадают, геоэлектрическая модель земной коры в районе озер Холбо близка к горизонтально-слоистой.

На рис. 5 показаны индукционные переходные характеристики, измеренные с генераторными петлями размером 500×500 м, центры которых располагались в пунктах 9-2 и 9-3 (см. карту на рис. 2). Приемная петля размером 18×18 м размещалась на окружности радиусом 400 м, центр которой совпадал с центром генераторной петли. Азимут, на котором приемная петля располагалась по отношению к линии, направленной на север и проходящей через центр генераторной петли, изменялся от 0 до 360° с шагом 45°.

Вблизи Байкала индукционные переходные характеристики совпадают на ранних (<1 мс) и поздних (>100 мс) временах, и лишь в середине временного диапазона отмечается небольшое отличие (рис. 5, а). Однако в Чернорудской зоне во всем временном диапазоне наблюдается сильная – вплоть до изменения полярности ЭДС – зависимость переходных характеристик от азимута (рис. 5, б).

3. ИНВЕРСИЯ ДАННЫХ ЗСБ НА ОСНОВЕ ГОРИЗОНТАЛЬНО-СЛОИСТОЙ МОДЕЛИ

Результаты электроразведочных исследований в Приольхонье представляют собой, во-первых, объективные экспериментальные данные и, во-вторых, их интерпретацию, которая в той или иной степени является дискуссионной. Интерпретация включает «переход» от экспериментальных данных к геоэлектрическим моделям (инверсию) и геологическое истолкование последних.

Сложное геологическое строение района, отсутствие программ для экспрессного трехмерного моделирования и инверсии данных нестационарных электромагнитных зондирований препятствуют построению полноценной трехмерной геоэлектрической модели Приольхонья. К этим факторам следует добавить низкую пространственную плотность зондирований. Вместе с тем даже без привлечения программ для моделирования и инверсии индукционных переходных процессов в средах с трехмерным распределением электропроводности имеющиеся данные позволяют сделать некоторые выводы о региональном геоэлектрическом строении Приольхонья и отметить неочевидные a priori дискуссионные моменты. Инверсия результатов зондирований, которые обсуждаются в настоящей статье, выполнена на основе горизонтально-слоистой модели с использованием автоматизированной системы для интерпретации данных индукционных импульсных электромагнитных зондирований TEM-IP [Antonov et al., 2014].

Напомним, что при изучении горизонтально-слоистых разрезов с проводящим основанием или промежуточным проводящим слоем большой мощности кривые ρ_τ характеризуются уникальной H-эквивалентностью [Matveev, 1974]. Она проявляется в том, что для таких разрезов по индукционным переходным характеристикам практически однозначно определяется суммарная мощность высокоомной толщи, перекрывающей проводящие породы.

В контексте настоящей статьи важно, что H-эквивалентность проявляется и в тех случаях, когда среда является трехмерной, однако локально может быть представлена горизонтально-слоистой моделью с проводящим промежуточным слоем или основанием. Для таких геоэлектрических моделей глубина до кровли проводника, определенная посредством одномерной инверсии по нисходящей ветви кривой ρ_τ для симметричной (соосной) установки, близка к истинной [Newman et al., 1987]. Под истинной в данном случае понимается глубина, на которой находится верхняя граница проводящих пород под центром генераторной петли.

Рис. 6 иллюстрирует возможности инверсии индивидуальных кривых кажущегося удельного сопротивления на основе горизонтально-слоистой модели. На рисунке приведены экспериментальные и модельные кривые ρ_τ для зондирований 4-1 и 4-7 (см. рис. 2). Измерения выполнены соосной установкой с генераторной петлей размером 400×400 м. Модельная кривая ρ_τ для зондирования 4-1 рассчитана для двухслойного разреза с проводящим основанием: ρ₁=1460 Ом·м, H₁=1530 м, ρ₂=35 Ом·м; кривая 4-7 – для трехслойной среды с промежуточным проводящим слоем: ρ₁=1280 Ом·м, H₁=153 м, ρ₂=3.6 Ом·м, H₂=240 м, ρ₃=2000 Ом·м.

