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 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |

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

-- [ Страница 5 ] --

Математическая модель (Wang et al., 2004) описывает условия смешивания двух контрастных по химическому составу вод в зоне повышенной водопроводимости для стационарного режима (разгрузка потока смешанной воды постоянна, параметры потока в зоне повышенной водопроводимости: скорость поступления минерализованной воды, скорость потока и (r) - концентрация хлора в смешанной воде, зависят от горизонтального расстояния r до канала источника) и для возмущенных условий (разгрузка и параметры потока зависят от времени t). В возмущенных условиях рассматривались отклонения от стационарного состояния. Динамика постсейсмического изменения концентрации хлора в разгружаемой воде описывается уравнением: , где =m-n - разность между концентрациями хлора в двух водах, 0=b2h/nQ0 - параметр, характеризующий время перемещения потока через область смешивания и определяющий форму постсейсмической аномалии в изменении концентрации хлора, Q0 - средний дебит источника до возмущения,  - параметр, характеризующий вынужденное изменение долей смешивающихся вод с различной концентрацией хлора в возмущенных условиях.

Постсейсмическое уменьшение дебита источника (рис. 5) определяется релаксацией флюидного давления в водоносной системе и описывается экспоненциальной функцией , где Q0 - амплитуда косейсмического увеличения дебита, t0 – характерное время релаксации напора. Динамика постсейсмического изменения концентрации хлора в воде выражается как , где - максимальная амплитуда постсейсмического повышения концентрации хлора в воде;  - нормализованный коэффициент функции времени , зависящий только от отношения 0/t0. Отсюда следует, что динамика постсейсмической аномалии в изменении концентрации хлора в воде определяется тремя свободными параметрам t0, 0 и . Отношение долей смешивающихся вод на постсейсмической стадии определяется выражением .

На рис. 7 и в табл. 3 представлены результаты моделирования шести постсейсмических аномалий в изменении дебита и концентрации хлора в воде источника 1. Постсейсмические изменения дебита и концентрации хлора хорошо описываются модельными зависимостями.

Рисунок 7 - Постсейсмические изменения дебита и концентрации хлора в результате воздействия шести землетрясений 1977-1993 гг. (табл. 3). Серым цветом показаны данные наблюдений на источнике 1, черным цветом показано модельное приближение.

Таблица 3 - Характеристика землетрясений, вызвавших изменения в режиме источника 1; параметры моделирования постсейсмических аномалий и результаты при =50 мг/л и =350 мг/л

Дата ггггммдд М R, км M/lgR Q0, л/с Q0, л/с Cl0, мг/л Cl0, мг/л t0, сут 0, сут n:m n’:m’
1 19770702 5.0 131 2.36 0.32 0.15 107 35 34 76 0.81 : 0.19 0.77 : 0.23
2 19800123 6.1 178 2.71 0.32 0.18 125 30 49 60 0.75 : 0.25 0.71 : 0.29
3 19871006 6.6 135 3.10 0.36 0.36 105 75 43 94 0.81 : 0.19 0.74 : 0.26
4 19920302 7.1 135 3.33 0.37 0.57 105 225 64 55 0.86 : 0.14 0.45 : 0.55
5 19930608 7.4 238 3.11 0.18 0.47 87 154 34 35 0.87 : 0.13 0.68 : 0.32
6 19931113 7.1 173 3.17 0.18 0.45 115 164 41 30 0.78 : 0.22 0.64 : 0.36

Анализ зависимости параметров t0 и 0 от величины М/lgR показывает, что время релаксации давления t0 растет с увеличением интенсивности сейсмического воздействия на водоносную систему, а параметр времени движения воды через зону смешивания 0 слабо уменьшается с ростом величины M/lgR. Анализ изменений долей смешивающихся вод во времени также показывает, что в фоновых условиях наблюдается рост доли слабоминерализованной воды. После землетрясений подток глубинных вод усиливается и, как следствие, наблюдается увеличение доли минерализованной воды в возмущенных условиях.

Землетрясение 02.03.92 г. вызвало аномальное изменение долей контрастных по химическому составу вод, которое проявилось в смещении долей фоновой и минерализованной воды n’:m’ в сторону увеличения доли минерализованной воды (табл. 3). В результате этого землетрясения также произошло существенное изменение условий смешивания в водоносной системе источника. Это проявилось в увеличении доли минерализованной воды в возмущенном состоянии при последующих землетрясениях 1993 г.

Закономерные аномалии в режиме Пиначевских источников после землетрясений, проявляющиеся в повышении температуры и концентраций глубинных компонентов химического состава воды, объясняются относительным ростом флюидного давления в водоносных системах с увеличением глубины. Только при таком условии может происходить избыточное поступление минерализованных и горячих вод в зону смешивания. При регулярном понижении концентраций глубинных компонентов после землетрясений можно предполагать обратную зависимость изменения давления с глубиной и избыточное поступление в зону смешивания слабоминерализованных вод из приповерхностных водоносных горизонтов.

