Гидрогеосейсмологические исследования на Камчатке: 1977–2017 гг.

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Рассматриваются основные этапы организации и технического развития системы специализированных наблюдений за физико-химическими параметрами подземных вод на сети скважин и источников на территории Петропавловского геодинамического полигона, Камчатка. Основное внимание уделяется описанию гидрогеохимических и гидрогеодинамических предвестников камчатских землетрясений (Мw = 6.6-7.8), проявляющихся в течение недель-месяцев до сейсмических событий в аномальных изменениях химического состава и уровней подземных вод, и их использованию в практике работы специализированных советов по прогнозу землетрясений. Показано, что созданная в КФ ФИЦ ЕГС РАН система автоматизированных наблюдений за параметрами подземных вод в скважинах позволяет диагностировать гидрогеодинамические предвестники в изменениях уровня воды в режиме близком к реальному времени и давать, в отдельных случаях, количественные оценки величин пред- и косейсмической деформации водовмещающих пород, что может найти применение при проведении геофизического мониторинга и среднесрочном прогнозировании времени сильных землетрясений в Камчатском регионе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Н. Копылова

Камчатский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: gala@emsd.ru
Россия, 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9

С. В. Болдина

Камчатский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”

Email: gala@emsd.ru
Россия, 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9

Список литературы

  1. Багмет А.Л., Багмет М.И., Барабанов В.Л. и др. Исследование земноприливных колебаний уровня подземных вод на скважине “Обнинск” // Физика Земли. 1989. № 11. С. 84–95.
  2. Болдина С.В., Копылова Г.Н. Косейсмические эффекты сильных камчатских землетрясений 2013 г. в изменениях уровня воды в скважине ЮЗ-5 // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. № 2. Вып. № 30. С. 66–76.
  3. Болдина С.В., Копылова Г.Н. Эффекты Жупановского землетрясения 30 января 2016 г., Мw = 7.2, в изменениях уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1, Камчатка // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 863–880. doi: 10.5800/GT-2017-8-4-0321.
  4. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2009. 328 с.
  5. Киссин И.Г., Пиннекер Е.В., Ясько В.Г. Подземная гидросфера и сейсмические процессы // Основы гидрогеологии. Т. 4. Геологическая деятельность и история воды в земных недрах. Новосибирск: Наука, 1982. С. 57–78.
  6. Копылова Г.Н. Анализ влияния сейсмичности на режим Пиначевских термопроявлений на Камчатке (по результатам наблюдений в 1979-1988 гг.) // Вулканология и сейсмология. 1992. № 2. С. 3–18.
  7. Копылова Г.Н. Изменения уровня воды в скважине Елизовская-1, Камчатка, вызванные сильными землетрясениями (по данным наблюдений в 1987–1998 гг.) // Вулканология и сейсмология. 2001. № 2. С. 39–52.
  8. Копылова Г.Н. Изменения уровня воды в скважине ЮЗ-5, Камчатка, вызванные землетрясениями // Вулканология и сейсмология. 2006. № 6. С. 52–64.
  9. Копылова Г.Н. Сейсмичность как фактор формирования режима подземных вод // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2006а. № 1. Вып. № 7. С. 50–66.
  10. Копылова (Гриц) Г.Н. Эффекты сейсмичности в режиме подземных вод (на примере Камчатского региона) // д/я. ... доктора геол.-мин. наук по специальности 25.00.07 – Гидрогеология. г. Петропавловск-Камчатский, 2010. 219 с.
  11. Копылова Г.Н. О вероятностном среднесрочном прогнозе сильных землетрясений Камчатки и параметризации предвестников // Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Труды Четвертой научно-технической конференции. Петропавловск-Камчатский. 29 сентября – 5 октября 2013 г. Обнинск: ГС РАН, 2013. С. 382–386.
  12. Копылова Г.Н. Гидрогеосейсмологические исследования на Камчатке: 1977–2017 гг. // Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Труды Шестой научно-технической конференции. Петропавловск-Камчатский. 1–7 октября 2017 г. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2017. С. 16–19.
  13. Копылова Г.Н., Болдина С.В. О механизме гидрогеодинамического предвестника Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г., Мw = 7.8 // Тихоокеанская геология. 2012. Т. 31. № 5. С. 104–114.
  14. Копылова Г.Н., Болдина С.В. Аномальные изменения химического состава подземных вод в связи с Камчатским землетрясением 02.03.1992 г. (Мw = 6.9) // Геофизические исследования. 2012а. Т. 13. № 1. С. 39–49.
  15. Копылова Г.Н., Болдина С.В. О связи изменений уровня воды в скважине Е-1, Восточная Камчатка, с активизацией вулкана Корякский в 2008–2009 гг. и сильными (М ≥ 5) землетрясениями // Вулканология и сейсмология. 2012б. № 5. С. 41–54. doi: 10.1134/S074204631205003X.
  16. Копылова Г.Н., Воропаев П.В. Процессы формирования постсейсмических аномалий химического состава термоминеральных вод // Вулканология и сейсмология. 2006. № 5. С. 42–48.
  17. Копылова Г.Н., Сизова Е.Г. О предвестнике землетрясений, проявляющемся в изменениях уровня воды в скважине Е-1, Камчатка // Вулканизм и связанные с ним процессы. Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2012. С. 116–125.
  18. Копылова Г.Н., Смолина Н.Н. Изменения уровня воды в скважинах Камчатки в период Олюторского землетрясения 20.04.2006 г., Мw = 7.6 // Вулканология и сейсмология. 2010. № 3. С. 36–49.
  19. Копылова Г.Н., Таранова Л.Н. Сигналы синхронизации в изменениях химического состава подземных вод Камчатки в связи с сильными (Мw ≥ 6.6) землетрясениями // Физика Земли. 2013. № 4. С. 135–144.
  20. doi: 10.7868/S0002333713040066.
  21. Копылова Г.Н., Куликов Г.В., Тимофеев В.М. Оценка состояния и перспективы развития гидрогеодеформационного мониторинга сейсмоактивных регионов России // Разведка и охрана недр. 2007. № 11. С. 75– 83.
  22. Копылова Г.Н., Сугробов В.М., Хаткевич Ю.М. Особенности изменения режима источников и гидрогеологических скважин Петропавловского полигона (Камчатка) под влиянием землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1994. № 2. С. 53–37.
  23. Копылова Г.Н., Болдина С.В., Смирнов А.А., Чубарова Е.Г. Опыт регистрации вариаций уровня и физико-химических параметров подземных вод в пьезометрических скважинах, вызванных сильными землетрясениями (на примере Камчатки) // Сейсмические приборы. 2016. № 4. С. 43–56. doi: 10.21455/si2016.4-4.
  24. Копылова Г.Н., Стеблов Г.М., Болдина С.В., Сдельникова И.А. О возможности оценок косейсмической деформации по данным уровнемерных наблюдений в скважине // Физика Земли. 2010. № 1. С. 51–61. doi: 10.1134/S1069351310010040.
  25. Копылова Г.Н., Болдина С.В., Смолина Н.Н. и др. Гидрогеосейсмические вариации уровня воды в пьезометрических скважинах Камчатки (по данным наблюдений 1987–2011 гг.) // Сейсмологические и геофизические исследования на Камчатке. К 50-летию детальных сейсмологических наблюдений / Под ред. Е.И. Гордеева, В.Н. Чеброва. Петропавловск-Камчатский: Новая книга, 2012. С. 236–269.
  26. Копылова Г.Н., Гусева Н.В., Копылова Ю.Г., Болдина С.В. Химический состав подземных вод режимных водопроявлений Петропавловского геодинамического полигона, Камчатка: типизация и эффекты сильных землетрясений // Вулканология и сейсмология. 2018. № 4. С. 43–62.
  27. Левина В.И., Гусев А.А., Павлов В.М. и др. Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 г. с Мw = 7.8, I0 = 8 (Камчатка) // Землетрясения Северной Евразии в 1997 г. Обнинск: ГС РАН, 2003. С. 251–271.
  28. Манухин Ю.Ф. Влияние землетрясений на динамику термальных вод Камчатки // Тезисы докладов IX совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. Иркутск, Петропавловск-Камчатский, 1979. С. 135.
  29. Медведев С.В., Шпонхойер В., Карник В. Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. М.: МГК АН СССР, 1965. 11 с.
  30. Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1979. 388 с.
  31. Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент // Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 9–27.
