Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Структурно-гидрогеологический анализ и физико-химическое моделирование процессов формирования подземных вод района Северо-Муйского тоннеля БАМ

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Структурно-гидрогеологический анализ и физико-химическое моделирование процессов формирования подземных вод района Северо-Муйского тоннеля БАМ"

На правах рукописи

0И'

ЬУ

085

ДАНИЛОВА Мария Александровна

СТРУКТУРНО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РАЙОНА СЕВЕРО-МУЙСКОГО ТОННЕЛЯ БАМ

25.00.07 - гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 5 ДПР 20ш

Иркутск-2010

004601085

Работа выполнена на кафедре гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Иркутского государственного технического университета

Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук,

доцент Юрий Николаевич Диденков

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Алексей Максимович Плюснии

Ведущая организация: Иркутский государственный университет путей сообщения

Защита состоится 20 апреля в 9.30 на заседании диссертационного совета Д 003.022.01 в Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул.Лермонтова, 128, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета к.г.-м.н.

Л.П. Алексеевой. Тел: (3952) 42-27-77, факс: (3952) 42-69-00, e-mail: lalex@crust.irk.ru

кандидат геолого-минералогических наук Сергей Харитонович Павлов

Автореферат разослан « /Р » 2010

г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

Л.П. Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процессы и закономерности формирования подземных вод в рифтовых структурах остаются до настоящего времени слабоизученными. А именно в них по глубоким тектоническим зонам осуществляется обмен веществом между поверхностью Земли и мантией; происходят наиболее существенные геологические процессы: современная вулканическая деятельность, высокая сейсмичность, повышенные значения тепловых потоков и гидротермальная активность. В результате создаются особые структурно-гидрогеологические условия, протекают специфические физико-химические процессы и формируются растворы, не существующие ни в каких других геотектонических обстановках. В последпие годы роль флюидного режима в литосфере рассматривается в широком спектре геологических процессов - от геодинамичсских до гидросферных. Вопросы происхождения флюидов, возможности поступления флюида и воды в земную кору из мантии, количество и состав эндогенной фазы остаются остро дискуссионными.

Выбор северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны в качестве объекта исследований объясняется приуроченностью к данному региону Ссверо-Муйского тоннеля (СМТ), сложнейшего участка трассы Байкало-Амурской магистрали (БАМ), который является уникальным объектом для непосредственного изучения процессов формирования подземных вод. Его высокая обводненность термальными и холодными подземными водами, изучение геологических процессов на глубинах свыше 300 м дают богатый фактический материал и большие возможности для исследований. В то же время, имеипо обводненность является главной проблемой эксплуатации тоннеля, требующей решения.

Цель исследования. Установить процессы и закономерности формирования подземных вод района СМТ, определить особенности распределения водопритоков и выявить причины деструкции бетонной обделки тоннеля.

Основные задачи исследования: 1) Проанализировать историю геологического развития северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны (БРЗ). 2) Выполнить разномасштабное структурно-гидрогеологическое районирование региона исследований. 3) Провести типизацию подземных вод района СМТ по их составу. 4) Выполнить термодинамическое моделирование процессов формирования подземных вод в различных гидрогеологических структурах. 5) Выявить причины разрушения бетонной обделки тоннеля на термодинамиче-' ских моделях систем «грапит- вода» и «бетон - вода».

Исходные материалы и вклад автора в решен не проблемы. Работа выполнена на базе современного структурно-гидрогеологического анализа с привлечением физико-химического моделирования (программный комплекс «Селектор», разработанный в институте геохимии СО РАН под руководством доктора г.-м.н. Карпова И.К.). В ходе работы автором проводились полевые наземлые и подземные исследования в Северо-Муйском тоннеле и разведочно-дренажной штольне, сопровождавшиеся детальными гидрометрическими работами и отбором проб воды, пород и новообразований. Макро- и микрокомпонентный анализы природных вод, в том числе ЮР-МБ, выполнялись в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (Иркутск). Статистическая обработка результатов химических анализов с целью типизации подземных вод района исследований проводилась с использованием программы «Кластер-анализ».

Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей формирования подземных вод района и особенностей современной обводненности СМТ; разработке типизации подземных вод по химическому составу, подкрепляющей выполненное детальное структурно-гидрогеологическое районирование; определении роли глубоких разломов в формирован™ подземных вод и уточнении генезиса термальных трещинно-жильных подземных вод района СМТ, а также выявлении причин неустойчивости бетонной обделки тоннеля на основе результатов имитационного термодинамического моделирования.

Защищаемые положения. 1. В районе Северо-Муйского тоннеля установлено два типа подземных вод, отражающих особенности их генезиса. Первый тип объединяет подземные воды атмосферного происхождения гидрогеологических массивов, бассейнов и приповерхностных разломов; второй - это трещшшо-жильные воды глубоких разломов, принципи-

ально отличающиеся по температуре и химическому составу в связи с иными условиями образования. Основная современная обводненность тоннеля связана с разгрузкой трещинно-жилышх вод приповерхностных и глубоких обводненных разломов.

2. Формирование состава подземных вод массивов, бассейнов и приповерхностных разломов обусловлено процессами взаимодействия в системе «атмогенные воды - породы гранитного состава» и сопровождается образованием минералов зоны гипергенеза. В формировании термальных вод принимает участие глубинная компонента, что проявляется в их температуре и высоких содержаниях сульфатов, Не, F, Li. Состав гранита при существующих скоростях фильтрации не способен обеспечить переход в подземные воды фиксируемых количеств этих компонентов.

3. Основная причина неустойчивости бетонной обделки тоннеля заключается в более интенсивном разрушении гранитов, по сравнению с бетоном, в результате взаимодействия с подземными водами с образованием новых гидрогенно-миперальных комплексов. Дня снижения обводнеппости тоннеля необходимо использование клинкерного материала, способного после взаимодействия с подземными водами образовывать минеральный парагенезис, экранирующий обделку тоннеля.

Практическая значимость. Дифференцированы водопритоки на основании гидрометрических замеров в тоннеле и разведочно-дрепажной штольне, выявлена ведущая роль трещинно-жильных вод в обводнении СМТ, что позволяет целенаправленно осуществлять мероприятия по водоотливу, снижению гидростатических напоров и сохранению бетонной обделки. Проведена гидрогеохимическая типизация подземных вод, подтверждающая выделение трещинно-жильных вод глубоких разломов в отдельный класс, ярко отличный от подземных вод массивов и приповерхпостпых разломов. Определены причины разрушения бетонной обделки.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири» (Иркутск, 2001, 2005), на ежегодных научно-технических конференциях факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии ИрГТУ (Иркутск, 2003, 2005, 2006), на XXI Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы й геодинамика» (Иркутск, 2005), на Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Г.В. Богомолова (Минск, 2005), на Щ Межвузовской конференции молодых ученых и студентов «Молодые - наукам о Земле» (Москва, 2006), на семинаре стипендиатов программы DAAD «Михаил Ломоносов» (Бонн, Германия, 2006), на Всероссийской научной конференции памяти академика Л.В.Таусона (Иркутск, 2007), на Ш Международной научно-практической конференции, посвященной году планеты Земля и 85-летию Республики Бурятия (Улан-Удэ, 2008), на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (Оренбург, 2008).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе 4 статьи в научно-технических сборниках, из них 1 в рецензируемом издании из перечня ВАК, 10 статей в сборниках по материалам конференций, среди них 4 международных, 5 всероссийских и 1 региональная.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения и 5 приложений. Объем работы составляет 178 стр. текста, в том числе 50 рисунков и 21 таблица. Список литературы включает 187 наименований.

Благодарности. Автор искренне благодарен научному руководителю к.г.-м.н., доценту Диденкову Ю.Н. за постоянную помощь, иптерес к работе и поддержку. Особая благодарность к.г.-м.н., с.н.с. ИГХ СО РАИ Бычинскому В.А., под руководством которого осуществлено физико-химическое моделирование. Также автор выражает признательность докторам Ломоносову И.С. и Чудненко К.В., заслуженному геологу республики Бурятия Степину А.Г., которые внесли ценные дополнения. Спасибо родителям, мужу и дочери, уверенность и помощь которых помогли закончить начатое дело.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Особенности формирования подземных вод в кайнозойских рифтовых структурах

В пределах Байкальской рифтовой зоны выделяются 3 основных типа гидрогеологических структур с соответствующими им типами подземных вод. Это гидрогеологические бассейны с иорово-пластовыми водами; гидрогеологические массивы с трещшшо-грунтовыми и обводненные разломы с трегцшшо-жильными водами. Влияние рифтовой структуры на подземную гидросферу определяется динамичным режимом ее развития. Одна тектоническая обстановка сменяется другой, образование сводового поднятия переходит в растяжение, начинается процесс разломообразования, на определенной стадии которого возникают горсто-грабеновые структуры. В результате формирование подземных вод в рифтовых зонах находится в прямой зависимости от этапа развития рифта, а их специфика отражает геодинамические и структурно-геологические особенности.

Порово-пластовые воды рифтовых бассейнов характеризуются низкой минерализацией, гидрокарбонатным магниевым или кальциевым составом и атмогешшм генезисом. Мощность зоны пресных вод значительна (во впадинах Байкальской рифтовой зоны может достигать 3000 м).

