авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

Николаевна эффекты сейсмичности в режиме подземных вод (на примере камчатского региона)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОПЫЛОВА (ГРИЦ) Галина Николаевна

ЭФФЕКТЫ СЕЙСМИЧНОСТИ В РЕЖИМЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

(на примере Камчатского региона)

25.00.07 – Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук

Петропавловск-Камчатский- 2010

Работа выполнена в Камчатском филиале Учреждения Российской академии наук Геофизическая служба РАН

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

Владимир Егорович Глотов;

доктор геолого-минералогических наук

Юрий Федорович Мороз;

доктор геолого-минералогических наук

Василий Ионович Джурик

Ведущая организация: ОАО «Камчатгеология»

Защита состоится 30 ноября 2010 г. в 9-00 час. на заседании диссертационного совета

Д 003.022.01 при Институте земной коры СО РАН, в конференц-зале ИЗК СО РАН по

адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128

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

Отзывы об автореферате в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим

направлять по указанному адресу ученому секретарю совета к. г.-м. н. Людмиле Павловне Алексеевой, тел. (3952) 422-777, факс (3952) 42-69-00, 42-70-00, e-mail: lalex@crust.irk.ru

Автореферат разослан «___» _____________2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат геол.-мин. наук Л.П. Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Проведение режимных наблюдений на скважинах и источниках с целью поиска гидрогеологических предвестников землетрясений является одним из приоритетных направлений исследований по проблеме сейсмического прогноза. Большой вклад в развитие методологии таких исследований внесли отечественные ученые из Института физики Земли (И.Г. Киссин), ВСЕГИНГЕО (Г.С. Вартанян, Г.В. Куликов), Института сейсмологии Узбекистана (А.Н. Султанходжаев и др.), Сахалинского комплексного научно-исследовательского института, Института земной коры СО РАН и др.

В результате работ 70-80-х гг. XX в. выделены две основные разновидности гидрогеологических предвестников - гидрогеодинамические и гидрогеохимические (Киссин, Пиннекер, Ясько, 1982), но их сейсмопрогностическая информативность не оценена до настоящего времени. Это было обусловлено объективными недостатками используемых данных режимных наблюдений, которые имели в основном фрагментарный, несистематический характер. По этой причине ряд теоретических положений о формировании гидрогеологических предвестников имеет преимущественно гипотетический характер, а существующие методические рекомендации по проведению гидрогеологических наблюдений в целях прогноза землетрясений (Методические указания.., 1985; Методические рекомендации.., 1986 и др.) основаны, главным образом, на общих представлениях о связи изменений напряженно-деформированного состояния водонасыщенных горных пород и режима подземных вод.

Необходимым этапом развития гидрогеологического метода в целях прогноза землетрясений является достоверная диагностика изменений параметров режима скважин и источников под влиянием процессов подготовки и реализации землетрясений (гидрогеосейсмических вариаций), которые отражают специфические гидрогеодинамические и гидрогеохимические процессы в системах «скважина – резервуар подземных вод» и «источник – питающая водоносная система», характеризующихся различием режимообразующих условий.

Актуальными проблемами гидрогеологии как науки о подземных водах являются:

- установление закономерностей и особенностей проявления эффектов сейсмичности, в первую очередь, гидрогеологических предвестников землетрясений в режиме подземных вод в зависимости от параметров землетрясений и локальных гидрогеологических условий;

- разработка методологии построения моделей гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов в реальных системах «скважина – резервуар подземных вод» и «источник – питающая водоносная система» под влиянием сейсмических факторов;

- оценка информативности гидрогеологических предвестников для прогноза землетрясений.

Основу решения этих проблем составляют результаты обобщения данных многолетних специализированных наблюдений на скважинах и источниках в сейсмоактивных регионах.

Камчатский сейсмоактивный регион является уникальным объектом для изучения влияния сейсмичности на режим подземных вод и развития гидрогеологического метода поиска предвестников землетрясений с использованием комплексирования данных сейсмологических, геодезических и гидрогеологических наблюдений. Здесь в последние десятилетия проведены широкомасштабные наблюдения за сейсмичностью, современными деформациями земной коры и режимом подземных вод. Получены убедительные факты проявления предвестников в изменениях слабой сейсмичности (Соболев, 1999), в горизонтальных деформациях земной коры (Левин и др., 2004) и в режиме подземных вод (Копылова и др., 1994; Копылова, 2001, 2006 и др.; Хаткевич, Рябинин, 1998, 2004) перед землетрясениями с магнитудами порядка 7 и более.