УЭС проводящих пород в Чернорудской зоне (ЗСБ 4-7) на порядок ниже, чем в окрестностях озер. Подбор горизонтально-слоистой модели для нисходящей ветви кривой ρ_τ в пункте зондирования 4-7 позволяет определить глубину до кровли проводящих пород. Однако подобрать такую горизонтально-слоистую модель, чтобы на поздних (>100 мс) временах рассчитанные значения ρ_τ возрастали так же быстро, как экспериментальные, не удается. Это означает, что мощность и суммарная проводимость толщи низкоомных пород, найденные в результате инверсии на основе горизонтально-слоистой модели, дают минимальные оценки этих параметров.

Обратимся теперь к рис. 3, где показаны все кривые кажущегося удельного сопротивления, измеренные установкой Qq. В принципе, можно было бы, воспользовавшись средствами для инверсии данных ЗСБ на основе горизонтально-слоистой модели, выполнить инверсию каждой из кривых и представить результаты в виде геоэлектрических разрезов и/или карты, на которой показано распределение геоэлектрических параметров. Как уже отмечалось, приведенные на рис. 3 кривые ρ_τ сильно отличаются, что указывает на неоднородное распределение электропроводности, поэтому на геоэлектрических разрезах, постоянных по результатам интерпретации на основе горизонтально-слоистой модели, могут проявиться 2D и 3D эффекты, или «артефакты». Их учет в настоящий момент не представляется возможным, что чревато ошибками в геологическом истолковании результатов зондирований. В связи с этим мы решили отказаться от подхода, основанного на интерпретации индивидуальных кривых, и вместо этого проиллюстрируем особенности регионального геоэлектрического строения исследуемой площади, которые не вызывают сомнений. В рамках этого подхода принципиальное значение имеет следующий факт. Хотя кривые ρ_τ, сгруппированные по годам, отличаются, почти все они указывают на то, что удельное электрическое сопротивление залегающих на глубине пород намного меньше по сравнению с сопротивлением перекрывающей толщи, поэтому имеет смысл подобрать геоэлектрическую модель, характеризующую не индивидуальные кривые зондирований, а их набор «в целом», или «в среднем». На рис. 3 результат такого подбора для каждой группы показан штриховой линией. Соответствующие значения удельного электрического сопротивления ρ и мощности слоев приведены в табл. 1.

Подбор кривых проводился на основе трехслойной модели. С учетом большой мощности второго слоя (2–5 км) логично принять, что на глубине от дневной поверхности до первых километров обобщенная геоэлектрическая модель соответствует двухслойной с проводящим основанием. Сверху залегает толща высокоомных пород с УЭС в диапазоне от 10³ до 10⁴ Ом·м, на глубине около 1.5 км подстилаемая проводящими породами с удельным сопротивлением 15–40 Ом·м.

4. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ СЪЕМОК МЕТОДОМ ЕП

Съемки методом ЕП проводились в рамках НИР и учебных геофизических практик для студентов ИрГТУ. Измерения выполнены способом потенциала вдоль профилей протяженностью от 2.7 до 13.5 км, ориентированных с северо-запада на юго-восток (рис. 7). На всех профилях в качестве референтной использовалась крайняя северо-западная точка, располагавшаяся у подножия уступа Приморского хребта. Измерения на профилях 1–6 выполнены с шагом 50 м, на профилях 7–9 шаг составлял 25 м.

Графики потенциала U ЕП приведены на рис. 8. По характеру изменения потенциала вдоль длинных профилей (3, 5, 9) выделяются два участка – северо-западный и юго-восточный. На северо-западном фланге наблюдаются узкие отрицательные аномалии большой амплитуды. К юго-востоку от них интенсивные аномалии потенциала отсутствуют.

На остальных профилях (1, 2, 4, 6–8), как и на северо-западном фланге профилей 3, 5, 9, наблюдаются интенсивные отрицательные аномалии, которые включают от одного (Пр1) до трех (Пр8) минимумов. По мере продвижения с северо-востока на юго-запад амплитуда аномалий, оцениваемая по разнице между максимальным и минимальным значением потенциала на профиле, увеличивается от 130 до 850 мВ.

