научная статья по теме УВЕЛИЧЕНИЕ РАДОНА И ТОРОНА В РАЙОНЕ ВЕРХНЕ-ПАРАТУНСКОЙ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ ПЕРЕД КАТАСТРОФИЧЕСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ В ЯПОНИИ 11 МАРТА 2011 Г Геофизика

Текст научной статьи на тему «УВЕЛИЧЕНИЕ РАДОНА И ТОРОНА В РАЙОНЕ ВЕРХНЕ-ПАРАТУНСКОЙ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ ПЕРЕД КАТАСТРОФИЧЕСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ В ЯПОНИИ 11 МАРТА 2011 Г»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2015, № 5, с. 36-42

УДК 550.3+550.4

УВЕЛИЧЕНИЕ РАДОНА И ТОРОНА В РАЙОНЕ ВЕРХНЕ-ПАРАТУНСКОЙ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЮЖНОЙ КАМЧАТКИ ПЕРЕД КАТАСТРОФИЧЕСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ В ЯПОНИИ 11 МАРТА 2011 г.

© 2015 г. О. П. Руленко1, Ю. Д. Кузьмин2

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: rulenko@kscnet.ru 2Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: kuzy@emsd.ru Поступила в редакцию 14.05.2014 г.

Представлены результаты проведенных впервые совместных измерений объемной активности радона и торона в подпочвенном газе и в воздухе у поверхности земли. Измерения совпали во времени с периодом подготовки и моментом катастрофического землетрясения в Японии, произошедшего 11 марта 2011 г. на расстоянии 2000 км от пункта наблюдений. За 44.7 суток до землетрясения появились аномальные увеличения объемной активности радона и торона в подпочвенном газе, а затем в воздухе. Они продолжались 24.9 суток. Рассмотрены особенности и причины этих увеличений.

DOI: 10.7868/S0203030615050077

ВВЕДЕНИЕ

При распаде долгоживущих радиоактивных элементов урана-238 и тория-232, которые широко распространены в земной коре, непрерывно генерируются радиоактивные эманации радон и торон. Обладая свойствами инертного газа, они мигрируют к земной поверхности и поступают в атмосферу [Ларионов, 1963; Юнге, 1965]. Содержание эмана-ций в подпочвенном газе зависит, в частности, от напряженно-деформируемого состояния пород. Это позволяет использовать их, особенно радон, как индикатор геодинамических процессов [Рудаков, 2009; Уткин, Юрков, 2010] и интенсивности межгеосферных взаимодействий на границе земная кора—атмосфера [Спивак и др., 2009], а также для структурного картирования геологической среды [Рудаков и др., 1995; Дехандшуттер и др., 2002; Коваль и др., 2006].

В настоящее время широко распространены исследования вариаций подпочвенного радона перед землетрясениями. Среди полученных результатов отметим увеличение его объемной активности за 90—100 суток до землетрясения при растяжении приповерхностных пород [Уткин и др., 2006; Уткин, Юрков, 2010]. Аномальное поведение радона может наблюдаться на очень большом расстоянии от эпицентра. Например, оно было зарегистрировано на удалении 3400 км перед землетрясением с магниту-дой М = 7.3 [Рудаков, 2005]. Эти случаи можно объяснить с позиции отдаленных предвестников, когда возмущения различных по природе полей регистрируются перед сильными землетрясениями на очень большом эпицентральном расстоянии [Си-

дорин, 1980; Кирюхин и др., 2006; Собисевич и др., 2009; Баласанян, 2005; Калинина и др., 2000].

Совместные измерения подпочвенного радона и торона перед землетрясениями единичны. Авторам известны два случая таких измерений [Уткин и др., 2006; Yang et al., 2005]. Полученные в этих работах результаты свидетельствуют о пред-сейсмическом увеличении объемной активности обеих эманаций. Поэтому целесообразны их совместные измерения.

При поступлении в атмосферу радон и торон смешиваются с воздухом. В результате, уменьшается их концентрация, и затрудняются измерения, особенно торона, который имеет малый период полураспада. Вероятно, поэтому мало работ по обнаружению предсейсмических возмущений радона в приземном воздухе, а регистрация таких возмущений торона отсутствует. Известно увеличение объемной активности радона на высоте 5 м от земли, которое началось примерно за 2 месяца до землетрясения в Японии 17 января 1995 г. с Mw = 6.9 [Yasuoka et al., 2006]. Совместные измерения радона и торона в подпочвенном газе и одновременно в приземном воздухе не проводились. Они актуальны для понимания воздействия литосферы на атмосферу, возникающего при выходе этих эманаций из земли, и появления в результате усиления ионизации воздуха атмосферно-электрических и ионосферных предвестников землетрясений.

Как и другие предвестники, аномальное возмущение подпочвенного радона не постоянно в своем проявлении, наблюдается в некоторой степени эпизодически и осложнено часто вариация-

ми различной природы. Тем не менее, каждый факт регистрации такого возмущения, особенно перед катастрофическим землетрясением и вместе с тороном, должен описываться и изучаться.

В настоящей работе представлены результаты совместных измерений объемной активности радона и торона в сухой скважине глубиной 4 м и в воздухе у поверхности земли возле этой скважины. Измерения совпали во времени с периодом подготовки и моментом катастрофического землетрясения в Японии 11 марта 2011 г., перед которым зарегистрированы аномальные увеличения объемной активности эманаций в скважине, а затем в воздухе. Особенности и причины этих увеличений рассматриваются ниже.