Целью исследования является развитие научно-методических основ гидрогеологического метода мониторинга геологической среды и поиска предвестников землетрясений с учетом типизации гидрогеосейсмических вариаций параметров режима подземных вод и феноменологических моделей гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов их формирования в реальных системах «скважина - резервуар подземных вод» и «источник – питающая водоносная система».

Основные задачи исследования:

1. Систематизация гидрогеосейсмических вариаций (гидрогеологических предвестников, ко- и постсейсмических изменений) в режиме скважин и источников Камчатки и оценка зависимости их проявления от параметров землетрясений (магнитуды М, гипоцентрального расстояния R, соотношения M/lgR) и локальных гидрогеологических условий.

2. Создание моделей гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов формирования гидрогеосейсмических вариаций в системах «скважина – резервуар подземных вод» и «источник – питающая водоносная система» на примере отдельных водопроявлений с учетом локальных гидрогеологических условий и данных режимных наблюдений.

3. Типизация эффектов сейсмичности в режиме подземных вод с учетом факторов сейсмического воздействия, видов и гидрогеологических особенностей режимных водопроявлений.

4. Оценка связи между проявлениями гидрогеологических предвестников с вариациями сейсмичности и современными деформациями земной коры на стадиях подготовки сильных землетрясений Камчатки.

Фактический материал. В работе используются данные многолетних (1971 - 2008 гг.) наблюдений на сети скважин и источников Камчатки (6 пьезометрических скважин, оборудованных системами цифровой регистрации уровня воды и атмосферного давления; 13 самоизливающихся скважин и источников, на которых проводятся наблюдения за вариациями дебитов, температуры, химического состава воды и газа с периодичностью один раз в 3-6 дней). Основная часть используемых данных получена Камчатской опытно-методической сейсмологической партией Геофизической службы РАН (с апреля 2005 г. Камчатский филиал Геофизической службы РАН, КФ ГС РАН).

Основные методы исследования:

- выявление и систематизация различных типов гидрогеосейсмических вариаций в изменениях многолетних временных рядов данных наблюдений на скважинах и источниках с использованием методов статистического анализа;

- математическое моделирование различных типов гидрогеосейсмических вариаций в изменениях параметров режима скважин и источников на основе современных теоретических моделей гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов в системах «скважина – резервуар подземных вод» и «источник – питающая водоносная система» при воздействии землетрясений;

- типизация гидрогеосейсмических вариаций в режиме подземных вод Камчатки с привлечением материалов специализированных гидрогеологических наблюдений в других сейсмоактивных районах мира;

- обобщение данных о проявлении среднесрочных сейсмологических, геодезических и гидрогеологических предвестников сильных (М  6.6) землетрясений Камчатки на основе современных теоретических моделей процессов подготовки землетрясений.

Научная новизна. 1. Впервые выполнено обобщение результатов многолетних специализированных гидрогеологических наблюдений в Камчатском сейсмоактивном регионе. На примерах отдельных скважин и источников дано описание различных типов гидрогеосейсмических вариаций в изменениях гидродинамических и физико-химических параметров режима напорных пресных и термоминеральных подземных вод в связи с местными и сильнейшими удаленными землетрясениями. Показано, что гидрогеосейсмические вариации, в зависимости от интенсивности сейсмического воздействия, могут состоять из нескольких частей: предшествующей землетрясению (гидрогеологических предвестников) и ко- и/или постсейсмической, либо из ко- и/или постсейсмической части, либо могут вообще не проявляться. Выявлены четыре вида гидрогеологических предвестников, в т. ч. новый вид предвестника на основе применения многомерного статистического анализа данных наблюдений на самоизливающихся скважинах и источниках. Установлено, что гидрогеологические предвестники проявляются в основном перед местными землетрясениями с М = 6.6-7.8, R = 90-320 км, M/lgR  3.1-3.5. Для некоторых видов предвестников оценена их сейсмопрогностическая эффективность и показано, что они могут использоваться для среднесрочного прогноза сильных землетрясений Камчатки.

