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 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

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

-- [ Страница 6 ] --
Фактор сейсмического воздействия на подземные воды Типы гидрогеосейсмических вариаций Характер проявления, механизмы формирования, примеры
1 2 3
Изменение напряженного состояния водовмещающих пород вследствие перераспределения статического поля напряжений при образовании разрыва в очаге землетрясения А. Скачкообразное повышение или понижение уровня воды в момент землетрясения в пьезометрических скважинах, вскрывающих напорные подземные воды без газа, на расстояниях до десятков-первых сотен километров от эпицентра Косейсмический. Упругий отклик порового давления на изменение напряженного состояния водонасыщенных пород. Скважина ЮЗ-5
Деформация водовмещающих пород при прохождении сейсмических волн, излучаемых из очага землетрясения (может сопровождаться гармоническими колебаниями порового давления, изменением проницаемости водовмещающих пород, нарушением сплошности водоупоров, фазовыми изменениями в составе порового флюида; изменениями условий смешивания подземных вод, различающихся по температуре химическому и газовому составу воды) Б. Вынужденные и свободные колебания уровня воды в течение минут–часов в пьезометрических скважинах, вскрывающих напорные подземные воды без газа, на расстояниях до 11 (?) тысяч километров от эпицентра Косейсмический и постсейсмический. Гармонические колебания порового давления и резонансный эффект усиления вариаций порового давления в скважинах при прохождении поверхностных сейсмических волн. Скважина ЮЗ-5
В. Преимущественное понижение и последующее восстановление уровня воды в пьезометрических скважинах, вскрывающих напорные подземные воды без газа, на расстояниях до сотен-первых тысяч километров от эпицентра Постсейсмический. Повышение проницаемости насыщенных горных пород, подстройка порового давления к изменившимся фильтрационным свойствам; нарушение сплошности водоупоров и формирование временных потоков; стабилизация напора в резервуаре. Скважины ЮЗ-5, Хаибара, SN-3, КМК-500
Г1. Длительное (сутки-первые месяцы) повышение уровня воды в пьезометрических скважинах, вскрывающих газонасыщенные подземные воды, на расстояниях до сотен километров до эпицентра Постсейсмический. Увеличение напора за счет перехода растворенного газа в свободное состояние и уменьшения плотности флюида. Скважины Е1, BV
Г2. Резкое (в течение минут-часов) увеличение дебита источников и самоизливающихся скважин с последующим возвращением к фоновым величинам (газонасыщенные термоминеральные подземные воды) на расстояниях до сотен-первых тысяч километров от эпицентра. Г3. Плавное синхронное повышение, реже понижение, температуры, концентраций компонентов химического и газового состава газонасыщенных термоминеральных вод с последующим возвращением к фоновым величинам; наблюдается в течение суток-месяцев-лет в зонах с интенсивностью сотрясений не менее 2-5 баллов по шкале MSK-64 на расстояниях до сотен - тысяч километров от эпицентра Постсейсмический. Увеличение порового давления, выделение свободного газа, релаксация давления; неравномерное изменение давления по глубине вследствие различия концентрации газа и упругих свойств в различных фрагментах водоносной системы, изменение условий смешивания контрастных по минерализации и по температуре подземных вод. Скважина КАТ, источники Пиначевские, Юдани

Окончание таблицы 4

1 2 3
Изменение напряженно-деформированного состояния водовмещающих пород на различных стадиях формирования мезоструктуры очаговой области сильного землетрясения; развитие трещинной дилатансии и предсейсмических движений Д. Преимущественное понижение уровня воды в пьезометрических скважинах, вскрывающих напорные подземные воды, за сутки – недели – месяцы до землетрясений на эпицентральных расстояниях до 1300 км (гидрогеодинамические предвестники) Предсейсмический. Увеличение порово-трещинного пространства и понижение напора; при развитии предсейсмических движений возможен упругий отклик порового давления. Скважины ЮЗ-5, SN-3, Хаибара, Е1
Е. Аномальные изменения химического и газового состава воды источников и самоизливающихся скважин за недели-месяцы до землетрясений (М6.0) на гипоцентральных расстояниях не более десятков - первых сотен километров от эпицентра (гидрогеохимические предвестники) Предсейсмический. Изменение фоновых условий смешивания и гидродинамического взаимодействия контрастных по химическому и газовому составу подземных вод в водоносных системах. Скважины ГК-1, Г-1, № 1 Морозная

которое объясняется переходом растворенного газа в свободное состояние, уменьшением плотности флюида в стволе скважины и ростом гидростатического напора в системе «скважина - резервуар».