При сопоставлении графиков потенциала ЕП с результатами геологических съемок обращает на себя внимание тот факт, что интенсивные отрицательные аномалии трассируют Чернорудскую, или Чернорудско-Баракчинскую, тектоническую зону. Отвечая на вопрос, почему именно эта зона выделяется интенсивными отрицательными аномалиями ЕП, отметим широкое развитие здесь интенсивно дислоцированных графитизированных пород – углеродистых тектонитов [Letnikov et al., 1997; Savelyeva, 1998].

Напомним, что по данным электромагнитных зондирований в пределах изученной площади (см. рис. 2) зона трассируется не только отрицательными аномалиями ЕП, но очень низким (от десятков до десятых долей Ом·м) УЭС. Это свидетельствует о том, что, вероятнее всего, аномалии ЕП создаются геобатареей, образованной крутопадающим проводником с электронной проводимостью, который располагается во вмещающих породах с ионной проводимостью [Bigalke, Grabner, 1997; Stoll et al., 1995]. Направленный вверх поток электронов в инертном проводнике возникает за счет разности окислительно-восстановительного потенциала (Eh) на глубине и вблизи поверхности. Одновременно с движением электронов в проводнике в окружающих породах перемещаются ионы, благодаря чему поддерживается электрическая нейтральность всей системы. Падение напряжения при протекании тока ионов во вмещающих породах проявляется как потенциал ЕП.

В большинстве случаев электронный проводник геобатареи представляет собой обогащенную графитом крутопадающую тектоническую зону или систему таких зон. Высокое содержание графита в породах не является достаточным условием для работы геобатареи. Необходимо, чтобы графитовая минерализация образовывала непрерывные токопроводящие системы [Bigalke, Grabner, 1997; Stoll et al., 1995]. Их формированию способствуют сдвиговые деформации [Nover et al., 2005; Mehanee, 2015].

Амплитуда, ширина и форма аномалий зависят от размеров, геометрии и удельной поверхности проводника, глубины его залегания, распределения Eh во вмещающих ионопроводящих породах и кинетики электрохимических процессов [Bigalke, Grabner, 1997]. Инверсия данных метода ЕП с учетом перечисленных факторов делает возможным изучение окислительно-восстановительной обстановки на глубинах, недоступных для прямых измерений.

Как отмечалось выше, на уровне современного эрозионного среза границы Чернорудской зоны близки к таковым Чернорудского (Бугульдейско-Чернорудского) грабена. Таким образом, аномалии потенциала ЕП (см. рис. 7) трассируют как Чернорудскую зону, так и Чернорудский грабен. Поскольку, с одной стороны, Чернорудская зона существовала до появления грабена, а с другой – положение этих структур в плане совпадает, возникает вопрос: почему наибольшие нарушенность и субвертикальные перемещения, в результате которых образовался грабен, наблюдаются в пределах древней Чернорудской зоны.

Как уже упоминалось, породы зоны характеризуются высоким содержанием графита. Наличие в породах графита, особенно в виде непрерывной, связанной системы, приводит к драматическому понижению их модуля сдвига. Результаты электроразведочных исследований указывают на то, что графит в Чернорудской зоне представлен такой системой, поэтому при возникновении субвертикальных сдвиговых напряжений, которые были инициированы в кайнозое, именно здесь происходили и происходят перемещения большой амплитуды [Kozhevnikov, 2010]. Напомним, что согласно результатам структурно-геологических исследований в зоне влияния Приморского разлома породы Чернорудского грабена характеризуются интенсивными проявлениями неотектонической раздробленности [Arzhannikova, Gofman, 2000].

Известно, что напряжения сдвига способствуют преобразованию содержащих углерод флюидов в графит, образующий электрически связанные системы с высокой электропроводностью [Nover et al., 2005], которые можно «увидеть» с помощью электроразведочных методов. Однако в литературе, где описываются результаты изучения тектоники Приольхонья, не нашел должного отражения тот факт, что наиболее интенсивные сдвиговые деформации должны происходить там, где уже присутствует графитовая минерализация [Oohashi et al., 2013]. Очевидно, коль скоро речь идет о формировании грабена, преимущественный интерес представляют крутопадающие зоны с графитом, образующим протяженные, непрерывные системы, которые трассируются с помощью метода ЕП в Чернорудско-Баракчинской зоне глубинного разлома.