В пределах массивов подземные воды локализуются в зоне экзогенной трещиповато-сти, мощность которой, а также степень раскрытия трещин зависят от слагающих массив горных пород и климатических условий. Геологические субстраты, на которых были заложены рифтовые системы, разшчпы, тем не менее, состав трещинно-грунтовых вод определяется составом атмосферных осадков. Изменение состава происходит в результате взаимодействия воды с вмещающими породами, а также по пути движения вод от области питания к области разгрузки.

Разломы играют большую роль в формировании природных вод в условиях рифтоге-неза. Неглубокие разломы служат дренами подземпых трещинно-грунтовых вод массивов, что приводит к локализации потока подземных вод в пределах разломной структуры и, как следствие, формированию крупных месторождений, имеющих большое значение для водоснабжения. В районах развития многолетнемерзлых пород такие структуры обусловливают наличие таликовых зон и образование месторождений подземных вод.

Таким образом, химический состав подземных вод бассейнов и массивов хорошо объясняется воздействием типичных природных факторов, к которым относятся орография, гидрография, климат, почвы, растительность, развитие ММП, геолого-структурные условия. Генезис этих вод определяете! как атмосферный. Неоднозначен генезис трещинно-жильных вод глубоких разломов, характеризующихся повышенными температурами, специфическим микрокомпонентным и изотопным составами. Разрывные нарушения глубокого заложения являются спецификой рифтогенных структур. Они позволяют проникнуть воде на большие глубины, а близкое к поверхности расположение астеносферного слоя, свойственное зонам растяжения, предполагает повышенный тепловой флюидопоток, и, как следствие, - нагревание подземных атмогенных вод и изменение их состава и свойств. Гидротермы, связанные с глубокими разломами, обладают специфическим макро- и микрокомпонентным составом (Ткачук, 1963; Ломоносов, 1974; Пиннекер, Писарский, 1977; Маринов, 1978; Басков, Суриков, 1989; Борисенко, 1989), резко отличным от состава холодных пресных подземных вод того же района. Современные гидротермы рифтов (Исландия, Байкальский рифт, Восточно-Африканская рифтовая система) в отличие от гидротерм зон субдукции, пресноводны (Кононов, 1989; Чудаев, 2002). Более того, изотопные характеристики гидротерм (в частности, «мантийная метка» 'Не/'Не) позволяют предполагать участие мантийных флюидов в их формировании.

Флюидный режим рифтовых зон; его влияние на формирование подземных вод. В основе всех геологических концепций о развитии Земли как космического тела лежат представления о дегазации и выносе из недр в верхние горизонты литосферы и за ее пределы огромных масс вещества. Если в архее она носила площадной характер, в протерозое - ареаль-ный, то в фанерозое это дискретно-линейный тип дегазации планеты. Процесс «старения»

Земли необратим, каждому ее новому состоянию отвечает свой режим дегазации, локализованной к настоящему времени, прежде всего, в зонах спрединга. Это позволяет считать, что именно глубокие рифтогенные разломы служат флгоидовыводящими каналами. В условиях рифтовой геодинамической обстановки, где астеносферпый слой расположен близко к поверхности и наблюдается повышенный тепловой поток территории, а глубокие разломные зоны позволяют летучим подниматься к поверхности, трещинно-жильные воды рифтов испытывают воздействие мантийных флюидов. Часть газов вступает в реакцию с окружающей средой, и они уже не могут рассматриваться как мантийные, однако гелий, являясь инертным газом, фиксируется в первичных концентрациях даже в поверхностных водах.

Главной проблемой в понимании процесса дегазации для гидрогеологов остается определение особенностей воздействия мантийного источника на гидросферу рифтовых зон: что привносит восходящий флюид в химический, изотопный и газовый состав подземных вод, какой механизм воздействия существует, происходит ли взаимодействие с окружающими породами, фракционирование изотопов и т.д.

Несмотря на существование огромного количества сведений по составу подземных вод и фшоидных включений различных мантийных пород регионов тектонической активности, а также термодинамические исследования по поведению различных элементов в условиях высоких давлений и температур, представления о первичном флюиде, являющемся источником появления на Земле водной оболочки, и механизме формирования ее химического состава далеко не однозначны. В настоящее время можно говорить о следующих ведущих концепциях. Это известные гипотезы о соленом составе исходной гидросферы Виноградова А.П. (1959), Руби В. (1964), Валяшко М.Г. (1971) и стоящая особняком гипотеза о пресном юве-нилыюм океане Грачева А.Ф. и Мартыновой М.А. (1980).

Глава 2. Природные условия формирования подземных вод северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны

С целью определения закономерностей формирования подземных вод различных типов гидрогеологических структур северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны выполнен анализ имеющихся материалов по геологическим, гидрогеологическим и климатическим условиям территории. В главе изложена обобщенная информация о ландшафтных факторах (орографии, гидрографии, климате, почвах и растительности, распространении многолетнемерзлых пород) и геолого-сгрукгурпых условиях территории, включая историю геологического развития и характеристику современных геологических структур.

Глава 3. Структурно - гидрогеологическое районирование и характеристика гидрогеологических структур

В районе СМТ выделяются следующие гидрогеологические структуры: Муяканский бассейн, Северо-Муйский массив и обводненные разломы (Верхнеангарский, Верхнемуй-ский, Ангаракан-Ковоктинский, Перевальный и многочисленные локальные зоны дробления).

Муяканский бассейн. Фундамент бассейна имеет блоковое строение, представлен отложениями архея, протерозоя, кембрия и интрузивными образованиями архейско-протерозойского и палеозойского возрастов. В центральной части бассейна расположена межвпадипная перемычка, сформированная оперяющими разломами северо-восточного направления и вскрытая руслом реки. Кристаллический фундамент перекрыт кайнозойскими отложениями мощностью 1000-1500 м различного генезиса: это речные, озерные отложепия суммарной мощностью 262 м, флювиогляциальные отложения самаровской и зыряновской эпох оледенения, распространенные практически повсеместно (мощность морен на отдельных участках достигает 200 м и более). Глубина сезонного оттаивания в рассматриваемом районе незначительна, поэтому надмерзлотные воды практического интереса пе представляют. Значительная часть подземного стока концентрируется в узких таликовых зонах, развитых в долинах крупных рек, заложенных по зонам тектонических нарушений. Флювиогляциальные отложения имеют высокие фильтрационные свойства, но очень невыдержанны в разрезе, прерываясь прослоями суглинков и пылеватых песков. Дебит отдельных водопроявле-ний достигает 40 л/с, но в основном 3-5 л/с. Воды по химическому составу гидрокарбонат-

но-хлоридпые натриевые, натриево-кальциевые с минерализацией до 0,03 г/дм3. В настоящее время для водоснабжения п. Северомуйск совместно используются воды аллювиальных отложепий средне - верхнечетвертичного возраста и пород коренной основы.

Северо-Муйский массив. В пределах Северо-Муйского массива коренные породы представлены гранитами и гранитоидами, реже гранодиоритами, на некоторых участках оми перекрыты песчано-галечниковыми отложениями плейстоцена и голоцена (галечники, пески, супеси, реже суглинки и глины). Водообилыюсть зоны экзогенной трещиноватости незначительна. Максимальные значения она приобретает в местах слияния с трещиноватостыо эндогенного происхождения. Состояние и параметры подземных вод определяются распространенностью многолетнемерзлых пород, напрямую зависящей от гипсометрического положения. Глубины вскрытия трещинно-грунтовых вод в массиве изменяются от десятков сантиметров до первых десятков метров. Дебиты родников, как правило, не превышают 0,51 л/с; удельпые дебиты скважин составляют сотые - десятые доли л/с. По химическому составу трещинно-грунтовые воды гранитоидов гидрокарбонатпые кальциево-натрисвые или натриево-кальциевые с величиной минерализации 0,01-0,05 г/дм3 (Хлыстов, 1988). Для организации водоснабжения воды мало перспективны; в обводнении подземных сооружений принимают участие совместно с трещинно-жилышми водами зон тектонических нарушений, однако их доля не сопоставима с водами разломов.

Приповерхностные и глубокие обводненные разломы. Трещинно-жильные воды зон разломов выводятся на поверхность нисходящими и восходящими родниками, часто образующими крупные очаги разгрузки линейного или площадного типов. В районе СМТ величина суммарного родникового стока на площади 280 км2 составляет 408,5 л/с, модуль родникового стока 1,46 л/с кмг (Пшшекер, Ясько, 1988). Наиболее крупнодебитные (до 20—100 л/с), как правило, постояннодействующие родники приурочены к зонам главных разрывных нарушений и к узлам их пересечений. С трещинно-жилышми водами связаны проявления слаборадоновых вод, тяготеющих к зоне Муяканского разлома. К системе нарушений Муякан-ского, Ангараканского и Перевального разломов также приурочиваются наиболее контрастные аномалии содержаний гелия в подземных водах, связаш1ые с разгрузкой термальных вод в узлах их пересечений (Итыкитский и Окусиканский очаги разгрузки). Трещинно-жильпые воды вскрыты многими скважинами в районе СМТ и в пределах Муяканской впадины, где они часто обладали значительными напорами (350-400 м). Пьезометрические уровни устанавливались выше поверхности на 30-60 м, а дебит самоизлива достигал 38,5 л/с (Хлыстов, 1988). Обводненность зон разломов высокая и при прочих равных условиях дифференцирована относительно внутреннего строения и состояния пород в пределах зоны дробления тектонического нарушения. Талики наблюдаются по многим разломам и, особенно, в узлах их пересечений. По химическому составу холодные трешшшо-жильные воды зон разломов преимущественно гидрокарбонатные натриево-кальциевые с минерализацией 0,02-0,06 г/дм3. К глубоким же разломам приурочена разгрузка термальных вод, в составе которых повышается содержание сульфатов, фтора и кремнекислоты, а величина минерализации возрастает до 0,19 г/дм3. Трещинно-жилыше воды обводненных разломов имеют ведущее практическое значение для водоснабжения и бальнеологических целей. Однако именно этот тип подземных вод формирует и основные водопритоки в тоннель и дренажную штольню.