Типы Г2 и Г3 выделяются в режиме источников и самоизливающихся скважин. К типу Г2 относится резкое повышение дебитов с последующим восстановлением, а к типу Г3 – плавное изменение концентраций компонентов химического состава и температуры воды. В формировании гидрогеосейсмических вариаций типа Г2 ведущую роль играет повышение давления в водоносной системе с последующей релаксацией. Образование эффектов типа Г3 обусловлено изменением градиентов порового давления в различных фрагментах водоносной системы, вынужденной конвекцией подземных вод и изменением условий смешивания контрастных по температуре и химическому составу флюидов.

Предсейсмические вариации в режиме подземных вод разделены на два типа – Д и Е. Вариации типа Д (гидрогеодинамические предвестники) проявляются в преимущественном понижении уровня воды в пьезометрических скважинах при развитии трещинной дилатансии в водовмещающих породах на стадии подготовки землетрясения. Продолжительность таких изменений уровня воды составляет от суток-первых недель до недель-месяцев.

Предсейсмические аномалии в химическом составе напорных пресных и термоминеральных подземных вод выделены в тип Е (гидрогеохимические предвестники). Продолжительность их проявления до землетрясений с М = 6.6-7.8 изменяется от первых десятков суток до нескольких месяцев. Уменьшение продолжительности и амплитуд аномалий в химическом составе воды отмечается для скважин, вскрывающих подземные воды с малой концентрацией газа в составе порово-трещинных флюидов и повышенными величинами разгрузки. Наиболее яркие и продолжительные гидрогеохимические аномалии наблюдались в изменении химического состава воды в скважинах, вскрывающих подземные воды с присутствием свободного газа азотно-метанового состава и характеризующихся малыми величинами разгрузки.

В разделе 4.3 рассматривается зависимость проявления выделенных типов гидрогеосейсмических вариаций от параметров землетрясений – магнитуды М и гипоцентрального расстояния R, км (рис. 8).

Наибольшие пространственные масштабы в режиме подземных вод имеют постсейсмические эффекты типов В и Г (рис. 8А). Для описания области их проявления в работе (King et al., 1999) предложена зависимость M  2.5lgR. Некоторые термоминеральные водопроявления, содержащие свободный газ в составе порового флюида (скважина КАТ,

Рисунок 8. – Проявление гидрогеосейсмических вариаций в режиме подземных вод в зависимости от параметров землетрясений: магнитуды М и логарифма гипоцентрального расстояния lgR. А – для всей совокупности пре-, ко- и постсейсмических вариаций: 1 – постсейсмические вариации типов В и Г (табл. 4); линия соответствует средней зависимости проявления постсейсмических вариаций M  2.5lgR (King et al., 1999); 2 – косейсмические скачки уровня воды в скважине ЮЗ-5 (тип А); 3-8 – гидрогеодинамические (тип Д) и гидрогеохимические (тип Е) предвестники: 3 – понижение уровня воды в скважине SN-3, Япония (King et al., 1999, 2000); 4 – замедление скорости восходящего тренда в скважине Хаибара, Япония (Kitagawa, Matsumoto, 1996); 5 – гидрогеодинамические предвестники в изменениях уровня воды в скважинах Е1, ЮЗ-5 и гидрогеохимические предвестники в изменениях режима скважин ГК-1, № 1 Морозная, Г-1; 6 – понижение уровня воды, температуры воды и концентрации радона в течение 2.5 мес. перед землетрясением Изу-ошима-кинкай, Япония 14.01.1978 г., М = 7.0, R = 25-30 км (Wakita, 1981); 7 – увеличение концентрации хлора в воде скважины ROK в течение шести месяцев перед землетрясением в г. Кобе, Япония 17.01.1995 г., М = 7.2, R = 25 км (Tsunogai, Wakita, 1995); 8 – понижение уровня воды в скважине 1ГС, Западный Туркменистан, перед землетрясениями 26.12.1986 г., М = 5.0, R = 220 км и 7.09.1987 г., М = 5.4, R = 70 км (Киссин, 1993); Б – для гидрогеодинамических (тип Д) и гидрогеохимических (тип Е) предвестников: 1 – по данным наблюдений за вариациями уровня воды в скважинах SN-3 и 1ГС (кружки с тенью), обладающих аномально высокой тензочувствительностью к процессам подготовки землетрясений; 2 – по данным наблюдений на скважинах Хаибара, Е1, ЮЗ-5, ГК-1, № 1 Морозная, Г-1; линия соответствует зависимости M  3.37lgR - 0.84 (Копылова, 2006) и описывает область нормального проявления гидрогеологических предвестников.

