научная статья по теме ОТРАЖЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ОБРАМЛЕНИЯ ТИХОГО ОКЕАНА В ДИНАМИКЕ ПОДПОЧВЕННОГО РАДОНА И В ГАЗОВОМ СОСТАВЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ МУТНОВСКОЙ ГЕОЭС Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОТРАЖЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ОБРАМЛЕНИЯ ТИХОГО ОКЕАНА В ДИНАМИКЕ ПОДПОЧВЕННОГО РАДОНА И В ГАЗОВОМ СОСТАВЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ МУТНОВСКОЙ ГЕОЭС»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 43-49

УДК 550.8.04+550.343.62

ОТРАЖЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ОБРАМЛЕНИЯ ТИХОГО ОКЕАНА В ДИНАМИКЕ ПОДПОЧВЕННОГО РАДОНА И В ГАЗОВОМ СОСТАВЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ МУТНОВСКОЙ ГеоЭС

© 2015 г. П. П. Фирстов1, Е. О. Макаров1, А. П. Максимов2, И. И. Чернев3

1Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: firstov@emsd.ru 2Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9, e-mail: maximov@kscnet.ru

3ОАО "ГЕОТЕРМ" 683980 Петропавловск-Камчатский, Академика Королева, 60, e-mail: ChernevII@geotherm.rushydro.ru Поступила в редакцию 10.03.2015 г.

Приводятся сведения об особенностях поведения временного ряда объемной активности радона за период 2000—2015 гг. в зоне влагонасыщения в районе Паратунского геотермального месторождения и временного ряда объемной доли молекулярного водорода газа теплоносителя скв. 016 Мутновского месторождения и их связи с сейсмичностью северо-западного обрамления Тихого океана. Сделан вывод, что длительные тренды в динамике объемной активности радона и высокая объемная доля молекулярного водорода в 2014 г. обусловлены изменением поля напряжений в зоне субдукции северо-западного фланга Тихого океана. Сделано предположение о возможности землетрясения с М > 7.5 в ближайшее 1.5 года. По данным академика С.А. Федотова, наиболее вероятный район этого события — от полуострова Шипунский до острова Шиашкотан (Средние Курилы).

DOI: 10.7868/S0203030615050041

ВВЕДЕНИЕ

Процессы дегазации Земли, протекающие неравномерно как в пространстве, так и во времени, в значительной степени контролируются распределением и величиной напряжений в разломных зонах земной коры различной иерархии. Миграция газов в верхней толще земной коры определяется диффузионными и фильтрационными свойствами горных пород, зависящих от их проницаемости, пористости и трещиноватости. В то же время на фильтрационные свойства геосреды и выделение радиоактивных газов из пород оказывают влияние вариации поля напряжений [Рудаков, 1992]. Поэтому изменения напряженно-деформированного состояния геосреды на последней стадии подготовки сильных землетрясений должны находить отражение в динамике подпочвенных газов [Рудаков, 1992; Войтов, 2002]. Наиболее технологичным методом в геохимических исследованиях с целью прогноза землетрясений является регистрация радона (222Кп) в подпочвенном воздухе. Перспективность сейсмоэманаци-онного метода с целью мониторинга геодинамических процессов, в частности, прогноза землетрясений и горных ударов, показана во многих работах [Авдуалиев и др., 1986; Рудаков, 1992; Ут-

кин, Юрков, 1997; Фирстов, Рудаков, 2003; Спи-вак и др., 2008; Фирстов и др., 2011; Макаров и др., 2012; 81етЙ2 й а1., 2003; Би^оу й а1., 2007].

Как известно, на протяжении всей геологической истории Земли из ее недр непрерывно выделяются потоки водно-газового флюида, которые заметно изменяются во времени и неравномерно распределены по поверхности нашей планеты, отражая ее геодинамический режим и блоковую структуру [Летников, 2000]. В последнее десятилетие получены неоспоримые данные, указывающие на значительную роль водорода в строении Земли и взаимодействии геосфер [Ларин 2005, Сывороткин, 2002]. Наблюдения за вариациями концентрации молекулярного водорода (Н2) в различных геоструктурных зонах Земли, свидетельствуют о перспективности таких наблюдений для решения различных задач геодинамики. Так, в 1998—2000 гг. вблизи от пунктов наблюдений на территории Дагестана произошло два землетрясения с магнитудой М > 6. За 5 и 2.5 месяца до этих событий начинался устойчивый рост концентрации Н2 с относительным увеличением до 300% [Войтов, 2002].

44

ФИРСТОВ и др.

Рис. 1. Карта эпицентров сильных землетрясений северо-западного обрамления Тихого океана за последние 15 лет и схема расположения пунктов регистрации.

Отличительной чертой поведения Н2 от других газов является его высокая подвижность, особенно при повышенных температурах. Изучение динамики молекулярного водорода в подпочвенном газе на Паратунском геотермальном месторождении показало, что на фоне слабо меняющегося фона концентрации подпочвенного Н2 в период 1999—2003 гг. регистрировались импульсные всплески большой интенсивности, совпадающие по времени с усилением сейсмичности в Курило-Камчатском регионе [Фирстов, Широков, 2005].

В работе [Гуфельд, Новоселов, 2014] показано, что значительную, если не основную, роль в непрерывных и разномасштабных вариациях параметров геосреды от поверхностного слоя до границы Мохо играют процессы взаимодействия восходящих потоков Н2 с твердой фазой, влияющие на геологическую среду в межблоковых зонах и на объемно-напряженное состояние среды, связанное с процессом подготовки ее разрушения. Водородная дегазация геосреды оказывает влияние на разрывные внутриблоковые, межблоковые структуры и границы плит, контролируя их сверхпластичное движение, относительно друг друга [Гуфельд, Новоселов, 2014].

