Во второй половине августа и в сентябре 1884 г. И. В. Мушкетов по заданию Горного департамента исследовал район Кавказских минеральных вод. Ему была поручено установить здесь охраны эксплуатируемых минеральных источников (Пятигорских, Железноводских, Ессентукских, Кисловодских); обследовать Кумогорские минеральные источники, а также проверить обоснованность геологическими материалами имеющихся проектов (французского инженера Леона Дрю и других) по разведке и каптажу различных минеральных вод с целью увеличения их притока. Особое беспокойство Горного департамента вызывали Ессентукские источники № 17 и № 18, наиболее ценные по лечебным свойствам, но с низким дебитом (около 40 ведер в сутки). 12 сентября 1884 г. в Пятигорске И. В. Мушкетов участвовал в работе совещания, на котором были определены минеральные источники Пятигорска, заслуживающие наибольшего внимания в бальнеологическом отношении и соответственно нуждающиеся в установлении округов охраны.

Поскольку начало изучения Кавказских минеральных вод восходит еще к концу XVIII века, И. В. Мушкетов справедливо полагал, что материал, необходимый для выявления генезиса минеральных вод и определения их округов охраны, имеется, но такового, как ни странно, не оказалось, и это поставило его в большое затруднение. «Осмотрев в 15 экскурсиях вместе с горн. инж. А. И. Незлобинским все выдающиеся горы, — писал он,{8} — большей частью от подошвы до вершины, как то: Бештау, Железную, Верблюд ... и др., а также главные долины..., а также прибавляя данные моих экскурсий в 1881 г. ... и приняв на веру многое, в чем не было оснований сомневаться из прежних исследований, я пришел к некоторым общим заключениям, которые дали мне возможность при помощи прежних разведок сделать определения округов охраны на всех группах Кавказских минеральных вод...».

Заключения И. В. Мушкетов строил, опираясь прежде всего на свои представления о питании минеральных вод за счет атмосферных осадков, а также о региональных структурных особенностях рассматриваемой территории. Согласно им, район Кавказских минеральных вод располагается в месте пересечения двух зон поднятий — северо- западной (более древней) и северо-восточной (более Молодой). При этом горы Бештау, Железную, Машук, Бык и другие в Пятигорском районе он рассматривал как проявления складчатости, что не подтвердилось позднейшими детальными исследованиями. Вместе с тем И. В. Мушкетов верно подметил, что в размещении источников минеральных вод большая роль принадлежит разломам и трещинам северо-восточного направления. Не разделяя взгляда на возникновение минеральных источников в результате процессов вулканизма, он писал: «... я считаю, что не вулканические излияния были причиною поднятий и образования источников, как это думают Абих, Ж. Франсуа и др., а, напротив, сами эти излияния есть одно из следствий общей дислокации, проявлявшейся в новейшее время в северо-восточном направлении и обусловленной, как и все крупные дислокации на земной поверхности, одинаковой причиною — медленным, но постоянным стяжением земной коры».{9} В этой работе И. В. Мушкетов впервые достаточно четко изложил свои взгляды о преобладании процессов сжатия в направленном развитии Земли.

Важное значение имели работы, проведенные И. В. Мушкетовым в Ессентуках, где, ознакомившись с материалами многочисленных разведок, он пришел к заключению о возможном наличии здесь ряда крупных водоносных трещин в третичных мергелях, и, заложив два шурфа, одним из них — № 20 — на глубине около 10 м вскрыл в этих мергелях минеральные углекислые хлоридно-гидрокарбонатные натриевые воды с минерализацией 8.7 г/л, очень близкие по составу к водам источника № 17. Приток минеральной воды в шурфе № 20 составил не менее 80 ведер в сутки и при этом не повлиял на дебит источника № 17. Все это позволило И. В. Мушкетову рекомендовать Горному департаменту отказаться от проекта Л. Дрю и ограничиться лишь улучшением каптажа в штольнях источников № 17 и № 18, а также закрепить и обделать шурф № 20 так, чтобы воду его можно было эксплуатировать в ближайший лечебный сезон 1885 г., чем достигалось почти без затрат увеличение ессентукской щелочной воды более чем в три раза.

