Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

HYDROGEOLOGICAL ROLE OF GEODYNAMIC ACTIVE ZONES

Kopylov I.S. 1
1 Natural Science Institute of the Perm State National Research University
Structural-geological conditions and geodynamic (neotectonic) activity play a key role in the formation of the hydrogeological conditions in the western part of the Siberian platform in the zone of active water exchange – it is established as a result of structural and hydrogeological and lineament-geodynamic analysis. Geospatial relationship of areas of high geodynamic activity with areas of high concentration of groundwater flow and groundwater chemical drain are installed. Most local tectonic uplifts in geodynamic active zones are characterized by elevated hydrogeological parameters. The main hydrogeological role geodynamic active zones are in the distribution of groundwater flow; the formation of the hydrogeological and hydrogeochemical anomalies, as well as in the formation of specific hydro-geological, geo-environmental and geotechnical conditions and the formation of mineral deposits.
hydrogeological role
geodynamic active zones
springs
groundwater flow
hydro-geochemical anomalies
structural and hydrogeological analysis

В формировании гидрогеологической обстановки в зоне активного водообмена (движение подземных вод, миграция в них химических элементов, распределение подземного стока, формирование гидрогеологических и гидрогеохимических аномалий) участвуют многочисленные процессы; ведущую роль при этом играют состояние структурно-геологических условий и неотектонические движения. Действия этой закономерности установлено для многих регионов мира [1–5, 24, 26, 27, 29, 32, 33] и подтверждено нами во многих районах Сибири, Урала, Приуралья [6, 7, 14–18, 23, 25]. Известное положение, выдвинутое академиком Н.М. Страховым [30] о повышенной тектонической трещиноватости активно поднимающихся положительных структур, способствующей интенсивному водообмену и миграции химических элементов подземных вод, является теоретической предпосылкой структурно-гидрогеологического метода. Повышенная геодинамическая активность является необходимым условием данного положения.

Материалы и методы исследований

Основными методами изучения системы «подземные воды – растворенное вещество – геологические структуры – геодинамическая активность» являются линеаментно-геодинамический и структурно-гидрогеологический анализы. Методология и методика оценки геодинамической активности территорий рассмотрена в наших работах [9, 11–13, 19, 22, 28], основным расчетным показателем выявления геодинамических активных зон является плотность тектонических линеаментов (установленных по дешифрированию космических снимков и другим геолого-геофизическим методам) на единицу площади. Важнейшей задачей структурно-гидрогеологического анализа является количественная оценка и картирование подземного химического стока, который представляет собой процесс совместной миграции растворенных веществ с подземными водами в верхних частях земной коры [5] и измеряется массой растворенного вещества, выносимого ими из толщи земной коры в единицу времени. Практически, метод осуществляется путем полевых измерений расходов водотоков и их солевого состава в межень, когда он соответствует в среднем составу подземного стока речных бассейнов. В качестве основных расчетных показателей для проведения структурно- гидрогеологического анализа использовались модуль подземного стока, модуль подземного химического стока, модуль подземного углеводородного стока по формулам:

kopylov01.wmf kopylov02.wmf

kopylov03.wmf

где gпс – подземный сток, л/с; F – площадь гидрогеологического района (водосбора), км2; Сп – средняя сумма растворенных солей, г/л; Сувг – средняя сумма водорастворенных углеводородных газов; Мпс – модуль подземного стока, л/с км2; Мпхс – модуль подземного химического стока, г/с км2; Мувс – модуль углеводородного стока, см3/скм2.

Результаты исследований и их обсуждение

На западе Сибирской платформы – территории Байкитской антеклизы и ее обрамлений проведен линеаментно-геодинамический анализ, целью которого являлось геодинамическое районирование и выделение геодинамических активных зон. По результатам аэрокосмогеологических исследований регионально-зонального уровня выделены десятки тысяч линеаментов различных таксономических рангов, закартированы геодинамические активные зоны зонального и локального уровней: 81 – с высокой плотностью линеаментов и 44 – с очень высокой и чрезвычайно высокой плотностью линеаментов [14].

