Авторы Куликов Г В Рыжов А А

Авторы: Куликов Г. В. , Рыжов А. А. – ВНИИ гидрогеологии и инженерной геологии • Изменения напряженно-деформированного состояния геологической среды проявляются в гидродинамическом режиме подземных вод и отражаются в структурных перестроениях гидрогеодеформационного (ГГД) поля, которое регистрируется по данным непрерывных наблюдений за уровнем подземных вод. • ГГД поле отображает распределение и изменение в пространстве и во времени физико-химических и термодинамических (свойств) параметров подземной гидросферы под воздействием природных (эндогенных и экзогенных) и техногенных факторов.

Анализ данных ГГД мониторинга разделен на ряд этапов. • 1 этап. Составление графиков геодинамической обстановки. с целью оценки состояния • 1. 1. Составление графиков барометрической активности и фазового соотношения уровня поземных вод (Н) и атмосферного давления (Р). • Анализ графиков фазового состояния Н-Р позволяет оценить степень активности внешних и внутренних сил в анализируемый период времени, определяющих состояние геодинамической обстановки. • Показателем нестабильности геодинамической обстановки является корреляционная зависимость (H = f(P)) и радиус корреляции (rkor). Пример такой оценки представлен по результатам мониторинга ГГД поля Дальневосточного региона России. • На рис. 1 приведены Н-Р диаграммы за трехмесячный период (январьмарт 2011 года), предшествующий землетрясению вблизи острова Хонсю (Япония). Диаграммы показывают, что в январе и феврале (рис. 1 А и рис. 1 В) геодинамическая обстановка была стабильноспокойной, а с начала марта (рис. 1. С) диаграмма Н-Р резко изменилась в результате активизации геодинамических процессов.

Рис. 1. Н-Р диаграммы. На рис. 1 A и 1 B спокойное состояние ГГД поля в январе и феврале месяце в окрестностях скважины 1201. На рис. 1 C состояние ГГД поля в марте месяце. Н – отклонение уровня подземных вод от многолетнего значения. Р – отклонение атмосферного давления от его многолетнего значения.

• 1. 2. Составление графиков высокочастотных колебаний уровня подземных вод. • Высокочастотные колебания уровня подземных вод (УПВ) получаются при обработке высокочастотным фильтром рядов наблюдений УПВ. Анализ графиков позволяет оценивать влияние лунно-солнечных приливов на высокочастотные колебания УПВ при активизации геодинамических процессов. Показателем активизации процессов подготовки землетрясения является аномальное нарушение графиков высокочастотных колебаний. Рисунок 2 иллюстрирует изменение высокочастотных колебаний в скважине за счет наложения на колебания уровня подземных вод, связанных с влиянием лунно-солнечных приливов, колебаний обусловленных взаимодействием блоков земной коры друг с другом. • • •

Рис. 2. График высокочастотных колебаний УПВ – рис. 2 А. Магнитуды землетрясений – рис. 2 В.

2 этап. Оценка напряжённо-деформированного состояния земной коры путем построения интегральных характеристик ГГД поля по его энергетическим параметрам и векторам напряжений. В качестве таких характеристик использовано суммарное значение кинетической и потенциальной энергий. Этот прием позволяет оценить общую геодинамическую напряженность, как в пределах отдельных структурных блоков, так и всего региона. На рис. 3 приводятся графики потенциальной и кинетической энергий наблюдаемых в Дальневосточном регионе перед и после Японского землетрясения с магнитудой 9. . Наиболее четко предвестник японского землетрясения проявился на графике кинетической энергии ГГД поля – рис. 2 C, нормированные значения которой резко увеличились с 50 до 850 энергетических единиц. 2 и 8 -9 марта наблюдались также аномальные значения кинетической энергии, связанные с проявлением сейсмической активности на Камчатке и Курильских островах.

Рис. 3. Март месяц 2011 г. Изменение интегральной энергии ГГД поля: рис. 3 A низкочастотного части и рис. 3 B – высокочастотной части потенциального поля; рис. 3 C – кинетической энергии ГГД поля.

