BASIC PRINCIPLES OF STRUCTURAL AND HYDROGEOLOGICAL MAPPING OF THE BAIKAL REGION

Structural and hydrogeological zonation of the Baikal region is based on allocation of hydrogeological structures within the large tectonic complexes differing in development history. It is a southeast part of the Siberian platform, the Sayan-Baikalian folded belt and the western part of the Transbaikal folded region. The Cenozoic activation of the region which has led to emergence of the Baikal rift and movements on a series of large fault zones in Transbaikalia has substantially influenced on formation of collecting properties of rocks.Structural and hydrogeological zonation of the Baikal region is based on allocation of hydrogeological structures within the large tectonic complexes differing in development history. It is a southeast part of the Siberian platform, the Sayan-Baikalian folded belt and the western part of the Transbaikal folded region. The Cenozoic activation of the region which has led to emergence of the Baikal rift and movements on a series of large fault zones in Transbaikalia has substantially influenced on formation of collecting properties of rocks

СПЕЦКАРТИРОВАНИЕ РАЗЛОМНЫХ ЗОН ЗЕМНОЙ КОРЫ. СТАТЬЯ 1: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИПЫ

Long-term studies of shear zones have included collection of data on fractures showing no indication of displacement which are termed as 'blank' fractures. A method aimed at mapping fault structures and stress fields has been developed on the basis of results of paragenetic analysis of measurements of abundant fractures. The method is termed as 'specialized mapping', firstly, due to its specific structural goal so that to distinguish it from the conventional geological mapping of regions in nature, and, secondly, because of the specific procedure applied to refer to fractures as references to decipher fault-block patterns of natural regions. In Part 1, basic theoretical concepts and principles of specialized mapping are described. Part 2 is being prepared for publication in one of the next issues of the journal; it will cover stages of the proposed method and describe some of the cases of its application.In terms of general organizational principles, specialized mapping is similar to other methods based on structural paragenetic analysis and differs from such methods in types of paragenesises viewed as references to reveal crustal fault zones. Such paragenesises result from stage-by-stage faulting (Fig 2 and Fig. 7) during which stress fields of the 2nd order are regularly changeable within the shear zone. According to combined experimental and natural data, a complete paragenesis of fractures in the shear zone includes a major (1st order) fault plane and fractures of other seven types, R, R’, n, n’, t, t’ and T (2nd order) (Fig. 4 and Fig 8). At the fracture level, each of them corresponds to a paragenesis including three nearly perpendicular systems of early ruptures (Fig. 1), which are based on two classical patterns of conjugated fractures, one of which is consistent with the position of the fault plane (Fig. 3). Taking into account that strike-slip, reverse and normal faults are similar in terms of mechanics (i.e. they are formed due to shearing), standard patterns of fractures systems for their impact zones are members of the above described paragenesis of faults and fractures, which is spatially oriented in such a way that its position and displacements along Y-shears are correspondent to the right- or left-lateral strike-slip faults and also to normal and reverse faults with different dip angles. Under this approach, it has become possible to construct standard circle diagrams / patterns, each containing a complete set of fracture systems of one of the main types of fault zones (Fig. 6). In the process of specialized mapping, the patterns are compared with diagrams based on mass crustal fracture measurements taken on sites in the regions of studies. This procedure yields local solutions showing a presence of fault zones of specific types and spatial orientations; such solutions are shown as points at the corresponding sites on the schematic map of the territory under study, and points with similar paragenesises are then connected by lines so that to outline the boundaries of the revealed fault zones.Besides construction of a schematic map of a fault structures, specialized mapping provides for identification of stress fields wherein elements of such a fault structure has formed or activated at some stages. With this goal, the identified fault zones are classified by ranks. At the first phase of such analysis, types and orientations of all the initial local solutions are compared with types and orientation of the members of the ‘ideal’ paragenesis of the 2nd order, which corresponds to a strike-slip, reverse (thrust) or normal fault (Fig. 8). This procedure reveals solutions showing the presence of fault zones varying in types and classified in the higher rank, which correspond to the regional stress field known form the history of the region under study. Such regional solutions are used as a basis for further iterations with reference to ‘ideal’ fault paragenesises, until possibilities to classify the fault zones into the fault networks of some specific types are exhausted. A few (typically, three to four) remaining solutions, showing orientations of the fault zone and the dynamic setting of its formation, are indicative of the lowest (regional or geostructural) level of the process of destruction in the region under study. Their simultaneous development is impossible, and therefore they correspond to different stages of faulting in the territory under study. Indirect (statistical) indicators of frequencies and angle ratios of fault systems and direct (apriory) information are used to determine ages and to reveal evolutional stages in time. At a final stage of specialized mapping, a reversed procedure provides for construction of schematic maps of fault zones for every main stage of formation of the structure under study. With this goal, faults that occurred or activated in a specified stress field are distinguished from the fault network.In addition to the paragenesis principle applied to reveal fault zones and the evolution-in-time principle used to reveal stages of structure formation, the method of specialized mapping employs statistical methods of data collection and processing, and its application is consistent and computerized through all the work stages. It provides for solution of problems dealing with ‘blank’ fracturing with account of seemingly chaotic fracture patterns, local initial observations, uncertainties of age relations, impacts of structural and material inhomogeneities, and long timelines of statistical data collection and