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

С 27 декабря 2010 г. по 20 мая 2011 г. на Южной Камчатке, в пункте "Карымшина" (52.826° с.ш., 158.131° в.д.) Камчатского филиала ГС РАН измерялась объемная активность радона ОАР и торона ОАТ. Пункт находится в районе Верхне-Паратун-ской гидротермальной системы, структурные особенности которой определяются, в основном, блоковой тектоникой. Мозаика блоков обусловлена сочетанием движений по системам долгоживущих разнонаправленных разломов. Большинство разломов выражено в рельефе и сопровождается зонами милонитизации и гидротермально измененных пород [Сережников, Зимин, 1976].

Использовалась методика измерений с откачкой газа из углубленной на несколько метров герметизированной скважины, позволяющая значительно уменьшить влияние атмосферного давления и приливных деформаций пород на поведение подпочвенного радона и торона. Одновременно, за счет увеличения скорости их миграции увеличивается объем пород, из которого эманации поступают в скважину и, как результат, чувствительность метода измерений [Уткин и др., 2006; Уткин, Юрков, 2010].

Схема методики измерений показана на рис. 1. Скважина обсажена трубой диаметром 0.1 и длиной 4 м, в которой на расстоянии 1—3.9 м от верхнего конца сделан щелевой фильтр. 1аз отбирался из этой трубы с глубины 0.5 м. При отборе давление в трубе уменьшалось на 7.6%. Одновременно, объемная активность радона и торона измерялась на высоте 5 см от поверхности земли в 1 м от скважины в деревянной будке. В таких условиях эманации еще слабо разбавлены воздухом, что облегчает измерения. Для регистрации ОАР и ОАТ в скважине использовался автоматизированный радиометр РРА-01М-03, а в воздухе возле скважины — СРС-1, разработанные и изготовленные в ООО НТМ "Защита". Измерения проводились 1 и 2 раза в час соответственно. При помощи климатической камеры,

Деревянная будка

Рис. 1. Схема методики измерений. 1 — скважина, 2 — щелевой фильтр, 3 — герметизация скважины, 4 — трубка откачки газа, 5, 6 — радиометр РРА-01М-03 и СРС-1.

установленной в радиометре СРС-1, измерялись атмосферное давление, температура и относительная влажность засасываемого у земли воздуха. Радиометры имели автономный источник электропитания, напряжение которого контролировалось, и было в пределах нормы.

Геологическая колонка скважины № 99-8, пробуренной в 9 м от измерительной скважины на глубину 19 м, представлена следующими породами: валунно-галечные отложения с песчанно-глини-стым заполнителем (0—5 м), глыбово-щебнистые отложения с глинистым заполнителем (5—14 м), валунно-галечные отложения с песчаным заполнителем (14—19 м). Статический уровень воды в пробуренной скважине равен 13.7 м. Таким образом, измерительная скважина глубиной 4 м является сухой и находится в приповерхностных осадочных породах.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 2 представлены временные ряды измеренных величин. С 14 ч 25 января до 21 ч 11 февраля иТС наблюдались аномальные увеличения объемной активности радона и торона в скважине (аномалия А), а с 15 ч 8 февраля до 9 ч 19 февраля — в воздухе у поверхности земли возле скважины

10 0 -10 -20

80 70 60

760 740 720

20 10

0

75

50 25

0

1000 500 0

7500 5000

2500 12 10 8

Т °с Mw = .......- ■ ■ 9.0

1 1

1 1 1 P, мм. рт. ст. ^^^ 1 1

1 1 1 -ОАТ, Бк/м3 (в воздухе) 1 1 1

1 3 1 1-БЧ 1 -ОАР, Бк/м3 (в воздухе) 1 1 1

1 1 1 ■ОАТ, Бк/м3 (в скважине)! i ■ ILlw . .. 1 1

ОАР, Бк/м3 (в скважине) 1 A ' - ^ . J\ ^ к. . 1 1

1 1 1 Ks - 1 1 1 1 1 1

Январь

Февраль МарТ

2011 г.

Апрель

Май

Рис. 2. Вариации температуры воздуха Т, его относительной влажности F, атмосферного давления Р, объемной активности торона ОАТ и радона ОАР во время измерений.

Внизу отмечены землетрясения с энергетическим классом Ks > 10.0, произошедшие на расстоянии до 200 км от пункта "Карымшина" (данные Камчатского филиала ГС РАН). Вертикальная стрелка — момент катастрофического землетрясения в Японии. А — эманационная аномалия в скважине, Б — в воздухе.

(аномалия Б). За время измерений других возмущений объемной активности эманаций не было. Рассмотрим эти аномалии.

Эманационная аномалия в скважине (аномалия А) началась с увеличения ОАТ и появившегося затем увеличения ОАР. Возмущенное поведение обеих величин закончилось почти одновременно. Во время аномалии не было сильных уменьшений атмосферного давления длительностью несколько суток (см. рис. 2), которые возникают при прохождении циклонов и могут вызвать значительное увеличение объемной активности подпочвенного радона [Спивак и др., 2009; Фир-стов, Рудаков, 2003; Nishimura, Katsura, 1990] и торона. Аномалия не связана с уменьшением температуры воздуха. Она продолжалась 6.8 суток после окончания ее уменьшения, которое содержит значительные по амплитуде суточные колебания. Они особенно велики 25 и 26 января, когда были самые низкие значения —15 и —17°C. Эти и последующие менее низкие значения температуры, возникавшие на фоне ее медленного увеличения до прежнего уровня около +2°C, наблюдались во время суточных минимумов. Происходившие суточные колебания температуры воздуха в будке не

могли повлиять на поступление эманаций в скважину, так как создаваемые ими колебания температуры почвы незаметны уже на глубине 0.8 м [Хргиан, 1978], а щелевой фильтр находится на глубине 1—3.9 м от поверхности земли.

Перед эманационной аномал

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