2. Впервые в мировой практике прецизионных уровнемерных наблюдений обнаружено проявление различных типов гидрогеосейсмических вариаций в изменениях уровня воды в отдельных скважинах: гидрогеодинамических предвестников, косейсмических скачков, ко- и постсейсмических эффектов прохождения сейсмических волн от местных и удаленных землетрясений.

На примере скважины ЮЗ-5 разработана модель гидрогеодинамических процессов в системе «скважина – напорный резервуар пресных подземных вод» при воздействии различных факторов сейсмичности, в т. ч. квазиупругой деформации резервуара на стадии подготовки и образования разрывов в очагах местных сильных землетрясений, прохождения сейсмических волн от местных и удаленных землетрясений. Выполнены количественные оценки пред- и косейсмической объемной деформации резервуара подземных вод и доказана принципиальная возможность получения таких оценок по данным уровнемерных наблюдений.

3. С использованием математической модели (Wang et al., 2004) и моделирования постсейсмических изменений дебита и химического состава воды Пиначевского источника рассмотрен механизм формирования гидрогеосейсмических вариаций химического состава термоминеральных подземных вод за счет смешивания флюидов с различным химическим составом в зонах повышенной водопроводимости. Показана зависимость динамики долговременных изменений химического состава воды термоминерального источника от интенсивности сейсмического воздействия.

4. Впервые предложена типизация гидрогеосейсмических вариаций в режиме напорных пресных и термоминеральных подземных вод с учетом комплекса факторов, определяющих основные особенности их формирования в системах «скважина - резервуар», «источник - водоносная система», в т. ч. факторов сейсмического воздействия, видов и локальных гидрогеологических условий режимных водопроявлений. Показана важная роль газогенерации в подземных водоносных системах в формировании гидрогеосейсмических вариаций параметров режима источников и скважин в сейсмоактивных регионах.

5. Впервые для Камчатского региона выполнено обобщение материалов о проявлениях среднесрочных сейсмологических, геодезических и гидрогеологических предвестников сильных землетрясений. На примере землетрясений 1987-1997 гг. установлено, что аномальные физико-химические состояния в подземных водоносных системах, сопровождающиеся формированием гидрогеологических предвестников, сопряжены по времени с заключительными стадиями развития сейсмического затишья, слабой форшоковой активизацией вблизи очаговых областей будущих землетрясений и горизонтальным сжатием земной коры континентальных районов.

Научная и практическая значимость работы определяются установленными закономерностями проявления гидрогеосейсмических вариаций в режиме скважин и источников Камчатки в зависимости от параметров землетрясений, а также предложенными моделями гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов их формирования в системах «скважина - резервуар» и «источник – водоносная система». Разработанные автором методы обработки и интерпретации данных режимных наблюдений на скважинах и источниках существенно расширяют возможности гидрогеологического мониторинга в части оперативного выделения гидрогеологических предвестников, количественной оценки пред- и косейсмической деформации резервуаров подземных вод, обоснованного использования гидрогеологических предвестников для среднесрочного прогноза землетрясений с учетом их сейсмопрогностической информативности.

Установленные автором связи между изменениями параметров режима подземных вод и сильными землетрясениями положены в основу алгоритмов оценки сейсмической опасности на Камчатке по данным наблюдений на самоизливающихся скважинах и источниках (Копылова и др., 1994) и по данным уровнемерных наблюдений в скважинах Е1 и ЮЗ-5 (Копылова, 2001, 2006, 2008). На основе указанных алгоритмов обеспечивается подготовка и предоставление в Камчатский филиал Российского экспертного совета по прогнозу землетрясений (КФ РЭС) заключений о сейсмической опасности по данным гидрогеологических наблюдений.