Рис. 4. Сравнение состояния кинетической энергии района Дальнего Востока в периоды предшествующие Симуширскому (А) и Великому Японскому землетрясениям (В).

3 этап. Составление карт распределения потенциальной, кинетической энергий ГГД поля, карт напоров ГГД поля и их градиентов позволяет оперативно оценивать напряженное состояние горных пород и, соответственно, определять примерное место проявления землетрясения. На рис. 5 представлены карты изменения кинетической энергии и ее градиентов – 5 А и скоростного напора – рис. 5 В в Дальневосточном регионе.

Рис. 5 А. Дальневосточный полигон. Карты кинетической энергии с 6 по 11 марта 2011 года. Японское землетрясение с М=9 произошло 11 марта 2011 г. Место землетрясения

Рис. 5. В. Дальневосточный полигон. Карты скоростного напора – квадрат скорости столба воды в скважине с 6 по 11 марта. Японское землетрясение с М=9 произошло 11 марта 2011 г. Место землетрясения

4 этап. Прогноз времени проявления сейсмического события. Происходящие деформации на стадии подготовки сильного землетрясения отражаются в виде гидрогеодинамических импульсов колебательного процесса в режиме подземных вод. Как показали результаты мониторинга ГГД поля, метод краткосрочного прогноза землетрясения, основанный на анализе тренда аттракторов, является весьма перспективным. Время проявления сейсмического события достаточно уверенно прогнозируется по аттракторам, проведенным по точкам, характеризующим экстремумы напорного режима подземных вод. Краткосрочный прогноз на примере Култукского землетрясения (27 августа 2008 года, М=6) в Байкальском регионе приведен на рис. 6. Этот прогноз проводится на основе высокочастотной фильтрации данных ГГД мониторинга, путем выделения гидрогеодинамических циклов, предваряющих сейсмоопасные события и построения аттракторов, указывающих на время проявления землетрясения.

Рис. 6. Цикличность гидрогеодеформационных процессов, указывающая на будущее землетрясение 27. 08. 2008 с магнитудой 6 в Байкальском регионе.

Подобные анализы геодинамической обстановки и прогнозы сейсмических событий выполнены: по землетрясению в Чеченской республике - 11. 10. 2008 г, М=5, 7 (Северный Кавказ); по землетрясениям в Амурской области (в Сковородинском районе, 14. 10. 2011 г, М=5, 9), на острове Сахалин (Невельское землетрясение - 02. 08. 2007 г, М=6, 2) и на Курильских островах (Симуширские землетрясения 15. 11. 2006 г, М=8, 5 и 13. 01. 2007 г, М=8, 3) и многим другим землетрясениям. Все они подтверждают эффективность использованной методики прогнозе сильных землетрясений.

Рис. 7. Потенциальная энергия Байкальского региона за период с 24 июля 2008 г по 5 февраля 2009 г.

Рис. 8. Кинетическая энергия Байкальского региона за период с 24 июля 2008 г по 5 февраля 2009 г.

Рис. 9. Прогноз Чеченского землетрясения (11. 08. 2008 М=5, 7) гидрогеодинамических импульсов и построенным по ним аттракторам. по циклам

Рис. 10.

Выводы. Разработанные методы дают возможность в более полной мере использовать информационную базу ГГД поля при оценке геодинамической обстановки. Непрерывный контроль за активизацией геодинамических процессов на основе оперативного анализа кинетической и потенциальной энергий ГГД поля, их градиентов, обеспечивает высокую обоснованность и достоверность краткосрочного прогноза землетрясения.

Дальневосточный регион. Более детальное изменение кинетической энергии во времени в районах Дальнего Востока показано на слайдах, отображающих деформацию блоков земной коры с дискретностью в один час. На просмотр этих слайдов потребуется 1, 5 – 2 минуты.

Екин уровеня с 22. 02. по 22. 03 2012 г ДВ