5. ДИСКУССИЯ

Как уже отмечалось, работы 2004–2010 гг. методом ЗСБ с мощным источником подтвердили сделанный ранее вывод о том, что главными элементами региональной геоэлектрической модели Приольхонья являются северо-западный и юго-восточный тектонические блоки [Kozhevnikov et al., 2004]. Вместе с тем благодаря увеличению глубины зондирований удалось получить более полное представление о геоэлектрическом строении района исследований.

Для большинства кривых ρ_τ, измеренных в 2004–2010 гг., характерно быстрое понижение кажущегося УЭС со временем. Это наглядно иллюстрирует рис. 9, на котором все кривые, приведенные на рис. 3, показаны вместе.

Согласно результатам интерпретации этих кривых (см. рис. 3; табл. 1), на большей части территории юго-восточного блока под высокоомной (ρ=10³–10⁴ Ом·м) толщей залегают породы с низким УЭС (15–40 Ом·м). Для каждой из совокупностей кривых зондирований, показанных на рис. 3, глубина кровли проводящих пород в среднем составляет ≈1500 м. Это дает основание предполагать, что в целом, или в среднем, кровля проводящей толщи характеризуется пологим залеганием, возможно близким к субгоризонтальному. Поскольку для пород Ольхонского метаморфического комплекса характерны крутые углы падения слоистости [Kuklei, 1985; Kochnev, 2007; Fedorovsky, Sklyarov, 2010], необходимо объяснить сочетание крутых углов падения, видимых на поверхности современного эрозионного среза, и пологого залегания кровли проводящих пород. Другая проблема связана с тем, что юго-восточный блок сложен метаморфическими породами, УЭС которых обычно находится в диапазоне от сотен до десятков тысяч Ом·м [Kobranova, 1986]. Это в 10–10³ раз больше по сравнению с УЭС пород, кровля которых залегает на глубине около 1.5 км.

Имеются несколько типов пород с удельным электрическим сопротивлением порядка первых десятков Ом·м. Во-первых, влажные осадочные (преимущественно пелитовые) породы, содержащие мелкодисперсные частицы, например такие, из которых состоят глины или илы. Во-вторых, любые пористые и трещинно-кавернозные породы, насыщенные минерализованными водами, т.е. водными растворами электролита. И, наконец, породы, содержащие электронопроводящие минералы, такие как сульфиды или графит в виде протяженных, электрически связанных систем.

Для обоснования первого варианта следует объяснить, каким образом среди метаморфических пород, образовавшихся на большой глубине при высоких температурах и давлениях, оказались осадочные породы. Во втором случае возникают вопросы: почему метаморфические породы имеют высокую пористость и откуда появились минерализованные воды. И, наконец, гипотеза о том, что причиной низкого УЭС залегающих под высокоомной толщей пород являются электронопроводящие минералы, должна объяснить, откуда они появились и в результате каких процессов образовали электрически связанную протяженную систему.

Ранее такая же проблема возникла в связи с необходимостью дать геологическую интерпретацию субгоризонтальным проводникам Чернорудской зоны. Напомним, что уже первые работы методом ЗСБ обнаружили здесь породы с низким (порядка единиц – первых десятков Ом·м) УЭС, кровля которых залегает на глубине от 100 до 400 м [Kozhevnikov et al., 2004].

Геологическая природа субгоризонтальных проводников в Чернорудской зоне обсуждается в работе [Kozhevnikov et al., 2004]. В числе прочих в ней приводится гипотеза, согласно которой проводник является зоной надвиговых дислокаций, а перекрывающие его породы – аллохтоном. Эту гипотезу при обсуждении материалов, представленных в упомянутой работе, высказал В.Д. Мац. По его мнению, предположение о надвиговой природе субгоризонтального проводника согласуется с современной концепцией геологического развития Приольхонья [Fedorovsky et al., 1995]. Согласно этой концепции Приольхонье представляет собой раннепалеозойскую коллизионную систему, включающую тектонические пластины и чешуи различной геодинамической природы. Надвиговые структуры образовались в процессе коллизии на глубинах порядка 10 км и в последующем оказались поднятыми к поверхности.