Весной 1885 г. в конце марта И. В. Мушкетов был командирован на один месяц в Крым для обследования оз. Саки с целью установить степень и характер влияния добычи самосадочной соли в озере на целебные грязи местной лечебной станции. Ознакомившись и с другими солеными озерами Крыма, И. В. Мушкетов по условиям формирования подразделил их на три типа — устьевые, заливные и материковые. Первые два питаются за счет вод моря и только отчасти материка, третий же тип — исключительно за счет вод материка. Эти выводы имели и важное практическое значение: озера морского питания обладают крупными возобновимыми запасами, тогда как материковые при усиленных водозаборах легко истощаются. Сакское озеро И. В. Мушкетов отнес к устьевому типу. Первоначально бывшее лиманом, оно постепенно отделилось от моря пересыпью, через которую в 1885 г. для нужд солепромышленности сооружался канал, вновь открывающий свободный доступ морским водам в озеро. Во избежание их воздействия на лечебные грязи И. В. Мушкетов рекомендует одновременно с сооружением канала возвести перемычку для отделения восточной части озера, где размещается грязелечебница. К сожалению, рекомендацией пренебрегли и через несколько лет лечебные грязи утратили многие из своих целебных свойств.

Весной 1886 г. к И. В. Мушкетову обратился заведующий строительством Закаспийской военной железной дороги генерал-лейтенант М. Н. Анненков с предложением провести геологические изыскания по ее .трассе с целью выяснения некоторых практических вопросов, в частности разработки способов борьбы с летучими песками, использования подземных вод для питьевого и технического водоснабжения и др. И. В. Мушкетову это предложение позволяло продолжить и дополнить прежние исследования по геологии Туркестана, в чем он был очень заинтересован. Но предельно занятый другими работами (подготовкой к изданию материалов по Калмыцкой степи, курса «Физической геологии» и др.), он не мог в том году лично участвовать в экспедиции и рекомендовал М. Н. Анненкову для этих работ двух своих учеников — выпускающихся горных инженеров К. И. Богдановича и В. А. Обручева, которые могли начать исследования уже в 1886 г. под его, И. В. Мушкетова, научным руководством и по его программам. М. Н. Анненкова такое решение удовлетворило, и он предложил И. В. Мушкетову возглавить научную организацию предстоящих геологических исследований в Закаспийской области. К слову сказать, К. И. Богданович и В. А. Обручев рассчитывали, став вольноопределяющимися железнодорожных военных батальонов, сочетать научные исследования с прохождением обязательной для них военной службы.

И. В. Мушкетов составил обстоятельную программу, в которой, в частности, указывалось, что «геологические исследования... по линии Закаспийской... железной дороги вызываются не только научным интересом, но главным образом некоторыми практическими вопросами, как, например, необходимостью выяснить водоносные горизонты в степи, условия происхождения источников, летучих песков и пр. Для решения таких вопросов, имеющих весьма важное значение для будущности не только железной дороги, но и вообще для Закаспийского края, невозможно ограничить геологические исследования исключительно линиею... железной дороги, а необходимо изучить более широкую полосу по ту и другую сторону ее».{10}

Геологические наблюдения, описание обнажений И. В. Мушкетов рекомендовал проводить в целом в соответствии с Инструкцией Геологического комитета, принятой для «Общей геологической карты России» (в масштабе 10 верст в дюйме). В соответствии с основными практическими вопросами, подлежащими изучению, большое внимание в программе уделялось обследованию подземных вод. В частности, К. И. Богдадовичу при экскурсиях в горах Копетдага предписывалось «.. .по склонам долин и особенно в верховьях внимательно отмечать все имеющиеся источники пресной или минеральной воды и условия их выхода на поверхность; при этом нужно различать источники пластовые и трещинные».{11} А В. А. Обручеву при изучении Туранской низменности предлагалось: «По пути следования собирать самые подробные данные о простых и артезианских колодцах, кирязах или подземных арыках и вообще источниках воды. Определить глубину колодцев до горизонта воды, глубину воды, количество и качество воды, хотя бы в самых общих чертах, т. е. температуру и степень солености по ареометру Боме. Где возможно, определять порядок наслоения в разрезах колодцев и собирать образцы водоносных слоев, питающих колодцы. Следует отмечать место залегания колодцев: на ровной степи, на такырах и среди летучих песков».{12}

По просьбе М. Н. Анненкова И. В. Мушкетов составил краткую, но весьма насыщенную программу для сбора сведений о характере и распространении летучих песков в Закаспийской области. Предназначенная для различных служащих на Закаспийской железной дороге, она была написана в доступной форме, но без ущерба научному содержанию. В ней подчеркивалось: «Чтобы определить опасность от летучих песков для Закаспийской железной дороги и выработать рациональный метод для борьбы с ними, необходимо выяснить условия происхождения, характер и распространение летучих песков».{13}

Сразу же по окончании Горного института К. И. Богданович и В. А. Обручев выехали из Петербурга в 'Закаспийскую область и в июле 1886 г. прибыли в г. Кизыл- Арват, где находилась канцелярия генерала М. Н. Анненкова. О состоянии своих дел они регулярно оповещали И. В. Мушкетова в письмах.