Данные о газовом составе показывают наличие газа метаново-азотного состава в воде источников и газа азотно-метанового состава в воде скважины ГК-1. В Пиначевских термопроявлениях наблюдается рост содержания свободного газа при увеличении температуры и минерализации воды. Поэтому величины температуры и минерализации воды источников и скважины являются индикаторами глубины формирования разгружающейся на поверхность термоминеральной воды (Гриц, 1986). Повышение давления в водоносной системе источников в результате сейсмических сотрясений может происходить путем удаления пузырьков газа из порового пространства и увеличения проницаемости водовмещающих пород, а также за счет адвекции и путем триггерного воздействия на дегазацию в зоне смешивания перенасыщенной газом минерализованной воды (Wang et al., 2004). Все три процесса могут развиваться исключительно в областях с постоянной газогенерацией и объясняют регулярность отклика дебитов и химического состава воды термоминеральных источников на землетрясения.

Основные выводы по главе 3. 1. В предложенной модели формирования постсейсмических изменений химического состава воды Пиначевского источника 1 в качестве основного процесса, ответственного за возникновение гидрогеохимических аномалий, рассматривается изменение условий смешивания двух контрастных по химическому составу вод в зоне повышенной водопроводимости при воздействии сейсмических волн от ощутимых землетрясений. Предложенная модель объясняет большую часть постсейсмических аномалий химического состава воды.

2.

Математическая модель смешивания двух вод (Wang et al., 2004) оказалась не достаточно эффективной при моделировании изменений дебита и концентрации хлора в воде источника после наиболее сильного землетрясения 02.03.1992 г. (рис. 7). В этом случае для объяснения относительно быстрого роста концентрации хлора можно привлекать механизм смешивания в зоне повышенной водопроводимости не двух, а трех вод с различным химическим составом при резком увеличении проницаемости водовмещающих пород по отношению к восходящему потоку термоминеральных вод. При этом может происходить увеличение концентрации хлора в минерализованной воде до 500-1000 мг/л. Это указывает на зависимость состояния водоносной системы источника во времени от интенсивности сейсмического воздействия, а также, возможно, и от других факторов, вызывающих изменение проницаемости водовмещающих пород.

3. Построенные расчетные зависимости для источника 1 могут привлекаться для интерпретации состояния его водоносной системы по данным текущих наблюдений. На основе рассмотренной модели имеется возможность прослеживания эволюции фоновых условий смешивания контрастных по химическому составу вод в водоносной системе источника по изменению долей смешивающихся вод n и m. При этом основные параметры модели t0 и 0 определяются по данным наблюдений за режимом источника и их необходимо рассчитывать после возникновения гидрогеохимической аномалии, вызванной землетрясением.

4. Рост флюидного давления в водоносной системе Пиначевских источников при сейсмических воздействиях объясняется увеличением потока свободного газа за счет его выделения из воды и порового пространства. В водоносной системе Пиначевских источников наблюдается увеличение концентрации газа с глубиной, поэтому при ощутимых землетрясениях концентрация выделяющегося свободного газа также увеличивается с глубиной. Этим можно объяснить относительный рост напора в водоносной системе с глубиной, вызывающим временную вертикальную миграцию минерализованных вод к поверхности земли.

5. Результаты исследования постсейсмических вариаций режима Пиначевского источника 1 позволяют рассматривать термоминеральные источники и самоизливающиеся скважины, в режиме которых регистрируются гидрогеосейсмические вариации химического состава воды, в качестве перспективных объектов поиска гидрогеохимических предвестников землетрясений. На стадиях подготовки землетрясений может происходить изменение проницаемости водовмещающих пород в водоносных системах и нарушение стационарных условий взаимодействия контрастных по химическому составу и газонасыщенности вод. Необходимым условием формирования гидрогеосейсмических вариаций химического состава воды является смешивание контрастных по химическому составу и газонасыщенности вод в локализованных по глубине зонах повышенной водопроводимости или в стволе скважины (выводящем канале источника). Вариации химического состава воды самоизливающихся скважин Морозная 1 (напорные пресные воды) и ГК-1, Г-1 (термоминеральные воды) перед сильными землетрясениями являются отражением этого процесса.

Такие гидрогеохимические предвестники могут регистрироваться только при оптимальном соотношении специфических условий в водоносных системах, определяющихся наличием контрастных по химическому составу вод, и интервала наблюдений за химическим составом воды и газа на водопункте. Динамика отклика химического состава подземной воды на сейсмотектоническое воздействие определяется не только изменениями флюидного давления и условий гидродинамического взаимодействия контрастных по химическому составу вод в водоносной системе, но и зависит от скорости разгрузки воды, т. е. от величин дебитов источников и скважин. Низкая скорость разгрузки обеспечивает более длительное время развития гидрогеохимических аномалий, но при этом отношение сигнал/шум может понижаться. При высоком дебите может происходить понижение чувствительности гидрогеохимических параметров к сейсмическим воздействиям из-за быстрой разгрузки смешанной воды с аномальным химическим и газовым составом.

