Гидрогеосейсмологические исследования на Камчатке: 1977–2017 гг.
- Авторы: Копылова Г.Н.1, Болдина С.В.1
-
Учреждения:
- Камчатский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”
- Выпуск: № 2 (2019)
- Страницы: 3-20
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0203-0306/article/view/11912
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0203-0306201923-20
- ID: 11912
Цитировать
Полный текст
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
ВВЕДЕНИЕ
Со второй половины XX в. развивается гидрогеосейсмология – новое научное направление на стыке гидрогеологии и сейсмологии [Киссин и др., 1982]. Содержание гидрогеосейсмологии составляет изучение влияния на подземные воды сейсмичности как совокупности отдельных землетрясений и процессов их подготовки; поиск гидрогеологических предвестников землетрясений и разработка на их основе методов сейсмического прогнозирования.
Зарождение гидрогеосейсмологии было связано с принятием в ряде ведущих стран мира (в бывшем СССР, США, Китае и др.) национальных программ по прогнозу землетрясений, в которые включались наблюдения за параметрами подземных вод [Рикитаке, 1979]. О необходимости проведения наблюдений за параметрами подземных вод для поиска предвестников землетрясений в сейсмоактивных регионах также упоминалось в ряде научных публикаций отечественных и зарубежных авторов, начиная с пионерской работы [Уломов, Мавашев, 1967].
Реализация целей гидрогеосейсмологии предполагает решение совокупности технических, научно-методических и прикладных задач [Киссин и др., 1982; Копылова, 2010]:
– создание сетей специализированных гидрогеологических наблюдений на скважинах и источниках, получение временных рядов данных наблюдений за физико-химическими параметрами подземных вод; выделение и систематизация гидрогеологических эффектов, вызванных землетрясениями;
– изучение закономерностей проявления и процессов формирования эффектов сейсмичности в различных геотехнических и гидрогеологических системах, в частности, в системах “скважина – водовмещающая порода”, “подземная вода – горная порода” и др.;
– разработка методов прогноза сильных землетрясений с использованием данных гидрогеологических наблюдений.
Изменения физико-химических параметров подземных вод, вызванных землетрясениями, или гидрогеосейсмические вариации [Копылова, 1992], являются главным объектом гидрогеосейсмологии. По времени проявления относительно момента землетрясения гидрогеосейсмические вариации разделяются на гидрогеологические предвестники, ко- и постсейсмические эффекты [Киссин, 2009; Копылова, 2010].
Типизация гидрогеосейсмических вариаций, отражающая их изученность до 2000-х гг., представлена в работе [Копылова, 2006а]. В этой работе показано, что различные типы гидрогеосейсмических вариаций представляют отклики подземных вод на воздействие факторов сейсмичности, к которым относятся:
– процессы подготовки землетрясений, которые могут сопровождаться гидрогеологическими (гидрогеодинамическими и гидрогеохимическими) предвестниками в изменениях параметров подземных вод вследствие упругой деформации водовмещающих пород, изменения их емкостных и водопроницаемых свойств, развития в них трещинной дилатансии, изменения условий смешивания подземных вод различного химического состава [Киссин, 2009];
– изменение статического напряженного состояния водовмещающих пород при образовании разрывов в очагах местных землетрясений, сопровождающееся косейсмическими скачками повышения или понижения уровня (давления) подземных вод;
– динамическая деформация водовмещающих пород и сотрясения стволов скважин при прохождении сейсмических волн от сильных землетрясений, сопровождающиеся разнообразными ко- и постсейсмическими эффектами: колебаниями, повышениями и понижениями уровня воды в пьезометрических скважинах, изменениями дебитов и температуры воды в источниках и самоизливающихся скважинах; вариациями химического состава подземных вод.
Ко- и постсейсмические эффекты, вызываемые воздействием на подземные водоносные системы сейсмических волн, излучаемых из очагов землетрясений, регистрируются в изменениях параметров режима скважин и источников на расстояниях до сотен и тысяч км от эпицентра. В литературе имеются их многочисленные описания (см., например, [Wang, Manga, 2010]).
Изменения параметров подземных вод и газов на стадиях подготовки землетрясений (гидрогеологические предвестники) обнаруживаются значительно реже. По данным 1987–1997 гг. о проявлении гидрогеологических предвестников в скважинах Камчатки и мира в работе [Копылова, 2006а] показано, что область их развития значительно меньше по сравнению с размерами областей ко- и постсейсмических эффектов. В указанной работе приводится зависимость характерных размеров областей проявления гидрогеологических предвестников в наблюдательных скважинах (de – эпицентральное расстояние, км) от величины магнитуды землетрясений с Мw ≥ 5.0:
Мw ≥ 3.37⋅ lgde - 0.84. (1)
Ранее аналогичная зависимость для событий с Мw ≥ 4.0 приводилась в [Копылова, 1992]:
Мw ≥ 3.33⋅ lgde - 0.67. (2)
Выражения (1)–(2) дают сопоставимые оценки максимальных размеров областей проявления гидрогеологических предвестников в зависимости от магнитуды землетрясений: для событий с величиной Мw = 5 максимальная величина de составляет не более 50 км; для Мw = 6, de ≤ 100 км, для Мw = 7, de ≤ 200 км и для Мw = 8, de ≤ 400 км.
