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:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

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

-- [ Страница 4 ] --
№ п/п Дата ггммдд Время в очаге чч:мм Координаты, град Глу-бина км Mw Гипо- цент-ральное расстоя ние, R, км Ампли- туда скачка уровня воды, h, см Объемная косейсмическая деформация в районе скважины ЮЗ-5, 10-9
с. ш. в. д. по косей- cмическим cкачкам уровня, D1 по модели дислокаци- оного источ- ника, D2
1 971205 11:27 54.0 162.3 25 7.8 316 200 -12.0 75±4 15.5
2 980601 05:34 52.81 160.37 31 6.9 140 -1.0 6.3±0.7 -2.4
3 990308 12:26 51.93 159.72 7 7.0 164 -1.7 10.6±0.8 43.2
4 001220 09:20 53.31 160.06 65 6.2 128 0.6 -3.8±0.5 -0.4
5 030616 22:08 55.30 160.34 190 6.9 328 -0.3 1.9±0.4 0.9
6 040320 08:53 53.74 160.76 31 6.2 169 0.25 -1.6±0.4 -0.5

Примечание: * - гипоцентральное расстояние от скважины ЮЗ-5 до средней точки плоскости смещения.

В разделе 2.2 рассматриваются различные вариации в изменениях уровня воды в шести пьезометрических скважинах Камчатки при прохождении сейсмических волн от сильнейших (М  7.6) землетрясений, произошедших на территории Камчатского края (Кроноцкое 05.12.1997 г., М = 7.8; Олюторское 20.04.206 г, М = 7.6) и в районах Тихоокеанского и Альпийского сейсмических поясов на расстояниях до 8500 км.

В разделе 2.2.1 с использованием математической модели (Cooper et al., 1965), описывающей отклик уровня воды в скважине на прохождение поверхностных сейсмических волн, приводятся результаты моделирования вариации уровня воды в скв. ЮЗ-5 при Суматра-Андаманском землетрясении 26.12.2004 г., М = 9 с оценкой водопроводимости резервуара Т (Копылова, Болдина, 2007).

Прохождение сейсмических волн от этого землетрясения вызвало заметные колебания уровня воды в скв. ЮЗ-5. Вступление L-волн сопровождалось изменениями уровня воды с амплитудой не менее 5 см. Затем в течение примерно девяти часов наблюдались затухающие свободные колебания уровня с амплитудами 0.5-0.2 см. Отношение максимальной амплитуды изменений уровня воды в скважине к максимальному смещению поверхности земли во время прохождения L-волн составляет не менее 2.5.

На рис. 3 представлена расчетная зависимость усиления вариаций уровня воды в скв. ЮЗ-5 по отношению к изменению напора в резервуаре в зависимости от периода сейсмической волны . Принималось, что величина водопроводимости резервуара может изменяться в диапазоне четырех порядков, а величина водоотдачи постоянна и составляет 2010-5.

Рисунок 3 - Изменение амплитудного соотношения между вариациями уровня воды в скважине ЮЗ-5 и изменением напора в резервуаре x0/h0 в зависимости от параметра системы скважина–резервуар T/rw2 и периода сейсмической волны .

Результаты моделирования показывают, что усиление вариаций уровня воды по отношению к изменению напора в резервуаре могло произойти при прохождении сейсмических волн с периодом  = 44 с при величине не менее 1 с-1, где rw – радиус скважины в области фильтра.

По данным откачки и результатам исследования приливного и барометрического откликов уровня наиболее вероятные значения величины составляют не более 1.0-2.810-2 с-1 (Копылова, Болдина, 2007). Различие в величинах водопроводимости резервуара при относительно медленных изменениях порового давления, вызванных приливными, барометрическими воздействиями, а также при откачке (часы – сутки); и при более быстрых вариациях порового давления при сейсмическом воздействии (секунды – десятки секунд) объясняется временным увеличением проницаемости и улучшением фильтрационных свойств водовмещающих пород при прохождении поверхностных волн от сильных удаленных землетрясений. Такой вывод подтверждается результатами физического моделирования влияния сейсмической вибрации на проницаемость водонасыщенных образцов горных пород (Шмонов и др., 2002).