Другой возможный вариант интерпретации содержится в комментариях, высказанных по поводу настоящей статьи Е.В. Скляровым. По его мнению, пологие проводники в толще метаморфических пород Приольхонья могли образоваться в результате листрического сброса большого блока в процессе байкальского тектогенеза. Зона сброса могла быть насыщена графитом, на что, в частности, указывают обнаруженные в Чернорудской зоне позднеплейстоценовые гейзериты, которые часто содержат большое количество графита.

Однако применительно к Чернорудской зоне гипотеза о субгоризонтальном залегании проводящей толщи плохо согласуется с результатами метода ЕП. Напомним, что зона трассируется отрицательными аномалиями естественного электрического поля большой амплитуды (см. рис. 8). Обычно подобные аномалии наблюдаются над электронными проводниками, представленными крутопадающими зонами с графитовой минерализацией [Bigalke, Grabner, 1997; Mehanee, 2015; Nover et al., 2005; Stoll et al., 1995]. В Приольхонье такие зоны могли сформироваться в результате сдвиговых напряжений и деформаций, способствующих распределению графита в виде непрерывных, электрически связанных токопроводящих систем.

Очевидно, проблема геологической интерпретации результатов съемок методами ЗСБ и ЕП в Чернорудской зоне заключается в том, чтобы объяснить, как при субгоризонтальном залегании электронного проводника возникают отрицательные аномалии ЕП большой амплитуды. Кроме этого, остается открытым вопрос о механизме обогащения зоны надвиговых дислокаций графитом.

В работе [Shein et al., 2013] средствами трехмерного математического моделирования обоснован альтернативный вариант интерпретации проводников в Чернорудской зоне. Его суть заключается в том, что субгоризонтальным залеганием характеризуются не сами проводящие породы, а огибающая верхних кромок субвертикальных проводящих слоев. Это иллюстрирует рис. 10, где показана вмещающая среда с УЭС ρ₁, в которой находится «пакет» из вертикальных проводников с удельным сопротивлением . Как оказалось, инверсия данных ЗСБ в рамках горизонтально-слоистой модели дает глубину h до огибающей верхней кромки проводников. Хотя найденное в результате инверсии данных ЗСБ эффективное сопротивление субгоризонтального проводника больше, чем сопротивление крутопадающих пластов, оно остается низким по сравнению с сопротивлением вмещающих пород: . Таким образом, показанная на рис. 10 геоэлектрическая модель позволяет согласовать результаты съемок методами ЗСБ и ЕП. Вместе с тем при ее геологической интерпретации остается открытым вопрос: почему верхняя кромка вертикальных проводников характеризуется пологим залеганием.

Логично ожидать, что при изучении среды, геоэлектрическая модель которой представлена на рис. 10, должны наблюдаться сильные эффекты азимутальной анизотропии и/или латеральной неоднородности УЭС. Как показали зондирования многоразносными и круговыми установками, такие эффекты проявляются в Чернорудской зоне, однако слабо выражены за ее пределами (см. рис. 4, 5). Этот факт и отсутствие на территории юго-восточного блока отрицательных аномалий ЕП большой амплитуды говорят о том, что геоэлектрическая модель юго-восточного блока вряд ли соответствует показанной на рис. 10. Скорее всего, здесь под высокоомной толщей находятся проводящие породы, кровля которых в целом залегает полого на глубине около 1.5 км. Геологическая природа этой проводящей структуры остается невыясненной. В качестве предварительной гипотезы можно предположить, что она представляет собой зону катаклаза, рассланцевания, милонитизации и пластического течения пород, связанную с крупным тектоническим нарушением регионального ранга. Однако для того чтобы эта гипотеза выглядела убедительной, необходимо объяснить значительную – от 2 до 5 км – вертикальную мощность зоны.