Из сопоставления оценок максимальных величин de по (1)–(2) с размерами длины очагов землетрясений по простиранию L [Ризниченко, 1976] следует, что для землетрясений с Мw = 5-8 отношение L/de = 2.4-6 составляет в среднем 4. Это показывает, что проявление гидрогеологических предвестников в режиме подземных вод является свойством “ближней зоны” очагов будущих землетрясений. При этом их заблаговременность – время от начала возникновения до момента землетрясения, составляет от суток-недель до нескольких месяцев [Копылова, 2006а].
Приведенные данные о пространственно-временных проявлениях гидрогеологических предвестников показывают, что они могут найти практическое применение в системах сейсмического прогнозирования при оценках места и времени сильных землетрясений, сопровождающихся катастрофическими последствиями для населения, инфраструктуры и природной среды сейсмоактивных регионов.
На территории Камчатского сейсмоактивного региона гидрогеосейсмологические исследования проводятся с 1977 г. Определяющий вклад в развитие этого направления внес Камчатский филиал Геофизической службы РАН (с апреля 2016 г. – Камчатский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН” – КФ ФИЦ ЕГС РАН) при участии Института вулканологии ДВО РАН, ОАО “Камчатгеология”, Института физики Земли РАН и др. организаций.
В статье дается характеристика основных этапов создания наблюдательной сети и организационно-технического развития системы гидрогеосейсмологических исследований на Камчатке за 40-летний период; приводятся сведения о проявлениях гидрогеологических предвестников в изменениях химического состава и уровней подземных вод в наблюдательных скважинах перед сильными камчатскими землетрясениями и их практическом использовании в системе сейсмического прогнозирования.
ИСТОРИЯ ГИДРОГЕОСЕЙСМОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ
В изучении влияния сейсмичности на режим подземных вод Камчатки выделяются три этапа [Копылова, 2017]:
- ранний, до 1977 г.;
- организация и проведение гидрогеохимических наблюдений на самоизливающихся скважинах и источниках на территории Петропавловского геодинамического полигона, 1977 г. – настоящее время;
- создание системы специализированных наблюдений в скважинах с использованием автоматических средств регистрации параметров подземных вод (инструментальный этап), 1996 г. – настоящее время.
Ранний этап характеризуется случайными наблюдениями эффектов сильных землетрясений в изменениях режима термальных скважин, источников, гейзеров и парогазовых фумарол. В работе [Манухин, 1979] приводятся сведения об изменениях дебитов и температуры воды Пиначевских источников и скважины ГК-1 в результате 7-ми балльного Петропавловского землетрясения 24 ноября 1971 г., МLH = 7.3 (рис. 1). Дебиты источников после этого события увеличились до шести раз, температура воды возросла на 3°С. Стабилизация водной разгрузки источников до фоновых величин продолжалась в течение шести месяцев после землетрясения. Повышенные величины температуры и концентраций макрокомпонентов химического состава воды фиксировались до трех–десяти лет. В работе [Копылова, 1992] по данным наблюдений 1971–1988 гг. приводится оценка влияния сейсмичности на водную, тепловую, минеральную разгрузку Пиначевских источников и показано, что в результате сильных местных землетрясений с величинами магнитуд порядка 7 происходит существенное нарушение условий тепломассопереноса в водоносной системе, питающей источники, в течение месяцев и лет. Вклад сейсмичности, оцененный по превышению амплитудами постсейсмического увеличения разгрузки воды, выноса тепла и минеральных веществ их фоновых величин, оказался достаточно заметным: для водной разгрузки 16% от ее суммарной величины приходилось на постсейсмическое увеличение дебитов источников; для общего количества тепла, вынесенного на поверхность подземными водами, эта величина составляет 14%; для различных минеральных компонентов – от 8 до 33% (хлор-ион – 33%, натрий и калий – 28%, бор – 8%).
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.
Этап 2. В 1977 г. в Институте вулканологии ДВНЦ АН СССР в лаборатории гидрогеологии и геотермии по инициативе В.М. Сугробова и Ю.М. Хаткевича были организованы регулярные наблюдения на трех источниках и на скважине ГК-1 Пиначевской площади (станция Пиначево, рис. 2б). В 1979 г. сотрудники, которые занимались производством режимных наблюдений, были переведены в состав Камчатской опытно-методической сейсмологической партии как отдельное структурное подразделение, сначала группа, впоследствии – лаборатория гидросейсмологии (зав. лабораторией Ю.М. Хаткевич, 1979–2009 гг.).
