1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика Земли
  4. № 3, 2023

Физика Земли, 2023, № 3, стр. 78-95

Сейсмогидрогеологические эффекты как проявление триггерного воздействия землетрясений на подземные воды (на примере скважин Петропавловск-Камчатского полигона, полуостров Камчатка)

Г. Н. Копылова 1, *, С. В. Болдина 1, **

1 Камчатский филиал Федерального исследовательского центра “Единая геофизическая служба РАН”
г. Петропавловск-Камчатский, Россия

* E-mail: gala@emsd.ru
** E-mail: boldina@emsd.ru

Поступила в редакцию 11.10.2022
После доработки 03.12.2022
Принята к публикации 09.12.2022

Аннотация

По данным многолетних наблюдений на скважинах Петропавловск-Камчатского полигона, полуостров Камчатка, рассматриваются проявления трех главных видов сейсмогидрогеологических эффектов – гидрогеологических предвестников, косейсмических скачков давления и постсейсмических эффектов вибрационного воздействия сейсмических волн в изменениях давления и химического состава подземных вод, в зависимости от параметров землетрясений (магнитуда, эпицентральное расстояние, интенсивность сейсмического воздействия в районах наблюдений). Представлены данные о землетрясениях, которым предшествовали гидрогеологические предвестники в нескольких (n = 2–4) скважинах. Обсуждается возможность использования гидрогеологических предвестников для прогнозирования сильных землетрясений на Камчатке и результаты эксперимента по их применению в реальном времени путем подготовки еженедельных заключений по текущим данным наблюдений для Камчатского филиала Российского экспертного совета. На примере данных уровнемерных наблюдений в скважине ЮЗ-5 рассмотрены косейсмические скачки давления подземных вод при образовании разрывов в очагах местных землетрясений c Mw > 6.0 и четыре типа эффектов вибрационного воздействия сейсмических волн при местных и удаленных землетрясениях с магнитудами Mw = 6.8–9.3 на эпицентральных расстояниях от 80 до 14  600 км; показана зависимость проявления таких эффектов от параметров землетрясений и интенсивности сейсмического воздействия в районе скважины.

Ключевые слова: скважина, землетрясение, уровень воды, химический состав подземной воды, гидрогеологический предвестник, сейсмический прогноз.

Список литературы

  1. Болдина С.В., Копылова Г.Н. О возможности получения оценок упругих параметров водовмещающих пород по данным уровнемерных наблюдений в пьезометрических скважинах // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. Т. 22. № 2. С. 231-243.

  2. Болдина С.В., Копылова Г.Н. Косейсмические эффекты сильных камчатских землетрясений 2013г. в изменениях уровня воды в скважине ЮЗ-5 // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. Т. 30. № 2. С. 66–76.

  3. Болдина С.В., Копылова Г.Н. Эффекты Жупановского землетрясения 30 января 2016 г., Mw =7.2, в изменениях уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1, Камчатка // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 863–880.

  4. Болдина С.В., Копылова Г.Н., Кобзев В.А. Исследование эффектов землетрясений в изменениях давления подземных вод: аппаратура и некоторые результаты наблюдений в скважинах полуострова Камчатка // Геодинамика и Тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2. С. 0594.

  5. 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.

  6. Копылова Г.Н. Изменения уровня воды в скважине ЮЗ-5, Камчатка, вызванные землетрясениями // Вулканология и сейсмология. 2006. № 6. С. 52–64.

  7. Копылова Г.Н., Болдина С.В. Оценка пороупругих параметров резервуара подземных вод (по данным уровнемерных наблюдений на скважине ЮЗ-5, Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 2006. № 2. С. 17–28.

  8. Копылова Г.Н., Болдина С.В. Отклик уровня воды в скважине ЮЗ-5, Камчатка, на Суматра-Андаманское землетрясение 26 декабря 2004 г., М = 9 // Вулканология и сейсмология. 2007. № 5. С. 39–48.

  9. Копылова Г.Н., Болдина С.В. О механизме гидрогеодинамического предвестника Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г., Мw = 7.8 // Тихоокеанская геология. 2012. № 5. С. 104–114.

  10. 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. 2012а. № 5. С. 41–54.

  11. Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеосейсмологические исследования на Камчатке: 1977–2017 гг. // Вулканология и сейсмология. 2019. № 2. С. 3–20.