В главе 4 «Типизация эффектов сейсмичности в режиме подземных вод» представлены результаты обобщения данных многолетних специализированных гидрогеологических наблюдений на источниках и скважинах Камчатки, Японии, США и Армении.

В разделе 4.1 охарактеризованы принципы типизации эффектов сейсмичности в режиме подземных вод, включающие учет основных факторов сейсмического воздействия на водоносные системы скважин и источников и параметры землетрясений. Представлены результаты систематизации гидрогеосейсмических вариаций в изменениях гидродинамических и гидрогеохимических параметров режима 14-ти скважин и источников с учетом видов режимных водопроявлений (пьезометрические скважины, самоизливающиеся скважины и источники) и гидрогеологических условий (напорные пресные воды и термоминеральные газонасыщенные воды). Рассматриваются три основных типа гидрогеосейсмических вариаций, соответствующих основным факторам сейсмического воздействия:

I - косейсмические скачки уровня воды в пьезометрических скважинах, вскрывающих резервуары напорных пресных подземных вод в квазистатических изолированных условиях;

II - разнообразные постсейсмические изменения уровня, дебитов, температуры, химического и газового состава воды при воздействии сейсмических волн на водоносные системы скважин и источников;

III - изменения в режиме источников и скважин перед землетрясениями (гидрогеологические предвестники). В качестве основного процесса формирования гидрогеологических предвестников рассматривается образование приповерхностных зон трещинной дилатансии в водовмещающих породах на стадиях подготовки землетрясений в соответствии с моделями (Гольдин, 2004, 2005; Алексеев и др., 2001). Отмечено существенное различие в проявлении выделенных типов гидрогеосейсмических вариаций в режиме пьезометрических скважин, вскрывающих напорные пресные воды, и в режиме скважин и источников, контролирующих газонасыщенные термоминеральные воды.

В разделе 4.2 приводится описание выделенных типов гидрогеосейсмических вариаций (табл. 4). При выделении отдельных типов учитывались характер их проявления по отношению к моменту землетрясения – косейсмический, постсейсмический или предсейсмический, а также особенности гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов в системах «скважина – резервуар» и «источник – питающая водоносная система», сопровождающиеся теми или иными изменениями регистрируемых параметров режима подземных вод.

В тип А выделены скачкообразные изменения уровня в момент землетрясения в скважинах, контролирующих напорные воды без газа. Такие скачки вызваны упругим откликом порового давления на перераспределение статического напряженного состояния резервуара подземных вод при образовании разрывов в очагах землетрясений.

Динамическое воздействие сейсмических волн на водоносные системы подземных вод сопровождается формированием гидрогеосейсмических вариаций типов Б, В и Г. Проявление типов Б и В характерно для напорных подземных вод без газа. В тип Б выделены вынужденные и затухающие свободные колебания уровня воды в пьезометрических скважинах в течение минут – часов на расстояниях до 11 тыс. км от эпицентров сильных (М  7.5) землетрясений. Такие вариации уровня вызываются гармоническими колебаниями порового давления в контролируемых резервуарах подземных вод при прохождении низкочастотных поверхностных волн и резонансным эффектом их усиления в системе «скважина – резервуар». Характер вынужденных колебаний уровня воды – косейсмический. Свободные колебания уровня имеют постсейсмический характер.

В тип В выделены понижения уровня воды в пьезометрических скважинах с его последующим возвращением к фоновому положению в течение суток–месяцев–первых лет. Характер – постсейсмический. Эффект может проявляться на расстояниях до сотен – первых тысяч километров от эпицентров землетрясений. Механизм формирования таких понижений связан с преимущественным увеличением проницаемости водовмещающих пород при прохождении сейсмических волн и подстройкой порового давления к изменившимся фильтрационным свойствам водовмещающих пород. Последующее возвращение уровня к его фоновому положению отражает стабилизацию напора в резервуаре, который задается постоянством областей питания и разгрузки потока подземных вод и восстановлением фильтрационных свойств водовмещающих пород.

В тип Г c подтипами Г1 – Г3 выделены постсейсмические изменения в режиме термоминеральных газонасыщенных подземных вод. Выделение подтипов обусловлено морфологическими особенностями гидрогеосейсмических вариаций и различием механизмов их формирования в режиме пьезометрических и самоизливающихся скважин (источников). В тип Г1 выделено плавное повышение уровня воды в пьезометрических скважинах после землетрясений,

Таблица 4 - Типизация гидрогеосейсмических вариаций в режиме подземных вод



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 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.