В течение 1983–1992 гг. на территории Петропавловского геодинамического полигона (см. рис. 2а), дополнительно к станции Пиначево, были организованы наблюдения еще на трех станциях – Морозная (1983 г.), Верхняя Паратунка (1989 г.) и Хлебозавод (1992 г.) (см. рис. 2б). С 1992 г. по настоящее время наблюдательная сеть существенно не менялась. Она включает четыре слаботермальных (температура воды 6–11°С) источника на Пиначевской площади, семь самоизливающихся скважин, вскрывающих на глубинах от 120 м до 2.5 км холодные подземные воды в зонах активного и замедленного водообмена и термальные воды азотно-метанового и азотного состава [Копылова и др., 2018].
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.
Методика работ в течение сорока лет не претерпела существенных изменений. Наблюдения на скважинах и источниках проводились один раз в три–шесть дней. При посещении станций производились замеры дебитов объемным способом, замеры температуры воды термометром с ценой деления 0.1 °С; отбор проб воды, свободного и растворенного газа. В отобранных пробах в лабораторных условиях определялся широкий набор компонентов химического состава воды и газа. Подробное описание наблюдательной сети и методики производства работ приводится в работах [Копылова, 2010; Копылова и др., 1994, 2018; Хаткевич, Рябинин, 2004].
В результате таких наблюдений были получены однородные временные ряды различных параметров подземных вод – дебитов и температуры воды, концентраций основных компонентов химического состава воды и газа. В их изменениях были обнаружены постсейсмические эффекты от местных ощутимых землетрясений, проявляющиеся в возрастании дебитов, температуры и минерализации воды, в увеличении или в перераспределении концентраций макрокомпонентов в химическом составе подземной воды и газа в Пиначевских источниках и в скважинах ГК-1 (станция Пиначево), Морозная 1 (станция Морозная), Г-1 (станция Хлебозавод), ГК-15 и других (станция Верхняя Паратунка).
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.
Перед шестью наиболее сильными сейсмическими событиями 1987–1997 гг.: 06.10.1987 г., Мw = 6.6; 02.03.1992 г., Мw = 6.9; 08.06.1993 г., Мw = 7.5; 13.11.1993 г., Мw = 7.0; 01.01.1996 г., Мw = 6.9; 05.12.1997 г., Мw = 7.8 (см. рис. 2а), произошедшими на эпицентральных расстояниях от 90 до 300 км от станций, в скважинах ГК-1, Морозная 1, Г-1, ГК-15 были зарегистрированы изменения показателей химического состава воды и газа, выделенные в гидрогеохимические предвестники. Заблаговременность их проявления перед землетрясениями составляла от одного до девяти месяцев. Наиболее полное описание гидрогеохимических предвестников перед землетрясениями 1987–1997 гг. приводится в работах [Копылова, 2010; Копылова и др., 1994; Хаткевич, Рябинин, 1998, 2004].
На рис. 3 в координатах магнитуда – эпицентральное расстояние показаны землетрясения 1977–1997 гг., которые сопровождались различными типами гидрогеосейсмических вариаций в изменениях режима самоизливающихся скважин и источников на территории Петропавловского полигона. Пунктиром выделена область гидрогеохимических предвестников, которые проявлялись в изменениях состава воды и газа в наблюдательных скважинах перед землетрясениями с величинами магнитуд Мw = 6.6-7.8 на эпицентральных расстояниях dе от 90 до 300 км. Интенсивность сотрясений в районе станций при таких событиях составляла I = 5-6 баллов по шкале MSK-64 [Медведев и др., 1965]. Такие события также сопровождались амплитудными постсейсмическими вариациями дебитов, температуры и химического состава воды, в основном, Пиначевских источников. Землетрясения с величинами магнитуд Мw = 4-6 на эпицентральных расстояниях dе ≥ 100-300 км, вызвавшие сотрясения на территории Петропавловского полигона до I = 3-4 баллов, также сопровождались постсейсмическими изменениями дебитов и химического состава воды Пиначевских источников.
На основе закономерных проявлений гидрогеохимических предвестников в изменениях химического состава воды и газа в скважинах ГК-1 и Морозная 1 перед землетрясениями 06.10.1987 г., Мw = 6.6 и 02.03.1992 г., Мw = 6.9 (см. рис. 2а, 2б) Г.Н. Копыловой, В.М. Сугробовым и Ю.М. Хаткевичем был предложен эмпирический алгоритм среднесрочной оценки времени сильных землетрясений Камчатки, сопровождающихся сотрясениями интенсивностью не менее I = 5-6 баллов: “Наиболее выраженным признаком подготовки сильного землетрясения с интенсивностью сотрясений свыше 5 баллов в районе г. Петропавловска-Камчатского является совместное проявление относительного уменьшения концентрации хлор-иона в воде скважине ГК-1 за время не менее пяти месяцев с аномальными вариациями других показателей режима наблюдаемых скважин и источников” [Копылова и др., 1994; Хаткевич, 1994]. С использованием этого алгоритма с конца 90-х гг. XX в. осуществляется подготовка еженедельных прогнозных заключений по данным гидрогеохимических наблюдений и их передача в Камчатский филиал Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений, оценке сейсмической опасности и риска (КФ РЭС). Такие заключения рассматриваются на заседаниях КФ РЭС и учитываются при составлении среднесрочных оценок опасности возникновения сильных землетрясений на Камчатке по комплексу сейсмопрогностических данных [Чебров и др., 2011].
В течение второго этапа проводилось изучение процессов формирования гидрогеохимических предвестников и постсейсмических вариаций химического состава подземных вод при воздействии сейсмических волн. В работах [Копылова, Воропаев, 2006; Копылова, Болдина, 2012] представлены физико-химические модели гидрогеосейсмических вариаций химического состава воды Пиначевских источников, скважин Морозная 1 и ГК-1. В качестве ведущего механизма образования гидрогеохимических предвестников и постсейсмических эффектов в составе поступающих на поверхность подземных вод рассматривалось изменение условий смешивания в зонах повышенной водопроводимости и в стволах скважин контрастных по составу вод, присутствующих в водоносных системах наблюдательных скважин и источников [Wang et al., 2004].
В течение второго этапа разрабатывались методы обработки полученного массива гидрогеохимических данных наблюдений с использованием различных модификаций одномерного и многомерного статистического анализа временных рядов для формализованного выделения сигналов подготовки землетрясений авторов А.А. Любушина, Г.Н. Копыловой, Г.В. Рябинина, Ф. Белла, П.Ф. Бьяджи, С. Кингсли и др. Результаты применения статистических методов в части диагностики эффектов сейсмичности хорошо согласовывались с описанными ранее в работах [Копылова и др., 1994; Хаткевич, 1994 и др.] данными наблюдений гидрогеохимических предвестников и постсейсмических эффектов в изменениях состава подземных вод на стадиях подготовки и реализации сильных землетрясений Камчатки (см. например, [Копылова, Таранова, 2013; Bella et al., 1998; Biagi et al., 2000, 2000a, 2000b, 2001; Kingsley et al., 2001]).
Важнейшими результатами второго этапа гидрогеосейсмологических исследований на Камчатке в области сейсмического прогноза являются:
– обнаружение гидрогеохимических предвестников в изменениях макрокомпонентного состава подземных вод и газов с заблаговременностью от1 до 9-ти месяцев до возникновения сильных местных землетрясений (Мw = 6.6-7.8, dе = 90–300 км, Мw/lgdе ≥ 3.1, интенсивность сотрясений не менее I = 4–6 баллов, см. рис. 3);
– практическая реализация в системе сейсмического прогнозирования в Камчатском крае выявленных пространственно-временных закономерностей проявления гидрогеохимических предвестников для среднесрочной (с заблаговременностью от недель до месяцев) оценки времени сильных землетрясений в Камчатской сейсмоактивной зоне на расстояниях до первых сотен км от наблюдательных станций.
Этап 3 – инструментальный. В течение инструментального этапа (1996 г. – настоящее время) по инициативе и под руководством доктора геол.-мин. наук Г.Н. Копыловой сотрудниками лаборатории геофизических исследований КФ ФИЦ ЕГС РАН три скважины Е-1 (1996 г), ЮЗ-5 (1997 г.) и Морозная 1 (2013 г.) (см. рис. 2б) были оборудованы системами цифровой регистрации параметров подземных вод – уровня, температуры, электропроводности воды и метеорологических параметров – температуры воздуха и атмосферного давления. Измерения всех параметров осуществлялись с периодичностью 10–5 минут.
В течение 1996–2013 гг. трижды проводилась модернизация оборудования на скважинах. В 1996–2000 гг. использовались датчики давления ДУ и ДА разработки ОКБ ИФЗ РАН [Багмет и др., 1989]. В 2001–2010 гг. регистрация гидрогеологических и метеорологических параметров проводилась аппаратурой серии Кедр А2 (производитель оборудования – ООО Полином, г. Хабаровск) с накоплением данных на твердотельную память. Съем и обработка данных осуществлялись один раз в две недели. С 2010 г. использовалась аппаратура серии Кедр ДМ с передачей данных по каналам сотовой связи [Копылова и др., 2016; Kopylova et al., 2017]. Аналогичные комплекты оборудования также были установлены ОАО “Камчатгеология” еще на пяти скважинах на территории Камчатского края для проведения гидрогеодинамического мониторинга по методике ВСЕГИНГЕО [Копылова, Смолина, 2009; Копылова и др., 2007].
В течение третьего этапа были созданы методика обработки данных уровнемерных наблюдений для выделения гидрогеосейсмических вариаций уровня воды (2004-2010 гг., Г.Н. Копылова, С.В. Болдина); программные средства Информационной системы POLYGON (2003 г., Г.Н. Копылова, Е.Р. Латыпов, Е.А. Пантюхин), с помощью которой осуществляется пополнение базы данных в составе Информационно-обрабатывающего центра КФ ФИЦ ЕГС РАН, оперативная обработка и анализ уровнемерных данных в режиме близком к реальному времени.