processing. In view of the above, specialized mapping can be proposed as one of the most efficient methods of studying the fault structure of the Earth’s crust.Part 2 will describe cases of application of the proposed method to map fault zones and to identify fault types and stress fields varying in ages in the regions of faulting, including areas wherein rocks are poorly outcropped. The main results of application of the proposed method of specialized mapping is schematic maps of fault zones, showing the fault zones that were active at various stages of formation of the structure under study. Such maps can be used as a basis for finding solutions to the main problems of endo- and exogeodynamics as well as for assurance of structural control over mineral deposits associated with faulting. В итоге многолетних исследований сетей «немых» (без видимых смещений) трещин в зонах скалывания получил полную методическую завершенность метод картирования разломной структуры и полей напряжений, базирующийся на парагенетическом анализе массовых замеров повсеместно распространенной трещиноватости. Он назван спецкартированием, во-первых, вследствие его специальной структурной направленности в отличие от традиционного геологического картирования природных регионов и, во-вторых, из-за специфичности подхода с использованием трещин в качестве исходного звена для расшифровки разломно-блоковой структуры природных регионов. Данная статья (№ 1) посвящена теоретическим основам и принципам спецкартирования. Статья № 2 готовится к опубликованию в одном из следующих номеров журнала и будет содержать описание этапов практической реализации метода на конкретных примерах.Спецкартирование по общим принципам организации подобно другим методам, в основе которых лежит структурно-парагенетический анализ, но отличается от них типами парагенезисов, принимаемых в качестве исходных для выявления разломных зон земной коры. Они представляют результат постадийного разломообразования (рис. 2, 7), в процессе которого в зоне скалывания происходит закономерная смена полей напряжений 2-го порядка. Обобщение экспериментальных и природных данных показало, что полный парагенезис разрывов зоны скалывания разломного типа состоит из магистрального сместителя (разлом 1-го порядка) и семи направлений разломов 2-го порядка: R, R’, n, n’, t, t’ и T-типа (рис. 4, 8). Каждому из этих направлений на трещинном уровне соответствует парагенезис из трех примерно перпендикулярных систем опережающих разрывов (рис. 1). Его основу составляют два классических направления сопряженных трещин, одно из которых совпадает с положением разломного сместителя (рис. 3). Поскольку сдвиги, взбросы и сбросы в механическом отношении подобны (формируются при скалывании), эталонные наборы разрывных систем для зон их влияния являются членами представленного выше обобщенного парагенезиса разломов и трещин, ориентированного в пространстве так, чтобы его положение и характер подвижек по Y-сколам соответствовали правому или левому сдвигам, а также сбросам или взбросам с разными углами падения. Подобный подход позволил составить эталонные круговые диаграммы (трафареты), каждая из которых представляет полный набор разрывных систем для всех основных типов разломных зон (рис. 6). Эти трафареты используются в спецкартировании для сопоставления с диаграммами массовых замеров трещин, соответствующих точкам структурных наблюдений на изучаемом участке земной коры. Полученные в результате данной операции локальные решения о присутствии в пункте наблюдения разломной зоны определенного типа и пространственной ориентировки выносятся в соответствующем месте на схему территории, после чего по точкам с однотипными парагенезисами отстраиваются границы разломных зон.Кроме составленной таким способом схемы разломной структуры спецкартирование дает возможность установить типы полей напряжений, в которых на отдельных этапах формировались или активизировались ее отдельные элементы. Для этого проводится поранговый анализ выделенных разломных зон, на первом этапе которого все первоначально полученные локальные решения сопоставляются по типу и ориентации с членами идеализированного парагенезиса разломов 2-го порядка, соответствующего сдвигу, взбросу (надвигу) или сбросу (рис. 8). Выявленные в итоге данной процедуры решения о наличии разнотипных разломных зон более крупного ранга соответствуют региональному уровню поля напряжений, существовавшему в истории развития изучаемого участка земной коры. Эти региональные решения используются в качестве основы для следующей итерации с идеализированными парагенезисами разломов, пока не будет исчерпана возможность объединения разломных зон в рамках сети какого-либо определенного типа. Несколько (обычно 3-4) оставшихся решений об ориентировке разломной зоны и динамической обстановке ее формирования отражают самый низкий (региональный или геоструктурный) уровень процесса деструкции в регионе. Они не могут развиваться в одно время и, таким образом, соответствуют разным этапам разломообразования, проявившимся на изучаемой территории. Эти этапы располагаются в эволюционной последовательности, согласно возрастным оценкам, сделанным по косвенным (статистическая информация о частоте встречаемости и угловых соотношениях разрывных систем) или прямым (априорная информация) признакам. В заключение спецкартирования обратным ходом осуществляется составление схем разломных зон для каждого их главных этапов формирования структуры. Для этого из общей сети выделяются те дизъюнктивы, которые возникли или активизировались в соответствующем поле напряжений.Парагенетический принцип, применяющийся для выделения на местности разломных зон, и эволюционный принцип, используемый для определения этапности формирования структуры, дополняются при спецкартировании статистическим подходом к сбору и обработке информации, формализованностью и единообразием основных операций метода, а также использованием компьютерных средств на всех этапах работы. Это позволяет успешно решать проблемы, связанные с изучением «немой» трещиноватости (кажущаяся хаотичность, локальность первичных наблюдений, неопределенность возрастных взаимоотношений, влияние структурно-вещественных неоднородностей, времяемкость сбора и обработки статистической информации), что выводит спецкартирование в разряд наиболее эффективных методов исследования разломной структуры земной коры. В следующей статье будет показано, что даже в слабообнаженных регионах реализация метода позволяет откартировать разломные зоны, установить их типы и разновозрастные поля напряжений, в которых происходило разломообразование. Главным итогом спецкартирования являются схемы разломных зон, активных на отдельных этапах формирования структуры и представляющих основу для решения ключевых вопросов эндо- и экзогеодинамики, а также структурного контроля месторождений, связанных с разломами.