источники Пиначевский 1 и Юдани), обладают повышенной чувствительностью к воздействию сейсмических волн (точки, расположенные ниже линии M  2.5lgR).

Гидрогеосейсмические вариации типа А (косейсмические скачки уровня воды) расположены выше зависимости, ограничивающей область проявления постсейсмических эффектов. Это указывает на меньшую пространственную область проявления косейсмических скачков уровня воды, по сравнению с постсейсмическими эффектами. Для скв. ЮЗ-5 область проявления косейсмических скачков уровня описывается зависимостью Mw  0.004R + 5.6 (Копылова и др., 2010) и примерно соответствует области развития объемной косейсмической деформации порядка ед.10-9.

Гидрогеологические предвестники (типы Д и Е) в изменениях режима камчатских скважин, в изменениях уровня воды в скважине Хаибара, в скважине ROK перед землетрясением в г. Кобе, Япония, а также гидрогеологические предвестники землетрясения Изу-ошима-кинкай, Япония, расположены систематически выше средних зависимостей для области ко- и постсейсмических эффектов. Но для двух скважин (SN-3, Япония и 1ГС, Западный Туркменистан) отмечается повышенная чувствительность к процессам подготовки относительно удаленных землетрясений. Аномальная чувствительность скважины 1ГС к процессам подготовки двух землетрясений с М = 5.0 и 5.4 проявилась в понижении уровня воды с амплитудами 10 и 57 м и объясняется перетеканием подземных вод по разлому между изолированными водоносными пластами с различным поровым давлением (Киссин, 1993). Скважина SN-3, в изменениях уровня которой проявлялись пять понижений перед землетрясениями с М = 6.1-8.1 на гипоцентральных расстояниях до 800-1260 км, также обладает повышенной чувствительностью из-за своего расположения близ слабопроницаемого тектонического разлома на его крыле с повышенным поровым давлением подземных вод. Понижение уровня воды в скважине SN-3 перед землетрясениями объясняется в работах (King et al., 1999, 2000) временным повышением проницаемости зоны разлома и улучшением фильтрационной связи между подземными водами с различными величинами порового давления.

Скважины 1ГС и SN-3 представляют примеры водопроявлений с аномально высокой тензочувствительностью к процессам подготовки землетрясений (Киссин, 1993, 2007). Повышенная тензочувствительность в этих случаях объясняется специфическими особенностями гидродинамического взаимодействия подземных вод с разными величинами порового давления при развитии трещиной дилатансии в процессе формирования мезоструктуры очаговых областей. Наблюдения на таких водопроявлениях показывают, что латеральные размеры областей, в пределах которых может развиваться приповерхностная зона трещинной дилатансии, составляют сотни километров для землетрясений с М порядка 5-7 и могут достигать тысячи километров для землетрясений с М  8.

Вместе с тем, аномально высокая тензочувствительность водоносных систем к процессам подготовки землетрясений является скорее исключением, чем правилом. Большая часть режимных водопроявлений характеризуются нормальной тензочувствительностью. Для них зависимость проявления гидрогеологических предвестников от параметров землетрясений описывается выражением M  3.37lgR - 0.84 (рис. 8Б). Их этого выражения следует, что характерные размеры зоны развития гидрогеологических предвестников землетрясений с М = 5 составляют примерно 50 км, для землетрясений с М=6 – 100 км, для землетрясений с М = 7 –200 км, для землетрясений с М = 8 –400 км. Указанная зависимость также может применяться для оценки размеров области эффективного развития приповерхностной дилатансии в водовмещающих породах в зависимости от величины магнитуды землетрясения (Копылова, 2006).