  12. Копылова Г.Н., Болдина С.В. Эффекты сейсмических волн в изменениях уровня воды в скважине: экспериментальные данные и модели // Физика Земли. 2020. № 4. С. 102–122.

  13. Копылова Г.Н., Воропаев П.В. Процессы формирования постсейсмических аномалий химического состава термоминеральных вод // Вулканология и сейсмология. 2006. № 5. С. 42–48.

  14. Копылова Г.Н., Болдина С.В., Серафимова Ю.К. Предвестники землетрясений в изменениях ионного и газового состава подземных вод: обзор мировых данных // Геохимия. 2022. Т. 67. № 10. С. 921–941.

  15. Копылова Г.Н., Иванов В.Ю., Касимова В.А. Разработка элементов информационной системы комплексных геофизических наблюдений на территории Камчатки // Российский журн. наук о Земле. 2009. Т. 11. RE2002.

  16. Копылова Г.Н., Латыпов Е.Р., Пантюхин Е.А. Информационная система “Полигон”: комплекс программных средств для сбора, хранения и обработки данных геофизических наблюдений. Проблемы сейсмологии III-го тысячелетия. Материалы международной геофизической конференции. Новосибирск: изд-во СО РАН. 2003. С. 393–399.

  17. 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.

  18. 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.

  19. 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.

  20. 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.

  21. Копылова Г.Н., Юсупов Ш.С., Серафимова Ю.К., Шин Л.Ю., Болдина С.В. Гидрогеохимические предвестники землетрясений (на примере районов полуострова Камчатка, Россия, и Республики Узбекистан) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2020. Т. 48. № 4. С. 5–20.

  22. Медведев С.В., Шпонхойер В., Карник В. Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. М.: МГК АН СССР. 1965. 11 с.

  23. Ризниченко Ю.В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент. Исследования по физике землетрясений. М.: Наука. 1976. С. 9–27.

  24. Рябинин Г.В., Полетаев В.А. Изменения ионно-солевого состава термоминеральных вод в связи с сильнейшими землетрясениями (ML ≥ 7.0) юго-востока полуострова Камчатка. Труды Восьмой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Петропавловск-Камчатский. 26 сентября–2 октября 2021 г. Петропавловск-Камчатский: КФ ФИЦ ЕГС РАН. 2021. С. 283-287.

  25. Рябинин Г.В., Хаткевич Ю.М. Гидрогеохимические эффекты, предшествующие сильным землетрясениям Камчатки. Алгоритм идентификации и морфологический анализ // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2009. Т. 13. № 1. С. 107–122.

  26. 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.

  27. Хаткевич Ю.М., Рябинин Г.В. Гидрогеохимические исследования на Камчатке. Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки / Е.И. Гордеева, В.Н. Чеброва (ред). Петропавловск-Камчатский: Камчатский печатный двор. 2004. С. 96–112.

  28. 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.

  29. Чебров Д.В., Кугаенко Ю.А., Ландер А.В., Абубакиров И.Р., Гусев А.А., Дрознина С.Я., Митюшкина С.В., Ототюк Д.А., Павлов В.М., Титков Н.Н. Ближне-Алеутское землетрясение 17.07.2017 г. с Mw = 7.8. I. Протяженный разрыв вдоль Командорского блока Алеутской островной дуги по данным наблюдений на Камчатке // Физика Земли. 2019. № 4. С. 48–71.

  30. Юсупов Ш.С., Нурматов У.А., Шин Л.Ю. и др. Аномальные вариации гидрогеосейсмологических параметров в период возникновения Туябугузского и Маржанбулакского землетрясений 25 и 26 мая 2013 г. // Докл. АН РУз: ФАН. 2014. № 6. С. 38–40.

  31. Barberio M.D., Barbieri M., Billi A., Doglioni C., Petitta M. Hydrogeochemical changes before and during the 2016 Amatrice-Norcia seismic sequence (central Italy) // Scientific Reports. 2017. V. 7. № 1. P. 11735.

  32. Boschetti T., Barbieri M., Barberio M.D., Billi A., Frondini S., Petitta M. CO2 inflow and elements desorption prior to a seismic sequence, Amatrice-Norcia 2016 // Italy. Geochem. Geophys. 2019. V. 20. P. 2303–2317.