РАЗЛОМООБРАЗОВАНИЕ В ЛИТОСФЕРЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ: ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКИЙ ПОДХОД

 The article describes the history, the staff, researches and scientific activities of the Laboratory of Tectonophysics of the Institute of the Earth’s Crust, which are focused on problems of faulting in the lithosphere. The Laboratory was established 35 years ago. The article reviews the major results of scientific research projects implemented from 2009 to 2013. The main objects of the complete cycle of tectonophysical studies were the zone-block structure of the lithosphere in the Central Asia, fault tectonics, stress fields, mechanisms of formation and seismicity of the Baikal rift zone, emanation activity of crustal faults, regimes of displacements at fault segments etc. It is shown that the team of the Laboratory views its scientific prospects in development of comprehensive models of inter-block zone of destruction, taking into account regular fault patterns and regularities of accompanying processes (such as seismic, emanation and other types of activity) which are predetermined by such fault patterns.   В статье представлены сведения об истории, кадровом составе, научной и научно-организационной деятельности лаборатории тектонофизики Института земной коры СО РАН, проводящей в течение 35 лет исследования разломообразования в литосфере. Основная часть статьи посвящена результатам научных работ 2009–2013 гг., в процессе которых сотрудники лаборатории провели полный цикл тектонофизических исследований. Их главными объектами были зонно-блоковая структура литосферы Центральной Азии, разломная тектоника, поля напряжений, механизм формирования и сейсмичность Байкальской рифтовой зоны, эманационная активность разломов земной коры, режим смещений на их фрагментах и другие. Показано, что научные перспективы лаборатории тектонофизики связаны с разработкой комплексных моделей межблоковых деструктивных зон,  в основе которых лежат особенности разломного строения, а содержательную часть составляют обусловленные ими закономерности проявления сопутствующих процессов (сейсмическая, эманационная и другие виды активности).  

РАДОН В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ПРИБАЙКАЛЬЯ И ЗАБАЙКАЛЬЯ: ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ

This study aimed to provide a systematic overview of water sources in the Baikal region and Transbaikalia by the content of radon (Q) and establish regularities in variations of Q values in space and time.We collected and analyzed our evaluations of Q and the available published Q values for many dozens of water sources in the study area (Fig. 1), and reviewed the monitoring data of eight water sources that belong to the Angarsky fault impact zone in Southern Priangarie (Fig. 5). Radon content in water samples was measured in accordance with the standard procedure using a RRA-01M-03 radiometer (sensitivity of at least 1.4∙10–4 s–1∙Bq–1∙m3; maximum allowable relative error of 30 %).Based on the frequency patterns of Q values measured in the Baikal region and Transbaikalia (Fig. 2) and the analysis of the known classifications of the water sources by radioactivity, we propose a uniform regional classification of groundwaters with respect to 222Rn content (Table 1). In seismically active Baikal region, wherein water sources with Q>185 Bq/l are practically lacking, we distinguish the first three groups with the following Q ranges: Group I – Q≤15 Bq/l, Group II – 16≤Q≤99 Bq/l, and Group III – 100≤Q≤184 Bq/l. Most of the water sources sampled in the Baikal region and Transbaikalia belong to Groups I and II, which allows us to recommend an objectively existing value of 100 Bq/l as the level of intervention in the preparation of drinking water in this region, instead of the limit of 60 Bq/l that is now approved in Russia.In order to identify the special patterns of groundwater sources in the Baikal region and Transbaikalia, which belong to different radioactivity groups, we sampled these sources along the transect from Bayanday to Muhorshibir, across the Baikal rift and other large regional tectonic structures (Fig. 4). On a larger scale, we analysed the radon content variability in the groundwater sources within the zones influenced by the Tunka normal fault (Fig. 3), Primorsky normal fault, Angarsky strike-slip fault with a normal component, and other active faults located in the study region. Within the framework of the spatial aspect, the material and structural factors determining the radioactivity of groundwaters in the study region are identified. Our data support the results of the previous studies showing a generally lower radon content in groundwaters in the Baikal region in comparison with those in Transbaikalia that is characterized by a higher radioactivity due to the abundant granitoids of different types. The background concentrations of the radioactive gas in the Baikal region correspond to Group I, and in those in Transbaikalia to Group II. The boundary between the regions with different levels of radioactivity of groundwaters is shifted southeastward from the central structures of the Baikal rift. Within the Bayanday–Muhorshibir transect, it coincides with the known boundary between the Transbaikalia province of cold carbonic acid waters and the Baikal province of nitrogen and methan terms (see Fig. 4). The structural factor of formation of the emanation field refers to an increase in radioactivity of water associated with the faults, whereat an increased permeability and higher geodynamic activity cause a more intensive radon emanation and/or the occurrence of emanating reservoirs (see Fig. 3, and 4). In the Baikal region, water sources of Group II are generally associated with faults, while in Transbaikalia, groundwater sources belonging to groups III and VI are typically related to faults.To clarify the pattern of temporal variations in groundwater radioactivity, we analysed long rows of the monitored Q values (9 to 30 months) in eight water sources in the Angarsky fault zone in Southern Priangarie (see Fig. 5, and 6).According to the adopted classification (see Table 1), three water sources belong to the near-surface sources (Group I), and there are five deeper near-fault water sources (Group II). Despite the distinct variations in radioactivity, the Q values recorded through most of the monitoring time do not exceed the threshold Q values for the respective groups. It appears that the observed periodic anomalously high and low contents of radon are due to seasonally variable meteorological parameters (see Fig. 6).The correlation analysis of Q values and atmospheric pressure (P), air humidity (U) and temperature (T) shows a clear dependence of the content of radon in groundwater on T and P values (Table 3). Following the major seasonal trend of air temperature, the level of radioactivity is increased in the water samples taken in winter and decreased in summer (see Fig. 6). Q values are indirectly influenced by parameter T via changes of water temperature, variations in flow rates of water sources, freezing of the top layer of soil and other processes, which parameters require further research.According to the monitoring data (see Table 3, and Fig. 6, A), the content of radon in near-surface water sources (Group I) can vary by a few and the first dozens of units, while changes by tens of becquerel per liter are recorded in the deeper near-fault water sources (Group II). As a consequence, in short periods of extreme Q values, the content of radon in a water source may increase or decrease to a value corresponding to a neighbouring radon-radioactivity group.This paper provides an overview of the radon activity of groundwater in the Baikal region and Transbaikalia with a focus on regularities in the spatial and temporal patterns of 222Rn in the water sources with Q<185 Bq/l. The nonradon waters are more abundant in the Baikal region, including areas of active use of natural resources. Although the content of 222Rn in low, such waters should be a target of further research aimed to explore medicinal water sources, assess drinking water quality, and discover the emanation precursors of strong earthquakes in the study region.Целью исследований было провести систематизирование водопроявлений Прибайкалья и Забайкалья по содержанию радона (Q), а также установить закономерности изменчивости параметра Q в пространстве и времени.Фактическим материалом для анализа послужили собственные и заимствованные из литературных источников оценки параметра Q во многих десятках водопроявлений региона (рис. 1), а также данные монито- ринга восьми источников, принадлежащих к зоне влияния Ангарского разлома в Южном Приангарье (рис. 5). Измерения содержания радона в пробах воды проводились в соответствии со стандартной методикой при помощи радиометра РРА-01М-03, который характеризуется чувствительностью не менее 1.4∙10–4 с–1∙Бк–1∙м3 и 30%-ным пределом допустимой относительной погрешности.Частотное распределение величин Q, измеренных в Прибайкалье и Забайкалье (рис. 2), а также анализ известных классификаций водопроявлений по радиоактивности позволили предложить единую для изученного региона систематику подземных вод в зависимости от содержания 222Rn (табл. 1). Для сейсмически активного Прибайкалья, где источники собственно радоновых вод с Q>185 Бк/л почти не встречаются, практическое значение имеет выделение трех первых групп со следующими пределами изменения параметра Q: группа I – Q≤15 Бк/л, группа II – 16≤Q≤99 Бк/л, группа III – 100≤Q≤184 Бк/л. Большинство опробованных в Прибайкалье и Забайкалье источников относится к группам I и II, что позволяет рекомендовать объективно существующую величину 100 Бк/л в качестве уровня вмешательства при подготовке питьевой воды в регионе вместо предела в 60 Бк/кг, принятого сейчас в России.Для выявления пространственных закономерностей распространения в Прибайкалье и Забайкалье источников подземных вод, относящихся к разным группам по радиоактивности, проведено их опробование вдоль трансекта Баяндай–Мухоршибирь, пересекающего Байкальский рифт и другие крупные тектонические структуры изучаемого региона (рис. 4). В более крупном масштабе выполнен анализ изменчивости содержания радона в источниках подземных вод, приуроченных к отдельным участкам зон влияния Тункинского сброса (рис. 3), Приморского сброса, Ангарского сбросо-сдвига и других активных разломов изучаемого реги- она.В рамках пространственного аспекта проведенного исследования выделены вещественный и структурный факторы, определяющие радиоактивность подземных вод рассматриваемого региона. Подтверждены результаты предшествовавших исследований, свидетельствующие в целом о меньшем содержании радона в подземных водах Прибайкалья в сравнении с Забайкальем, где повышенная радиоактивность обусловлена широким распространением разнотипных гранитоидов. Фоновые концентрации радиоактивного газа в Прибайкалье соответствуют группе I, а в Забайкалье – группе II. Граница между областями с разной радиоактивностью подземных вод смещена к юго-востоку от приосевых структур Байкальского рифта. В пределах трансекта Баяндай – Мухоршибирь она совпадает с известной границей между Забайкальской провинцией холодных углекислых вод и Байкальской провинцией азотных и метановых терм (рис. 4). Структурный фактор формирования эманационного поля выражается в повышении радиоактивности вод, приуроченных к разломам, где вследствие повышенной проницаемости и геодинамической активности интенсифицируется выход радона и/или создаются эманирующие коллекторы (рис. 3, 4). В Прибайкалье с разломами обычно связаны водопроявления группы II, а в Забайкалье – источники подземных вод, принадлежащие к группам III–VI.Для выявления характера временных вариаций радиоактивности подземных вод были проанализированы длинные ряды (от 9 до 30 месяцев) мониторинга значений Q в восьми водопроявлениях из зоны Ангарского разлома в Южном Приангарье (рис. 5, 6). Согласно принятой классификации (табл. 1), три водопункта относились к близповерхностным источникам (группа I) и пять водопроявлений – к источникам более глубоких разломных вод (группа II). Несмотря на отчетливые вариации радиоактивности, большую часть времени мониторинга изученные водопроявления не выходили за пороговые значения Q в пределах соответствующих групп. Периодические появления аномально высоких и низких содержаний радона оказались связанными с сезонными вариациями метеопараметров (рис. 6).Корреляционный анализ величины Q с атмосферным давлением (Р), влажностью (U) и температурой (Т) воздуха показал существование отчетливой зависимости содержания радона в подземных водах от величин Т и Р (табл. 3). Вслед за ведущим сезонным трендом температуры воздуха радиоактивность исследуемых вод увеличивается зимой и уменьшается летом (рис. 6). Параметр Т оказывает опосредованное влияние на величину Q через изменение температуры воды, вариации дебита водоисточников, промерзание верхнего слоя грунтов и другие процессы, параметрическое изучение которых представляет задачу дальнейших исследований по проблеме.Согласно данным мониторинга (табл. 3, рис. 6, А), содержание радона у близповерхностных водопроявлений из группы I может меняться на единицы и первые десятки, а для более глубоких (приразломных) водоисточников группы II – на десятки беккерелей на литр. Как следствие, в непродолжительные периоды проявления экстремальных значений Q содержание радона в воде конкретного источника может повыситься или понизиться до значений, соответствующих смежной группе по радиоактивности.В работе охарактеризована радоновая активность подземных вод Прибайкалья и Забайкалья, причем особый акцент сделан на закономерностях пространственной и временной изменчивости содержания 222Rn в водопроявлениях с Q<185 Бк/л. Это нерадоновые воды, которые наиболее распространены в Прибайкалье, включая районы активного природопользования. Несмотря на низкое содержание 222Rn, они являются важным объектом дальнейших целенаправленных исследований по поиску лечебных вод, оценке качества питьевой воды и выявлению эманационных предвестников сильных землетрясений в регионе