В [Фирстов, 2014] указывалось на появление и развитие долгосрочного предвестника сильного землетрясения в поле подпочвенного радона (Яп). В данной работе рассмотрено дальнейшее развитие тренда в подпочвенном Яп и динамика поведения объемной доли Н2 в газовом составе теплоносителя скв. 016 Мутновского термального месторождения, подтверждающие нарушение флюидного режима в недрах полуострова Камчатка, что указывает на интенсивные геодинамические процессы в литосфере.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АППАРАТУРЕ И МЕТОДИКАХ НАБЛЮДЕНИЙ

На Петропавловск-Камчатском геодинамическом полигоне с целью поиска предвестников сильных землетрясений, начиная с октября 1997 г., непрерывно работает сеть пунктов регистрации Яп в подпочвенном воздухе рыхлых отложений [Фирстов, 1998]. В настоящее время датчиками на всех пунктах являются газоразрядные счетчики типа СБМ-19, позволяющие вести пассивную регистрацию концентрации Яп по в-излучению его дочерних короткоживущих продуктов распада [Фирстов, Рудаков, 2003]. Пункты мониторинга оснащены автоматизированными комплексами регистрации концентрации почвенных газов (РКПГ), созданными на базе серийных регистраторов ALMEMO и дополнительных устройств, разработанных авторами [Макаров и др., 2012]. РКПГ позволяет регистрировать одновременно количество импульсов со счетчиков СБМ-19 и другие параметры (концентрация Н2, СО2 и метеорологические величины). Переход от концентрации к объемной активности Яп (ОА Яп) осуществляется по эмпирической формуле ОА Яп (Бк/м3) = 9 • N (имп/мин).

Пункты сети расположены в различных структурных элементах побережья Авачинского залива и, кроме того, каждый пункт имеет свои особенности строения элювиально-делювиальных отложений зоны аэрации, где размещаются газоразрядные счетчики, что определяет индивидуальную передаточную функцию изменений напряженно-деформированного состояния среды — ОА Яп (тензочув-ствительность). Подробное описание применяемой аппаратуры и пунктов регистрации дано в статьях [Макаров и др., 2012; Фирстов и др., 2015].

В данной работе рассмотрены особенности поведения временного ряда ОА Яп за период 2000— 2015 гг. в пункте "Паратунка" (ПРТ), для датчика, расположенного в зоне влагонасыщения (ЗВ) на глубине 3.5 м от дневной поверхности и временного ряда объемной доли Н2 газа теплоносителя скв. 016 Мутновского месторождения (рис. 1). Пункт ПРТ установлен на речной террасе ручья Коркина, трассирующего субширотный разлом в пределах Паратунского грабена, к которому при-

урочена геотермальная система. Ниже по течению ручья в 700 м от ПРТ находятся выходы термальных вод с содержанием растворенного Яп ~1.5 кБк/м3.

Ежемесячный мониторинг состава газа теплоносителя скважин Мутновского месторождения, задействованных на работу геотермальной электростанции (ГеоЭС) осуществляется с 2004 г. Мут-новское месторождение расположено у подножия одноименного вулкана в 76 км к северу от г. Петропавловска-Камчатского (см. рис. 1). Месторождение находится в зоне пересечения нескольких систем трещин, часть из которых, вероятно, имеет продолжение под Мутновский вулкан. Питание геотермального резервуара происходит как за счет метеорных вод, поступающих из области кратера вулкана Мутновского, так и эндогенной составляющей.

Состав газа рассчитывался по методике, описанной в работах [Никитина и др., 1989; Максимов и др., 2011]. Так как в паровой фазе теплоносителя суммарное содержание всех газов, кроме водяного пара, составляет десятые доли процента, а концентрации отдельных компонентов газовой смеси еще меньше, то для удобства и большей наглядности концентрации рассчитывались в объемных и массовых процентах компонентов "сухого" газа, т.е. газовой смеси за вычетом воды.

ВАРИАЦИИ ОА Яп В ПОДПОЧВЕННОМ

ГАЗЕ И ОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА В ГАЗОВОМ СОСТАВЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ МУТНОВСКОЙ ГеоЭС В ПОСЛЕДНЕЕ ДЕСЯТИЛЕТИЕ

Непрерывные кондиционные временные ряды концентрации подпочвенного Яп с частотой дискретизации 10—30 минут были получены после установки цифровых радиометров в октябре 2000 г. Пример исходных данных за 2007 г. показан на рис. 2. Данные за 15-летний период подвергались барокомпенсации и усреднению в полусуточном окне, а затем сглаживанию скользящим средним по пяти точкам с целью фильтрации "высокочастотной" составляющей [Фирстов, 2014].

Как видно на рис. 2, в динамике ОА Яп уверенно выделяется годовая составляющая, обусловленная сезонным изменением температуры гелиотермозо-ны рыхлых отложений и уровнем грунтовых вод (УГВ). В осенне-зимний период происходит промерзание гелиотермозоны и уменьшение ее проницаемости, приводящей к увеличению ОА Яп в ЗВ. Весной, когда температура воздуха принимает плюсовые значения, за счет инфильтрации талых вод наблюдается подъем УГВ, который приводит к уменьшению ОА Яп на 20—25%. Последующее понижение УГВ сопровождается увеличением столба подпочвенной атмосферы в рыхлых отложениях

Таблица 1. Среднее за месяц содержание Н2, об. %, растворенного в теплоносителе скв. 016 Мутновского месторождения

Год N т а

2004 6 2.18 0.49

2005 7 1.92 0.68

2006 9 3.74 1.22

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»