Среди результатов съемок методом ЗСБ с большими генераторными петлями есть еще один факт, заслуживающий обсуждения. Как уже отмечалось, в пределах юго-восточного блока выделены две изометричные в плане области с высоким удельным сопротивлением, которое не понижается с глубиной (см. рис. 2), поэтому в общих чертах геоэлектрическая модель массива горных пород к юго-востоку от Чернорудской зоны может быть представлена в виде блока, образованного двухслойной средой с проводящим основанием (кровля которого или, возможно, ее «огибающая» характеризуется пологим залеганием), и двумя высокоомными областями, или «включениями». Большая из этих областей, которая располагается на северо-восточном фланге площади работ (см. рис. 2), пространственно коррелирует с Кучулгинской положительной аномалией силы тяжести и расположенной там же положительной магнитной аномалией [Turutanov, 2011]. Этот факт указывает на то, что данное высокоомное «включение», скорее всего, представляет собой интрузию основного состава из числа тех, которые подробно рассматриваются в упомянутой выше монографии Е.Х. Турутанова.

На современной стадии геологической и геофизической изученности юго-восточного блока едва ли возможно дать в полной мере обоснованную геологическую интерпретацию его геоэлектрической модели. Вместе с тем необходимо отметить два объективных результата: 1) изометричные в плане зоны высокого электрического сопротивления не коррелируют с «рисунком» геологических карт Приольхонья [Kochnev, 2007; Kuklei, 1985; Fedorovsky, Sklyarov, 2010]; 2) в юго-восточном блоке на глубине около 1.5 км находится толща проводящих пород с пологим (в среднем) залеганием кровли.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работы методом ЗСБ с большими генераторными петлями подтвердили сделанный ранее вывод о том, что в региональном плане геоэлектрическая модель Приольхонья включает северо-западный и юго-восточный блоки, граница между которыми проходит по Кучулгинскому разлому.

В геологическом отношении северо-западный блок представлен Чернорудской, или Чернорудско-Баракчинской, тектонической зоной. Здесь по данным ЗСБ обнаружены породы низкого (от долей единицы до первых десятков Ом·м) УЭС. Сделанный ранее вывод о субгоризонтальном залегании их кровли не согласуется с тем фактом, что Чернорудская зона отмечается интенсивными, с амплитудой до 900 мВ, отрицательными аномалиями ЕП. Подобные аномалии обычно наблюдаются над крутопадающими электронными проводниками с электрически связанной графитовой минерализацией, расположенными в ионопроводящих вмещающих породах. Как показало трехмерное математическое моделирование, скорее всего, с помощью метода ЗСБ прослеживается не кровля пород с субгоризонтальным залеганием, а огибающая верхних кромок субвертикальных электронных проводников.

Что касается юго-восточного блока, то здесь по данным ЗСБ обнаружены породы с низким (15–40 Ом·м) УЭС, кровля которых в среднем залегает субгоризонтально на глубине около 1.5 км. На северо-восточном и юго-западном флангах блока оконтурены участки с высоким сопротивлением. Геологическая природа проводящей толщи и высокоомных «включений» остается дискуссионной.

Эффективность электроразведки при изучении региональной структуры Приольхонья связана с присутствием в метаморфических породах графита, образующего протяженные, электрически связанные системы. Они трассируют существовавшие в прошлом пути миграции содержащих углерод флюидов и определяют локализацию участков в земной коре, где под действием напряжений происходили, а возможно происходят сейчас, тектонические подвижки.

Важный результат съемок методами ЗСБ и ЕП в Приольхонье заключается в вопросах, которые возникли в ходе этих исследований; на эти вопросы пока нет однозначных ответов в рамках современной концепции геологического строения Ольхонского региона. Очевидно, для ответа на них необходимо проведение специально спланированных масштабных работ комплексом геофизических методов.

7. БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают признательность студентам-геофизикам ИрНИТУ за участие в проведении геофизических съемок в Приольхонье, а также И.В. Буддо, В.И. Поспееву, К.Ж. Семинскому, Е.В. Склярову за комментарии, которые были учтены при подготовке окончательной версии статьи.

8. ЗАЯВЛЕННЫЙ ВКЛАД АВТОРОВ / CONTRIBUTION OF THE AUTHORS

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

9. РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ / DISCLOSURE

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.