Геоэлектрический имидж сбросовых зон: тектонофизическая интерпретация малоглубинной электротомографии на примере Бугульдейско-Чернорудского грабена в Западном Прибайкалье

In the study of normal fault zones located in the central Baikal rift, a new approach was applied to process and interpret the shallow-depth electrical resistivity tomography data. This approach is based on the concepts of tectonophysics and considers three-stage formation of a fault and the corresponding three degrees of rock material disturbance, which are regularly detected in the rock mass. The degrees are established by statistical analysis of specific electrical resistance (SER) measured from the electrical resistivity tomography profile across the faults under study. Based on a geoelectrical profile, it is possible to identify the sites wherein the disturbed rocks show the indicators of the early, late and final stages of faulting. The profile provides the basis for specifying the boundaries of the fault zone and the main features of its internal structure. The tectonophysical approach was applied to study a series of normal fault zones varying in ranks. The zones are located on the sides of the Buguldeika-Chernorud graben located near the Olkhon Island in the Western Baikal region. By comparing the geoelectrical profiles constructed under the same methodology, it was established that the near-fault anomalies of electrical resistance are qualitatively similar. Their structure is defined by the general mechanism of normal faulting in the upper crust during sliding along a curved (listric) fault plane. The research results are consolidated in an idealized geoelectrical model: a 2D profile showing a low-resistance anomaly that corresponds to a normal fault zone. This anomaly is asymmetrical and mushroom-shaped, and its internal structure is heterogeneous. In the lying wing of the fault, the anomaly reflects the fan-shaped set of secondary faults caused by the subvertical movements in the normal fault zone, which surface is steeply inclined to the horizon. In the hanging wing, the structure of the anomaly reflects a system of lens-like grabens that form above the surface of the main fault plane that becomes less inclined with depth. The structure of the geoelectrical model proposed for the Olkhon region follows the general regularities controlling formation of listric-shaped normal fault zones. This model can be widely used for diagnostics of tectonic settings and crustal extension structures in other regions.В статье представлены результаты применения нового подхода к обработке и интерпретации данных малоглубинной электротомографии на примере сбросовых зон центральной части Байкальского рифта. Подход основан на представлениях тектонофизики о трехстадийном формировании разлома, которое предопределяет закономерное существование в породном массиве трех уровней нарушенности субстрата. Уровни выявляются посредством статистического анализа величин удельного электрического сопротивления (УЭС), измеренных на профиле электротомографии, пересекающем изучаемый дизъюнктив. Это позволяет выделять на геоэлектрическом разрезе участки, у которых уровень нарушенности пород соответствует ранней, поздней и заключительной стадии разломообразования. Подобный разрез представляет основу для выделения границ разломной зоны и главных особенностей ее внутреннего строения. Тектонофизический подход был реализован для серии разноранговых сбросовых зон, располагающихся в бортах Бугульдейско-Чернорудского грабена в Приольхонье. Сопоставление геоэлектрических разрезов, построенных в соответствии с единой методикой, позволило установить, что приразломные аномалии УЭС в качественном отношении подобны. Их строение определяется общим механизмом сбросообразования, реализующимся в верхней части коры при скольжении вдоль изогнутого (листрического) сместителя. Итогом исследования стала идеализированная геоэлектрическая модель, которая представляет двумерный разрез с низкоомной аномалией, соответствующей сбросовой зоне. Аномалия асимметрична, имеет грибоподобный вид и неоднородное внутреннее строение. Ее структура в лежачем крыле отражает веер вторичных разломов, образующихся при субвертикальных движениях в сбросовой зоне, которая у поверхности круто наклонена к горизонту. Строение аномалии в висячем крыле отражает систему линзоподобных грабенов, формирующихся над выполаживающейся с глубиной поверхностью главного сместителя. Предложенная на примере Приольхонья геоэлектрическая модель может иметь широкое применение для диагностики обстановок и структур растяжения земной коры, поскольку ее строение контролируется общими закономерностями формирования сбросовых зон, имеющих листрическую форму

РОЛЬ СТРУКТУРНОГО ФАКТОРА В РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ РАДОНА НА ЮГО-ЗАПАДНОМ ФЛАНГЕ ЮЖНО-БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ВПАДИНЫ