Структурно-гидрогеологические исследования с целью изучения подземного химического стока и оценки неотектонической активности локальных положительных структур гидрогеологическим методом проведены на Байкитской антеклизе на общей площади 40 тыс. км2. Было выполнено 1300 гидростворов и измерений расходов водотоков с одновременным гидрохимическим опробованием [7]. Основной объем работ сосредотачивался в районах выделенных структур и перспективных объектов. Частота гидрометрических замеров на этих участках составляла 0,5–3 км, на других участках 5–10 км. Гидрометрические замеры осуществлялись в полную летнюю межень. Измерение расхода воды проводилось гидрометрическмими вертушками основным способом, принятым на большинстве постов гидрометеослужбы РФ. Подземный сток был измерен на 637 участках в 510 бассейнах малых рек. Была разработана специальная методика построения и анализа структурно-гидрогеологической схемы. Установлено более 4000 источников подземных вод различного типа. Водообильность водоносных комплексов (в основном из средне-верхнекембрийских и ордовикских отложений) крайне неравномерна по площади. Наряду с обширными необводненными или спорадически обводненными участками наблюдаются водообильные зоны в бассейнах рек: Еннгида Вельминская, Туколангна, Комнэ, Светлана, Куромба, Юдоломо, Тукалонна, Эгстакан, Майгунгна, Бурная, Тайга, Чандымба, Анчалго, Чэлэпчэн, Немба, Юрубчен, Сумума, Петэмок, Ягнянда, Нирунгна. В целом, дебиты родников колеблются в больших пределах от 0,01 до 511 л/с. Крупнейшие 15 источников имеют дебиты: 511, 376, 302, 286, 235, 205, 200, 197, 187,185, 150, 122, 110, 108, 105 л/с. Поэтому, объем распределения родникового стока крайне неравномерен. На 43 % родников с дебитом 0,1–1 л/с приходится лишь 2 % общего стока, на 40 % родников с дебитом 1–10 л/с приходится 22 % стока, на 17 % родников с дебитом 10–100 л/с приходится 42 % общего стока, а на 0,01 % родников с дебитом более 100 л/с приходится 34 % общего родникового стока. Такое распределение обусловлено неравномерной тектонической трещиноватостью пород, связанной с геодинамической активностью территории.

Установлена общая региональная закономерность увеличения концентрации подземного и подземного химического стока с юго-востока на северо-запад (в соответствии с распределением среднегодовых осадков от 400 до 700 и более мм/год). На карте минимального 30-дневного летне-осеннего стока рек СССР, обеспеченностью Р = 80 %, масштаба 1:10 000 000 [31], рассматриваемая территория имеет значение модуля стока от 1,5 до 4 л/с⋅км2 и более, с увеличением в северо-западном направлении. По нашим данным средний Мпс для площадей региона также имеет тенденцию увеличения на северо-запад. Так, на Иркинеевской площади, расположенной в юго-восточной части региона, он равен 1,24 л/с⋅км2; в центральной части – на Камовской площади – 1,97; на Юрубченской – 2,34; далее на северо-запад, на Светланинской площади – 6,35 и на Кузьмовской площади, расположенной на северо-западном склоне Байкитской антеклизы и частично уже в Тунгусском мегапрогибе – 6,49 л/с⋅км2. По карте подземного химического стока СССР масштаба 1:10 000 000 [5] территория имеет значение Мпхс от 0,25 до 1 г/с⋅км2 с увеличением в северо-западном направлении. По нашим данным средний Мпхс имеет такую же тенденцию, но имеет большие значения и составляет: на Иркинеевской площади – 0,41; на Камовской – 0,72; на Юрубченской – 1,11; на Светланинской – 1,63 и на Кузьмовской площади – 1,24 г/с⋅км2. Построена структурно-гидрогеологическая схема Байкитского региона. Фрагмент ее приведен на рисунке.

pic_24.tif

Структурно-гидрогеологическая схема северо-западной части Байкитской антеклизы [17]

Анализ структурно-тектонических и геодинамических условий естественных выходов подземных вод на поверхность показал, что зоны концентрации подземного стока имеют отчетливую связь с гидрогеологически активными разломами и с тектонической трещиноватостью локальных положительных структур, расположенных в геодинамических активных зонах (с высокой и очень высокой плотностью линеаментов). Отмечается прямая связь между увеличением количества родников и их дебитом на участках геодинамически активных структур антиклинального типа. На многих тектонических поднятиях установленных структурно-геологической съемкой (Сосновское, Комнинский купол, Туколанинский купол, Эгстаканский купол, Лыжненская брахиантиклиналь, Манкурский купол и др.) суммарные и концентрированные расходы родников достигают 50–300 л/с. Именно эти родники определяют формирование гидрогеологических аномалий на участках положительных структур. На участках локальных положительных структур, расположенных в пределах стабильных геодинамических зон с фоновыми характеристиками неотектонических показателей дебит родников обычно не превышает 1 л/с, составляет преимущественно 0,1–0,5 л/с.