В разделе 2.2.2 приводятся результаты моделирования понижения уровня воды в скв. ЮЗ-5 с амплитудой около 1 м в течение 3.5 мес. после КЗ. Понижение уровня и его последующее восстановление в течение двух лет отражает процесс падения и восстановления порового давления в резервуаре подземных вод. В качестве наиболее вероятного процесса, вызвавшего понижение уровня воды, рассматривается падение порового давления в окрестностях скважин вследствие локального повышения проницаемости водовмещающих пород при сейсмических сотрясениях. Для описания понижения уровня использовались одномерное решение уравнения математической теории диффузии (Карслоу, Егер, 1964; Crank, 1975) для идеальной пьезометрической скважины, вскрывающей однородный, изотропный и неограниченный резервуар, и аппроксимация падения порового давления в резервуаре точечным источником. Результаты моделирования показывают (рис. 4), что удовлетворительное соответствие понижения уровня с теоретической зависимостью, как в течение первых суток, так и за все время, могло произойти при величине пьезопроводности c = 0.42 м2/с и при расстоянии до источника падения порового давления R = 450 м (Болдина, Копылова, 2008).

Рисунок 4 - Результаты моделирования понижения уровня воды в скважине ЮЗ-5 после Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г.: 1 – экспериментальные данные по понижению уровня воды в скважине; 2 – теоретическое понижение уровня воды в скважине.

Отклонения фактического понижения уровня воды в течение первых десятков суток от расчетной зависимости объясняется наложением дополнительных факторов, связанных с влиянием вариаций порового давления в относительно удаленных от скважины зонах, т. е. с действием не одного, а нескольких источников разнонаправленного изменения порового давления.

Восстановление уровня воды в течение двух лет после достижения минимума объясняется релаксацией порового давления за счет высокой стабильности гидродинамического режима напорного резервуара, которая обусловлена относительным постоянством гидродинамических условий в областях питания и разгрузки резервуара подземных вод в позднемеловых отложениях (Копылова, 2006).

В разделе 2.2.3 рассматриваются особенности вариаций уровня воды в шести пьезометрических скважинах Камчатки при сильнейших (М  7.6) землетрясениях в зависимости от амплитудно-частотного состава сейсмических волн, строения скважин и локальных гидрогеологических условий.

В изменениях уровня в скважинах, вскрывающих на глубинах в первые сотни метров вулканогенно-осадочные и терригенные породы неогенового и мелового возраста, выделены сигналы различных типов:

- гидрогеодинамические предвестники, косейсмические скачки и постсейсмические изменения при местных землетрясениях;

- вариации уровня при прохождении поверхностных сейсмических волн от сильнейших удаленных землетрясений, в т. ч. вынужденные и свободные колебания с остаточным смещением или без него, кратковременные понижения или повышения с последующим восстановлением.

Показано, что особенности сигналов прохождения поверхностных волн от удаленных сильнейших землетрясений определяются техническими характеристиками скважин и локальными гидрогеологическими условиями, в основном, составом порового флюида и водопроводимостью резервуаров подземных вод. Колебательный режим уровня наблюдается в скважинах, вскрывающих резервуары со средними величинами водопроводимости Т (единицы – десятки м2/сут) и не содержащие газ в составе порового флюида. В таких скважинах связь с резервуаром подземных вод обеспечивается через достаточно «длинную» (десятки – первые сотни м) не обсаженную часть ствола.

Основные выводы по главе 2. 1. На примере скв. ЮЗ-5 показана возможность построения феноменологической модели формирования различных типов гидрогеосейсмических вариаций уровня воды для отдельной скважины. Построение такой модели включает оценку упругих и фильтрационных свойств водовмещающих пород, параметров инерционности водообмена в системе «скважина - резервуар», оценку наличия и параметров статически изолированного отклика уровня воды на изменения напряженно-деформированного состояния водовмещающих пород (НДСВП).