Глава 4. Современная обводненность Северо-Муйского тоннеля БАМ

Детальное структурно-гидрогеологическое районирование и гидрогеохимическая типизация. Трасса тоннеля пересекает 3 крупных тектопических блока, которые по условиям формирования подземных вод выделяются как гидрогеологические массивы II порядка, входящие в состав Севсро-Муйского гидрогеологического массива I порядка (рис.1).

Для этого типа структур характерно развитие трещинно-грунтовых подземных вод в зоне экзогенного выветривания. Блоки разделены зонами тектонических нарушений, представляющими собой сгруктуры обводненных разломов со свойственными только им особенностями формирования подземных вод трещинно-жильного типа. Основное влияние на их физико-химические параметры оказывают глубины заложения тектонических нарушений, что обусловливает выделение глубоких и приповерхностных обводненных разломов. В районе

выделяется и третий тип гидрогеологических структур - гидрогеологические бассейны. Они представлены наложенными бассейнами, пространственно приуроченными к аллювиальным отложениям ручьев Вертолетного, Трогового, Безымянного, но непосредственно тоннелем и штольней не вскрываемые. Подземными горными выработками вскрыта крупная структура на западном участке тоннеля - Ангараканская депрессия, представляющая одноименный гидрогеологический бассейн с порово-пластовым типом подземных вод (на рис. 1-№1).

ш> шг га га В5 О6

Рис. 1. Разрез по оси тоннеля. Гидрогеологические структуры: 1 - гидрогеологические бассейны, 2 - зоны обводненных разломов: а - глубоких, б - приповерхностных; 3 - единичные обводненные разломы; 4 - гидрогеологические массивы. Прочие знаки. 5 - ось тоннеля, 6 - зона экзогенной трещиноватости. Примечание. Нумерация выделенных структур приведена в соответствии с таблицей 1.

Вкрест простирания выделенных гидрогеологических структур согласно с осью тоннеля проходит зона Перевального разлома - региональная дрена поверхностных вод, принимающих важное участие в формировании водопритоков в тоннель и штольню. По материалам ранее выполненных работ (Пиннекер, Ясько, 1980; Хлыстов, 1988; Шабынин, 2001), а также исследований с участием автора (Обследование и экспертиза технического состояния СМТ, 2003), в диссертационной работе приведена характеристика подземных вод выделенных гидрогеологических структур и связанные с ними водопригоки в тоннель и штольню (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика подземных вод гидрогеологических структур района СМТ

№ Гидрогеологическая структура 1,°С рн Не, »10'5 см3/дм3 Р", мг/дм3 Н45Ю4, мг/дм3 М, мг/дм3 водо-приток, м3/ч

1 и 2 Ангараканский бассейн и Ан-гаракан-Ковоктинский обводненный разлом 13-19,6 9,3-9,5 62-63 1,9-2,5 20-25 91 -109 500

3 Западный гидрогеологический массив 2,4 - 6,3 7,3-11,6 5-7 0,1-0,7 13-20 26-150 200

4 Зона приповерхностных обводненных разломов (тектоническая зона №4) 3,4 - 4,5 9,4-10,5 5 0,4 - 0,7 13-15 27-38 2500

5 Гольцовый гидрогеологический массив 2-7,8 7,8 -10,6 5-7 0,3-1 15-25 26-86 1000

6 Троговая зона приповерхностных разломов 2-3,4 8,8 5-9 0,4-0,5 15-20 25-44 300

7 Зона приповерхностных обводненных разломов (тектоническая зона №3) 2-3,4 7,2-9,8 5-7 0,2- 0,5 12-20 24-43 800

8 Восточный гидрогеологический массив 1,2-3,2 7,2-9,8 5-18 0,2-5,1 10-25 22-78 200

9 Восточная зона глубоких обводненных разломов 12,1-39 8,3-9,1 176-432 2,9-11,9 25-65 74-163 3000

Результаты гидрогеохимической типизации. Для установления закономерностей формирования и генетических особенностей подземных вод привлечен статистический метод кластер-анализа О- типа, который позволяет выделять классы подземных вод со сходным химическим составом. Статистическая обработка данных химического опробования водо-проявлений СМТ и разведочно-дренажной штольни выполнена для 130 проб по 13 параметрам (рН, Г, Н48Ю4, С1\ СОз2", НСОз", 80Д Са2+, МЁ2+, Кт, Ре3+, N03"). В результате обработки данных химического состава подземных вод выделяется 2 типа подземных вод, отражающих особенности их генезиса:

- атмогенные воды массивов и приповерхностных разломов (тип 1, рис. 2);

- трещинно-жильные воды глубоких разломов с участием глубинной компоненты (тип 2, рис. 2).

Другие группы подземных вод, выделенные кластер-анализом, представляют собой результат смешения подземных вод этих 1 типов с различным долевым участием и Р,Т-условиями (на рис. 2 - типы 3 и 4). Таким образом, в основе типизации лежат не только структурно-гидрогеологические принципы систематизации подземных вод, но и генетические особенности их формирования. Это наглядно проявляется в единстве химического состава подземных вод различных типов структур.

70 60 -50 -

Е

# 40 ■ Е

й 30 -20 -10 -

♦ U

¿trt.

о

-6560 -5560 -4560 -3560 -2560 -1560 -560 440 1440 2440 3440 4440 5440 6440 7440 84Д0 к западному порталу пикеты к восточному порталу

♦ тип 1 ж тип 2 • тип 3 о тип 4

500 1

450 -

400

"s 350

^ 300

? 250 о

Г 200 -Í 150

100 -50 -0

-6560

» * »

« *

-5560 -4560 -3560 -2560 -1560 -560 440 1440 2440 3440 4440 5440 8440 7440 8440 к западному порталу пикеты к восточному порталу ♦ ТИП 1 Д ТИП 2 • тип 3 И ТИП 4

Рис. 2. Результаты статистического кластер-анализа (О-типа) с типизацией подземных вод различных структур района СМТ: тип 1 - подземные воды гидрогеологических массивов и приповерхностных разломов; тип 2 -подземные воды глубоких разломов; тип 3 - смешанные подземные воды глубоких и приповерхностных разломов с преобладающей долей последних; тип 4 - смешанные подземные воды приповерхностных и глубоких разломов с преобладающей долей последних

Так, подземные воды гидрогеологических массивов и приповерхностных разломов выделяются в один тип, объединенные атмогенным происхождением. Подземные воды глубоких разломов выделяются как самостоятельный тип.

Полная интерпретация различий химического состава подземных вод трех типов структур возможна с привлечением результатов физико-химического моделирования. Объект моделирования представляет собой представительное для выделенной структуры водо-проявление, состав которого отражает яркие особенности его формирования.

Глава 5. Физико-химическое моделирование в структурной гидрогеологии

Имитационное термодинамическое моделирование является важным методом познания процессов формирования как природных, так и природно-техногенных вод. Это объясняется тем, что чисто аналитическое воспроизведение их эволюции во времени и пространстве практически невозможно из-за сложности физико-химических превращений в этих системах, а также большого числа связей между ними (Чудненко, 1999).

В настоящей главе приведены сведения об истории развития этого направления, возможностях метода минимизации свободной энергии Гиббса, его достоинствах и недостатках, основных терминах и понятиях, сопровождающих моделирование геохимических процессов.

Моделирование процессов формирования состава подземных вод района СМТ. Для исследования особенностей формирования состава подземных вод, участвующих в обводнении тоннеля и разведочно-дренажпой штольни, использован программно-вычислительный комплекс «Селектор» со встроенным блоком резервуарной динамики, созданный под руководством доктора г.м.-н. И.К. Карпова (ИГХ СО РАН). Термодинамическое моделирование в настоящей работе выполнено для решения следующих задач:

1. Проследить изменение состава атмосферных осадков, фильтрующихся по зонам выветривания и приповерхностных разломов и сопоставить модельный и реальный составы подземных вод, разгружающихся в штольню и тоннель.

2. Воссоздать условия формирования термальных вод и эволюцию их состава по мере восходящего движения к области разгрузки.

3. Оценить деструктивное воздействие подземных вод на горные породы и бетонную обделку тоннеля.

Модель № 1 «подземные воды массивов и приповерхностных разломов». Модель отражает процесс преобразования состава атмосферных осадков в ходе инфильтрации по зонам экзогенной и тектонической трещиноватости приповерхностных разломов и взаимодействия с гранитами конкудеро-мамаканского комплекса раннепротерозойского возраста. На последнем этапе перед разгрузкой подземных вод в тоннель и дренажную штольню их взаимодействие осуществляется с бетонной обделкой подземных сооружений. Модель имитирует проточный реактор - совокупность последовательно связанных потоками водного раствора резервуаров. Такая модель позволяет прослеживать изменяющийся состав равновесных твердых фаз, образующихся при взаимодействии все новых количеств «прокачиваемого» раствора с исходной породой. Таким образом, можно проследить как смену равновесного состава водного раствора, так и равновесных минеральных фаз при условии постоянного валового состава исходной породы. Это позволяет совместить в одном исследовании процессы выветривания и формирования подземных вод.

Резервуар 1 расположен в зоне экзогенной трещиноватости гранитов, открыт по отношению к атмосфере. Температура в резервуаре 4°С, давление 1 бар. Соотношение во-да.порода = 1:0,000001. Резервуар 2 характеризует глубокий участок массива, с ограниченным доступом атмосферы и представляет собой зону дробления приповерхностного разлома. Температура, давление и состав гранитов те же, соотношение вода:порода составляет 1:0,00001. Резервуар 3 представляет бетонную обделку тоннеля или штольни; в резервуаре присутствует атмосфера. Температура и давление те же, соотношение вода:бетон составляет 1:0,00002. Резервуар 4 имитирует обстановку тоннеля, заполнен атмосферой. Температура и давление 4°С и 1 бар, соответственно.

Настоящая многорезервуарная модель сформирована в таком варианте, когда все новые и новые порции атмосферных осадков проходят по одним и тем же резервуарам. Осо-

бенностью моделируемой системы является высокая степень трещиноватости пород, поэтому па каждом цикле вода фильтруется по густой сети трещин, взаимодействуя на каждом новом цикле с некоторым количеством неизмененной породы (0,001% от исходного количества породы). Такая структура потоков вещества в модели позволяет добиться стабильности состава подземных вод, фиксируемых в тоннеле и штольне, а также практически полного соответствия новообразованных минеральных ассоциаций, наблюдаемых в тоннеле. Используемый подход позволяет наблюдать процесс в определенной, четко зафиксированной динамике, которая соответствует реальной обстановке Северо-Муйского массива.

Формирование состава подземных вод, по результатам моделирования, практически стабилизируется после прохождения резервуаров 1 и 2. Влияние бетона (резервуар 3) на состав воды проявляется лишь в увеличении Са+, НСО'з и рН, что естественно приводит и к некоторому разрушению самой бетонной обделки Тем не менее, бетон оказывается барьером на пути движения высокоагрессивных вод. Основным источниками химических элементов в резервуарах 1 и 2 являются горная порода и атмосфера, причем атмосфера поставляет в раствор углекислоту и, таким образом, именно атмосфера обеспечивает подземные воды НСО'з и СО'з. Увеличение содержания НСО'з и СО'з с продвижением воды по резервуарам объясняется повышением общей минерализации и рИ раствора и, следовательно, большей растворимостью элементов (51, НСО'з, Са+, и в и др.). Причем концентрация увеличивается по мере взаимодействия с гранитами, а Са+ и Ма+ - вследствие взаимодействия с бетоном.

Физико-химическое моделирование показало высокую сходимость результатов с общепринятыми представлениями о стадиях гипергеиного преобразования пород при взаимодействии с атмогенными водами с образованием гидрогенно-минералъных комплексов (Ры-женко, 1996; Шварцев, 1998). На первых стадиях взаимодействия (первый резервуар - гранитная система) образуются гиббеит, иллит, кварц, при переходе во второй резервуар (та же гранитная система, только с шраниченным доступом атмосферы) формируются каолинит, тальк и иллит. Эти минералы - типичные спутники зоны гипергепеза. В третьем резервуаре (бетонная система) в качестве твердых фаз фиксируются кварц, иллиты, тальк, небольшое количество каолинита и примеси гидроапатита. Четвертый резервуар, изначально пустой, принимает водный раствор, из которого выпадают следующие минералы: кварц, иллиты, незначительное количество гидроапатитов.

Результаты моделирования адекватно описывают обстановку района СМТ, что подтверждает согласованность модельного и реального составов воды в четвертом резервуаре (рис. 3). Важным выводом является то, что гранит оказывается менее устойчивым по сравнению с бетоном, что проявляется в значительно большем количестве выносимого вещества в результате взаимодействия.

5.0Е-04

1.0Е-04

□ модельный раствор 2 | о

В реальный раствор

Рис. 3. Сопоставление реального и модельного составов водного раствора в резервуаре 4 (тоннеле)

Модель № 2 «подземные воды глубоких разломов». Модель имитирует процесс формирования термальных вод в результате нагревания атмогенных вод на значительных глубинах с последующей разгрузкой в тоннеле. По данным Голубева В.А. (2007) глубина формирования термальных вод района СМТ составляет 4,4 км, давление и температура на этой глубине согласно работе Карпова И.К. (1998) определены в 1000 бар и 82°С, соответственно. Вмещающие породы представлены гранитами конкудеро-мамаканского комплекса ранне-протерозойского возраста того же состава, что и граниты в модели №1. Для контроля модельного состава использован реальный состав термальных вод, разгружающихся на восточном портале СМТ (ПК 7861).

Резервуар 1 представлен зоной дробления гранитов глубокого разлома, в который поступает вода, по составу отвечающая подземным водам типа №1. Температура в резервуаре составляет 82°С, давление 1000 бар. соотношение вода:порода 1:0,001, резервуар закрыт по отношению к атмосфере. Резервуар 2 представляет бетонную обделку тоннеля или штольни. Температура в нем 39°С, давление 1 бар, влияние атмосферы ограничено, соотношение во-да;бетон равно 1:0,0003. Резервуар 3 имитирует обстановку тоннеля, заполнен атмосферой. Температура и давление в нем 39°С и 1 бар, соответственно. Подвижностью обладает одна фаза - водная, которая последовательно проходит от резервуара 1 до 3. Модель реализована в цикличном варианте.

Исследования поведения термальных вод показали, что опи обладают большей химической активностью па первых стадиях взаимодействия с гранитом по сравнению с холодными атмогенными водами, что проявляется в повышенной растворимости кальция, натрия. Значительную роль при этом играют и РТ-условия резервуара 1 (Р 1000 бар, 1 82°С). Агрессивность подземпых вод наиболее ярко проявляется при взаимодействии с породами (резервуар 1), а после перехода раствора в резервуар 2 (бетон) состав воды практически не изменяется, что говорит о том, что водный раствор поступает уже насыщенным и химически иперт-ным. Тем не менее, разрушение бетона происходит, о чем свидетельствует образование кальцита.

Процесс эволюции водного раствора при его нагревании в гранитах на большой глубине, взаимодействии с бетонной обделкой и остывании сопровождается преобразованием и вмещающей породы. В резервуаре 1 с высокой температурой и давлением образуются значительные количества кварца, меньшие количества слюды, цоисита, иллита и талька, примеси гидроапатита. Все формирующиеся в первом резервуаре минералы являются результатом гидротермального воздействия раствора на граниты. Во втором резервуаре ведущим также является кварц; спецификой резервуара выступает кальцит, формирование которого связано с процессом взаимодействия термального раствора с бетоном. Кроме того, из раствора выпадают незначительные количества талька, мусковита, парагонита и пиролюзита. Формирование кальцита и кварца во втором резервуаре модели подтверждается наблюдениями сталактитовых и натечных форм в тоннеле.

Сталактитовые новообразования являются результатом выпадения углекислой извести из насыщенных растворов, которые при нависании в виде капель с потолка в результате испарения теряют воду, пересыщаются и выделяют коллоидальные или тонкодисперсные осадки в виде натечных масс, постепенно твердеющих. По результатам минералогического, рентгено-структурного анализов (Институт земной коры СО РАН), а также химического и силикатного анализов (Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН) новообразования в тоннеле представлены кальцитами, с небольшими примесями кварца, в некоторых случаях глинистой фазы, доломита, соединениями стронция и железа. Такая согласованность свидетельствует об адекватности модели.

Однако результаты моделирования показывают неполную согласованность составов модельного и реального растворов термальной воды, разгружающейся в тоннеле - резервуаре 3. По величине минерализации, рН и основным макрокомпонентам расхождений нет. Значительная разница наблюдается по Б и 1л, содержания которых в реальном растворе зиачотель-но превышают их количества в модельном (рис. 4).

Состав гранита не обеспечивает достаточного перехода этих компонентов в водный раствор. Возможно, природный процесс более сложен и в модели не учтены некоторые фак-

торы. Сложно объяснить избыток Б и 1л в реальной воде но сравнению с модельной. Согласно модели, граниты не могут обеспечить переход этих элементов в тех количествах, которые фиксируются в термальных подземных водах, а сомневаться в адекватности модели нет оснований. Правильность модели проверена не только согласованностью по всем остальным компонентам модельного и реального растворов, но и близостью параметров с водой Окуси-канского термального источника, сдренированного после строительства тоннеля. По данным Ломоносова И.С. (1977) его минерализация составляла 320 мг/дм3, содержание кремниевой кислоты 53 мг/дм3, а рН 7,2. Практически такими же параметрами обладает модельный раствор после первого резервуара, еще не вступивший во взаимодействие с бетоном: минерализация 293 мг/дм , Н(5104 64 мг/дм3, рН раствора выше — 8,6, ко она снижается при взаимодействии с атмосферой. Такая согласованность подтверждает правильность модели, а также свидетельствует о значительном преобразовании исходного раствора при переходе во второй резервуар вследствие снижения температуры и давления. Термальные воды, разгружающиеся на ПК 7861, характеризуются существенно более низкой минерализацией - 193 мг/дм3 и высокой рН - 9,1, содержание кремниевой кислоты 60 мг/дм3, близкими параметрами обладает и модельный раствор.

Рис. 4. Сопоставление модельного и реального составов термального водного раствора

Возможным объяснением является существование дополнительного источника формирования подземных вод, обеспечивающего привнос ряда микрокомпонентов в количествах, покрывающих разницу между модельным и реальным составами термальных водах зон глубоких разломов. Таким источником в рифтовой геодинамической обстановке может являться подкоровый глубинный флюид, состав и свойства которого на данном этапе развития научного мировоззрения однозначно еще не определены и характеризуются противоречиво. Тем не менее, полученные результаты являются еще одним свидетельством уникальности трещинно-жильных вод глубоких разломов.

Моделирование процесса разрушения бетонной обделки. Наряду с высокой обводненностью тоннеля, важной проблемой эксплуатации является разрушение бетонной обделки тоннеля на участках высачивания подземных вод, которые приобретают несвойственное им высокое значение рН (до 9-10). Одной из задач настоящей работы являлось исследование и оценка процесса воздействия подземных холодных и термальных вод на бетонную обделку тоннеля и сравнение его интенсивности с процессом разрушения гранитов при взаимодействии с этими же водами.

В Северо-Муйском тоннеле наиболее вероятен 1 тип коррозии бетона (по Москвину, 1971), который характеризуется растворением цементного камня под действием мягких вод. Основным агрессивным агентом в этом случае выступает углекислота Н2СО3. Однако несмотря на то, что подземные воды района СМТ классифицируются как гидрокарбонатные, а значит, потенциально агресссивные по углекислоте, диапазон значений рН подземных вод не позволяет ей существовать в такой форме (Н2СО3) и приводит к диссоциации углекислоты на компоненты НСОз' и ЕГ, практически неагрессивные к бетону. Таком образом, для СМТ основными агентами разрушения бетона являются гидростатический напор, достигающий 50 атм (тектоническая зона №4), высокие скорости движения воды (до 2500 м/сут) и, в меньшей мере, углекислота. Время контакта трещинно-жильных вод с тампонажными пробками раз-

ломных зон и обделки тоннеля невелики, по этой причине следует ожидать не самозалечивания фильтрационных каналов, а, наоборот, увеличения их размеров со временем (Обследование и экспертиза технического состояния СМТ, 2003). Об этом же свидетельствует и увеличение пористости, которая уже составляет 22,6%.

На базе разработанных и рассмотренных выше моделей формирования подземных вод были созданы модели взаимодействия в системе «бетон-вода», «гранит-вода» при различных температурах (4°С и 39°С). Во взаимодействии с 1 кг воды участвует от 10 г до 0,00001 г твердого вещества. Целью такого сравнительного моделирования была оценка агрессивного воздействия подземных вод как на бетонную обделку, так и на гранит.

Модель №3.1 «бетон — вода» при t 4 "С и 39"С представляет собой простую одноре-зервуарную систему, в которой находится бетон и вода при температуре 4°С и давлении 1 бар, что соответствует условиям тоннеля на «холодном участке» - в его центральной части. Состав воды отвечает усредненному составу подземных вод инфильтрационного происхождения (модель №1), состав бетона соответствует реальному. Эта же модель рассмотрена при температуре 39°С, что отвечает условиям на принортальных участках тоннеля, где разгружаются термальные воды. В этом варианте состав холодных инфильтрационных вод заменен на состав воды ПК 7861 (разгружающиеся термальные воды). По результатам моделирования состава подземных вод (модели №1 и №2) во взаимодействии с 1 кг воды участвует от 0,02 г до 0,3 г бетона. Минерализация растворов в таких условиях составляет 129 мг/дм3 при воздействии холодных вод (4°С) и 199 мг/дм3 при воздействии термальных вод (39°С), рН растворов - 8,4 и 8,6, соответственно, что отвечает параметрам реальных растворов.

Модель № 3.2. «гранит-вода» при t 4°С и 39"С характеризуется теми же параметрами, что и модель № З.1., но с заменой бетона гранитом. При тех же соотношениях вода:твердое вещество минерализация достигает уже 162 мг/дм3 в системе «гранит - холодные воды», и 280 мг/дм3 при воздействии термальных вод, рН растворов составляет 8,4 и 8,8, соответственно.

Изменение минерализации воды при взаимодействии с различным количеством бетона, гранита и различных температурах представлены на рис.5. На графиках видно, что при взаимодействии с 1 кг воды 0,02-0,3 г твердого вещества (что соответствует условиям тоннеля (белое поле)) при некоторых соотношениях вода:твердое вещество (серое поле) разрушение гранита идет интенсивнее, чем бетона, о чем свидетельствует большая минерализация раствора после взаимодействия с гранитом, а значит и больший вынос элементов из породы.

4°С

39еС

500 450 400 ; 350 300 ' 250 200 150 100 50

I ' I

3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 степень взаимодействия, KSI

- минерализация раствора в системе "бетон-вода"

- минерализация раствора в системе "гранит-вода"

"Г

—-")■•■ Г' Ï ! ' - —Г Г' 1

3.8 3.6 3.4 3.2 3 2.8 2.6 2.4 2.2 2 степень взаимодействия, KSI

- минерализация раствора а системе "бетон-вода"

- минерализация раствора в системе "гранит-еодз"

Рис. 5. Сравнительная характеристика водного раствора в результате взаимодействия в системах «бетон - вода» и «гранит-вода» при 4°С и 39°С.

Таким образом, количество растворенного материала, выносимого водой из гранита, почти в 1,5 раза больше, чем из бетона. Интенсивному разрушению гранита способствует

также и его высокая раздробленность в зонах тектонических нарушений, которые тяготеют к флангам тоннеля, где разгружаются термальные воды, что отражается в модели. Это явление также фиксируется и на графиках: при взаимодействии с термальными водами область интенсивного разрушения гранитов расширяется, как возрастает и величина минерализации раствора. Важно отметить, что в данных моделях не учтены те специфические добавки в бетоне, которые увеличивают его водонепроницаемость и прочность, а их значение, без сомнения, велико, и степень разрушения бетона, вероятно, будет еще ниже.

Еще одним подтверждением вывода о большей устойчивости бетона является анализ полей устойчивости вторичных твердых фаз, выпадающих из раствора при различных степенях протекания реакции в моделях «бетон-вода» и «гранит-вода». Основными минералами, формирующимися в результате взаимодействия бетона с водой, выступают кальцит, кварц, пирофиллит и клинокоисиг. Если кальцит является прямым следствием разрушения бетона и нарушения его прочности, то клинокоисит - клинкерный минерал, «залечивающий» создаваемые пустоты. Из гранита же в больших количествах выносятся кварц, мусковит, кальцит и пирофиллит, которые являются «каркасом» породы.

Постоянный вынос материала из породы приводит к образованию неустойчивых участков и пустот, бетон теряет свое естествешюе крепление и разрушается под лето- и гидростатическим напорами; важную роль, безусловно, играет и сам процесс его взаимодействия с подземными водами. В этом случае становится ясным, что с позиций химико-технологических мероприятий проводимые профилактические меры локального характера не могут остановить этот процесс. Так, на протяжении нескольких лет организацией «Бам-тоннельстрой» выполнялся ряд мероприятий для восстановления обделки и предотвращения процесса коррозии: тампонаж холодных швов и отдельных течей, тампонаж по сетке, поверхностная гидроизоляция. Однако ожидаемого результата эти мероприятия не принесли. Обводнешюсть тоннеля остается на прежнем высоком уровне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Структурно-гидрогеологический анализ и результаты количественной оценки водо-притоков позволили осуществить их дифференциацию, провести детальное гидрогеологическое районирование и установить, что основная современная обводненность СМТ связана с разгрузкой трещинно-жильпых вод приповерхностных и глубоких разломов. Особые условия обводнения существуют в интервале Ангараканской депрессии, где в формировании водопротоков принимают участие порово-пластовые воды одноименного бассейна и трещинно-жильные воды Ангаракан-Ковоктинского обводненного разлома.

По результатам выполненных химико-аналитических исследований с использованием совремешшх высокочувствительных методов произведена типизация составов подземных вод и установлены контрастно выделяющиеся зоны разгрузки трещннно-жильных термальных вод разломов глубокого заложения, характеризующиеся аномально высокими содержаниями сульфатов, Не, р, что свидетельствует о возможном участии в их формировании подкоровых компонентов. Дальнейшая статистическая обработка данных методом кластер-анализа позволила выделить типы подземных вод района СМТ, отличающиеся особенностями их генезиса. .

Результаты численного моделирования процессов формирования подземных вод массивов и приповерхностных разломов заключаются в установлении зависимости степени изменения состава фильтрующихся вод от степени протекания реакции в системе «вода-порода». Моделирование процессов формирования термальных вод зон глубоких разломов, рассматриваемых по схеме нагревания атмогенных вод на глубине порядка 4 км при давлении 1000 бар, их подъема и разгрузки в дренажной штольне, показало, что состав гранитов не способен обеспечить переход необходимого количества некоторых микрокомпонептов в подземные воды. При этом макрокомпонентпый состав модельных термальных вод полностью соответствует реальному составу подземных вод на ПК 7861 и воде Окусиканского источника, что еще раз свидетельствует об участии в их формировании подкоровой глубинной составляющей.