Представленная типизация гидрогеосейсмических вариаций в режиме скважин и источников учитывает основные факторы сейсмического воздействия на подземные воды, а также особенности гидрогеодинамических процессов в водоносных системах, содержащих пресные воды без газа и газонасыщенные воды с минерализацией  10 г/л и температурами  30 °С. Предложенная типизация не претендует на универсальность по отношению ко всем типам подземных вод, распространенным в сейсмоактивных регионах. Отсутствие данных специализированных наблюдений за режимом высокотемпературных парогидротерм, соленых вод, рассолов, подземных вод с аномально высокими пластовыми давлениями не позволяет рассмотреть влияние сейсмичности на их режим. Вместе с тем, данные наблюдений за режимом извержений гейзеров в Йеллоустоунском национальном парке, США (Rinehart, Murphy, 1969) и на скважине 30 в районе Мутновского геотермального месторождения, Камчатка (регистрация давления парогидротерм с температурой 232 °C на глубине 950 м (Кирюхин и др., 2002)) показывают влияние процессов подготовки землетрясений на режим высокотемпературных парогидротерм.

Основные выводы по главе 4. 1. На основе анализа данных многолетних специализированных наблюдений на скважинах и источниках в сейсмоактивных районах Камчатки и мира предложена типизация гидрогеосейсмических вариаций в режиме подземных вод, учитывающая основные факторы сейсмического воздействия на водоносные системы (изменение статического напряженного состояния водовмещающих пород при образовании разрывов в очагах, воздействие сейсмических волн, процессы подготовки землетрясений), виды режимных водопроявлений (пьезометрические скважины, самоизливающиеся скважины и каптированные источники), гидрогеологические особенности (наличие или отсутствие газогенерации в водоносной системе) и параметры землетрясений (магнитуда, гипоцентральное расстояние).

2. Выделены три основных вида гидрогеосейсмических вариаций – косейсмические, постсейсмические, предсейсмические, соответствующих основным факторам сейсмического воздействия на режим подземных вод. Установлено различие в проявлении гидрогеосейсмических вариаций в напорных водах без газа и в термоминеральных газонасыщенных подземных водах. Это указывает на важную роль процесса газогенерации в формировании особенностей эффектов сейсмичности в режиме подземных вод сейсмоактивных регионов.

3. Показана зависимость пространственного проявления ко-, пост- и предсейсмических вариаций параметров режима подземных вод от соотношения величин магнитуды землетрясений и их гипоцентральных расстояний. Предложена зависимость M  3.37lgR - 0.84, где М – магнитуда землетрясения, R – гипоцентральное расстояние, км, описывающая область проявления гидрогеологических предвестников в режиме водопроявлений, характеризующихся нормальной тензочувствительностью.

В главе 5 «О связи режима подземных вод с вариациями сейсмичности и деформациями земной коры на стадиях подготовки сильных землетрясений Камчатки» рассматриваются сейсмотектонические условия и сейсмический режим Камчатки, закономерности пространственно-временных проявлений среднесрочных гидрогеологических, геодезических и сейсмологических предвестников сильных землетрясений 1987-1997 гг.

По данным инструментальных наблюдений процессы подготовки сильных (М6.6) землетрясений Камчатки проявлялись в вариациях режима слабой сейсмичности (Соболев, 1999; Кравченко, 2005), в деформациях земной коры (Левин и др., 2004) и в аномальных изменениях параметров режима подземных вод.

С использованием пространственно-временного распределения прогностического параметра RTL (Кравченко, 2005; Соболев, 1999) выполнен анализ вариаций слабой сейсмичности и прослежена смена режимов сейсмического затишья и сейсмической активизации в очаговых зонах сильных камчатских землетрясений 1987-1997 гг. По оценкам авторов метода RTL (Соболев, Тюпкин, 1996; Соболев, 1999) заблаговременность проявления аномального затишья перед сильными землетрясениями составляет до трех лет. Продолжительность стадии «форшоковой» активизации, сменяющей стадию затишья, составляет от 1 мес. до 1.5 лет. Область проявления эффекта составляет около 100 км. Сильные землетрясения происходят преимущественно в краевых частях аномальных областей.

В работе (Соболев, 1999) для выделения форшоковой активизации в очагах землетрясений 1992-1997 гг. использовались параметр аномалий накопленных площадей сейсмогенных разрывов S и выделение землетрясений-кластеров. Анализ пространственно-временного распределения сейсмических затиший по параметру RTL и всплесков активности по параметру S и по землетрясениям-кластерам показал, что сильным землетрясениям предшествовали закономерные изменения в режиме слабой сейсмичности на обширных участках Камчатской сейсмоактивной зоны. Перед возникновением землетрясений происходила последовательная смена режимов сейсмического затишья и слабой локальной активизации, тяготеющей к районам будущего возникновения сильных землетрясений.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 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.