В пьезометрических скважинах Е-1 и ЮЗ-5 и в скважинах ОАО “Камчатгеология” регистрация вариаций уровня воды проводилась с использованием высокочувствительных ультразвуковых датчиков с разрешением ± 0.1 см, разработанных к. т. н. Г.А. Калиновым, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск. С помощью таких датчиков были получены уникальные данные во время сильных камчатских и сильнейших мировых землетрясений 1997–2017 гг. [Болдина, Копылова, 2017; Копылова, 2006, 2010; Копылова, Болдина, 2012; Копылова и др., 2012, 2016 и др.].
Ниже приводится описание гидрогеосейсмических вариаций в изменениях уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1, зарегистрированных при наиболее сильных землетрясениях 1997–2017 гг., произошедших на Камчатке.
Кроноцкое землетрясение 05.12.1997 г., Мw = 7.8 (КЗ) (см. рис. 2а). Наблюдательные скважины располагались на эпицентральном расстоянии dе = 300 км (см. рис. 2а) в зоне сотрясений с интенсивностью I = 5–6 баллов [Левина и др., 2003]. По распределению афтершоков первых суток очаг КЗ протяженностью 220 км располагался к юго-западу от инструментального эпицентра, и расстояние от центра очаговой области КЗ до скважин составляло около 200 км.
В связи с КЗ впервые было зарегистрировано последовательное проявление гидрогеосейсмических вариаций уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1, соответствующих основным факторам сейсмического воздействия на водовмещающие породы – процессам подготовки землетрясения, статического перераспределения напряженного состояния среды при образовании разрыва в очаге и динамического воздействия сейсмических волн (рис. 4) [Копылова, 2006, 2010; Копылова, Болдина, 2012 и др.].
В течение трех недель перед КЗ наблюдалось понижение уровня воды в обеих скважинах, выделенное в гидрогеодинамический предвестник этого события [Копылова, 2006] (см. рис. 4а, 4б). Амплитуда понижения уровня в скважине ЮЗ-5 составила ∆h = -11 см, в скважине Е-1 ∆h = -1 см. Гидрогеодинамический предвестник проявлялся синхронно с горизонтальными перемещениям GPS-станций камчатской сети KAMNET на расстояниях до первых сотен км от очага. Такие перемещения в работе [Gordeev et al., 2001] были выделены в деформационный предвестник этого события. В работе [Копылова, Болдина, 2012] с использованием данных уровнемерных, деформометрических и сейсмологических наблюдений показано, что формирование гидрогеодинамического предвестника было вызвано объемным расширением водовмещающих пород в районах скважин с амплитудой Dt = 7⋅10-8 вследствие развития асейсмических движений в области будущего очага КЗ.
В скважине ЮЗ-5, после образования разрыва в очаге КЗ, в течение примерно 12 мин фиксировался скачок понижения уровня с амплитудой 12 см (∆h = -12 см) (см. рис. 4в), показывающий реакцию давления подземных вод на развитие объемной косейсмической деформации водовмещающих пород [Копылова, 2006]. Величина деформации расширения водовмещающих пород по уровнемерным данным составляла Dt = 8⋅10-8 и хорошо согласовалась с оценкой косейсмической деформации в районе скважины по модели протяженного дислокационного источника с параметрами очага CMT. Описание методики получения точечных оценок косейсмической объемной деформации водовмещающих пород по данным уровнемерных наблюдений в скважине ЮЗ-5 приводится в работе [Копылова и др., 2010].
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.
Динамическое воздействие сейсмических волн на состояние водовмещающих пород и сотрясение стволов скважин сопровождалось амплитудными изменениями уровней воды в обеих скважинах в течение длительного времени (см. рис. 4а). В скважине ЮЗ-5 продолжительность возмущенного состояния системы “скважина – водовмещающая порода” в результате КЗ составляла примерно 2.5 года, и проявлялась в понижении уровня воды на 1 м в течение трех месяцев и последующем его восстановлении в течение двух лет. В скважине Е-1 после КЗ уровень воды повышался в течение трех месяцев с амплитудой 30 см [Копылова, 2006].
Сильные землетрясения 2013 г. В 2013 г. в южной части Камчатской сейсмофокальной зоны произошла серия сильных землетрясений [Сильные ..., 2014]. Максимальные магнитуды сейсмических событий достигали Мw = 6.8 (28.02.2013 г.) и Мw = 8.3 (мантийное Охотоморское землетрясение 24.05.2013 г.) (см. рис. 2а). Эти землетрясения, а также другие сейсмические события 2013 г. с величинами магнитуд Мw ≥ 6.0, сопровождались косейсмическими скачками повышения и понижения уровня воды в скважине ЮЗ-5 с амплитудами ∆h от 0.2 до 7 см [Копылова и др., 2016; Kopylova et al., 2017] (рис. 5б, 5в), которые соответствовали оценкам амплитуд и характеру косейсмической объемной деформации в районе скважины по модели протяженного дислокационного источника [Okada, 1985] с параметрами очагов из международного каталога тензоров сейсмического момента землетрясений Global CMT (http://www.globalcmt.org/) [Болдина, Копылова, 2016]. По амплитудам косейсмических скачков уровня воды количественно оценивались величины объемной косейсмической деформации в районе скважины ЮЗ-5 при образовании разрывов в очагах землетрясений (Dt от ед.⋅10-9 до ≈1⋅10-7). Характер деформации определялся по направлению скачков уровня воды: повышение указывало на развитие объемной деформации сжатия водовмещающих пород, понижение уровня – на развитие деформации объемного расширения.