На основании термодинамического моделирования установлено, что подземные воды Северо-Муйского тоннеля при прочих равных условиях обладают более деструктивным воздействием на вмещающие породы, чем па бетонную обделку тоннеля. Постоянный вынос материала из породы приводит к образованию неустойчивых участков и пустот, бетон теряет сцепление с породой и разрушается под лито- и гидростатическим напорами. Возможным вариантом решения проблемы может служить внешняя гидроизоляция бетонной обделки путем нагнетания органических полимеров высокой вязкости в разломиые зоны гранитов. Однако это требует специальных дополнительных исследований.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Алтышшкова МЛ., Диденков Ю.Н. Гидрогеологические структуры северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2005.- С.231-236.

2. Алтыппикова МЛ., Диденков Ю.Н. Условия формирования современных гидротерм района Северо-Муйского тоннеля БАМа // Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири. -Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2005. - С.7-13.

3. Верхозин И.И., Тугарина М.А., Диденков Ю.Н., Шабынин Л.Л., Реуцкая A.M., Алтыппикова МЛ., Легун А.Ю. Условия обводненности Северомуйского тоннеля // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. № 4 (8), 2005. - С. 152-159.

4. Алтышшкова МЛ. Роль геодинамического фактора в эволюции структурно-гидрогеологических условий (на примере северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны) // Строение литосферы и геодинамика (матер. XXI Всеросс. молод, конф.). - Иркутск: изд-во ИЗК СО РАН, 2005. - С.211-212.

5. Диденков Ю.Н., Мартынова М.А., Бычинский В.А., Ломоносов И.С., Алтыппикова М.А. Влияние геодинамического режима на формирование преспых природных вод Байкальского региона // Проблемы водных ресурсов, геотермии и геоэкологии (матер. Междунар. науч. конф.). - Минск: изд-во ИГиГ HAH Беларуси, 2005. - С.86-88.

6. Диденков Ю.Н., Бычинский В.А., Ломоносов И.С., Мартынова М.А., А.тгынникова МЛ. Роль глубинных флюидов в формировании современной гидросферы Байкальского региона // Гидрогеология в начале XXI века (матер, междунар. науч. конф ). - Новочеркасск: изд-во «Темп» ЮРГТУ, 2006. - С.35-38.

7. Диденков Ю.Н., Бычинский В.А., Ломоносов И.С., Мушаков A.A., Алтынникова МЛ. Водно-углекислая современной дегазации земли в Байкальской рифтовой зоне // Подземная гидросфера (матер, всеросс. совещ. по подз. водам Востока России. — Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2006. - С.29-32.

8. Алтынникова МЛ., Коптева A.B. Формирование пресных подземных вод как закономерный этап эволюции Байкальской рифтовой зоны // Новые идеи молодежи в науках о Земле (матер. 1П межвуз. конф. молод, уч. и студ ). - Москва: «Геоинформмарк», 2006. - С.83-88.

9. Диденков Ю.Н., Ломопосов И.С., Алтынникова М.А., Шолохов П.А. Газогидраты и пресноводная гидросфера Байкальской впадины // Новые идеи в науках о Земле (матер. 8 междунар. конф.). -М.: ГЕОС, 2007. - С. 15-19.

10. Диденков Ю.Н., Бычинский В.А., Ломоносов И.С., Алтышшкова М.А. О генетической систематизации природных вод Байкальского рифта// Проблемы геохимии эндогенных процессов и окружающей среды (матер, всеросс.науч. конф). - Иркутск: изд-во Ин-та географии им. В.Б. СочавЫ СО РАН. - Т. 1. - С. 155-158.

11. Алтынникова МЛ. Роль структурно-гидрогеологических факторов в формировании подземных вод райопа Северо-Муйского тоннеля // Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование, ч. 1: Водохозяйственные проблемы (матер, всеросс. науч,-практ. конф. с междунар. уч.). - Оренбург, Пермь, 2008. - С.75-81.

12. Алтынникова МЛ., Диденков Ю.Н. Закономерности формирования подземных вод района Северо-Муйского тоннеля БАМ // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. - Выпуск 6(32). - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2008. - С.152-161.

13. Бычинский В.А., Диденков Ю.Н., Ломоносов И.С., Алтынникова М.А. Преобразование углеводороных флюидов в Байкальской рифтовой впадине // Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагепезисы (матер, всеросс. коиф.). - М.: ГЕОС, 2008. - С.79-81.

14. Диденков Ю.Н., Бычинский В.А., Ломоносов И.С., Алтынникова М.А., Пшенникова Н.А. Обоснование возможности существования глубинного источника прссноводности гидросферы Байкальского региона // Приоритеты и особенности развития Байкальского региона (материалы Ш междунар. научно-пракг. копф. - Улан-Удэ: изд-во Бурятского научного центра СО РАН, 2008. - С.242-244.

Подписано в печать 16.03.10. Формат 210x147 1/16. Бумага писчая белая. Печать RIZO .Усл.печ.л.1. Отпечатано в типографии ИП Овсянников A.A. Тираж 100 экз. Заказ № 71

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Данилова, Мария Александровна

Введение

Глава 1. Особенности формирования подземных вод в кайнозойских рифто- 9 вых структурах

Глава 2. Природные условия формирования подземных вод северо- 26 восточного фланга Байкальской рифтовой зоны

2.1. Ландшафтные факторы

2.1.1. Орография

2.1.2. Гидрография

2.1.3. Климат

2.1.4. Почвы и растительность

2.1.5. Распространение многолетнемерзлых пород

2.2. Геолого-структурные условия

2.2.1. История геологического развития

2.2.2. Характеристика современных геологических структур

Глава 3. Структурно - гидрогеологическое районирование и характеристика гидрогеологических структур

3.1. Основные типы гидрогеологических структур

3.1.1. Гидрогеологические бассейны •

3.1.2. Гидрогеологические массивы

3.1.3. Обводненные разломы

3.2. Особенности формирования подземных вод района Северо- 75 Муйского тоннеля БАМ

3.2.1. Муяканский бассейн

3.2.2. Северо-Муйский массив

3.2.3. Приповерхностные и глубокие обводненные разломы

Глава 4. Современная обводненность Северо-Муйского тоннеля БАМ

4.1. Конструктивные особенности инженерного сооружения

4.2. Детальное структурно-гидрогеологическое районирование и гидро- 102 геохимическая типизация

Глава 5. Физико-химическое моделирование в структурной гидрогеологии

5.1. Моделирование гидрогеохимических процессов

5.2. Моделирование процессов формирования состава подземных вод 130 района Северо-Муйского тоннеля

5.2.1. Исходные данные для построения модели

5.2.2. Модель №1 «подземные воды массивов и приповерхностных раз- 136 ломов»

5.2.3. Модель № 2 «подземные воды глубоких разломов»

5.3. Моделирование процесса разрушения бетонной обделки

5.3.1. Модель №3.1 «бетон - вода» при 14°С и 3 9°С

5.3.2. Модель № 3.2. «гранит-вода» при 14 °С и 39 °С 157 Заключение 162 Список литературы 166 Приложения

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Структурно-гидрогеологический анализ и физико-химическое моделирование процессов формирования подземных вод района Северо-Муйского тоннеля БАМ"

Процессы и закономерности формирования подземных вод в рифтовых структурах остаются до настоящего времени слабоизученными. А именно в них по глубоким тектоническим зонам осуществляется обмен веществом между поверхностью Земли и мантией; происходят наиболее существенные геологические процессы: современная вулканическая деятельность, высокая сейсмичность, повышенные значения тепловых потоков и гидротермальная активность. В результате создаются особые структурно-гидрогеологические условия, протекают специфические физико-химические процессы и формируются растворы, не существующие ни в каких других геотектонических об-становках. Подземные воды рифтовых структур являются специфичными в силу того, что их количественные и качественные характеристики на современном этапе развития рифта невозможно объяснить только существующими геолого-структурными и климатическими особенностями. Своими особенностями они обязаны соответствующему этапу эволюции рифтовой зоны, в отличие от атмогенных вод, существующих без влияния процессов рифтообра-зования. Выяснение механизма формирования природных вод в рифтовых условиях и определение роли эндогенной составляющей в этом процессе позволит объяснить специфику химического состава как подземных, так и поверхностных вод.

В последние годы роль флюидного режима в литосфере рассматривается в широком спектре геологических процессов - от геодинамических до гидросферных. Вопросы происхождения флюидов, возможности поступления флюида и воды в земную кору из мантии, количество и состав эндогенной фазы остаются остро дискуссионными.

Выбор северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны в качестве объекта исследований объясняется приуроченностью к данному региону Северо-Муйского тоннеля (СМТ), сложнейшего участка трассы Байкало

Амурской магистрали (БАМ), который является уникальным объектом для непосредственного изучения процессов формирования подземных вод на значительных глубинах. Его высокая обводненность термальными и холодными подземными водами, изучение геологических процессов на глубинах до 300 м дают богатый фактический материал и обширные возможности для исследований. В то же время, именно обводненность является главной проблемой эксплуатации тоннеля, требующей решения.