This article discusses the distribution patterns of high-radon groundwater at the southwestern shore of LakeBaikal. This region is a flank of the South Baikalrift basin, characterized by high geodynamic activity and complex fault patterns, without any special geochemical conditions with regard to the content of uranium in the rocks. Based on our observations and measurements, we consolidated the first massive database on radon volume activity (Q) in a variety of local water sources. In the Kultuk–Vydrino area, the Q values vary from zero to 81.1 Bq/l, according to the analysis of the water samples from 93 springs, lakes, small streams, wells, and drilled holes. The highest concentrations of radon are discovered in the groundwater samples. Such values are unevenly scattered across the study area. The chain of the maximum Q values trends northwestwards along the LakeBaikalshore. This distribution pattern of radon, as well as the locations of individual water sources with Q>15 Bq/l are predetermined by the structural factor. The paragenetic analysis of faults and joints in the Kultuk–Vydrino area shows that this factor includes both the structure and stages in the development of the regional largest Main Sayan fault zone (the southwestern flank of the South Baikalbasin is a segment of this zone). The water sources with increased concentrations of radon are located in zones with a high density of the 2nd order faults, especially on sites wherein the NW-striking faults cross the transverse faults that have experienced repeated activation. Temperature T is an additional factor influencing the degree of radioactivity in water. A relationship between T and Q is reverse. Water sources with Q>15 Bq/l associated with the 2nd order fault zones may occur also due to a locally lower temperature of groundwater. Our study gives evidence that the southwestern coast ofLake Baikal is promising for finding high-radon water sources. Using such water in balneo­logy can become a valuable contribution to the tourism and recreational potential of the region. This prospect is especially important for the town ofBaikalsk that is now developing without its township-forming enterprise: the notorious pulp-and-paper mill has been completely shut down.В статье рассмотрены закономерности распространения подземных вод с повышенной концентрацией радона на примере региона, который при типовой геохимической обстановке по содержанию в породах урана отличается высокой геодинамической активностью и, как следствие, сложным разломным строением. Впервые для юго-западного фланга Южно-Байкальской рифтовой впадины проведено массовое иссле­дование объемной активности радона (Q) в разнотипных водопроявлениях. Опробование 93 родников, скважин, колодцев, озер и мелких ручьев юго-западного побережья оз. Байкал показало, что величина Q на участке Култук – Выдрино варьируется от 0 до 81.1 Бк/л. Наибольшие концентрации характерны для подземных вод и распределены в пределах участка исследований неравномерно. Цепочка максимумов параметра Q имеет северо-западное простирание и протягивается вдоль берега оз. Байкал. Главную роль в подобном распределении, а также в локализации отдельных водопроявлений с Q>15 Бк/л играет структурный фактор. Согласно данным парагенетического анализа разломной и трещинной сети на участке Култук – Выдрино, он определяется строением и этапностью формирования крупнейшей в регионе зоны Главного Саянского разлома, отрезок которой представляет юго-западный фланг Южно-Байкальской котловины. Водопроявления с повышенным содержанием радона располагаются на участках с высокой плотностью разломов 2-го порядка и тяготеют к узлам пересечения северо-западных нарушений с поперечными разрывами, испытавшими многократную активизацию. Дополнительным фактором, влияющим на степень радиоактивности вод, является их температура, которая характеризуется обратной связью с параметром Q. Как следствие, появление в зонах разломов 2-го порядка водопунктов с Q>15 Бк/л, кроме наличия разломных узлов, может быть связано с локальным понижением температуры подземных вод. Результаты проведенных исследований свидетельствуют об определенных перспективах региона в плане поиска вод с повышенным содержанием радона, пригодных для использования в бальнеологии. Это может способствовать увеличению туристско-рекреационного потенциала юго-западного побережья оз. Байкал, что особенно актуально для развития г. Байкальска, где недавно было закрыто градообразующее предприятие – целлюлозно-бумажный комбинат

К 80-ЛЕТНЕМУ ЮБИЛЕЮ ПРОФЕССОРА СЕМЕНА ИОЙНОВИЧА ШЕРМАНА

The article is devoted to the 80th birthday of Professor Semen I. Sherman, the founder of the Laboratory of Tectonophysics in IEC SB RAS, an expert in faulting, the state of stresses, geodynamic activity and seismicity of the lithosphere, and Deputy Chief Editor of Geodynamics & Tectonophysics.Статья посвящена 80-летию профессора Семена Иойновича Шермана – основателя лаборатории тектонофизики ИЗК СО РАН, крупного специалиста в области разломообразования, напряженного состояния и сейсмичности литосферы, заместителя главного редактора журнала «Геодинамика и тектонофизика».

РАЗЛОМООБРАЗОВАНИЕ В ЛИТОСФЕРЕ И СОПУТСТВУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ: К ИТОГАМ ВСЕРОССИЙСКОГО СОВЕЩАНИЯ ПО ТЕКТОНОФИЗИКЕ В ИНСТИТУТЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ СО РАН

Results of the All-Russia conference “Faulting and associated processes in the lithosphere: tectonophysical analysis” are reviewed. It was held on 11–16 August 2014 at the Institute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of RAS in Irkutsk, Russia. Several reports were presented by invited foreign researchers.В статье подводятся итоги Всероссийского совещания с участием приглашенных исследователей из других стран «Разломообразование и сопутствующие процессы в литосфере: тектонофизический анализ», которое состоялось 11–16 августа 2014 года в Институте земной коры СО РАН (г. Иркутск)