Построенная для скв. ЮЗ-5 модель инерционности водообмена в системе «скважина –резервуар» при гармонических изменениях напора в резервуаре показала, что квазистатический изолированный отклик уровня воды на изменения НДСВП проявляется на периодах 6 ч и более. На меньших периодах (минуты - первые часы) отклик уровня воды может искажаться вследствие водообмена в системе «скважина – резервуар». Поэтому в этом диапазоне периодов оценки сейсмотектонической деформации по данным уровнемерных наблюдений могут быть заниженными. Результаты моделирования согласуются с поведением амплитудной передаточной функцией от вариаций атмосферного давления к изменениям уровня воды. Это указывает на правильность выполненных оценок упругих и фильтрационных параметров резервуара подземных вод.

2. С использованием имеющихся теоретических моделей поведения системы «скважина – резервуар» и моделирования зарегистрированных в скв. ЮЗ-5 четырех типов гидрогеосейсмических вариаций уровня воды рассмотрены гидрогеодинамических процессы в системе «пьезометрическая скважина –  напорный резервуар пресных подземных вод» при воздействии основных факторов сейсмичности. Показано, что модель статически изолированного отклика уровня воды на изменение напряженно-деформированного состояния резервуара подземных вод (Rojstaczer, Agnew, 1989; и др.) может применяться для описания косейсмических скачков и предсейсмических вариаций уровня воды, вызванных квазиупругой деформацией водовмещающих пород. Для описания колебательного режима уровня воды при прохождении поверхностных сейсмических волн может привлекаться модель (Cooper et al., 1965). Дополнительными условиями для этого является вскрытие скважинами относительно глубоких резервуаров напорных пресных подземных вод со средними водопроводящими свойствами и отсутствие газогенерации в водоносной системе. При этом связь скважины с водовмещающими породами должна обеспечиваться через длинную (сотни метров) не обсаженную часть ствола.

Модель удаленного точечного источника падения напора в резервуаре может описывать длительное постсейсмическое понижение уровня воды после сильного землетрясения, сопровождающегося интенсивным высокочастотным излучением сейсмических волн и ощутимыми сотрясениями.

3. По данным о косейсмических скачках уровня воды в скв. ЮЗ-5 и величине приливной чувствительности уровня выполнены количественные оценки косейсмической объемной деформации при шести местных землетрясениях. Получено хорошее соответствие величин и знака косейсмической деформации в районе скважины по данным уровнемерных наблюдений с результатами расчетов по модели дислокационного источника в однородном упругом полупространстве (Okada, 1985). Это показывает, что по данным уровнемерных наблюдений в отдельных скважинах возможны адекватные точечные оценки объемной деформации резервуаров подземных вод при развитии квазиупругих сейсмотектонических процессов.

Сделано обоснованное предположение о том, что в системах «скважина – резервуар», подобных скважине ЮЗ-5, диапазон проявления статически изолированного отклика уровня воды на изменение НДСВП может быть расширен в область минутных периодов в случае регистрации косейсмических скачков уровня при местных сильных землетрясениях.

4. Моделирование колебательного режима уровня воды в скв. ЮЗ-5 при прохождении сейсмических волн от Суматра-Андаманского землетрясения показало, что для его объяснения необходимо привлечение механизма улучшения фильтрационных свойств водовмещающих пород, т. к. оцененная по модели величина водопроводимости превышает соответствующую величину по данным откачки. Для объяснения такого несоответствия привлекается механизм временного улучшения водопроводимости резервуара при прохождении сейсмических волн за счет образования микрогидроразрывов в водовмещающи породах. Возможность этого механизма подтверждается результатами физического моделирования воздействия сейсмической вибрации на изменение проницаемости образцов горных пород (Шмонов и др., 2002).

5. По данным специализированных наблюдений в скважинах Камчатки выявлены основные закономерности проявления гидрогеосейсмических вариаций уровня воды в связи с сильнейшими (М = 7.6-9.0) землетрясениями на расстояниях R = 200-8860 км.