Северо-Муйский тоннель — уникальное инженерное сооружение по многим показателям своего проектирования и строительства. По протяженности (15 км 343 м) он является самым длинным тоннелем в России и шестым — в мире. Трасса его считается одной из сложнейших в истории мирового тоннелестроения, так как пролегает в породах разной степени крепости, рассеченных многочисленными зонами разломов мощностью от 2 до 50 м с водопритоками от 10 до 1000 м /час, с напором воды до 4 МПа и колебаниями температуры воды от + 3 до + 50°С. Строительство тоннеля началось в 1978 году, а сбойка произошла лишь в 2001. До момента сооружения тоннеля поезда следовали по обходной железнодорожной ветке длиной 54 км (рис. 1, 2), что сопровождалось большими расходами по содержанию пути и обеспечению безопасности движения, перепробег поездов при этом составлял 33 км, а общие ежегодные издержки в ценах 2003 года достигали 15 млн. руб. в год. Кроме того, эксплуатация Северо-Муйского тоннеля дает возможность отказаться от двойной тяги, переведя движение поездов с высокогорной трассы обводного пути. Именно поэтому решение проблемы высокой обводненности тоннеля в настоящее время является актуальной.

Цель работы заключается в установлении процессов формирования подземных вод в рифтовых геодинамических условиях района Северо-Муйского тоннеля БАМ; определении особенностей распределения водопри-токов и выявлении причин деструкции бетонной обделки тоннеля.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проанализирована история геологического развития северо-восточного фланга Байкальской рифтовой зоны (БРЗ).

2. Выполнено разномасштабное структурно-гидрогеологическое районирование региона исследований.

3. Проведена типизация подземных вод района исследований по их составу, в том числе, детальная - района Северо-Муйского тоннеля БАМ.

4. Выполнено термодинамическое моделирование процессов формирования подземных вод в различных гидрогеологических структурах.

5. Построены термодинамические модели систем «гранит-вода» и «бетонвода».

Рис. 1 Железнодорожный серпантин в обход Северо-Муйского тоннеля

Исходные материалы и вклад автора в решение проблемы. Работа выполнена на базе современного структурно-гидрогеологического анализа с привлечением физико-химического моделирования (программный комплекс «Селектор», разработанный в институте геохимии СО РАН под руководством доктора г.-м.н. Карпова И.К.). В ходе работы автором проводились полевые наземные и подземные исследования в Северо-Муйском тоннеле и разведочно-дренажной штольне, сопровождавшиеся детальными гидрометрическими рабогами и отбором проб воды, пород и новообразований. Макро-и микрокомпонентный анализы природных вод, в том числе ICP-MS, выполнялись в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (Иркутск). Статистическая обработка результатов химических анализов с целью типизации подземных вод района исследований проводилась с использованием программы «Кластер-анализ».

Рис. 2 Обходной железнодорожный путь

Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей формирования подземных вод района и особенностей современной обводненности СМТ; разработке типизации подземных вод по химическому составу, подкрепляющей выполненное детальное структурно-гидрогеологическое районирование; определении роли глубоких разломов в формировании подземных вод и уточнении генезиса термальных трещинно-жильных подземных вод района СМТ, а также выявлении причин неустойчивости бетонной обделки тоннеля на основе результатов имитационного термодинамического моделирования.

Защищаемые положения. 1. В районе Северо-Муйского тоннеля установлено два типа подземных вод, отражающих особенности их генезиса. Первый тип объединяет подземные воды атмосферного происхождения гидрогеологических массивов, бассейнов и приповерхностных разломов; второй - это трещинно-жильные воды глубоких разломов, принципиально отличающиеся по температуре и химическому составу в связи с иными условиями образования. Основная современная обводненность тоннеля связана с разгрузкой трещинно-жильных вод приповерхностных и глубоких обводненных разломов.

2. Формирование состава подземных вод массивов, бассейнов и приповерхностных разломов обусловлено процессами взаимодействия в системе «атмогенные воды - породы гранитного состава» и сопровождается образованием минералов зоны гипергенеза. В формировании термальных вод принимает участие глубинная компонента, что проявляется в их температуре и высоких содержаниях сульфатов, Не, F, Li. Состав гранита при существующих скоростях фильтрации не способен обеспечить переход в подземные воды фиксируемых количеств этих компонентов.

3. Основная причина неустойчивости бетонной обделки тоннеля заключается в более интенсивном разрушении гранитов, по сравнению с бетоном, в результате взаимодействия с подземными водами с образованием новых гидрогенно-минеральных комплексов. Для снижения обводненности тоннеля необходимо использование клинкерного материала, способного после взаимодействия с подземными водами образовывать минеральный парагенезис, экранирующий обделку тоннеля.

Практическая значимость. Дифференцированы водопритоки на основании гидрометрических замеров в тоннеле и разведочно-дренажной штольне, выявлена ведущая роль трещинно-жильных вод в обводнении СМТ, что позволяет целенаправленно осуществлять мероприятия по водоотливу, снижению гидростатических напоров и сохранению бетонной обделки. Проведена гидрогеохимическая типизация подземных вод, подтверждающая выделение трещинно-жильных вод глубоких разломов в отдельный класс, ярко отличный от подземных вод массивов и приповерхностных разломов. Определены причины разрушения бетонной обделки.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири» (Иркутск, 2001, 2005), на ежегодных научно-технических конференциях факультета геологии, геоинформатики и геоэкологии ИрГТУ (Иркутск, 2003, 2005, 2006), на XXI Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2005), на Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Г.В. Богомолова (Минск, 2005), на III Межвузовской конференции молодых ученых и студентов «Молодые - наукам о Земле» (Москва, 2006), на семинаре стипендиатов программы DAAD «Михаил Ломоносов» (Бонн, Германия, 2006), на Всероссийской научной конференции памяти академика Л.В.Таусона (Иркутск, 2007), на III Международной научно-практической конференции, посвященной году планеты Земля и 85-летию Республики Бурятия (Улан-Удэ, 2008), на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование» (Оренбург, 2008).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 работах, в том числе 4 статьи в научно-технических сборниках, из них 1 в рецензируемом издании из перечня ВАК, 10 статей в сборниках по материалам конференций, среди них 4 международных, 5 всероссийских и 1 региональная.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения и 5 приложений. Объем работы составляет 178 стр. текста, в том числе 50 рисунков и 21 таблица. Список литературы включает 187 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Данилова, Мария Александровна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнено детальное структурно-гидрогеологическое районирование в условиях Северо-Муйского тоннеля, выделены три типа гидрогеологических структур: гидрогеологические массивы, гидрогеологические бассейны и обводненные разломы с присущими им типами подземных вод и особенностями их формирования. Подтверждается факт, что основная современная обводненность Северо-Муйского тоннеля связана с разгрузкой трещинно-жильных вод приповерхностных и глубоких разломов. Это обусловлено местонахождением тоннеля в пределах Байкальской рифтовой зоны, характеризующейся высокой сейсмической активностью, которая, в свою очередь, является причиной постоянных подвижек тектонических блоков по зонам разломов, локализующих водопритоки. Особые условия обводнения существуют в интервале Ангараканской депрессии, где в формировании водопритоков принимают участие порово-пластовые воды одноименного бассейна и тре-щинно-жильные воды Ангаракан-Ковоктинского обводненного разлома. До проходки тоннеля и штольни этот интервал представлял собой зону дробления регионального Ангаракан-Ковоктинского разлома, перекрытого с поверхности аллювиальными отложениями долин рек Итыкит и Ангаракан. В процессе проходки произошел колоссальный вынос водно-грунтовой массы из разломной зоны и заполнение освободившегося пространства поверхностными четвертичными отложениями, что привело к образованию так называемой Ангараканской депрессии. Суммарные водо-притоки в разведочно-дренажную штольню в настоящее время достигают 13400 м3/ч.

На основе структурно-гидрогеологических и гидрогеохимических данных осуществлена систематизация подземных вод района и выявлены основные закономерности формирования подземной гидросферы исследуемого региона. Установлено существование двух типов подземных вод, отражающих особенности их генезиса: первый тип объединяет подземные воды гидрогеологических массивов и приповерхностных разломов, второй тип - это трещинно-жильные воды глубоких разломов. Трещинно-жильные термальные воды глубоких разломов принципиально отличаются от подземных вод первого типа по химическому составу в связи с иными условиями образования. Определяющими факторами выступают температура, глубина формирования, а также возможное влияние мантийной составляющей, что проявляется в высоких содержаниях сульфатов, Не, F, Li. Подземные воды гидрогеологических массивов, бассейнов и приповерхностных разломов, благодаря атмоген-ному происхождению растворителя, могут быть объединены в один тип.

Для исследования особенностей формирования состава подземных вод, участвующих в обводнении тоннеля и разведочно-дренажной штольни, а также для решения проблемы деструкции бетонной обделки, использовался программный комплекс имитационного физико-химического моделирования «Селектор», созданный в Институте геохимии СО РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук И.К. Карпова. По результатам численного моделирования процесса формирования подземных вод массивов и приповерхностных разломов их состав обусловлен процессами взаимодействия в системе «атмогенные воды - породы гранитного состава» и сопровождается образованием минералов зоны гипергенеза. При этом эволюция состава фильтрата при движении вглубь массива проявляется в увеличении рН, что сказывается на растворимости Si, НСО3, Ca, Na и S и др. и зависит от скорости фильтрации (степени протекания реакции). Главный вывод сводится к установлению зависимости степени изменения состава фильтрующихся вод от степени протекания реакции. Чем выше скорость фильтрации, тем меньше степень протекания реакции, выражающаяся в меньших преобразованиях состава фильтрата. Обращает внимание тот факт, что концентрации компонентов в разгружающихся в тоннель и штольню подземных водах мас-совов и приповерхностных разломов полностью укладываются в диапазон колебаний содержаний элементов в фильтрате, полученном при моделировании. В целом он оказывается маломинерализованным, недонасыщенным и способным к агрессивному выщелачивающему воздействию на обделку тоннеля.