РАЗЛОМООБРАЗОВАНИЕ В ЛИТОСФЕРЕ: 35 ЛЕТ ИРКУТСКОЙ ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКОЙ ШКОЛЕ

The history of tectonophysical studies in Irkutsk began in the 1950s at the initiative of Prof. V.N. Danilovich. Tectonophysics as a new scientific field in geology was enthusiastically supported by research institutes of the actively develo­ping Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences, including the Institute of the Earth's Crust (IEC). In late 1950s, V.N. Danilovich, G.V. Charushin, O.V. Pavlov, P.M. Khrenov, S.I. Sherman and other scientists began to conduct large-scale studies of faults and rock fracturing with application of methods of structural analysis of fault tectonics and taking into account types of physical and mechanical destruction of the crust. In 1979, the IEC Scientific Council reviewed the initiative of Prof. S.I. Sherman, who was supported by Academician N.A. Logachev and Doctor of Geology and Mineralogy O.V. Pavlov, and approved the decision to establish the Laboratory of Tectonophysics, that has been and is the only scientific research team of the kind in the territory of Russia eastward of the Urals and, in fact, the second in the Russian Federation. Its studies are based on concepts dealing with physical regularities of crustal faulting that are described in the monograph published by S.I. Sherman [Sherman, 1977], three co-authored volumes of Faulting in the Lithosphere [Sherman et al., 1991, 1992, 1994] and other scientific papers. These publications have consolidated results of studies conducted by the team of researchers from the Laboratory, which can be called the Irkutsk school of tectonophysics. On the eve of the 21st century, the Laboratory successfully extended application of physics of destruction of materials and mathematical methods of analysis to studies of structural patterns of faults varying in ranks in the crust and the upper lithosphere.We conducted comprehensive studies of tectonophysical regularities of formation of large crustal faults, pioneered in establishing quantitative relationships between main parameters of faults, i.e. length and depth, length and amplitude of displacement, length and density, and estimated the factors determining such parameters. A model showing the fault structure was proposed with account of changes of physical properties of the crust with depth. It was shown that faulting in the crust follows the laws of deformation and destruction of Maxwell body.With accumulation of the knowledge on regularities of faulting in the lithosphere, analyses the state of stresses in the lithosphere has become prioritised, and this is one of the top challenges in geodynamics and tectonophysics. Tectonophysics from Irkutsk published the first map of the state of stresses of the Baikal rift zone and proposed new concepts for studying crustal stresses by structural geological methods. Based on such concepts, a new map of the state of stresses of the upper lithosphere was constructed.Studies of faulting included researches of areas around virtual axes of faults and variations of sizes of such areas, and a concept of an area of dynamic influence of large lithospheric faults was proposed. It is established that internal patterns of areas of dynamic influence of faults are composed of zones that can be revealed both laterally and in depth, and such zonal patterns depend on the degree of tectonical and dynamo-metamorphical transformation of the rocks.The internal structure of continental fault zones was studied, and three main disjunctive stages were revealed, each corresponding to a specific type of deformation behaviour of the medium, its state of stresses, pathogenesis of faults varying in ranks, and variations of parameters in space and time.Triple paragenesises of fractures were revealed and analysed for a number of regions, and such studies provided the basis to propose a method of specialized mapping of the crust, which provides for determination of locations of fault zones and their boundaries, conditions of their formation and major specific features of their internal structures. This method can be effectively applied within the framework of conventional geological surveys of any scale.Results of studies of tectonic divisibility of the Earth based on advanced tectonophysical concepts were referred to establish the zone-block structure (ZBS) of the lithosphere. Analyses of faults at various scales showed a strict hierarchy of ranks in the ZBS of the lithosphere in Central Asia, and actual characteristics of 11 hierarchic levels (from global to local) were revealed and described in quantitative terms. With reference to the ZBS concept, the Baikal rift was studied, and the soil radon concentration pattern of Pribaikalie was analysed and its main spatial and temporal regularities were revealed.Comprehensive geological, structural, tectonophysical and geoelectrical studies were conducted in the Cenozoic and Mesozoic basins of Pribaikalie and Transbaikalie, and results were consolidated and published. The fault-block patterns, the deep structure, the state of stresses and seismicity of the crust were studied in a number of areas in the region.Complex tectonophysical studies were initiated in the Yakutian diamond-bearing province to reveal structural factors that control the kimberlite locations, and the first results were reported. By applying tectonophysical methods, it was established that periods of formation of kimberlite bodies are related to stages of formation and activation of the fault pattern of the platform cover. A pioneering conclusion was stated that in the structural control over kimberlite magmatism of the Siberian platform, the dominant role is played by fault zones of the orthogonal network, which were activated in the regime of alternating-sign displacements at different stages of the platform's development in the Paleozoic and Mesozoic.Physical modelling experiments using an original installation were conducted, and, among its main achievements, an important result is modelling of the process of formation of the Baikal rift zone (BRZ) by an elasto-plastic model in conformity with criteria of similarity. The Shanxi rift system was also modelled, and its physical modelling study was conducted jointly with scientists from China under the Russian-Chinese project supported by the Russian Foundation for Basic Research.Besides, the article informs about commencement of original experimental studies of deformation waves in elasto-plastic mediums and describes objectives of tectonophysical studies for the nearest future. Зарождение тектонофизических исследований в Иркутске относится к пятидесятым годам прошлого века и связывается с именем профессора В.Н. Даниловича. Новое тектонофизическое направление в геологической науке было подхвачено активно развивающимися в 50-х годах прошлого века институтами Сибирского отделения Академии наук, в том числе и Институтом земной коры в Иркутске. Здесь в конце пятидесятых годов В.Н. Даниловичем, Г.В. Чарушиным, О.В. Павловым, П.М. Хреновым, С.И. Шерманом и другими исследователями начали проводиться широкомасштабные исследования разломов и трещиноватости горных пород не только под углом зрения структурного анализа разрывной тектоники, но и как формы физико-механического разрушения земной коры. В 1979 г. Ученый совет ИЗК СО АН СССР по инициативе профессора С.И. Шермана при активной поддержке академика Н.А. Логачева и д.г.-м.н. О.В. Павлова принял решение об организации лаборатории тектонофизики, которая до настоящего времени остается единственным научным коллективом подобного профиля на территории восточнее Урала и фактически вторым в РФ. Определяющей базой ее исследований явились работы, посвященные физическим закономерностям формирования разломов земной коры, обобщенные в монографии С.И. Шермана [Sherman, 1977], коллективном трехтомном труде «Разломообразование в литосфере» [Sherman et al., 1991, 1992, 1994] и ряде статей. Они продолжили и существенно развили исследования зарождавшейся иркутской тектонофизической школы. К началу ХХI столетия ее достижения определялись расширением применения физики разрушения материалов и математических методов анализа результатов структурной организации разноранговых разрывов в земной коре и верхней части литосферы.Изучены тектонофизические закономерности формирования крупных разломов земной коры, впервые показаны численные взаимоотношения между главными параметрами разломов – длиной и глубиной, длиной и амплитудой смещения, длиной и густотой, а также оценены определяющие их факторы. Предложена модель строения разлома, учитывающая изменения физических свойств земной коры с глубиной. В целом показано, что разрывообразование в земной коре происходит по законам деформирования и разрушения тела Максвелла.Расширение знаний о закономерностях развития разломов в литосфере потребовало анализа ее напряженного состояния, что является одной из самых актуальных задач геодинамики и тектонофизики. Иркутским тектонофизикам принадлежит первая карта напряженного состояния Байкальской рифтовой зоны и теоретические разработки для исследования напряженного состояния земной коры геолого-структурными методами. На их базе была составлена новая карта напряженного состояния верхней части литосферы Земли.Изучена окружающая виртуальную ось разлома территория, вариации ее размеров, и введено понятие области динамического влияния крупных разломов литосферы. В зависимости от степени тектонической и динамометаморфической переработки горных пород внутренняя часть области динамического влияния разломов приобретает зональное строение по латерали и на глубину.Изучена внутренняя структура континентальных разломных зон, и показано ее формирование в течение трех главных дизъюнктивных стадий, каждой из которых соответствуют строго определенные деформационное поведение субстрата, его напряженное состояние, парагенез разноранговых разломов, пространственные и временные вариации параметров.Выделение и анализ тройственных парагенезов трещин, характерных для различных регионов, легли в основу разработанного метода спецкартирования структуры земной коры, который позволяет определить местоположение и границы разломных зон, условия их образования, важнейшие особенности внутреннего строения и может быть эффективно реализован в рамках традиционной геологической съемки любого масштаба.Результатом исследования тектонической делимости Земли на новом уровне тектонофизических разработок стали представления о зонно-блоковой структуре (ЗБС) литосферы. На основе анализа разномасштабных разломных схем установлена строгая ранговая соподчиненность в организации ЗБС литосферы Центральной Азии, где выделены и количественно охарактеризованы 11 объективно существующих уровней иерархии (от глобального до локального). На базе представлений о зонно-блоковом строении земной коры Байкальского рифта проведено изучение и выявлены главные пространственные и временные закономерности распределения концентраций почвенного радона в Прибайкалье.Обобщены результаты комплексных геолого-структурных, тектонофизических и геоэлектрических исследований кайнозойских и мезозойских впадин Прибайкалья и Забайкалья. Охарактеризованы разломно-блоковая структура, глубинное строение, напряженное состояние и сейсмичность земной коры отдельных территорий региона.Обобщен первый опыт комплексных тектонофизических исследований в пределах Якутской алмазоносной провинции, направленных на выявление структурных факторов контроля пространственной локализации кимберлитовых тел. Тектонофизическими методами установлена взаимосвязь периодов формирования кимберлитовых тел с этапами становления и активизации разрывной структуры платформенного чехла. Впервые показано, что определяющую роль в структурном контроле кимберлитового магматизма на Сибирской платформе играют разломные зоны ортогональной сети, активизировавшиеся в режиме знакопеременных движений на разных этапах ее развития в палеозое и мезозое.Выполнена серия оригинальных исследований на базе физического моделирования. Одним из важных результатов экспериментальных работ стало моделирование процесса формирования Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) на упругопластичном материале с выполнением критериев подобия. Оно дополнено физическим моделированием рифтовой системы Шаньси, проведенным совместно с китайскими исследователями при выполнении совместного российско-китайского проекта по РФФИ.Изложены перспективы тектонофизических исследований на ближайшие годы, в том числе начаты оригинальные экспериментальные работы по изучению деформационных волн в упруговязких средах. 

THE DISTINQUISHING FEATURES OF THE FAULTS IN THE PLATFORM COVER: RESULTS OF THE APPLICATION OF TECTONOPHYSICAL APPROACH TO THE STUDY OF THE TAMBEY HYDROCARBON DEPOSIT (YAMAL PENINSULAR)

The study was aimed to identify the features of the formation and regularities of manifestation of faults in the platform environment applying the tectonophysical approach to the study of the structure of the Tambey hydrocarbon deposit (northern Yamal), largest in the West Siberia. Such research is important in the oil and gas industry at the present stage of transition from the exploitation of declining unique and large deposits to exploration and exploitation of deposits of complex structure. The tectonophysical approach was applied consistently in three levels of research. Initial consideration was given to regular trends in the structure of the platform cover in the context of general tectonophysical ideas of disjunctive faults, their inner structure and formation features. Then, the identification of a network of large fault zones has been done at the regional level for the northern Yamal on the basis of the lineament analysis of the relief and optical modeling, three main stages of its formation have been reconstructed, and there have been identified the features of the state of stress, among other factors determining the Tambey deposit contours in three areas – western and northern Tambey and Tassyi. Finally, based on tectonophysical interpretation of 3D seismic attribute analysis data and elastoplastic modeling experiment results, for the northern Tambey area at the local level there were identified the faults zones, the features of their structures in rheologically stratified unit, and the paragenetic relationship with the regional-level structures. The study has shown that the structure of the sedimentary cover, whose formation is tectonically influenced by the adjacent mobile belts, is zone-block. It reflects the zone-block structure of the basement, though, in contrast, is not represented by narrow main-fault planes (1st-order faults). The blocks in the cover contact along rather wide zones, the inner structure of which corresponds to the early stages of faulting and is represented by a dense network of the 2nd-order fractures and faults. The fault zones are characterized by an inhomogeneous – segment – structure which is determined by an initially irregular development of deformations and complicated by rheological stratification of the sedimentary cover. Fault segments in relatively brittle rocks (sandstones) are composed of long faults whereas in more ductile (clayey) varieties these are wide parts of concentration of small faults and fractures. A style of the zone-block structure and the types of dynamic environments of its formation might be specific in different regions. The application of tectonophysical approach to the analysis of the geological-geophysical information, obtained for certain deposits, will make it possible to identify the structural conditions for hydrocarbon accumulation and migration in the sedimentary cover which is essential to choose an effective method of deposit exploitation