В зоне 5-6-балльных сотрясений от Кроноцкого землетрясения, М = 7.8, (расстояние от центра очаговой области до скважин Е1 и ЮЗ-5 составляет 200 км) последовательно проявлялись гидрогеодинамический предвестник, косейсмический скачок порового давления (скв. ЮЗ-5) и длительные (3.5 мес.) постсейсмические изменения уровня воды – понижение в скв.ЮЗ-5 и повышение в скв. Е1.

Прохождение поверхностных сейсмических волн от землетрясений с М = 7.6-9.0, R = 750-8800 км может сопровождаться положительными и отрицательными остаточными смещениями и колебаниями уровня воды с остаточным смещением или без него. Особенности вариаций уровня воды определяются строением скважин (техническим способом обеспечения связи скважины с водовмещающими породами, длиной фильтра, эффективной высотой водной колонны), а также гидрогеологическими условиями - возрастом и составом водовмещающих пород, их водопроводимостью, наличием газовой фазы в составе порового флюида; магнитудой и удаленностью землетрясения и амплитудно-частотным составом максимальных фаз колебаний грунта.

В главе 3 «Формирование постсейсмических изменений химического состава воды термоминерального источника» рассматриваются процессы формирования гидрогеосейсмических вариаций химического состава термоминеральных вод с использованием математической модели (Wang et al., 2004) и моделирования постсейсмических изменений дебита и химического состава воды Пиначевского источника 1.

Схематизация гидрогеологических условий в водоносной системе Пиначевских источников проводилась с использованием данных многолетних режимных наблюдений и материалов гидрогеологического опробования расположенной в 70 м от источников глубокой (1261 м) скважины ГК-1 (Гриц, 1986). В качестве показателя смешивания принята концентрация хлора, как наиболее представительного и надежно определяемого компонента химического состава термоминеральных вод (Хаткевич, Рябинин, 2004).

Проявления закономерных постсейсмических изменений в режиме источника (рис. 5) позволило сделать следующие предположения о механизме их формирования:

Рисунок 5 - Изменение параметров режима Пиначевского источника 1 в связи с землетрясением 06.10.1987 г., М=6.6, R=135 км (показано стрелкой). Период наблюдений с 01.06.1987 по 29.09.1988 гг.

- динамическое воздействие сейсмических волн на водоносную систему источника вызывает повышение в ней флюидного давления, т. к. дебит всегда увеличивается;

- увеличение концентраций компонентов химического состава воды вызывается изменением количественного соотношения между водами с различной концентрацией при их смешивании;

- повышение давления в водоносной системе имеет неоднородное (локализованное) распределение; в противном случае происходило бы только увеличение дебита без формирования гидрогеохимических аномалий (Копылова, Воропаев, 2006).

На рис. 6а представлена схема гидрогеологических условий в водоносной системе Пиначевских источников. Полагалось, что смешивание контрастных по химическому составу вод происходит в зонах повышенной водопроводимости 1 и 2, соединенных с поверхностью непроницаемыми каналами. При линейном и мгновенном характере смешивания двух вод Cl=nCln+mClm, n+m=1 и Cln<Cl<Clm, где n и m– доли воды с концентрацией Cln и Clm в смешанной воде с концентрацией Cl. По данным режимных наблюдений оценены 50 мг/л и 350 мг/л.

Рисунок 6 - Схематизация гидрогеологических условий в водоносной системе Пиначевских источников: а – схема водоносной системы: И1 – источник 1, И2 – источник 2; Z1, Z2 – глубины, соответствующие зонам повышенной водопроводимости (зонам смешивания) 1

и 2; - концентрации хлора в восходящем потоке термальных вод на глубинах Z1 и Z2 ; - концентрации хлора в минерализованной воде, поступающей в зоны смешивания 1 и 2 по системе микротрещиноватости ; Cl1, Cl2 - концентрации хлора в воде источников 1 и 2 (Cl1<Cl2);
б – модель смешивания двух контрастных по химическому составу вод в зоне повышенной водопроводимости (на примере источника 1): h – мощность и b – радиус зоны повышенной водопроводимости.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.