Соответствие оценок объемной косейсмической деформации по данным наблюдений в скважине ЮЗ-5, с учетом амплитуд и характера косейсмических скачков уровня воды, с теоретическими оценками по модели [Okada, 1985] подтверждало хорошие деформометрические свойства этой скважины в диапазоне величин Dt = ед.⋅10-9–ед.⋅10-7. Вместе с тем, гидрогеодинамические предвестники в изменениях уровня воды в этой скважине перед землетрясениями 28 февраля, 24 мая и перед другими сильными землетрясениями 2013 г. не были диагностированы.
Постсейсмические вариации уровня воды в скважине ЮЗ-5 зарегистрированы в связи с событиями 28 февраля (понижение уровня в течение 1.5 месяцев с амплитудой ∆h = -35 см) и 24 мая (повышение уровня воды в течение месяца с амплитудой ∆h = 24 см) (см. рис. 5а). После землетрясения 28 февраля также произошло понижение температуры воды с амплитудой 0.6°С и повышение электропроводности на 4 мСм/м. Такие изменения физико-химических параметров подземных вод также относятся к постсейсмическим вариациям в режиме этой скважины. 7 января 2013 г., примерно за 8 недель до землетрясения 28 февраля, было зарегистрировано повышение электропроводности воды с амплитудой 6 мСм/м (см. рис. 5а). Возможное значение этого эффекта для прогноза землетрясений можно будет оценить по результатам дальнейших наблюдений.
В изменениях уровня воды в скважине Е-1 по данным 30-летних наблюдений (с 1987 г. по настоящее время) обнаружены два типа гидрогеодинамических предвестников:
– предвестник ГП_I со временем упреждения от суток до десятков суток [Копылова, 2001, 2013; Копылова, Болдина, 2012а];
– предвестник ГП_II с временем упреждения до нескольких лет [Копылова, 2001; Фирстов и др., 2016].
Гидрогеодинамический предвестник ГП_I проявляется в форме понижения уровня воды с повышенной скоростью в течение суток–месяца перед землетрясениями с Мw ≥ 5.0 на эпицентральных расстояниях dе ≤ 350 км. В работах [Копылова, 2001, 2013] приводится параметрическое описание ГП_I. Регулярная повторяемость ГП_I перед землетрясениями с Мw ≥ 5.0 (более 70% случаев), а также улучшение статистической связи его проявлений с последующими землетрясениями с ростом величин их магнитуды позволяют использовать ГП_I для среднесрочной оценки времени возникновения местных землетрясений с величинами магнитуд Мw ≥ 5.5 ± 0.5 с заблаговременностью сутки–недели [Копылова, 2001; Копылова, Болдина, 2012а; Копылова, Сизова, 2012; Копылова и др., 2012]. С начала 2000-х гг. ГП_I используется для составления и передачи в экспертные советы по прогнозу землетрясений заключений о возможности сильных землетрясений в Камчатском регионе с упреждением до одного месяца [Сильные ..., 2014; Чебров и др., 2011, 2016; Фирстов и др., 2016].
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.
На рис. 6 показаны изменения уровня в скважине Е-1 в период землетрясения 28.02.2013 г. в сопоставлении с моментами начала проявления ГП_I (стрелка 1 на нижнем графике), землетрясения (3) и датой подачи прогнозного заключения в КФ РЭС (2). В прогнозном заключении от 1 февраля 2013 г. указывалось, что “в течение времени 1–2 месяца повышена вероятность возникновения землетрясения с Мw ≥ 5.0 на расстоянии до 350 км от скважины”. Кроме этого, в заключении приводились оценки надежности сделанного сейсмического прогноза для землетрясений с различными величинами магнитуды, основывающиеся на результатах ретроспективного анализа проявлений ГП_I за многолетний период [Копылова, Сизова, 2012]: “вероятность события с Мw ≥ 5.0 р = 0.45, ….. вероятность события с Мw ≥ 5.9 р = 0.73”. Землетрясение 28 февраля 2013 г. соответствовало прогнозу от 1 февраля по величине магнитуды, по времени и по местоположению, и этот прогноз признан КФ РЭС оправдавшимся [Сильные ..., 2014, с. 152]. Изменения уровня воды в скважине Е-1 в период землетрясения 28 февраля: понижение с повышенной скоростью в течение 44 сут перед землетрясением и его повышение с амплитудой около 2 см после землетрясения (см. рис. 6, графики 3 и 4), является типичным в случаях проявления сильных (Мw ≥ 6.6) местных землетрясений на расстояниях до 300 км [Копылова, 2001].
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.