  32. Сильные камчатские землетрясения 2013 года / Под ред. В.Н. Чеброва. Петропавловск-Камчатский: Холд. комп. “Новая книга”, 2014. 252 с.
  33. Уломов В.И., Мавашев Б.З. О предвестнике сильного тектонического землетрясения // Докл. АН СССР. № 2. 1967. Т. 176. С. 319–321.
  34. Хаткевич Ю.М. О возможности среднесрочного прогноза землетрясений интенсивностью свыше пяти баллов, проявляющихся в г. Петропавловске-Камчатском // Вулканология и сейсмология. 1994. № 1. С. 63–67.
  35. Хаткевич Ю.М., Рябинин Г.В. Гидродинамические и гидрогазохимические вариации параметров режима подземных вод в периоды подготовки и реализации Кроноцкого землетрясения 05.12.1997 г. // Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последействия. Петропавловск-Камчатский: Изд-во КГАРФ, 1998. С. 134–147.
  36. Хаткевич Ю.М., Рябинин Г.В. Гидрогеохимические исследования на Камчатке // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Камчатский печатный двор, 2004. С. 96–112.
  37. Чебров В.Н., Салтыков В.А., Серафимова Ю.К. Прогнозирование землетрясений на Камчатке. По материалам работы Камчатского филиала Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, оценке сейсмической опасности и риска в 1998–2009 гг. М.: Светоч Плюс, 2011. 304 с.
  38. Чебров В.Н., Кугаенко Ю.А., Абубакиров И.Р. и др. Жупановское землетрясение 30.01.2016 г. с КS = 15.7, MW = 7.2, I = 6 (Камчатка) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. № 1. Вып. 29. С. 5–16.
  39. Фирстов П.П., Копылова Г.Н., Соломатин А.В., Серафимова Ю.К. О прогнозировании сильного землетрясения в районе полуострова Камчатка // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. № 4. Вып. 32. С. 106–114.
  40. Bella F., Biagi P.F., Caputo E. et al. Hydrogeochemical anomalies in Kamchatka (Russia) // Phys. Chem. Earth. 1998. V. 23. № 9–10 P. 921–925.
  41. Biagi P.F., Ermini A., Kingsley S.P. et al. Possible precursors in groundwater ions and gases content in Kamchatka (Russia) // Phys. Chem. Earth. (A). 2000. № 3. V. 25. P. 295–305.
  42. Biagi P.F., Ermini A., Kingsley S.P. et al. Groundwater ion content precursors of strong earthquakes in Kamchatka (Russia) // Pageopch. 2000a. V. 157. P. 1359–1377.
  43. Biagi P.F., Ermini A., Cozzio E. et al. Hydrogeochemical precursors in Kamchatka (Russia) related to the strongest earthquakes in 1988–1997 // Natural Hazard. 2000b. V. 21. P. 263–276.
  44. Biagi P.F., Piccolo R., Ermini A. et al. Hydrogeochemical precursors of strong earthquakes in Kamchatka: further analysis // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2001. V. 1. № 1–2. P. 9–14.
  45. Gordeev E.I., Gusev A.A., Levin V.E. et al. Preliminary analysis of deformation at the Eurasia-Pacific-North America plate junction from GPS data // Geophys. J. Int. 2001. V. 147. P. 189–198.
  46. Kingsley S.P., Biagi P.F., Piccolo R. et al. Hydrogeochemical precursors of strong earthquakes: a realistic possibility in Kamchatka // Phys. Chem. Earth (C). 2001. V. 26. № 10–12. P. 769–774.
  47. Kopylova G.N., Boldina S.V., Smirnov A.A., Chubarova E.G. Experience in Registration of Variations Caused by Strong Earthquakes in the Level and Physicochemical Parameters of Ground Waters in the Piezometric Wells: the Case of Kamchatka // Seismic Instruments. 2017. V. 53. № 4. P. 286–295. doi: 10.3103/S0747923917040065.
  48. Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bull. of Seism. Soc. Amer. 1985. V. 75. P. 1135–1154.
  49. Wang R., Woith H., Milkereit C., Zschau J. Modeling of hydrogeochemical anomalies induced by distant earthquakes // Geophys. J. Int. 2004. V. 157. P. 717–726.
  50. Wang C.-Y., Manga M. Earthquakes and Water / Lecture Notes in Earth Sciences. V. 114. Berlin: Springer, 2010. 249 p. doi: 10.1007/978-3-642-00810-8.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изменение дебита и температуры воды Пиначевского источника 1 в результате Петропавловского землетрясения 24.11.1971 г., МLH = 7.3 (зона 7 балльных сотрясений) по данным наблюдений ОАО “Камчатгеология” с 01.07.1971 по 01.08.1972 гг. Момент землетрясения показан стрелкой.