Моделирование процесса формирования термальных вод зон глубоких разломов, рассматриваемый по схеме нагревания атмогенных вод на глубине около 4 км при давлении 1000 бар, подъема и разгрузки в дренажной штольне, показало, что состав гранитов не способен обеспечить переход необходимого количества F и Li в подземные воды, что свидетельствует об ином источнике микрокомпонентов. Таким источником в рифтовой геодинамической обстановке может являться подкоровый глубинный флюид. При этом макро-компонентный состав модельных термальных вод полностью соответствует реальному составу подземных вод на ПК 7861 и воде Окусиканского источника.

Также в работе описаны основные этапы взаимодействия в системе «вода-порода», определена роль бетонной обделки тоннеля в преобразовании состава и свойств подземных вод. На основании термодинамического моделирования установлено, что подземные воды Северо-Муйского тоннеля при прочих равных условиях обладают более деструктивным воздействием на вмещающие породы, чем на бетонную обделку тоннеля. Постоянный вынос материала из породы приводит к образованию неустойчивых участков и пустот, бетон теряет сцепление с породой и разрушается под лито- и гидростатическим напорами. Возможным вариантом решения проблемы может служить внешняя гидроизоляция бетонной обделки путем нагнетания органических полимеров высокой вязкости в разломные зоны гранитов. Однако это требует специальных дополнительных исследований.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Данилова, Мария Александровна, Иркутск

1. Аверьев В.В. Условия разгрузки Паужетских гидротерм на юге Камчатки // Гидротермальные процессы и минералообразование в областях активного вулканизма. Труды Лаборатории вулканологии. —М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1961. -№ 19. С. 8098.

2. Аверьев В.В. Гидротермальный процесс в вулканических областях и его связь с вулканической деятельностью // Труды II всесоюз. вулканолог, совещ. М.: Наука, 1966. -Т.1. -С.118-128.

3. Алексеева Л.П. Типы мерзлотно-гидрогеологических условий и использование подземных вод для водоснабжения рифтовой части зоны БАМ: автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук (25.00.07). Иркутск, 1990. - 21 с.

4. Алтынникова М.А., Диденков Ю.Н. Гидрогеологические структуры северовосточного фланга Байкальской рифтовой зоны // Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. Иркутск, 2005. - С. 231— 236.

5. Арноррсон С., Кононов В.И., Поляк Б.Г. Общие черты и геохимические особенности гидротерм Исландии // Геохимия, 1974. № 12. - С. 1747-1767.

6. Арсанова Г.И. Редкие щелочи в термальных водах вулканических областей. Новосибирск: Наука, 1974. - 111 с.

7. Базаров Д.Б. Кайнозой Прибайкалья и Западного Забайкалья. Новосибирск: Наука. Сиб.отд-е, 1987.-181 с.

8. Байкальский рифт. Под редакцией Н.А. Флоренсова. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1975.- 135 с.

9. Басков Е.А., Суриков С.Н. Гидротермы Земли. Ленинград: Недра. Ленингр. отд-е, 1989.-245 с.

10. Белова В.А. История развития растительности котловин Байкальской рифтовой зоны. -М., 1975. -142 с.

11. Белоусов В.В., Герасимовский В.И., Горячев А.В. и др. Восточно-Африканская рифтовая система. Т. 1. Основные черты строения. Стратиграфия. М.: Наука, 1974. -264 с.

12. Белоусов В.В., Герасимовский В.И., Горячев А.В. и др. Восточно-Африканская рифтовая система. Т. 2: Гипергенные образования. Геоморфология. Неотектоника. — М.: Наука, 1974.-260 с.

13. Борисенко И.М., Замана JI.B. Минеральные воды Бурятской АССР. Улан-Удэ, 1978.-162 с.

14. Бычинский В.А., Исаев В.П., Тупицын А.А. Физико-химическое моделирование в нефтегазовой геохимии. Часть 1. Теория и методология физико-химического моделирования: учебное пособие. Иркутск, 2004а. - 132 с.

15. Бычинский В.А., Исаев В.П., Тупицын А.А. Физико-химическое моделирование в нефтегазовой геохимии. Часть 2. Модели гетерогенных систем: учебное пособие. — Иркутск, 20046. 160 с.

16. Валяев Б.М. Углеводородная дегазация Земли и генезис нефтегазовых месторождений // Геология нефти и газа, 1997. №9. - С. 30-37.

17. Валяшко М.Г. Эволюция химического состава воды океана // История Мирового океана.-М., 1971.-С. 97-104.

18. Верхозин И.И., Тугарина М.А., Диденков Ю.Н., Шабынин JI.JI., Реуцкая A.M., Ал-тынникова М.А., Легун А.Ю. Условия обводненности Северомуйского тоннеля // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2005. — № 4 (8). С. 152 -159.

19. Виноградов А.П. Химическая эволюция Земли. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - 44 с.

20. Виноградов А.П. Изотопы кислорода и фотосинтез. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 33 с.

21. Власов С. Н. БАМ. Тоннели. МПС, 1999. - 218 с.

22. Вотинцев К.К., Глазунов И.В., Толмачева А.П. Гидрохимия рек бассейна озера Байкал. М.: Наука, 1965. 498 с.

23. Гаврилов В.П., Григорьянц Б.В., Дворецкий П.И. и др. Разломная тектоника и нефте-газонакопление в земной коре // Отечественная геология, 1997. № 10. - С. 3-8.

24. Галушкин Ю.Н. Тепловой режим и условия генерации углеводородов на рифтовой стадии развития континентальных осадочных бассейнов // Геология нефти и газа, 2005.-№6.-С. 13-24.

25. Гаррелс P.M. Минеральные равновесия при низких температурах и давлении. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. - 306 с.

26. Гаррелс P.M., Крайст И.Л. Растворы, минералы, равновесия. М.: Мир, 1968. - 386 с.

27. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода: в 5 томах. Т. 1. Система вода-порода в земной коре: взаимодействие, кинетика, равновесие, моделирование. Отв. ред. тома С.Л. Шварцев. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. - 244 с.

28. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода: в 5 томах. Т. 2:

29. Система вода—порода в условиях зоны гипергенеза. Отв. редактор тома Б. Н. Рыжен-ко ИНГГ СО РАН: Изд-во СО РАН, 2007. - 389 с.

30. Геологическое развитие Байкальского рифта // Озеро Байкал: прошлое, настоящее, будущее: Атлас. Иркутск, 2005. - С. 16-20.

31. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Т.1. Гидрогеология. Отв. ред. Пиннекер Е.В., Шабынин JI.JL, Ясько В.Г. и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984а. - 165 с.

32. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Т. 2. Кайнозойские отложения и геоморфология. Отв. ред. Ендрихинский А.С., Осадчий С.С., Агафонов Б.П. и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1983. - 171 с.

33. Геология и сейсмичность зоны БАМ. Т.З. Неотектоника. Отв. ред. Шерман С.И., Леви С.И., Ружич В.В. и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 19846. - 207 с.

34. Гидрогеология Африки. Под. Ред. Н.А. Маринова. М.: Недра, 1978. - 371 с.

35. Голубев В.А. Тепловые и химические характеристики гидротермальных систем Байкальской рифтовой зоны.// Сов. геология, 19826. №10. - С.100-108.

36. Голубев В.А. Геотермический прогноз глубин нижней границы газогидратного слоя в донных отложениях озера Байкал // Доклады академии наук, 1997а. Т. 352. - №5. - С. 652-655.

37. Голубев В.А., Шабынин JI.JI. Перераспределение глубинного тепла потоками метеогенных вод в Байкальской рифтовой зоне: данные по Северо-Муйскому тоннелю БАМ // Доклады академии наук. 19976. - Т.355. - № 4. - С. 532-535.

38. Голубев В.А. Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: изд-во «Гео», 2007. - 222 с.

39. Грачев А.Ф. Рифтовые зоны Земли. Недра. Ленингр. отд-ние, 1977. 247 с.

40. Грачев А.Ф., Мартынова М.А. Некоторые закономерности формирования гидросферы // Вестник ЛГУ, 1980. № 24. - С. 76-85.

41. Гричук Д.В. Термодинамические модели субмаринных гидротермальных систем. -М.: Научный мир, 2000. 304 с.

42. Гусев В.А., Карпов И.К., Киселев А.И. Алгоритм построения иерархической кластер-анализом в геолого-геохимических приложениях // Известия АН СССР. Серия геологическая, 1974. №8. — С.61-68.

43. Дегазация Земли и геотектоника // I Материалы симпозиума. Под. ред. П.Н. Кропоткина. М.: Наука, 1980. - 292 с.

44. Диденков Ю.Н. Формирование гидросферы Байкальского региона в связи с процессами рифтогенеза // Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Иркутск: ИрГТУ, 1998. - №22. - С. 68-77.45.46,4750,51,52,53,54,55.