Второй тип прогностического сигнала в изменениях уровня воды в скважине Е-1 (ГП_II) был впервые выделен в 2001 г. [Копылова, 2001] и подтвержден в 2016 г. [Фирстов и др., 2016]. ГП_II проявляется в длительных (до 6-ти лет) понижениях уровня воды с повышенной скоростью, предшествующих и сопровождающих возникновение групп сильных землетрясений на Камчатке. Такие понижения уровня воды наблюдались в 1991–1997 гг. (шесть землетрясений 1992–1997 гг. с магнитудами М = 6.9-7.8 на эпицентральных расстояниях до 300 км) и в 2012–2017 гг. (серия сильных землетрясений 2013–2016 гг. с максимальными магнитудами Мw = 6.8-8.3). Мы полагаем, что такие длительные понижения уровня воды в скважине Е-1 отражают геодинамические ситуации, сопряженные с подготовкой и возникновением землетрясений с М порядка 7 и более на прилегающем к территории ПГП участке Камчатской сейсмофокальной зоны, и вызываются увеличением емкости водовмещающих пород при развитии в них трещинной дилатансии и фазовых изменений в системе “вода–газ”.
В период Жупановского землетрясения 30.01.2016 г., Мw = 7.2, I = 5 баллов, dе = 90 км, гипоцентральное расстояние 200 км (ЖЗ), (см. рис. 2а) в изменениях уровней воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1 были зарегистрированы ко- и постсейсмические вариации, а также гидрогеодинамические предвестники на стадии подготовки этого сейсмического события (рис. 7в, рис. 8).
В скважине ЮЗ-5 в течение 3.5 мес. перед ЖЗ наблюдалось аномальное повышение уровня воды с амплитудой не менее 20 см, существенно нарушающее годовой сезонный ход. Такое повышение уровня воды было выделено в гидрогеодинамический предвестник ЖЗ (см. рис. 7в) [Болдина, Копылова, 2017].
После вступления сейсмических волн от ЖЗ уровень воды повышался в течение 45 минут с амплитудой ∆h = 9.4 см (см. рис. 7б) вследствие наложения косейсмического возрастания давления подземной воды и соответствующего скачка повышения уровня воды в скважине и импульсного увеличения давления вблизи ствола скважины при сейсмических сотрясениях. Оцененная величина амплитуды косейсмического повышения уровня (∆h = 7.3 см) и соответствующей величины деформации сжатия водовмещающих пород D1 = -4.5⋅10-8 по уровнемерным данным согласовалась с оценкой объемной косейсмической деформации в районе скважины по модели дислокационного источника в однородном упругом изотропном полупространстве с параметрами механизма очага ЖЗ (D2 = -4.6⋅10-8).
После ЖЗ уровень понижался в течение трех месяцев с амплитудой ∆h = ~ 40 см (см. рис. 7в) вследствие падения напора в водоносном горизонте за счет улучшения фильтрационных свойств водовмещающих пород при сейсмических сотрясениях.
В скважине Е-1 последовательно проявились гидрогеодинамический предвестник ГП_I в течение 21 сут перед ЖЗ и повышение уровня с амплитудой 3.7 см в течение месяца после землетрясения (см. рис. 8). Амплитуда понижения уровня за это время составила ∆h = -2.2 см при среднесуточной скорости -0.06 – -0.12 см/сут (см. рис. 8а, 8бб).
С использованием ГП_I, выявленного в реальном времени, был составлен и передан в КФ РЭС 21 января 2016 г. прогноз о повышенной вероятности сильного землетрясения на расстоянии до 350 км от скважины Е-1 в течение месяца. ЖЗ соответствовало этому прогнозу по величине магнитуды, по времени и по местоположению [Чебров и др., 2016].
В течение третьего этапа также были выполнены научно-исследовательские работы: по созданию моделей формирования различных типов гидрогеосейсмических вариаций уровня воды в скважинах – гидрогеодинамических предвестников, ко- и постсейсмических вариаций (на примере скважины ЮЗ-5); по оценке информативности наблюдательных скважин для обнаружения гидрогеодинамических предвестников землетрясений и количественных оценок деформации водовмещающих пород (Г.Н. Копылова, С.В. Болдина).
Результаты выполнения комплекса технических и научно-исследовательских мероприятий на третьем этапе гидрогеосейсмологических исследований составляют научно-методическую основу нового метода мониторинга современных геодинамических процессов и прогнозирования сильных землетрясений в Камчатском сейсмоактивном регионе с использованием гидрогеологических данных.
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.
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.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Наиболее ценными результатами многолетних непрерывных наблюдений на сети наблюдательных скважин Петропавловского геодинамического полигона являются достоверные данные о гидрогеологических предвестниках в изменениях физико-химических параметров подземных вод перед сильными (М = 6.6–7.8) землетрясениями Камчатки. Совокупность таких данных составляет научное обоснование использования гидрогеологического метода в решении задач геофизического мониторинга и прогнозирования сильных землетрясений в Камчатском сейсмоактивном регионе.
С использованием выявленной связи между проявлениями гидрогеохимических и гидрогеодинамических предвестников и параметрами землетрясений предложены методы среднесрочной оценки времени сильных землетрясений Камчатки с М порядка 7 и более по текущим данным наблюдений, которые реализуются в практике работы действующих в Камчатском крае советов по прогнозу землетрясений.