Скачать (189KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема расположения наблюдательных станций и эпицентров землетрясений. а – Петропавловский геодинамический полигон (ПГП) и эпицентры сильных землетрясений (указаны даты землетрясений в формате дд.мм.гггг и величины магнитуд), сопровождавшихся гидрогеологическими предвестниками, по данным наблюдений КФ ФИЦ ЕГС РАН; б – станции гидрогеохимических и гидрогеодинамических наблюдений на территории ПГП по состоянию на 2017 г. 1 – станции гидрогеохимических наблюдений (Пиначево – скважина ГК-1, глубина h = 1261 м и четыре источника; Морозная – скважина Морозная 1, h = 600 м; Хлебозавод – скважина Г-1, h = 2500 м; Верхняя Паратунка – четыре скважины, h = 125–1600 м); 2 – скважины, оборудованные автоматическими системами регистрации физико-химических параметров подземных вод: Е-1 – пьезометрическая скважина, h = 665 м; ЮЗ-5 – пьезометрическая скважина, h = 800 м; Морозная 1 – самоизливающаяся скважина, h = 600 м; 3 – действующие вулканы; 4 – эпицентры землетрясений; 5 – г. Петропавловск-Камчатский; 6 – территория ПГП на рис. 2а.

Скачать (294KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Проявления различных типов гидрогеосейсмических вариаций в изменениях режима наблюдательных источников и скважин на территории Петропавловского геодинамического полигона в зависимости от параметров землетрясений: магнитуды Мw и эпицентрального расстояния dе, км по данным наблюдений КФ ФИЦ ЕГС РАН в 1977–1997 гг. 1 – амплитудные гидрогеохимические предвестники и постсейсмические изменения химического состава воды и газа, повышение дебитов источников и самоизливающихся скважин; 2 – менее выраженные гидрогеохимические предвестники и постсейсмические изменения дебитов и химического состава воды; 3, 4 – постсейсмические вариации: 3 – повышение дебитов и изменение химического состава воды, 4 – повышение дебитов источников; 5 – область параметров Мw и dе для землетрясений, перед которыми проявлялись гидрогеохимические предвестники.

Скачать (111KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменения уровня воды в скважинах Е-1 и ЮЗ-5 в период Кроноцкого землетрясения 05.12.1997 г., Mw = 7.8. а – изменения уровня воды в скважинах с 9 сентября по 31 декабря 1997 г. в сопоставлении с суточными осадками по данным метеостанции Пионерская: цифрами I и II и двухсторонними горизонтальными стрелками выделены интервалы времени: I – проявления гидрогеодинамического предвестника КЗ (см. врезку рис. 2б: двухсторонними вертикальными стрелками и цифрами показаны величины амплитуд понижения уровня воды); II – проявления косейсмического скачка понижения уровня воды в скважине ЮЗ-5 (см. врезку рис. 2в: 11:27 – время вступления сейсмических волн по данным сейсмостанции PET) и постсейсмических вариаций уровня воды.

Скачать (224KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменения физико-химических параметров подземных вод в скважине ЮЗ-5 в январе-июле 2013 г. а – изменения уровня, температуры и электропроводности воды, включающие ко- и постсейсмические вариации вследствие землетрясений 28 февраля и 24 мая 2013 г. (показаны стрелками). На врезках показаны косейсмические повышения уровня воды после вступления сейсмических волн от землетрясения 28.02.2013 г. (б) и Охотоморского землетрясения 24.05.2013 г. (в) по данным 5-минутных наблюдений.

Скачать (302KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменения уровня воды в скважине Е-1 с 1 октября 2012 по 18 марта 2013 гг., включающие проявление гидрогеодинамического предвестника ГП_I и постсейсмическое повышение в связи с землетрясением 28 февраля 2013 г., Mw = 6.9. 1, 2 – данные 5-минутной регистрации атмосферного давления и уровня воды, 3 – среднесуточные изменения уровня воды с компенсированными баровариациями, 4 – суточная скорость изменения уровня воды с учетом скорости нисходящего тренда. На графике 4 стрелками показаны: 1 – 16 января 2013 г., начало проявления гидрогеодинамического предвестника ГП_I; 2 – 1 февраля 2014 г., дата подачи прогнозного заключения в КФ РЭС; 3 – 28 февраля 2013 г., дата землетрясения. Горизонтальная пунктирная линия – пороговое значение суточной скорости изменений уровня воды.

Скачать (199KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Гидрогеосейсмические вариации уровня воды в скважине ЮЗ-5 в период Жупановского землетрясения 30.01.2016 г, Mw = 7.2 (см. рис. 2). а – изменения уровня воды в июле 2012 – мае 2016 гг. в сопоставлении с осадками и наиболее сильными землетрясениями (показаны стрелками и см. рис. 2): 1 – среднечасовые данные наблюдений с компенсированными баровариациями; 2 – сезонные вариации уровня воды совместно с линейным трендом; 3 – остатки в изменениях уровня воды после компенсации годовой сезонности и тренда: жирным пунктиром обозначен фрагмент графиков в период воздействия подготовки и реализации Жупановского землетрясения, (см. рис. 7в); б – косейсмическое повышение уровня воды после вступления сейсмических волн (03:25); в – гидрогеодинамический предвестник и постсейсмические изменения уровня воды.

Скачать (295KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменения уровня воды в скважине Е-1 в период Жупановского землетрясения 30.01.2016 г., Mw = 7.2. а – изменения уровня воды и его среднесуточной скорости с ноября 2015 по март 2016 гг. в сопоставлении с осадками. На графике среднесуточной скорости изменения уровня воды цифрами показаны: 1–10 января – начало проявления гидрогеодинамического предвестника ГП_I, 2–21 января – дата подачи прогнозного заключения в КФ РЭС о возможности сильного землетрясения, 3–30 января – Жупановское землетрясение; пунктирной линией показано пороговое значение скорости понижения уровня воды – 0.06 см/сут; жирной пунктирной линией выделен фрагмент изменений уровня воды в период Жупановского землетрясения, представленный на рис. 8б: а – изменения уровня воды с 30 декабря 2015 по 10 марта 2016 гг., включающие гидрогеодинамический предвестник и постсейсмическое повышение; б – изменение среднесуточной скорости вариаций уровня воды в сопоставлении с ее пороговой величиной - 0.06 см/сут.

Скачать (216KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2019