При анализе распределения родников по площади рассматривались другие основные факторы, возможно влияющие на формирование гидрогеологических аномалий. Геоморфологический фактор (высота рельефа) контролирует распределение родников только по высоте и в зависимости от возраста. При размахе абсолютных отметок, на которых установлена разгрузка подземных вод от 210 до 450 м, 90 % всех родников приурочена к высотам 220–350 м. Закономерна обратная связь высоты рельефа с минерализацией подземных вод. На площадное распределение родников и существенное влияние на их дебиты геоморфологический фактор не оказывает. Неотектонический фактор (расчлененность рельефа, уклоны продольных профилей рек) также не оказывают существенного воздействия на увеличение концентрации подземного стока, хотя отдельные гидрогеологические аномалии характеризуются повышенными значениями неотектонических показателей. Литологический фактор (состав пород) не играет большой роли в площадном распространении родников т.к. они представлены в основном однотипными вмещающими карбонатно-терригенными породами. Трапповый магматизм (интрузии долеритов) несомненно, оказывает влияние на формирование подземных вод. Однако воздействие его находится в прямой зависимости от структурно-тектонических и геодинамических условий. Поэтому, долериты могут обладать, как экранирующими свойствами в спокойной тектонической обстановке, так и проводящими свойствами в геодинамических активных зонах. На большей части территории, трапповый магматизм в формировании гидрогеологических аномалий практически не участвует. Геокриологический фактор (распределение многолетнемерзлых пород островного характера) создает специфику гидрогеологических условий. Однако установлена прямая зависимость влияния мерзлоты на условия залегания и сток подземных вод от характера тектонического строения и геодинамической активности территории. В пределах положительных структур, геодинамических активных зон мерзлота практически не оказывает влияния на гидрогеологические условия. Таким образом, не отрицая влияния перечисленных факторов на формирование подземных вод (особенно неотектонического, роль которого заметно выше в центральной части Байкитской антеклизы по сравнению другими площадями), ведущая роль отводится структурно-тектоническому и геодинамическому факторам.

По структурно-гидрогеологическим особенностям на рассматриваемой территории выделяется два гидрогеологических района: Тунгусско-Вельминский (западная и северо-западная часть) и Тунгусско-Камовский (центральная, южная и восточная части). В первом районе выделены 13 гидрогеологических аномалий, во втором районе выделены 15 гидрогеологических аномалий. Площади их составляют десятки – первые сотни квадратных километров. Все гидрогеологические аномалии пространственно совпадают с геодинамическими активными зонами. Отмечается пространственная приуроченность 26 из 28 гидрогеологических аномалий к локальным положительным структурам с небольшим смещением в плане. В целом, в пределах изученных площадей большинство локальных структур нашли свое отражение по гидрогеологическим показателям. Из 38 локальных положительных структур установленных геолого-структурными методами подтверждены 32 объекта, что составляет 84 % от всех установленных структур. Наиболее отчетливо проявляются по гидрогеологическим данным локальные положительные структуры с большими амплитудами и крутыми углами наклона крыльев. На северо-западе Байкитской антеклизы лучшие характеристики по всем гидрогеологическим параметрам имеют: Сосновское поднятие, Комнинский, Биракчанский, Токсусский купола, Лыжнинская брахиантиклиналь; на Камовском своде – Нижнеюрубченский, Манкурский купола и Нирунгнинская брахиантиклиналь. При этом необходимо подчеркнуть еще раз, что все структуры, характеризующиеся повышенными гидрогеологическими показателями, расположены в пределах геодинамических активных зон.

Заключение

В результате проведения структурно-гидрогеологического и линеаментно-геодинамического анализа было установлено, что в формировании гидрогеологической обстановки Байкитской антеклизы в зоне активного водообмена ведущую роль играют структурно-геологические условия и геодинамическая (неотектоническая) активность. Установлена геопространственная связь зон повышенной геодинамической активности с участками повышенной концентрации подземного и подземного химического стока. На основании приведенных примеров и многочисленных других аналогичных фактов, можно определить основную гидрогеологическую роль геодинамических активных зон в следующем: распределение подземного стока; миграция химических элементов в подземных водах; формирование гидрогеологических и гидрогеохимических аномалий, водообильных зон и как следствие из этого – формирование специфических гидрогеологических, геоэкологических и инженерно-геологических условий [8, 10, 20, 21] природных и урбанизированных территорий в зонах повышенной геодинамической активности, формирование месторождений полезных ископаемых.