  33. Chiodini G., Cardellini C., Di Luccio F., Selva G., Frondini F., Caliro S., Rosiello A., Beddini G., Ventura G. Correlation between tectonic CO2 Earth degassing and seismicity is revealed by a 10-year record in the Apennines // Italy. Sci. Adv. 2020. V. 6. P. eabc2938.

  34. Kitagawa Y., Koizumi N., Takahashi M., Matsumoto N., Sato T. Changes in groundwater levels or pressures associated with the 2004 earthquake off the west coast of northern Sumatra (M9.0) // Earth Planets Space. 2006. V. 58. P. 173–179.

  35. Kopylova G., Boldina S. Hydrogeological Earthquake Precursors: A Case Study From the Kamchatka Peninsula // Front. Earth Sci. 2020. V.8. P. 576017.

  36. Kopylova G., Boldina S. Preseismic Groundwater Ion Content Variations: Observational Data in Flowing Wells of the Kamchatka Peninsula and Conceptual Model // Minerals. 2021. V. 11. P. 731.

  37. Martinelli G. Previous, current, and future trends in research into earthquake precursors in geofluids // Geosciences. 2020. V. 10. № 5. P. 189.

  38. Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bulletin of the Seismological Society of America. 1985. V. 75. № 4. P. 1135–1154.

  39. Reddy D., Nagabhushanam P., Sukhija B.S. Earthquake (M = 5.1) induced hydrogeochemical and δ18O changes: Validation of aquifer breaching − Mixing model in Koyna, India // Geophysical J. International. 2011. V. 184. № 1. P. 359–370.

  40. Skelton A., Andrén M., Kristmannsdóttir H., Stockmann G., Mörth C.-M., Sveinbjörnsdóttir A., Jónsson S., Sturkell E., Guõrúnardóttir H.R., Hjartarson H., Siegmund H., Kockum I. Changes in groundwater chemistry before two consecutive earthquakes in Iceland // Nature Geoscience. 2014. V. 7. № 10. P. 752–756.

  41. Skelton A., Liljedahl-Claesson L., Wästeby N., Andrén M., Stockmann G., Sturkell E., Mörth C.-M., Stefansson A., Tollefsen E., Siegmund H., Keller N., Kjartansdóttir R., Hjartarson H., Kockum I. Hydrochemical changes before and after earthquakes based on long-term measurements of multiple parameters at two sites in northern Iceland − A review // J. Geophys. Res. Solid Earth. 2019. V. 124. P. 2702–2720.

  42. Shi Zh., Wang G., Liu C. Co-seismic groundwater level changes induced by the May 12, 2008 Wenchuan earthquake in the near field // Pure Appl. Geophys. 2013. V. 170. P. 1773–1783.

  43. Shi Zh., Wang G., Manga M., Wang C.-Y. Mechanism of co-seismic water level change following four great earthquakes – insights from co-seismic responses throughout the Chinese mainland // Earth and Planetary Science Letters. 2015. V. 430. P. 66–74.

  44. Sun X., Wang G., Yang X. Coseismic response of water level in Changping well, China, to the Mw = 9.0 Tohoku earthquake // J. Hydrology. 2015. V. 531. P. 1028–1039.

  45. Tsunogai U., Wakita H. Precursory chemical changes in ground water: Kobe earthquake, Japan // Science. 1995. V. 269. № 5220. P. 61–63.

  46. Zhou Z., Tian L., Zhao J., Wang H., Liu J. Stress-Related Pre-Seismic Water Radon Concentration Variations in the Panjin Observation Well, China (1994–2020) // Front. Earth Sci. 2020. V. 8. P. 596283.

  47. Wakita H. Water wells as possible indicators of tectonic strain // Science. 1975. V. 189. P. 553–555.

  48. Wang C.-Y. Liquefaction beyond the near field // Seismol. Res. Lett. 2007. V. 78. P. 512–517.

  49. Wang C.-Y., Manga M. Earthquakes and Water. Lecture Notes in Earth Sciences 114. Berlin: Springer. Germany, 2010. 249 p.

  50. Wang Ch.-Y., Manga M. Water and Earthquakes. Lecture Notes in Earth System Sciences. Cham: Springer, Switzerland. 2021. 387 p.

  51. Wang C.-Y., Cheng L.H., Chin C.V., Yu S.B. Coseismic hydrologic response of an alluvial fan to the 1999 Chi-Chi earthquake, Taiwan // Geology. 2001. V. 29.№ 9. P. 831–834.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика Земли

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал