За четыре года измерений на территории Уймонской впадины получена относительно равномерная сеть наблюдений методом ЗС, что позволяет построить её глубинную модель. В местах неглубокого залегания фундамента, в зонах перехода от горного обрамления к осадкам, заполняющим котловину, был привлечен метод ВЭЗ, а также электротомография, обработка этих данных продолжается. Из крупных впадин Горного Алтая Уймонская котловина является наименее изученной и до выполнения электроразведочных работ не было достоверных сведений о мощности, возрасте, вещественном составе кайнозойских отложений, её выполняющих. В 2013 г. на основе анализа первых геоэлектрических разрезов практически в центре котловины была пробурена первая глубокая скважина, вскрывшая разрез неоген-четвертичных отложений до 400 м. Эти данные привлечены в ходе интерпретации и анализа всего объёма данных ЗС Вначале проведена компьютерная интерпретация с использованием горизонтально-слоистой модели, а далее для уточнения результатов и их верификации будут привлечены трехмерные программы, разработанные в ИНГГ СОРАН. Первый этап обработки полевого материала показал, что получены данные высокого качества, а геоэлектрические модели отражают неоднородное блоковое строение кайнозойских отложений. Мощность осадков в разных отдельных блоках изменяется от 200 до 1000 м и более. Актуальность и важность исследований в Уймонской впадине не вызывает сомнений, так как они имеют теоретическую и практическую значимость, необходимы для целого ряда геологических дисциплин, геодинамических построений, сейсморайонирования, сейсмобезопасности, востребованы для поиска полезных ископаемых. В частности, в Уймонской впадине прогнозируется погребенная, значительная по объему, золотоносная россыпь. Имеются предпосылки для разведки других рудных и нерудных месторождений.

Строение Уймонской впадины Горного Алтая по данным нестационарного электромагнитного зондирования

Геолого-геофизические данные

Уймонская котловина приурочена к долине р. Катунь и протягивается вдоль реки более чем на 35 км при небольшой ширине в 10-12 км. Горные хребты ограничивают впадину: Теректинский с севера и Катунский с юга. Высотные отметки северного борта впадины составляют 1100-1150 м в то время как южный борт находится на отметках в 800-900 м, поэтому в целом днище котловины погружается в южном направлении.

По данным неглубоких скважин (до 80-90 м) у пос. Маргала под метаморфическими сланцами вскрыты неогеновые глины. Характер этих отложений свидетельствует о наличии крутопадающего взброса вдоль подножия Теректинского хребта, отделенного от котловины активным ступенчатым Южно-Теректинским разломом. Блоковая структура южного ограничения впадины также создается разнонаправленными разломами Катунского хребта с высотами от 2800 до 4500 м [Деев и др., 2012].

Исследуемая территория имеет длительную историю геологического развития. В разрезе присутствуют отложения протерозоя, синия, нижнего и среднего палеозоя, кайнозоя. Основание Уймонской впадины представлено теректинской свитой (метаморфические сланцы, песчаники), перекрытой баратальской свитой (вулконогенные метоморфизованные отложения) предположительно синийского возраста. В западной и центральной части впадины обрывки анти- и синклиналей баратальской свиты (S_{n br}), выходят на дневную поверхность. Развитие района в мезозое и кайнозое в континентальных условиях привело к нивелированию складчатой страны, к сводово-глыбовым поднятиям. Образованию ледниковых озер связано с двумя эпохами оледенения. В прибортовых частях котловины обнаружены отложения ледниково-подпрудного озера и гигантского гляциального паводка во время спуска последнего из ледниковых озер [Государственная геологическая карта… Лист М-45…, 2011; Зольников и др., 2015].

Район относится к территориям с высокой степенью сейсмической опасности, что обусловлено присутствием сейсмогенерирующих разломов. Современная активность в зоне Южно-Теректинского разлома проявляется, например, наличием цепочек низкодебитных источников, образующих заболоченные западины на склоне Теректинского хребта. В Уймонской впадине существует потенциальная угроза не только разрушительных землетрясений, но также велика вероятность перегораживания рек с образованием подпрудных озер с неустойчивыми плотинами [Зольников и др., 2015].

Этапы исследования и характеристика полевых данных ЗС

Инициативные полевые исследования комплексом электромагнитных методов в Уймонской впадине Горного Алтая выполнялись в несколько этапов: в 2011-2012 гг. и далее в 2017-2018 гг. Пункты и профили электромагнитных наблюдений за разные годы показаны на рис. 4.

Рис. 4. Карта фактического материала на территории Уймонской впадины Горного Алтая. 1 – 4 – Четвертичная система: 1 – Современный отдел. Аллювиальные галечники и пески, 2 – Верхний отдел. Ледниковые валунники и суглинки, водно-ледниковые галечники, аллювиальные галечники и пески, пролювиальные галечники, озерные галечники и гравийные суглинки: а) речные, б) делювиально-пролювиальные; 3 – Средний отдел. Ледниковые валунники, водно-ледниковые галечники и глины, аллювиальные галечники, пески и глины, озерные галечники, суглинки, пески: а) речные б) озерно-болотные; 4 – Нижний отдел (?). Делювиально-пролювиальные суглинки, глины, пески; 5 – Палеогеновая система. Олигоцен (?). Глины; 6 – Кембрийская система. Нижний-средний отделы (?). Метаморфизованные порфириты, диабазовые порфириты, вариолиты и их туфы, филлиты, алевролиты, песчаники, кремнисто-глинистые сланцы; 7 – Синийский комплекс. Баратальская (?) свита. Метаморфизованные диабазы, порфириты и их туфы, кварц-полевошпатовые породы, метамофизованные песчаники, метаморфизованные сланцы, мраморы, кварциты; 8 – Протерозойская группа (?). Теректинская свита, нижняя подсвита. Метаморфизованные сланцы, сильно метаморфизованные песчаники, мраморы; 9 – Линии тектонического контакта, предполагаемые под кайнозойскими отложениями; 10 – Тектонические контакты: а) достоверные; б) предполагаемые; 11 – 14 – пункты измерений ЗС: 11 – 2011 г., 12 – 2012 г., 13 – 2017 г., 14 – 2019 г.; 15 – профили электротомографии; 16 – скважина.

Этап 2011 г. был связан с разработкой проекта буровых работ на территории Уймонской впадины. Первые электроразведочные работы комплексом методов ЗС, ВЭЗ, электротомографии были выполнены по двум проектируемым буровым профилям, широтному и меридиональному, которые пересекались примерно в центре впадины. В результате интерпретации этих полевых данных ЗС были получены сведения о строении осадочного чехла. На основании данных геоэлектрики был предложен участок, подходящий для бурения глубокой скважины в районе пункта ЗС 3, расположенного в западной части впадины.

В 2013 году специалистами ОАО «Горно-Алтайская Экспедиция» была пробурена скважина № 1 на участке Усть-Коксинской площади на основе анализа материалов электоразведки [Деев, Неведрова и др., 2012]. Устье скважины разместили на 200 м восточнее пикета ЗС 3. Забой скважины достиг 400 м. Впервые был вскрыт разрез неоген-четвертичных отложений впадины. Возраст отложений подтверждён палеонтологическими данными (фауна остракод, споры и пыльца). Обобщенная стратиграфическая колонка скважины представлена в таблице. Опираясь на полученные данные, можно предполагать, что геологическое развитие и осадконакопление в крупных впадинах Горного Алтая – Чуйской, Курайской и Уймонской происходило практически одновременно [Русанов и др., 2017].

Таблица. Геологический разрез скважины №1.

Описание пород	Индекс	Глубина подошвы слоя, м.	Мощность слоя, м.
Озерно-ледниковые (?) отложения: Переслаивание глин, галечников, песков	lgQIII	23	23
Ледниковые, флювиогляциальные и аллювиальные (?) отложения нерасчлененные: Переслаивание валунного галечника, гравия, валунника, песка,	g, f, aQII	207	184
Аллювиальные и пролювиальные (?) отложения башкаусской свиты: Переслаивание гравия, валунника, валунного галечника, песка, галечника	а, pQIIbs	297	90
Озерно-аллювиальные (?) отложения бекенской свиты: Переслаивание глины, галечника, песка галечно-гравийного	laQIbk	339	42
Озерные отложения туерыкской свиты: Алеврит, глина	N1-2tr	400	61

На рис. 5 показана кривая ЗС 3 (2011 г.) и геоэлектрическая модель в результате инверсии полевых данных. Сопоставление скважинных и электромагнитных данных, полученных на небольшом расстоянии от скважины, свидетельствует об их хорошем согласовании.

Рис. 5. Полевые данные, теоретическая кривая ЗС 3 и геоэлектрическая модель.

В разрезе по скважине выделяется маломощный 23-метровый приповерхностный горизонт. В модели по данным ЗС присутствуют два тонких слоя общей мощностью в 40 м. Далее в разрезе скважины присутствуют три слоя по литологическому составу с преобладающим содержанием валунно-галечно-гравийного материала общей мощностью в 316 м, что соответствует третьему горизонту геоэлектрической модели с высокими значениями УЭС в 2000 Ом∙м и толщиной в 305 м. Таким образом, глубина до кровли алеврито-глинистых отложений озерной туерыкской свиты по данным геоэлектрики составляет 345 м, а удельное электрическое сопротивление (УЭС) – 28 Ом∙м. Скважиной эти отложения вскрыты на отметке немногим более 339 м и далее она была остановлена в них через 60 м. Погрешность определения границы с туерыкской свитой методом ЗС не превышает нескольких процентов