По данным наблюдений на скважине Е-1 были осуществлены заблаговременные прогнозы ряда сильных землетрясений 2004–2016 гг. включая землетрясение 28.02.2013 г. и Жупановское землетрясение 30.01.2016 г. с временем упреждения от первых суток до одного месяца.
По данным наблюдений на скважине ЮЗ-5 осуществлялись оценки объемной косейсмической деформации водовмещающих пород в диапазоне величин ед.⋅10-9–1⋅10-7.
Кроме этого, получены важные научно-технические результаты, обеспечивающие задел для дальнейшего развития гидрогеосейсмологических исследований на Камчатке. К таким результатам относятся:
– создание в КФ ФИЦ ЕГС РАН системы специализированных гидрогеологических наблюдений на скважинах, функционирующей в режиме близком к реальному времени и ориентированной на оперативное выделение гидрогеосейсмических вариаций в изменениях физико-химических параметров подземных вод, включая гидрогеологические (гидрогеохимические и гидрогеодинамические) предвестники сильных местных землетрясений;
– создание информационных ресурсов гидрогеосейсмологических исследований на Камчатке в составе пополняемой базы данных режимных наблюдений на сети скважин и источников Петропавловского полигона за период наблюдений с 1971 г. по настоящее время; данных по наблюдательным скважинам и текстов публикаций, содержащих систематическое описание гидрогеологических эффектов при произошедших землетрясениях (см. http://www.emsd.ru/lgi/result).
База данных специализированных гидрогеологических наблюдений на Камчатке за 40-летний период и материалы по вариациям физико-химических параметров подземных вод при произошедших землетрясениях, в том числе по гидрогеологическим предвестникам, являются уникальными. Они могут использоваться при постановке новых научных и прикладных задач по углубленному изучению влияния сейсмичности на подземные воды и созданию новых методов сейсмического прогноза с использованием гидрогеологических данных.
Перспективы развития гидрогеосейсмологических исследований на Камчатке связаны с дальнейшим накоплением достоверных данных о разнообразных откликах подземных вод на сейсмические воздействия, в первую очередь, о гидрогеологических предвестниках, закономерностях их проявления и связи с параметрами сильных землетрясений.
Важными направлениями работ также является:
– исследование процессов формирования гидрогеологических предвестников землетрясений и других эффектов сейсмичности в различных природных и природно-технических системах, таких как “скважина – водовмещающая порода”, система взаимодействия “вода – порода – газ” и др. с использованием моделирования;
– дальнейшее техническое развитие системы специализированных гидрогеологических наблюдений на Камчатке.
Следует также отметить, что данные, полученные за 40-летний период наблюдений на скважинах и источниках Камчатки, широко востребованы. С их использованием опубликованы десятки работ в ведущих рецензируемых журналах в России и за рубежом, защищены четыре кандидатских диссертации (Г.Н. Копылова, Г.В. Рябинин, Е.А. Запреева, С.В. Болдина), две докторских диссертации (А.А. Любушин, 1996 г.; Г.Н. Копылова, 2010 г.); подготовлены дипломные работы выпускниками Камчатского государственного университета им. Витуса Беринга, Камчатского государственного технического университета, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Томского политехнического университета и др.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена в рамках плановых тем НИР КФ ФИЦ ЕГС РАН рег. №№ АААА-А16-116070550057-7, АААА-А16-116070550059-1 при финансовой поддержке РФФИ, грант 18-05-00337 “Типизация и модели гидрогеосейсмических эффектов землетрясений по данным уровнемерных наблюдений в скважинах (на примере Камчатского региона)”.
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
- 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.
- 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.
- 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.
- Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2009. 328 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- Копылова Г.Н. Изменения уровня воды в скважине ЮЗ-5, Камчатка, вызванные землетрясениями // Вулканология и сейсмология. 2006. № 6. С. 52–64.
- Копылова Г.Н. Сейсмичность как фактор формирования режима подземных вод // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2006а. № 1. Вып. № 7. С. 50–66.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Копылова Г.Н., Воропаев П.В. Процессы формирования постсейсмических аномалий химического состава термоминеральных вод // Вулканология и сейсмология. 2006. № 5. С. 42–48.
- 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.
- 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.
- 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.
- doi: 10.7868/S0002333713040066.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Медведев С.В., Шпонхойер В., Карник В. Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. М.: МГК АН СССР, 1965. 11 с.
- Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М.: Мир, 1979. 388 с.
- Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент // Исследования по физике землетрясений. М.: Наука, 1976. С. 9–27.
- Сильные камчатские землетрясения 2013 года / Под ред. В.Н. Чеброва. Петропавловск-Камчатский: Холд. комп. “Новая книга”, 2014. 252 с.
- Уломов В.И., Мавашев Б.З. О предвестнике сильного тектонического землетрясения // Докл. АН СССР. № 2. 1967. Т. 176. С. 319–321.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.