Методология построения модели гидрогеодинамических процессов формирования различных типов гидрогеосейсмических вариаций уровня воды в системе «скважина – напорный резервуар пресных подземных вод», а также созданные автором методы обработки данных уровнемерных наблюдений применялись при оценке информативности ряда скважин Роснедра Министерства природных ресурсов в сейсмоактивных районах России (Копылова, Куликов, Тимофеев, 2007). Методика обработки данных уровнемерных наблюдений на скважинах, направленная на оценку информативности отдельных скважин и выделение гидрогеосейсмических вариаций в изменениях уровня воды, внедрена в практику работ КФ ГС РАН, ОАО «Камчатгеология» и ФГУГП ВСЕГИНГЕО.

Представленные в диссертации результаты получены автором при выполнении плановых НИР КФ ГС РАН в 2001-2008 гг.: «Разработка и внедрение в практику методов и средств мониторинга сейсмической и вулканической активности на территории Камчатской области для поиска и исследования предвестников сильных землетрясений и извержений вулканов», № госрегистрации 107053; «Комплексные сейсмологические и геофизические исследования геодинамических процессов в зоне сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг», № госрегистрации 107054; «Влияние сейсмичности на режим подземных вод (на основе систематизации и моделирования гидрогеологических эффектов на пре-, ко- и постсейсмической стадиях землетрясений», № госрегистрации 01.2.006 05660.

Личный вклад автора. В основу работы положены результаты обработки и интерпретации данных многолетних специализированных наблюдений на сети скважин и источников КФ ГС РАН и ОАО «Камчатгеология», выполненные лично автором. При этом использовались: комплекс программных средств анализа многомерных временных рядов, разработанный д.ф.-м.н. А.А. Любушиным, ИФЗ РАН (Любушин, 2007); программа приливного анализа временных рядов ETERNA 3.0 (Wenzel, 1993); программные средства информационной системы «POLYGON» (Копылова, Латыпов, Пантюхин, 2003).

Исследование гидрогеодинамических процессов в системе «пьезометрическая скважина - напорный резервуар пресных подземных вод» проводилось автором с использованием положений линейной теории пороупругости (Rice, Cleary, 1976) и ее приложений для статически изолированных систем «скважина – резервуар» (Van der Kamp, Gale, 1983; Rojstaczer, Agnew, 1989; Roeloffs, 1996 и др.), а также теоретической модели (Cooper et al., 1965), описывающей вариации уровня воды в скважине при воздействии поверхностных сейсмических волн, и др. Модель постсейсмических изменений химического состава воды Пиначевского источника разрабатывалась с использованием математической модели (Wang et al., 2004).

Моделирование отдельных типов гидрогеосейсмических вариаций уровня в скважине ЮЗ-5 и постсейсмических вариаций химического состава воды Пиначевского источника выполнено совместно с С.В. Болдиной и П.В. Воропаевым, КФ ГС РАН. При этом постановка совместных исследований и разработка основных этапов создания моделей формирования гидрогеосейсмических вариаций параметров режима Пиначевского источника и скважины ЮЗ-5 принадлежит автору диссертационной работы.

Теоретические оценки объемной косейсмической деформации в районе скважины ЮЗ-5 при шести камчатских землетрясениях на основе модели дислокационного источника в однородном упругом полупространстве (Okada, 1985), используемые для подтверждения достоверности оценок величин косейсмической деформации по уровнемерным данным, получены совместно с д. ф.-м.н. Г.М. Стебловым и И.А. Сдельниковой, Геофизическая служба РАН.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались:

на международных симпозиумах, конференциях и совещаниях, в т. ч. «Prediction studies on earthquake and volcanic eruption by geochemical and hydrological methods», Токио, 1996; «Строение, геодинамика и металлогения Охотского региона и прилегающих частей Северо-Западной Тихоокеанской плиты», Южно-Сахалинск, 2002; «Проблемы сейсмологии III-го тысячелетия», Новосибирск, 2003; VI междисциплинарном симпозиуме «Закономерности строения и эволюции геосфер», Хабаровск, 2003; VI совещании по процессам в зонах субдукции Японской, Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг, Петропавловск-Камчатский, 2004; II международном симпозиуме «Активный геофизический мониторинг литосферы Земли», Новосибирск, 2005; I Российско-Японском семинаре «Проблемы геодинамики и прогноза землетрясений», Хабаровск, 2000; «Сейсмичность Северной Евразии», Обнинск, 2008; 5-ые научные чтения им. Ю.П. Булашевича, Екатеринбург, 2009;



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.