Электроразведочные работы 2012, 2017 и, особенно, 2019 гг. позволили создать достаточно плотную сеть наблюдений методом ЗС (рис. 4.). В настоящее время весь объем полученных полевых данных был обработан и проинтерпретирован с помощью интерактивных компьютерных систем интерпретации и математического моделирования нестационарных электромагнитных полей в рамках горизонтально-слоистой среды («Эра» и EMS) [Эпов и др., 1990; Хабинов и др., 2009]. Предшествующий анализ данных ЗС за 2011-2012 г. сопоставление кривых для соосной и разнесённой установок показал возможность использования горизонтально-слоистой модели для интерпретации. Получено несколько типов кривых ЗС, интерпретация которых отражает крайне сложное строение Уймонской депрессии. Рассмотрим характерные кривые 2019 г., модели практически соответствуют горизонтально-слоистой среде (рис. 6а, б). Полевые данные позволяют определить все геоэлектрические параметры разреза.

Рис. 6. Полевые данные, теоретические кривые и модели по данным ЗС за 2019 г. в Уймонской впадине; а – ЗС 1119, б – ЗС 910. Отмечены ворота пятипроцентной погрешности для полевых данных.

Модель ЗС 1119 характеризует строение одного из погруженных блоков со значительной мощностью осадочной толщи в 900 м, пункт зондирования расположен на северо-западе впадины в 2.5 км от Южно-Теректинской разломной зоны. По данным ЗС 919 мощность осадков составляет всего около 200 м, так как этот пункт находится в восточном замыкании впадины, примерно в километре от выходов коренных пород в приподнятом блоке фундамента.

Обсуждение результатов интерпретации данных ЗС

Цель работы заключалась в построении глубинных геоэлектрических моделей Уймонской впадины. Геоэлектрические разрезы по данным ЗС построены по разным направлениям на территории впадины в результате геолого-геофизической интерпретации. Полученный четырехслойный разрез с высокоомным основанием (фундаментом) содержит три осадочных горизонта. Верхний крайне неоднородный по литологическому составу горизонт, содержащий 1-2 тонких слоя, включает верхнечетвертичные отложения. Во второй мощный горизонт входят горные породы четвертичной системы, башкауской и бекенской свит с преобладанием гравийно-галечного материала. Толщины этого высокоомного горизонта существенно изменяется по простиранию профиля. Третий горизонт в целом имеет меньшую мощность по сравнению со вторым и представлен песчано-глинистыми палеоген-неогеновыми отложениями с наиболее низким удельным сопротивлением.

Сложную структуру впадины наглядно отражают разрезы по субширотным профилям. Профиль 1 проходит вдоль северного борта впадины на расстоянии примерно в 2 км от Теректинского хребта (рис. 7). На разрезе по профилю 1 наблюдается чередование погруженных и приподнятых блоков, показаны предполагаемые разломы.

Рис. 7. Геоэлектрический разрез по субширотному профилю 1 вдоль северного борта Уймонской впадины.

Профиль 2 пересекает центральную часть впадины с северо-запада на юго-восток через и проходит через глубокую скважину № 1. Разрез отражает наиболее сложные структурные элементы (рис. 8). Между пунктами ЗС 2 и 3 на дневной поверхности наблюдается выход эффузивных пород предположительно синийского комплекса баратальской свиты. На данном этапе исследования, учитывая достаточно большое расстояние между пунктами, невозможно определить углы падения этой свиты и достоверно отрисовать её конфигурацию.

Рис. 8. Субширотный разрез по профилю 2 через центральную часть Уймонской впадины.

Для того чтобы отобразить общую структуру Уймонской котловины выполнены две трехмерные визуализации (рис. 9а, б). Построена блоковая модель поверхности фундамента с использованием всех полученных данных ЗС с соосными установками (рис. 9а). На рисунке хорошо выделяются приподнятые блоки фундамента (коричневые цвета) и погруженные блоки (синие оттенки). Скорее всего, крупная разломная зона разделяет впадину на две части – западную и восточную. Эта разломная зона прослежена специалистами- геологами в Теректинском хребте [Деев, 2019], а по данным ЗС её можно проследить в фундаменте впадины в области максимального погружения фундамента, которая выделена на рис. 9а белым контуром.

Рис. 9. Трехмерные модели Уймонской впадины; а – блоковая модель поверхности фундамента, б – вертикальный срез осадочного заполнения впадины в широтном направлении.

На рис. 9б показан вертикальный срез, выполненный по простиранию впадины. На нём хорошо видна зона максимальной мощности осадков в районе пунктов ЗС 4, 317, а также можно судить о распределении удельного электрического сопротивления горных пород. Отложения, которые по геологическим данным отнесены к туерыкской и возможно к кош-агачской свитам имеют наиболее низкие значения УЭС, но можно отметить, что у них УЭС изменяется в более широком интервале – от 20 до 220 Ом∙м по сравнению, например, с Чуйской впадиной. Литологический состав и возраст более глубоких проводящих отложений пока достоверно неизвестен.

Заключение

По итогам выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ получены следующие основные результаты:

Выполненные электроразведочные исследования в Уймонской впадине Горного Алтая позволили впервые представить её глубинное строение. В настоящее время проведена количественная интерпретация полевых данных метода ЗС с использованием программных средств одномерной интерпретации. В результате удалось не только получить мощности и интервалы удельных электрических сопротивлений отдельных литологических комплексов, но с привлечением геологических данных выполнить стратиграфическую привязку части выделенных геоэлектрических горизонтов.

Рассмотрение геологических данных о палеоземлетрясениях с магнитудами более 7 в периоды около 16 тыс. лет и 6000 лет назад [Деев, 2019] позволяет предложить гипотезу образования зоны наиболее погруженных блоков фундамента Уймонской котловины. Можно предполагать, что она связана с этими катастрофическими сейсмическими событиями, приведшими к усилению тектонических подвижек отдельных блоков, их опусканию и спуску ледникового подпрудного озера.

Авторы статьи выражают благодарность за консультации по геологическим материалам и аппаратурным разработкам: д.г.-м.-н. Дееву Е.В. и Зольникову И.Д., за помощь в интерпретации данных ЗС – к.г.-м.н. Санчаа А.М., за участие в разработке регистратора «Байкал 512» – к.ф.-м.н. Семибаламуту В.М.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России (в рамках государственного задания № 075-01304-20-01/09) и с использованием данных, полученных на уникальной научной установке «Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира».

Литература

Геологическая карта СССР масштаба 1 : 200 000. Серия Горно-Алтайская. Лист М-45-XIV. Горно-Алтайск: Объяснительная записка /Е.С. Левичкий, С.Н. Баженова, А.В. Борцова. – М.: Недра, 1964.

Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1 : 1 000 000(третье поколение). Серия Алтае-Саянская. Лист М-45. Горно-Алтайск: Объяснительная записка / С.И. Федак, Ю.А. Туркин, А.И. Гусев, С.П. Шокальский, Г.Г. Русанов, Б.А. Борисов, Г.М. Беляев, Е.М. Леонтьева. – СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2011.

Деев Е.В., Неведрова Н.Н., Русанов Г.Г., Санчаа А.М., Бабушкин С.М., Кречетов Д.В., Ельцов И.Н., Зольников И.Д. Новые данные о строении Уймонской межгорной впадины (Горный Алтай) // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. – 2012. – № 1(9). – С. 15–23.

Деев, Е.В. Зоны концентрации древних и исторических землетрясений Горного Алтая // Физика Земли. – 2019. – № 3. – С. 71–96.

Зольников И.Д., Деев Е.В., Назаров Д.В., Котлер С.А. Сравнительный анализ суперпаводковых отложений и аллювия долин рек Чуя и Катунь (Горный Алтай) // Геология и геофизика. – 2015. – Т. 56. – № 8. – С. 1483–1495.

Неведрова Н.Н., Санчаа А.М., Деев Е.В., Бабушкин С.М. Неотектоническое строение межгорных впадин Горного Алтая по электромагнитным и геологическим данным // Geodynamics and Tectonophysics = Геодинамика и тектонофизика: Электронный журнал. – 2013. – Т. 4. – № 3. – С. 301–312.

Неведрова Н.Н., Деев Е.В., Пономарев П.В. Выявление разломных структур и их геоэлектрических характеристик по данным метода сопротивлений в эпицентральной зоне чуйского землетрясения 2003 г. (Горный Алтай) // Геология и геофизика. – 2017. – Т. 58. – № 1. – С. 146–156.

Русанов Г.Г., Деев Е.В., Зольников И.Д., Хазин Л.Б., Хазина И.В., Кузьмина О.Б. Опорный разрез неоген-четвертичных отложений в Уймонской впадине (Горный Алтай) // Геология и геофизика. – 2017. – Т. 58. – № 8. – С. 1220–1233.

Хабинов О.Г., Власов А.А., Антонов Е.Ю. Система интерпретации данных площадных электромагнитных зондирований // ГЕО-Сибирь-2010. Т. 2. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технология поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Ч. 1: Сб. матер. VI международного научного конгресса. – 2010. – С. 164–168.

Эпов М.И., Дашевский Ю.А., Ельцов И.Н. Автоматизированная интерпретация электромагнитных зондирований // 1990. – Препр. АН СССР. СО. Ин-т геол. и геофиз. – 29 с.